相机自动对焦原理.doc

照相机自动对焦原理赵辛3070011205光电技术的进步正不断的改变着人类的生活：达到飞向太空的宇宙飞船，小到计算器上的太阳能电池。2009年诺贝尔物理学奖也都颁发给了光电领域的科学家，两位美国科学家因为“发明了一种成像半导体电路，即CCD（电荷耦合器件）传感器”获此殊荣。说到CCD，大家首先联想到的就是数码相机。正是因为CCD可以实现光信号向电信号的转换，我们才可以抛弃传统相机将光信号转换为化学信号的模式，走入一个快捷搞笑的读图时代。但是，如果我们对比现在和几十年前的照相机会发现，除了成像方式的变化，对焦方式也发生了很大的变化。现在的相机可以自动对焦，甚至可以自动进行人脸识别。其实，这也与CCD的发明密不可分。以下就来介绍一下照相机自动对焦的原理。照相机自动对焦系统的可以追溯到60年代。1963年，佳能公司曾在西德的科隆博览会上展出一架具有自动对能力的照相机原型，这个时期的自动对焦技术仍相当原始，1974年，尼康公司也推出了一款具备自动对焦能力的原型机；但其设计仍十分仰赖机械结构，体积大、反应慢是最大的缺点。一直到1975年，美国Honeywell公司才发表了具有实用价值的自动对焦组件VISITRONIC AUTOMATIC FOCUSING SYSTEM，又称为VAF系统。很可惜，美国的创举到最后却反而为日本的相机工业带来革命，1977年日本小西六写真工业公司，也就是后来柯尼卡公司的前身，向美国购买了这套系统改良专利权，而于同年11月制作出了世界上第一架自动对焦照相机 柯尼卡C35 AF，成为世界上第一款有自动对焦能力的相机。图1相位检测自动对焦原理示意图图2自动对焦组件结构示意图第一代自动对焦相机的对焦模式直接来源与手动对焦原理，属于被动的自动对焦。当调焦准确时，经过分离镜片生成的两束光线投影在CCD阵列上的距离是一定的，从而CCD(记住这是一个阵列)上被光束照射所产生的电荷的那一对CCD元件的位置也是固定不变的。这对CCD元件之间的距离在照相机设计时已经整定好了，作为焦点检测的基准。 这个技术的基本原理是以分析来自景物主体的反光为参考指标。KONICA C35 AF的VAF自动对焦系统是在两个测距窗后置有一个的三菱镜，三菱镜负责折射光线到两个反光镜上，这两个反光镜又会将影像光线分别投影两个位于机底的影像传感器中。影像传感器是由感光半导体原件和集成电路所组成的小型单片机。传感器通过分析影像的明暗反差来分辨影像的内容。在相机进行对焦的过程中，其中一组反射镜片固定不动，其影像自然固定不变成为对照组。另一反光镜片则前后移动，这个镜片的移动量透过小型计算机的计算，直接反应在镜头的镜片移动上。一旦两侧的影像传感器都得到相同影像内容时，自动对焦完成，也代表镜头镜片的移动量已经达到正确的对焦位置。不难看出，这其实就是完全的模拟了裂像对焦的过程。所以不免存在分辨能力低、速度慢等弱点。针对最初自动对焦相机的缺点，设计者进行了逐步的改进。一方面加强对焦的精度和速度，发展出适宜相机镜头使用的超声波马达；另一方面赶紧传感器在弱光环境的性能，诞生了主动的对焦系统：由相机主动发出一束可见光或者红外波段的光线，辅助对焦工作的进行。另外，自动对焦系统的对焦目标位置也由最初的单一中心点扩大到了多点对焦。例如，尼康公司最新的multicam350