Comment fonctionne l'AF des réflex ?

[seba]

On peut lire sur ce forum beaucoup de choses inexactes, à mon avis, à propos de l'AF des réflex.
Qu'avec des objectifs plus lumineux, les capteurs AF reçoivent plus de lumière, seront plus rapides, que l'imprécision de l'AF à grande ouverture est due aux aberrations de l'objectif qui font baisser le contraste de l'image.

Si on examine les schémas publiés par les fabricants, on peut déduire que l'AF des réflex (qui fonctionne par détection de phase) n'est aucunement bonifié par une très grande ouverture, et les aberrations, si elles diminuent le microcontraste de l'image finale, n'ont aucune incidence sur le fonctionnement des capteurs AF, mais peut poser des problèmes de discordance entre les modules AF et la meilleure mise au point (peut-être une partie des problèmes de front ou back focus ?).

L'AF par détection de phase fonctionne un peu comme un télémètre.
La lumière issue de deux zones de l'objectif frappe une paire de barrettes AF qui mesurent le décalage (la phase) des images.

[seba]

J'ai reproduit matériellement ce qui se passe pour les modules AF, à savoir que j'ai isolé deux zones de l'objectif (qui sont prises au pif ici).
On voit que si l'objectif est plus ouvert, aucune indidence, ce ne sont que ces deux zones qui sont utiles.
S'il n'est pas suffisamment ouvert, les modules AF ne recevront pas de lumière du tout.

Une remarque : on voit que si l'objectif présente de l'aberration sphérique, la mise au point donnée par ces deux zones ne sera pas forcément la même que pour l'objectif non diaphragmé.

[seba]

Comment les modules AF voient-ils l'image ?
J'ai posé un sujet (le compas) sur un motif périodique qui posera immanquablement des problèmes à la détection de phase.

Ici l'image est au point, le sujet et le motif donnent une image en phase sur les modules AF.

[seba]

Là l'image est hors mise au point, comme j'ai isolé deux zones de l'objectif on voit deux images (mélangées ici mais distinctes pour le module AF), les images seront détectées comme déphasées.

[seba]

Mise au point encore moins bonne, l'image du compas est encore plus déphasée mais le motif périodique se retrouve en phase.
Le module AF considère la mise au point comme bonne (si on dirige le collimateur sur le motif périodique).
De fait, l'autofocus considérera la mise au point acquise dès que les images seront en phase, ce qui se produira pour de nombreux réglages de distance, même si l'image est hors mise au point.
Sur un motif périodique, l'AF risque fort de patiner ou de faire une mise au point aberrante.

Avec l'AF par détection de contraste, comme sur les compacts, ce genre de motifs ne pose aucun problème.
La mise au point est plus lente mais très précise si le sujet est contrasté et suffisamment éclairé.

[seba]

Voici ce que sera en réalité la dernière image (en enlevant le diaphragme à deux zones).
Mise au point OK pour les modules AF mais en réalité elle n'est pas bonne du tout.

Voilà, une petite expérience (parmi d'autres si ça vous dit) qui permet d'explorer le fonctionnement de l'AF par détection de phase.
D'autres montages permettent de voir qu'une très grande ouverture n'a aucune utilité pour l'AF ou que l'aberration sphérique entraîne un décalage de mise au point entre le module AF et l'image.

[kazimodo]

Tks Seba pour tout ça.

Mais alors comment un front ou back focus peuvent-il exister ? vu que le module AF voit la même chose que nous dans le viseur.

Ca, je n'ai tjrs pas compris...

[jurassic]

Merci Seba,
enfin j'ai compris comment "ils" faisaient, je mourrai moins bête, merci.

[seba]

Je ne sais pas.
A mon avis cette histoire d'aberration sphérique peut expliquer une partie de ces problèmes (mise au point OK pour le module AF mais pas meilleure mise au point pour l'image, à cause de ce prélèvement de lumière dans une zone relativement restreinte de l'objectif), mais il y a sans doute d'autres causes possibles (calage, imprécision, électronique ?).

