对焦镜头工作原理

自动对焦镜头的工作原理

—— 110108128 田晓静自动对焦镜头从工作原理上分两大类：一类为间接实测物距方式，另一类为高频分量析出方式。

就光学结构而言，AF镜头与手动聚焦镜头没有什么区别，但就其机械结构来看，两者有所不同。AF镜头的设计的基本点在于自动聚焦动力的传递途径。根据动力源的位置，目前市场上的AF镜头分为两大类：一类是机身驱动型，镜头内没有驱动马达，如美能达、尼康和潘太克斯等镜头；另一类则是镜头驱动型，镜头内有AF马达，如佳能EF系列镜头。

对于AF变焦镜头而言，根据变焦的动力来源，又可分为手动变焦镜头和电动变焦镜头两种。镜头的电动变焦早就在AF袖珍相机上实现了，而可更换AF变焦镜头的变焦电动化则是近几年才实现的。

AF镜头与手动聚焦镜头的另一个区别点在于AF镜头都有电子触点，用于与机身交换各种参数。镜头内有用于存储镜头焦距、最大最小光圈、最近聚焦距离等参数的ROM芯片，相机根据这些参数来设定相应的工作方式。如在程序自动曝光方式下，根据镜头焦距来选择相应的程序线等。

1.间接实测物距方式：

它是利用一些可以被利用的间接距离测量方式来获取物距，通过运算，伺服电路驱动焦距调节的微型马达，带动调焦镜片组的轴向移动，来达到自动焦距调节的目的。

经常被利用来的间接距离测量方式有：无源光学基线测距、有源超声波测距、有源主动红外测距以及现代的激光技术在测量领域的应用等。

无源光学基线测距：熟悉摄影的朋友都知道，在取景器里使用光学基线原理得到磨砂、裂像、菱锥等手段的焦距调节方式。磨砂颗粒最细腻时、景物目标在两半圆裂像环中完全吻合上、菱锥的晶体不再明显时就是被摄目标的物距调节到清晰了……这些应用技术都是可以通过光路传递给光电电路捕获到阴影面积发生的变化，经过一系列的函数分析计算后，进行调焦驱动。

有源超声波测距：通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测，通过发射出特征频率的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间，换算出距离，也就是物距，伺服电路驱动焦距调节的微型马达，达到自动调焦的目的。有源主动红外测距以及现代激光技术测距原理上基本相似。

这类方式在应用上目标精度高，成本高是可想而知的，且体积一般都比较大，维护也相当困难，不过在高档照相摄影器材中有一些这类技术简化了的身影出现。

2.高频分量析出方式：

这种方式是直接利用我们摄象机的视频信号进行焦距调节，能够满足绝大多数场合的调焦需要。

工作原理：如果我们把视频图象看成由若干个点组成的一帧图象，这时候会发现，在焦距清晰时，这些点的边缘也清晰，焦距模糊

时，这些点的边缘也变得模糊起来。再进一步讨论时我们又发现，其他条件不变，同样是摄取同一景物，仅焦距发生了改变，图象清晰的视频信号的高频分量成分丰富，而图象模糊的视频信号的高频分量要相对少一些。这也正是电视技术中提到的，图象的细节由电视信号的高频分量表示。实现手段：调焦中心区剪取、高频分量析出、伺服比较驱动。

1.剪取调焦中心虽然实际场景是三维空间，但反映到画面上时，就只有一个平面的二维了，也就简化了我们的设计了。由于我们经常需要的被摄目标处于靶面的中心位置，通过大量的实际调查统计，这个区域的大小为靶面1/3~1/5，反映到监视器上就是屏幕中心的1/3~1/5区域为我们的主要观察目标区。在电路上我们通过行、场扫描的时序控制将这一区域的视频信号给剪取下来。

2.高频分量析出，将剪取下来的视频信号通过一特定的高通带宽滤波器，析出对焦距变化敏感的高频分量成份。

3.通过析出的对焦距变化敏感的高频分量成份，通过比较器电路伺服驱动调焦微型可逆马达转动，直到得到最大值，完成一次自动调焦过程。

现在比较普遍采用的就是这个模式，这个工作原理提出后，新闻、民用一体化摄象机就被采用了，历经时代的变迁，现在这一技术被应用到现代安防工程的一体化摄象机上。由于各摄象机制造厂家间技术应用上的差异，在细小的单元处理电路上会有不同。

在换算驱动输出处理方式上、输出累积误差环节上，有以施加时

间段电压方式，有以输出角转动变化量、有以步进电机步进脉冲、有以PID（比例、积分、微分）调节。