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Nano USM: 快速平順的對焦功能盡在指尖

納米超聲波馬達 (Nano USM) 是一款開創性的新型對焦馬達, 在EF-S18-135mm f/3.5-5.6 IS USM 中首次亮相 (在這裡看評論)。它雖比指尖還小,但能產生極快的驅動力和出色的反應。了解它與其他類型的 USM 有何不同,並學習它在拍照和拍電影時能提供什麼獨特幫助。(撰文:Ryosuke Takahashi)

納米超聲波馬達與手指的比較

1.USM 是什麼?
2.環型 USM、微型 USM 和納米 USM
3.三種類型 USM 的主要區別
4.納米 USM 優美之處
5.納米 USM 的潛力

 

超聲波馬達是什麼?

 「USM」代表「超聲波馬達」。這是一種用於驅動佳能鏡頭自動對焦機制的馬達。顧名思義,USM 是由超聲波振動驅動的。 

(技術上)工作原理

每台 USM 馬達內含:

— 一個 定子,當施加電流時會產生超聲波振動;和
— 一個 轉子滑塊,當施加電流時即旋轉/滑動 (取決於 USM 類型),以推動對焦鏡片。 

定子的製造材料:

— 一個壓電陶瓷元件,
i) 負責向定子體傳導電流,以及
ii) 產生超聲波振動;

— 一種由軟性金屬製成的物體,當施加電流時,會改變形狀。 

這些部件一起工作,將超聲波振動轉化為運動,驅動鏡頭內部的自動對焦機制。

 

USM 的三種不同類型

環型 USM:產生強大扭矩,用於驅動較大的鏡頭

環型 USM

環形USM 的巨大定子和轉子將緩慢旋轉,以產生強大的扭矩。因此,這款 USM 廣泛應用於具備重型對焦鏡片的鏡頭,例如大光圈超長焦鏡頭

 

環型USM結構

環形 USM 結構
A:轉子
B:凸緣型彈簧
C:彈性金屬體
D:壓電陶瓷元件
E:定子

定子產生超聲波振動,不斷轉動轉子,以產生「移動波」推動對焦鏡片。

 

 

微型 USM 和微型USM II:適合較小型鏡頭

微型 USM

雖然比環形 USM 小,但微型 USM (左) 的工作原理是相同的。元件內部的滾動轉動驅動齒輪,後者則驅動對焦鏡片。它的小尺寸適合驅動較小的鏡頭對焦。微型 USM II (右) 是微型 USM 的縮小版。

 

納米 USM:體積小,效率高,反應靈敏

納米 USM

納米 USM 元件是由一個微型晶片形狀的滑塊和一個陶瓷壓電元件組成。與其他兩個 USM 不同,它是一個直接驅動系統:超聲波振動直接從壓電元件傳遞到滑塊,滑塊則驅動對焦鏡片 (安裝在機架組件上) 來回移動。

 

三種類型 USM 的主要區別

1.驅動機制

環型 USM微型 USM
— 超聲波振動首先轉化為旋轉運動(齒輪/轉子),然後用來推動對焦鏡片。 
— 可以驅動快速對焦

納米 USM
— 超聲波振動直接作用於滑塊上,產生線性運動,以推動對焦鏡片。
— 也可以驅動非常快速對焦。(請參閱:納米 USM 優美之處)
— 也能平順地推動對焦。

2.尺寸和扭矩:

- 環型 USM:具有較大的定子和轉子,產生非常強大的扭矩,有效地推動較重的對焦鏡片組。
微型 USM:小巧靈活,適合任何鏡頭,包括超小型變焦鏡頭。
納米 USM:這三種鏡頭中最小的一種,但其功率足以驅動小而輕的對焦鏡片組。 

鏡頭內的納米 USM

如圖所示,納米 USM 安裝在鏡頭上的紅色邊框區域。它的小尺寸和高效率實現了如 RF24-240mm f/4-6.3 IS USM 等超變焦鏡頭的輕盈緊湊設計。

宗上所述,每種類型的 USM 都有其獨特的優勢。因此,佳能的鏡頭工程師可以根據鏡頭的需要去選擇合適的對焦馬達,確保最佳的對焦性能。

截至2019年7月為止,有四款鏡頭使用了納米 USM:

— EF-S18-135mm f/3.5-5.6 IS USM
EF70-300mm f/4-5.6 IS II USM
RF24-105mm f/4L IS USM
RF24-240mm f/4-6.3 IS USM

 

