- CanonはEOS/EFの導入以降、EF、EF-S、EF-M、RF、RF-Sレンズにそれぞれ異なるオートフォーカスモーターを採用してきており、レンズ世代ごとのフォーカス駆動方式の違いが写真・動画性能を左右する
- フォーカスレンズ群は光軸に沿って移動するが、これを実現する方式は、回転を変換する回転駆動と、レンズ群を直接押すリニア駆動に分かれる
- AFD、Ring-Type USM、DC Micro Motor、Micro USM、STM、Nano USM、VCMへと続く系譜は、速度・騒音・トルク・制御方式が異なり、USMという表記だけでは内部構造を特定しにくい
- Full-Time Manual FocusはRing-Type USMで初めて提供され、STM・Nano USM・VCMはフォーカスリングが電子的に駆動部を制御するfocus-by-wireにより、常にマニュアルオーバーライドをサポートする
- 最新のNano USMとVCMは、回転-直線変換機構なしにフォーカスレンズ群を直接動かし、RFハイブリッドレンズでは写真と動画の要求を同時に狙っている
Canon AF駆動方式の基本構造
- オートフォーカスは、カメラ内部のautofocus detection systemが理想的な焦点位置を判断し、レンズのAF駆動部に移動を指示する構造である
- Canonは1987年にEOSシステムとEFレンズを導入し、オートフォーカスを標準機能として設計した
- フォーカスレンズ群は光軸に沿って直線的に動くが、アクチュエーターは大きく2系統に分かれる
- 回転駆動システム: モーターの回転を、ヘリカルスロットバレルやリードスクリューのような精密機構で直線移動に変換する
- リニア駆動システム: フォーカスレンズ群がリニアアクチュエーターと直接接続され、別途変換機構を必要としない
- 初期のAF駆動は、AFD、Ring-Type USM、DC Micro Motor、Micro USM、Micro USM II、STMのように回転運動を用い、その後Nano USMやVCMのようなリニア駆動へと拡張された
レンズ表記とマニュアルフォーカスオーバーライド
- レンズ鏡筒にAF技術の表記がない場合、そのCanon AFレンズはAFDまたはDC Micro Motorを使用している
- USMという表記は、単一のモーター構造を意味しない
- CanonのUSM駆動系には、Ring-Type USM、Micro USM I/II、リニアNano USMが含まれる
- 3系統はいずれも圧電技術を使うが、メカニズムはそれぞれ異なる
- STMの導入時期はEF-Mマウントシステムの導入時期と同じで、すべてのEF-MレンズはStepper Motor技術を使用する
- AF動作中でもマニュアルでピントを上書きできるFull-Time Manual Focusは、AF技術ごとの差が大きい
- Ring-Type USMは、この機能を最初に提供したAFシステムである
- 2012年までは、ほとんどの他のレンズがAF動作中のマニュアルフォーカス操作を提供していなかった
- STM、Nano USM、VCMはfocus-by-wire方式で、フォーカスリングが電子的にAF駆動部を制御するため、常にFTMを提供する
Arc-Form Drive, AFD
- AFDは1987年から1990年まで使われ、当初はautofocus driveの略だったが、その後Arc-Form Driveへと意味が変わった
- EFレンズで最初に使われたAFモーターで、モーターユニット、ギア駆動部、手動/自動切り替え用の変速機構を含む
- アーク形状のアセンブリであるため、円筒形レンズ鏡筒の内部に収めやすかった
- 使用レンズの例は次のとおり
- 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
-
駆動とフィードバック
- AFDは2相バイポーラ非対称ステッパーモーターを使用する
- 固定子コア、2つの電磁コイル、永久磁石ローターで構成される
- バイポーラ構造のため、各コイルには電流が双方向に流せる
- 非対称とは、固定子形状が一般的なステッパーモーターのような回転対称ではないことを意味する
- 減速ギア列は出力ギアの速度を下げ、トルクを高める
- 2種類のフィードバックシステムが動作状態を監視する
- ローター近くに配置された2つのホール効果センサーが磁場変化を検知し、ローターの回転を確認する
