Моторы фокусировки Canon

Когда вы разглядываете фотографию или смотрим видео, то сразу обращаете внимание, в фокусе ли изображение или нет. Несмотря на то, что существуют исключения — фотографии, которые остаются в памяти несмотря на плохую фокусировку, — четкий фокус на объекте является основой практически любой фотографии.

На заре развития автофокусировки (первой камерой Canon с автофокусировкой стала T80, выпущенная в 1985 году) мотор автофокусировки зачастую располагался в корпусе камеры или прикреплялся к объективу, управляя им механически. В 1987 году, когда было представлено крепление EF с полностью электронными соединителями, Canon удалось разработать миниатюрный мотор автофокусировки и поместить его напрямую в объектив. Это позволило оптимизировать мотор AF в зависимости от объектива, в который он устанавливался, и обеспечивать более быструю автофокусировку.

Однако индустрии все еще требовался мощный мотор автофокусировки для светосильных объективов, оснащенных большой группой фокусировки, — такой мотор должен был обеспечивать не только быструю и точную, но также плавную и бесшумную автофокусировку. Итогом разработок стал объектив EF 300mm f/2.8L USM с быстрым и практически бесшумным ультразвуковым мотором (USM). В 1990 году современные методы производства сократили связанные издержки, что позволило Canon установить ультразвуковые моторы кольцевого типа даже в бюджетные объективы

Два года спустя, в 1992 году, автоматизация производства помогла разработать мотор Micro USM для оснащения им недорогих объективов. В 2002 году, то есть еще через десять лет, свет увидел мотор Micro USM II, размером вдвое меньше оригинального мотора Micro USM.

В 2012 году компания представила мотор нового типа — STM, названный вследствие используемой шаговой технологии. Этот мотор был в первую очередь создан для видеокамер, поскольку он обеспечивает очень плавный и тихий перевод фокуса.

В 2016 году Canon представила мотор фокусировки Nano USM, который сочетает в себе скорость ультразвукового мотора кольцевого типа (USM) с плавностью и бесшумностью шагового мотора (STM). Спустя три года система фокусировки Dual Nano USM была впервые представлена в объективе RF 70-200mm F2.8L IS USM. Моторы Nano USM обеспечивали раздельное движение двух групп линз, что свело к минимуму эффект «дыхания» фокуса и сделало непрерывную фокусировку более плавной, быстрой и практически бесшумной.

Это означает, что компания разработала пять типов мотора USM — кольцевого типа, Micro, Micro II, Nano и Dual Nano. Как и все моторы автофокусировки, они преобразуют электромагнитный импульс в движение ротора, который отвечает за положение элементов фокусировки в объективе. От других моторов устройства USM отличает преобразование во вращающую силу энергии ультразвуковых вибраций.

Новый тип привода автофокусировки Canon был представлен в июне 2024 года. Электродинамический линейный двигатель (VCM) использует магнитное поле для перемещения элементов фокусирующей группы и обеспечения быстрой и высокоточной автофокусировки. VCM — это исключительно плавный и тихий мотор автофокусировки, который идеально вписывается в концепцию нового поколения гибридных объективов RF для фотографов и видеографов.

Ультразвуковой мотор (USM) кольцевого типа чаще всего используется для автофокусировки в объективах EF от Canon. Для эффективной работы мотор USM кольцевого типа должен соответствовать ряду требований. Он должен быть достаточно мощным для быстрого и плавного передвижения группы фокусировки, чтобы избежать потребности в установке дополнительных механизмов-доводчиков. Он также должен обладать способностью удерживать группу линз на месте при выключении мотора, без вмешательства с вашей стороны. Его должно быть легко производить; он должен быстро начинать и завершать работу для максимально чувствительной фокусировки. Он также должен обеспечивать низкий уровень шума при работе.

Более того, моторы кольцевого типа максимально энергоэффективны и позволяют продлить время работы камеры от аккумулятора. Кольцевая форма делает их идеальным вариантом для размещения в оправе объектива. Их скоростью фокусировки можно точно управлять, а также они стабильно работают в широком диапазоне температур — от -30 °C до +60 °C.

Мотор USM кольцевого типа очень прост в использовании. Его механизм состоит из ротора и статора — эластичного модуля с прикрепленным к нему пьезоэлектрическим керамическим элементом. При подаче переменного тока с резонансной частотой около 30 кГц на статор создаются вибрации, вызывающие непрерывное вращение ротора. 30 кГц — это ультразвуковая частота, поэтому мотор называется ультразвуковым.

Пьезоэлектрический элемент создает ультразвуковые волны, которые заставляют ротор создавать вращающую силу, перемещающую группу фокусировки, — подобно волнам океана, разгоняющим серфера. Переключение тока между двумя фазами меняет направление ультразвуковых волн. Поэтому группу фокусировки можно перемещать в разных направлениях, что позволяет управлять направлением, скоростью и углом при настройке фокусировки.

В отличие от USM кольцевого типа, где статор и ротор — это раздельные компоненты, в конструкции Micro USM ротор, статор и привод расположены в одном блоке, который весит примерно вдвое меньше, чем мотор USM кольцевого типа. Если более мощный ультразвуковой мотор кольцевого типа создан для круглой оправы объектива, что делает его идеальным вариантом для установки в профессиональные зум-объективы, то мотор Micro USM создан для использования в широком ряде объективов без ограничения по размеру оправы объектива. Микромоторы также дешевле в производстве, что позволяет устанавливать их в недорогие объективы, где стоимость каждого компонента имеет значение.

