『位相差AFについて教えて下さい。』 の クチコミ掲示板

[Luxury in Paradise]

はじめまして。初めてのデジカメを検討していたらNEXが出て、いつの間にか一眼の掲示板も見ていました。
父の影響で撮るのは好きですが、かさ張るのが嫌いで携帯電話のカメラを使って来ました。カメラそのものは判らない一般人です。一応理系で掲示板から勉強させて頂いていますが、その程度ですので、素人に判りやすく教えて頂けましたら幸いです。


【質問】
　コントラストAFより高速な位相差AFには専用センサーが必要との事ですが、

1)位相差方式とは、簡単に言うとどんな方式ですか？

2)専用センサーはCCDと聞きました。ならば撮影用撮像素子の情報を流用する事はできないのですか？

3)専用センサーにCMOSは使えないのですか？例えば裏面照射型CMOSを使えば暗い時も高速にAFが可能、という事はありませんか？

以上3点です。後半は理系の好奇心的な質問ですが、よろしくお願いします。

書込番号：11814659

[ichibey]

携帯電話からだと見えるか判りませんが動画付きで解説が有ります。
http://www.nikon.co.jp/profile/technology/core/software/caf/

映像素子の情報流用は画像データ読み込みと異なるのでそのままでの
流用は出来ないと思います。但し富士フイルムがコンパクト機で
位相差AFの機能を付加したセンサーを搭載してきていますので将来的には
そういったものが増えてくる可能性も有ると思います。

3に関しては判りませんが現状のCMOSセンサーはメカシャッターが無いと
CCDと異なるデータの読み取り方式なので最初と最後で延滞差が有るので
難しいのかも...(いわゆるコンニャク現象です。ただ映像素子よりは
情報量が少ないので問題無いのかも？)

書込番号：11814701

[kuma_san_A1]

まず、以下のページ(生産完了のレンズのページだからいつまであるかな？)に位相差AFの図があるのでご覧ください。

1) 原理は三角測量と同じ。レンズの対向するある入射高さからの光束における視差を利用して「位相差」によりフォーカス位置のズレ(前後にあるか、その量も測れます)を測り、それを元にレンズのフォーカシングを行い合焦させます。

2) 通常はラインセンサー(位相差検出に充分)を使用します。撮影用のセンサーはレンズの前面からの光を受けているので、通常は「位相差」を検出することは出来ません。
そのため、撮影用のセンサーを利用したAFは、レンズのフォーカシングを前後して一番高いコントラスト検出する方法をとります。

3) AF用のセンサーにCMOSを使っても全然大丈夫ですよ。CCDイメージセンサとCMOSイメージセンサは読み出し方の違いだけなので。
ただ、裏面照射を使うくらいならCCDラインセンサの方が手間がかからないですし、裏面照射を使わなければならないほどの極小画素ではないですよ。
限られた光束から受けるので精度を増す(小ピッチの検出)ためにはラインセンサを隣り合わせに半ピッチずらした千鳥格子配列などを行って対応しているようです。

書込番号：11814737

[akibow]

１）英語ですが、アプレット形式でわかりやすいのを紹介します。
http://graphics.stanford.edu/courses/cs178-10/applets/autofocusPD.html

２）ピント検出のために上記のような構造をとっていますので、普通の撮影画素とは構造が異なるのがネックになると思います。キヤノンとニコンが撮像素子内に位相差センサーを埋め込む技術を特許取得しているので、共存はたぶん可能でしょうけど、その部分は画素欠損扱いになるのかなと思います。将来的には白画素(輝度のみ）として使える技術が出来るかも知れません。

３）はよくわかりませんが、ラインセンサーのようなものだと、撮像素子のような高密度ではないので、CMOSのメリットがあまり出ない＝従来からあるCCDラインセンサーでいいや、ということかも。
２）のような撮像素子埋込だと極小センサーになりますし、CMOSセンサーと一体化するので当然CMOSになるのだろうと思いますが。

書込番号：11814842

[Luxury in Paradise]

回答下さった3名の方々、ありがとうございます！

リンク先をPCでゆっくり拝見する時間を平日は全く取る事が出来ず、大変恐縮ながら週末に拝見させて頂きます。後ほど感想やお尋ねをさせて頂くつもりですが、まずはお礼申しあげます_(._.)_。
ありがとうございました！

書込番号：11818956

[Kazu-A]

既に的確な回答がありますので、興味深いエピソードだけ紹介させて頂きます。

> 3)専用センサーにCMOSは使えないのですか？

一眼レフのAF化が本格的に始まった際、既に東芝がパーツとして安定した性能を持つ
CCDラインセンサーを製品化しており、多くのメーカーはセンサーにこれを採用しました。

