Ống kính Canon EF và RF – Tất cả các mô-tơ lấy nét tự động

 (exclusivearchitecture.com)
1 điểm bởi GN⁺ 2025-03-11 | 1 bình luận | Chia sẻ qua WhatsApp
  • Kể từ khi giới thiệu EOS/EF, Canon đã áp dụng các mô-tơ lấy nét tự động khác nhau cho các ống kính EF, EF-S, EF-M, RF và RF-S; sự khác biệt về cơ chế dẫn động lấy nét theo từng thế hệ ống kính quyết định hiệu năng chụp ảnh và quay video
  • Nhóm thấu kính lấy nét di chuyển dọc theo trục quang học, nhưng cách tạo ra chuyển động này được chia thành dẫn động quay, chuyển đổi chuyển động quay, và dẫn động tuyến tính, đẩy trực tiếp nhóm thấu kính
  • Các dòng từ AFD, Ring-Type USM, DC Micro Motor, Micro USM, STM, Nano USM đến VCM khác nhau về tốc độ, độ ồn, mô-men xoắn và phương thức điều khiển; chỉ nhìn ký hiệu USM thì khó xác định cấu trúc bên trong
  • Full-Time Manual Focus lần đầu được cung cấp trên Ring-Type USM; STM, Nano USM và VCM dùng focus-by-wire, trong đó vòng lấy nét điều khiển bộ dẫn động bằng điện tử, nên luôn hỗ trợ ghi đè lấy nét thủ công
  • Nano USM và VCM đời mới di chuyển trực tiếp nhóm thấu kính lấy nét mà không cần cơ cấu chuyển đổi quay-tuyến tính; trên các ống kính hybrid RF, chúng nhắm đồng thời đến nhu cầu chụp ảnh và quay video

Cấu trúc cơ bản của phương thức dẫn động AF Canon

  • Lấy nét tự động có cấu trúc trong đó hệ thống phát hiện autofocus bên trong máy ảnh xác định vị trí lấy nét lý tưởng và ra lệnh di chuyển cho bộ dẫn động AF của ống kính
  • Canon đã thiết kế lấy nét tự động như một tính năng tiêu chuẩn khi giới thiệu hệ thống EOS và ống kính EF vào năm 1987
  • Nhóm thấu kính lấy nét di chuyển tuyến tính dọc theo trục quang học, nhưng bộ chấp hành được chia broadly thành hai dòng
    • Hệ thống dẫn động quay: chuyển chuyển động quay của mô-tơ thành chuyển động tuyến tính bằng các cơ cấu chính xác như ống có rãnh xoắn hoặc vít me
    • Hệ thống dẫn động tuyến tính: nhóm thấu kính lấy nét được kết nối trực tiếp với bộ chấp hành tuyến tính, không cần cơ cấu chuyển đổi riêng
  • Các dẫn động AF ban đầu dùng chuyển động quay như AFD, Ring-Type USM, DC Micro Motor, Micro USM, Micro USM II và STM; về sau mở rộng sang dẫn động tuyến tính như Nano USM và VCM

Ký hiệu trên ống kính và ghi đè lấy nét thủ công

  • Nếu trên thân ống kính không có ký hiệu công nghệ AF, ống kính AF Canon đó dùng AFD hoặc DC Micro Motor
  • Ký hiệu USM không chỉ một cấu trúc mô-tơ duy nhất
    • Hệ dẫn động Canon USM bao gồm Ring-Type USM, Micro USM I/II và Nano USM tuyến tính
    • Cả ba dòng đều dùng công nghệ áp điện, nhưng cơ chế khác nhau
  • Thời điểm STM được giới thiệu trùng với thời điểm hệ ngàm EF-M ra mắt, và tất cả ống kính EF-M đều dùng công nghệ Stepper Motor
  • Full-Time Manual Focus, cho phép ghi đè lấy nét thủ công ngay cả khi AF đang hoạt động, khác biệt lớn tùy theo công nghệ AF
    • Ring-Type USM là hệ thống AF đầu tiên cung cấp tính năng này
    • Trước năm 2012, hầu hết các ống kính khác không cung cấp thao tác lấy nét thủ công khi AF đang hoạt động
    • STM, Nano USM và VCM dùng focus-by-wire, trong đó vòng lấy nét điều khiển điện tử bộ dẫn động AF, nên luôn cung cấp FTM

Arc-Form Drive, AFD

  • AFD được sử dụng từ năm 1987 đến 1990; ban đầu là viết tắt của autofocus drive, nhưng về sau ý nghĩa được đổi thành Arc-Form Drive
  • Đây là mô-tơ AF đầu tiên được dùng trong ống kính EF, bao gồm cụm mô-tơ, bộ truyền động bánh răng và cơ cấu chuyển đổi để chuyển thủ công/tự động
  • Vì là cụm dạng cung, nó dễ đặt bên trong thân ống kính hình trụ
  • Ví dụ các ống kính sử dụng như sau
    • Canon EF 15mm F2.8 Fisheye
    • Canon EF 24mm F2.8
    • Canon EF 28mm F2.8
    • Canon EF 35mm F2
    • Canon EF 50mm F1.8
    • Canon EF 50mm F2.5 Compact Macro
    • Canon EF 135mm F2.8 Softfocus

