In dit tweede artikel van Basiskennis Digitale Spiegelreflexcamera wordt uitgelegd hoe de sluiter en de autofocus werken. In deel 1 is uitgelegd hoe de sensor, de beeldprocessor en de buffer werken. Samen zorgen deze vijf onderdelen ervoor dat er een scherpe foto gemaakt kan worden.
Sluiter
De sluitertijd is de tijd die de sensor krijgt om het licht wat door het objectief komt, te registreren. Veel daarover wordt al in dit artikel behandeld. Daarom staat hier een korte samenvatting.
De sluiter regelt de belichtingstijd met twee gordijnen. Beide gordijnen moeten open zijn om de sensor te kunnen belichten. Dit zijn mechanische sluiters en dit mechanisme heeft een bepaalde levensduur. Die levensduur wordt uitgedrukt in clicks.
Voor camera’s zoals de Canon EOS 500D of 650D is dit ongeveer 100 000 clicks, dus 100 000 keer het openen en sluiten van de mechanische sluiter.
Bij duurdere camera’s zoals de Canon EOS 1D X heeft de sluiter een levensduur van ongeveer 400 000 clicks, 4 keer zoveel als bij de Canon EOS XX0D serie. De meest gangbare sluitertijden liggen in het bereik van 30 seconden tot 1/4000 seconde.
In het filmpje hieronder zie je hoe eerst de spiegel opklapt en hoe vervolgens de sluiter open en dicht gaat.
Autofocus
Er zijn twee soorten gangbare manieren van Autofocus aanwezig in moderne digitale spiegelreflexcamera’s: Fase detectie en Contrast detectie
Fase detectie
Fase detectie wordt door verschillende fabrikanten toegepast. Sony kiest ervoor om een half doorlatende spiegel te gebruiken waardoor een deel van het binnenkomende licht naar de optische zoeker gaat en de rest gaat naar de sensor en de Autofocus module.
De Canon EOS 650D en de Nikon 1 camera’s hebben de Fase detectie op de sensor zitten. Bij de 650D werkt de Fase detectie alleen bij het gebruik van Live View omdat de spiegel dan opgeklapt is en de sensor dan constant belicht wordt.
De sensoren voor de Fase detectie kunnen dus aanwezig zijn op de beeldsensor of in een aparte module zijn gehuisvest, ergens onderin de behuizing van de camera.
Hieronder staat een afbeelding van een Sony dSLR die gebruik maakt van een doorlatende spiegel om een groot deel van het licht naar de sensor te sturen en een klein deel naar de Autofocus Sensor, onderin de camera.
Het licht komt hier binnen als de rode lijn en dit komt terecht op de eerste spiegel die een groot deel van het licht (ongeveer 80%) weerkaatst naar een pentaprisma wat het licht naar de optische zoeker leidt.
De andere 20% gaat via een tweede spiegel, geplaatst achter de eerste, en die buigt het licht af naar de Autofocus sensor onderin de behuizing.
Hoe die module het beeld kan scherpstellen wordt hieronder uitgelegd
Focussen met Fase detectie
Hoe weet de sensor nou dat het beeld scherp is? Dat weet het omdat het een deel van het binnenkomende licht gebruikt om te kijken of het overeenkomt.
De eerste spiegel laat een deel van het licht door en dit wordt via de tweede spiegel naar de Autofocus module gestuurd. Onderweg wordt het licht opgedeeld in meerdere kleine beeldjes die elk op een andere sensor vallen in de Autofocus module.
Een lijnsensor berekent dan vervolgens of er voor of achter het onderwerp is gefocust en als dit het geval is, dan krijgt het objectief de instructie om te focussen in de juiste richting om zo het beeld scherp te krijgen.
In de onderstaande illustratie wordt geprobeerd om op het paarse rondje te focussen. Er zijn 4 scenario’s waarmee duidelijk wordt gemaakt hoe de autofocus probeert scherp te stellen. De gele balk is de sensor van de Autofocus die bepaald of het onderwerp scherp is.
De sensor gebruikt de licht wat aan de buitenkant binnenkomt in het objectief en wat vervolgens op de sensor valt om te controleren of het onderwerp scherp is. Beide sensoren moeten namelijk precies hetzelfde beeld registreren, anders is het scherpstellen niet gelukt.
Het blauwe element is het objectief die zorgt dat het licht op de juiste manier wordt afgebogen.
© Wikipedia
Bij 1 is het onderwerp buiten de focus omdat het onderwerp zich zo dicht voor het objectief bevindt dat er niet scherp gefocust kan worden. Je kunt dit zien omdat de twee lijnen kruisen en daarachter op de sensor vallen (gele lijn).
