自動對焦（Auto Focus）是一種于20世紀60年代發展起來的技術，主要在相機和其他光學設備上應用。其中需要許多技術，如半導體、光電子、微型馬達等支持。

其自二十世紀70年代應用于民用相機以來，掀起了巨大浪潮；時至今日，從緊湊型數碼相機，到單反或者是無反機型，幾乎都遍布自動對焦。

今天拍照并不需要了解那么多原理，本篇筆記作為維基條目的副產品，大略介紹一下自動對焦的發展和現狀，（不涉及任何數學計算）供有興趣的朋友參考。
本文為2017年的修訂，如有參考，還請以新版本為準。

目錄

1. <a href=#background>背景</a>
2. <a href=#realiz>原理與實現</a>
   2.1. 主動式
   2.2. 被動式
   2.3. 實時取景帶來的變動
   2.4. 混合搭配，干活不累
3. <a href=#related>相關概念</a>
   3.1. 對焦速度
   3.1.1. 對焦方式與算法
   3.1.2. 馬達
   3.1.3. 對焦鏡片的組織
   3.2. 輔助對焦燈
   3.3. 跑焦
   3.4. SLT設計反思

以下章節收錄于增補篇中
-4. <a href=#branch>分支</a>
-5. <a href=#unaf>關于未能自動對焦的那些鏡頭</a>
-6. <a href=#otherwords>其他的話</a>

-7. <a href=#reff>參考與引用</a>

<a id="background">背景</a>

所謂對焦，就是驅動光學鏡頭位置，或其中一組鏡片位置，而在對焦屏或成像元件上獲得最清晰像的過程，其歷史甚至早于照相機的誕生——早期畫家們有“取景盒子” (Camera Obscura) 時就有對焦概念了。而照相機在達蓋爾時代發明顯影術后得到了高速發展，攝影師從濕版到膠片，從單一黑白攝影到獲得色彩；相機設計也經歷了形形色色的變遷，功能上也由手動測光發展到自動測光。終于，對焦的自動化 —— 自動對焦的時代來到了。

自動對焦誕生之前，手動方式的對焦有兩種方法，一種是測距對焦 (Scale Focus) ，另外一種是取景器聯動對焦，這兩種方法都會在后文提及；前者的精準度隨測量方式而有所差別，后者的形態各異，諸如黃斑和裂像等，但對于使用者眼神和操作都有一定要求，也限制了照相機這個“魔法盒子”在普通大眾之中的普及——人民大眾有要求，工程師們自然會想辦法來解決。

很有意思的是，最早可以查詢到的記錄是徠茲公司提出的自動對焦相關的專利，提出時間差不多在60年代～1973年（我在搬運的時候發現英文維基的注釋鏈接失效了，之前也感嘆這個時代信息消逝得更快了。相關過往在這里有提及）。

徠卡是135相機的發明者，很長一段時間，甚至現在而言，也是無可爭議的135王者；技術領先與制造精良是其王牌。這樣的企業想掀起新的浪潮，也完全可以理解。到了1976年的Photokina展，徠茲公司也推出了一款概念產品 Correfot ，稍后的78年展示了自動對焦完全功能的單反……再然后，就沒然后了。自動對焦的機器要等到21世紀和松下合作之后推出的幾款貼牌DC；或許值得一提2006年的 Digilux 3，43感光元件的可換鏡頭機型 (然而其實是奧林巴斯 E-330 的改型，松下 L1 的再貼牌) 。再之后有試水不可換鏡頭的X1/X2，APS-C的T系，以及2015年的 Leica Q ，然而這都是后話。

圖文無關，我就是擺一臺徠卡鎮樓（Leica I）

百花齊放，日本相機工業在70～80年代有一種后來居上的勢頭。話說回來，人民群眾要的是極致畫質和便利平衡的功能，前者日本人追趕了，似乎還是會差點意思；后者日本相機工業倒是在自動對焦的領域里揚名立萬。77年柯尼卡(Konica)的C35 AF，是自動對焦的PS機；而81年的賓得(Pentax)ME-F將自動對焦擴展到單反領域。1985年美能達的MinoltaAF也是里程碑一樣的登場，宣告著真正的完備自動對焦系統出現了。雖然說α7000可以說平平無奇，甚至其上撤銷撥輪而使用細長按鍵的設計也是局限于時代審美的標志，然而終究是各類技術集大成之作。賓得(Pentax)、尼康(Nikon)、佳能(Canon)也紛紛投入新的市場。

美國在這個時期也并非沒有作為，除了威達(Vivitar)熱衷于計算機輔助設計之外，還有寶麗來(Polaroid)的公司一直對Instant(即時成像)抱有極大熱情，72年～81年間出產的SX-70系列是其產品中的佼佼者，在78年生產的 OneStep 機型還帶上了聲納自動對焦系統。一時，迪斯尼樂園、即時成像、傻瓜操作，無疑是美國夢的一種具體意象。

德國的另外一位巨擘，蔡司，在90年代可能受到德國統一，萬事可為的利好鼓舞，也聯合日本京瓷推出了自動對焦的康泰時(CONTAX)品牌產品，不可換鏡頭的T系，可換鏡頭的G系以及稍遲的N系單反產品。