  • Dẫn động và phản hồi

    • AFD dùng mô-tơ bước lưỡng cực hai pha bất đối xứng
    • Gồm lõi stato, hai cuộn dây điện từ và rôto nam châm vĩnh cửu
    • Cấu trúc lưỡng cực cho phép dòng điện chạy theo cả hai chiều trong mỗi cuộn dây
    • Bất đối xứng nghĩa là hình dạng stato không đối xứng quay như mô-tơ bước thông thường
    • Dãy bánh răng giảm tốc làm giảm tốc độ bánh răng đầu ra và tăng mô-men xoắn
    • Hai hệ thống phản hồi giám sát trạng thái hoạt động
    • Hai cảm biến hiệu ứng Hall đặt gần rôto phát hiện thay đổi từ trường để xác nhận chuyển động quay của rôto
    • Bánh xe mã hóa quang học với các vùng đen/phản xạ xen kẽ và cảm biến phản xạ hồng ngoại đo số bước quay
    • Vì lệnh AF thường bao gồm việc di chuyển bao nhiêu bước theo một hướng nhất định, phản hồi từ bộ mã hóa rất quan trọng đối với bộ điều khiển ống kính

  • Hạn chế

    • Bánh răng đầu ra của AFD cũng là phần tử truyền động trực tiếp dẫn động ống lấy nét xoắn
    • Một cần kim loại nối với công tắc AF/MF chỉ nối bánh răng đầu ra với một trong hai: dãy bánh răng mô-tơ hoặc bánh răng nhập thủ công
    • Khi nối với một bên thì nó tách khỏi bên còn lại, nên không hỗ trợ Full-Time Manual Focus
    • Tiếng ồn khi hoạt động lớn, chậm hơn các dẫn động AF khác, và thời gian phản ứng thấy rõ khi bám theo chủ thể chuyển động
    • Sau khi lấy nét, thao tác khép khẩu phải được thực hiện tuần tự, trong khi ống kính dùng mô-tơ AF khác có thể vận hành đồng thời mô-tơ AF và khẩu độ
    • Dù có những điểm yếu này, ống kính AFD vẫn cung cấp hiệu năng lấy nét tự động đáng tin cậy

Ring-Type Ultrasonic Motor, USM

  • Ring-Type USM được giới thiệu vào tháng 11 năm 1987 cùng với ống kính Canon EF 300mm F2.8L USM, và được sử dụng từ năm 1987 đến nay
  • Đây là một cơ cấu chấp hành tạo ra chuyển động quay bằng cách kết hợp hiệu ứng áp điện và ma sát, chứ không dùng cuộn dây điện từ hay rotor từ tính
  • Do có dạng vòng nên nó vừa khít bên trong thân ống kính, còn hệ quang học đi xuyên qua tâm vòng
  • Vào thời điểm ra mắt, đây là một đột phá về thiết kế và chức năng nhờ khả năng dẫn động rất nhanh và êm
  • Nhờ mô-men xoắn cao, nó có thể di chuyển cả cụm thấu kính lấy nét nặng trong ống kính siêu tele, và có thể kết nối trực tiếp với cơ chế lấy nét mà không cần cụm bánh răng giảm tốc
  • Ngay cả khi công suất đầu vào bằng 0, nó vẫn có mô-men giữ cao; quán tính rotor thấp cho phép khởi động và dừng nhanh, đồng thời không bị ảnh hưởng bởi trường điện từ

  • Cấu trúc

    • Các bộ phận chính gồm rotor, stator áp điện và nhiều vòng đỡ
    • Rotor là bộ phận duy nhất thực sự quay quanh trục quang học trong quá trình motor hoạt động, và có ray trượt ở phía stator
    • Stator là một thân kim loại đàn hồi, phía sau được hàn một vòng phần tử gốm áp điện
    • Khi lớp áp điện được kích thích điện, stator rung lên, và năng lượng rung được truyền sang rotor thông qua ma sát
    • Vòng nỉ bảo vệ lớp áp điện nhạy cảm khỏi vòng đỡ kim loại và giảm rung truyền sang thân ống kính
    • Lò xo nén tạo tải trước ép mạnh stator và rotor vào nhau, đây là điều kiện thiết yếu để Ring-Type USM hoạt động
    • Canon sử dụng hai kích thước vòng stator có đường kính ngoài 62mm và 77mm
    • Ví dụ 62mm: Canon EF 24mm F1.4 L USM, EF 50mm F1.2 L USM, EF 100mm F2 USM
    • Ví dụ 77mm: Canon EF 400mm F2.8 L IS USM, EF 600mm F4 L IS USM

  • Vòng áp điện và sóng chạy

    • Motor chỉ hoạt động khi stator rung chính xác; dao động này được tạo bởi vòng gốm áp điện dạng phân đoạn hàn ở phía sau stator đàn hồi
    • Các phần tử áp điện được nhóm thành nhóm A và B, hai nhóm được bố trí với độ lệch pha không gian λ/4
    • Mỗi phần tử áp điện được kẹp giữa các điện cực; khi có điện trường đặt vào, nó uốn lên hoặc xuống do hiệu ứng áp điện nghịch
    • Khi đặt điện áp xoay chiều tần số cao, vòng stator rung, với biên độ dao động khoảng 1–2µm
    • Nếu kích thích riêng từng nhóm A và B sẽ tạo sóng đứng; nếu kích thích đồng thời hai nhóm với độ lệch pha thời gian λ/4, các sóng đứng kết hợp thành sóng chạy
    • Tần số cộng hưởng của Canon Ring-Type USM vào khoảng 27.000Hz, nằm trong vùng siêu âm nên được gọi là Ultrasonic Motor
    • Hướng của sóng chạy thay đổi theo dấu của độ lệch pha thời gian, và kết quả là hướng quay của rotor cũng thay đổi

