自动对焦50年简史

日本把 11 月 30 日定为 " 相机纪念日 "。这个日子的由来，要追溯到 1977 年 11 月 30 日 —— 那天，小西六写真工业（即后来的柯尼卡，Konica）推出了 Konica C35 AF，人类历史上第一台实现自动对焦的量产相机。它的对焦模块由美国明尼阿波利斯一家企业研发，这家公司的主营业务是恒温器、工业控制与防务电子。

2027 年 11 月，自动对焦技术将迎来诞生 50 周年。这份荣誉属于柯尼卡 —— 一个如今大多数摄影爱好者只会在二手相机器材箱底见到的名字。

拔得头筹的柯尼卡

从设计初衷看，C35 AF 并不是一场 " 技术秀 "。柯尼卡做过市场调研，专门研究普通用户为什么拍不好照片。据柯尼卡美能达的企业史记载，36% 的废片问题出在对焦上，与曝光、机震、闪光灯无关。超过三分之一的照片拍虚，要么是拍摄者估错了距离，要么是没看清取景器读数。只要能解决这一个痛点，相机就能卖给所有曾经拍不好照片的人。

这台相机配置相当简单：搭载 Hexanon 38mm f/2.8 镜头，四片三组光学结构，内置三档速度的程序叶片快门、闪光灯和自动曝光系统，对焦范围 1.1 米至无穷远。拨一下拨杆、按一下快门，剩下的交给相机，不用转对焦环，也不用对齐裂像屏。

它在日本有个绰号叫 Jaspin Konica。Jaspin 由英文 Just（正是）和葡萄牙语 pinto（焦点，词源为荷兰语 brandpunt）组合而来，意思是 " 焦点恰好落在你瞄准的地方 "。这款产品卖得非常好，相机停产多年后，Jaspin 这个词仍留在日语摄影术语里，用来指 " 清晰对焦 "。柯尼卡两年内卖出约 100 万台，11 月 30 日也就此成了日本的固定纪念日。

其实柯尼卡此前就做过同类尝试。1975 年推出的 C35 EF（绰号 Pikkari Konica）是全球首款机身内置电子闪光灯的 35mm 紧凑型相机，面向同一类用户，解决同样的拍摄难题。这家公司的强项从来不是参数最漂亮的相机，而是替普通用户扫清拍不出合格照片的障碍。

对焦测量，在镜头之外完成

这套自动对焦模块由霍尼韦尔（Honeywell）在 20 世纪 70 年代中期研发，名为 Visitronic，整个系统拿下四项专利。霍尼韦尔并不是摄影圈的门外汉：1954 年它收购了 Heiland Research，此后多年以自有品牌销售 Strobonar 电子闪光灯；大约从 1959 年起，它还代理旭光学（Asahi Optical）的单反相机，以 Honeywell Pentax 的品牌在美国销售，直到 70 年代中期旭光学自己建立了美国分销渠道。只是霍尼韦尔没有能装这套模块的相机，于是把技术对外授权。

Visitronic 是被动式对焦系统，不发射任何信号，只靠 " 观察 " 画面工作。相机机顶铭牌两侧并排开有两个小测距窗口，从略有偏差的角度捕捉同一场景，模块比较两幅画面的视差，再把偏移量换算成拍摄距离。现代相位对焦的原理与此完全一致，差别只在于：现代相机会分离穿过镜头的光线，直接在传感器上测算离焦量；而 Visitronic 是在相机光路之外测算主体距离。

按下快门时，弹簧机构带动镜片前后移动，直到模块给出合格读数，快门才会触发。测距组件装在机顶，距镜头有好几英寸，透过独立镜片从不同角度读取画面 —— 它看到的，和胶片最终记录的并不是同一个场景。因此，在镜头前加装滤镜，Visitronic 根本感知不到；把主体放在画面边缘，它会误测背景墙的距离。相机量到的从来不是取景画面，而是从侧边相近角度捕捉的近似画面。

