前言:昨天在LDS club看到Kent大發表了一篇很有趣的文章,主要是探討現行DSLR為何會出現偏移焦的問題(請注意,不是只有Canon才特有的喔!),內容相當簡單明瞭,討論串裡也有一些連結的網站有類似的討論。不過,因為Kent大是以討論串的形式來發表,所以整體會比較零散,在徵求他的同意之後,我將他的發表和回覆稍做整理,貼在我的部落格裡面,讓常為移焦所苦的單眼使用者瞭解一下為何會有移焦這檔子事出現...

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DSLR對焦基本原理

為何會有移焦?其實,深入瞭解DSLR的構造之後,就不會對這個狀況產生意外了...反倒會開始認為,移焦才是正常的,準焦反倒是異常的狀況...

先看看下面這張圖:

OPTIC PATH[1].JPG
照片引用自:由光路的幾何關係來探討DSLR移焦的原因

在DSLR的對焦中,測光與曝光分別走上圖的三條路線

L1:光線從鏡頭到反光鏡,然後90度向上反射到五菱鏡內,接著再到拍攝者的眼睛

L2:按下快門之後,反光鏡掀起、快門簾打開,然後光線從鏡頭直射到CMOS,開始進行曝光

L3:光線從鏡頭穿透反光鏡中央的半透明區域,穿透反光鏡之後到反光鏡後方的副反光鏡,反射到下方的對焦感應AF SENSOR

通常測光的Sensor都在5菱鏡內側,所以L1路線也有測光的功能

所以

L1路線:進行測光+觀景窗觀看

L2路線:進行曝光

L3路線:進行對焦

理論上來說,完美的狀況是三條路線要等長(L1 = L2 = L3)。此時半按快門對焦,機身顯示合焦後,觀景窗內的影像應該是最清楚的,然後按下快門拍照、進行曝光,得到的照片可以看到對焦處是準焦的。

L1、L2、L3三條路線不等長

但是如果三條路線不等長時會怎樣?

L3不等於L2是最常見的移焦,就是在L3測焦路線上,對焦感應器確認已經驅動鏡頭,然後完成合焦動作,可是實際拍攝走的L2路線和L3測焦的路線不等長,使得拍出來的照片對焦處並不是最清楚的。

另一種就是L1與L3不等長,或L1與L2不等長,這時可能AF感應器合焦了,但是觀窗看出去是模糊的。這時候就算機身裝上裂像對焦屏在裂像對焦屏上把鏡頭轉到影像最清楚,可是拍出來照片卻是模糊的。

簡單的來說,只要是機械做的機身,內部所有的材質都是會消耗於磨損的,只是時間上的問題...。不管是長期使用磨損,或是新機出場就調不準,都會導致L1、L2、L3三條路線不等長,以致於會有移焦的情況發生。

不過,就算L1=L2=L3,三者等長,還有另外一個問題...那就是如果反光鏡稍微磨損歪一邊,假設在左邊對焦點L3=L2,可是右邊對焦點L3不等於L2,那就會變成左邊準、右邊不準。所以再專業的機身、再耐用的材質,反光鏡用久了,遲早都會磨損與產生誤差,進而導致三條路徑有些許的不同,產生不同狀況的移焦不準。

那麼反光鏡構造要多大的誤差,才會出現L1、L2、L3這三條路線不等長的情況呢?如果各位有嚐試過5D反光鏡用膠帶DIY調焦,就會發現在反光鏡背後頂住下降固定點螺絲的地方,只要貼上一片薄薄透明膠帶,就會讓機身對焦位置往前移...即使是那麼小的間隙改變,就會產生L1、L2、L3路線產生變化,這麼一來反光鏡機構用久了,只要有些微的磨損,產生三條路線不等長的問題肯定會存在。

所以為何我會說,移焦是正常的、準焦才是異常的?因為DSLR的構造,假使你的機身現階段有辦法達到每個對焦點都能L3=L2,長期使用下也會磨損偏移,導致L3與L2不等長。

