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自動對焦

自動對焦. 2008/11/18. AF 係 Automatic Focus  自動對焦的英文縮寫。 指相機以特定區域（一般指中央，但現在的系統已經可以指定在觀景窗內看到的任何一點角落），進行測距、進而調整鏡頭形成焦點，使照相機內的影像看起來清晰之設計。 相對於 MF 手動對焦， AF 已經成為現代相機科技的標準用語。. 全世界第一台 AF 35mm 相機 Konica C35 AF . 照相機自動對焦系統的可以追溯到 60 年代 。

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  1. 自動對焦 2008/11/18

  2. AF 係 Automatic Focus  自動對焦的英文縮寫。 • 指相機以特定區域（一般指中央，但現在的系統已經可以指定在觀景窗內看到的任何一點角落），進行測距、進而調整鏡頭形成焦點，使照相機內的影像看起來清晰之設計。 • 相對於 MF 手動對焦，AF 已經成為現代相機科技的標準用語。

  3. 全世界第一台 AF 35mm相機Konica C35 AF

  4. 照相機自動對焦系統的可以追溯到60年代。 • 1963年，Canon公司曾在西德的科隆博覽會(Photokina)上展出一架具有自動對能力的照相機原型，這個時期的 AF 技術仍相當原始，雖然 AE 自動曝光技術已經逐步成熟，但對焦能力還是不良。 • 1974年，Nikon公司也推出了一款具備自動對焦能力的原型機；但其設計仍十分仰賴機械結構，體積大、反應慢是最大的缺點。 • 1975年，美國的Honeywell公司才發表了具有實用價值的自動對焦元件 VISITRONIC AUTOMATIC FOCUSING SYSTEM，又稱爲 VAF系統。 • 1977年日本小西六寫真工業公司，也就是後來 Konica有限公司的前身，向美國購買了這套系統改良專利權，而于同年11月製作出了世界上第一架自動對焦照相機 柯尼卡 C35 AF，成為世界上第一款有自動對焦能力的相機。

  5. 第一代 AF 自動對焦技術原理（被動式） • 兩組感測器或 CCD，其中一組為對照組。 • 當兩組的反差都顯示正確，代表對焦完成。 被動式對焦原理示意圖

  6. Konica C35 AF 是第一架實用的AF 135傳統照相機，應用 Honeywell 公司生産的自動對焦元件，屬於第一代被動式自動對焦技術。 • 這個技術的基本原理是以分析來自景物主體的反光為參考指標。 • KONICA C35 AF 的 VAF 自動對焦系統是在兩個測距窗後置有一個的三菱鏡，三菱鏡負責折射光線到兩個反光鏡上，這兩個反光鏡又會將影像光線分別投影兩個位於機底的影像感測器中。 • 影像感測器是由感光半導體（類似 CCD）和積體電路所組成的小型電腦。 • 感測器藉由影像的明暗，也就是反差來分辨影像的內容。 • 在相機進行對焦的過程中，其中一組反射鏡片固定不動，其影像自然固定不變成為對照組。 • 另一反光鏡片則前後移動，這個鏡片的移動量透過小型電腦的計算，直接反應在鏡頭的鏡片移動上。 • 一旦兩側的影像感測器都得到相同影像內容時，自動對焦完成，也代表鏡頭鏡片的移動量已經達到正確的對焦位置。

  7. 自動對焦方式優點在於相機自身不需要發射系統，因此耗能少、成本低，分光系統簡潔，有利於小型化。自動對焦方式優點在於相機自身不需要發射系統，因此耗能少、成本低，分光系統簡潔，有利於小型化。 • 在室外陽光充足時使用能夠充分的自動對焦，甚至在逆光下或是對焦遠處景物，只要有亮度，這套系統通通都能完成對焦。 • 由於該系統主要是接受外來光線的，學理上稱其為『被動式』AF系統。 • 當光線過暗或主體反差太低時，VAF 是無法工作，加上對細線條的主體（例如：電線杆），VAF的自動對焦也較困難且精度不高(最近1.1公尺至無窮遠)。 • 傻瓜相機、低階的數位相機往往無法提供精確的微距拍攝能力，原因也在此。 • 在室內拍攝亮度不足的問題，後來的傻瓜以及數位相機，多採用了『輔助對焦燈』這樣的設計，來補強光線不足時的困擾 。

