今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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一眼レフ分解実験!キャノンEOS、位相差AFの構造
【今日の夕食】
 今日は、娘(2歳11か月)と、図書館に行き、帰りに公園で昼食をとりました。曇りでしたが、あまり寒くなく、過ごしやすい一日でした。
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OLYMPUS E-PM2+MZD45mmF1.8;90mm相当、F4.0、SS1/100、ISO500
★米飯、カレー
 先日の残りのカレーです。

★4点盛りプレート
・マカロニサラダ
・トマト
・豆腐
・かぼちゃそぼろ煮

★ぶどう(アメリカ産レッドグローブ)

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【今日のおじさん】一眼レフ分解実験!キャノンEOS、位相差AFの構造
 昨年9月に、初めての一眼レフ(ノンレフ)カメラを買いました。このカメラを買ってから、レンズやカメラへの関心が高まり、いろいろ調べています。

 今回は、一眼レフカメラ(ミラー付き)を分解して、「位相差AF(位相差オートフォーカス)」の構造を調べました。現物の写真・画像を、豊富に載せます。


★カメラの分解
 位相差AFは、一眼レフカメラの特徴となっている、オートフォーカスのしくみです。この原理については、以前の記事で書きました。
★一発で高速ピント合わせ!~位相差検出AFのしくみ →こちら
★位相差AFのエッジ検出、センサーが2個1組の理由 →こちら

 上の記事は、机上の検討でした。しかし、実際のイメージ(例えば、セパレータレンズはどれくらいの寸法か?)を知るためには、現物の調査が不可欠です。
 そこで、位相差AFの、AFユニットを調べるために、一眼レフを買いました。リサイクルショップ「ワットマン」で見つけたジャンク品なので、100円(税込)と安価でした。機種はキャノンの「EOS Kiss(イオス キス)」です。デジタル一眼レフ(デジイチ)ではなく、フィルム時代の一眼レフです。(Wikipedia 「キャノン EOS Kiss」の項を参照すると、これは1996年発売の2代目「New EOS Kiss」らしいです。)
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 元に戻す必要はないので、手当たりしだいに、ねじを緩めます。ほとんどのねじはタッピンねじで、プラスチックのボディに直接固定されていました。
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 開けてみて、びっくりしました。外装カバーのすぐ下には、フィルム状のプリント基板(フレキシブル基板)が、ぎっしりと詰まっています。大きい集積回路らしき部品も見えます。回路ボックスのようなものはなく、カバーと本体の隙間に、回路や素子が配置されているようです。ムダのない作りですが、組み立ては大変そうです。このカメラには、「MADE IN TAIWAN」と記載がありました。
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 でっかいコンデンサー(220μF)です。ストロボ発光用でしょうか。
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 ペンチやニッパーを使って、基板フィルムや配線を破壊しつつ、なんとかここまでバラしました。もう、元には戻せません。
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★寄り道~光学ファインダー
 今回は、AFセンサーの調査が目的ですが、少し寄り道します。「一眼レフ」ならではの、光学ファインダーを調べてみました。
 光学ファインダーの付いた、いわゆる「ペンタ部」をバラします。ペンタ部は、シーリング剤で隙間をベッタリと封止されていました。
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 一眼レフと言えば、「ペンタプリズム」と思っていたのですが、これはプリズムではありませんでした。ミラー(平面鏡)を複数貼り合わせた構造です。このミラーで、レンズで反転した像を、元の向きに戻すのだと思います。(「EOS Kiss」は廉価機種なので、ペンタプリズムを使っていないのかもしれません。)
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 光学ファインダーの上には、丸いレンズのようなものが見えます。これは、おそらく測光に使うセンサー(AE用センサー)だと思われます。
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★AFセンサーの取り付け状態
 いよいよ、本題の位相差AFセンサーです。