其他導致移焦的因素

假設有一台超完美機身,L1=L2=L3,而且怎麼拍都不會磨損,這樣就一定不會移焦了吧?並非如此,這時候還要再加入另一個導致移焦的變因:鏡頭本身的準度。

鏡頭裡面的控制電路,本身有一個控制參數,自動對焦則是由AF感應器來驅動。若控制參數值有誤差,就會導致對焦前移或後移。

另一個考量就是這顆鏡頭的組裝公差,如果鏡頭本身組裝的公差比較大,可能光軸會偏移,這樣就可能導致這顆鏡頭出現某一邊的對焦點會比較不準。

再者還有機身的問題,AF Sensor也會影響到對焦的精準度。若對焦感應器本身的精確度比較差,也會導致L3路線誤判。比如說APS機身上的對焦感應器的面積就比較小,所以精準度相對的就比較差一點。有些機身對於不同光源下,對焦的準確度還會受到影響。

還有第四種變因,那就是鏡頭的本身的設計問題。例如:Canon EF 24-70mm F/2.8 L在廣角端的移焦、Canon EF 50mm F/1.2 L的縮光圈移焦,都是這一類的問題。

影響對焦準度的變因

所以,綜合以上論述,影響對焦準度的變因有:

1. 機身本身L1、L2、L3三條路徑到底等不等長,還有機身每個對焦點的L2等不等於L3,會不會有反光鏡歪一邊的情況出現...

2. 鏡頭本身的控制參數、組裝品質(光軸),還有鏡頭本身的原始設計問題。

3. AF感應器的精準度

把以上一堆變因加總起來,各位就會知道為何我說準焦是異常、移焦才是正常...很無力吧?

何以昨是今非?

那為何DSLR當初要用如此複雜精確度與耐用度不是很理想的反光鏡對焦設計原理?我也不是很清楚,但是我知道的是,這個問題很久以前的底片機就存在了,當時公差或許更大(尤其是早期的L鏡,往往移焦程度都是比現在大),但是多數人都是洗成4X6照片,所以看不太出來問題。

可是到數位時代,此問題越來越明顯了:

1. 電腦LCD越來越大。從以前的15吋,現在都升級到22~27吋、甚至30吋。準與不準,根本不用一比一看,只要放到全螢幕就看的出來了。

2. 機身的畫素越來越高。畫素越高,一比一看原圖的時候,對於準焦的要求更高

3. 大光圈鏡頭成為風潮。F/1.2~1.8的鏡頭成為潮流,大光圈拍攝加上高畫素機身,準與不準,會讓照片看起來有如天堂與地獄般的差別

4. 數位拍攝量大。以前底片機時代,底片和沖洗照片的價錢來平均計算,大概每按一下快門約10元,所以大家都是很節省的在拍照。現在數位攝影往往一天的拍攝量,可能是以前底片機一年的拍攝數量!所以以前的老式反光鏡設計與對焦系統,在大量使用下的耐用性、磨損程度、損耗後的精準度,都變成一大考驗,以往的設計似乎已經無法負荷數位時代大家大量拍攝的習慣。

未來徹底解決移焦的方式

唯一可以肯定的一點,如果要徹底解決移焦問題,只有一個方法:就是去掉反光鏡與快門簾,把三條路線不等長的問題廢除,這樣一來測光、測焦、曝光,通通都採用同一條路線(L2)。唯有這樣,才有辦法徹底解決DSLR對焦不準的問題。所以目前最簡單的解答就是Live View,在Live View的機身上,找一顆肯定移焦的鏡頭,只要透過Live View來完成對焦(不論用自動、手動對焦),拍出來的照片哪一張會不準?這就是因為Live View已經捨棄L1、L3路線,讓測光、對焦、曝光統一都用L2路線,透過相機LCD調整鏡頭到最清楚畫面,肯定拍出來也會是最清楚的。

但是,這還是一條很漫長的路...因為要統一改走L2路線,要克服很多問題:

1. 使用CMOS的對焦速度太慢(現在Live View的速度依然不夠快)

2. 移除快門簾,要CMOS本身的設計改變,加入電子式快門

3. 要移除光學觀景窗、改用電子觀景窗,必須要讓電子觀景窗如何做到類似光學觀景窗的性能,才能讓專業使用者接受。

不過,科技進步日新月異,肯定未來的DSLR總有一天會拿掉反光鏡設計的,讓測光、測焦、曝光通通走同一條路線。這樣就沒有什麼移焦的鳥問題了...但是拿掉反光鏡,應該也不能稱為DSLR了吧?