- 黒色/反射領域が交互に並ぶ光学式エンコーダーホイールと赤外線反射センサーが、回転ステップ数を測定する
- AF指示には通常、特定方向へ何ステップ移動するかが含まれるため、エンコーダーフィードバックはレンズコントローラーにとって重要である
-
限界
- AFDの出力ギアは、ヘリカルフォーカスバレルを直接駆動する変速要素でもある
- AF/MFスイッチに接続された金属レバーが、出力ギアをモーターギア列または手動入力ギアのどちらか一方にのみ接続する
- 一方に接続されると他方から切り離されるため、Full-Time Manual Focusをサポートしない
- 動作音が大きく、他のAF駆動より遅く、動く被写体を追う際には応答時間が目立つ
- ピント合わせ後に絞り込む動作を順次実行しなければならないが、他のAFモーターレンズではAFモーターと絞りを同時に動作させられる
- こうした弱点にもかかわらず、AFDレンズは信頼できるオートフォーカス性能を提供する
Ring-Type Ultrasonic Motor, USM
- Ring-Type USMは1987年11月、Canon EF 300mm F2.8L USMレンズとともに導入され、1987年から現在まで使われている
- 電磁コイルや磁気ローターではなく、圧電効果と摩擦を組み合わせて回転を生み出すアクチュエーターである
- リング形状のためレンズ鏡筒内部にうまく収まり、光学系はリング中央を通過する
- 導入当時、非常に高速かつ静かな駆動により、設計と機能の両面で画期的だった
- 高いトルクにより、超望遠レンズの重いフォーカスレンズ群も動かすことができ、減速ギア列なしでフォーカス機構に接続できる
- 入力電力が0でも高い保持トルクを持ち、ローター慣性が低いため素早い始動と停止が可能で、電磁場の影響も受けない
-
構造
- 主要部品はローター、圧電ステーター、複数の支持リングに分かれる
- ローターはモーター動作中に実際に光軸の周囲を回転する唯一の部品であり、ステーター側にスライドレールがある
- ステーターは弾性金属体で、背面には圧電セラミック素子リングが溶接されている
- 圧電層が電気的に励起されるとステーターが振動し、その振動エネルギーは摩擦を通じてローターへ伝達される
- フェルトリングは敏感な圧電層を金属支持リングから保護し、レンズ鏡筒へ伝わる振動を減らす
- 圧縮スプリングはステーターとローターを強く押し付ける予圧を与え、Ring-Type USMの動作に必須である
- Canonは外径62mmと77mmの2サイズのステーターリングを使用している
- 62mmの例: Canon EF 24mm F1.4 L USM, EF 50mm F1.2 L USM, EF 100mm F2 USM
- 77mmの例: Canon EF 400mm F2.8 L IS USM, EF 600mm F4 L IS USM
-
圧電リングと進行波
- モーターを動作させるにはステーターが精密に振動する必要があり、この振動は弾性ステーター背面に溶接された分割型圧電セラミックリングが生み出す
- 圧電素子はA群とB群にまとめられ、2つの群はλ/4の空間位相差で配置される
- 各圧電素子は電極の間に挟まれており、電場が加わると逆圧電効果によって上または下にたわむ
- 高周波交流電圧が加わるとステーターリングが振動し、振動振幅は約1–2µmのレベルである
- A群とB群をそれぞれ励起すると定在波が生じ、2群を同時にλ/4の時間位相差で励起すると定在波が結合して進行波となる
- Canon Ring-Type USMの共振周波数は約27,000Hzで、超音波領域のためUltrasonic Motorと呼ばれる
- 進行波の方向は時間位相差の符号によって変わり、その結果ローターの回転方向も変わる
-
フィードバックとエネルギー変換
- ステーターリングには波動生成用の圧電素子のほかに、振動強度を測定する小型のセンサー圧電素子がある
- 圧電素子は変形すると電圧を生み出すため、センサー出力はその位置におけるステーター波動振幅を反映する
- 制御回路はこの信号を用いてA/B位相の周波数を調整し、ステーター固有の共振周波数に合わせて進行波振幅を最大化する
- 固有共振周波数は生産公差やステーター温度によって変化することがある
- 動作は、電気エネルギーが圧電ステーターの波状振動に変換され、約27kHzの超音波振動が摩擦を通じて一方向の連続回転へ変換される、2段階の変換である
