移焦的根源：光学像差问题

移焦的问题，多数摄影朋友都有遇到，几年来也有各种解释，比如机械误差、反光镜定位偏差、镜头马达问题等等。可能有人真的同时也存在这类机械上的问题。但移焦的根源，是相位差对焦法无法处理光学像差现象所造成。这点从来没有过完整的说明，因而以前几次提出时都被嗤之以鼻。最近把我过去的回答统整，应该是中文的首篇直白的说明……移焦的問題，多數攝影朋友都有遇到，幾年來也有各種解釋，比如機械誤差、反光鏡定位偏差、鏡頭馬達問題等等。可能有人真的同時也存在這類機械上的問題。但移焦的根源，是相位差對焦法無法處理光學像差現象所造成。這點從來沒有過完整的說明，因而以前幾次提出時都被嗤之以鼻。最近把我過去的回答統整，應該是中文的首篇直白的說明...

相位差对焦法简介相位差對焦法簡介

下图是完美镜片的成像光路图，镜片上不同位置的入射光以不同角度向焦点汇集。相位差系统在焦点前加入二次成像镜片，于是各道光线不再汇集、转而射向对焦感应器上的不同位置。下圖是完美鏡片的成像光路圖，鏡片上不同位置的入射光以不同角度向焦點匯集。相位差系統在焦點前加入二次成像鏡片，於是各道光線不再匯集、轉而射向對焦感應器上的不同位置。

当对焦系统运作时，随着镜头移动、光线通过二次镜片来到对焦感应器的位置也不同。相位差法就利用这位移量，判断出焦点偏移量，因而可以快速找到焦点。當對焦系統運作時，隨著鏡頭移動、光線通過二次鏡片來到對焦感應器的位置也不同。相位差法就利用這位移量，判斷出焦點偏移量，因而可以快速找到焦點。

然而眼尖的朋友应该发现，上图因为让所有的光线都进入，偏离焦点时偶尔也会有光线刚好射向正确合焦位置，这会让机器误判以为合焦了。因此需要加以限制，只让特定角度的光线进入，比如光圈 2.8 或 5.6 的光线，这样就能避免误判。下图是采用 f/2.8 光路的对焦示意图，一般就称之为对焦精度 f/2.8。然而眼尖的朋友應該發現，上圖因為讓所有的光線都進入，偏離焦點時偶爾也會有光線剛好射向正確合焦位置，這會讓機器誤判以為合焦了。因此需要加以限制，只讓特定角度的光線進入，比如光圈2.8或5.6的光線，這樣就能避免誤判。下圖是採用f/2.8光路的對焦示意圖，一般就稱之為對焦精度f/2.8。

前面的文字中，都是以完美镜片作为范例。完美镜片各光圈时的焦点都相同，不论相机采用多大光圈作为对焦精度都没有影响。但是现实世界中的镜头就不同了，因为有球面像差存在。前面的文字中，都是以完美鏡片做為範例。完美鏡片各光圈時的焦點都相同，不論相機採用多大光圈作為對焦精度都沒有影響。但是現實世界中的鏡頭就不同了，因為有球面像差存在。

球面像差的影响球面像差的影響

现实世界中的镜头虽然经过各种修正，或多或少都还有球面〔像差〕存在，造成不同光圈下的焦点也跟着不同。以下采用 Canon EF 50/1.4 作为实例说明，下图是 50/1.4 各光圈下的光路及球面像差曲线：随着光圈改变，从全开到 f/16 的焦点各自不同。現實世界中的鏡頭雖然經過各種修正，或多或少都還有球面存在，造成不同光圈下的焦點也跟著不同。以下採用Canon EF50/1.4作為實例說明，下圖是50/1.4各光圈下的光路及球面像差曲線：隨著光圈改變，從全開到f/16的焦點各自不同。

相机以 f/2.8 对焦精度所找到的，是光圈 2.8 下的焦点，但它和全开焦点偏差了 0.083 mm（即 83 微米），这就造成相机在全光圈时移焦了。不仅仅全光圈，各光圈下的焦点也都不同，因此各光圈都〔或〕多或少会有移焦，这是球面像差存在下、造成的无法避免现象。相機以f/2.8對焦精度所找到的，是光圈2.8下的焦點，但它和全開焦點偏差了0.083mm(即83μm-微米)，這就造成相機在全光圈時移焦了。不僅僅全光圈，各光圈下的焦點也都不同，因此各光圈都獲多或少會有移焦，這是球面像差存在下、造成的無法避免現象。

