Hoe nauwkeurig is Fasedetectie AF?

Ons worden regelmatig vragen gesteld over de nauwkeurigheid van Fasedetectie Autofocus. Die houden dan meestal verband met problemen die gebruikers ondervinden met ‘Front Focus/Back Focus’ waarbij de scherpstelling van de camera er een paar millimeter of centimeter ‘naast zit’. Bij een productopname zoals hiernaast kan zoiets behoorlijk frustrerend zijn.

In dit artikel gaan we in op de vraag hoe deze afwijkingen ontstaan, wat er aan te doen is en hoe de nauwkeurigheid van Fasedetectie AF zich verhoudt tot Contrastdetectie AF.

We plaatsten al eerder een artikel over hoe Fasedetectie Autofocus werkt. Zeer in het kort: wanneer het onderwerp onscherp is, verschilt het beeld dat van de linkerhelft van de lens op de sensor valt iets van het beeld afkomstig van de rechterhelft van de lens. Uit het verschil van die twee beelden berekent de cameracomputer hoeveel de lens verdraaid moet worden om een scherp beeld te verkrijgen. De camera geeft een commando naar de scherpstelmotor af in de geest van: ‘verdraai de lens 3,211 graden naar links’.

Het spreekt vanzelf dat voor een goede scherpstelling de AF-module van de body, de scherpstelmotor en de lens zelf precies op elkaar moeten zijn afgestemd.

Scherptediepte

Front Focus/Back Focus problemen worden vooral waargenomen bij het gebruik van zeer lichtsterke lenzen op een spiegelreflexcamera met fasedetectie. Dat is ook logisch, want de scherptediepte neemt bij grote lensopeningen enorm af. Elke scherpstelfout wordt dan al gauw zichtbaar. Laten we eens als voorbeeld nemen een veel gebruikte portretlens, de 85 mm f/1,4 lens op een Full Frame body. Portretten met minimale scherptediepte zijn in de mode, dus de fotograaf werkt met volle opening en zet zijn model op anderhalve meter afstand.

Maar wat verstaan we onder ‘scherp’? In de praktijk wordt als ‘scherp’ aangenomen wat je met een goed stel ogen nog aan details kan waarnemen op een A4 print met een kijkafstand van 25 cm. Dat kun je vervolgens terugrekenen naar de zogenaamde verstrooiïngscirkel (circle of confusion, cof), de diameter van een lichtpuntje op de sensor (zie tekening rechts). Bij een Full Frame sensor is de cof dan 0,03 mm, bij een APS-sensor 0,02 mm, en bij een 1 inch sensor 0,01. Heb je zeer goede ogen (of ben je superkritisch) dan kun je die getallen nog door 2 delen.

Het berekenen van de scherptediepte is een hele klus, we zullen je niet lastig vallen met de daarvoor benodigde formules. Op websites van bijvoorbeeld DOFmaster of Cambridge in Colour  kun je de scherptediepte simpel terugvinden, nadat je de cof, de brandpuntsafstand, het diafragma en de instelafstand hebt ingevoerd.

Maak ik een portretje met een 85 mm lens op een afstand van 1,5 meter en bij volle opening, dan is de scherptediepte 12 mm. Zelfs bij een relatief korte brandpuntsafstand van 85 mm heb je bij het scherpstellen al een superkleine marge.

Als je scherpstelt op de pupillen van het model, dan zijn bij volle lensopening de wenkbrauwen al onscherp. Op de foto hiernaast is scherpgesteld op het linkeroog van de kat, maar het rechteroog en de neus zijn al onscherp. Stel nu eens dat je merkt dat de scherpstelling van de camera er 10 mm ‘naast’ zit, hoeveel scheelt dit dan in de afstand lens tot sensor? We hebben dat voor je uitgerekend, en de uitkomst is 50 micron, dat is dus vijftig duizendste millimeter! Je snapt wel dat zoiets de allerhoogste eisen stelt aan de toleranties van zowel AF-module als de lens.

De lens of de sensor?

De verstrooiingscirkel is bij vrijwel alle hedendaagse camera’s meerdere pixels groot. Een Full Frame camera als mijn Nikon D800 heeft 7360 pixels langste zijde, een cof van 0,03 mm komt dan overeen met ongeveer 6 pixels. Bij een Nikon D3300 met 6000 pixels langste zijde komt de cof van 0,02 mm overeen met exact 5 pixels. De sensor kan dus veel méér dan wat wij kunnen zien! Maar om dat potentieel van de sensor echt te kunnen benutten heb je wel een lens nodig die scherp genoeg tekent. Bij elke gewenste temperatuur en luchtvochtigheid moet de lens op precies even nauwkeurig blijven scherpstellen. Een kitlensje van honderd Euro valt dan snel door de mand.

Op de afbeelding rechts de AF-sensor van de Nikon D1X met de rijtjes pixels waarmee de faseverschuiving gemeten wordt.

Scherpstelmotor

Hierboven gebruikten we het voorbeeld aan van een scherpstelmotor die van de processor het commando krijgt: ‘verdraai de lens 3,211 graden naar links’. Voert de motor dat commando inderdaad foutloos uit? Professionele objectieven hebben een feedback-loop, een telwerk dat meet of het commando goed is uitgevoerd en zonodig bijstuurt. Amateurobjectieven hebben zoiets niet.