- 例の条件でステーターに9つの波峰があり、27,000Hzで励起される場合、1つの波峰は1秒あたり3,000回ステーター周囲を回る計算になる
- 実際のローター速度は連続励起時で通常70–90rpmであり、パルス幅変調で下げることができる
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制限とFTM
- 摩擦を使用するため連続動作用には設計されておらず、寿命の期待値は一般的な電気モーターより低い
- 人の耳には聞こえない超音波ノイズが高感度マイクに拾われることがあり、動画撮影で問題になる可能性がある
- CNCによる精密加工のステーター歯形、圧電セラミックの製造と適用、高周波電源およびフィードバック制御回路のため、生産コストは高い
- Ring-Type USMのFull-Time Manual Focusは超音波駆動ユニット自体の機能ではなく、回転差動機構によるものである
- 出力リングには小さなホイールが3つあり、これらのホイールは手動入力リングとモーター入力リングの間に挟まれている
- 差動構造のおかげで、手動フォーカスリングまたはモーター入力のどちらか一方が出力リングを回しても、もう一方の入力へ力が強制的に伝達されることはない
- 一方の入力リングが動いていないとき、出力速度は入力速度の半分になる
DC Micro Motor
- DC Micro Motorは1990年から2012年まで使用され、MMと略されることもある
- 外観はAFDと似ており、減速ギア列でモーターの動力をフォーカスレンズ鏡筒へ伝達するが、モーター自体はステッパーではなく超小型の直流モーターである
- Canonレンズに使われたAFモーターの中ではAFDと並んで最も発展していない方式と見なされ、主に普及型AFレンズに使われる
- 使用レンズの例としてはCanon EF-S 18-55mm F3.5-5.6、EF 50mm F1.8 II、EF 75-300mm F4-5.6系などがある
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ギア列とエンコーダー
- 直流モーターは電力が供給されると非常に高速で回転するため、ギア列は高い減速比で回転速度を下げ、出力トルクを高める
- レバーが1つのギアを2つの位置の間で移動させる
- 基本位置ではギア列が閉じており、モーターの回転が出力ギアへ伝達される
- AF/MFスイッチをMFへ切り替えるとギアが分離され、モーターと出力ギアの接続が切れる
- この構造のため、DC Micro MotorはFull-Time Manual Focusをサポートしない
- ローター軸の小さなプーリーがゴムベルトで大きなプーリーを駆動し、このベルト駆動はモーター動作時の振動を減らすのに役立つ
- 最初のギアには周囲に多数の小孔を持つエンコーダーホイールが取り付けられており、赤外線ビームとセンサーが孔の通過を検知してステップ数を数える
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ブラシ付きDCモーターの動作
- 正確なモーター形式は2極3コイルのブラシ付きDCモーターである
- 背面の2つの端子は金属ブラシにつながっており、ブラシはローター整流子に接触して電力を供給する
- ローターには金属コアに巻かれた3つのコイルがあり、各コイルは極性を切り替えられる電磁石である
- 動作電圧は4–6V DCであり、整流子構造によりコイルは永久磁石に最も近づく瞬間に電気的・磁気的極性が切り替わる
- この原理により、小型DCモーターは最大6,000rpmまで動作でき、ブラシ電圧の極性を逆にすると逆方向に回転する
- DC電圧だけで動作するため、ステッパーモーターのような複雑なドライバー回路は不要だが、制御回路は比較的大きな電流を扱える必要がある
- トルクが限られているため、ほぼ常に小さく軽いフォーカスレンズ群を持つコンパクトレンズに使われ、動作音は比較的大きい
Micro USMとMicro USM II
- Micro USMは1992年に導入され、Micro USM IIは2002年に従来版の半分のサイズとなる超小型設計で登場
- 両系列は2016年まで使われ、Canon超音波モーター系列の別の構成員である
- 直径11mmの小型円筒形超音波モーターで、圧電セラミック要素によって振動を生み出す
- 初代Micro USMの長さは26.7mm、Micro USM IIは13.4mm
