Владор.ком
о фототехнике и технике фотографии
История систем автофокуса
Предлагаю краткий любительский экскурс во времена, когда автофокус был в еще диковинку и воспринимался фотографами зримым результатом научно-технического прогресса. Материал исполняется по мотивам и на мелодию понравившегося посетителям сайта расследования причин и схем работы контрастного и фазового автофокуса. Практической ценности информация не имеет, но помогает понять, "как это все работает".
Современная массовая фотография немыслима без применения автофокуса - он привычен и воспринимается как нечто само собой разумеющееся. Необходимость в исключении "человеческого фактора" в фокусировке ощущалась давно, но возможность осуществления задумки появилась лишь к концу 60х годов прошлого века. На рубеже 1960-70х годов исследования в области автофокуса вели практически все крупнейшие производители фототехники.
Широко известна история с Leitz (Leica), разработавшим и запатентовавшим самостоятельно фокусирующиеся объективы в середине 1970х годов. Да и первым прототипом автофокусного фотоаппарата считают Correfot от той же Leica, представленный на Photokina в 1976 году - всего 36 лет назад. Однако, немецкий производитель посчитал, что его потребители умеют фокусироваться вручную, и впоследствии продал технологию японской Minolta (думаю, что основной причиной было то, что Leica не имела возможности производить электронную начинку в промышленных масштабах, сосредоточившись на топовых фотоаппаратах ручной сборки, а с Minolta в то время существовало соглашение о сотрудничестве).
Внутрикамерная фокусировка
Прототипов существовало немало, но первым "прижился" модуль автофокуса от американской компании Honeywell, носивший название Visitronic. Он был запатентован в 1976 году, именно его использовал первый автофокусный фотоаппарат, запущенный в серийное производство - Konica C35 AF (в то время - Konishiroku Kogyo), простая мыльница, выпущенная на рынок в 1977 году. К 1980 году из 10 автофокусных фото и 6 представленных на рынке США автофокусных видеокамер, 12 использовали Visitronic в системе автофокуса.
Система пассивного автофокуса Honeywell Visitronic основана на электронном распознавании двух контуров (очертаний) предмета и вычислении расстояния до него методом триангуляции.
Второй принципиальной системой автофокуса, примененной в массовом производстве, стала активная система от Polaroid, основанная на применении ультразвукового локатора (сонара). Ее разработку с 1965 года вел талантливый ученый Конрад Байбер (Conrad Biber), возглавлявший лабораторию передовых технологий Polaroid. Система долгое время оставалась ""прототипом" и только после изобретения специального емкостного приемопередатчика (capacitive transducer), использовавшего тонкую позолоченную полиэтиленовую пленку в качестве источника сигнала, она пошла в промышленное производство. Интересно, что в 1981 году Polaroid запатентовал эту систему еще и в качестве основы для производства тростей, способных обнаруживать препятствия, для людей с недостатками зрения. Первыми фотоаппаратами, использовавшими систему, стали Polaroid Sonar Pronto (обычный "мгновенный" Polaroid) и Polaroid SX-70 Sonar OneStep. Оба вышли на рынок в 1978 году.
Не отставал от конкурентов и Canon. Фирма прошла через "разброд и шатания", пытаясь одновременно работать над системами и активного, и пассивного автофокуса. Первоначально было принято решение отказаться от систем пассивного автофокуса из-за неуверенной работы при недостаточном освещении или низкой контрастности объекта.
Первый автофокусный фотоаппарат от Canon - C35AF - увидел свет в ноябре 1979 года, он использовал активный автофокус, основанный на инфракрасном излучении, позволявший фокусироваться в сложных световых условиях. А весной 1980 года появилась автофокусная видеокамера Canon AF514XL-S c системой пассивного автофокуса, чем-то схожего с Visitronic, но использовавшего ПЗС-матрицу, вместо системы фотодиодов.
В том же 1980 году HoneyWell запатентовала усовершенствованную систему - Visitronic TCL (Through Camera Lens), которая и стала основой привычных нам систем фазового автофокуса в зеркальных фотоаппаратах. Visitronic TCL - система пассивного автофокуса, основанная на датчиках, которые в содружестве с микропроцессором обрабатывают сигнал, получаемый через небольшие максимально удаленные друг от друга участки объектива. Метод принципиально схож с оптическими дальномерами, отталкивающимися от угловой разницы сигнала двух датчиков при наложении изображения.
В 1980 году была объявлена система автофокуса от Seiko, но распространения она не получила и подробностей я найти не смог.
Первым прообразом привычной автофокусной зеркалки стал в 1981 году Pentax ME-F. При правильной фокусировке в видоискателе зажигался индикатор и подавался звуковой сигнал. Использование объектива SMC Pentax AF 35-70/2.8 (со встроенным приводом автофокуса и питанием от 4 батареек ААА) превращало Pentax ME-F в полноценный автофокусный зеркальный фотоаппарат.
Похожую схемотехнику использовал и Olympus в своем OM30 (с объективом 35-70 на 3 батарейках ААА), выпущенном в 1983 году. В том же 1983 году представили и первый автофокусный Nikon - F3AF со схожей концепцией автофокуса.
Прорыв в массововсти произошел в феврале 1985 года, когда Minolta выпустила знаменитую Minolta 7000 AF (Dynax 7000 в Европе, Maxxum 7000 в США и Alpha 7000 в Японии). В фотоаппарате использовались два 8-bit процессора и встроенный в корпус мотор привода автофокуса. На дисплее отображалась информация о значении диафрагмы, выдержке и количестве кадров. С быстрым и точным фазовым автофокусом и TTL-экспозамером фотоаппарат мгновенно стал хитом продаж. Minolta впервые опередила Canon и Nikon по объемам продаж, выйдя с третьего на первое место. Фирма не останавливалась: уже в сентябре, через полгода, вышла Minolta 9000.
