همه چیز درباره سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection)

وقتی که در مورد ساز و کار تکنولوژی‌های به کار رفته در سیستم فوکوس خودکار دوربین‌های DSLR صحبت می‌کنیم و مخصوصا زمانی که به مبحث سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز یا همان Phase Detection وارد می‌شویم، داستان کمی پیچیده می‌شود. به همین منظور، موضوع بررسی چگونه ساز و کار سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، شاید برای تمامی خوانندگان و فعالان این عرصه، جالب و خوشایند نباشد. اما در هر حال، در این مقاله قصد داریم، کاملا به این موضوع پرداخته و حقایق آن را به طور واضح و آشکاری روشن کنیم. در واقع در این سری از مقالات قصد داریم درباره مشکلات مربوط به این سیستم فوکوس و همچنین راه حل‌های آن و البته چگونه عملکرد این سیستم در هنگام ثبت یک عکس صحبت کرده و شما را به طور کامل با این تکنولوژی آشنا سازیم. در حقیقت در این سری از مقاله‌ها، همه چیز را در مورد سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز خواهید یافت.

در نظر سنجی‌های به عمل آمده مشخص شد که تعداد بسیار زیادی از عکاسان از نحوه عملکرد سیستم فوکوس خودکار دوربین خود حتی در دوربین‌های DLSR سطح بالایی همچون 5D Mark III کنون، D800 نیکون و K-5 پنتاکس گله‌مند هستند و با آن مشکل دارند. مطمئنا بسیاری از عکاسان به این موضوع پی برده‌اند که مشکل از سطح و رده دوربین آنها و مبتدی و پیشرفته بودن آنها نبوده و به مدل دوربینشان هیچ ربطی ندارد. در حقیقت این دوربین‌ها نمی‌توانند به خوبی بر روی سوژه مورد نظر خود فوکوس کنند. اگر یک بار در فضای اینترنت در این مورد جستجو کنید، شاهد بازیابی سوالات بسیار زیادی در مورد مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار در  سری‌های مختلف دوربین‌های شرکت‌های گوناگون خواهید بود. از زمانی که تکنولوژی سیستم فوکوس خودکار بوجود آمده و در دوربین‌های دیجیتال به کار گرفته شده است، همواره مشکل فوکوس تا به امروز وجود داشته است. بنابراین دیدن مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار (همچون نقص فوکوس خودکار front focus و یا back focus) بر روی دوربین‌های دیجیتال و پیشرفته امروزی نیز نمی‌تواند امری غیر عادی باشد. در حقیقت این مشکلات از زمانی پدیدار شدند که اولین دوربین DSLR مجهز به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز ساخته شد.

یک دوربین DLSR چگونه کار می‌کند

به منظور حل دقیق مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار ابتدا می‌بایست اطلاعات جامعی در مورد چگونگی و نحوه ثبت تصویر در یک دوربین DLSR داشته و با تمامی اجزای داخلی آن آشنایی داشته باشیم. با باز کردن لنز یک دوربین DLSR، شاهد قرار گیری یک آینه رفلکس با زاویه 45 درجه، درست در جلوی دهانه ورودی لنز در داخل بدنه دوربین هستیم. چیزی که در این بخش به هیچ وجه در حالت عادی قابل مشاهده نمی‌باشد، مربوط به آینه دوم قرار گرفته در پشت آن می‌شود. وظیفه این آینه، تاباندن نوری است که از سمت آینه اولیه به سمت خود ساتع گشته است و البته این امواج نوری به سوی سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection) تابانده می‌شوند. تصویر زیر که مربوط به نمایی داخلی از دوربین D800 نیکون می‌شود، به آشنایی هر چه بهتر شما با محیط و فضای داخلی دوربین‌های DSLR و محل قرار گیری آینه کمک بسزایی خواهد کرد:

در قسمت زیر می‌توانید در مورد هر یک از شماره‌های درج شده در تصویر فوق، اطلاعات کافی را کسب کنید:

