Como Funciona o Foco Automático (ART2204)

Modernas câmaras de vídeo e máquinas fotográficas são dotadas de um sistema de foco automático. Este sistema permite que as lentes se ajustem conforme a distância que está o objeto visado, proporcionado assim uma imagem sempre nítida. Como funciona este sistema é o assunto deste mesmo artigo.

Obs. Este artigo é de 1990, mas o princípio analisado é utilizado nas câmeras digitais modernas.

Diversos são os modelos de máquinas fotográficas e mesmo câmaras de vídeo que são dotados de um dispositivo denominado “foco automático“.

Este dispositivo “sente" a distância a que esta a imagem focalizada e ajusta automaticamente a lente da máquina ou câmara de modo a se obter uma imagem nítida sem a interferência do operador, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 - O processador ajusta o foco
Figura 1 - O processador ajusta o foco

 

O que ocorre com uma câmara sem este ajuste é que o operador precisa movimentar as lentes para frente ou para trás através de um sistema de engrenagem, de modo que a imagem, conforme a distância que se encontra caia no foco da lente e assim seja proporcionada uma reprodução nítida, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – O ajuste manual de foco
Figura 2 – O ajuste manual de foco

 

Não é possível fixar as posições da lentes para se obter uma imagem nítida sob quaisquer condições, pois quando obtemos o ponto ideal para uma imagem próxima, este mesmo ponto não serve para imagens distantes.

Máquinas fotográficas comuns são dotadas de uma regulagem para 3 ou 4 distâncias que geralmente começam em alguns centímetros e vão até o infinito, conforme mostra a figura 3.

 

   Figura 3 – Os ajustes das câmeras comuns
Figura 3 – Os ajustes das câmeras comuns

 

 

Evidentemente., a tendência moderna é automatizar tudo tanto em câmaras fotográficas como em câmaras de vídeo, de modo que o ajuste de foco, bastante incômodo, principalmente quando se tem necessidade de registrar uma imagem rapidamente, não poderia escapar disso.

Como podemos usar a eletrônica para ajudar automaticamente o foco de uma câmara?

A disponibilidade de circuitos eletrônicos compactos e bastante sofisticados permite que este recurso já esteja presente em muitos equipamentos comerciais.

Basicamente existem dois tipos de ajuste de foco automático, ambos baseados na medida da distância em que se encontra o objeto visado.

 

a) Sistema Ultra-Sônico

Este sistema é usado na câmara Polaroid SX-7O e se baseia no mesmo princípio segundo o qual os morcegos e golfinhos se orientam: a emissão de um sinal ultrassônico e a sua recepção.

Com a avaliação do tempo que o sinal leva para ir e voltar até o obstáculo pode-se ter um ideia de sua distância.

Para uma distância de 3 metros, por exemplo, o sinal ultrassônico leva aproximadamente 18 milissegundos para ir e voltar. Supondo-se que o circuito possa detectar o eco com uma precisão de 20 microssegundos, isso significa que o erro aproximado no ajuste de foco será de apenas 4 mm, o que é excelente neste caso, não significando perda visível do foco na foto obtida.

Conforme mostra a figura 4 a câmara é dotada de um emissor de ultrassons que é acionado quando se ajusta a máquina para obter uma foto.

 

Figura 4 – Câmera com ajuste ultrassônico
Figura 4 – Câmera com ajuste ultrassônico

 

O sinal reflete no objeto a ser fotografado e é recebido por um sensível sensor conectado a um pequeno processador.

O processador “mede“ então o tempo que o sinal levou para ir e voltar até a câmara determinando assim a distância do objeto a ser fotografado. Em função deste dado ele envia um sinal a um servomotor que ajusta automaticamente o foco da lente para a distância visada.

Quando a máquina está pronta para bater a foto, o que não demora mais do que alguns segundos, é dado um aviso ao operador.

 

b) Sistema Optar

Optar é a abreviação de Optical Automatic Ranging um dispositivo desenvolvimento por Kaulmaun baseado em sistemas antigos utilizados alguns desde 1860.

Se tivermos, por exemplo, uma lente convergente, conforme mostra a figura 5, e a utilizarmos para captar a imagem de um objeto brilhante como, por exemplo, o Sol ou uma lâmpada (imagem não pontual), veremos que o tamanho da imagem projetada num anteparo de pende da distância que separa os dois: lente e anteparo.

 

Figura 5 – O sistema Optar
Figura 5 – O sistema Optar

 

Assim, tanto mais longe estiver a lente, maior será a imagem que uma menor luminosidade produzida. O máximo de luminosidade da imagem e menor tamanho será obtido quando a distância do anteparo à lente for igual a distância focal.

A partir daí, aproximando-se mais a lente, novamente teremos a diminuição da luminosidade e aumento do tamanho da imagem.

Podemos usar este fato para detectar o ponto ideal de ajuste do foco de uma lente, colocando no plano focal da lente um sensor, ligado a um circuito que acione um servomotor, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Usando um sensor
Figura 6 – Usando um sensor

 

Com a presença de luz, este circuito ajustará automaticamente a posição da lente para um ponto de máximo em que se obtém a imagem mais nítida.