隨著時代推進，自動對焦技術也在發展，但是就不在『背景』章節里贅述了。最后一件要說的事情是，80年代末90年代初，美國企業霍尼韋爾(honeywell)起訴美能達(minolta)關于自動對焦專利侵權——這個時期剛好是日本泡沫經濟末期，而美帝上下一股護犢情緒——總之最后美能達被美國法庭判敗訴，賠償約1.2億美元(嗯，90年代初的“億美元”)；美能達財務上的危機導致了后來很多事，簡直可以另外撰文。（有興趣的朋友亦可移步自行閱讀日文條目『ミノルタ?ハネウェル特許訴訟』）

<a id="realiz">原理與實現</a>

解構的視點來看，自動對焦其實可以視作是手動對焦的自動化
——那么就引出了一個問題，手動對焦的過程是如何進行的？

手動對焦，至少存在兩種方式：
一種情況今日還多有使用，轉動對焦環（以驅動對焦鏡片），觀察取景器，觀察到合焦則停止對焦。

觀測對焦，需要有聯動的取景器或取景屏 <br />圖片來自周晨光大老板

而還存在另外一種手動對焦方法，(使用測距儀或估算)測量出相機膠片到拍攝體的距離，然后根據鏡頭標尺旋轉對焦環。這種方法被稱作 **Scale Focus **(標尺對焦)，隨著黃斑對焦和單反取景相機的普及而較少使用，偶爾在人文類攝影中配合超焦距以估焦方式露面。以及，星空拍攝題材下，以接近無窮遠為基準的調校也是常見手法。

尼康 35mm F2鏡頭，雖然是自動對焦鏡頭，仍然保存了標尺刻度 *[源](https://en.wikipedia.org/wiki/File:Lens_aperture_side.jpg)*

面向進階用戶的機型上，還保留這樣的注刻<br />用類似俄文字母Ф的符號標注膠片/傳感器位置，方便進行標尺對焦

這兩種方法似乎剛好可以對應自動對焦的兩大類別，即『被動式』與『主動式』。

主動式

簡單來說，主動式的自動對焦就是拿一個測距儀，比劃著差不多畫面中心位置，測出來距離數據，傳遞給機身，機身根據標尺推著對焦鏡片到那個位置，“咔嚓”，拍下對焦成功的照片。基于這一點，『主動式』叫做『測距式』也許更為具象一些。

Polaroid SX-70 Sonar OneStep，聲納比鏡頭還大 *[源](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polaroid_SX-70_Sonar_OneStep_02.jpg)*

這樣的好處很明顯，就是機身內部用于成像的結構基本不要改，加裝一個外部附件然后進行通訊并且驅動鏡片就是。所以，在自動對焦的早期，多見這樣的設計；比如說寶麗來的SX-70系列中的SONAR OneStep款。

測距器的具體實現很多，超聲波（聲納）、紅外線，以及最近一段，重新在手機上被翻出來用做噱頭的『激光對焦』，都是類似的。

CONTAX G，自動對焦的旁軸系統，額頭小窗戶是紅外測距用。*[源](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Contax_G1_0525.jpg)*<br />以下說法的例外之作

至于對上沒對上，抱歉，非TTL機型的取景器里看不出來；想要對畫面中比較特別的點對焦，抱歉，也不太好選。這些問題，以及早期外部測距器的龐大體積，都影響了相機設計（上圖中的紅外窗測距，算是例外，小型化程度好，在20世紀末普遍裝備于傻瓜相機上）。因為主動測距式的這些不足，也就有了下面的被動式。

被動式

其實仔細想來“被動”這個說法并不嚴謹，嚴格來說這叫做 TTL式。所謂TTL，就是 Through The Lens 的縮寫，字面直譯“通過鏡頭”，意譯“鏡后”；在自動對焦之前，這主要用來區分稱呼測光方式；而這一刻，則輪到了自動對焦。

以“鏡后”方式做的行為，好處就是“所見即所得”，從消除視差，精確測光，到自動對焦，無一不是如此，而能以鏡后方式來運作的相機系統，在當時就是單鏡頭反光取景機型，即所謂“單反”。

而這鏡后被動式的自動對焦，又分作兩種實現，即『相位對焦』與『對比度對焦』。而這兩種實現，又與稍早發展起來的圖像傳感器技術有關。

相位對焦

相位對焦 (Phase Detection Auto Focus，PDAF)，可能又叫做“相位差對焦”，是將傳感器布下“長蛇陣”，然后在這條線上捕捉通過鏡頭不同邊緣部分射入的光線進行檢測的方式。說的比較復雜，看圖簡單。

相位對焦，不同位置的情況

這圖是我見過的訴說原理的圖片中最簡潔的，來自DP Review，做成了動圖好插入文章。這里的傳感器即為相位對焦傳感器，為橫向分布，紅線與藍線代表了鏡頭同一被攝體通過鏡頭兩端投射的光線，重合即為合焦；而若不重合，還可以根據具體的分布位置，判斷焦點偏移的方向，可以進行方便的反饋糾正。

聰明的讀者這時候也會想到，如果這一字與物體的條紋方向剛好同向，豈不是抓瞎了？為了解決這樣的問題，就把原本的一字長蛇陣改為十字或者X字陣就可以了；在美能達Dynax 7（也就是美能達A7）發布的時候（約2000年），還出現了“雙十字”的說法，其實就是傳感器排布以“十”疊加“X”，但是可能叫做“米字對焦”不好聽（“雙十字”，聽起來比較酷炫）。無忌的Xitek西老當年還寫過一篇《雙十字交叉傳感器原理》，歡迎移步閱讀。

