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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一眼レフを超えた!ミラーレスの最新AF技術に注目
【今日の夕食】
 今日は、妻が帰ってきました。雪の中、急に飛び出してしまったので、心配しましたが、無事で何よりです。今日は、3人での夕食です。
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OLYMPUS E-PM2+MZD45mmF1.8;90mm相当、F1.8、SS1/160、ISO200
★米飯

★コンソメスープ、じゃがいも・玉ねぎ

★小龍包、ニラまんじゅう
 テラスモール湘南、「桂林」の「上海焼き小龍包」です。妻が買ってきました。汁がほとばしるほどではありませんが、肉がジューシーでうまみがあり、おいしかったです。ニラまんじゅうも買いました。

★エビサラダ(スーパー惣菜)
 
★りんご

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【今日のおじさん】一眼レフを超えた!ミラーレスの最新AF技術に注目
 昨年(2013年)9月に、初めての一眼レフ(ノンレフ)を買いました。それ以来、カメラへの関心が高まり、カメラについていろいろ調べています。

 今回は、ミラーレス一眼において、最近の進歩が著しい「AF技術」の最新状況について書きます。


★ミラー付き一眼レフ「位相差AF」の弱点
 旧来の「一眼レフ」である「ミラー付き」一眼レフでは、下図1のように、オートフォーカス(AF)専用のセンサーが組み込まれています。このAF専用センサーによる「位相差AF(位相差検出式AF)」によって、ミラー付き一眼レフでは、非常に高速なピント合わせが可能です。(位相差AFの構造と原理、実物分解観察は、→こちらの記事
<図1>
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 位相差AFによれば、AFセンサの検出結果から、カメラから被写体までの距離を算出できます。これによって、ピントの合うレンズを一意に知ることができて、一発で高速にピント合わせができます。これは、コンパクトカメラ(コンデジ)で一般的な「コントラストAF(コントラスト検出式)」に対する、大きな利点です。

 しかし、ミラー付き一眼レフの位相差AFには、致命的な弱点があります。液晶画面を見ながらの「ライブビュー撮影」では、位相差AFが使用できないことです。ライブビュー撮影では、撮像素子に光を導くためにミラーを跳ね上げて、ファインダーとAFセンサーに光が届かない状態になります。このため、ミラー付き一眼レフのミラーは、無いのと同じです。よって、「位相差AF」が使えません。(ソニーの「トランスルーセントミラー・テクノロジー」を搭載したカメラは例外です。この製品では、ミラーを半透過の「ハーフミラー」とすることで、常時AFセンサーと撮像素子の両方に、光を導きます[1]。ただし、光学ファインダーはありません。)
[1]ソニー; 製品情報 > デジタル一眼カメラ α(アルファ) > Aマウント > α99 > 特長
http://www.sony.jp/ichigan/products/SLT-A99V/feature_2.html


★ミラーレス一眼でアツい「新AF技術」
 そして「ミラーレス一眼」は、「ミラーのない一眼レフ」です。すなわち、構造としては、ミラー付き一眼レフで、常にミラーを跳ね上げた「ライブビュー」と同じ状態になっています。したがって、位相差AF専用のAFセンサーを組み込むのは、困難です。このため、従来は、コンデジと同じ「コントラストAF」が用いられてきました。
 しかし、近年、主力一眼レフ製品を「ミラー付き」から「ミラーなし」へ、軸足を移動するカメラメーカー(例えば、オリンパスなど)が見受けられます。こうしたメーカーでーは、デジタルカメラの最上位機種(フラッグシップ機)が、必然的にミラーレスとなります。このとき、ミラーレスのAF速度の遅さは、ミラー付きに対する弱点となってしまいます。このために現在、カメラメーカー各社では、ミラーレスでもAF速度をミラー付き並みに速くできる新しい技術を、実用化しつつあります。こうした新しいAF技術は、個人的には、デジタルカメラにおいて今一番ホットな技術開発領域であるように感じます。