しかし、キヤノンはどうしてもAFセンサーにCMOSを採用したかったそうです。
ただ当時のCMOSはCCDに比べ、感度が低くノイズが多いという問題がありました。

これを克服すべく、CMOSをベースに各アンプによるバラツキを補正する技術を確立し
BASISと呼ばれる素子を開発しました。基本的にBASISはCMOSセンサーです。
# http://web.canon.jp/technology/approach/core_tech/imaging.html

キヤノンがCMOSを採用したかった理由は低消費電力、高速な読み出し、低コストである
ことがアナウンスされましたが、後に多点化が容易であることが明かされています。

多点化する場合、製造工程に於いてCCDは複数のラインセンサーを平面上に高精度に配置
しなければならないのに対し、CMOSは印刷技術を応用し、３点だろうが４５点だろうが
平面上に一発で成型することが可能だったそうです。

初代EOSをリリースする段階で既に将来の測距点の多点化をにらみ、CMOSを採用したと
しています。現在のEOSデジタルもBASISという言葉こそ使われていませんが、さらに
一次と二次の残留ノイズのキャンセル回路を搭載した発展型CMOSセンサーです。

従って、専用センサーにCMOSを採用することは可能だと言えるでしょう。

書込番号：11819465

[Luxury in Paradise]

　回答下さった3名の方々、またCMOSのAFセンサー採用事例を下さったKazu-Aさんありがとうございました！
　kuma_san_A1さんの「以下のページ(生産完了のレンズのページ」のリンクがありませんでしたが、ichibeyさんのリンク先でkuma_san_A1さんの1)のご説明と本質とを理解できました。加えてakibowさんのリンク先では、更に製品レベルでの内部の仕掛けを理解できました。感謝申し上げます。
　追加でおたずねしてよろしいでしょうか？

4)AFセンサーの形状は？
　「ラインセンサ」との表現を皆さんなさってますが、額面通り「1次元の線状のセンサー」なのですか？リンク先の模式図は何れも全体を横から見たもので、センサーの形状は判らなかったのですが、私はファインダや液晶画面上でAF時にピピッと表示される「□」マークの正方形状かと勝手に思っておりました。
　Kazu-Aさんのリンク先のBASIS画像を見ると黒い直線が真ん中で2本に区切られていて、額面通りに見えます。

　よろしくおねがいします。

書込番号：11832636

[kuma_san_A1]

＞4)AFセンサーの形状は？

もちろん、線状です。

書込番号：11833430

[Kazu-A]

-> Luxury in Paradise さん

> 4)AFセンサーの形状は？

基本的に１つのAFセンサーは１対２本のラインセンサーで構成されています。
ご推測の通り、一次元の線状のセンサーです。

ラインセンサーですので、縦に配置するか横に配置するかが重要で、配置方向と
平行な被写体は検出することができません。

測距点によっては縦線が検出できない、あるいは横線が検出できないといった
現象があることは御存知かと思いますがこういった理由がある訳です。

ただ、現実には縦横クロス状にAFセンサーが重ね合わせられていたりするなど、
さまざまな工夫が凝らされていることがあります。

キヤノンEOS40Dの例ですが、以下にAFセンサーの写真があります。
# http://p.tl/5iRE

もう少し大きな画像は以下にあります。
# http://p.tl/xZi1

画像を見て頂くとライン上のセンサーが並んでいるのが分かると思います。

書込番号：11834895

[Luxury in Paradise]

kuma_san_A1さん
Kazu-Aさん

　回答ありがとうございました。位相差AF用センサについて理解でき感謝申し上げます。
　先週末はダウンして何もできず、お礼が2週後になりましてすみません。

　撮像用センサの外周にぐるりと額縁状にAF用ラインセンサを設け、検出データを元に演算によって画面内の任意の位置でのフォーカスを検出できたりしないのかな？などと考えたのですが、演算によるタイムラグがあっては動体相手の連射ができないですよね。
　後日、パナソニックのミラーレス一眼でコントラストAFなのに位相差AF並に早い製品があると聞いたのですが、既にそんなのがあるならいずれは撮像用センサ1つで高速AF機能も含めて完結できるようになるんでしょう…技術の進歩が楽しみですね。

　初めてのデジカメをコンデジにするか一眼にするか思案していますが、今回の勉強で両者の基本的な構造的性能差を理解できてよかったです。AFについてもコンデジには一眼の性能を期待すべきではない事が判りました。
　最初の投稿より、素人向けに親切に説明して下さった皆さんに感謝申し上げます。
　ありがとうございました。

書込番号：11900123