Je kunt je voorstellen dat een commando in het algemeen het best kan worden uitgevoerd wanneer de scherpstelmotor in de lens is ingebouwd. Dat is bijna altijd het geval bij moderne lenzen. Er wordt dan gebruik gemaakt van een ringvormige motor (zie tekening hiernaast, in dit geval de USM-motor van Canon). Wanneer het moet worden uitgevoerd door een scherpstelmotor in de body (zoals bij de oudere Nikon’s bijvoorbeeld, niet bij de AF-S modellen), dan moet de draaibeweging mechanisch overgebracht worden van de motor naar de lens. Bij genoemde Nikons gebeurt dat via een soort schroefje op de bajonet. Zit daar ook maar de geringste speling op, dan komt er van een nauwkeurige scherpstelling niet veel meer terecht.

De body en de sensor

In het onwaarschijnlijke geval dat je portretjes bij volle opening zou willen schieten in de Sahara, dan is fasedetectie Autofocus misschien niet de beste methode…

Camera’s zijn helaas ook onderworpen aan de wetten van de thermische uitzetting. Wordt de body warmer, dan wordt de afstand van lens tot sensor groter; daar is niets aan te doen. De meeste kunststoffen zetten zelfs meer uit dan metalen. Bij een temperatuursverandering van 35 graden Celcius verschuift het scherpstelpunt met bijna 20 mm! En dat niet alleen – de AF-sensor zelf zet ook uit! Het commando ‘verdraai lens’ is gebaseerd op een bepaalde faseverschuiving tussen de ‘linker’en de ‘rechter’ beelden.

De lichtsterkte

De AF-sensoren hebben nogal wat licht nodig; is er te weinig licht dan zit de AF er vaak volledig naast. Bovendien wordt de AF bij weinig licht niet alleen onnauwkeuriger, maar ook trager. Voor sportfotografie gebruik je daarom het liefst een zeer lichtsterke lens (hiernaast: Nikon 200 mm F/2). Oók wanneer je van plan bent met een klein diafragma te werken: Fasedetectie Autofocus werkt immers altijd bij volle lensopening. Om klachten over haperende autofocus te voorkomen bouwen camerafabrikanten een blokkade in: bij niet-lichtsterke lenzen werkt de AF eenvoudig niet! De grens ligt meestal ergens rond de f/5,6. Zo’n situatie doet zich vooral voor wanneer je telelenzen gebruikt met converters, de lichtsterkte gaat immers omlaag met toenemende vergrotingsfactor.

Handige hackers hebben die blokkade voor sommige Canon-objectieven weten te omzeilen door één van de contacten in de bajonet af te plakken (don’t try this at home). Vreemde merken bouwen zo’n blokkade overigens soms niet in, en dan krijg je de vreemde situatie dat de lange telelenzen van bv. Sigma nog in AF-modus werken terwijl de lenzen van het eigen merk er mee op houden!

Hoe reëel is het probleem?

Voor techno-freaks is het frontfocus/backfocus probleem soms een ware obsessie.

Een afwijking in de scherpstelling van millimeters wordt al als aanleiding gebruikt om de camera terug te sturen naar de importeur. Is het dan een lensprobleem of een cameraprobleem? Begin in zo’n geval eerst eens kritisch naar je eigen testmethode en apparatuur te kijken. Gebruik in elk geval het centrale AF-punt, dat is het meest betrouwbaar. Is het probleem herhaalbaar? Vertoont een setje zoals men dat eufemistisch noemt ‘zware gebruikssporen’, dan is het niet reëel daarvan nog optische topprestaties te verwachten. Zit er voelbaar speling op de scherpstelling: idem. Aan een budget-lens mag je niet dezelfde eisen stellen als aan een kostbaar professioneel objectief.

…de contrastdetectie AF

Van de problemen die we hierboven beschreven heb je met contrastdetectie-AF, die wordt toegepast in spiegelloze compacte systeemcamera’s of bij spiegelreflexcamera’s in Live View, helemaal geen last. Je stelt scherp met de camerasensor, niet de AF-sensor. ‘Wat je ziet is wat je krijgt’, er is geen enkele afwijking. Vooral wanneer je op je LCD-scherm inzoomt, en al helemaal wanneer je een extern scherm gebruikt van een laptop of een tablet, kun je zeer accuraat scherpstellen. Voor de terreinen waar de scherpstelling het meest kritisch is (studiofotografie, macro, portretten) werk je waarschijnlijk toch al vanaf een statief en is zo’n werkwijze gewoon het beste.

Houd er wel rekening mee dat je ook bij manueel scherpstellen te maken hebt met toleranties. Om, in het hierboven gebruikte voorbeeld, het scherpstelpunt 2 cm te verschuiven moet je de scherpstelring een kwart graad verdraaien. Dat lukt alleen met een lens die mechanisch pefect gebouwd is, geen enkele speling vertoont en waarvan de scherpstelring glijdt als een heet mes door de boter. Als je bij de scherpstelring van een lens ook maar een heel klein beetje speling voelt, dan weet je met die lens niet de meest nauwkeurige resultaten behaalt.

Goede lenzen lonen!

De sensoren en de lenzen zijn tegenwoordig zó goed dat de geringste afwijking in scherpstelpunt kan gaan opvallen. Anderzijds: maak van het scherpstellen ook weer geen obsessie. Vraag jezelf af of het allemaal wel zo kritisch is voor jouw type fotografie. Zodra je een diafragma van f/2.8 of kleiner kiest, dan is door de grotere scherptediepte de kans op scherpstelfouten al fors gereduceerd. Werk je graag met weinig scherptediepte en ga je ècht voor het hoogst haalbare, dan kun je het beste vertrouwen op je eigen ogen en scherpstellen via de Live View modus – waarbij je alleen goede resultaten krijgt als je beschikt over objectieven die niet alleen optisch maar ook mechanisch aan de hoogste eisen voldoen. De aanschaf van goede lenzen loont!