О причинах неточной работы автофокуса с некоторыми объективами

Уважаемые коллеги!

Давайте обсудим актуальные вопросы:
- В чем причина систематических промахов автофокуса на правильно отъюстированной тушке?
- Почему, в то время, как с большинством объективов автофокус попадает точно, с некоторыми моделями (например, с 28-75/2.8, особенно Тамрон) часто бывают проблемы?
- Почему отдельные экземпляры могут давать отклонение в разные стороны на разных концах зума или на разных расстояниях фокусировки, что не дает возможности решить проблему микроподстройкой?

В следующих сообщениях изложены плоды моих размышлений на эту тему. Размышления не привязаны к конкретным объективам, тушкам и системам.

Жду Ваших откликов. Любые конструктивные мысли, замечания, предложения приветствуются.

 

О причинах неточной работы фазовой системы автофокуса с некоторыми объективами

Не секрет, что фазовая система автофокуса, применяемая на зеркальных цифровых фотокамерах, на практике иногда страдает существенным недостатком: даже в условиях хорошей освещенности она обеспечивает достаточную точность фокусировки не со всеми объективами. Точнее говоря, с одними объективами фотоаппарат фокусируется точно, при этом с другими (причем даже порой с другими экземплярами той же модели) тот же фотоаппарат систематически промахивается фокусируется за тем объектом, который находится в видоискателе на выбранной точке автофокуса (это явление называется бек-фокусом – back focus), или перед объектом (это фронт-фокус – front focus).
Речь идет именно о систематических промахах, некоторый «дисперсия» положения фокусировки относительно задуманного всегда имеет место (и он тем меньше, чем выше класс камеры и больше опыт фотографа), но сейчас течь не о ней.
С некоторыми зум-объективами могут получаться еще более запутанная картина: на некоторых фокусных расстояниях имеется бек- или фронт-фокус, а на других его нет, или же на одном конце зума имеется фронт-фокус, на другом – бек-фокус, а в некоторых промежуточных положениях зума фокусировка осуществляется точно. Кроме того, фронт- или бек-фокус может встречаться (как у зумов так и у фиксов) на определенном диапазоне расстояний фокусировки.
Эти явления наиболее заметны на дорогих светосильных объективах, т.к., с одной стороны, при широко открытой диафрагме ГРИП минимальна, и даже ее незначительное смещение от желаемого положения не останется незамеченным, с другой стороны, такие объективы дают отличную резкость изображения даже на открытой диафрагме, что приводит к очень четкому визуальному выделению ГРИП на снимках, а это также ведет к особой заметности ее неточного положения.
Данная проблема стала настолько актуальной, что все производители зеркальных цифровых фотокамер в своих старших моделях вводят «микроподстройку» системы автофокуса под конкретную модель (или экземпляр) объектива. Камера запоминает корректировку, которую вводит фотограф, ассоциирует ее с определенным объективом и впоследствии использует при работе с ним. По-видимому, дальше всего здесь пошла фирма Olympus, у которой на некоторых старших камерах корректировка ассоциируются с серийным номером объектива (т.е. два экземпляра объектива одной модели на одной и той же камере могут иметь разную корректировку) и вводится независимо для «широкого» и «узкого» концов зума (для промежуточных положений, очевидно, корректировка интерполируется).
В чем же первопричина проблемы? Почему на одной и той же камере одни объективы точны, другие же страдают бек- или фронт-фокусом (а то и тем и другие одновременно)?
Давайте разберемся.