  • Phản hồi và chuyển đổi năng lượng

    • Ngoài các phần tử áp điện tạo sóng, vòng stator còn có một phần tử áp điện cảm biến nhỏ để đo cường độ dao động
    • Vì phần tử áp điện tạo ra điện áp khi bị biến dạng, đầu ra của cảm biến phản ánh biên độ sóng stator tại vị trí đó
    • Mạch điều khiển dùng tín hiệu này để điều chỉnh tần số của pha A/B cho khớp với tần số cộng hưởng riêng của stator và tối đa hóa biên độ sóng chạy
    • Tần số cộng hưởng riêng có thể thay đổi tùy theo dung sai sản xuất và nhiệt độ stator
    • Quá trình hoạt động là chuyển đổi hai bước: năng lượng điện được biến thành dao động dạng sóng của stator áp điện, rồi dao động siêu âm khoảng 27kHz được chuyển thành chuyển động quay liên tục theo một hướng thông qua ma sát
    • Trong điều kiện ví dụ, nếu stator có 9 đỉnh sóng và được kích thích ở 27.000Hz, mỗi đỉnh sóng sẽ đi một vòng quanh chu vi stator 3.000 lần mỗi giây
    • Tốc độ rotor thực tế khi kích thích liên tục thường là 70–90rpm, và có thể giảm xuống bằng điều chế độ rộng xung

  • Giới hạn và FTM

    • Vì sử dụng ma sát, nó không được thiết kế cho hoạt động liên tục, và tuổi thọ kỳ vọng thấp hơn motor điện thông thường
    • Tiếng ồn siêu âm mà tai người không nghe thấy có thể bị micro nhạy thu lại, gây vấn đề khi quay video
    • Chi phí sản xuất cao do răng stator được gia công chính xác bằng CNC, việc sản xuất và gắn gốm áp điện, cùng nguồn điện tần số cao và mạch điều khiển phản hồi
    • Full-Time Manual Focus của Ring-Type USM không phải là chức năng của chính bộ dẫn động siêu âm, mà nhờ cơ chế vi sai quay
    • Vòng đầu ra có 3 bánh xe nhỏ, các bánh này được kẹp giữa vòng nhập tay và vòng nhập từ motor
    • Nhờ cấu trúc vi sai, dù vòng lấy nét tay hoặc đầu vào motor làm quay vòng đầu ra, lực cũng không bị cưỡng bức truyền sang đầu vào còn lại
    • Khi một vòng đầu vào không chuyển động, tốc độ đầu ra bằng một nửa tốc độ đầu vào

DC Micro Motor

  • DC Micro Motor được sử dụng từ năm 1990 đến 2012, đôi khi được viết tắt là MM
  • Hình dạng bên ngoài giống AFD và cũng truyền lực motor tới thân thấu kính lấy nét qua cụm bánh răng giảm tốc, nhưng bản thân motor không phải stepper mà là motor điện một chiều siêu nhỏ
  • Cùng với AFD, đây được xem là một trong những kiểu motor AF kém phát triển nhất từng dùng trong ống kính Canon, chủ yếu xuất hiện trên các ống kính AF phổ thông
  • Ví dụ ống kính sử dụng gồm Canon EF-S 18-55mm F3.5-5.6, EF 50mm F1.8 II, dòng EF 75-300mm F4-5.6, v.v.

  • Cụm bánh răng và encoder

    • Vì motor điện một chiều quay rất nhanh khi được cấp điện, cụm bánh răng dùng tỷ số giảm tốc lớn để hạ tốc độ quay và tăng mô-men đầu ra
    • Một cần gạt di chuyển một bánh răng giữa hai vị trí
    • Ở vị trí mặc định, cụm bánh răng đóng lại và chuyển động quay của motor được truyền tới bánh răng đầu ra
    • Khi gạt công tắc AF/MF sang MF, bánh răng tách ra, ngắt kết nối giữa motor và bánh răng đầu ra
    • Do cấu trúc này, DC Micro Motor không hỗ trợ Full-Time Manual Focus
    • Một puly nhỏ trên trục rotor dẫn động puly lớn bằng dây đai cao su; cơ cấu truyền đai này giúp giảm rung do motor hoạt động
    • Bánh răng đầu tiên có gắn một đĩa encoder với nhiều lỗ nhỏ quanh chu vi, tia hồng ngoại và cảm biến phát hiện các lỗ đi qua để đếm số bước

  • Hoạt động của motor DC chổi than

    • Loại motor chính xác là motor DC chổi than 2 cực 3 cuộn dây
    • Hai cực phía sau nối tới chổi than kim loại, và chổi than tiếp xúc với cổ góp rotor để cấp điện
    • Rotor có 3 cuộn dây quấn quanh lõi kim loại, mỗi cuộn là một nam châm điện có thể đổi cực tính
    • Điện áp hoạt động là 4–6V DC, và nhờ cấu trúc cổ góp, các cuộn dây đổi cực tính điện và từ ngay tại thời điểm chúng tiến gần nhất tới nam châm vĩnh cửu
    • Theo nguyên lý này, motor DC nhỏ có thể hoạt động tới 6.000rpm, và nếu đảo cực tính điện áp ở chổi than thì nó sẽ quay theo hướng ngược lại
    • Chỉ cần điện áp DC để hoạt động, nên không cần mạch driver phức tạp như stepper motor, nhưng mạch điều khiển phải xử lý được dòng điện tương đối lớn
    • Vì mô-men xoắn hạn chế, nó hầu như luôn được dùng trong các ống kính compact có cụm thấu kính lấy nét nhỏ và nhẹ, đồng thời tiếng ồn hoạt động tương đối lớn

Micro USM và Micro USM II

  • Micro USM được giới thiệu vào năm 1992, còn Micro USM II ra đời sau đó vào năm 2002 với thiết kế siêu nhỏ, chỉ bằng một nửa kích thước phiên bản gốc
  • Cả hai dòng được sử dụng đến năm 2016 và là những thành viên khác trong họ mô-tơ siêu âm của Canon
  • Đây là mô-tơ siêu âm hình trụ nhỏ, đường kính 11mm, tạo rung động bằng phần tử gốm áp điện
  • Micro USM nguyên bản dài 26,7mm, còn Micro USM II dài 13,4mm
  • Bánh răng đầu ra được nối với ống cam lấy nét thông qua hộp số giảm tốc và tăng mô-men xoắn