  8. 主動式 AF 自動對焦技術原理 • 被動式 AF 系統的缺點，特別是當現場的照明光線比較暗或主體本身的反差太小時，AF 就無法精密測距。 • 被動式系統對焦所需時間太長，反應太慢。 • 為了解決室內光源照明不足的問題，部分相機開始具有投射對焦輔助燈的能力，甚至稍後也有廠家推出具有紅外線照明的機種。 Polaroid SX-70 Sonar AFSX-70具有很多衍生機型只有 SX-70 Sonar AF  才具有超音波對焦功能

  9. 兩種主動式對焦系統操作流程示意圖

  10. 真正的主動式對焦系統，在 1978年美國Polaroid 也就是以即可拍照相機成名的公司)，首次推出了具有超音波自動對焦功能的照相機 SX-70 Sonar AF。 • 首次有照相機採用了『主動式』AF系統，利用照相機本身發出超音波信號，測量從主體來回的信號時間差，從而得到正確的距離參數。 • 『主動式』的優點是完全不受環境光線影響，也不會因為主體本身的反差條件而影響對焦操作，甚至能在黑暗的情況下工作。 • 1979年11月，日本 Canon 則推出了第一部用紅外線測距的自動對焦照相機 AF35M，其工作原理與超音波AF系統相似。

  11. 主動式 AF 補強了被動式的缺點，但是確也產生了更多的問題。 • 初期的超音波或紅外線發射距離太短，無法滿足專業相機長焦段的需求，又不能太近所以連帶的影響微距的使用。 • 不能透過玻璃工作（因為玻璃會把主動信號反射回來，相對的被動式就沒有這個問題），而對具有吸收紅外線能力的主體也會得出不正確的測距結果。 • 初期的主動式 AF 系統還是停留在35mm 的傳統傻瓜相機上。 • 在機身前方開闢自動對焦窗，我們也稱這種相機為『雙眼相機』，對照可以交換鏡頭的『單眼相機』作為區別。

  12. 單眼135mm AF 自動對焦技術(鏡頭對焦技術的先驅） • 早期的自動對焦系統雖然暫時解決傻瓜相機的自動對焦的問題，但是對於 135 單眼相機和中大型相機來說，這樣的設計還是不足。 • 1980 年，最早提出自動對焦解決方案的美國的 HONEYWELL 公司再次推出更有力的的 AF 自動對焦系統，企圖搶佔單眼相機的市場。 世界上第一顆 AF 驅動能力的自動對焦鏡頭 Canon FD 35-70/F4.0

  13. 佳能(Canon)和Olympus因而轉研製AF鏡頭爲主。由於這個決定帶動了80～90年代AF鏡頭與對焦機身的發展。佳能(Canon)和Olympus因而轉研製AF鏡頭爲主。由於這個決定帶動了80～90年代AF鏡頭與對焦機身的發展。 • 早期的 AF 鏡頭是作給常規的手動對焦單眼相機所使用，AF 鏡頭本身就配有『伺服馬達』和『感應裝置』。 • 到了後期才出現帶有對焦『感應裝置』的機身，有效的降低鏡頭成本（因為鏡頭只需配置『伺服馬達』就夠了），同時也因此減輕了後面推出的鏡頭重量（配合機身的對焦系統，鏡頭設計就無須太過複雜），方便攜帶。 • 相對的內建『馬達』的自動對焦鏡頭無法在純手動對焦相機做自動對焦，不過同學也無須擔心，這些自動對焦鏡頭也可以將它門當作手動對焦鏡頭來使用。