 そこで今回、各社のミラーレスで用いられている、最新のAF技術について調査しました。調査は、各社ホームページ[2]~[8]に掲載されている、最新製品の説明や技術紹介を参照することで行いました。
[2]ニコンイメージング;製品情報
http://www.nikon-image.com/products/
[3]キャノン;一眼レフカメラ/ミラーレスカメラ
http://cweb.canon.jp/eos/index.html
[4]リコーイメージング;製品
http://www.ricoh-imaging.co.jp/japan/products/
[5]ソニー;デジタル一眼カメラα
http://www.sony.jp/ichigan/
[6]オリンパスイメージング;デジタル一眼レフカメラ/ミラーレス一眼カメラ
http://olympus-imaging.jp/product/dslr/index.html
[7]パナソニック;デジタルカメラ ルミックス > Gシリーズ
http://panasonic.jp/dc/g_series/index.html
[8]富士フイルム;デジタルカメラ>X FUJIFILM
http://fujifilm.jp/personal/digitalcamera/x/


★各社の搭載技術:AF速度はミラー付きを超えた!
 最初に、各社のミラーレスが搭載している、新しいAF技術をまとめます。下表の通りです。
メーカーAF技術概要搭載機種の例
ニコン
Nikon
アドバンスト
ハイブリッド
AFシステム
・像面位相差AF+コントラストAF併用
・予測駆動AF
・AF追従連写15コマ/s
J3
キャノン
Canon
ハイブリッド
CMOS AF II
・像面位相差AF+コントラストAF併用
・画面領域80%のワイドエリア
EOS M2
ソニー
Sony
ファスト
ハイブリッドAF
・像面位相差AF+コントラストAF併用
・画面のほぼ全域をカバー
・AF速度0.06s
・AF追従連写11コマ/s
α6000
※2014/3発売
オリンパス
Olympus
DUAL FAST AF・像面位相差AF+コントラストAF併用
・AF追従連写6.5コマ/s
E-M1
パナソニック
Panasonic
空間認識AF・ピント位置の異なる画像から被写体距離
を算出(空間認識技術「DFDテクノロジー」)
・AF速度0.07s
・AF追従連写7コマ/s
GH4
※2014/春発売?
富士フイルム
Fuji film
インテリジェント
ハイブリッドAF
・像面位相差AF+コントラストAF併用
・動体予測AF
・AF速度0.08s
・AF追従連写8コマ/s
E-T1

 AF速度については、「世界最速」をうたっているメーカーも見られます。たとえば、ソニーα6000は「APS-Cセンサー搭載デジタル一眼カメラとして」世界最速(2014/2時点)、フジフイルムX-T1は「APS-C型以上のセンサーを搭載したデジタルカメラにおいて」世界最速(2014/1時点)、と言っています。つまり、AF速度においては、すでにミラーレスはミラー付き一眼レフを、超えています。(ただ、これらのAF速度は「CIPAガイドライン準拠」とあり、ポイントtoポイントのAF速度です。移動する被写体への追従性能については、どこまで優れるのか分かりません。)


★高速AFの本命「像面位相差AF」
 各社のAF技術の一覧を見ると、撮像素子(撮像センサー)上に位相差AFセンサーを組み込む「像面位相差AF(撮像面位相差AF)」が、ミラーレスの高速AF技術として最有力のように見えます。像面位相差AFの基本原理については、あまり分かりやすい解説がないのですが、例えば[9]が参考になります。撮像素子の画素の一部に細工をして、位相差AFセンサーとして動作するようにすることで、位相差AFを可能にしています。(詳しい解説・検討は、別の機会にしたいと思います。)
[9]富士フイルム;像面位相差AF技術
http://www.fujifilm.co.jp/corporate/jobs/aboutus/technology/03/review10.html