1- پرتوی نور

2- آینه رفلکس اصلی دوربین

3- آینه ثانویه دوربین که با نام “Sub-Mirror” نیز شناخته می‌شود

4- شاتر و حسگر دوربین

5- پیچ شش ضلعی 1.5 میلی متری – به منظور تنظیم آینه اصلی دوربین

6- پیچ شش ضلعی 1.5 میلی متری – به منظور تنظیم آینه ثانویه دوربین

7- حسگر سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection)

8- منشور

9- منظره یاب

بیایید به زمانی که عکاسی در درون یک دوربین DLSR به ثبت می‌رسد و ساز و کار انجام آن نگاهی بیندازیم. ابتدا پرتوهای نور (1) به داخل لنز وارد می‌شوند و بعد از گذشتن از لنز به فضای داخل دوربین منتقل خواهند شد. سپس امواج نوری به آینه اصلی دوربین (2) که نیمه شفاف است برخورد می‌کنند. این آینه با زاویه 45 درجه طوری قرار گرفته است که با برخورد پرتوهای نور به آن، بخشی زیادی از آنها با حرکتی عمودی به سمت منشور (8) به حرکت در می‌آیند. سپس منشور موجود در این بخش توسط شکل خاصی که دارد، پرتوهای عمودی را به شکل افقی درآورده و سپس آنها را طوری هدایت می‌کند تا از بخش منظره‌یاب (9) دوربین عبور کرده و عکاس بتواند به مشاهده آنچه در جلوی لنز قرار گرفته است، بپردازد. بخشی کوچکی از پرتوهای نور از دیواره نیمه شفاف آینه اصلی عبور کرده و به آینه ثانویه پشت آن برخورد میکنند. سپس آینه ثانویه با زاویه استقرار خاص خود (که در این دوربین با زاویه 54 درجه قرار گرفته است) پرتوهای نوری به سمت حسگر سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (7) راهی می‌کند. سپس این امواج به سمت گروهی از حسگرها در داخل همین سیستم منتقل می‌شوند (هر نقطه فوکوس خودکار دارای دو حسگر است). سپس دوربین به آنالیز و مقایسه تصاویر بدست آمده توسط حسگرها پرداخته (ساز و کار انجام آن شبیه به نحوه محاسبه فوکوس در یک دستگاه فاصله‌یاب می‌باشد) و اگر تصاویر بدست آمده با هم یکسان و مشابه نباشند، سیستم دوربین، لنزها را مجبور به جا‌به‌جایی به منظور ایجاد تصاویر یکسان و مشابه می‌کند. به منظور کسب اطلاعات بیشتر و دقیق‌تر می‌توانید در ادامه با تک‌نیوز همراه باشید.

در حالی که سیستم ذکر شده در باره نحوه حرکت پرتوهای نور به طور کامل و البته خلاصه‌وار توضیح داده شد، مشکلاتی در این راه برای این دسته از پرتوها ممکن از پدید آید. حسگر سیستم تشخیص فاز یکی از آنها بوده که در این راه، لنز دوربین را مجبور به تطابق و تنظیم دقیق به جهت انجام فوکوس بهتر می‌کند. این در حالی است که سنسور مربوطه هیچ تاثیری در ثبت عکس نداشته و تنها به انجام فوکوس خودکار دقیق کمک می‌کند. درواقع مسئولیت ثبت تصاویر با سنسور قرار گرفته در بخش انتهایی دستگاه است. اما چرا این مورد یک مشکل بزرگ تلقی می‌شود؟ در بخش‌ قبلی با هم این موضوع را مرور کردیم که در هنگام ورود نور به داخل دوربین، به منظور ثبت نهایی عکس، آینه‌های اصلی و ثانویه دوربین به سمت بالا رفته و سپس شاتر دوربین باز می‌شود و در نهایت پرتوهای نور به منظور ثبت عکس به حسگر اصلی دوربین (4) برخورد می‌کنند. به منظور انجام دقیق فوکوس خودکار تشخیص فاز، می‌بایست فاصله بین مانت لنز  و حسگر اصلی دوربین با فاصله مانت لنز با حسگر سیستم فوکوس کار تشخیص فاز یکی و برابر باشد. اگر حتی به میزان بسیار ناچیزی در این بخش انحراف وجود داشته باشد، فوکوس خودکار تشخیص فاز به خوبی انجام نخواهد شد. همچنین در طرف دیگر ماجرا اگر زاویه آینه ثانویه دوربین (که وظیفه آن، منعکس کردن پرتوهای نور بر روی حسگر سیستم تشخیص فاز است) آن طور که می‌بایست باشد، نبوده و از محل اصلی خود انحراف داشته باشد، دوباره مشکلاتی در عملکرد این سیستم فوکوس خودکار بوجود خواهد آمد. بنابراین بیشترین مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز به این شکل به وقوع می‌پیوندد.