非但如此，球面像差存在时还有更深一层的问题。我们把 EF 50/1.4 的光路图多画几条线，放大来分析它的成像光路。非但如此，球面像差存在時還有更深一層的問題。我們把EF50/1.4的光路圖多畫幾條線，放大來分析它的成像光路。

将全光圈下的焦点放大后，可以清楚看到因为球面像差下各道光线汇聚在不同点，于是镜头的焦点不再是一个点。那么焦点在哪？B 似乎是所有光线汇聚的最小点，应该是这儿吧？可是 A 汇聚的点更小，只不过有部分光线散在外头……將全光圈下的焦點放大後，可以清楚看到因為球面像差下各道光線匯聚在不同點，於是鏡頭的焦點不再是一個點。那麼焦點在哪？B似乎是所有光線匯聚的最小點，應該是這兒吧？可是A匯聚的點更小，只不過有部分光線散在外頭...

MTF 现端倪MTF現端倪

为了找出相机真正的焦点，我们来做 MTF 分析。除了采用日系资料经常用的 10 线〔线对/毫米，下同〕（蓝色）及 30 线（绿色）之外，这里加入更高的 100 线（红色），大约等于现今 1600 万像素 APS-C 相机 100% 放大时所需的图像密度。為了找出相機真正的焦點，我們來做MTF分析。除了採用日系資料經常用的10線(藍色)及30線(綠色)之外，這裡加入更高的100線(紅色)，大約等於現今1600萬畫素APSC相機100%放大時所需的圖像密度。

A 点在 10 线对的 MTF 稍低，但是 100 线的表现提高不少，对于需要 100% 放大才能看见的微细图像比较适合。A點在10線對的MTF稍低，但是100線的表現提高不少，對於需要100%放大才能看見的微細圖像比較適合。

B 点在 10 线对的 MTF 最高，而 100 线的表现却接近零，对于拍摄粗的图像有很好表现，但是细节表现极差。B點在10線對的MTF最高，而100線的表現卻接近零，對於拍攝粗的圖像有很好表現，但是細節表現極差。

结论：拍摄对象也会影响吗？結論...拍攝對象也會影響！？

各位不难发现，A 和 B 都可以是焦点，A 是高解像力图像的焦点，B 是低解像力下的焦点，两者位置偏离 42 微米——随着拍摄对象不同、有不同的图像密度，各自有其最锐利焦点。一般使用测焦卡校正相机焦点的方法，可以说毫无意义，因为卡上的准星通常画很大、图像密度低，测出来的焦点和以 100% 放大观察的高密度焦点是有偏差的。各位不難發現，A和B都可以是焦點，A是高解像力圖像的焦點，B是低解像力下的焦點，兩者位置偏離42μm--隨著拍攝對象不同、有不同的圖像密度，各自有其最銳利焦點。一般使用測焦卡校正相機焦點的方法，可以說毫無意義，因為卡上的準星通常畫很大、圖像密度低，測出來的焦點和以100%放大觀察的高密度焦點是有偏差的。

看到这里，可能有人知道结论了。在球面像差存在下，焦点不仅随着光圈移动，甚至拍摄对象也会有影响，而相位差系统只能找到系统对焦精度限制下的单一焦点，自然无法满足各种不同的拍摄条件。因此移焦是相位差对焦法下无解的难题，各相机厂商只能根据使用习惯统计，尽量将系统焦点设置在能符合多数情况、但不是全部。看到這裡，可能有人知道結論了。在球面像差存在下，焦點不僅隨著光圈移動，甚至拍攝對象也會有影響，而相位差系統只能找到系統對焦精度限制下的單一焦點，自然無法滿足各種不同的拍攝條件。因此移焦是相位差對焦法下無解的難題，各相機廠商只能根據使用習慣統計，儘量將系統焦點設定在能符合多數情況、但不是全部。