Sur ce schéma, l'AF utilise la lumière avoisinant les rayons verts mais l'image est formée majoritairement par les rayons rouges (la surface marginale est plus grande), d'où mauvaise mise au point.
Ce qui est sûr, c'est qu'un objectif présentant de l'aberration sphérique donnera un back ou un front focus, selon que l'objectif est sous- ou sur-corrigé.

Ce souci est d'ailleurs également présent dans le viseur, à cause des caractéristiques de transmission des verres de visée actuels.

[senbei]

Tks Seba pour tout ça.

Mais alors comment un front ou back focus peuvent-il exister ? vu que le module AF voit la même chose que nous dans le viseur.

Ca, je n'ai tjrs pas compris...

C'est que le shéma de séba est trop simplifié.

Sur un compact, le front focus / back focus n'existe pas, car c'est le capteur-imageur qui est en charge de la mise au point par détection de phase. Quand la phase atteint son maximum sur la capteur, l'image projetée sur celui-ci est nette, c'est imanquable.
Par contre dans un système reflex, le module AF (9) est physiquement indépendant du capteur-imageur (5). Le modue AF est planqué en bas du boitier (9) et recoit une partie de la lumière de la scène à travers un jeu de miroirs : miroir principal semi-transparent (6) pour renvoyer une grosse partie de l'image vers le dépoli (8 ) et l'oculaire de visée et une partie dédiée à l'AF passe à travers ce miroir principal pour être réfléchie par un petit miroir secondaire vers le module AF.
En théorie, par un petit jeu de lentille dans le module AF, le chemin optique objectif / miroir secondaire / CCD de l'AF est équivalent à celui de l'objectif / capteur-imageur lorsque le miroir principal est relevé. Ceci afin que - toujours en théorie - quand c'est net sur le module AF, ce sera net sur l'image capturée.
En réalité, et en particulier sur des objectifs très ouverts et à la zone de map très étroite, il suffit que le miroir secondaire soit positionné 1/10 de mm trop en avant ou en arrière (ne pas oublier que ce dernier est mobile : il fait un mouvement d'aller-retour à chaque prise de vue) pour que le mise au point correcte sur le module AF soit légèrement imparfaite sur l'image finale.
Pour les appareils qui on un back ou un front-focus permanent et récurrent sur beaucoups d'objectifs, on peut parier qu'il y a un mauvais réglage de la butée du miroir secondaire (se règle facilement et SAV) où, plus grave, un mauvais placement du capteur-imageur (comme cela peut arriver avec les appareils qui font des images où l'horizon est légèrement penché même avec un positionnement soigneux du boitier).

[seba]

Les erreurs de calage décrites par senbei peuvent être l'une des causes de front/back focus parmi d'autres.
(Note : sur un compact, l'autofocus est basé sur la détection de contraste).

De nombreuses autres causes sont possibles et finalement rendent le problème assez compliqué à mon avis, surtout que certaines sont par nature insolubles.

[KiboOst]

C'est surtout que l'AF dialogue avec l'objectif par un processus de boucle non fermée. Par exemple, la detection de phase detecte que la mise au point est x cm trop en avant, l'AF envoit l'info à l'objectif qui se recale, et basta. Il n'y aurait pas de probleme si à chaque decalage de l'objectif, l'AF refaisait une detection, et renvoyait encore une info à l'objo qui se recale, etc etc etc, avant que se soit parfait. Se serait alors une boucle fermée, mais çà prendrai un temps fou (impossible en aiservo par exemple et rafale 10ims). Chaque objectif à une table (une base de donnée) en fonction de la focale (pour les zooms) et de la distance du sujet pour lui dire tel decalage sur l'AF = tel deplacement du groupe de mise au point. Et cette table n'est pas toujours calibrée comme il se doit. D'ailleurs chez canon les objos ont deux tables, une pour les xxxD et xxD, et une autre bcp plus complete et precise pour les serie 1. C'est pour çà que si vous envoyez un objo en calibration, il faut bien mentionner que vous avez un serie 1 car generalement ils ne prennent pas le temps de recalibrer cette table, bcp plus longue à calibrer ! C'est aussi pour çà que les serie 1 on un AF beaucoup plus performant et fiable.