= 单反时代的多种探索

1980 年，禄莱（Rollei）在 Rolleimat AF 上用上了同款 Visitronic 模块。1979 年，佳能选了另一条路，主动红外系统：相机向主体发射光束，再测量反射回来的信号，此后十年，绝大多数便携相机厂商都采用这套方案。两条路线有同一个局限：测距传感器和胶片从两个不同位置记录画面。

相比出货记录，专利归属的历史要复杂得多。徕兹（Leitz）在 1960 至 1973 年间注册了多项自动对焦与传感器相关专利，还在 1976 年 Photokina 展会上演示了装在 Leicaflex SL2 机身上的 Correfot 系统：机身加装适配 50mm 镜头的伺服马达，取景器里有两枚 LED 提示对焦状态，但徕兹始终没有把它量产。1972 至 1997 年，徕兹与美能达一直有技术合作，但德方的专利到底是卖断、授权还是单纯共享，公开资料没有明确说法。唯一能确定的是：率先把能正常使用的自动对焦相机推向市场的，是柯尼卡。

宝丽来则押注超声波。1978 年推出的折叠式 SX-70 Sonar OneStep 在镜头上方装了超声波换能器，原理和潜艇声呐类似：发出人耳听不见的脉冲，记录回波时间，把时间差换算成距离，再驱动镜头移动到相应位置。它是人类历史上第一款面向消费者销售的自动对焦单反，还能在全黑环境里对焦，这是所有被动式对焦系统都做不到的。一些失败的拍摄案例也暴露了这套原理的短板：隔着玻璃拍，脉冲会被玻璃直接弹回来；隔着峡谷拍，又收不到回波。后来宝丽来把这套测距模块单独拆出来当配件卖，80 到 90 年代，它成了高校机器人实验室的常用元件，一台拍立得的零件，就这样开启了意想不到的第二春。

宾得把测距位置放到了镜头后面。1981 年问世的 ME F 是全球首款搭载 " 透过镜头对焦 " 技术的量产单反：对焦传感器装在机身内部，采集穿过拍摄镜头的光线，视差问题解决了，但镜头驱动这个难题还在。宾得为它开发的 SMC Pentax AF 35-70mm f/2.8 镜头自带马达，还要装 4 节 AAA 电池，又大又贵，也是这个卡口下唯一一支自动对焦镜头。ME F 一直卖到 1984 年。

尼康 1983 年的方案更特别。F3AF 把相位对焦模块做进可拆卸的 DX-1 取景器里，自动对焦成了专业机身上的可选配件。尼康只为它配了两支镜头：80mm f/2.8 和 200mm f/3.5。同期发布的 TC-16 增距镜内置马达，靠移动镜组内部的镜片对焦，而不是驱动前面的镜头，二十多支尼康手动老镜头借此实现自动对焦，代价是焦距放大 1.6 倍、光圈损失约 1 ⅓ 档。

所有人都卡在同一个难题上：怎么把这套系统妥帖地装进相机。

行业真正的转折点

1985 年 2 月，相机行业迎来了真正的变革节点。

美能达推出 Maxxum 7000（欧洲版叫 7000 AF，日本版叫 Alpha 7000），这是全球第一款把对焦传感器、对焦马达、电动输片机构全部装进机身的相机。自动对焦所需的组件全在机身里，镜头因此可以做得更小、更轻、更便宜，" 智能单元 " 不用再塞进镜头了。

但这次变革也带来一次彻底的割裂：Maxxum 改用全新的 A 卡口，不再兼容美能达以往所有手动对焦镜头，大批 Rokkor 镜头从此没有机身可用。作为交换，美能达得到的是一个从设计之初就为自动对焦打造的卡口，而不是修修补补、勉强兼容的改良方案；一台成熟相机，而不是 " 拖着电池的实验装置 "。

专利纠纷

1992 年 2 月 7 日，美国新泽西州纽瓦克联邦法院陪审团裁定美能达侵犯霍尼韦尔专利，赔偿 9635 万美元。不过这场官司霍尼韦尔并没有全赢：陪审团驳回了其中一项专利主张，也不认定美能达构成恶意侵权，赔偿因此有上限。