機身軟體調焦的愛恨情仇

接下來講講機身軟體調焦的問題

最近的新機身都有機身軟體調焦的功能,讓使用者可以自行解決對焦不準的問題。在多年前,大家飽受對焦不準之苦的環境下,眾人最期待的就是廠商可以在機身內開放軟體調焦功能,彷彿這就是診治移焦的萬靈丹(當時我也很這樣想)。但從1D3、1Ds3、5D2、50D都內建機身軟體調焦功能,可是移焦與對焦不穩的問題並沒有測底解決,依然存在著...

我們從硬體的層面來探討移焦問題:

1. 機身L1、L2、L3路徑不相等因素

2. 鏡頭控制參數與組裝公差

這兩個因素,就像在一個天枰上,左邊是機身因素、右邊是鏡頭因素,要達到真正的準與穩,必須左右兩邊歸零(想像是天秤兩端重量等重),此時天枰會呈現出真正的左右完美平衡。當左右兩邊有一邊因素沒歸零時(重量不等重),此時天枰無法平衡,會歪一邊(產生對焦不準與不穩)。要達到真正的穩定(硬體準),就必須想辦法把左右兩端的變因歸零(左右重量均等),此時天枰才會回到真正的平衡。

而機身內建軟體調焦,彷彿是天枰下方的支點。當左邊比右邊重時(天枰往左傾斜)。此時不解決兩邊不等重的主因,卻是改變天枰下方的支點(軟體調焦),將支點往左移動,達到另一種平衡狀態。但是此平衡狀態下,卻不是真正的完美平衡,在很多情況下反而可能會放大誤差值,此時又會開始出現莫名奇妙的乎準乎不準

另一個比方,假設一個人,因為某種疾病而導致不定期發燒,退燒藥就等於是機身軟體調焦。發燒,就吃退燒藥;燒退了,改天身體免疫力比較差,又發燒,再吃對燒藥。燒可以退,但是病卻沒有徹底好。要徹底解決發燒問題,就要把病因找出,徹底醫治(把機身與鏡頭歸零)。接下來就是運動加上健康飲食,把體質調好、免疫系統加強,以免下次再生病(捨棄低成本的塑膠反光鏡支架,改採用耐用的金屬材質),這樣才能永保健康。

當然如果可以把反光鏡系統拿掉,全部改用L2路線對焦、測光、曝光,並且克服電子觀景窗與光學觀景窗的差異,那自然天下太平囉!

機身、鏡頭準與不準的排列組合

最後再簡單的分析我之前的講法:移焦是正常、準焦是不正常。其實應該這樣更詳細的講,DSLR(有反光鏡+單眼)的自動對焦系統,移焦是正常、準焦是不正常。

假設機身本身L1、L2、L3的路線不一致而導致移焦,我們簡稱:機身不準

假設鏡頭控制參數有誤,或是組裝公差與光軸不準,因而導致移焦,我們簡稱:鏡頭不準

大致來分析排列組合,就有以下四種情況:

1. 機身準 + 鏡頭不準 = 不準

2. 機身不準 + 鏡頭準 = 不準

3. 機身不準 + 鏡頭不準 = 不準

4. 機身準 + 鏡頭準 = 準

這樣簡單的組合,準的機率是1/4,不準的機率是3/4。

再來分析準的1/4機率中的隱藏變因

1. 如果只有中央點準,周邊點有幾點不準-----這樣可以歸類為準嗎?

2. 如果反覆對焦,拍6張:3張很準、1張勉強準、2張不準-----這樣可以歸類為準嗎?

3. 如果新機很準,拍久了,機身磨損越拍越不準(例如5D)-----這樣可以歸類為準嗎?

4. 如果近距離拍攝準,但是距離拉遠一點,常常會不準(例如APS機身加大光圈拍攝)-----這樣可以歸類為準嗎?

5. 如果你的機身很準,但是妳有4顆鏡頭其中有兩個鏡頭準、兩顆不準-----那你要歸類你這套機身鏡頭群是準還是不準?

