位相差AF（位相差検出AF）は、レンズからの光を二次結像レンズ（セパレーター）で分割して一対のセンサーに投影し、それぞれの出力波形を照らし合わせることでピントの検出を行う方式。波形からピントの合否だけでなく、ピントがずれている方向と量が読み取れるため、レンズをどれだけ移動させればピントが合うかを瞬時に判断できるのが特徴だ。そのため、どんなに大きくぼけた状態からでも短時間でピントを合わせることができる。
また動く被写体への即応力が高く、動体予測機能と組み合わせることで、スピードの速い被写体にも対応可能だ。ただし、測距専用のAFセンサーやサブミラーなどの機構が必要となるため、カメラが大きく重くなりやすい傾向にある。
一眼レフカメラのファインダー撮影時に用いられるAF方式で、測距専用のAFセンサーやサブミラーなどが必要になる。
2本のセンサーからの出力波形（＝位相）が基準位置（図の点線）にあれば「合焦」となる。波形の位置で前ピンか後ピンかの違い、基準位置からの距離でピントのズレ量が読み取れる。波形の間隔（＝差）を読み取るので「位相差」と呼ばれる。