 

Краткое описание принципа работы фазовой системы автофокуса

В дальнейшем, для простоты изложения, будем рассматривать лишь один линейный датчик автофокуса, находящийся в центре кадра. Имеющиеся в большинстве современных камер крестовые датчики, а также «двойные» крестовые датчики несколько сложнее, но, фактически, представляют собой комбинацию из нескольких линейных датчиков, поэтому наши умозаключения можно применить и к ним.
В основе датчика фазовой системы автофокуса лежат две линейки светочувствительных пикселов, на которые с помощью «второго зеркала», расположенного за основным зеркалом, микропризмы и микрозеркал, находящихся в самом датчике системы автофокуса, направляются два изображения одного и того же участка кадра (в случае центрального датчика это, естественно, будет участок в центре кадра), но полученные с помощью двух очень небольших областей (назовем их апертурами датчика автофокуса) в периферической части приемной линзы объектива. Апертуры датчика расположены симметрично относительно оптической оси объектива (в случае горизонтально расположенного датчика используется одна область слева от оптической оси, другая – справа). Поскольку свет на линейки попадает через очень маленькие апертуры, изображение на линейках можно считать (в некотором приближении) резким при любом значении диафрагмы объектива и при любом расстоянии до объекта в поле зрения датчика (подобно тому, как всегда резким является изображение в камере-обскуре).
Если объект в поле зрения датчика находится в фокусе, изображения на обоих линейках пикселов будут одинаковы. Если наводка на резкость неточная – изображения будут смещены друг относительно друга, причем направление и величина смещения указывают, ближе или дальше объекта находится фокус и насколько ближе/дальше. Используя эту информацию, исполнительный механизм (управляемый микрокомпьютером камеры шаговый двигатель, находящийся в камере или объективе) может скорректировать дистанцию фокусировки (путем перемещения всей или части оптической системы объектива вдоль оптической оси) и добиться точной фокусировки.
Очевидно, что наша проблема проявляется в том, что при использовании одних объективов максимально резкое изображении объекта на «основной» матрице камеры получается при совпадении изображений на светочувствительных линейках датчика автофокуса, а при установке других объективов максимально резкое изображение на «основной» матрице получается когда изображения на линейках автофокуса не совпадают. Поэтому система автофокуса, считая, что фокус наведен неточно, «уводит» вперед или назад фокусировку на «главной» матрице. Если бы такая ситуация была со всеми объективами, то это означало бы, что датчик автофокуса установлен неточно: длина пути света от плоскости байонета до датчика автофокуса на равна заднему отрезку камеры (расстоянию от байонета до «основной» матрицы). Тогда эта проблема легко бы решалась юстировкой положения датчика автофокуса: перемещением датчика «ближе» или «дальше» вдоль направления входящего в него луча.
Предположим, что датчик точно отъюстирован вдоль луча света (указанные выше расстояния равны) и исправен (т.е. светочувствительные линейки в нем симметричны и генерируемые ими сигналы достоверны ). Как ни удивительно, при оговоренных выше условиях система автофокуса все равно может давать систематические ошибки с некоторыми объективами.
Что же еще может приводить к тому, что при точной фокусировке на объект изображения на линейках датчика получаются различным? Рассмотрим возможные причины этого явления.

 