- 出力ギアは減速・トルク増大用ギアボックスを介してフォーカスカムバレルに接続される
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積層圧電要素とニュー テーション
- Micro USMは、ローター、ステーター、補助部品、支持構造が金属シャフトに圧入されて積み重なった構造である
- ステーターはLPE、すなわち laminated piezoelectric element で、2枚の金属オシレーターの間に挟まれた形になっている
- 個々の圧電ディスクの振動振幅は非常に小さいため、約25枚の円形ディスクを積層して1つの多層円筒部品を構成する
- ディスクの半分同士は反対方向に分極され、A/Bの2相で励振できる
- LPEを2相で λ/4 の時間位相差を持つ高周波電圧で励振すると、ステーターは軸の周囲で章動運動を行う
- この章動は、オシレーター上面で円周に沿って移動する1つの山と谷のように振る舞い、振幅は約2µmで目視できない
- ステーターとローターの圧接で生じる摩擦がエネルギーをローターに伝え、ローターと出力ギアはステーターの進行波と反対方向に回転する
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Ring-Type USMとの共通点と相違点
- 両モーターとも圧電要素でステーターの曲げ振動を生み出し、超音波励振でオシレーターの振動を増幅する
- ステーター表面に進行波を作り、摩擦によってローターを進行波と反対方向に回転させる
- どちらのモーターも人の耳には聞こえないが、高感度マイクでは動画撮影中にノイズを拾うことがあり、長時間の連続動作用ではない
- Ring-Type USMはリング状ステーターに7–9個の進行波を作る
- Micro USMは円筒形ステーターで、1つの山と谷に近い章動運動を行う
- Micro USMははるかに小さいが、出力速度が相対的に高いため減速ギアボックスが必要になる
- Micro USMとMicro USM IIは生産コストが比較的低く、低価格帯および中級レンズに使用される
- 例として、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 などがある
Stepper Motor, STM
- Canonは2012年6月にEF 40mm F2.8 STMとEF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS STMを発表し、これらのレンズが初めてSTM表記を使用した
- STMはstepper motorの略であり、AFDでもステッパー技術は使われていたが、STMレンズのモーターははるかに小型で構造も異なる
- Canon STMレンズは非常に静かで滑らかなAF動作を提供し、写真撮影と動画撮影の両方に適した選択肢と見なされている
- STMはEF、EF-Sだけでなく、最新のRF、RF-Sレンズにも広く使われている
- 使用例としては 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 などがある
-
2つの伝達方式
- CanonはSTMの回転運動をフォーカスレンズ群の直線運動に変換するため、2つの伝達方式を使用している
- Lead-Screw-Type STM: ウォーム駆動でフォーカスレンズユニットを2本のガイドレールに沿って軸方向へ移動させる
- Gear-Type STM: ギアホイールを使用し、最終的にヘリカルスロット付きのフォーカスバレルへ接続する
- 伝達方式は異なるが、実際のステッパーモーターは同一である
-
can-stack設計
- STMレンズのモーターは2相バイポーラステッパーモーターで、永久磁石ローターを使用する
- AFDステッパーとは異なり、STM版は回転対称ステーターを使用する
- Canon STMモーターは20個のフィールドポール、すなわち各相あたり10個のフィールドポールを持つ
- 各相巻線は鋼製シェルに囲まれ、三角形の歯形が中心部へ向かって入り込み、交互に配置される
- 位相AとBのステーター歯形リングは互いに18度ずれていなければならず、この構造はcan-stackまたはtin-can設計と呼ばれる
- ローターは10極パターンに着磁されたフェライトセラミック製シリンダーである
- 4段階動作の後、ローターは72度回転し、1回転を完了するには20ステップが必要となる
