迅速找到焦点－佳能中高级单反镜头对焦技术解析

微型超声波马达基本结构

　　微型USM结构紧密，压电元件、定子、转子和传输结构都被垂直固定在转动轴上。微型马达的定子由5层压电元件构成，每层元件都被夹在上下两片金属振荡器之间，整个结构看着就像是一根有弹性的短圆棍。至于转子，其被放置在一个有弹簧的盒子里，弹簧与定子接触并保持压缩状态，转子通过输出设备与机械传动单元驱动而同速旋转。前端有法兰钳口固定住微型马达里面的各部分使其不至于脱落，所有这些元件紧密地搭建成为一个完整而小巧的超声波马达。

微型超声波马达振动原理

微型超声波马达中的陶瓷压电元件

微型超声波马达工作原理

　　超声波振动是马达旋转的根本动力。电路驱动压电元件中具备不同方向电极的四层来发出超声波。每层压电单元层都分为A相和B相，等均分成四个90度角。在四个压电层最下端是第五压电单元，用于共振波的检测。

　　这五个压电单元被集成在定子的底端，当交变电压只出现在压电元件组的A相，则压电元件的自身膨胀和收缩会引起定子末梢轻微地左右摆动。而当交变电压只出现在B相时，膨胀和收缩会导致定子轻微地前后摆动。最终结果是每当电压方向改变90度（供电的一部分过程），压电层两侧的振动就会结合并产生一个很小的旋转的振动波（每个周期产生一个振动波，振幅0.002mm），这个波使定子尾端在小范围内做圆形运动。由于定子转子之间有弹簧连接，定子转动的能量通过弹力传递给转子，因此转子运动会带动传输结构运作。环形USM的工作原理简单说就是定子产生弯曲行波，进而导致摩擦振动，其中转子的转动方向与波的传播相反，这点也大体适用于微型USM。

超微型超声波马达

　　由于相机和镜头都在面向小型化方向发展，因此为了迎合在更加狭小的空间内配置自动对焦驱动装置，第二代微型超声波马达的结构也更加小巧。在上一代微型USM中，定子和转子被设计安装在一条线上，如果一味缩短设计长度而不改变元件排列位置，那么定子的共振频率就会过高，这反而会降低振动波幅。因此佳能开发出新一代微型超声波马达，它改变了定子的设计构造来缩短USM系统的整体长度，同时定子的振动频率也不会升高。二代USM的性能与一代基本相同，不过长度和大小规模仅有一代USM的一半。新的微型超声波马达在EF 28-105mm f/4-5.6 USM镜头上首次出现，而如今已经有更多镜头，特别是高密集型变焦镜头都已经使用上了这种马达。

微型与超微型超声波马达结构示意

佳能镜头上的三大对焦功能

全时手动对焦

　　EOS系统为用户提供了彻底自动化的摄影功能，同时也给摄影师们留下了用双手和头脑发挥创意表现的操作余地，将最终的拍摄控制权留给了摄影者。这种设计理念同时也存在于EF镜头中，比如全时手动对焦功能可以在自动对焦完成后让用户继续调整焦点位置。

　　具有全时手动对焦功能的镜头允许用户在单次自动对焦操作完成后继续手动调整焦点，而无需转换镜头的对焦模式。全时手动对焦功能原本是为EF 85mm f/1.2L USM等早期EF镜头的电动对焦方式而设计。而现在，这项技术基本已经完全覆盖了带有手动对焦环和焦点尺标的USM镜头。

全时手动对焦结构示意

　　全时机械手动对焦装置将三个圆环和一个滚轴构建成一个环结构。1号环在USM控制下沿着光轴学中心转动，2号环只有当手动控制时才会转动，滚轴被固定在这两个环之间，其转动中心与输出环相连。

全时手动对焦结构示意

　　自动或手动对焦时，旋转1号环或2号环推动滚轴围绕光轴中心旋转。由于滚轴旋转中心被固定在输出环上，所以滚轴也会带动输出环围绕光轴中心转动，这样对焦透镜组就会在输出环的转动下螺旋状移动调整位置。

电子焦点预设

　　焦点预设功能目前仅出现在少数佳能顶级望远镜头上（如EF 300mm f/2.8L IS USM,EF 400mm f/2.8L IS USM,EF 500mm f/4L IS USM和EF 600mm f/4L IS USM）。焦点预设可以记住任意焦点的距离和位置，摄影师在一瞬间就能够将镜头对焦到预设的位置。通过镜头上的控制按钮，焦点位置可以即刻被镜头中的微电脑记录。在内存已经写入信息的情况下，普通的自动对焦功能仍然可以随意使用，到了需要的时候，只要把回放环调整到“回放”位置就能马上得到预设的焦点位置。

佳能EF 200-400mm f/4 IS USM Extender 1.4X上就有电子焦点预设功能

　　当你在一个固定位置频繁地拍摄照片时——比如进行体育摄影，虽然大部分照片都需要用上自动对焦功能，不过拍摄一些固定位置的照片也是需要的。一旦这些地方的距离位置被预设，再拍摄这个位置时镜头就不用再进行重复对焦。

　　而当你在拍摄“无限远”的景物时，焦点预设功能的便捷性相比手动对焦或自动对焦也将显得更加明显（因为温度波动的影响，超长焦镜头的无限远位置可能会处于一段区间内，所以自动对焦时即使把对焦环拧到头也不一定能让焦点到达真正意义上的“无限远”）。

　　另外，当你使用自动伺服对焦拍摄结构复杂或向着你视野方向延伸的物体时，镜头可能难以成功对焦。这时如果利用焦点预设功能，保存住被摄物体主体的对焦位置，随后你只要操作回放环来快速达到被摄物整体的大致距离就可以获得清晰的成像，减少在重复对焦过程中浪费的时间。

自动对焦中断功能

　　不论是EF 300mm f/2.8L IS USM镜头还是其他一些大光圈长焦L型IS镜头都可以实现自动对焦系统的暂时关闭操作。当有阻碍物出现在相机和被摄物中间时，摄影师可以停止自动对焦以防止自动伺服对焦系统对中间的阻碍物进行对焦调整。AF停止按钮安装在镜筒周围四个位置，用户可以轻易地按到按钮，而要想继续进行自动对焦只要松开AF停止按钮即可。

佳能EF 200-400mm f/4 IS USM Extender 1.4X上的对焦中断按键