Возможные причины неточной фокусировки

1) Неперпендикулярность датчика входящему лучу света. Эту проблему чаще называют "Перекос датчика автофокуса", что не совсем строго, но хорошо описывает данную ситуацию. Такой перекос приводит к тому, что апертуры датчика направляют на линейки свет, проходящий через участки объектива, не симметричные относительно его главной оси. Как показывает практика, на некоторых объективах это не приводит к заметному промаху фокусировки, а на других – приводит. Возможно, последнее случается с объективами, содержащими сложные комбинации асферических линз. Данная проблема решается точной установкой датчика перпендикулярно лучу света. Т.е. необходима юстировка системы автофокуса камеры.
2) Наличие сильной нескомпенсированной (или перекомпенсированной) сферической аберрации объектива. Сферическая аберрация приводит к тому, что изображение, сформированное центральной частью оптической системы, находится на одном расстоянии l1 от нее, ее периферической частью – на другом расстоянии l2>l1, промежуточными частями – соответственно, на промежуточных расстояниях. Суммарное изображение является суперпозицией этих изображений, поэтому самое резкое изображение будет находиться где-то в промежутке между l1 и l2. При диафрагмировании объектива периферическая часть оптики перестает участвовать в формировании изображения и наиболее резкое изображение смещается к l1. Сферическую аберрацию стремятся скомпенсировать в оптической системе, однако в некоторых случаях она оказывается «слишком скомпенсированной» (перекомпенсированной), в этом случае при диафрагмировании оптической системы появляется смещение максимально резкого изображения в противоположную сторону. Таким образом, если объектив имеет недокомпенсированную или перекомпенсированную сферическую аберрацию, изображения, создаваемые апертурами датчика автофокуса на линейках датчика, могут совпасть не при той дистанции фокусировки, при которой оптическая схема в целом (или ее незадиафрагмированная часть) дает максимально резкое изображение на «главной» матрице. В результате, будет промах автофокуса, который является следствием особенностей оптической схемы данной модели объектива. Наиболее важна точность фокусировки при съемке на открытой диафрагме (т.к. при этом ГРИП минимальна), поэтому такой тип ошибки автофокуса может быть (лишь частично!) скомпенсирован поправкой в систему автофокуса, вносимой индивидуально для каждого экземпляра объектива. Значение поправки, вообще говоря, зависит от значения диафрагмы, на котором проводится съемка. Как правило, вносится поправка, обеспечивающая наилучшую точность фокусировки при съемке на открытой диафрагме. Для зум-объективов сферическая аберрация часто зависит от установленного фокусного расстояния. Если такая зависимость есть – внесение постоянной поправки может не исправить ситуацию, в общем случае нужна поправка, зависящая от фокусного расстояния (что и сделала фирма Olympus).
3) Неточность расположения отдельных частей оптической системы объектива. В данном случае нас интересуют неточности, нарушающие симметрию оптической схемы относительно главной оси объектива. Вследствие неточности изготовления отдельных линз или механических деталей, неточности сборки и юстировки объектива, его оптические блоки (оптический блок – совокупность линз, неподвижных относительно друг друга при зумировании и фокусировке) могут иметь смещение оптической оси относительно оптической оси объектива, либо их оптическая ось может быть непараллельна оптической оси объектива. Если такие смещения велики, это проявляется в несимметричности оптических свойств получаемого изображения (с одной стороны или в одном из углов могут появиться замыливание/виньетирование/ХА больше, чем в симметричных относительно центра областях изображения). Кроме того, такие дефекты объектива могут привести к несимметричному расположению тех участков, которые «видны» светочувствительным линейкам датчика автофокуса через апертуры датчика, что (см. п.1) приведет к неточности фокусировки, особенно в случае использования в объективе большого количества асферических оптических элементов. В последнем случае не исключен вариант, что при небольшом нарушении соосности оптических блоков, замыливание края/угла картинки будет незаметно, а неточность автофокуса уже будет налицо. Эта причина неточности зависит от вида оптической схемы (т.е. одни модели объективов могут быть подвержены влиянию небольших отклонений положения оптических блоков на точность фокусировки, другие – нет) и от конкретного экземпляра объектива (т.к. неточность изготовления деталей индивидуальна). Не исключено проявление такой «особенности» фокусировки на целой партии изделий, если при производстве объективов допускаются систематические отклонения определенных размеров. Более того, т.к. оптические блоки движутся относительно друг друга при зумировании и фокусировке, при этом может меняться характер и размер отклонения их оптических осей от оптической оси объектива (как правило, это может иметь место в случае неверной геометрии механических частей из-за неточного изготовления или вследствие перенесенных ударов). Это может приводить к изменению характера ошибки автофокуса (бек- или фронт-фокус) в зависимости от значения фокусного расстояния и от расстояния фокусировки объектива. Если такой зависимости нет – данная ошибка автофокуса может быть полностью скомпенсирована введением постоянной поправки. Если такая зависимость есть – единственным средством исправить ситуацию является юстировка объектива (настройка взаимного расположения его механических частей или программирование его микросхемы таким образом, чтобы скомпенсировать имеющиеся неточности), а если такая юстировка не предусмотрена его конструкцией или не дала результатов – ремонт объектива с заменой механических и/или оптических частей.