對比度對焦

對比度對焦 (Contrast Detection Auto Focus，CDAF)，也被叫做“反差對焦”，是根據畫面中的物體的反差來判斷合焦情況的方法。所以考慮一下，這樣的對焦是在以傳感器為取景/成像條件下完成的。

這樣的判別方法，更接近人的判斷過程，即觀察圖片變化制定下一步的決定。然而要模擬這樣的過程，對于圖像識別、驅動算法，以及作為支持的芯片等都有較高的要求；在民用緊湊型數碼相機剛出現的時候，這樣的對焦相比單反上發展多年的相位對焦是緩慢的；技術的發展讓對比度對焦的速度不斷提升，特別是在Micro 4/3系統推出后，隨著奧林巴斯與松下為代表的企業努力下，對比度對焦速度甚至超過了一些單反相機。后面的『對焦速度』段落會說到。

實時取景帶來的變動

1995年，卡西歐公司通過QV-10將實時取景引入數碼相機行業，并且成為標桿配置；到了2006年，以奧林巴斯E-330為代表，將真正實用化的實時取景功能 (Live View)引入大底傳感器機型以來，其便利性已深入人心 (特別是對新晉用戶)。在新的時期，越來越多使用傳感器實時取景拍攝的情況；可是，單反的結構 (后文『跑焦』段落會提及)也決定了，在抬起反光板時無法啟用相位對焦。

為了解決這個問題，這時候的工程師們，提出了兩種方案：

1. 抬起反光板的時候，用對比度對焦；
2. 前一種太慢了，看看能不能重復利用原有的相位對焦模塊。

前一種的方案，可以認為佳能的EOS 450D為代表：實時取景模式下，使用對比度對焦；當然，用過的人都了解是怎樣一種緩慢的過程。后一種，則有奧林巴斯E-330和索尼的α300/α350為代表。

奧林巴斯的E-330，提供了兩種模式可選；A模式快速實用，可以實現高速自動對焦

索尼α350的實時取景示意

后者的方案，在啟動實時取景時，并不是將反光鏡完全抬起，而是對光路稍作變動，將部分鏡后光線投射到一塊稍小的副傳感器上；剩下的光線，還是去往了原來的相位傳感器上。

這兩種方案的分歧，在2008年達到了一個巔峰。日本的相機媒體頻道DC Watch還專門出過一篇，用以對當時市面單反機型(α350、D300、450D、K20D、E-420以及L10)的實時取景模式下的對焦做一個對比，可以參看《【特別企畫】各社の最新ライブビュー機能を検証する》。

索尼公司在2010年更進一步，在其于該年發布的SLT機型上，設置了固定式的半透明反光鏡，索尼稱之為“Translucent Mirror Technology”，右上角還要帶TM角標的那種。這樣，取景和成像都使用主傳感器，只是光線的利用效率會比單反機型稍微低一些。（關于SLT，到『SLT設計反思』段落再談談）

以上這部分的內容，我稍早在中文維基建立了『奧林巴斯 E-330』『半透明反光鏡』『索尼SLT機型』條目，可供參考。

混合搭配，干活不累

原本成像用膠片，自動對焦用CCD，自然是要分開；現在成像和自動對焦都用CCD/CMOS，那么可以合在一起嗎？
正是這樣樸素的想法，誕生了“傳感器內嵌相位對焦點”的設計。最早產出這樣傳感器的，是日本的富士膠片，其在2010年推出的機型『F300EXR』，配置了具備內嵌相位對焦點的EXR傳感器。

EXR傳感器是SuperCCD式的蜂巢排布，黃點為對焦點

其具體實現在于，選擇片上相鄰的一對像素點(此處為富士膠片特殊的六角形排布)，各遮蔽其上一半的感光，使其只能接受從鏡頭相對兩側進入的光線。由此，即在原理上達到了相位對焦模塊的實現。來自東芝的一段視頻簡明說明了該問題。

理論上的缺點在于，用作相位對焦的點不能參與成像，需要機內處理以周邊像素進行插值生成；然而在動輒上千萬像素的今天，幾個乃至幾百個像素點的損失，相比由此得到的便利性，確實不算什么事。

佳能公司在650D時代推出的包含內嵌相位點對焦的能力乏善可陳，為了在這股技術浪潮中占領高地，也于70D的世代推出了全像素雙核對焦（Dual Pixel CMOS AF），名字很復雜，其實就是在像素上布置了兩組二極管，這樣讓像素既可以進行對焦，也可以進行成像。佳能自己有介紹，而“撞針”前輩也有一篇《草評Canon Dual Pixel CMOS AF》，雖自稱草評，但其中專門介紹了其中的工作原理，感興趣的朋友可以移步閱讀。

以上述的設計，配合傳感器取景原本就使用的對比度對焦，構成了時下各種商業宣傳中經常聽到的“混合對焦”；通常的做法是，相位傳感器偵測大概的合焦位置，鏡片在該位置附近，使用對比度方式進一步檢測合焦——這樣既發揮相位差方式的高速指向性特點，又可以獲得對比度的高精度和相關的模式識別能力。富士膠片從原本自產的EXR傳感器，到現在APS-C規格的X-TransII都已配備(據說，后者是定制版的索尼IMX071)；而尼康、索尼、佳能、松下等廠商也都在其無反產品中加入了“混合對焦”的行列。