- ローターが磁界を精密に追従するため、別個のフィードバック制御システムは不要である
- Canon STMレンズのモーターは直径8mmの非常に小さなユニットで、DC Micro Motorよりも小さい
- このサイズのため、STMは小型のフォーカスレンズ要素により適しており、重い超望遠レンズに使われる可能性は低い
- Canon STMレンズはfocus-by-wireを採用しているため、常時Full-Time Manual Focusに対応する
Nano USM
- Nano USMは2016年から現在まで使われているCanon超音波モーター系列の最新の追加要素である
- CanonはEF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS USMレンズの発表時にNano USMを初めて採用し、同年に以前の超音波モーターであるMicro USMを終了した
- Nano USMは圧電セラミック要素で振動を生み出すが、回転出力は作らない
- ヘリカルバレルやリードスクリューなしで直線移動を生み出し、フォーカスレンズセルをガイドレールに沿って直接軸方向へ押すリニア駆動である
- フォーカスレンズユニットには暗線と反射線が交互に並んだ位置エンコーダーが取り付けられ、赤外線センサーが移動ステップを数える
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アクチュエーター構造
- 中核部品は、長さ約20mmの小型弾性金属片であるNano USMアクチュエーターである
- 下部には圧電セラミック要素が取り付けられ、圧電層の下面には3つの電極がある
- 上部の小さな2つの突起は、固定されたスライドレールと圧力接触する
- 非常に小さいが比較的高い出力トルクを生み出し、高速な始動・停止特性と制御可能な高速出力を提供する
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2つの振動モードと直線移動
- Nano USMは動作中に2種類の曲げ振動モードに入る
- Mode 1はアクチュエーターをサドル形状にする面外曲げモードである
- Mode 2はアクチュエーターを波形にする別の面外曲げモードである
- 2つのモードは、弾性金属体の固有共振周波数付近の高周波電圧で励振される
- 2つの振動モードが結合すると接触点が楕円運動を行い、固定スライドレールとの摩擦反力によってNano USMフレームが直線移動する
- 実際の振幅は非常に小さく、動作中の変形は見えない
- 超音波励振周波数は人の耳には聞こえず、マイクに拾われる可能性も低い
- 出力がやや低いため、Nano USMはより小さなレンズ要素群を動かす際に好まれる
- Nano USMレンズもfocus-by-wireによりFull-Time Manual Focusに対応する
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Dual Nano USM
- 2019年発売のCanon RF 70-200mm F2.8L IS USMは、Dual Nano USM技術を初めて搭載したレンズである
- Dual Nano USMは、レンズバレル内に2基の小型超音波駆動系を搭載する方式である
- 各AF駆動部は2つの内部フォーカス群のうち1つを動かす
- 1つはフォーカス群を担当する
- 1つはフローティング群を担当する
- Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USMレンズにもDual Nano USMシステムが統合されている
Voice Coil Motor, VCM
- VCMは2024年からCanonの写真用レンズのAF駆動として使われ始めた
- Canonは以前からimage stabilization unitの駆動にvoice coil motorを使用しており、シネレンズでは数十年にわたってAF駆動にも使われてきた
- Canon RF 35mm F1.4 L VCMは、voice coil motorを搭載した最初の写真用レンズである
- VCMは小型・軽量、高速応答、精密な位置制御、高い駆動力、低い摩擦損失を同時に実現する
- 線形設計のため、回転を直線運動に変換するヘリカルバレルやリードスクリューが不要で、感度の高いマイクで録音しても実質的に静かで、写真にも動画にも適している