  • Phần tử áp điện xếp lớp và chuyển động nutation

    • Micro USM có cấu trúc trong đó rotor, stator, các bộ phận phụ trợ và kết cấu đỡ được ép xếp chồng trên một trục kim loại
    • Stator có dạng LPE, tức laminated piezoelectric element, được kẹp giữa hai bộ dao động kim loại
    • Vì biên độ rung của từng đĩa áp điện riêng lẻ rất nhỏ, khoảng 25 đĩa tròn được xếp lớp để tạo thành một bộ phận hình trụ đa lớp
    • Hai nửa của các đĩa được phân cực theo hướng ngược nhau và có thể được kích thích ở hai pha A/B
    • Khi kích thích LPE bằng điện áp tần số cao có độ lệch pha thời gian λ/4 ở hai pha, stator thực hiện chuyển động nutation quanh trục
    • Chuyển động nutation này hoạt động như một đỉnh và một hõm di chuyển dọc theo chu vi trên bề mặt phía trên của bộ dao động; biên độ khoảng 2µm nên không thể nhìn thấy bằng mắt
    • Ma sát sinh ra tại tiếp xúc ép giữa stator và rotor truyền năng lượng sang rotor, còn rotor và bánh răng đầu ra quay theo hướng ngược với sóng chạy của stator

  • Điểm chung và khác biệt với Ring-Type USM

    • Cả hai mô-tơ đều dùng phần tử áp điện để tạo rung uốn ở stator và khuếch đại rung động của bộ dao động bằng kích thích siêu âm
    • Chúng tạo sóng chạy trên bề mặt stator và dùng ma sát để quay rotor theo hướng ngược với sóng chạy
    • Cả hai mô-tơ đều không nghe được bằng tai người, nhưng micro nhạy có thể thu được tiếng ồn khi quay video, và chúng không dành cho hoạt động liên tục trong thời gian dài
    • Ring-Type USM tạo 7–9 sóng chạy trên stator dạng vòng
    • Micro USM thực hiện chuyển động nutation gần giống một đỉnh và một hõm trên stator hình trụ
    • Micro USM nhỏ hơn nhiều nhưng có tốc độ đầu ra tương đối cao, nên cần hộp số giảm tốc
    • Micro USM và Micro USM II có chi phí sản xuất tương đối thấp, nên được dùng trong các ống kính giá rẻ và tầm trung
    • Ví dụ về ống kính gồm Canon EF 70-300mm F4-5.6 IS USM, EF 90-300mm F4.5-5.6 USM, EF 28-105mm F4-5.6 USM, EF-S 18-55mm F3.5-5.6 II USM, v.v.

Stepper Motor, STM

  • Tháng 6/2012, Canon công bố EF 40mm F2.8 STM và EF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS STM; đây là những ống kính đầu tiên dùng ký hiệu STM
  • STM là viết tắt của stepper motor; công nghệ bước cũng được dùng trong AFD, nhưng mô-tơ của ống kính STM nhỏ hơn nhiều và có cấu trúc khác
  • Ống kính Canon STM được xem là lựa chọn phù hợp cho cả chụp ảnh lẫn quay video nhờ cung cấp hoạt động AF rất êm và mượt
  • STM được dùng rộng rãi không chỉ trong EF, EF-S mà còn trong các ống kính RF, RF-S mới nhất
  • Ví dụ về ống kính sử dụng gồm Canon EF 40mm F2.8 STM, EF-S 24mm F2.8 STM, RF 28-70mm F2.8 IS STM, RF-S 18-45mm F4.5-6.3 IS STM, v.v.

  • Hai phương thức truyền động

    • Canon sử dụng hai phương thức truyền động để biến chuyển động quay của STM thành chuyển động tuyến tính của nhóm thấu kính lấy nét
    • Lead-Screw-Type STM: dùng truyền động trục vít để di chuyển cụm thấu kính lấy nét theo hướng trục dọc theo hai ray dẫn hướng
    • Gear-Type STM: sử dụng bánh răng, cuối cùng nối với ống lấy nét có rãnh xoắn
    • Phương thức truyền động khác nhau, nhưng mô-tơ bước thực tế là giống nhau

  • Thiết kế can-stack

    • Mô-tơ trong ống kính STM là mô-tơ bước lưỡng cực 2 pha và dùng rotor nam châm vĩnh cửu
    • Khác với mô-tơ bước AFD, phiên bản STM dùng stator đối xứng quay
    • Mô-tơ Canon STM có 20 cực trường, tức 10 cực trường cho mỗi pha
    • Mỗi cuộn dây pha được bao quanh bởi vỏ thép, các răng hình tam giác đi vào phần trung tâm và được bố trí xen kẽ
    • Các vòng răng stator của pha A và B phải lệch nhau 18 độ; cấu trúc này được gọi là thiết kế can-stack hoặc tin-can
    • Rotor là một xi-lanh gốm ferrite được từ hóa theo mẫu 10 cực
    • Sau 4 bước hoạt động, rotor quay 72 độ; cần 20 bước để hoàn thành 1 vòng quay
    • Vì rotor bám theo từ trường một cách chính xác, không cần hệ thống điều khiển phản hồi riêng
    • Mô-tơ trong ống kính Canon STM là cụm rất nhỏ, đường kính 8mm, thậm chí còn nhỏ hơn DC Micro Motor
    • Do kích thước này, STM phù hợp hơn với các phần tử thấu kính lấy nét nhỏ và ít có khả năng được dùng trong các ống kính siêu tele nặng
    • Ống kính Canon STM dùng focus-by-wire, vì vậy luôn hỗ trợ Full-Time Manual Focus