 像面位相差AFの弱点として、次の2点が考えられます。
a)撮像素子の画素が部分的に欠けるため、撮影画像の画質が低下する。
b)位相差AFセンサーの配置が離散的になるため、AF精度が高くない。
c)位相差AFセンサーがない位置では、AFが動作できない。

 弱点a)については、①位相差AFセンサーの配置や数を工夫する(画質劣化が少ないように分散させる)、②足りない画素の情報を周囲の情報から補完する、③位相差AFセンサーの情報も利用する、などで対策しているようです。
 弱点b)については、①位相差AFセンサーの配置と数の工夫、②コントラストAFとの併用、などが対策になります。
 弱点c)は、ミラー付きの位相差AFでも同様です。対策は位相差AFセンサーの増設ですが、画質とのトレードオフがあります。

 また、こうした弱点を改善する策として、キャノンは「デュアルピクセルCMOS AF」という方式を開発しています[10](おそらく、EOS M2の「ハイブリッドCMOS AF II」も同じものと推察されます)。この方式では、撮像素子のすべてを位相差AFセンサーとして利用できるようです。このため、広い範囲で位相差AFでのピント合わせができます。また、撮像素子をすべて使えるので、画質の劣化がない、とされます。(ただ、残念なことに、私が量販店で現品を試した限り、このAFの速度はあまり速く感じませんでした。私のカメラ、マイクロフォーサーズのコントラストAFに劣る印象です。)
[10]キャノン;EOS 70D デュアルピクセルCMOS AF
http://cweb.canon.jp/eos/lineup/70d/feature-speedy.html#DAF

 像面位相差AFは、2010年発売の富士フィルムの製品「FinePix F300EXR」が世界初だそうです[9]。つまり、実用化からまだ数年しか経っていません。今後、ますますの発展が期待できそうです。


★もう一つのAF技術「高速演算処理」
 各社が像面位相差AFに注力する中、すこし違ったアプローチをとるのが、パナソニックです。最近発表された新機種GH4では、「空間認識AF」という新技術を搭載しています[11]。これは、「空間認識技術(DFD;Depth From Deforcus)」という新技術を搭載しています。具体的には、ピント位置の異なる複数の画像から、画面上のすべての被写体までの距離を瞬時に演算しているそうです。つまり、これまで位相差AFだけでしか実現できなかった「測距」を、位相差AFセンサーなし・撮像素子だけで実現しているのです。これは、画期的な技術と感じます。

[11]パナソニック;デジタルカメラ ルミックス > Gシリーズ > GH4 > 機動性
http://panasonic.jp/dc/gh4/mobility.html

 位相差AFにしろ、コントラストAFにしろ、演算が高速なほど、高速なピント合わせが可能です。また、演算が高速にできると、被写体の位置の変化に即座に対応できて、ピント合わせが正確にできます。さらに、正確さという点では、いかに大量の情報を処理できるか(たくさんのセンサーからの情報が集まるほど正確)、という点も重要です。加えて、位相差AFとコントラストAFを併用しようとすると、2つのAFをどう切り替えるか、という判断のために、さらに多くの情報が必要になります。
 以上のように、高速で正確なAFのためには、大量の情報を迅速に演算することが重要になります。こうした演算は、いわゆる「画像処理エンジン」で実行されます。前述のパナソニックの「空間認識AF」は、画像処理エンジンの高機能化によって実現できた技術と推察されます。