  14. 佳能於1980年初推出了一支FD 35～70mm/F4的AF變焦鏡頭，這支鏡頭的特點是在鏡身上裝有對焦系統和驅動馬達及電源裝置，從外觀上看顯得相當笨重，在圓形的鏡筒外附加了一個方型的大包，類似警察開罰單用的測速器。 • Canon 佳能的FD 鏡頭採用了自己研開SST 系統（Solid State Triangulation)，基本原理和HoneyWELL 有些類似，最大的特色在於將兩組光線感測器，濃縮為一組，方便減小體積。 • SST的在鏡頭底部的CCD感測器上安裝有超過240感測單元，分別用來接收來自主體的光線。一啟動 AF 對焦系統，感測器會不斷進行掃瞄水平影像，測試其亮度，並將亮度資訊藉由內建的電腦轉換成的數據振幅。 • 內建的伺服馬達則帶動鏡頭中的鏡片，尋求振幅最大的位置。 • 因為對焦清楚的影像是銳利的，所以訊號振幅上下差距最大，對焦模糊時，影像也跟著模糊，訊號振幅也就不明顯。

  15. Canon 早期的自動對焦相機 AF35M 後來改裝了 SST系統成為AF35ML

  16. 單眼135mm AF 自動對焦技術（SST 機身） • SST 的測試成功代表，AF 自動對焦系統進入新一波的高峰。 • 由於Canon FD鏡頭的使用，必須讓攝影師先將相機對準主體，然後再按下鏡頭上自動對焦鈕對焦，之後才是按下快門拍照。嚴格來說，這離全面自動化的對焦完美程度，還有一段距離。 • 1981年，Canon將 SST 系統移植到了傻瓜相機上，製造了第一架 SST 自動對焦相機 AF35ML(為1979年生產的 AF35M改良型）。 • 1981年11月，日本 Pentax終於將ME型，加裝上了自動對焦和對焦指示系統，完成了首部單眼機身自動對焦相機ME-F。這是有史以來第一部真正符合消費者使用需求的自動對焦單眼機身。 PENTAX ME-F 世界第一台 量產AF單眼相機

  17. 單眼135mm AF 自動對焦技術（TTL） • PENTAX ME-F 之所以比 Canon、Nikon 更早研究出 AF 單眼相機對焦系統，主要引進了一個全新的概念『TTL THROUGH THE LENS』。 • 基本原理與 SST 或 VAF 相去不遠，只是將原先掛載在鏡頭上的自動對焦裝置移到單眼機身上，從而實踐了機身與鏡頭整合。 • 自 1983 年後，TTL 幫助了許多日本相機廠商實現 135 單眼相機的自動對焦的心願。 • 1983年，Minolta公司推出了帶有 TTL 相位對焦系統之 X-600。 • 整體來說，這個時期仍屬於市場上的萌芽期，消費者對於其選擇是在主動和被動式系統之間還不甚瞭解。 • 由早先推出的傻瓜相機Konica C35AF、Canon AF35ML以及 Nikon L35AF等，打下口碑，加上AF 單眼機身的 PENTAX ME-F、Olympus OM-30和 Nikon F3AF等，配上大且昂貴的AF鏡頭，雖然這些產品擁有自動對焦的光環，但還不算是真正的明星機種，這樣的情形頗類似『數位相機』剛起步的階段。

  18. 1985年2月，Minolta 整合先前的 AF 設計經驗，以市場導向推出了世界上第一部真真正正的 AF單眼機身 α7000( A7000為歐洲市場銷售代號，日本市場爲α7000，美洲則爲MAXXUM 7000)。 • α7000是一架全新設計的機種，特別的是 Minolta 放棄了傳統 MD接環，改用新型的AF接環，機頂設有液晶顯示面板(LCD)，用來顯示如各種參數，替代了原來的刻度盤。 • α7000還一反過去的光圈調整是作在鏡頭上的設計，將光圈調節改在機身上操作。 • 全部取消過去常用的轉盤旋紐，改以按鍵代替，同時創新 PASM 四種曝光方式加入，打下未來機身的標準。 • Minoltaα7000 係自 X-600推出之後最大手筆的研究開發，總投資超過 15億日元，影響所及讓 Minolta 一舉成為領先 Nikon、Canon、Pentax以及 Olympus 等日本同業公司，由於α7000性能優異，價格合理，總計全球銷售了265萬部，連帶啟動 Minolta 交換鏡頭工業的升起，並成功擊敗當時銷售第一的 Canon公司。 • Minoltaα7000連續奪得了1985~86年度 TSAM歐洲相機最佳推薦和1985年日本相機大賞。