Pour le 1DIII, effectivement le miroir de l'AF se recalait mal donc il n'envoyait pas les bonnes infos à l'objo. Mais malgré tout, meme avec un miroir secondaire mal calé, avec qql boucles de plus (sans aller jusqu'à une boucle fermée) çà marcherai. Mais c'est completement impossible en rafale ... Il y a minimum deux boucles (ce qui fait qu'à la seconde boucle si c'est tjrs flou sur le detecteur de phase, il recommence et çà patine). Mais c'est aussi ce qui fait que si c'est à peu pres net, l'AF considere que c bon (il faut s'arreter un jour). Et c'est là que la table de calibration entre en jeux.

Pour l'ouverture, bien sur que çà joue sur l'AF ! A la fois sur la rapidité, mais surtout sur la detectivité ! Un objectif à 1.2 se calera dans le noir, un f/4 n'y arrivera pas. Et c'est logique, plus de lumiere=plus de contraste donc meilleure detectivité, là où un f/4 commencera à patiner, un f/1.8 se calera nikel directement ! Faites le test entre un 17-40 f/4 ou 24-105 et un 50/1.8, c'est clair et net !

Nic

[seba]

Non justement, le système AF reçoit de la lumière uniquement de deux zones de l'objectif, de manière un peu analogue aux deux trous que j'ai matérialisés, c'est la base télémétrique du système.
Pas de meilleure sensibilité avec un objectif ouvert à 1,4 par rapport à un autre ouvert à 4 par exemple.
La précision sera meilleure cependant pour les boîtiers qui ont deux séries de capteurs, une série dont la base télémétrique est (d'environ) 5,6 et une autre série dont la base télémétrique est de 2,8.

Pour la boucle, je ne vois pas pourquoi le calcul de la défocalisation empêcherait de faire cette boucle.
Quand on monte un objectif à mise au point manuelle sur le boîtier, le capteur AF sait bien à tout moment si la mise au point est bonne ou pas.

[seba]

En plus, parfois on entend bien le moteur qui s'y reprend une ou deux fois, pour parfaire la mise au point.

[KiboOst]

Ben essaye pour l'ouverture, c'est flagrant. Prend un objo à f/4, fait le point à un endroit où il commence à patiner, et fait pareil avec un 2.8 et 1.8, tu verra qu'il y a une difference ...

[geargies]

En plus, parfois on entend bien le moteur qui s'y reprend une ou deux fois, pour parfaire la mise au point.

je te le fais pas dire , qu'entre temps le mec a le temps de t'assassiner du regard et tu rates ta tof (oui l'oiseau des jardins n'aime pas trop le zonzon non plus..)

[seba]

J'ai fait un essai en faible lumière : là où le module AF déclare tout juste forfait avec un 50mm ouvert à 4,5 (indicateur AF clignotant), un 50mm ouvert à 1,8 n'y change rien.

Inversement il faudrait pouvoir expliquer pourquoi avec un objectif ouvert à 16 avec une scène de forte luminosité, l'AF aussi déclare forfait alors que l'image est beaucoup plus lumineuse qu'à 1,8 en très faible luminosité.
Incompréhensible si on suppose que c'est une question de sensibilité à la faible luminosité, alors que c'est facile à comprendre avec le schéma de mon premier message.

[KiboOst]

J'ai fait un essai en faible lumière : là où le module AF déclare tout juste forfait avec un 50mm ouvert à 4,5 (indicateur AF clignotant), un 50mm ouvert à 1,8 n'y change rien.

Ben c'est pas normal du tout, c'est quoi ton boitier ? Et ton 50 4.5 ? A moins que tu test avec le meme 50 1.8 et le testeur de profondeur de champ ??

[seba]

Un D200.
J'ai progressivement baissé la luminosité de la scène jusqu'à ce que l'AF ne marche plus du tout avec l'objectif ouvert à 4,5.
Le fait de passer de 4,5 (zoom à 50mm) à 1,8 (50mm/1,8) ne change rien pour les modules AF, vu que sur ce schéma une lentille de plus grand diamètre ne changerait rien.
Et c'est bien ce qui se passe.

Et comment interprèterais-tu la deuxième situation ? Objectif ouvert à 16, AF inopérant, pourtant avec une scène très lumineuse l'image est très lumineuse.