Nano USM

  • Nano USM là bổ sung mới nhất trong họ mô-tơ siêu âm của Canon, được sử dụng từ năm 2016 đến nay
  • Canon lần đầu áp dụng Nano USM khi công bố ống kính EF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS USM, và trong cùng năm đó đã ngừng mô-tơ siêu âm đời trước là Micro USM
  • Nano USM tạo rung động bằng phần tử gốm áp điện nhưng không tạo đầu ra quay
  • Đây là truyền động tuyến tính, tạo chuyển động tuyến tính mà không cần ống xoắn hay trục vít dẫn, trực tiếp đẩy ô thấu kính lấy nét theo hướng trục dọc theo ray dẫn hướng
  • Cụm thấu kính lấy nét được gắn bộ mã hóa vị trí với các vạch tối và vạch phản xạ xen kẽ, còn cảm biến hồng ngoại đếm các bước di chuyển

  • Cấu trúc bộ chấp hành

    • Bộ phận cốt lõi là bộ chấp hành Nano USM, một mảnh kim loại đàn hồi nhỏ dài khoảng 20mm
    • Ở mặt dưới có gắn phần tử gốm áp điện, và trên bề mặt dưới của lớp áp điện có 3 điện cực
    • Hai gờ nhỏ ở mặt trên tiếp xúc ép với ray trượt cố định
    • Tuy rất nhỏ, nó tạo ra mô-men đầu ra tương đối cao, đồng thời cung cấp đặc tính khởi động/dừng nhanh và tốc độ đầu ra nhanh có thể điều khiển

  • Hai chế độ rung và chuyển động tuyến tính

    • Khi hoạt động, Nano USM đi vào hai chế độ rung uốn
    • Mode 1 là chế độ uốn ngoài mặt phẳng khiến bộ chấp hành có dạng yên ngựa
    • Mode 2 là một chế độ uốn ngoài mặt phẳng khác khiến bộ chấp hành có dạng sóng
    • Hai chế độ được kích thích bằng điện áp tần số cao gần tần số cộng hưởng riêng của thân kim loại đàn hồi
    • Khi hai chế độ rung kết hợp, điểm tiếp xúc chuyển động elip, và phản lực ma sát với ray trượt cố định làm khung Nano USM di chuyển tuyến tính
    • Biên độ thực tế rất nhỏ nên không thấy biến dạng khi hoạt động
    • Tần số kích thích siêu âm không nghe được bằng tai người, và khả năng bị micro thu lại cũng thấp
    • Vì công suất hơi thấp, Nano USM được ưu tiên khi di chuyển các nhóm phần tử thấu kính nhỏ hơn
    • Ống kính Nano USM cũng hỗ trợ Full-Time Manual Focus bằng focus-by-wire

  • Dual Nano USM

    • Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM ra mắt năm 2019 là ống kính đầu tiên trang bị công nghệ Dual Nano USM
    • Dual Nano USM là cách bố trí hai hệ truyền động siêu âm cỡ nhỏ bên trong thân ống kính
    • Mỗi bộ truyền động AF di chuyển một trong hai nhóm lấy nét bên trong
    • Một bộ phụ trách nhóm lấy nét
    • Một bộ phụ trách nhóm floating
    • Ống kính Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM cũng tích hợp hệ thống Dual Nano USM

Voice Coil Motor, VCM

  • VCM bắt đầu được dùng làm cơ cấu truyền động AF cho ống kính chụp ảnh của Canon từ năm 2024
  • Từ trước đó, Canon đã dùng voice coil motor để dẫn động bộ chống rung hình ảnh, và trong ống kính cine, công nghệ này cũng đã được dùng làm cơ cấu truyền động AF trong nhiều thập kỷ
  • Canon RF 35mm F1.4 L VCM là ống kính chụp ảnh đầu tiên được trang bị voice coil motor
  • VCM đồng thời mang lại kích thước nhỏ, trọng lượng thấp, phản hồi nhanh, điều khiển vị trí chính xác, lực dẫn động cao và tổn hao ma sát thấp
  • Do có thiết kế tuyến tính, nó không cần ống xoắn helical barrel hay lead screw để chuyển chuyển động quay thành chuyển động tuyến tính; đồng thời gần như im lặng ngay cả khi thu âm bằng micro nhạy, nên phù hợp cho cả chụp ảnh lẫn quay video

  • Nguyên lý hoạt động

    • Trong ống kính Canon RF 35mm F1.4 L VCM, có 2 voice coil motor giống nhau gắn vào cụm thấu kính lấy nét
    • Cấu trúc đối xứng giúp tránh tạo ứng suất lệch về một phía trong cơ cấu và bảo đảm chuyển động trượt mượt mà
    • Mỗi voice coil được đỡ bởi một ray trượt xuyên qua tâm, và ray này xác định phạm vi di chuyển theo trục
    • Ở hai bên cuộn dây có các nam châm vĩnh cửu mạnh được bố trí phía trên và phía dưới, để từ trường đi qua cuộn dây
    • Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, lực Lorentz tác dụng lên cuộn dây, khiến nó di chuyển theo phương trục dọc theo ray trượt
    • Lực sinh ra tỷ lệ thuận với mật độ từ thông của từ trường và cường độ dòng điện; hướng của lực thay đổi theo chiều dòng điện
    • Có thể đưa các xung điện áp cực ngắn vào cuộn dây để dẫn động rất chính xác theo hướng mong muốn
    • Nhược điểm là ngay cả khi thấu kính lấy nét không chuyển động, điều khiển vị trí vẫn phải ở trạng thái hoạt động để duy trì vị trí của cuộn dây