  19. Minoltaα7000 第一部真正實現 AF 完美自動對焦夢想的單眼機身

  20. α7000 太成功了，成功的讓眾家業者眼紅，而 Minolta 也再接再厲開發更專業的AFα9000以及精簡版α5000，企圖囊跨上、中、下所有的市場區間。 • α9000並首次引進了連續AF（Continuous AF）方式，這種方式與α7000的單次AF(Single AF）方式不同，在任意時刻均可按下快門拍照。 • 最快推出能與Minotal  α7000 批敵的是日本 Nikon 公司，不過時間也要到1986年3月，新F-501系列，F-501是首部提供兩種AF方式選擇的單眼機身(S和C AF，α7000只有 S AF，而α9000則只有C AF)，但F-501的相容性更好，不僅能使用新型的AF鏡頭，還能相容以前的手動對焦鏡頭（但不能啟動TTL 自動曝光與測光)。 • 1986年10月，Olympus 也推出了該公司的第一部AF單眼相機 OM 707，其最大的特點是世界第一部內建AF照明輔助燈的單眼相機，在光線不足的室內，使用者半按快門的同時，如果不使用外接閃光燈下，能夠自動投射一組光線，幫助照明與對焦。

  21. Nikon 急起直追 F501 AF對抗 Minolta α7000

  22. Canon佳能也要到1987年5月才推出EOS 650與之抗衡。 • Canon 捨棄Copy Minolta 的做法改將AF馬達裝在鏡頭內，徹底強化AF速度，同時放棄傳統的FD接環，全面改換EOS系統，EOS代表的是電子光學系統(Electronic Optical System)之縮寫， • 此一變化將過去採用 T、A 系列命名的 Canon 相機完成統整，甚至影像了20年後數位相機的興起（Canon EOS D60）。 • EOS 650採用今日為人所熟知的EF系列鏡頭，取消了純機械聯動，改以電子訊號連動鏡頭與機身，創新八觸點資訊交換，減少了長期使用磨損所帶來的誤差。 • EF鏡頭內有兩部馬達，一為自動對焦；一為光圈控制。

  23. Canon 加入戰局 EOS650披掛上陣

  24. 1987年2月PENTAX也推出了首部AF單眼機身SFX。 • Pentax 師法 Nikon 的策略，為SFX保留了Pentax 傳統的KA接環相容性，更棒的是 KA 手動對焦鏡頭在 SFX 上除不能自動對焦外，其他的功能都可以發揮效用。 • 1988年5月Minolta 推出了第二代AF單眼相機 Dynax 7000i，全面改良α7000 ，特別是首次在系列機種中加入『i』（intelligence）代表人工智慧。 • 首創焦點預測AF利用三組共255個CCD，提供高精度AF區域對焦，並且起始對焦時主景不一定要在畫面中央的先河。 • 人工智慧還能幫助相機根據主景的運動狀況自動判斷AF方式。

  25. PENTAX SFX QD加入石英鐘日期時間打印功能成為後來眾多機種模仿的對象

  26. Minolta Dynax 7000i（又名Minolta X-700、美洲版 Maxxmum 7000）不僅將 AF 的設計推向更高的境界，還引入了『AI 人工智慧』的焦點預測法。 • 利用這種方法的自動對焦，Dynax 7000i 有能力測量出主體的運動速度，在按下快門時，相機內的微處理器就能預估出主體在快門開啓的一瞬間運動到什麼位置，成功了消除了上一代 AF 系統在快門開啟，反光鏡上翻的狀態下所產生的 0.07秒的延遲狀態。 • 加上新的多分區測光方式，7000i還能根據主體在畫面上所占的位置來調整測光值，使曝光更準確。 • 由於Dynax7000i，有效解決AF 對焦高速運動場合下（例如：賽車、個人田徑），常發生之對焦失敗以及失誤的情況，開啟高速運動攝影的先河。