當然，混合對焦早期也可以指早期主動與被動方案的協同，這里篇幅限制，并未進行介紹。

<a id="related">相關概念</a>

原理說完，講講自動對焦的一些相關概念。

對焦速度

以下幾樣東西影響著對焦速度：

1. 對焦方式與具體執行方法
2. 靈敏度（傳感器）
3. 馬達（執行器）
4. 鏡片安排

對焦方式、傳感器以及算法

對焦方式的選擇，會對自動對焦的速度產生影響。相位式方案中，單一狀態的傳感器數值已經可以判斷去往合焦需要的方向，而對比度對焦則要通過“嘗試-觀察(并分析)-再嘗試”的方法來獲得，受到傳感器靈敏度因素的制約較大。

相位式對焦的誕生可以說源于CCD (Charge-Coupled Device，感光耦合元件) 的發明及實用化。與現在提起的所謂“成像元件”不同的是，相位對焦依賴的主要是線性排列的CCD元件；相信配合『原理與實現-被動式-相位對焦』中的說明，這點不難理解。

彩色線性CCD模塊的顯微照片 *[源](http://www.flickr.com/photos/micahdowty/5701797558/)* <br />需要說明，這塊總成并不是應用于對焦模塊的產品，但CCD微結構上類似

岔開一提，突破性技術從發明到商業上廣泛應用往往需要大量時間，中間需要克服材料、工藝上的困難，以及需要轉變傳統思維，為接受新秩序做好準備。數碼傳感器的普及，就不得不提時任索尼社長的巖間和夫 (巖間 和夫 ，Iwama Kazuo) ，其在70年代即認定CCD作為重點發展計劃，可惜到1982年因癌癥逝世，都未能親眼看見數字傳感器的大規模普及。
時至今日，索尼的數字傳感器，在品質和數量上幾乎可以說在民用高端領域形成了實時壟斷，也給索尼集團提供了相當的財政收入。

巖間和夫墓碑上，索尼量產的CCD產品。繼任的大賀典雄將之貼上。 *[源](http://www.shmj.or.jp/museum2010/exhibi606.htm)*

插入來說說靈敏度，尼康公司會對自己的相位對焦傳感器取名 (Multi-CAM系列) ，并且在一段時間后將原本高階的對焦模塊“下放”到原本較低定位的新機型上，這一舉措被粉絲們稱為厚道；而另外一方面，其他公司似乎并不喜歡這種命名行為，自動對焦的模塊升級相對顯得不可知，但幾乎也遵循新技術必然有提升的節奏。

尼康的高端模塊，Multi-Cam 3500FX，51區

自動對焦單反發展的早期曾有一種說法，即開放光圈小于F5.6的鏡頭無法實現自動對焦，其實也與傳感器的靈敏度有關；而作為例外，極限可能是美能達的500R鏡頭，恒定的F8光圈仍然可以在機身的合理設計下實現自動對焦（僅中心點，詳見條目『美能達500R』）。

而對比度對焦的算法影響較大。筆者去年曾經寫過一篇關于佳能無反EOS M的介紹，不想引起了意外吐槽。人稱“茼蒿”（@不辣的瑪荔）的玩家，于國內求學時，曾經對初代機型進行過深入分析，據其說，EOS M上的對比度對焦算法如X一般——說這話時滿心憤恨堪比吃了一臺EOS M一般。

日經BP提及該初版機型的對焦算法時說『EOS M的AF不是單純的“慢”，而是讓人“覺得慢”』。佳能事后也放出了一版升級固件，2.0.2，有用戶對比發現速度加快(Youtube視頻為證)。以上這些只是想說明硬件條件不變，合理化的算法可以加快對比度對焦的速度。

如果可以掌握更多資源，對比度對焦可以做到何種程度？
佳能公司在2012年的EOS M屬于反面例子，而同一年奧林巴斯公司發布的旗艦機型OM-D E-M5，則是純對比度對焦，卻達到了非常高的速度。
該公司在E-P3世代開始配置了稱作『FAST AF』功能，全稱為 Frequency Acceleration Sensor Technology ，工作機理在于以120FPS的刷新率分析圖像，配合專用的圖像處理芯片，鏡片對焦移動過程中在圖像上的變化變得非常敏銳，結合后文說的技術而達到了高速自動對焦。2015年隨E-M1引入了片上相位對焦，而更新為『Dual FAST AF』功能。

在其誕生多年后的2014年，松下的DFD (Depth From Defocus，日文漢字作 空間認識AF ，空間認識技術) 與類似的索尼4D Focus才以更進一步的識別能力而推進算法發展。
當然，這樣的說法并不確切，松下公司DFD的商品化是在2014年的GH4上推出；而在相關訪談中也披露，DFD的研究可說源遠流長，最早可以追溯到1990s年代；宏觀來看，這一方向的突破，是伴隨著芯片算力和相關算法的成熟而收獲的。例如在2010年，就可以在情報處理學會的研究報告中找到關于該項技術的論述，這篇文檔中最早的參考文獻，也可追尋到1987年，管窺科研之不易。

索尼4D對焦，實際展示，評測與錄制方為索尼 (中國)。

馬達

鏡頭或者機身上的馬達，雖然個頭不大，卻要驅動著鏡片的運動，它們是否夠強力往往決定了機身或者鏡頭的能力，也影響了市場中的定位。

在自動對焦系統開發之初，如美能達的α系統，選擇由機身提供動力推動鏡頭的方案，因為可以單機身多鏡頭復用這一系統，顯得成本較為低廉；賓得與尼康在隨后也推出了自己的AF系統，但因為要保留卡口支持，選擇機身馬達是較好的方案。佳能EOS系統最晚推出，其所選擇的，則是將馬達置于鏡頭的做法。