Ống kính RF hybrid và tổ hợp VCM/Nano USM

  • Khi dùng VCM trên ống kính RF, Canon đã giới thiệu dòng ống kính hybrid nhắm đồng thời tới nhu cầu của nhiếp ảnh gia và nhà làm phim
  • Các ống kính này là ống kính L ngàm RF, được thiết kế để kết hợp lợi thế của công nghệ chụp ảnh và quay video, chẳng hạn vòng khẩu độ chỉnh tay thường thấy trên ống kính cine
  • Ví dụ về ống kính RF hybrid gồm:
    • Canon RF 24mm F1.4 L VCM
    • Canon RF 35mm F1.4 L VCM
    • Canon RF 50mm F1.4 L VCM
  • Canon RF 35mm F1.4 L VCM sử dụng đồng thời hai hệ thống truyền động AF
    • Một cặp VCM dẫn động nhóm thấu kính lấy nét chính
    • Một cụm Nano USM dẫn động phần tử thấu kính floating
  • Nhóm thấu kính lấy nét chính gồm 4 phần tử thấu kính và có trọng lượng đáng kể, nên cần một hệ thống AF mạnh
  • Thấu kính floating chỉ là một phần tử đơn, nên Nano USM nhỏ hơn cũng đủ để dẫn động

Bài viết liên quan

1 bình luận

 
GN⁺ 2025-03-11
Ý kiến trên Hacker News

  • Kể từ khi Canon chặn bên thứ ba trên ống kính RF, Canon không còn là một lựa chọn nữa
    Tôi đã mua chiếc ống kính AF cuối cùng của Viltrox và nó rất tuyệt, rồi sau khi Canon gây sức ép, tôi hối hận vì đã mua thân máy RF
    Hiện họ chỉ cho phép bên thứ ba trên thân máy cảm biến crop, trong khi Fuji, Sony, Leica, Nikon đều cho phép ống kính bên thứ ba, nên tôi đã chuyển sang Fuji và không có ý định quay lại

    • Tôi cũng hơi hối hận vì lý do tương tự
      Tôi thích Canon, nhưng hệ thống ống kính khép kín thì không lý tưởng, mà giá cũng đắt đến vô lý
      Những adapter được quảng cáo là cho dùng ống kính bên thứ ba cũng đều rất tệ
    • Thành thật mà nói, khá đáng tiếc khi Canon giờ đã thua Sony cả về công nghệ cảm biến lẫn chất lượng quang học ống kính, vậy mà vẫn thúc ép người dùng chỉ dùng ống kính chính hãng đắt đỏ
      Tôi nhớ thời ngàm EF cũ được dùng như ngôn ngữ chung của các ngàm tự động lấy nét, với hệ sinh thái ống kính sôi động như Sigma, Tamron
      Ngay cả bây giờ, trong số ống kính Sigma Art cho ngàm SLR, những mẫu như 40mm và 105mm f/1.4 vẫn vô song về chất lượng hình ảnh
    • Tôi không thích việc loại các hãng ống kính bên thứ ba ra ngoài, nhưng tôi nghĩ nếu Canon không đảm bảo được doanh thu từ ống kính thì có lẽ bản thân máy ảnh Canon cũng đã không còn tồn tại
    • Khoan đã, Canon lại đảo ngược lập trường này rồi à?
      Tôi tưởng cuối cùng họ đã bắt đầu mở ngàm cho bên thứ ba, hóa ra thực tế không phải vậy, thật sự rất thất vọng
    • Tôi cũng ở cùng hoàn cảnh
      Nếu dải ống kính Canon nói chung xuất sắc thì có lẽ tôi đã bớt tức hơn, nhưng các ống zoom siêu rộng RF cái nào cũng mềm hoặc bị tối góc nặng
      Tôi đã trả lại chiếc RF 15-35mm giá 2.200 đô la, và giờ chụp phong cảnh thì cứ dùng iPhone Pro

  • Ngày trước muốn chụp ảnh chó thì phải dùng lấy nét tay
    Âm thanh tưởng như không nghe thấy được từ Ring USM AF đời đầu của ống 85mm/1.8 làm con chó phát điên và chạy vọt ra khỏi phòng
    Ban đầu tôi nghĩ đó là hiệu ứng tâm lý khi bị chĩa máy ảnh vào, nhưng một đêm tôi trốn sau rèm và chỉ cho motor AF chạy, con chó lập tức rời khỏi phòng
    Các motor USM AF về sau thì yên lặng với chó, và từ đó nó chấp nhận việc bị chụp ảnh

    • Chó nhà tôi cũng bắt đầu ghét máy ảnh, và tôi từng thắc mắc có phải do lấy nét USM không
      Có thể ban đầu là vậy, nhưng giờ thì dù là USM hay không, nó cũng không thích bất kỳ máy ảnh nào

  • Một website thật sự tuyệt vời
    Bài này của cùng tác giả bàn về một câu hỏi mang tính thuật toán hơn: thân máy ảnh quyết định thực sự dùng các motor này như thế nào khi nút “lấy nét” được nhấn: https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-DSLR...
    Tôi chưa tìm thấy bài nào nói về cách thân máy ảnh xác định đâu là chủ thể mong muốn và đâu không phải
    Nhìn vào khả năng nhận diện khuôn mặt người hay mặt chim, có vẻ ít nhiều phải có thứ gì đó thuộc dòng machine learning