  27. 1987年7月Minolta仿 α7000  的市場策略在Dynax7000i的基礎上推出了精簡版 Dynax 3000i，重量只有420克，是當時最輕巧的AF單眼相機。 • 1988年底 Nikon 終於發飆了第四代專業單眼相機 F4的推出正式宣告全自動專業相機的時代來臨。 • F4集合了這個時期所有的相機科技，包括：焦點預測AF、1/8000秒高速快門、自動包圍曝光等等，然而 F4 也是出名的頑固，其操作設計仍是沿襲一貫的轉盤操作，對於 Nikon 的愛用者來說不用去適應新一代的『按鈕』相機。

  28. 1988/12 Nikon F4 打響 AF 頂級機決戰號角 Nikon F系列簡史： 1959年首部F機誕生 1971年推出 F2 1980年F3 1988年F4 1996年現代版頂級機F5

  29. Canon 也於1989年9月推出了EOS系列以來最強的機種 EOS-1。 • 同樣具備 1/8000秒快門速度，但EOS-1更進一步強化AF系統，除了擴展 AF曝光補償的檢測範圍外，並為第一部採用三次測距法來預測焦點，比起F4和Dynax 7000i的兩次測距法更勝一籌。 • 以Canon EOS系列相機的命名習慣來看，Canon 喜歡將自己認爲最好的產品稱為『1』（數位相機時代之EOS-1D、EOS-1DS）。 • Canon EOS-1就是當時與其他大廠之 AF 頂級機對抗的代表機種。

  30. 1989/9 Canon 展現全部實力在 EOS-1 系列上Canon EOS-1系列簡史 1994/11 推出EOS-1N 2000/3 推出 EOS-1V/1VHS

  31. 1990年初半導體工業正在開始蓬勃發展，雖然此時半導體的容量仍相當有限，但是Minolta 以及 Canon 已經能夠藉由外插 ROM （唯獨型記憶體 - 類似今日電腦中所使用的 BIOS ）。 • PUSH 相機的性能，Minolta 曾為旗下的相機系列推廣一種『場景智慧卡』，擴充其拍攝能力。 • Canon 家族則在其 EOS 10中，加入了條碼程式系統，使用者可根據實際需要，藉由手冊條碼來改變相機內的程式用，EOS 10並首次配備了可獨立使用的三區域AF 對焦系統，可以方便地拍攝不在中心點的主體；同時提供手動選擇任一AF區域，堪稱當時創舉。 • 1991年3月 Nikon 推出了改良款 F-801S，總算加入了此時引領風騷的焦點預測AF以及點測光模式，開始拉近了與Minolta、Canon 的競爭距離。

  32. Canon EOS10 條碼程式拍攝功能 Nikon F801S

  33. 91年 6月Minolta 推出了第三代AF 單眼相機 Dynax 7xi，這次『xi』代表了『專業智能 Expert i*』。 • Dynax 7xi引進一種全新的技術稱為Fuzzy 邏輯推理系統，內建四組測距元件，使其AF選擇區域比以往的任何一部AF都還要大，AF速度是Dynax 7000i的兩倍。 • 因為AF區域加大，搭配上新的對焦推理系統，Dynax 7xi 號稱能夠預測各方向以及突然轉向之主體運動焦點，也就是現在連行蹤飄忽不定的 UFO 都可以拍得到。 • Dynax 7xi還具有蜂巢式測光系統並能與AF聯動，能更準確地判斷出主體位置和曝光量；在P模式上，7xi也改變了以往根據鏡頭焦距來選擇程式的做法，而以主體的運動狀況與焦距結合運算。

  34. Dynax 7xi首部邏輯思考相機 PENTAX Z10

  35. PENTAX，1991年7月終於推出了新一代AF單眼相機Z10和新 FA系列鏡頭。 • Z10具有流行的焦點預測AF功能，也採用了六分區域測光。 • Z10有效的簡化控制操作，卻又不損其功能性。 • Pentax 頂級AF機 Z-1，搭配最高1/8000秒快門速度和1/250秒閃光燈同步速度，含三種測光方式以及18種自選功能。 • Z1具有強力之MTF程式曝光修正，且還自創了自動變焦曝光能力，使用者可以一邊變焦一邊拍攝，製造出具有『移動感』效果的照片。

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