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【圖解】移焦的根源:光學像差問題 [複製連結]

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發表於 2012-1-1 00:00:41 |顯示全部樓層 | 字體大小
移焦的問題,多數攝影朋友都有遇到,幾年來也有各種解釋,比如機械誤差、反光鏡定位偏差、鏡頭馬達問題等等。可能有人真的同時也存在這類機械上的問題。但移焦的根源,是相位差對焦法無法處理光學像差現象所造成。這點從來沒有過完整的說明,因而以前幾次提出時都被嗤之以鼻。所幸,2011年7月在日本朝日相機雜誌中提及了,終於有所見略同的感慨。於是也把我過去的回答統整,應該是中文的首篇完整解釋......趕在2012大家存錢買船票前送給PFC囉...【圖解】移焦的根源:光學像差問題

相位差對焦法簡介

    下圖是完美鏡片的成像光路圖,鏡片上不同位置的入射光以不同角度向焦點匯集。相位差系統在焦點前加入二次成像鏡片,於是各道光線不再匯集、轉而射向對焦感應器上的不同位置。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題


    當對焦系統運作時,隨著鏡頭移動、光線通過二次鏡片來到對焦感應器的位置也不同。相位差法就利用這位移量,判斷出焦點偏移量,因而可以快速找到焦點。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題


    然而眼尖的朋友應該發現,上圖因為讓所有的光線都進入,偏離焦點時偶爾也會有光線剛好射向正確合焦位置, 這會讓機器誤判以為合焦了。因此需要加以限制,只讓特定角度的光線進入,比如光圈2.8或5.6的光線,這樣就能避免誤判。下圖是採用f/2.8光路的對焦示意圖,一般就稱之為對焦精度f/2.8。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題

    前面的文字中,都是以完美鏡片做為範例。完美鏡片各光圈時的焦點都相同,不論相機採用多大光圈作為對焦精度都沒有影響。但是現實世界中的鏡頭就不同了,因為有球面像差存在。


球面像差的影響

    現實世界中的鏡頭雖然經過各種修正,或多或少都還有球面存在,造成不同光圈下的焦點也跟著不同。以下採用Canon EF50/1.4作為實例說明,下圖是50/1.4各光圈下的光路及球面像差曲線:隨著光圈改變,從全開到f/16的焦點各自不同。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題

    相機以f/2.8對焦精度所找到的,是光圈2.8下的焦點,但它和全開焦點偏差了0.083mm (即83µm-微米),這就造成相機在全光圈時移焦了。不僅僅全光圈,各光圈下的焦點也都不同,因此各光圈都獲多或少會有移焦,這是球面像差存在下、造成的無法避免現象。

    非但如此,球面像差存在時還有更深一層的問題。我們把EF50/1.4的光路圖多畫幾條線,放大來分析它的成像光路。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題

    將全光圈下的焦點放大後,可以清楚看到因為球面像差下各道光線匯聚在不同點,於是鏡頭的焦點不再是一個點。那麼焦點在哪?B似乎是所有光線匯聚的最小點,應該是這兒吧?可是A匯聚的點更小,只不過有部分光線散在外頭...
【圖解】移焦的根源:光學像差問題


MTF現端倪

    為了找出相機真正的焦點,我們來做MTF分析。除了採用日系資料經常用的10線(藍色)及30線(綠色)之外,這裡加入更高的100線(紅色),大約等於現今1600萬畫素APSC相機100%放大時所需的圖像密度。

        A點在10線對的MTF稍低,但是100線的表現提高不少,對於需要100%放大才能看見的微細圖像比較適合。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題

    B點在10線對的MTF最高,而100線的表現卻接近零,對於拍攝粗的圖像有很好表現,但是細節表現極差。
【圖解】移焦的根源:光學像差問題


結論...拍攝對象也會影響!?

    各位不難發現,A和B都是焦點,A是高解像力圖像的焦點,B是低解像力下的焦點,兩者位置偏離42µm--隨著拍攝對象不同、有不同的圖像密度,各自有其最銳利焦點。一般使用測焦卡校正相機焦點的方法,可以說毫無意義,因為卡上的準星通常畫很大、圖像密度低,測出來的焦點和以100%放大觀察的高密度焦點是有偏差的。

    看到這裡,可能有人知道結論了。在球面像差存在下,焦點不僅隨著光圈移動,甚至拍攝對象也會有影響,而相位差系統只能找到系統對焦精度限制下的單一焦點,自然無法滿足各種不同的拍攝條件。因此移焦是相位差對焦法下無解的難題,各相機廠商只能根據使用習慣統計,儘量將系統焦點設定在能符合多數情況、但不是全部。

偃鼠飲河

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發表於 2012-1-1 00:25:30 |顯示全部樓層 | 字體大小
小弟企盼caps大釋疑已久了~
因小弟的31在k7和k10d移焦很大..雖然做了AF微調或DEBUG MODE但仍感不甚滿意PFC-Pentax Fans Club

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發表於 2012-1-1 16:06:39 |顯示全部樓層 | 字體大小
看起來用十字裂像確認的話問題比較少。
巨眼之門:http://www.bigeye.url.tw
https://www.facebook.com/groups/653989224778693/

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發表於 2012-1-1 17:40:33 |顯示全部樓層 | 字體大小
Thanks for sharing.
FA31, FA43, FA85, FA24 一直都只用手動對焦, Z-1P 勉強可用.
對賓得autofocus 早已放棄.
用Autofocus 只在 DA kit lens.

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發表於 2012-1-1 23:28:29 |顯示全部樓層 | 字體大小
好驚人的圖示分析阿!多謝版主的辛苦分享!

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發表於 2012-1-1 23:45:53 |顯示全部樓層 | 字體大小
全部寫完了,有錯還請不吝指教囉PFC-Pentax Fans Club

潛水中

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厲害~~小弟把這篇貼到facebook上~給同學看看~不知caps大介不介意~
PENTAX kr k10d *istDS PENTAX 540 FGZ PENTAX FA LE 77mm 43mm 31mm PENTAX DA LE 15mm SIGMA 100~300mm F4

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受教了.....新的一年.....學習的開始PFC-Pentax Fans Club

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發表於 2012-1-2 00:27:37 |顯示全部樓層 | 字體大小
Post by ms69;1011640
厲害~~小弟把這篇貼到facebook上~給同學看看~不知caps大介不介意~


歡迎啊
之所以努力寫還畫動畫
就是希望大家對移焦有正確認識

低賤會員

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發表於 2012-1-2 00:35:47 |顯示全部樓層 | 字體大小
理論,我都不理它...

看結論就好,實際上也是,同一個東西幾乎同一距離,先移開在其它位置對焦,再對回物體,拍個幾十張,就會發現光圈愈大,移焦張數就愈多張!

另外就鏡頭機械零件精度問題,用久的鏡頭都會發現轉動愈來愈鬆!
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