    • Ngày nay đúng là dùng mô hình AI nhận dạng mẫu đã được huấn luyện trước; trên mirrorless, nơi có thể dùng toàn bộ độ phân giải của cảm biến ảnh chính để phân tích cảnh, việc này ấn tượng hơn nhiều và cũng ngốn CPU hơn nhiều
      Một số DSLR truyền thống cao cấp có cảm biến đo sáng “độ phân giải cao” khoảng 0,1MP để hỗ trợ hệ thống AF, chẳng hạn Canon iSA và iTR https://www.canon.com.hk/cpx/en/technical/pa_Overview_of_65-...
      Theo truyền thống, máy sẽ lấy nét vào một điểm lấy nét duy nhất do nhiếp ảnh gia chọn, hoặc trong các chế độ lấy nét vùng rộng hơn thì thường chọn điểm gần nhất trong số các điểm đó
      Ở chế độ AF tracking, máy phải tránh để tiêu điểm đột ngột nhảy khi một vật thể tiền cảnh tạm thời che khuất chủ thể ban đầu, đồng thời dự đoán chuyển động để bám theo chủ thể di chuyển nhanh
      Các mẫu cao cấp cho phép điều chỉnh giữa việc tăng độ phản hồi khi theo dõi chủ thể hoặc bám giữ kiên trì hơn, và cũng có thể thiết lập mức độ tuyến tính của chuyển động chủ thể
    • Tài liệu quảng bá Elan 7 cũng nói máy ảnh có thể quyết định phơi sáng dựa trên cơ sở dữ liệu gồm hàng trăm bức ảnh
      Tôi không biết nó hoạt động ra sao, nhưng tôi từng muốn xem những bức ảnh được dùng để “huấn luyện” hệ thống này 25 năm trước

  • Với tư cách người dùng Canon từ giữa thập niên 80, tôi đã đọc rất thích thú
    Cũng có cả bộ sưu tập bài viết về công nghệ ống kính Canon: https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-CLT-...

    • Cảm ơn phản hồi, và rất vui vì bạn đã tìm thấy các chương khác
      Phần lớn đã hoàn thành rồi

  • Đây là một công trình thực sự thú vị
    Tôi đã liên tục bực mình và phàn nàn vì hoàn toàn không có cách nào hợp lý để trực tiếp điều khiển mô-tơ lấy nét của các ống kính này bằng bánh xe follow focus khi quay video
    Những người quay video đang phải quấn các dải răng bánh răng thô sơ bên ngoài những ống kính vốn đã có sẵn mô-tơ lấy nét, rồi lại bắt vít thêm một bộ follow focus cơ khí cồng kềnh
    Có vẻ các nhà sản xuất không mở quyền điều khiển trực tiếp để bảo vệ các dòng ống kính “cinema” của họ, vốn bán các ống kính tiêu chuẩn lấy nét tay giá hàng nghìn đô la
    Thế mà họ vẫn bán các ống kính chỉ được đặt tên là “hybrid” như thể tốt hơn cho video, trong khi thậm chí không có vòng lấy nét dạng bánh răng tương thích với bộ follow focus, cũng chẳng có cổng điều khiển để vận hành mô-tơ AF bằng bánh xe lấy nét
    Tôi đã xem SDK điều khiển máy ảnh của Canon, và thấy điều khiển lấy nét bị loại khỏi toàn bộ dòng sản phẩm, ngoại trừ hai máy ảnh PTZ không phù hợp cho điện ảnh

    • Nikon vừa ra mắt ống kính zoom điện, nên hy vọng sau này sẽ có nhiều sản phẩm như vậy hơn
      https://www.nikon.com/company/news/2025/0213_imaging_02.html
    • Một dự án phụ bị bỏ xó của tôi là điều khiển tự động lấy nét trên máy ảnh Sony Alpha, đặc biệt là chiếc A7ii và A7iii tôi đang có, để thực hiện focus stacking
      Mục đích là chụp hàng chục tấm với chênh lệch tiêu điểm rất nhỏ rồi ghép lại sau trong Photoshop
      Tôi mất khá lâu để tìm API; Sony từng tạo ra một cái rồi gần như xóa sạch khỏi Internet, và cũng phớt lờ email yêu cầu
      Ngay cả khi có API thì việc thu được kết quả vẫn khá khó
      Việc mô-tơ lấy nét có thực sự di chuyển từng bước đúng hay không dường như phụ thuộc vào lúc đó máy ảnh bận đến mức nào, và tôi đang thử nhiều tổ hợp [chụp] - [chờ] - [dịch chuyển tiêu điểm] - [chờ] - [chụp], nhưng bước nào thực sự thành công thì trông quá ngẫu nhiên

  • Tôi luôn muốn biết các hệ thống tự động lấy nét khác nhau hoạt động như thế nào, và trang này thật tuyệt vời
    Thứ tôi thực sự dùng là Nikon, nên sẽ rất hay nếu cũng có một bài như thế này về hệ thống tự động lấy nét của Nikon
    Tôi vẫn còn vài ống kính tự động lấy nét hoàn toàn không có mô-tơ AF bên trong; mô-tơ nằm trong thân máy, và một con vít nhỏ trên ngàm ống kính truyền chuyển động quay vào các bộ phận lấy nét bên trong ống kính
    Trên các máy ảnh của tôi, cách này rất chậm và ồn

