1. オートフォーカスの 3 つのコア要素

マニュアル フォーカスとは異なり、最新のオートフォーカスは単一のテクノロジーによって駆動されるわけではありません。代わりに、これは 3 つのシステムが連携して動作した結果です。

光学原理光がどのようにイメージセンサーに焦点を合わせるかを決定します。

機械式アクチュエーターレンズを物理的に正しい位置に移動します。

オートフォーカスアルゴリズム画像データを分析し、レンズをどのように動かすかを決定します。

これら 3 つのコンポーネントが連携して動作する場合にのみ、カメラは高速かつ正確なオートフォーカスを実現できます。

2. 光学原理: レンズの移動により焦点が変化する理由

オートフォーカスの基礎は光学イメージングです。

カメラのレンズは入射光を曲げてイメージ センサーに投影します。被写体が近づいたり遠ざかったりすると、焦点面が移動します。センサーがその焦点面に配置されなくなると、画像がぼやけます。

オートフォーカスは、焦点面が再びセンサーと正確に揃うまでレンズを移動することにより、画像の鮮明さを回復します。

紙の上で虫眼鏡を調整するようなものだと考えてください。レンズを少し動かすと光が集まる場所が変わり、画像が再び鮮明になります。

主要コンポーネント

光学レンズ

イメージセンサー

焦点面

一般的なワークフロー

被写体までの距離を推定します。

必要な焦点位置を計算します。

レンズを動かします。

画像の鮮明さを確認します。

3. フォーカスアクチュエーター: レンズが実際にどのように動くか

どこに焦点を当てるべきかを知ることは、プロセスの半分にすぎません。また、レンズは非常に高い精度で物理的に移動する必要があります。

最新のカメラ モジュールは通常、次のような小型アクチュエータを使用します。

ボイスコイルモーター (VCM)

ステッピングモーター

圧電アクチュエータ (特殊なシステム)

その中で、VCMスマートフォンやコンパクトカメラモジュールに最も広く使用されているソリューションです。

VCM は、優れた位置決め精度を維持しながらレンズをわずか数百マイクロメートル移動させることができ、スムーズで高速なオートフォーカスを可能にします。

一般的なオートフォーカス プロセス

オートフォーカスコマンドを受信します。

アクチュエーターを駆動します。

レンズを動かします。

画像の鮮明さを確認します。

最適な焦点に達したら停止します。

4. オートフォーカス アルゴリズム: システムの背後にある頭脳

アクチュエーターはレンズを動かしますが、決定するわけではありませんどこ移動すること。

そのタスクはオートフォーカス アルゴリズムに属します。

イメージ センサーはプレビュー フレームを継続的にキャプチャし、イメージ プロセッサは画像の鮮明さを評価し、最適なレンズ位置を計算します。

現在のカメラ モジュールでは、通常、いくつかのオートフォーカス方式が使用されています。

コントラスト検出オートフォーカス (CDAF)

画像のコントラストを評価する方法です。

画像が鮮明であれば局所的なコントラストが高くなり、プロセッサが焦点を前方に移動するか後方に移動するかを決定できるようになります。

利点:

高い合焦精度

シンプルな実装

制限事項:

フォーカス速度が遅い

フォーカスをロックする前に狩りをする可能性があります

位相差オートフォーカス (PDAF)

PDAF は、入射光の位相差を比較して、焦点の方向と必要なレンズの動きの両方を決定します。

利点:

非常に速い

動く被写体に最適

スマートフォンやデジタルカメラに多い

レーザーオートフォーカス

一部のカメラ モジュールにはレーザー距離センサーも含まれています。

画像データから焦点を推定するのではなく、レーザーが被写体の距離を直接測定するため、低照度条件下でオートフォーカスがより迅速に応答できるようになります。-

5. 一般的なオートフォーカスのワークフロー

オートフォーカス テクノロジーは異なりますが、ほとんどのカメラ モジュールは同じ閉ループ制御プロセスに従います。{0}

プレビュー画像をキャプチャします。

画像の鮮明さを分析します。

必要なレンズ調整を計算します。

アクチュエーターを駆動します。

別の画像をキャプチャします。

フォーカスがロックされるまで繰り返します。

この継続的なフィードバック ループにより、被写体が動いている場合でもオートフォーカスの精度を維持できます。

6. 現実世界の例-

スマートフォン

最新のスマートフォンは、PDAF、CDAF、AI シーン認識、および VCM アクチュエーターを組み合わせて、ミリ秒単位のオートフォーカス速度を実現しています。

産業用カメラ

産業用ビジョン システムは、速度よりも位置決めの精度を優先します。高精度アクチュエータにより、ミクロンレベルまでオートフォーカス精度が向上し、PCB 検査、半導体製造、精密測定に最適です。-