 カメラの3要素は、「レンズ」「撮像素子」「画像処理エンジン」と言われますが、画像処理エンジンの重要性は、ますます増していくことと思われます。


★AFにおけるレンズの重要性
 もうひとつ、AF速度で重要なのが、レンズです。画像処理エンジンで、AFのための情報を高速・正確に演算できたとしても、最終的にピント合わせをするためには、レンズ内のフォーカス部の駆動が必要です。この駆動が低速だったり、不正確だったりすれば、高速で正確なAFは実現できません。
 最新のレンズでは、最新のAF方式に配慮した設計がなされているようです。すなわち、従来のミラー付き一眼レフでは、位相差AFが前提だったので、ストップ&ゴーが迅速で正確な駆動方式が求められていました。しかし、ミラーレスでは、コントラストAFが前提のために、レンズを前後に揺り動かすような動作(揺動動作、さぐり動作、シーク動作)が不可欠になります。このため、ミラーレス用の設計では、駆動部を軽量化する、リニアモータなどのモータを使用する、などの工夫がなされるようです[12]。
 また、レンズの高速駆動という点では、撮像素子サイズの小さいカメラが有利です。理由は、①同じ画角(換算焦点距離)でも焦点距離が短くなるため、レンズ移動量を小さくできる、②レンズ直径を小さくできるので、レンズの慣性が小さくなり、高加減速駆動をやりやすい、ことです。例えばニコンのNikon 1は、像面位相差AFによる高速ピント合わせが可能ですが、撮像素子が1型と小さいことも、高速AFに貢献していると思われます。
 最新のAF方式は、最新のレンズの使用が前提である場合が少なくありません。ミラーレスにミラー付き一眼レフ用のレンズを用いると、最良の性能が発揮できない可能性があるので、注意が必要です。

[12]Studio Graphics;メーカーに聞く デジタルカメラのココが知りたい!! - 第9回 タムロンに聞く
http://aska-sg.net/maker_int/makers-009-20120206.html


★まとめ
 ミラーレスで最近の発展が著しい「AF技術」を調べました。次のような技術が活用されているようです。
1)撮像素子    :位相差AFセンサーを埋め込んだ「像面位相差AF」
2)画像処理エンジン:大量の画像情報から測距する「空間認識AF」
3)レンズ     :高速・揺動駆動のための「コントラストAF前提の設計」

 今や、ミラーレスのAF速度は大幅に向上し、ミラー付き一眼レフを超えるものもあります。「AF速度ならば(ミラー付き)一眼レフ」という認識は、過去のものになりつつあります。


(補足)2014/2/22
 最近の「ミラーレス」と「一眼レフ」の、実際のAF速度の違いについて、記事を追加しました。
 ★ホントはどっちのAFが高速?~一眼レフvsミラーレス→こちら


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ミラーレス機で採用されている「像面位相差AF」ですが、ミラーレスで採用できるならば一眼レフにも理論的には採用できますよね。
実際Canon 70Dは像面位相差AF(ライブビュー時)を採用しています。
Nikonでも一眼に搭載予定と言われている「画質劣化の無い像面位相差AF」の特許を出願しているとのことです。

管理人様は随分勉強されているようで、その努力はすごいと思いますが、私から見ると「一眼レフを如何にしてこき下ろすか」の為の勉強と思えてなりません。

一眼レフには一眼レフの良いところ、不便なところ、
ミラーレスにはミラーレスの良いところ、不便なところがあります。
私はこの先も一眼レフもミラーレスも無くなることはないと思っています。

乱文失礼致しました。
らいお | URL | 2014/04/27/Sun 00:36 [編集]
> らいお さん
 何度もコメントありがとうございます。たいへんありがたいご意見です。コメントを頂けることが、ブログを書く励みになっています。感謝します。

 「一眼レフを如何にしてこき下ろすか」と感じられてしまったとのこと、申し訳なく感じています。外から見ると、そんなふうに見えていたのですね。おっしゃる通りかもしれません。ご意見ありがとうございます。

 位相差センサ+像面位相差の一眼レフ、たいへん楽しみですね。実際ソニーの機種(α99)では、搭載例があったと記憶しています。一眼レフとミラーレス、互いに刺激しあって、新しい技術がどんどん生まれてくる現状を、興味深く観察しています。
 5年先、10年先になって、カメラがどんなふうになっているのでしょう? 考えると、楽しみになってきますね。
マツジョン | URL | 2014/04/27/Sun 07:34 [編集]



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