6. 如果你的機身很準,但是鏡頭有怪異的對焦現象:大光圈準,縮光圈在某個範圍內會後移,縮到某個程度又準了(例如:Canon EF 50mm F/1.2L)-----這樣可以歸類為準嗎?

7. 如果你有兩台機身以上,A鏡頭在C機身上準、D機身上不準,但是B鏡頭卻在C機身上不準、D機身上準-----這樣可以歸類為準嗎?

8. 如果不同光源下,機身有不同的準度,戶外日光、鎢絲燈、日光燈、省電燈泡...,在某個環境下特別不準、不穩...-----這樣可以歸類為準嗎?

9. 如果變焦鏡有廣角不準、望遠端準-----這樣可以歸類為準嗎?

只剩1/4機率的"準",再加上以上9點隱藏的變因,再來探討你手上的鏡頭群加機身群,真的很準、很穩的機率,還剩下多少??

以上我的理論『DSLR(有反光鏡加單眼)的自動對焦系統,移焦是正常、準焦是不正常』,只有在對於對焦準確度要求很高的人,此理論才會成立...

五縮五增

我的理論在幾種情況下不成立

1. 對於對焦準確度要求不高
2. 只用中央點拍攝
3. 縮光圈或是廣角拍攝居多
4. 自己也搞不清楚準的定義是什麼

根據經驗,如果自己的機身與鏡頭在對焦上會有若干的不穩與不準時,會有以下幾種現象(五縮五增)

五縮:
1. 縮光圈拍攝,光圈越縮越小
2. 縮小照片尺寸、縮圖,照片通通縮圖,就看不出對不準
3. 縮小對焦點使用區域,中央對焦點變成比較能信賴的對焦點
4. 縮減對於準焦的定義程度。差不多準,就安慰自己:已經很準啦!
5. 縮減拍照的興趣,越拍越沒信心...

五增:
1. 增加DPP轉檔的銳利度。越不準,銳利度加越多
2. 增加每次拍攝快門數。每個畫面反覆多拍很多張,因為越重要的畫面,越怕不準
3. 增加快門的速度。因為搞不清楚到底是不準還是手震,自己對自己沒信心,只好一直拉高快門速度,減低手震的可能性
4. 增加刺激感。重要的畫面拍攝完後,回家在電腦上看照片,很像在看開獎...好畫面常常會不準,可是準的主角卻閉眼...Orz...
5. 增加失落感。很多好畫面都是不清楚的...

如果你不想落入這種苦惱循環,可以告訴自己一個名言:器材不是重點,相機後面那顆腦袋才是重點...或許這樣想,煩惱會少一點...

通常面臨自己的器材不準不穩的問題時,開始反覆測試,自己也不知道什麼狀況,上網問意見一定會開始出現一些爭論:可能是使用者操作有問題、可能是測試方法不對、可能是你太龜毛...

最後往往會出現這句話:不要拘泥於對焦測試,開心拍照去吧!器材不是重點,相機後面那顆腦袋才是重點...搞了半天,也沒有答案....

要面對問題....

有以下幾種方法:

1. 徹底研究機身與鏡頭的構造與動作原理,想辦法自己DIY調焦解決(送回原廠,頂多只是調整中央點的準度而已)

2. 永遠都用Live view拍照(只要上腳架免除手震變因,Live view肯定是保證準的)

3. 使用裂像對焦屏手動對焦(先決條件:你的觀景窗要夠大夠亮、眼力要很好、不需拍攝節奏很快的畫面。還有機身的L1與L2路線一定要等長,而且只能用中央點拍攝)

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看完Kent大的說明,感覺都快要可以當研究論文了...(哈哈),或許這種移焦的問題也是一種『歷史共業』吧!不過,在徹底解決之前,我們還是不得不面對它...只希望廠商們能好好努力,把這個問題能夠解決掉,以免拍照時老是要疑神疑鬼的...這樣感覺實在是不大好...

參考資料:
LDS Club:淺談DSLR 移焦問題-Kent大在LDS Club發起的原始討論串
js740419的個人空間:由光路的幾何關係來探討DSLR移焦的原因
A Workaround for Nikon D70 Focusing Problems-早期一篇外國文章,講解D70如何DIY調機身

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