[2] 오토포커스(AF) 매카니즘의 개요 및 비교
자동 초점이라고도 불리는 AF (Auto-Focus)는 특정 피사체에 초점을 자동으로 맞추는 카메라의 부가 기능에 해당하며, 다음과 같이 분류해 볼 수 있다.
- 능동 방식 (Active) AF
: 초음파나 적외선(IR)을 이용
- 수동 방식 (Passive) AF
: 이중상 합치 방식5), 콘트라스트 검출 방식6), 위상차 검출 방식7)
(1) 능동 방식(Active) AF
능동 방식이란 피사체와 카메라의 거리를 측정하기 위해 카메라가 초음파나 적외선을 스스로 방출하기 때문에 붙여진 이름으로, 주로 초음파 내지는 적외선을 이용하는 경우로 나뉠 수 있다.
이 중에서 카메라의 AF 시스템으로는 적외선을 주로 사용하는데, 카메라의 특정 디바이스에서 적외선이 조사되고 피사체로부터 반사되어오는 적외선의 세기가 최대가 될 때 적외선 조사를 멈추게 된다. 이 때의 적외선의 조사 각도와 적외선 방출기 및 검출기 간의 물리적 거리를 통해 삼각측량법에 의해 피사체와 카메라의 거리를 측정함으로써 초점을 맞추게 된다. 이 원리를 그림 2 를 통해 나타내었다.
하지만, 이 능동방식의 경우 유리와 같은 투명 물질이 있는 경우나 먼 거리에 있는 피사체에는 초점을 맞추기가 불가능하기 때문에 오늘날에는 일부 특수 용도의 카메라를 제외하고는 거의 사용되지 않는 방법이기도 하다.
(2-1) 수동 방식(Passive) AF – 컨트라스트 검출 방식 AF
이 방식의 경우 렌즈가 앞뒤로 끊임없이 움직이면서 주로 중앙 부분의 영상 일부에서 컨트라스트 차이를 계속적으로 계산하면서, 그 대비차8)가 최대값이 되었을 때 초점이 맞았다고 판단하는 방법이다. 이와 같은 AF 방식의 경우 오늘날 대부분의 디지털 카메라 및 최근에 Live View 모드를 지원하는 DSLR 뿐만 아니라 하이브리드 디카로 각광을 받고 있는 미러리스 카메라에서 대부분 채택하고 있는 방법이기도 하다. 이 컨트라스트 검출 방식에 의한 AF 매카니즘을 그림 3 에 표시하였다.
하지만, 이 방식의 경우 원하는 만큼의 대비차를 얻을 수 없게 되는 어두운 환경 하에서의 AF가 거의 제대로 이루어지지 않는다는 점과 렌즈가 끊임없이 앞뒤로 움직여가며 최종 초점을 잡아가는 Hunting 방식에 근거하므로 AF를 잡는 속도가 비교적 느려지는 단점을 지니고 있다.
(2-2) 수동 방식(Passive) AF – 위상차 검출 방식 AF
위상차 검출 방식 AF System은 렌즈를 통해 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 비교함으로써 초점이 맞았는지를 판단하는 방법이다. 이 방법에서 자동 초점을 맞추는 위치 또는 포인트는 보통 한 쌍의 CCD 또는 CMOS 이미지센서로 이루어진다. 이를 그림 4 에서 나타내었다.
카메라의 광학렌즈를 통해 들어온 빛을 빔 스플리터 (Beam Splitter)가 각각 한 쌍으로 나누어 위에서 언급한 한 쌍의 이미지센서에 투영시키게 되면, 그림 4 에서와 같이 초점이 맞았는지 또는 맞지 않았는지에 따라 한 쌍의 이미지센서가 받아들이게 되는 이미지는 상당한 차이를 보이게 되는 원리를 이용한 방식에 해당한다.
그림 4 에서 각각의 경우 (ㄱ) Well-Focused (ㄴ) Focused Too Near (ㄷ) Focused Too Far 에 따라 AF 기능을 수행하는 한 쌍의 이미지센서에 입력되는 이미지의 형태를 그림 5 를 통해 나타내었다.
이렇듯 위상차 검출 방식의 AF System이 다른 AF 방식 대비 갖게 되는 장점은 다음과 같이 열거해 볼 수 있으며, 위상차 검출방식의 AF System이 갖는 이러한 장점들로 인해 대부분의 고가의 DSLR 카메라의 경우는 모두 이 AF 방식을 기본으로 채택하고 있으며, 이를 위해서는 DSLR 바디 내에 AF 전용 이미지센서가 따로 탑재되어 있다. 또한, 일반적인 대부분의 디지털 카메라의 경우 그림 4 에서와 같은 빔 스플리터를 장착할 수 있는 렌즈와 센서 사이의 공간 부족으로 인해, 또는 AF 전용 이미지센서의 미탑재로 인해 위상차 검출 방식의 AF는 적용될 수 없다는 단점을 가지고 있기도 하다.
- 콘트라스트 검출 방식의 경우 AF 이전까지 끊임없이 렌즈가 앞뒤로 움직이며 초점을 찾는 대신에 센서에 투영되는 영상에 의해 AF를 위해 렌즈가 움직여야 하는 방향이 명확하므로 상당히 빠른 AF가 가능함
- 움직이는 물체의 속도나 가속도를 측정하여 사진이 찍히는 순간 물체의 위치를 예측하는 AF가 가능함
- 어두운 조도 환경에서조차 이미지의 위상차 만을 이용하게 되므로 AF가 용이함
그림 5 에서 보여진 3가지 Auto-Focusing 상태에서의 광학렌즈 위치와 각 상 – Left-Looking Sensor(Blue) 와 Right-Looking Sensor(Red) 에서의 – 의 변화를 보다 알기 쉽도록 그림 5-1 을 통해 다시 보강하였다.