（以現在的眼光來看）有諸多不足。除了商業定位上的考慮，后者驅動力與小型化可以隨時代而發展，而前者傳動鏈長的劣勢卻一直存在。尼康、索尼和賓得公司也在單反領域從后者向前者進行轉型；而無反系統則清一色地于一開始便采用的鏡頭配置馬達的布局。

目前廣泛應用在鏡頭中的馬達，以驅動方式劃分，有超聲波馬達與步進式馬達 (步進電機 stepping motor) 。

傳統或者說早期應用的馬達，因為換能效率、驅動速度、噪聲等原因，不在最新的產品上應用，但也可以在低端產品上找到蹤跡。

超聲波馬達

超聲波馬達是利用壓電效應，也就是電能與機械能互換的效應而開發的一類微型化馬達，有意思的是，它的第一個商業應用和最廣泛應用就是出現在自動對焦領域。幾乎所有相機廠家都有自己的超聲波馬達技術，并且都取了復雜的商用名稱，然后又覺得麻煩而使用三個字母作為縮寫（約好的一般，居然都是三個字母），十分有趣。

超聲波馬達也依據使用波形，分作行波與駐波 (日文漢字作 定在波型) 類型，一般說來，駐波馬達是目前的研究與應用熱點。

步進馬達

而步進電機在實時取景獲得普及后，也得到了重視，這與對比度對焦的方式以及步進電機的工作方式有關。

佳能EF-M 22mm F2 STM鏡頭機械結構圖

對比度對焦不斷重復『分析采樣-驅動-再分析-再采樣』的過程，必然會跨越對比度峰值而進行對焦鏡片的回歸；步進式馬達因為可以無需其他設備而獲得自己的形態信息，所以在回歸這一過程可以實現得較為迅速。佳能公司曾經非常推崇USM超聲波馬達，并且在高階鏡頭中大規模裝配，粉絲也對此趨之若鶩；然而在實時取景與視頻大規模應用下，也不得不妥協，近年來很多裝配STM馬達的鏡頭問世，其實質就是步進式電機。

還是佳能EF-M 22mm F2 STM鏡頭，對焦鏡片由螺桿機構推動

關于步進電機的認識，我最早來自于中學時候玩機器人的經歷。機器人的組裝需要各式各樣的執行器，普通的馬達可以說是“忘我沖鋒”，然后由其他傳感器控制它的工作條件（啟/停）；步進馬達比較復雜，需要賦值來為形態做出一個定義，在組裝機械手的時候，使用這樣的馬達可以不需要位置傳感器來獲得現有狀態數據，直接讀取變量值即可，印象頗為深刻。我認識一位朋友，江湖人稱“哥哥”，他有一句口頭禪，『我們來聊聊步進電機吧』，對此的癡狂可見一斑。鑒于步進電機的光明未來，在此我也不怕跑題，斷言此人日后必成大器。

直線電機
直線電機 (Linear Actuator) 是一個跳脫出框架的思路，和驅動類型關系不是那么大。傳統的馬達驅動一般都是產生圓周運動，而現實往往需要的是直線運動；那么直線電機其實就是直接產生直線運動的一類馬達，具體驅動方式則是自由的。

民用對焦馬達產品中，引入了直線電機也是十年以內的事，不得不感嘆技術的進步。下圖展示的奧林巴斯產品，即為直線電機應用。

Olympus 奧林巴斯40-150mm F2.8鏡頭中的線性對焦馬達 *[源](https://www.olympus.com.hk/product/dslr/mlens/40-150_28pro/feature.html)*<br /> [相關視頻演示](https://www.youtube.com/watch?v=oaOponLAtWI)

一個表格，關于市面上常見的馬達商品名，可供參考：

在馬達的戰斗中，副廠鏡頭制造商們顯得略微被動 —— 規格和支持都是原廠說了算。往往還有這樣的情況，新的機器出來，有時對副廠鏡頭的支持不到位，往往又是副廠鏡頭廠商自己想辦法，對自己的產品進行(回收，或者發出通告)固件更新來提供兼容支持。
所以，以這個意義來說，未來可以期待的馬達上的革新，還需要依靠原廠來進行與推廣。

對焦鏡片的組織

一顆鏡頭，可以使用整體鏡組移動的方式來對焦，也可以設計其中一枚或幾枚鏡片移動而實現對焦；
為了便利性，日常大多數鏡頭都是后者的方式。

整體式對焦

通過鏡頭整體移動，來進行對焦，
下圖的RZ67就是例子。

Mamiya RZ67

歷史上曾有那么唯一的一款 CONTAX AX ，利用了前述這一點，雖然安裝的是Y/C口的手動對焦鏡頭，但是通過機身內移動膠片平面（相對來說，就是移動鏡頭位置），來實現自動對焦。當然，這樣的對焦速度并不高，卻是那個時代不得了的創舉。

CONTAX AX，讓手動的YC口鏡頭也可以自動對焦

以至于一直有聲音說，大法應該用傳感器前后抽插對焦來讓旁軸老鏡頭們“自動化”……姨夫一直沒有表態。
不過，有需求就有動力，國產品牌天工 (Techart) 在2016年也披露了自己的 Leica M - Sony E 的自動對焦接環。