Veja que este raciocínio não vale apenas para um objeto luminoso extenso como uma lâmpada ou o Sol.

Qualquer imagem reflete luz, e a sua intensidade num anteparo também dependerá da sua distância em relação a lente.

Enfim, este dispositivo consegue ajustar o foco de uma câmara pela simples movimentação da lente até se obter o máximo de luz.

Uma das desvantagens deste sistema está no fato de que normalmente as imagens focalizadas podem ter uma gama de intensidades luminosas muito grande o que exige um circuito bastante flexível quanto a sensibilidade.

Sistemas diferentes permitem contornar este problema.

 

c) Sistema Auto-Focus da Canon

Uma primeira tentativa de se obter um ajuste de foco automático um pouco melhor foi apresentada em 1963 pela Canon, mas mesmo este sistema por ter ainda deficiências nunca foi comercializado.

Neste sistema, conforme mostra a figura 7 temos duas células de sulfeto de cádmio (Cds) ou LDRs que recebiam a luz do objeto focalizado por dois caminhos diferentes.

 

Figura 7 – O sistema Auto-Focus
Figura 7 – O sistema Auto-Focus

 

 

Uma recebia a luz diretamente a partir de uma abertura na máquina, servindo de referência. A outra recebia luz através da lente da máquina que deveria ser ajustada.

Com a imagem fora de foco, as intensidades de luz incidentes nas 2 células eram diferentes, havendo assim um sinal diferencial que servia para acionar um servomotor.

O servomotor movimentaria a lente no sentido de se obter dois sinais com a mesma intensidade quando então a saída diferencial seria nula e o ajuste estaria completo.

Um dos maiores defeitos do sistema, e que impediu sua comercialização residia no fato de que o ajuste dependia da existência de contrastes na imagem focalizada.

Uma imagem sem contraste não poderia nunca ser “neutralizada“ com a movimentação da lente, obtendo-se assim o nulo para a parada do servomotor.

Um sistema melhor e que é utilizado atualmente em muitas câmaras é o que faz uso de um telêmetro.

 

d) Sistema Telemétrico

Este sistema, bem mais eficiente, foi utilizado com sucesso em diversos tipos de câmeras a partir de 1972 como por exemplo Sankyo, Canon, Elmo, Pentax Zoon, Konica, etc.

Vejamos como ele funciona tomando por base a figura 8.

 

   Figura 8 – Sistema telemétrico
Figura 8 – Sistema telemétrico

 

Conforme podemos ver, existem dois espelhos que captam a luz proveniente do objeto focalizado, segundo trajetórias diferentes, refletindo-a sobre um prisma que, a partir de nova reflexão fazem a luz incidir em dois sensores.

Os raios de luz que vem do objeto focalizado não são perfeitamente paralelos, mas sim seguem trajetórias cujo ângulo depende da distância que devem percorrer, conforme mostra a figura 9.

 

Figura 9 – A paralaxe
Figura 9 – A paralaxe

 

Desta forma, os ângulos dos espelhos que refletem a luz para o prisma devem variar segundo a distância do objeto focalizado para que tenhamos intensidades de luz iguais.

Na prática somente um dos espelhos é movimentado a partir de um servo motor que está acoplado a um microprocessador.

O microprocessador recebe também sinais dos foto-sensores de modo que, ao focalizar um objeto o sistema age no sentido de movimentar o espelho para que as intensidades de luz nos sensores sejam iguais.

Ao mesmo tempo, o processador “sente” qual e o ângulo do espelho em que isso ocorre e em sua função ajusta o motor que movimenta a objetiva da máquina.

Quando a objetiva é ajustada para o foco ideal, é dado um sinal ao operador que então pode bater sua foto.

 

e) Outros Sistemas

Variações em torno dos sistemas descritos podem ser encontrados tanto em filmadoras, câmeras de vídeo como máquinas fotográficas.

Um exemplo é uma variação bastante sofisticada do sistema ultra-sônico que faz uso de radiação infravermelha.

Neste sistema, a máquina envia um trem de impulsos em direção ao objeto a ser focalizado, recebendo através de um sensor, a luz refletida.

Como o sinal infravermelho tem de percorrer uma certa distância para ir voltar, refletindo no objeto focalizado, os pulsos de modulação são defasados em relação aos produzidos pelo aparelho, conforme mostra a figura 10.

 

Figura 10 – sistema infravermelho
Figura 10 – sistema infravermelho

 

Um circuito eletrônico mede então esta defasagem, estabelecendo assim com precisão a distância em que se encontra o objeto em que ocorreu a reflexão.

Em função desta distância um servomotor atua ajustando automaticamente o foco da máquina.

 

CONCLUSÃO

A tendência para as câmaras de vídeo, bem como, máquinas fotográficas é uma automatização cada vez maior que possibilite a obtenção de fotos cada vez mais perfeitas.

Uma novidade neste campo, e que mostra até que ponto a eletrônica vai também “tomar” conta deste setor é uma câmara de vídeo lançada recentemente no Japão em que o tradicional filme é substituído por uma memória de computador do tamanho de um selo que registra a imagem.

Para ver a foto registrada basta introduzir a memória numa leitura especial que é acoplada a qualquer televisor ou computador.

 

 


Opinião

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