納米 USM 優美之處

結合了 USM 和 STM 的優點

靜態攝影之中,很多情況要求快速的自動對焦反應,這樣即使拍攝移動的物體,鏡頭也能快速準確地鎖定焦點。

同時,拍攝電影要求平順、無縫的對焦過渡:啟動—停止效應可能影響最終影片。

環型 USM 和微型 USM 以其快速、精確的自動對焦驅動而受到廣泛重視,而平穩、持續的運動則是步進馬達技術 (STM) 的強項。

納米 USM 將 USM的原理與 STM 的機械結構相結合,以造就出高速而平順的對焦優勢。如此一來便實現了能在攝影和電影拍攝中發揮出色表現鏡頭。


1.直接驅動系統意味著更好的回應能力

由於納米 USM 不需要先將超聲波振動轉化為旋轉運動,所以它對啟動 / 停止信號的回應更為敏捷。


2.它的結構更小,更簡單,更適合精確的運動

與螺杠式 STM 類似,對焦鏡片是裝置於由導杆支撐的機架組件中。它不需要凸輪齒輪,使得對焦元件更加緊湊。這使得在對焦驅動過程中的負載最小化,適合於平順對焦所需的小而高精度的驅動運動。


[技術細節] 螺杠式 STM 的工作原理

STM馬達結構

A: 導杆
B: 步進馬達
C:對焦鏡片
D:螺杆式的螺釘
E:支架組件

STM 使用脈衝信號驅動,因此擅長於傳輸微小的運動。它在對焦時幾乎不發出任何機器聲音,非常適合於拍攝電影。

 

3.平順、無聲、高效的操作

納米 USM 的機械構造沒有齒輪,加上直接驅動系統,使它的自動對焦驅動性能平穩、高效,幾乎沒有任何運行噪音。它不僅有利於拍攝電影(英文版),也有利於拍攝要求安靜的場景,比如拍攝動物或熟睡的孩子等。

納米 USM 的效率適合於對焦鏡片組需要移動較遠距離的鏡頭,例如超變焦和長焦變焦鏡頭等。 

 

參閱這些文章以了解納米 USM 對於拍攝鳥類和火車的表現:
EF70-300mm f/4-5.6 IS II USM: 適合新手進行鳥類攝影的出色鏡頭
EF70-300mm f/4-5.6 IS II USM遠攝變焦鏡頭評論

 

納米 USM 的潛力

1.更小、更輕的鏡頭

納米 USM 的高效率和小尺寸使得鏡頭設計更加靈活,特別是對於那些需要移動較長距離的較輕的對焦鏡片系統。

納米 USM 的一些優點顯而易見:長焦變焦 EF70-300mm f/4-5.6 IS II USM,以及適合旅行用的超級變焦鏡頭 RF24-240mm f/4-6.3 IS USM,比它們各自級別的許多鏡頭更小及更輕。


2.更快,更好的雙像素 CMOS 自動對焦

納米 USM 能與佳能的相位檢測自動對焦系統 雙像素 CMOS 自動對焦 (DAF) 良好配合,利用影像感應器像素而獲取快速、準確的自動對焦功能。我們可以期待它補充DAF的任何未來發展。

自行車騎士的動態

EOS 80D/ EF70-300mm f/4-5.6 IS II USM/ 焦距:300mm / 手動曝光 (f/5.6、 1/800 秒、 EV±0)/ ISO 400/ 白平衡:自動

納米 USM 的速度提高了雙像素 CMOS 的對焦性能,有助於拍攝精確的轉瞬即逝瞬間。它能在上面的動態場景中充分發揮作用。  

 

3.自動對焦包圍近在咫尺?

納米 USM 具備的更佳自動對焦啟動和停止控制功能不僅有利於拍攝電影時的無縫對焦過渡。它也為將來自動對焦包圍技術的發展打開了大門。

 

重溫一下佳能的技術知識:
DIGIC影像處理器能做到的5件事
RF鏡頭6大功能

 


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Ryosuke Takahashi

Ryosuke Takahashi

Ryosuke Takahashi生於1960年日本愛知縣,曾先後任職於廣告攝影工作室和出版社,並在1987年開始自由職業生涯。他在日本國內外從事廣告和雜誌拍攝,自《數位相機雜誌》創刊以來就一直在該刊撰寫評論,也出版過多部作品。Takahashi認為攝影愛好者掌握適合的攝影技術,才能充分發揮鏡頭性能,並在產品和鏡頭評論中,大力宣揚本身的觀點和評測。Ryosuke Takahashi是日本專業攝影師協會(JPS)的成員。