通過天工接環，讓Leica M鏡頭在E卡口機身上獲得自動對焦能力 *[源](http://dc.watch.impress.co.jp/docs/review/special/755017.html)*

對焦鏡片

拋開這枚奇葩不說，鏡組中，負責對焦鏡片的組織安排也影響對焦速度。
曾經有一個說法，講徠卡的鏡頭都是較為厚重的玻璃材質而非日廠愛用的樹脂鏡片，如果由自動對焦的微型化馬達推動起來，『不如手動』。
且不說徠卡是否由此放棄了多年的夢想（『背景』說了，徠卡是最早想搞事的），單論鏡片的重量，確實會影響對焦速度。癮科技曾經測試過FE 35mm F1.4鏡頭，在其他鏡頭對焦速度差距明顯的A7R與A7S兩臺機身上，該鏡頭均表現緩慢，撰文小編傾向認為是鏡片重量影響。

作為一個極端例子，適馬曾經在2008年推出過一款怪獸級產品，APO 200-500mm F2.8，該鏡頭需要使用獨立電池給鏡頭馬達供電，不然僅靠卡口端提供的電力，不足以推動該鏡頭對焦。

據說從心理學方面出發，該鏡頭雄性特征明顯，幾乎沒誰不躍躍欲試 *[源](http://dc.watch.impress.co.jp/docs/news/1021528.html)*

一些廠商在鏡頭設計中，特別是一些大型鏡頭中注重對焦鏡片的輕量化設計，例如奧林巴斯的M.Zuiko 40-150mm F2.8，對焦由兩枚輕型鏡片聯合控制，使用VCM馬達推動，這樣原本由一枚鏡片行走的距離，合理地分散到兩枚鏡片同時完成。Youtube上有廠家的介紹視頻，或可窺一斑。

適馬 150-600mm Contemporary的鏡筒內組織示意，<br />可以看到對焦相關鏡片安排在靠后較小的鏡片處 *[源](http://dc.watch.impress.co.jp/docs/news/interview_dcm/702149.html)*

輔助對焦燈

不管主動或者被動，相位或者反差，總會發生對焦對不上的情況，這一般是以下情況：

1. 照度太低 - 就是幾乎無光的環境
2. 無圖案純色 - 比如無云藍天，比如白墻
3. 低識別度遠景 - 比如霧氣籠罩的湖面

所以輔助對焦，從這幾處下手即可。例如各廠閃光燈上的設計，因為這樣光線暗淡的情況會使用閃光燈，或者反過來說也可，即——使用閃光燈的時候不少都是原本光線并不太強烈的時候；很自然地，廠家們也在自己的閃光燈上配置了輔助對焦燈（Assist lamp 或AF illuminator）。

通常是一塊紅色的塑料片，后面隱藏著LED，可以打出具有紋樣的圖案。缺少對比度和照度的被攝體由此可以被精確對焦。

紋樣，來自下圖的美能達閃光燈

德語維基用戶Montauk的設備

當然，這種方式并不是萬能的，對于遠景的藍天和霧氣，以及夜晚的星空，現實中還是切換手動方式對焦比較快捷。不過已經夠好了，不是么？

中低檔的機身往往不帶專門的輔助燈，但是也有辦法，就是用內置閃光燈以低照度閃爍照亮，幫助AF傳感器找準。而高檔的機身往往會帶有一個輔助對焦燈，但是彼此差別大了。比如尼康和索尼（不，并不是要黑，只是第一反應想到，對比也要按照基本法），請看圖。

尼康D90，風靡且長盛的機型；紅褲衩右上那個就是輔助燈

尼康的D90大概頗具代表性，圖中在手柄與卡口中那個反射著白色光芒的就是輔助燈。這個燈其實就是一個LED，亮起來僅作照明用途，如果拿來拍攝人像，往往會晃得睜不開眼。

索尼α700，幾乎相同位置，紅色塑料塊遮蔽的就是輔助燈 [源](http://dc.watch.impress.co.jp/img/dcw/docs/682/870/html/001.jpg.html)

索尼的α700，其實更像是柯尼卡美能達α7 Digital的索尼版續作，其上的對焦輔助燈，則與原廠閃光燈上一致，向外投射紅色斑紋，即便是白墻也可以對焦。

這種細節很容易被忽視，但是潛移默化地改變了用戶的使用靈活度。只是一般用戶不會有多臺機器對比，而一些媒體的快餐化評測往往也不會重視到其中差異。

這種方法成本相當低廉，而又可以有效提升一定條件下的自動對焦能力。讓我想起一句話“如果你沒作弊，說明你還沒用盡全力”。然而并不是這樣的手法就一定適用，街拍和人文攝影中為了不打擾被攝人，攝影師可能會選擇關閉該功能。

富士S9600對焦輔助燈，綠色的圖案

跑焦

跑焦是一種常見情況，特別是你混用多廠牌機身與鏡頭時，案發在單反類機身上較為多見。
這要從單反的構造說起。

奧林巴斯E-3側剖，反光鏡箱奧妙多

還是來自維基媒體的圖，是奧林巴斯E-3的側剖，可說是末代單反的常見構造。反光鏡并不是單一的一枚鏡片，而是由“人”字狀的主反光鏡和副反光鏡（Sub Mirror）構成。

