Моторы фокусировки Canon

Очень легко забыть о том, какие технологии отвечают за автофокусировку. Откройте для себя историю создания ультразвукового (USM) и шагового (STM) моторов Canon и узнайте, как они обеспечивают быструю, плавную и тихую автофокусировку.

Немного истории

Когда вы разглядываете фотографию или смотрите 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 новые технологии производства сделали возможным снижение стоимости изготовления таких моторов, и USM кольцевого типа появились в более бюджетных камерах Canon.

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).

Это означает, что компания разработала четыре типа мотора USM — кольцевого типа, Micro, Micro II и Nano. Как и все моторы автофокусировки, они стремятся преобразовать электромагнитный импульс во вращающую силу, чтобы управлять позицией группы фокусировки в объективе. От других моторов устройства USM отличает преобразование во вращающую силу энергии ультразвуковых вибраций.

Ультразвуковой мотор кольцевого типа

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.

Micro USM

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.

Micro USM II

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. Первой моделью, оснащенной Micro USM II, стал объектив EF 28-105mm f/4-5.6 USM, который был выпущен в 2000 году.

STM

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.

Nano USM

Новейшая разработка Nano USM была впервые представлена в новой версии объектива EF-S 18-135mm f/3.5-5.6 IS USM в 2016 году. Целью Canon 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.

Объектив RF 70-200mm F2.8L IS USM, который был выпущен в октябре 2019 года, стал первой моделью с технологией Dual Nano USM. Он оснащен двумя моторами Nano USM, каждый из которых приводит в движение свою группу линз, — вместе они обеспечивают еще более быструю и эффективную фокусировку.

Источник: Canon