ساز و کار حسگر سیستم تشخیص فاز چگونه است؟

همان طور که در بخش‌های پیشین به آن اشاره شد، ساز و کار سیستم فوکوس خودکار همانند یک دستگاه فاصله‌یاب (rangefinder) است. در حقیقت پرتوهای نوری که به آینه ثانویه موجود در پشت آینه اصلی دوربین برخورد می‌کنند، توسط تعدادی (بسته به تعداد سنسورهای سیستم تشخیص فاز) از حسگرهای موجود در بخش سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز جذب می‌شود. البته قبل از رسیدن به این قسمت، پرتوهای نوری از میکرو لنزهای موجود در قسمت فوقانی این حسگرها عبور کرده و به بخش‌های خاصی هدایت می‌شوند. همان طور که قبلا ذکر شد، برای هر نقطه فوکوس قابل مشاهده در منظره‌یاب دوربین، دو عدد حسگر بسیار کوچک در بخش سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز وجود دارد که در واقع هر کدام از آنها برای بخشی از تصویر لنز دوربین را پوشش می‌دهد. مکان آن (7) در بخش قبلی قابل مشاهده است. (البته در تصویر بالا در مورد پرتوهای نور با نشان دادن تنها دو خط که بر روی دو سنسور مجزا برخورد می‌کنند، کمی بیش از حد معمول اغراق شده است و در حقیقت در دوربین‌های حرفه‌ای امروز که از سیستم تشخیص فاز پشتیبانی می‌کنند، بیش از دو عدد سنسور در آن بخش قرار گرفته‌اند و البته با این تعداد حسگر با فاصله بسیار کمی در کنار یکدیگر واقع گشته‌اند). ساز و کار تابش پرتوهای نور بر روی این سنسورها نیز همانند حسگر اصلی دوربین بوده و در واقع در این حالت به منظور انجام فوکوس خودکار تشخیص فاز، وقتی که تصویر دارای شارپنس و وضوح بالایی باشد، زمانی است که دو پرتوی نور از منتهاالیه کناری لنزی با طی مسیر گفته شده بر روی بخش میانی حسگر این سیستم دقیقا بر روی یک نقطه متمرکز می‌شوند. در حقیقت می‌توان این طور که هر دو سنسور دارای تصویر یکسان و مشابهی هستند. اگر جسم مورد نظر به درستی مورد فوکوس این سیستم قرار نگرفته باشد، پرتوهای ساتع شده بر روی حسگر این سیستم به درستی در یک نقطه متمرکز نگشته‌اند و به همین دلیل هنوز نیاز به تغییر و جابه‌جایی در بخش عدسی‌های لنز وجود دارد. در تصویر زیر شاهد انواع حالات قرار گیری و انطباق پرتوهای نور وارد شده به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز موجود در دوربین‌های DSLR هستیم:

همان طور که گفته شد، حالت‌های 1 تا 4، مکان‌ها و حالت‌های مختلف تابش نور را نشان می‌دهد که در تصویر شماره (1) شاهد فوکوس بسیار نزدیک، در تصویر شماره (2) شاهد فوکوس صحیح، در تصویر شماره (3) شاهد فوکوس دور و همچنین در تصویر شماره (4) فوکوس بسیار دور در نظر گرفته شده است. همچنین همان طور که در نمودار این تصاویر مشاهده می‌کنید، میزان اختلافات بین پرتوهای نور نشان داده شده است که البته این میزان توسط محاسباتی که توسط سیستم انجام می‌شود، تبدیل به میزان حرکت عدسی‌ها و گروه‌های داخل لنز به منظور انطباق هر چه بهتر پرتوهای نوری می‌شود. البته خط زرد رنگ بالا در مورد دوربین‌ها صحت نداشته و به جای سنسور، عدسی‌های موجود در لنز به منظور انجام فوکوس هر چه بهتر جابه‌جا می‌شوند.