 

Методы устранения неточной фокусировки

Наши рассуждения позволили пролить свет на причины такого загадочного явления, как систематические промахи фазовой системы автофокуса с некоторыми объективами, в то время, как с другими она работает отлично. Яснее стали и пути «лечения» данной проблемы.
В первую очередь следует убедиться, что система автофокуса Вашей камеры точно отъюстирована. Если один (или несколько) объективов точно попадает центральным датчиком – это не гарантия, что все в порядке. Эталонный (не имеющий проблем) объектив должен точно попадать центральным и всеми периферийными датчиками – это показатель точной юстировки автофокуса в камере. Если это условие выполняется, но какой-то другой, «проблемный», объектив все равно попадает неточно – причина неприятностей однозначно в нем. Можно попытаться компенсировать неточность микроподстройкой автофокуса в камере для этого объектива. Однако, часто такое «лечение» невозможно, т.к. имеющаяся у фотографа камера не имеет микроподстройки автофокуса, или микроподстройка недостаточно гибкая (например, не позволяет вносить разные поправки для разных фокусных расстояний). В этом случае остается попытаться отъюстировать объектив, или отремонтировать его, если юстировка не предусмотрена конструкцией.

 

Этим можно было бы объяснить его хаотические отклонения от точного фокуса, согласен. Это имеет место на всех экземплярах 28-75/2.8 (про Сони вот точно не скажу, не держал в руках и не экспериментировал). Но систематический фронт-фокус, который встречается на многих экземплярах, так не объяснить. Если у Вас его нет - я рад за Вас, но у некоторых он есть, к сожалению.

Опять же, имевшийся у меня Цейс 16-80 имел тоже заметный механический люфт в редукторе привода автофокуса. И, тем не менее, фокусировался точно (после того, как я отъюстировал мою А700 по полтиннику и макросотке ).

 

Периодически на форуме в различных темах поднимаются вопросы типа "а что мне делать, у меня бек-фокус?", и всегда отвечают "юстируйте тушку". Это, вообще-то, правильный ответ, т.к. большой процент младших тушек отъюстированы не лучшим образом. Тем не менее, после хорошей юстировки (в сервис-центре или своими руками), проблема с некоторыми объективами не уходит. Это знают те, через руки кого прошли много объективов. Четкого и систематического пояснения причин такого поведения данных объективов я не видел на форуме. Поэтому возникла изложить свои соображения и послушать что скажут другие форумчане. Так сказать, коллективным разумом подумать над причинами.
Может быть, что-то сформулируем в "хотелки к Сони".
Я бы, например, не отказался, чтобы у зумов микроподстройка вводилась индивидуально для каждого конца зума. Таких проблемных объективов, для которых это было бы нужно, у меня нет, но, возможно, кому-то это поможет.

 

Я прошу прощения, Вы вообще внимательно прочитали мои посты в начале темы? Уяснили, что "A850 можно настроить через меню для каждого конкретного объектива" - не всегда помогает? Потому что иногда бывает, например, бек-фокус только в начале диапазона фокусных. Или на 28 мм - бек-фокус, на 75 мм - фронт-фокус. Что в этом случае Вы подстройкой сделаете? - Ничего!
Мне-то как раз можно не беспокоиться, у меня нет ни 28-75/2.8, ни других "проблемных" объективов. Но, говоря не со "моей колокольни", а вообще с точки зрения пользователя нашей системы, проблема имеется. Согласен, она более актуальна на "младших" тушках, где микроподстройки нет вообще. Тем не менее, и на старших тушках люди жалуются. У кого-то 70-300G бек-фокус дает только в начале диапазона, а у кого-то 24-70ZA бек-фокусит в районе 70. И микроподстройкой эти проблемы не решаются. У народа старшие тушки, и при этом, покупая даже топовые объективы, нужно внимательно проверять - нет ли граблей. Я лично всегда технику проверяю при покупке, но неточная фокусировка - вещь сложная, можно и не заметить при быстром тесте в магазине. А уж если покупать через Инет - и тем паче можно на проблему нарваться. В результате удовольствия от покупки нет, одна головная боль. Согласен, такие тяжелые случаи встречаются далеко не на каждом втором объективе (особенно если новый покупаешь), тем не менее, проблема актуальная, IMHO.

