2016年版11月30日はオートフォーカスカメラの日です。由来や過去のオートフォーカスの仕組みから最新のオートフォーカスの仕組みを紹介。

こんにちは、ヒロです。

11月30日はオートフォーカスカメラの日です。由来や過去のオートフォーカスの仕組みから最新のオートフォーカスの仕組みまでご紹介。

オートフォーカスカメラの日

1977(昭和52)年のこの日、小西六写真工業(後のコニカ)が世界初の自動焦点(オートフォーカス)カメラ「コニカC35AF」を発売した。
「ジャスピンコニカ」という愛称で呼ばれ、誰でもピンぼけせずに撮れるということで、それまでカメラに縁のなかった女性や中高年層の市場を開拓した。
カメラ発明記念日 3月19日

オートフォーカスの原理

　今回は明るさの話から一歩進めて、近年のカメラに欠かせない機能である「オートフォーカス」について説明したいと思います。オートフォーカスフォーカスは「オート」と名前が付くよう自動でピントを合わせる機能で、デジタルカメラでは主に「コントラストAF」「位相差AF」の2つが用いられています。その違いについて理解しましょう。

「フォーカス」とは

　デジタルカメラで写真を撮る際には、外部の光をレンズを通じて撮像素子へ当てることで撮影が行われます。その時に光を「どれだけの量」「どのくらいの時間」あてるかで写真の明るさ＝露出は決定されます。ですが、適正な光を取り込んだところで、対象へピントが合っていなければ、その写真はいわゆるピンぼけ写真となってしまいます。

　少々難し言い方になってしまいますが、ピントが合っている状態とは、「被写体の位置に光源があると仮定した際、そこからの光が撮像素子面で1点に集中する状態」を指します。手動ではなく、カメラが自動的にこの状態を作り出す機構が「オートフォーカス」と呼ばれるものなのです。

コントラストAFとは

　コントラストAFとは、撮像素子に映った映像をもとに、ピントレンズを動かしながら明暗差（コントラスト）が大きなところを探してピントを合わせる方式です。撮像素子とAF用センサーを兼用できるのでカメラ本体の小型化が可能となるため、コンパクトデジカメで広く使われる方式です。

　近年では検出アルゴリズムの進化や撮像素子画素数の増大（判断基準となる情報量の増大）、加えて顔検出機能の普及もあり（画面上に顔があると認識されればそこへ優先的にピント合わせを行える）などで高速化も図られていますが、レンズを動かして（フォーカスを動かしながら）AFエリアの輝度を把握しないといけないので、後述の位相差AF方式に比べて、ピント検出に時間がかかるというデメリットがあります。

位相差AF

　位相差AFとはレンズから入った光を2つに分けて専用のセンサーへ導き、結像した2つの画像の間隔からピントの方向と量を判断する方式です。コントラストAFに比べると、レンズを動かしながらピントを探る必要がないので高速にピント合わせを行うことができますが、専用センサーとレンズから入った光を撮像素子と専用センサーへ分岐させる仕組みが必要となるためにカメラ本体の小型化が難しくなり、これまでは一眼レフカメラでの採用がほとんどでした。

位相差AFの基本的な仕組み

　最近のデジタル一眼レフカメラでは背面液晶を見ながら撮影できる「ライブビュー」機能の搭載が標準化していますが、ごく一部を除き、ライブビュー撮影時のオートフォーカスはコントラストAFになります。これは撮像素子に光を当て続けながら撮影するためには、光を分岐させるための仕組みであるミラーを上げた状態にする必要があり、この状態ではAF用センサーへ光を導くことができなくなるからです。

第3の方法を搭載したカメラ

　コントラストAFと位相差AFのメリットとデメリットを比較して整理してみましょう。コントラストAFは専用センサーが必要ないかわりにAFスピードを向上させにくく、位相差AFは専用センサー（および光路を分岐させる仕組み）が必要となるため本体の小型化が難しくなるかわりに、高速なAFを実現できます。

　小型化と高速化、この2つはコントラストか位相差かという選択を迫られる限り矛盾する要素となりますが、新たな機構を開発することで両要素を高い次元で結びつけた製品が登場し始めました。

　1つは光路を分岐させる仕組みであるミラーを半透明にすることで、レンズから入った光をどちらか一方へ分岐させるのではなく、双方同時に分岐させる構造を採用したソニーの一眼カメラ「α55／33」です。撮像素子とAF用センサー、双方へ常に光が導かれているためライブビュー撮影時にも高速なAFが行えます。


ソニー「α55／33」に搭載された半透過型ミラー。光はつねに矢印の2方向へ分岐する
　もう1つは撮像素子のなかに被写体との距離を検出する「位相差画素」を組み込み、位相差検出による高速なオートフォーカスを可能としたソニーの「α7」富士フイルムの「FinePix Z800EXR」です。これらの製品では利用シーンに合わせてカメラがコントラストAFと位相差AFを自動的に切り替えてくれます。

　カメラの小型化、動作の高速化、なかなか両立させにくいこの2要素を高次元で結実させるため、これらの技術やアイディアはこれからも進歩していくことでしょう。







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