    • Bảng tương thích ống kính/thân máy của Nikon phức tạp đến kinh khủng: https://www.kenrockwell.com/nikon/compatibility-lens.htm
      Ngược lại, với Canon, tôi nghĩ trường hợp “không đo sáng được” hiếm khi là vấn đề
      Trong nhiều thập kỷ dùng DSLR Canon, tôi đã hai lần chứng kiến Nikon tự bắn vào chân mình
      Khi Nikon giới thiệu các ống kính “E” dùng khẩu điện tử như Canon và mọi thiết kế hiện đại, số thân máy tương thích rất ít, và họ không có tầm nhìn xa để phổ biến thân máy tương thích trước khi tung ống kính
      Ví dụ, với ống kính ra mắt năm 2008 này https://www.kenrockwell.com/nikon/24mm-pc.htm, thân máy tương thích sớm nhất là đời 2007, và nó không hoạt động trên nhiều thân DX như D90 cũng như toàn bộ máy phim
      Khi Nikon giới thiệu ống kính mô-tơ bước AF-P vào năm 2016, cũng không có thân máy tương thích nào trước năm 2013, lại thêm một lần thiếu chuẩn bị cho tương lai
      Canon từng hai lần làm người dùng nổi giận khi chuyển từ ngàm FL sang FD, rồi từ FD sang EF, nhưng với EF thì họ gần như làm đúng: hoàn toàn điện tử, không có cần gạt khẩu, không có vít lấy nét, đường kính lớn
      Gắn một ống kính Canon Ring USM AF và IS đời 2017 vào thân máy phim EOS 650 đầu tiên ra mắt năm 1987 thì AF và IS vẫn hoạt động hoàn hảo
      Đó là những tính năng còn chưa tồn tại khi EOS ra đời; có vẻ giao thức điện tử AF không phụ thuộc vào công nghệ mô-tơ trong ống kính, còn IS có thể do riêng ống kính xử lý mà thân máy không cần biết
      Những cái bẫy tương thích của Nikon không thể so với khả năng tương thích rất tốt, dù chưa hoàn hảo, của Canon
      Nikon cứ lặp lại cùng sai lầm, chẳng hạn không đưa mô-tơ truyền động bằng vít vào bộ chuyển ngàm F-Z, và trông như một công ty ghét những người có ống kính và thân máy cũ
      Điều này cũng không có gì mới, vì bộ chuyển Nikon F-1 cũng thiếu một số chức năng nhất định
    • Có vẻ ống kính Nikon cũng đi theo một lộ trình tương tự nhưng với tên gọi khác
      Mô-tơ siêu âm = AF-S (1998), mô-tơ bước = AF-P (2016), mô-tơ cuộn dây âm = SSVCM (2022)
      https://imaging.nikon.com/imaging/lineup/lens/glossary/
    • Theo tôi biết, các ống kính Nikon tương đối hiện đại đều có mô-tơ AF bên trong ống kính

  • Các bộ truyền động áp điện này thật sự rất ngầu
    Video cho thấy cơ chế: https://www.youtube.com/watch?v=7iHL4ZCkCKc
    Video về một mô-tơ như vậy quay ở tốc độ tối đa: https://www.youtube.com/watch?v=JtttNnmCVmU

    • Bộ truyền động trong video đầu tiên thực sự là actuator áp điện, nhưng không phải loại Canon dùng trong ống kính
      Bộ truyền động trong video thứ hai có vẻ liên quan đến Nano USM của Canon
    • Các công ty như Canon có tự sản xuất những mô-tơ hay actuator như thế này không?
      Hay có công ty khác chuyên về các linh kiện kiểu này?

  • Một điểm có thể khiến độc giả ở đây thấy thú vị là tất cả các loại mô-tơ này đều là vòng hở, nên không thể ra lệnh cho chúng đến một trạng thái cụ thể một cách chính xác và lặp lại được
    Tức là nếu gửi tín hiệu cho ống kính lấy nét ở 3m chẳng hạn, không có gì bảo đảm lần lấy nét 3m tiếp theo sẽ ở đúng cùng một trạng thái
    Vì vậy việc hiệu chuẩn máy ảnh có thể khá khó, và nhiều khi sau khi hiệu chuẩn xong người ta không muốn đụng vào máy ảnh nữa

    • Hệ thống sẽ dừng mô-tơ khi đạt tiêu điểm, nên đó là hệ thống vòng kín

  • Bài viết rất hay
    Tôi có ống kính EF 400mm f2.8 thế hệ 2, và ống này lấy nét trên chiếc 7Dmk2 cũ nhanh hơn rất nhiều so với trên R6Mk2 rất mới
    Với tất cả các ống kính khác thì ngược lại, nên tôi thắc mắc vì sao chuyện này xảy ra
    Tôi từng nghe nói có thể là vì các thân máy 7D và 1D đời cũ cấp nhiều điện hơn cho mô-tơ AF, nhưng chưa thấy tài liệu nào xác nhận

    • Đây là lần đầu tôi nghe về vấn đề này, nhưng tìm nhanh thì thấy có những trường hợp tương tự về vấn đề AF của ống kính dài trên R6 II: https://community.usa.canon.com/t5/EOS-DSLR-Mirrorless-Camer...
      Xin lỗi vì không đưa ra được lời giải thích; nếu có thời gian tôi có thể xem kỹ hơn, nhưng không hứa trước được

  • @ExAr, đây đúng là một kho tư liệu, cảm ơn vì công sức của bạn
    Tôi thắc mắc liệu bạn có viết blog về cách tạo những đồ họa như thế này không
    Ví dụ hình ảnh kính ngắm này https://exclusivearchitecture.com/images/technical-articles/... thật sự rất ấn tượng
    Tôi tò mò bạn đã mô phỏng các tia sáng và mắt như thế nào

    • Cho đến nay tôi chưa từng viết blog về quy trình tạo những minh họa như vậy, nhưng đó là một ý tưởng hay và có rất nhiều tư liệu hậu trường
      Đường đi ánh sáng thực tế trong hình kính ngắm được vẽ với sự hỗ trợ của một kỹ sư quang học người Nhật, người có thể cung cấp mô phỏng ray tracing chuyên nghiệp