از آن جایی که سیستم تشخیص فاز به سادگی می‌تواند جلوتر یا عقب بودن فوکوس خودکار انجام شده را تشخیص دهد (البته در صورت کافی بودن میزان نور محیط و دیگر عوامل حیاتی)، به همین منظور اطلاعات مربوط به فوکوس دقیق بر روی سوژه را به لنز دوربین ارسال می‌کند و البته این اطلاعات در مورد چگونگی حرکت (جهت حرکت) عدسی‌ها و میزان آن می‌باشد. در بخش زیر مراحلی که بعد از قرار گرفتن سوژه در حیطه فوکوس توسط دوربین انجام می‌گیرد، به ترتیب توضیح داده شده است:

1- پرتوهای نوری که از دو منتهاالیه لنز دوربین عبور کرده‌اند، توسط دو سنسور موجود در سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز به طور دقیق ارزیابی می‌شوند.

2- بسته به اینکه پرتوهای نور چگونه به این حسگرها برخورد می‌کنند، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز که جسم مورد نظر در جلوی صفحه فوکوس قرار گرفته است و یا در پشت آن و البته با مشخص شدن این موضوع، میزان فاصله آن نیز تعیین می‌گردد.

3- سپس این سیستم، دستورالعمل‌های مربوطه (جهت و میزان حرکت عدسی‌ها) را به لنز دوربین انتقال می‌دهد.

4- روال بالا تا زمان رسیدن به یک حالت فوکوس مناسب و به تصویر کشیدن عکس‌های شارپ، تا میزان نامحدودی ادامه خواهد داشت. در صورت نرسیدن به یک حالت فوکوس مناسب، لنز دوباره از ابتدا تنظیم شده و به منظور رسیدن به فوکوس تلاش خواهد کرد. این وضعیت با نام “Focus Hunting” شناخته می‌شود.

5- زمانی که دوربین به بهترین حالت فوکوس خود دست یافت، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، پیامی مبنی بر رسیدن به بهترین حالت فوکوس بر روی سوژه مورد نظر را به پردازشگر دوربین ارسال خواهد کرد. سپس نقطه (یا نقاط) فوکوس موجود در منظره‌یاب به رنگ سبز (یا قرمز) در آمده و یک صدای خاص (مثل بیپ) به صدا در خواهد آمد.

تمامی مراحل گفته شده در قسمت بالا با سرعت بسیار زیادی و در کسری از ثانیه به وقوع خواهد پیوست. در واقع به همین منظور است که سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز از سیستم فوکوس خودکار تشخیص کنتراست بسیار سریع‌تر عمل می‌کند. (زیرا در حالت تشخیص کنتراست، صفحه فوکوس به وسیله لنز دوربین به طور خودکار تنها به جلو و عقب حرکت می‌کند تا با آنالیز اطلاعات وسیع بدست آمده در این حالت و البته با سرعت کمتری به بهترین حالت فوکوس دست یابد).

سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، یک سیستم کاملا پیچیده بوده و به همین منظور هر گاه یک دوربین جدید و پیشرفته و سطح بالا معرفی  توسط یک کمپانی بزرگ معرفی می‌شود، این سیستم دچار تغییرات زیادی شده و نسبت به مدل‌های پیشین خود بهبودهای بسیار چشمگیری می‌یابد. در طی سال‌های متمادی، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، پیشرفت‌های بسیار زیادی داشته و همواره به تعداد نقاط فوکوس آن افزوده شده است. البته در این میان توجه بیشتری به نقاط فوکوس کراس تایپ که اهمیت بیشتری داشته، می‌شود که خوشبختانه، تعداد این نقاط نیز در حال افزایش است.برای مثال، دوربین‌های DSLR سطح حرفه‌ای و بسیار پیشرفته 1D X و 5D Mark III کنون، هر دو دارای 61 نقطه فوکوس بوده که 41 عدد از آنها از نوع کراس تایپ هستند. در تصویر زیر شاهد ماتریکس نسبتا پیچیده نقاط فوکوس سیستم تشخیص کنتراست دوربین 1D X کنون هستیم:

البته این موارد، تمام داستان نبوده و تنها به افزایش عدد تعداد نقاط فوکوس ختم نمی‌شود. کیفیت نقاط فوکوس نیز بسیار مهم بوده و هم اکنون بسیاری از دوربین‌های پیشرفته و جدید وارد شد به بازار دارای قابلیت‌های بسیار زیادی بوده که در کنار بهره‌گیری عکاس  از قابلیت تنظیم دستی آنها، این سیستم می‌تواند با سرعت و دقت بسیار بالایی به تعقیب و دنبال کردن سوژه مورد نظر خود بپردازد و به اصطلاح، فوکوس بر روی سوژه خود قفل شود.

مشکلات فوکوس در دوربین‌های DSLR

همان طور که در بخش‌های پیشین مشاهده کردید، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، تکنولوژی بسیار پیچیده‌ای بوده و به منظور رسیدن به بهترین حالت و دقیق‌ترین شکل فوکوس، نیاز به توجه به نکات بسیار زیادی است. مهمتر از آن این که این سیستم می‌بایست در هنگام تولید دوربین در محل کارخانه تولید کننده آن، با دقت بسیار زیادی بر روی بخش خاصی از دوربین نصب گردد تا هیچ گونه خللی بر آن وارد نباشد. اگر حتی به میزان بسیاری ناچیزی در هنگام نصب این سیستم بر روی دوربین، مشکلی بوجود آید، مشکلات مربوط به عدم رسیدن به تصاویر واضح و شارپ رخ خواهد داد. در حقیقت، این موضوع همان بزرگترین مشکلی است که از اولین روز استفاده از این تکنولوژی بر روی دوربین‌های DSLR، همواره عکاسان را آزار داده و موجب اختلال در عملکرد صحیح این سیستم گشته است. به همین منظور، تمامی کمپانی‌های تولید کننده دوربین‌های DSLR، از سیستم بسیار دقیقی به منظور کالیبراسیون و تنظیم مناسب جهت نصب سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز بر روی دوربین‌های خود استفاده می‌کنند. همچنین بعد از نصب این بخش، در طی تست‌ها و آزمایشات خاصی که با واژه QA یا همان تضمین کیفیت (Quality Assurance) شناخته می‌شود، سیستم تشخیص فاز هر دوربین را به دقت ارزیابی کرده و سپس دستگاه مزبور را روانه بازارهای فروش می‌کنند. در این روال در صورت کشف مشکل در زمینه نصب سیستم تشخیص فاز، سیستم‌های موجود در این بخش به طور دقیق و با محاسبه و ارزیابی همه حالات فوکوس دوربین مزبور، به تغییر دستی مکان این ساختار از دوربین پرداخته و آن را در مکان درست خود قرار می‌دهد. همچنین نقاط که غیر فعال شده‌اند را نیز کالیبره و تنظیم کرده و سپس عدد جبرانی مربوطه بر روی فریم‌ور دوربین حک خواهد شد. فهم این موضوع، شباهت بسیار زیادی به انجام تست‌های AF Fine Tune و AF Micro دارد. البته با این تفاوت که تست‌های اخیر بر روی هر نقطه فوکوس به طور مجزا می‌تواند انجام شود.

در ادامه می‌توانید از طریق لینک‌های زیر به تمامی مقالات “آموزش جامع نحوه استفاده از فوکوس خودکار در دوربین‌های DSLR” نیز دسترسی داشته باشید:

قسمت اول 

قسمت دوم

قسمت سوم

قسمت چهارم