Мотор Micro USM работает схожим с USM кольцевого типа образом, создавая ультразвуковые вибрации с помощью пьезоэлектрических элементов. Доступно четыре пьезоэлектрических слоя, каждый из которых изготавливается из двух пьезоэлектрических элементов с переменной фазой. Переменные фазы этих элементов имеют угол сдвига 90°. При подаче переменного тока только на A-фазу статор будет вибрировать влево и вправо. При подаче тока на B-фазу статор будет вращаться вперед и назад. Когда ток подается на фазы A и B, движение получается вращательным, поскольку кончик статора циклично двигается, к примеру, влево-назад-вправо-вперед. Это вращательное усилие воздействует на основной привод, который используется для перемещения механизмов группы фокусировки.

Мотор Micro USM II — это уменьшенная версия мотора Micro USM. Она работает аналогичным образом, однако длина блока была значительно уменьшена, что позволяет использовать его в сверхкомпактных зум-объективах. Меньший размер был достигнут благодаря новой конфигурации ротора и статора — вместо линейного расположения часть статора теперь находится внутри ротора. Это потребовало создания нового формата вибраций — с их помощью резонансная частота пьезоэлектрических элементов не превышала допустимых значений, что ограничивало амплитуду вибраций.

В итоге Micro USM II получился примерно вдвое компактнее и легче, чем мотор Micro USM, однако практически не уступал своему собрату по эффективности. Его компактный размер позволяет эффективно применять Micro USM II в комбинации с компактными зум-объективами. Однако моторы Micro USM и Micro USM II в наши дни уже не так распространены, поскольку появились более технологичные разновидности моторов для объективов.

Следующая технология мотора фокусировка была несколько иной. Объективы с мотором STM, впервые представленные в 2012 году, в первую очередь предназначены для видеосъемки, поскольку шаговый мотор STM обеспечивает плавную и тихую фокусировку.

Шаговый мотор использует постоянный ток, проходящий через несколько катушек, организованных в группы. Подача тока на группы в нужной последовательности приводит к вращению мотора на один шаг. Чем больше групп — тем более точным можно сделать движение мотора.

Когда компактность имеет приоритетное значение, Canon оснащает объектив мотором STM с шестеренной передачей. Такой мотор использует зубчатые колеса в качестве приводящего механизма и не занимает слишком много места. В объективах большого размера применяется система STM с винтовой передачей. Она больше, чем STM с шестеренной передачей, однако обеспечивает более быструю и тихую фокусировку.

Технология Nano USM была представлена в 2016 году. Нашей целью было изготовить мотор, который обеспечивает необходимую фотографам скорость и требуемую для производства видео плавность автофокусировки.

Как и более ранние моторы USM, технология Nano USM использует ультразвуковые вибрации для создания движения, однако мотор имеет сверхкомпактный корпус и вместе с тем обеспечивает высокую эффективность автофокусировки.

Как и другие моторы USM, Nano USM состоит из эластичного металлического корпуса, керамического элемента и привода. Подача тока и изменение напряжения на керамические элементы создает два типа вибраций, которые позволяют мотору точно управлять скоростью и направлением движения привода. Однако движение является линейным, а не вращательным — группа фокусировки оснащена приводом с направляющими пластинами, которые отвечают за движение вперед и назад. В итоге пользователь получает плавную и практически бесшумную фокусировку с точным контролем над скоростью.

Как указано в названии, система Dual Nano USM использует два мотора Nano USM, каждый из которых отвечает за перемещение определенной группы линз. Эти группы работают вместе для более быстрой и эффективной фокусировки, однако ими можно управлять раздельно для подавления эффекта «дыхания» фокуса при съемке видео.

Объектив RF 70-200mm f/2.8L IS USM, который был выпущен в октябре 2019 года, стал первой моделью с технологией Dual Nano USM. С тех пор мы внедряем эту функцию в профессиональные телеобъективы RF, включая модели RF 100-300mm F2.8L IS USM и RF 70-200mm F4L IS USM, а также гибридные объективы для фото- и видеосъемки, такие как RF 24-105mm F2.8L IS USM Z.

Новейшая разработка под названием VCM — это электродинамический линейный двигатель, который отвечает за быстрый отклик объектива при автофокусировке и отличается относительно простой бесщеточной конструкцией. Вместо задействования ультразвука для перемещения элементов в фокусировочной группе линз он использует магнитный импульс, что делает их смещение более быстрым и плавным. Блок фокусировки крепится к индукционной катушке, которая расположена между магнитами привода. Эти магниты сдвигаются вперед или назад, изменяя положение магнитного поля, что, в свою очередь, приводит к линейному перемещению катушки и блока фокусировки внутри оправы объектива.

Как и Nano USM, мотор VCM обеспечивает скорость и точность, необходимые профессиональным фотографам, а также плавную, стабильную и практически бесшумную автофокусировку при видеосъемке. Однако линейный двигатель VCM более эффективен в работе с тяжелыми элементами фокусировочной группы линз, которыми обычно оснащаются светосильные фикс- и зум-объективы.

Объектив Canon RF 35mm F1.4L VCM стал первой моделью с приводом автофокусировки VCM, который в этом случае используется наряду с мотором Nano USM меньшего размера. Эти моторы фокусировки работают совместно — VCM управляет четырьмя большими фокусировочными линзами, а Nano USM подстраивает положение плавающей группы линз. Эти две группы линз можно перемещать как вместе, так и раздельно, и плавающая группа таким образом помогает нивелировать эффект «дыхания» фокуса, благодаря чему идеально подходит для кинематографичной фокусировки при видеосъемке.

Для удержания фокусировочной группы линз в нужном положении объективу VCM требуется питание от камеры. Это означает, что если камера выключена или объектив не установлен на камеру, вы можете заметить шум и движение внутренних компонентов; это нормально и не влияет на работу объектива.