还有一个流传更广的数字。判决下达几周后，双方达成 1.275 亿美元的和解，涵盖损害赔偿、判决前利息，以及允许美能达继续生产自动对焦相机的专利许可费。网上常见的两种说法其实都不对：一种把 1.275 亿美元当成陪审团判决金额，另一种把 9635 万美元当成美能达最终支付的款项。前者是和解金，后者是陪审团裁定的金额，两笔钱相隔大约一个月，差额约 3100 万美元。

同年 8 月，霍尼韦尔又宣布与另外七家相机厂商达成第二轮和解，总额约 1.24 亿美元，柯尼卡也在名单里。这其中的巧合很耐人寻味：1977 年合法拿到霍尼韦尔模块授权的企业，最终还是为后续的自动对焦专利付了钱。行业里公开的累计赔付数字并不一致，普遍认为超过 3 亿美元；代理此案的律所估算接近 5 亿；霍尼韦尔内部文件则记录，1992 至 1993 年系列和解带来 " 数亿美元 " 收入。精确总额已无从考证，但大局已定：这家从未面向大众推出过相机的美国控制技术企业，从整个相机行业拿到了巨额专利赔偿。

五十年演进

1992 年，佳能做出了一次出人意料的尝试。EOS 5（北美版叫 A2E）能追踪拍摄者在取景器里的眼球注视位置，从五个对焦点里选出对应的那一个。据佳能相机博物馆资料，这是 35mm 单反首次实现的功能。它只在相机水平持握时生效，对不同使用者的眼部适配也参差不齐，但代表了一个全新方向：相机开始 " 感知 " 拍摄者的意图。

在胶片单反和数码单反的整个发展期，对焦模块都是跟着取景器走，从不集成在影像传感器上：光线先穿过主反光镜，再由主反光镜后方的小副反光镜折射，落到反光镜箱底部的专用对焦模块上。这就是 " 透过镜头对焦 "，但它不等于 " 在成像平面上对焦 " —— 两套系统测出的数据可能不一致。校准这种偏差，正是单反时代前焦、后焦与自动对焦微调菜单成为用户常用功能的原因。

解决办法是彻底放弃独立对焦传感器。富士 2010 年 7 月率先尝试：FinePix F300EXR 成为首款在传感器上内置相位对焦像素的便携相机，这套混合对焦系统能在相位对焦和反差对焦之间自动切换。2011 年 9 月，尼康把混合对焦带进可换镜头相机：Nikon 1 V1 和 J1 在同一块芯片上集成了 73 个相位对焦点和 135 个反差对焦点。佳能 2013 年在 EOS 70D 上把双核 CMOS 对焦推向成熟：每个成像像素由一分为二的光电二极管组成，整块传感器同时承担影像记录和测距。

当测距功能集成进成像传感器，对焦的核心问题就从 " 焦点落在哪里 " 变成了 " 焦点该对准哪里 "。最先出现的是人脸识别，随后是人眼识别。索尼 2019 年通过固件更新给 a9 加入实时人眼对焦，同年晚些时候又为它增加动物眼部识别。现在的旗舰机，索尼 a1 II、佳能 EOS R5 Mark II、尼康 Z9，都搭载了训练好的主体识别神经网络，能认出画面里的人物、狗、鸟或车，锁定离镜头最近的眼睛，就算主体前有树枝掠过也能持续追踪。

对拍人像的人来说，这个变化悄悄终结了一种经典手法。" 先对焦后构图 " 之所以存在，是因为早期相机只有中央一个对焦点，摄影师不得不先锁住眼睛、半按快门，再平移画面完成构图，这是对焦测量位置和成像位置不一致的时代留下的折中方案。如今，相机自己能精准锁定离镜头最近的眼睛、全开光圈完成对焦，不再需要摄影师手动操作。拍摄的难点也回到了它本该在的地方：人物的表情和现场的光线。

同一个构想，一步步落地

从柯尼卡机顶那两个小小的测距窗口，到整块成像芯片同时承担测距与成像，五十年来，整条技术路线本质上都在践行同一个构想，缩小 " 对焦测量位置 " 与 " 影像记录位置 " 之间的偏差。如今，这个偏差已经归零。

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