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動作原理
- Canon RF 35mm F1.4 L VCMレンズでは、同一のvoice coil motorが2基、フォーカスレンズセルに取り付けられている
- 対称構造により、機構に片寄った応力が生じるのを防ぎ、滑らかなスライド動作を保証する
- 各voice coilは中央を貫通するスライドレールで支持され、このレールが軸方向の移動範囲を定義する
- コイルの両側には強力な永久磁石が上下に配置され、磁場がコイルを通過する
- 電流がコイルに流れると、Lorentz forceがコイルに作用し、スライドレールに沿って軸方向へ移動する
- 発生する力は磁場の磁束密度と電流の強さに比例し、力の向きは電流の向きによって変わる
- ごく短い電圧パルスをコイルに加えることで、望む方向へ非常に精密に駆動できる
- 欠点は、フォーカスレンズが動いていないときでもコイル位置を維持するために位置制御を有効な状態にしておく必要がある点である
RFハイブリッドレンズとVCM/Nano USMの組み合わせ
- CanonはRFレンズにVCMを採用するにあたり、写真家と映像制作者の要件を同時に狙ったハイブリッドレンズシリーズを導入した
- これらのレンズはRFマウントのLレンズであり、シネレンズで主に見られる手動絞りリングのような、写真と映像の技術的利点を組み合わせるよう設計されている
- ハイブリッドRFレンズの例は次のとおり
- 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は2つのAF駆動システムを併用している
- 1対のVCMが主フォーカスレンズ群を駆動する
- Nano USMユニットがフローティングレンズ要素を駆動する
- 主フォーカスレンズ群は4枚のレンズ要素で構成され、かなりの重量があるため、強力なAFシステムが必要となる
- フローティングレンズは単一要素のため、より小型のNano USMでも十分に駆動できる
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
CanonがRFレンズでサードパーティを締め出して以来、Canonはもはや選択肢ではなくなった
Viltroxの最後のAFレンズを買ったが素晴らしく、Canonが圧力をかけたあとでRFボディを買ったことを後悔している
今はクロップセンサーボディにしかサードパーティを認めておらず、Fuji、Sony、Leica、Nikonはいずれもサードパーティレンズを許可しているのでFujiに乗り換えたし、戻るつもりはない
Canonは好きだが、閉鎖的なレンズシステムは理想的ではなく、価格もばかげて高い
サードパーティレンズを使えるようにするアダプターもどれもいまひとつだ
以前のEFマウントがオートフォーカスマウントの共通語のように使われ、SigmaやTamronのようなレンズのエコシステムが活発だった時代が恋しい
今でもSLRマウント向けのSigma Artレンズのうち、40mmと105mm f/1.4のようなものは画質面で比類がない
ついにマウントをサードパーティに開放し始めたのかと思っていたのに、実際にはそうではないなんて本当にがっかりだ
Canonのレンズ群が全体として素晴らしかったならまだここまで腹も立たなかっただろうが、RFの超広角ズームはどれも甘いか、周辺減光がひどい
2200ドルのRF 15-35mmを返品し、風景写真は今ではもうiPhone Proで撮っている
昔は犬の写真を撮るにはマニュアルフォーカスを使わなければならなかった
85mm/1.8レンズ初期のRing USM AFが発する、人間には聞こえないような音が犬を狂わせてしまい、部屋から飛び出していった
最初はカメラを向けること自体の心理的効果かと思ったが、ある晩カーテンの後ろに隠れてAFモーターだけを回してみても、犬はすぐに部屋を出ていった
その後のUSM AFモーターは犬にとって静かで、それ以来は写真を撮られるのを気にしなくなった
最初のきっかけはそれだったのかもしれないが、今ではUSMかどうかに関係なくどんなカメラも好まない
本当に素晴らしいウェブサイトだ
同じ著者のこの記事は、カメラボディが「フォーカス」ボタンを押されたとき、実際にこれらのモーターをどう使うかを決める、よりアルゴリズム寄りの問題を扱っている: https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-DSLR...
