超音波距離計

技術的詳細

センサーは40kHzの周波数で動作し、サイクルあたり10～50ミリ秒の測定時間を達成します。20℃における音速343m/sが、距離測定の計算基盤となります。主なバリエーションは2つあり、送信機/受信機を一体化したモノスタティックシステムと、2～4cm離して配置された別々のコンポーネントを持つバイスタティックシステムです。到達距離は、被写体のサイズや表面の質感によって30cmから6メートルまで変化しますが、硬く滑らかな表面は、柔らかい素材や構造化された素材よりも優れた反射特性を示します。

歴史と発展

ポラロイド社は1978年にSX-70 Sonar OneStepで初の超音波オートフォーカスを導入しました。この技術は、1980年代初頭にニコン（F3AF、1983年）とキヤノン（T80、1985年）によってプロ用フィルムカメラに導入されました。動画カメラにおけるブレークスルーは、超音波AFを搭載した初のコンシューマービデオカメラであるソニーCCD-V8によって1987年に達成されました。1990年代半ばまでに、この技術はオートフォーカス市場を席巻しましたが、その後、位相差検出方式やコントラスト検出方式のシステムが主導権を握るようになりました。

映画での実用例

超音波距離計は、1ルクス以下の低照度下で、光学システムが機能しない状況でも有効です。ドキュメンタリー映画制作者は、可視的なAF補助光を使用しないため、目立たない撮影のためにこの技術を利用します。水中撮影では、水中の音速（1500m/s）の変化によりシステムが機能しなくなり、約4.4倍の誤差が生じます。窓や鏡のような反射面は、超音波が意図した被写体ではなく、その背後にある物体を捉えるため、誤測定を引き起こします。

比較と代替技術

赤外線距離計と比較して、超音波システムは短距離ではより精密に動作しますが、風切り音や音響干渉の影響を受けやすいという欠点があります。現代のデュアルピクセルCMOSセンサーやレーザーAFシステムは、10～20倍高速に測定でき、音波の反射に影響されないため、超音波技術をほぼ置き換えています。Time-of-Flight（ToF）センサーは、同様の非接触測定を提供しますが、音波ではなく赤外線を使用し、1ミリ秒未満の測定時間を達成します。