Canon также настойчиво работал над автофокусным зеркальным фотоаппаратом. Canon T-80 вышел через 2 месяца после Minolta 7000, в апреле 1985 года. Модель не оправдала надежд: она откровенно проигрывала конкуренту от Minolta и выпущенному в апреле следующего года Nikon F-501. Рынок был чрезвычайно привлекателен: автофокусные зеркалки разлетались с прилавков и к середине 1986 года по объемам продаж заняли более 50% от рынка. Нужно было срочно что-то делать и в 1985 году Canon официально объявил о том, что "высокотехнологичный автофокусный зеркальный фотоаппарат, достойный носить имя Canon, будет разработан к 1 марта 1987 года - к дате 50-летия компании". Проект назвали EOS (Electro Optical System). В марте 1987 года свет увидел Canon EOS 650. Для системы EOS Canon выбрал другую схемотехнику: система автофокуса в корпусе фотоаппарата, но привод - внутри объектива (Nikon F3AF и Pentax ME-F были построены с принципиально схожей компоновкой). Представленный в оговоренные сроки Canon EOS 650 основывался на новейших технологиях (USM-привод в объективе, высокочувствительные датчики автофокуса, шустрый микрокомпьютер, обеспечивавший мгновенное вычисление) и быстро занял первое место в премиум-сегменте рынка.
Сложно сейчас сказать, кто был прав, кто виноват, но в 1987 году Honeywell подал на Minolta в суд за нарушение патентных прав на систему фазового автофокуса. Разбирательство продолжалось 4 года и в 1991 году Miniolta признали виновной и приговорили к выплате компенсации, штрафов и судебных издержек на общую (очень немалую по тем временам) сумму 127,6 миллионов долларов. Дело невнятное: Minolta признали виновной в нарушении всего 2х из 4 патентов, причем нарушение признали "непреднамеренным". Впечатление такое, что Minolta и Honeywell независимо друг от друга пришли к схожим системам автофокуса, но Honeywell успел "застолбить" за собой патенты (якобы они принадлежали инженеру Honeywell Норману Стофферу (Norman Stauffer). Вопросы вызывает и задержка в несколько лет перед подачей иска: создается впечатление, что Honeywell ждал коммерческого успеха системы, схожей с их разработками.
В марте 1992 года Honewell инициировал разбирательство и с остальными основными игроками рынка (Canon, Nikon, Kodak, Pentax, Olympus и Ricoh), но добился от них досудебного урегулирования.
Дальше значимых экспериментов и изменений практически не было и зеркальные фотоаппараты использовали уже привычную систему фазового автофокуса.
Об отечественном "автофокусостроении": копировать умели и в 1987 году (через каких-то жалких 10 лет) появился Эликон-авто, производства Беломо - клон Konica C35 AF, первого автофокусного фотоаппарата.
Visitronic
Работа основана на измерении напряжения на фотодатчиках, сгруппированных в 5 панелей по 2 ряда в каждой. Напряжение считывается с каждой группы, оно изменяется в зависимости от количества света, отраженного от объекта фокусировки. Отраженный от объекта свет попадает на датчики через два зеркала, подвижное и неподвижное. Подвижное зеркало смещается, "сканируя" область фокусировки. Микропроцессор измеряет изменение напряжения при смещении подвижного зеркала и сравнивает его с напряжением с датчиков, настроенных на неподвижное зеркало. При совпадении напряжений (что обозначает нахождение объекта в фокусе), расстояние до объекта вычисляется при помощи тригонометрических функций. На основании вычисленного расстояния дается сигнал на перемещение линз в объективе.
Canon CAFS
Диод испускает направленный инфракрасный сигнал в направлении объекта фокусировки, перемещая луч из стороны в сторону. Приемник принимает отраженный сигнал и рассчитывает расстояние до объекта используя соотношение угла поворота излучателя и силы отраженного сигнала.
Canon SST
Система напоминает Visitronic, за исключением того, что отраженный свет попадает на два неподвижных зеркала и через формирующие изображение линзы - на зеркальную подвижную призму. Два изображения отражаются от призмы на ПЗС-матрицу, состоящую из 240 элементов, которые преобразуют сигнал в ток, а микропроцессор следит за изменением напряжения на датчиках при перемещении призмы. В зависимости от этого напряжения дается сигнал о том, в какую сторону двигать фокусирующий элемент объектива.
Polaroid Sonar
Приемопередатчик выдает короткий ультразвуковой сигнал на 4х понижающихся частотах (60, 57, 53 и 50 kHz) и замеряет время до получения отраженного от объекта фокусировки сигнала. На основе затраченного времени рассчитывается расстояние до объекта.
Visitronic TCL
Отраженный от объекта фокусировки свет проходит через полупрозрачное основное зеркало и отражается от второго зеркала на ряд сдвоенных ПЗС-элементов (48 датчиков в двух рядах - 24 пары). Микролинзы фокусируют этот свет так, чтобы каждый из пары датчиков "видел" свет, полученный только с одной из сторон объектива. Когда объект находится в фокусе, то оба датчика получают одинаковое количество света и соответственно, выдают одинаковое напряжение. Микрокомпьютер обрабатывает полученные данные и добивается того, чтобы напряжение с датчиков одного ряда полностью совпадало с напряжением датчиков другого, подавая сигнал на перемещение фокусирующих элементов объектива.
Принципиально схема фазового автофокуса Visitronic TCL с тех пор не изменилась.
Новое на сайте Vlador.com