Bij 2 is het onderwerp scherp gefocust en het scherpstellen is hier geslaagd. Dat is te zien omdat beide rondjes, groen en rood-gestippeld, precies op dezelfde plek samenkomen en één geheel vormen.
Bij 3 is het onderwerp te ver weg. De beide lijnen komen niet genoeg bij elkaar om op hetzelfde punt samen te kunnen komen. Er kan dus niet scherp gefocust worden op dit onderwerp.
Bij 4 is het onderwerp helemaal te ver weg en de twee rondjes komen nog minder in de buurt van elkaar dan bij 3.
Wanneer er scherpgesteld (2) is wordt er een seintje gegeven aan de camera, zodat er gefotografeerd kan worden.
De volledige instructie om scherp te stellen is:
- Het binnenkomende licht wordt geregistreerd door de aanwezige sensoren in de Autofocus module.
- Als er voor of achter het onderwerp is scherpgesteld, dan wordt berekent hoeveel deze afwijking is en een instructie wordt naar het objectief gestuurd.
- Het objectief veranderd de focus en opnieuw wordt door de Autofocus module berekent of het beeld scherp op de sensor terecht komt.
- Als stap 3 is geslaagd dan zal één (of meerdere) autofocuspunt(en) oplichten in de zoeker, vergezeld van een geluidssignaal (als deze ingeschakeld is).
Het objectief kan gaan ‘hunten’ – zoeken – als er geen scherp beeld kan worden gevonden. Het objectief begint dan helemaal aan het einde van het focusbereik en blijft focussen totdat er wel scherpte bereikt kan worden.
Contrast detectie
Bij contrast detectie wordt gebruik gemaakt van, je raadt het al, contrast. De camera probeert grote verschillen in contrast te vinden bij een autofocuspunt tijdens het scherpstellen om aan de hand van die verschillen scherpte te kunnen berekenen.
De 9 autofocus punten van de Canon EOS 650D zijn als volgt verdeeld over het beeld:
Bij het scherpstellen zal elk punt door middel van contrast proberen een scherpe lijn te vinden waarop het de scherpte kan berekenen.
Ik neem hiervoor een grafische uitvergroting van zo’n Autofocus punt.
Hier zie je het autofocus punt, wat oplicht omdat het contrast heeft gevonden, op een zwarte streep. Als er genoeg contrast is, dan kan de focus erop scherpstellen.
Een voorbeeld van een situatie waarin NIET scherpgesteld kan worden door de autofocus
De afbeelding van het lage contrast is een voorbeeld van een focuspunt waarop scherpstellen mislukt. Zoals je kunt zien is het niet scherp en de camera kan dit punt dus niet gebruiken om scherp te stellen.
Egale vlakken? Help de AF
Mijn ervaring is dat de autofocus het erg moeilijk heeft met oppervlakten die egaal van kleur zijn. Als je een foto van een witte muur wilt maken en deze muur is helemaal egaal, dan is het voor de autofocus niet mogelijk om scherp te stellen, er ontbreekt contrast.
Je kunt de autofocus een handje helpen door een streepjescode op een ondergrond of voorwerp te plakken. De zwart-witte lijntjes leveren precies het contrast wat de camera nodig heeft om scherp te stellen. Zet na het scherpstellen de autofocus op M en je kunt een scherpe foto maken!
Voordeel van fase detectie t.o.v. contrast detectie
Fase detectie is beter dan contrast detectie omdat de camera het binnenkomende licht van het objectief kan gebruiken om beelden te vergelijken en van daaruit scherpte te berekenen. De contrast detectie is langzamer omdat er bij elk (automatisch) autofocus punt contrast berekend moet worden.
Het objectief moet dan een stukje voor en achter het onderwerp zoeken, om daarna het juiste punt te vinden wat scherp moet zijn. Dit wordt ook wel ‘hunten’ genoemd.
Dit merk je vooral wanneer de camera geen punt kan vinden waarop scherpgesteld kan worden, het objectief gaat zoeken en de autofocus in het objectief is dan druk bezig om iets te vinden waar contrast in verschijnt.
Conclusie
De spiegelloze camera’s zoals de Canon EOS M, de Nikon 1en Sony NEX series gebruiken allemaal fasedetectie omdat er geen spiegel aanwezig is in de camera. Het licht kan niet naar een andere sensor worden afgebogen.
In digitale spiegelreflexcamera’s komt fasedetectie steeds meer voor omdat het sneller en zekerder is. Sony integreert het in zijn nieuwe Sony Alpha camera’s met de half doorlatende spiegel en Canon heeft het als hulpmiddel op de sensor.
Ik vermoed dat de contrastdetectie vervangen zal worden door de fasedetectie omdat de laatste nog in ontwikkeling is en voordelen biedt ten opzichte van de contrastdetectie.