カメラボディがそれが目的の被写体かどうかをどう判断するのかについての記事は見つけられなかった
人の顔や鳥の顔を検出できることを考えると、ある程度は機械学習系が入っているのだろうと思う
一部の高級な従来型DSLRは、AFシステム補助用として約0.1MPほどの「高解像度」測光センサーを備えており、CanonのiSAやiTRがその例だ https://www.canon.com.hk/cpx/en/technical/pa_Overview_of_65-...
従来は写真家が選んだ単一のフォーカスポイントに合わせるか、より広いエリアAFモードでは通常それらの点のうち最も近い場所を選んでいた
トラッキングAFモードでは、前景の物体が一時的に元の被写体を遮ってもピントが急に飛ばないようにし、素早く動く被写体を追えるよう動きを予測しなければならない
上位機種では、被写体追跡時に反応性を高めるか粘って保持するかを調整でき、被写体の動きの線形性も設定できる
どう動作していたのかは分からないが、25年前にこのシステムを「学習」させるために使われた写真を見てみたかった
80年代半ばからCanonを使ってきた立場として、とても興味深く読んだ
Canonレンズ技術の記事一覧全体もあった: https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-CLT-...
その大半はすでに完成している
本当に興味深い取り組みだ。
動画撮影中にフォローフォーカスホイールでこれらのレンズのフォーカスモーターを直接制御する方法がまったくなく、ずっといら立ち、不満を言ってきた。
映像制作者たちはすでに、フォーカスモーター内蔵レンズの外側に粗雑なギア付きストリップを巻き付け、その上さらに大ぶりな機械式フォローフォーカス装置をボルト留めしている。
メーカーは、数千ドルもする手動の標準レンズを売る「シネマ」レンズのラインを守るために、直接制御を開放しないように見える。
それなのに、映像向きだと言わんばかりに「ハイブリッド」と名付けたレンズを売っておきながら、フォローフォーカス装置に合うギア式フォーカスリングすらなく、AFモーターをフォーカスホイールで駆動するための制御ポートもない。
Canonのカメラ制御SDKを見たところ、映画用途に向かないPTZカメラ2台を除き、全ラインでフォーカス制御が欠けていた。
https://www.nikon.com/company/news/2025/0213_imaging_02.html
ごく小さなピント差で数十枚を撮影し、後でPhotoshopで合成するためのものだ。
APIを見つけるのに時間がかかったが、Sonyは1つ用意しておきながらインターネット上からほぼ消してしまい、問い合わせメールも無視した。
APIがあっても、結果を得るのは厄介だ。
フォーカスモーターがきちんと1ステップずつ動くかどうかは、その瞬間にカメラがどれだけ忙しいかに左右されるようで、[撮影] - [待機] - [フォーカス移動] - [待機] - [撮影] の組み合わせをいろいろ試しているが、どの段階が実際に成功するのかがあまりにランダムに見える。
さまざまなオートフォーカスシステムがどう動作しているのか、ずっと知りたいと思っていたので、このページは素晴らしい。
実際に使っているのはNikonなので、Nikonのオートフォーカスシステムについてもこういう記事がもう1本あるとうれしい。
いまでもAFモーターがレンズ内にまったく入っていないオートフォーカスレンズを何本か持っていて、モーターはカメラボディ側にあり、レンズマウントの小さなネジが回転をレンズ内のフォーカス機構へ伝える。
自分のカメラではこの方式はとても遅く、うるさかった。
一方でCanonでは、「測光不可」が問題になることはほとんどないように思う。
何十年もCanon DSLRを使ってきて、Nikonが自ら足を撃つのを2度見てきた。
