器材控，你真的了解自动对焦吗

这是〖星球漫游〗第六十八篇原创内容——爱摄影工社出品

＊＊＊＊＊＊

▼

一、自动对焦技术的历史

▲美能达α7000

20世纪80年代初期是传统手动对焦（MF）相机向自动对焦（AF）相机转变的关键时刻。实际上，自动对焦技术的萌芽出现在德国，后来在美国取得了技术上的突破。但是这项技术刚刚出现时，它的效果并不理想，许多传统手动对焦相机厂家如康泰时甚至在开始忽视了自动对焦技术的发展。不过日本的许多厂家很有先见之明，它们预见AF技术一定会取代MF技术因此加紧研发。

其中最早成功的厂家是美能达（Minolta），它为了实现自动对焦技术全面放弃了老的卡口结构，推出了一台著名的相机——α7000。作为世界上第一台成功的商用自动对焦单反相机，它不但性能不错而且价格合理，在当时可以说是创世之作。1985年，在α7000发布的短短半年内它的销量就突破了50万台，从而使当年美能达照相机的销量超过了连续8年保持第一的佳能公司。自此开始，自动对焦技术竞争的大幕拉开了。

*****

二、早期自动对焦技术代表厂家

1）超声波AF和眼控对焦技术—佳能(Canon)

▲佳能镜头上的AF/MF控制按键

美能达推出α7000，首当其冲冲击的是手动对焦相机大厂佳能。在此之前，佳能已经是世界上最大的35mm相机生产厂家了。当然，佳能不会甘心在新技术的竞赛中轻易失败，因此仅仅在α7000发布2个月之后，佳能就推出了FD卡口的T80相机，搭配三只AC系列AF镜头，紧接着又在1986年推出了T系列的顶级相机T90。但是当时由于T80相机的售价过高，并且性能也不比α7000优越，在与美能达的竞争中几乎是一败涂地，而T90在当时也没有得到佳能所期望的成功。

▲佳能第一款自动对焦相机T80

于是，痛定思痛的佳能做出了一个惊人的决定——放弃已经使用近三十年的FD卡口，使用全新的EF卡口。这个决定意味着佳能原有的、庞大的FD卡口镜头群以及所有的F-1N、A系列和T系列相机和附件都无法与新的相机兼容。

▲佳能EOS-650单反相机，可以清楚地看见卡口上的电子触点

1987年3月，孤注一掷的佳能公司推出了全新的EOS系列相机中的第一台相机：AF单反相机EOS-650。EOS意为“电子光学系统”（Electronic Optical System）, EOS-650很好地表现了这个名称的特质，它采用了当时全新的EF系列全电子信息传递卡口，取消了所有机械联动装置，只依靠八个电子触点来实现机身与镜头之间的信息交换。每支EF镜头内均有两个马达，一个用来自动对焦，一个用来控制光圈的开启。而在AF方式上，佳能将AF驱动马达装在镜头上而不是机身内，使得AF速度提高了很多。

▲使用了佳能超声波对焦技术的镜头在镜头卡口和镜身上都会标注有“ULTRASONIC”和“USM”字样

佳能也是最早在镜头内使用超声波马达的厂家，这项技术使得佳能相机获得了当年的“欧洲科技创新大奖”，并且佳能日后在这项技术上一直保持着领先地位。超声波马达的优势在于在对焦时只能听见镜组移动的声音，产生的噪音比较小。此外，环形USM比传统的对焦系统速度更快能耗更低，而且在极限低温下完全没有问题，这就是为什么日本登山队会带着EOS的相机和EF镜头登珠峰的原因。

▲佳能EOS-3相机上标注了EYE CONTROL（眼控）字样

从1989年开始，佳能通过一系列高质量的AF相机开始重新主导市场，推出了EOS-1、EOS-RT两款相机。到了1992年8月，美能达和尼康分别推出了代表本公司最高水准的Dynax 9xi和F90相机，佳能自然不甘示弱，推出了35mm相机历史上划时代的产品——EOS-5。之所以说EOS-5是一款划时代的相机，那是因为这款相机应用了一项“黑科技”：眼控AF技术。这项技术依靠取景器内向眼球发射红外线，根据眼球反射红外线的方向来判断视野方向，并且以此确定主体，从而完成对主体的聚焦和追踪。在之后的EOS-3相机上这项功能得到了进一步完善，第一次采用了可以和45个对焦点联动的眼控对焦技术，使得它成为EOS系列中最为便利的相机。

***

2）主动AF技术—柯尼卡-美能达（Konica-Minolta）

▲美能达α-9相机

美能达公司是相机领域最富有创新精神的公司之一，在相机制造领域创造了多项世界第一。1985年推出的美能达α7000开启了AF相机时代，此后美能达生产了许多适合摄影爱好者的各类相机，但是在专业摄影领域始终不是佳能和尼康的对手，比如Dynax 9（也就是美能达顶级的α-9相机）刚上市就遭遇到了“黑科技”佳能EOS-5的阻击。

▲柯尼卡巧思

柯尼卡公司是日本第一家生产相纸、第一家生产彩色胶卷和第一家制造镜头的公司，这两家公司在之后以交换股份的方式合并，组成了柯尼卡-美能达公司。可惜的是这家公司在数码时代彻底退出了影像市场，光学仪器部门并入了索尼公司。不过在此之前柯尼卡公司曾经生产过的一款袖珍AF相机却可以位列顶级摄影器材的行列，它就是柯尼卡巧思(Hexar)。