И, кстати, у 28-75/2.8 в основном фронт-фокус встречается. Целая тема этому посвящена. Почитайте тут. Бек-фокус у них - это редкий случай.

И если Вы знаете, где можно отъюстировать объектив 28-75/2.8 для нашей системы, чтобы избавиться от фронт-фокуса, или "где-то видел инструкцию как это сделать" - сообщите скорее, где именно, Вам тут многие спасибо скажут. Поскольку и с тем и с другим пока большая проблема, насколько знаю. Но сомневаюсь, что у Вас есть полезная информация по данному вопросу.

 

С чего бы это?
Олики - полноценные зеркалки. Особенно их старшие тушки, на которых такая продвинутая микроподстройка есть (кажется, на E-3 она есть, может, еще на каких-то, уточните, плиз, кто больше с ними знаком).

 

Не скажу про ближнее/дальнее поле (85/1.4 на околооткрытых в дальнем поле вообще несколько теряет в разрешении, так что там и не поймешь точно: сферическая аберрация порождает такой "туманчик" вокруг резких объектов, в дальнем поле не разобрать, где именно ГРИП заканчивается).
А вот смещение фокуса при диафрагмировании у него однозначно заметное - как раз из-за сферической аберрации (как и у 50/1.4). Для его компенсации даже специальные меры предусмотрены "в электронике" еще с самой первой модификации. Другое дело, если на заводе при изготовлении неточно измерили это смещение или в его оптической части покопались "народные очумельцы" - тогда возможны разные варианты...

 

Бывает и такой, конечно. Но, по опыту форумчан, да и по тому, что я сам видел, чаще встречается фронт-фокус у него, причем, почему-то у Тамронов чаще чем у КМ, хотя технически они и близнецы (вероятно, у КМ был более жесткий технический контроль готовой продукции, а, может, владельцы КМ с фронт-фокусом просто не признаются в этом )

Ссылка интересная, спасибо. Практически полная разборка 17-50, причем моторного, для кеноновского байонета, который посложнее аналогичного для нашего байонета.

Неприятно поразил тот факт, что автору так и не удалось понять, отчего у него при каждой следующей разборке-сборке хаотично меняется качество изображения. Видимо, в этот Тамрон лучше не лезть без точного оборудования для юстировки - велик шанс еще хуже сделать. То ли дело минольтовские объективы (по крайней мере, старые модели)! Разбирал несколько, причем 2 достаточно серьезно, примерно до такого же состояния, как этот Тамрон 17-50. Собираешь - оптически как и раньше! Ничего не юстируется у них (кроме заднего отрезка), зато при разборке-сборке если нигде не напутал - получается норма без проверки на сложном оборудовании.

Кстати, у меня есть большие сомнение, что вращением переднего блока линз можно бек-фокус регулировать. Про прокладки под байонетом там почти правильно сказано - они регулируют задний отрезок. Передний блок, при его вращении, только перемещается вперед/назад. Значит, осевая симметрия оптической системы сохраняется, и непонятно, как может такое перемещение повлиять на точность фокусировки (может, это как-то именно на Кеноне влияет? У них же фокусировочный мотор не в тушке, а в линзе, да и логика работы автофокуса в их системе мне неизвестна...). А вот на общую резкость, геометрию, ХА запросто может такое перемещение переднего блока повлиять.
Кстати, там дальше по теме написано, что у 28-75 передний блок не вращается, но под ним есть юстировочные прокладки, а на качество изображения сильно влияют, таки да, микроперемещения заднего блока линз. Так что сборка 28-75 и 17-50 - то еще удовольствие, если вас интересует качество получаемого изображения .

Кстати, видел примеры уже с двух КМ 28-75 с децентровкой (как теперь понимаю, скорее всего, в заднем блоке). Они на полном кадре дают на широком углу замыленность с одного края (на одном слева совсем плохо, а справа отлично, на другом справа не совсем плохо, но похуже чем слева). Попутно появляется гипотеза, что причины фронт-фокуса на многих 28-75 - именно неточное положение заднего блока линз.