主反光鏡也與單反初現世時大為不同，初代的手動對焦單反，全部光線反射到取景器總成中即可；后來出現的TTL鏡后測光功能，需要進行分光，佳能為代表的廠家提出了固定式半透明反光鏡設計（Pellix，1965），隨后這樣的設計反過來影響了可動反光鏡設計，現在的反光鏡皆為半透明材質構成。這段內容可以參考『半透明反光鏡』。

單反相機取景時反光鏡自然放下，鏡后的光線部分通過反光鏡的反射，向上通過對焦屏進入光學取景器總成；現時的對焦屏，也比手動時代復雜，不僅有可換的類型，還通過液晶在其上刻畫了對焦點的模樣，你激活的對焦點還可以于取景器內亮起提示。所以一些現代的單反，你取下電池時，再看取景器，會變得昏暗不堪，也是由于這其中不通電的液晶降低通光率所致。

光線照射在主反光鏡上，除了反射到取景器，還有剩下一部分光線透射過，于副反光鏡上發射到反光鏡箱下部的傳感器模塊。覺得實物圖復雜的讀者不要怕，我從佳能的公開資料那邊改了一張圖過來。

簡化的單反構成圖

在理論設計的時候，鏡后光線到膠片/傳感器平面的光程，與到自動對焦傳感器的光程應當一致。這樣在自動對焦傳感器上合焦，也意味著抬起反光鏡拍攝也為合焦。而實際的生產裝配過程中，卻很難保證這兩個項目一致，這就造成了跑焦偏移。

如何解決呢？這就要說可編程的好了。廠家在出廠時進行檢測，對于偏移量在一定范圍內的情況，將偏移量記錄下來，以一種固件化的形式寫入機身，在不同鏡頭的使用過程中，對馬達的推動進行一定的補償操作。僅僅對于偏移特別大的機器進行個別的機械重校正，這樣降低了大規模生產的成本。

這其實也解釋了，為什么在一些自動對焦設計的機身上，使用手動對焦，明明在取景器中看著合焦，釋放快門卻還是得到跑焦的照片。還有另外一個小故事，筆者大學時有一位好友人稱“安妮大炮”，收過一臺價格極低的問題單反，索尼的α100。這臺機器的自動對焦功能都是正常可靠的，唯有取景器模糊；自行拆開并重新安裝對焦屏后，完好如新。對照上述結構圖，這也說明取景與AF一定程度的無關性。

隨著日復一日的使用，可能會造成反光鏡的移位，而引入新的偏移；廠家近年來也在一些中高階機型中，開啟了對焦微調功能，用戶可以借此自己調校鏡頭補償。一些玩家也通過特別的渠道，從維修人員那里得到了廠家的工具，對固件化的偏差數值進行修改，這里有個D90的例子已經失效。

而如果使用副廠鏡頭，可能在讀取該偏移補償量時產生問題，也就造成了總是不合焦的情況，特別是具備大光圈的鏡頭，這樣的問題尤其明顯。適馬公司（SIGMA）為此背了多年的鍋——以致于，長期以來，適馬都提供了一項服務，即用戶將搭配起來有跑焦問題的機身與適馬鏡頭寄回客戶服務中心，就可以由工程師進行校正并寄回。然而這樣的服務仍然有麻煩，比如用戶的機身升級和往來的耗時；終于有一天，適馬痛定思痛，“不能再這么活”——推出了適配自己鏡頭的調焦座，用戶可以通過接上電腦的USB口，利用軟件『SIGMA Optimization Pro』自行對鏡頭進行調校。

使用數據線連接電腦的SIGMA USB DOCK

所以，從原理上來說，跑焦的數碼單反如果可以使用抬起反光板的實時取景方式對焦，也可以做到精確對焦。而新一代的內嵌相位點的傳感器，因為AF檢測原生就在傳感器平面上，也從理論上消除了跑焦的可能。

SLT設計反思

這邊順便再說說索尼的SLT。索尼的實時取景方案最是方便實用，但是也有缺點，就是部件多，阻礙了小型化；而且五棱鏡也不好施展，只能使用五面鏡才可以騰出空間。所以要打主意，很容易走到老路上，也就是前文提過的，佳能早年推出的固定式半透明反光鏡 (Pellicle Mirror)，最早可以追溯到1965年的產品PELLIX。

佳能的PELLIX產品，采用厚約0.02mm的Mylar材質軟片(一種BoPET薄膜，鍍鋁) 作為反光鏡材質，大約2/3的光線可以通過并投射到最終的膠片平面，而取景器中的光線相對較為昏暗——不過也符合該機器的定位，即在日光下高速連續拍攝體育運動——因為不需要有反光鏡抬升與復位動作，大大提升了連拍能力。

佳能PELLIX機型的廣告，展現了其結構

一束鏡后光線，通過分光裝置，而完成了多項用途；在TTL自動測光的發展過程中，這樣的結構也大大啟發了相關設計——時至今日，幾乎所有現代單反的主反光鏡，都是半透明式的；一束鏡后光線，就可同時用于鏡后測光、自動對焦以及目視取景 (可參考『跑焦』段落的奧林巴斯E-3側剖圖比對) 。某種意義來說，現代單反的身軀里都活著小半臺Canon PELLIX。