Nikonが、Canonやほかの現代的な設計と同じく電子絞りを使う「E」レンズを導入したとき、対応ボディは非常に少なく、レンズ発売前に対応ボディを先に普及させておく先見性もなかった。
たとえば2008年発売のこのレンズ https://www.kenrockwell.com/nikon/24mm-pc.htm では、最も古い対応ボディでも2007年製で、D90のような多くのDXボディや、すべてのフィルムカメラでは動作しない。
2016年にNikonがAF-Pステッピングモーターレンズを導入したときも、2013年以前の対応ボディはなく、やはり将来への備えが足りなかった。
CanonはFLマウントからFDへ、FDからEFへ移行した際に2度ユーザーを怒らせたが、EFでは完全電子式、絞りスライダーなし、フォーカスネジなし、大口径という形で、ほぼ正しくやった。
2017年製のCanon Ring USM AFおよびISレンズを、1987年発売の最初のEOS 650フィルムボディに装着しても、AFとISは完全に動作した。
どちらもEOS誕生時には存在しなかった機能だが、AFの電子プロトコルはレンズ内モーター技術に依存せず、ISはボディが知らなくてもレンズ単体で処理できるようだ。
Nikonの互換性の落とし穴は、優秀ではあるが完璧ではないCanonの互換性と比べても話にならない。
Nikonは、F-Zマウントアダプターにネジ駆動モーターを入れないなど、同じ失敗を繰り返しており、古いレンズやボディのユーザーを嫌っている会社のように見える。
これも今に始まったことではなく、Nikon F-1アダプターでも特定の機能が省かれていた。
超音波モーター = AF-S (1998)、ステッピングモーター = AF-P (2016)、ボイスコイルモーター = SSVCM (2022)
https://imaging.nikon.com/imaging/lineup/lens/glossary/
これらの圧電アクチュエーターは本当にすごい。
仕組みを示す動画: https://www.youtube.com/watch?v=7iHL4ZCkCKc
そのようなモーターが最高速度で回る動画: https://www.youtube.com/watch?v=JtttNnmCVmU
2本目の動画の駆動器は、CanonのNano USMと関係がありそうだ。
それとも、こうした部品を専門に作る別の会社があるのだろうか?
この読者層が興味を持ちそうな点として、こうしたモーターの種類はすべて開ループなので、特定の状態を正確かつ再現可能に指令することはできない。
つまり、たとえばレンズに3mへピントを合わせろという信号を送っても、次に3mへ合わせたときにまったく同じ状態になる保証はない。
そのためカメラのキャリブレーションは難しくなりがちで、一度調整したらその後はカメラに触れたくないことが多い。
素晴らしい記事です。
EF 400mm f2.8の第2世代レンズを持っていますが、このレンズはかなり新しいR6Mk2よりも古い7Dmk2のほうでずっと速くピントが合います。
他のすべてのレンズでは逆なので、なぜこうなるのか不思議です。
以前の7Dや1DのボディはAFモーターにより多くの電力を送っている可能性があるという話は聞いたことがありますが、確認された資料は見たことがありません。
説明できず申し訳ありませんが、時間があればもっと深く調べることはできます。ただ、お約束はできません。
@ExAr、情報の宝庫のような資料で、その労力に感謝します。
こうしたグラフィックをどうやって作っているのかもブログに書いているのか気になります。
たとえばこのファインダー画像 https://exclusivearchitecture.com/images/technical-articles/... は本当に印象的です。
光線と目をどのようにシミュレーションしたのか気になります。
ファインダー画像の実際の光路は、専門的なレイトレーシングシミュレーションを提供してくれた日本人の光学エンジニアの協力を得て描きました。