 解体を進めて、レンズ取り付け部分だけになりました。
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 裏面です。黒色の、複数の板が重なったような部分が、シャッターです。フィルム(デジカメでは撮像センサー、撮像素子)の直前にシャッター幕が配置されている、いわゆる「フォーカルプレーン」方式です。先幕と後幕の、2枚が重なっています。
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 一眼レフの「レフ(reflex)」の名の由来である、ミラーです。このミラーで、レンズから来た光が上方に曲げられて、光学ファインダーに像が写ります。また、このミラーは、「半透過ミラー(ハーフミラー)」になっています。光の一部はミラーを透過して、さらに裏側にある別のミラーで、下方向に導かれます。そして、下に導かれた光が、AFセンサーに入ります。
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 光の経路は、下の図の通りです。2枚のミラーで、光を2方向に分岐しています。
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 ミラーを上げたところ。シャッターを切ると、ミラーが持ち上がり、その後に後幕シャッターが開いて、フィルムが露光されます。そして、すぐに先幕シャッターが閉まって、露光が完了する仕組みです。
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 そして、ミラーを上げると、下方にAFセンサーユニットが見えます。3個の穴が並んでいる部分です。このカメラは、3点の位相差AFエリアを持っているようです。それぞれの穴が、3個のAFエリアに対応しているのだと思います。
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 このAFセンサーユニットを、裏面から見たところです。45°程度に傾いた、鏡が見えます。AFセンサーユニットの窓に入った光は、この鏡でさらに曲げられて、AFセンサー本体に導かれるようです。 
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 AFセンサーユニットは、ねじで固定されていました。ねじを外して、AFセンサーユニットを取り外したところです。AFセンサーユニットを外した上方には、2つのミラーが見えます。
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★AFセンサーの構造
 ここで、位相差AFセンサーの構造を、おさらいしておきます。下図のように、撮影用レンズの像を、2個の2次レンズ(セパレータレンズ)で分解して、AFセンサー(ラインセンサー)上に像を結ぶのが、位相差AFセンサーの仕組みでした(詳しくは、→こちらの記事)。位相差AFによれば、2つのAFセンサーの像のズレから、ピントが合うレンズ位置を算出できます。
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 取り外したAFセンサーユニットです。ユニットの手前には、丸いレンズのような部品がついていました。これも、何かのセンサーだと思われますが、何に使われるものなのか、分かりません。AFセンサー周辺の明るさを測定するためのものでしょうか。
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 ユニットのカバーを外すと、レンズらしきものが現れました。これは「セパレータレンズ」ではなく、集光のためのレンズだと思われます。
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 レンズを斜めから見たところ。途中に段がついて、3個のレンズに分かれているようです。
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 ユニットを横から見たところです。上側が光の入口(窓)、斜め45°に見える箇所がミラーです。そして右側には、センサー本体があります。
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 ミラーを外したところ。ミラーは、シール剤で接着されていました。ミラー面は、窓に相当する3か所を除いて、黒塗りされています。余計な光をカットする意図があるのかもしれません。
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 センサー本体の拡大です。3個並んでいる丸い窓の中に、セパレータレンズがあるように見えます。
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 さらに分解します。セパレータレンズらしきものと、基板部分を分離しました。
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 セパレータレンズ(と思われるもの)です。3組があり、左右の窓には2個のレンズ、中央の窓には4個のレンズが並んでいます。左右の窓では上下1組のセパレータレンズで横線検出を、中央の窓では上下1組+左右1組のセパレータレンズで横線+縦線検出(クロス測距)を、行う構成なのだと推察されます。すべてのレンズは、1個のプラスチック部品に、まとめてモールド(成型)されているように見えます。
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 AFセンサー(ラインセンサー)です。緑色っぽく見える部分が、ラインセンサーかもしれません。中央窓に対応する部分には十字状に4箇所、左右窓に対応する部分には一直線上に2箇所、配置されているように見えます。
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 セパレータレンズと、ラインセンサーの対応です。左右の窓間の距離に比べて、左右のラインセンサー間の距離は小さいです。これは、光が窓に斜めに入ってくるためと思われます。上述の、AFユニット入口のすぐ後にあるレンズ(段のついたレンズ)で、光の方向を変えて、光をなるたけ近くに集めて、センサーを小型にする狙いがあるのかもしれません。
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 セパレータレンズ間の距離を、測定してみました。約1mmでした。また、レンズ直径は、0.5mm程度に見えます。
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★まとめ
 実際のカメラを分解して、位相差AFユニットを取り出しました。
 位相差AFの構成要素である、「2次(セパレータレンズ)」と「AFセンサ(ラインセンサ)」らしきものを、確認できました。1組のセパレータレンズの中心間距離は、1mm程度でした。


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