▲柯尼卡巧思上的HEXAR 35mm f/2.0镜头

这款袖珍相机的AF系统采用了主动对焦的模式，发出一道红外线据此测算距离。巧思的AF级数很多，足够使被摄体精确地处在景深之内。而且和其他采取主动AF方式的相机不同的是，它的机身上有两个红外线接收点，这样在测算反射红外线时更加准确。这种对焦方式的优势在于速度很快而且无声，并且在昏暗甚至全黑的环境下仍然可以准确地对焦，不过缺点也很明显，这种对焦方式不能穿透玻璃。

***

3）独特的机身AF技术—康泰时(Contax)

▲蔡司之后发布的Contax G系列旁轴相机，除了Hologon 16mm f/8外几乎所有镜头都支持自动对焦技术

虽然蔡司公司很早就从事AF技术的研发，并且在之后的康泰时G系列、康泰时N系列、康泰时T系列和康泰时645系列上都广泛应用了AF技术。但是直到1996年，蔡司公司都认为当时的AF技术不能发挥蔡司镜头优异的光学品质，因为他们认为当时的AF镜头为了达到高速的对焦性能，一定要在镜头的材质上做出妥协，势必要使用大量的轻型材料比如塑料。为了保证蔡司所提出的镜头必须“三十年光学质量不降低”，康泰时在推出自动对焦系统的态度上非常谨慎。

▲康泰时AX单反相机能够进行机身自动对焦，并且兼容蔡司原有的C/Y卡口镜头群

但是面对自动对焦系统的冲击，蔡司在不能将自己的相机系统推倒重来的情况下，另辟蹊径开发出了一台独特的相机——康泰时AX单反相机。这种相机采用的是一种独特的机身对焦技术，也是世界上迄今为止唯一一部采用机身对焦方式的AF相机。其原理与大画幅摄影的方式相似，即为调节焦平面来达到对焦的目的。

这种方式的优点在于可以使康泰时AX兼容原有的大量优质蔡司镜头，用手动对焦镜头实现自动对焦。而且由于机身对焦技术的缘故，安装在AX上的蔡司镜头都具有了微距的功能。AX的机身AF技术还有一个特别的优点就是使用长焦距镜头自动对焦速度很快。

▲沉重的康泰时AX单反相机搭配TESSER结构的饼干镜头

但是这种方式的问题也很多，机身AF技术不能达到其他主流单反相机的速度，并且在连续对焦模式时成功率较低，对焦精度也谈不上很好，特别是在跟踪拍摄移动的物体时只要环境光稍弱，这种功能就几乎没有实用价值了。从原理上来看，焦平面的移动范围有限，所以也不是所有镜头都能实现全程自动对焦，而且复杂的机械结构让机身太过厚重，耗电量也比较大。

*****

三、现代自动对焦技术

目前最常用的自动对焦方式是相位自动对焦和对比度自动对焦，在单反相机上主要使用的是相位对焦的方式，而无反相机上基本上使用结合相位自动对焦和对比度自动对焦的混合自动对焦，或者仅使用对比度自动对焦。

▲相位对焦功能示意图

在单反相机中，相位检测是通过位于反光板下方的单独AF模块执行的。而在无反相机中，CMOS影像传感器上分布排列着若干相位差检测像素，用来执行相位检测的功能，相位自动对焦的优势在于对焦速度快，不过对焦精度不是特别高。在光线不足的情况下，对焦速度和性能会明显下降。

▲反差对焦原理示意图

对于对比度自动对焦而言，它的优缺点差不多与相位自动对焦相反。反差自动对焦能够实现高精度的对焦，对焦范围更加灵活，并且弱光下的对焦效果更好，但是对焦速度相对较慢。为了确定反差最大的位置，必须前后移动镜组进行反复的比较，因而减慢了对焦速度，同时计算量的增加导致了更大的系统功耗。而且在面对反差较小的被摄体时，这种方式容易失灵。

▲索尼A7M2上的混合自动对焦系统

如果将相位自动对焦和对比度自动对焦相结合，那么可以实现优势互补的效果，即对焦不但迅速而且准确。混合自动对焦的工作方式通常是：相位检测自动对焦能够使相机对焦距产生正确的估计并且迅速移动镜片组使得拍摄物体接近合焦，随后高精度的对比度检测自动对焦完成最终的合焦。

▲佳能1Ds Mark III的对焦系统，以十字对焦点为主，辅以一字对焦尿垫

当然，除了相机的对焦方式，相机对焦系统的感应器类型和对焦性能也十分重要。有些相机仅仅具备了一字对焦点，这种对焦点仅仅对横线条敏感。而有的相机则具备了十字对焦点，这种对焦点的性能特点是对于画面中横竖的线条都十分敏感。甚至有一些相机拥有双十字对焦点，相比十字对焦点提升了对焦精度和速度。但是当被摄体其本身没有较大的反差线条、色彩比较单一（比如对着白墙进行对焦）或者处于光线昏暗的环境时，十字对焦点也容易失灵。

▲索尼双像素传感器专利示意图

值得一提的是，一种新的对焦技术已经被开发出来，佳能和索尼等公司都已经开发出了新的双像素对焦模式。其中最早将双像素对焦纳入实用范围的是佳能70D相机，它使用了全像素双核CMOS AF的图像感应器，将每个微透镜下的光电二极管都一分为二，这样一次同时可捕捉两个视差图像。图像感应器会利用来自这两个图像的信号来完成相差检测自动对焦。这样不仅提高了自动对焦速度，在夜景环境中对点光源的对焦精度也得以提高。

*****

感谢收看~ 欢迎在评论终于我们交流！

更多关于摄影器材的内容，请看▼