主题：【圖解】移焦的根源：光學像差問題 [主题管理员:capss]
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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。最近把我過去的回答統整，應該是中文的首篇直白的說明...
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。
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。
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。
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。
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。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...
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。
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。
結論...拍攝對象也會影響！？
各位不難發現，A和B都可以是焦點，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。
本帖最后由 capss 于 2012-12-26 13:16 编辑
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
結論...拍攝對象也會影響！？
各位不難發現，A和B都可以是焦點，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。
本帖最后由 capss 于 2012-12-26 13:16 编辑
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capss 发表于 2012-1-1 23:59
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。最近把我過去的回答統整，應該是中文的首篇直白的說明...
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。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。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 ...
CAPSS兄，最近三天我把你所有无忌有关宾得镜头的内容回复温故了一遍，我也对镜头的设计、专利、结构、光学原理、玻璃材料等感兴趣，但之前没有这方面的基础（大学学的土木类工科专业），请问应该从哪些中文书籍和基础资料学习呢？
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capss 发表于 2012-2-8 23:12
現在要編輯只能申請主題管理
不過申請主題管理要版主同意
呵呵...
考慮過幾天重開新帖
http://www_pentaxcn_com/capss/
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cz8384 发表于 2012-2-8 20:57
可以上传到无忌上啊
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呵呵...
考慮過幾天重開新帖
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capss 发表于 2012-2-7 16:03
香港的外連似乎常看不到
可否介紹能顯示GIF動畫
而且內地也能用的圖床?
可以上传到无忌上啊
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cz8384 发表于 2012-2-7 15:48
看不到图片了capss大侠。能否修复一下下？
香港的外連似乎常看不到
可否介紹能顯示GIF動畫
而且內地也能用的圖床?
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capss 发表于 2012-1-21 17:23
哪兒冒犯您了
犯得著開口就罵人麼?
開宗明義就是解釋跑焦
MTF是用來解釋的輔助
真要解釋MTF又是另一個故事了
许你胡说八道还不许老子骂不成
不管你讨论什么，”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“就是放屁
你说的这点东西，几十年前已经有人讲的很明白了，你复述倒没说清楚，老子懒得浪费笔墨而已
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qpcwth 发表于 2012-1-21 16:30
前一半拾人牙慧，倒数第二点胡说八道
关于像素和mtf，我去年已经撰文把问题说清楚了，你这个白痴动笔前就不会用一下搜索？
哪兒冒犯您了
犯得著開口就罵人麼?
開宗明義就是解釋跑焦
MTF是用來解釋的輔助
真要解釋MTF又是另一個故事了
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capss 发表于 2012-1-21 16:29
用的是香港外連
有時候人多就掛了
過幾天再看又好了
回家用※※※试试不知道有无效果.....
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dumernseal 发表于 2012-1-21 16:09
老大....图挂了
用的是香港外連
有時候人多就掛了
過幾天再看又好了
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capss 发表于 2012-1-4 20:20
簡單說鏡頭跑焦
就和大光圈成像肉是相同的
是設計時就存在的正常現象
谢谢了
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科科爱燕燕 发表于 2012-1-4 19:52
看不懂....说的简单一点吧.
簡單說鏡頭跑焦
就和大光圈成像肉是相同的
是設計時就存在的正常現象
(當然如果有質量問題會更嚴重)
之前見過不少跑焦送回原廠調
原廠說沒問題又原件送回
於是大罵服務不佳敷衍了事
如果了解跑焦的原因就不會有誤會了
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看不懂....说的简单一点吧.
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playboyroyal 发表于 2012-1-3 17:02
太专业，不是很懂。。。Mark一下
MARK
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playboyroyal 发表于 2012-1-3 17:02
太专业，不是很懂。。。Mark一下
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