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).

Konica C35 AF
Konica C35 AF

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.

Honeywell Visitronic
Первая система Visitronic

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.

Honeywell Visitronic
Центральный датчик Visitronic (увеличен)

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.

Honeywell Vicitronic TCL
Блок Visitronic TCL

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.

Эликон авто
Эликон авто

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
Visitronic, схема работы

 

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
Canon CAFS, схема работы

 

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
Canon SST, схема работы

 

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
Polaroid Sonar, схма работы

 

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
Visitronic TCL, схема работы

 

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

 

Panasonic Lumix DMC-G80

1 декабря 2016


Panasonic Lumix G 12-60/3.5-5.6

24 ноября 2016


Sigma 50-100 /1.8 DC HSM Art

19 ноября 2016



Manfrotto MT055CXPRO4

29 октября 2016


SunwayFoto XB-44

29 сентября 2016


Миф о пар-фокальности

7 сентября 2016


Рейтинг@Mail.ru
Rambler's Top100