索尼公司的號稱Translucent Mirror Technology的半透膜技術，與這臺1965年的前輩相比有所不同：
反光鏡不需要45度擺放，可以更接近豎直，將光線反射到略微前傾的自動對焦機構即可 (差不多就是被省略的五棱鏡的位置)。副反光鏡和鏡箱下方原本的測光機構也進行了省略，直接使用穿過半透膜到達主傳感器上的光束即可；而這一道光，也用于實時取景，在屏幕或EVF上重現。因為使用了電子化的映像重現，可以進行有干預的提亮，而不存在傳統上的昏暗情況。下圖清晰地展現了該過程。

α55的鏡箱結構

這樣的設計還帶來了有益的副作用，就是體積縮減與輕量化。
……而阻礙進一步小型化的，是人體工學的握持需求，以及A口鏡頭適配需要的法蘭距。

SLT初代時，α55的原理介紹

現在看起來，SLT的固定式半透明反光鏡設計，有什么問題呢？
首先是通光量的減少，雖然說索尼的傳感器技術使得高感表現日新月異，但對比起同時代的無反，還是會存在差距；
其次是半透的維護性不便，可換鏡頭條件下，容易附著灰塵，而這種材質也不方便用戶自己動手清理。
畫質影響，其實有限，有用戶提到在逆光時，紫邊會加強。

之前說過，2010年富士做出了內嵌相位對焦點的技術，但是索尼即便知道，也無法迅速在機器上實用化。也就是說，以上帝視角而言，SLT的相位傳感器，是沒有沒必要獨立設置的；上文也說過，這樣的分離設計，也存在引入跑焦的可能。

到了2014年，索尼在α6000和α5100上孵化出一項新技術，叫做『4D對焦』(4D Focus、4Dフォーカスを)，利用密集的內嵌相位點，以及處理器的識別與分析預判，實現了高速的連續對焦；該技術又反哺回SLT機型的α77II —— 因為這三款機型使用的是相同硬件規格的傳感器 —— 普通用戶也許不會意識到，這就讓這層半透膜顯得多余了。到了2015年，類似的事情又發生了，就是ILCE-7R2出現了，雖然沒有標識4D對焦，但是也密布了399點的內嵌相位區，網友們很快發現，使用LA-EA3轉接環，比LA-EA4，在使用同樣的原廠SSM鏡頭對焦時甚至有反超趨勢 —— 而一年之前，卻是完全相反的情況。(在如M01、SDF等論壇均有提到該情況)

這可能是源于索尼的疏忽 —— A7R2在安裝LA-EA4時，不能啟用主CMOS上的相位點對焦，而只能使用LA-EA4半透相關的相位對焦機構 (由對焦點覆蓋情況可以得出此判斷) 。也恰恰得出了一個多少有一些尷尬的結論，就是在其4D對焦技術發展的現在，半透膜已然需要讓位。

SLT站在新舊技術的邊沿，正好身上代表了沖突與革新的矛盾，具有一定的戲劇性。

【受迫性折疊】『分支』、『關于未能自動對焦的那些鏡頭』、『其他的話』收錄于《增補篇》。

<a id="reff">參考與引用</a>

《LEITZ CORREFOT AUTOFOCUS SYSTEM》
By Heinz Richter
http://gmpphoto.blogspot.jp/2012/03/leitz-correfot-autofocus-system.html

《雙十字交叉傳感器原理》 — 色影無忌
http://www2.xitek.com/info/showarticle.php?id=441

《【特別企畫】各社の最新ライブビュー機能を検証する》 — DC Watch Impress
http://dc.watch.impress.co.jp/cda/review/2008/04/02/8204.html

全像素雙核CMOS AF 對焦的原理 — 佳能(中國)
http://www.canon.com.cn/specialsite/dualpixelcomsaf/principles.html

《草評Canon Dual Pixel CMOS AF》 — 撞針的pin008號空間
http://blog.sina.com.cn/s/blog_537633d70101cdqt.html

黎明期の人々
http://www.shmj.or.jp/museum2010/exhibi606.htm

Sony History 第11章　技術の「芽」、電子の「眼」 ＜CCD＞ — sony.co.jp
https://www.sony.co.jp/SonyInfo/CorporateInfo/History/SonyHistory/2-11.html

ソニーに訊く「トランスルーセント?ミラー?テクノロジー」の秘密 — DC Watch Impress
http://dc.watch.impress.co.jp/docs/news/interview/398999.html

OLYMPUS ZUIKO LENS SYSTEM - VCM TECHNOLOGY VIDEO - Youtube
https://www.youtube.com/watch?v=qF9yTE3h1wo

《Focus Peaking Making Its Way onto More Digital Cameras》
http://petapixel.com/2012/08/30/focus-peaking-making-its-way-onto-more-digital-cameras/

《【CES】説明會で聞いた「FUJIFILM X100S」「FUJIFILM X20」詳報》 - DC Watch Impress
http://dc.watch.impress.co.jp/docs/news/20130110_581227.html

景深合成?包圍式對焦 — 奧林巴斯(香港)
http://cameras.olympus.com/stack/zh-hk/

《我所收藏的上百個折返鏡頭----兼一些不嚴謹的對比》
http://forum.xitek.com/thread-1177123-1-1-2.html

自動對焦相關 -嗶哩嗶哩 （自行搬運的幾個Youtube視頻，如果文內鏈接無法訪問，可以一試）http://www.bilibili.com/video/av3069931/

*之乎 于2015-10 重新修訂于2017-03 *