[KiboOst]

Tu ne parle pas de l'ouverture réglée sur le boitier mais bien de l'ouverture réel du diaph ? Donc avec le testeur de profondeur de champ (ou une bague manuelle). Sur un serie1 on peux pas faire le point avec le testeur enclenché ...

Sincerement ton schema je ne l'interprete pas, par experience je sais qu'avec un objo un 1.8 je fait le point dans le noir, et pas avec un zoom à 5.6 par exemple, donc l'ouverture a une influence. La plupart des modules AF on meme des collimateurs plus sensible avec les objos à 2.8 et +, et d'autre ne marchent carrement plus à partir de f/8, comment tu l'explique ? Et pourquoi meme le centre de mon viseur est plus sombre à 5.6 qu'à 2 ? Et pourquoi alors çà ne jouerai pas sur le module AF, qui capte la lumiere par le meme chemin que le viseur ?

[seba]

Sur les Nikon on peut présenter un objectif à mise au point manuelle sur le boîtier sans le monter entièrement, l'assistance AF fonctionne très bien comme ça, comme il n'est pas monté entièrement en fermant à 16 le diaphragme se ferme (et là l'assistance ne marche plus).

Dans le noir, je crois que le boîtier ne fera jamais le point (t'es-tu placé devant la même scène pour ta comparaison ?).

Les modules opérant jusqu'à 2,8 ont une autre configuration optique qui leur donne une base télémétrique plus grande (plus précis mais demandent une ouverture plus grande).
L'image dans le viseur est plus lumineuse avec un objectif plus lumineux, mais les modules AF ne reçoivent pas comme ça l'image de l'objectif, il y a devant eux un système optique qui prélèvent une partie du faisceau lumineux.

Sur le schéma joint, ce sont les deux zones en vert de l'objectif qui sont utiles.

[seba]

En tâtonnant un peu, j'ai trouvé les zones de l'objectif correspondant aux bases télémétriques du capteur AF central (en croix).
En 1 le capteur horizontal fonctionne, en 2 le capteur vertical fonctionne, en 3 tout est bouché, en 4 l'AF est opérationnel, en 5 les quatres zones sont bouchées et l'AF est HS.
Le reste de la surface de la lentille ne sert à rien pour le module AF.
La distance entre les deux trous est d'environ 12mm.

[seba]

Avec deux zones espacées de 12mm (ça me paraît peu), je me suis demandé quelle était la précision du module autofocus.
En comparant les images par paires (une image pour chaque trou), on peut se faire une idée.
Quand l'indicateur AF est allumé, les images ont une bonne coïncidence, quand il s'éteint juste, le décalage est déjà assez important.
Ensuite une image encore plus floue (le flou est patent dans le viseur), puis une mise au point manuelle à l'aide du verre de visée : moins bien qu'avec l'indicateur AF.
Viseur actuels : vraiment pourris.

Au vu des images 1 et 2, la tolérance de l'AF me semble trop grande.
Tolérance logicielle sans doute, car le module AF pourrait facilement détecter ce déphasage je pense.

[seba]

Sachant que le 105/2,5 ayant pas mal d'aberration sphérique à courte distance, j'ai comparé la focalisation avec ces deux trous espacés de 12mm (base de l'AF) et avec deux trous espacés de 34mm, donc au bord de l'objectif.
Quand l'indicateur AF est OK, la coïncidence est bonne pour la base de 12mm mais mauvaise pour la base de 34mm.

Comme à pleine ouverture l'image sera très majoritairement formée par les parties marginales de l'objectif, l'AF, par conception, ne donnera pas la meilleure mise au point.

[seba]

Maintenant l'inverse : meilleure focalisation possible avec la base de 34mm, la focalisation avec la base de 12mm n'est pas bonne et le module AF indiquera une mise au point incorrecte, alors que c'est pourtant la meilleure mise au point à pleine ouverture.

Vous pouvez essayer ce truc des deux trous avec votre objectif pour voir s'il a de l'aberration sphérique.
Cette petite expérience montre aussi pourquoi l'AF donne une mise au point erronée dans ce cas, une piste pour certains cas de front/back focus ?