- Depuis l’introduction de l’EOS/EF, Canon a utilisé différents moteurs autofocus sur les objectifs EF, EF-S, EF-M, RF et RF-S, et les différences de mode d’entraînement de la mise au point selon les générations d’objectifs influencent les performances en photo comme en vidéo
- Le groupe de lentilles de mise au point se déplace le long de l’axe optique, mais les méthodes pour produire ce mouvement se divisent entre l’entraînement rotatif, qui convertit une rotation, et l’entraînement linéaire, qui pousse directement le groupe de lentilles
- Les familles allant de l’AFD, Ring-Type USM, DC Micro Motor, Micro USM, STM, Nano USM à VCM diffèrent par la vitesse, le bruit, le couple et le mode de contrôle, et la seule mention USM ne permet pas d’identifier précisément la structure interne
- Le Full-Time Manual Focus a d’abord été proposé avec le Ring-Type USM, et les STM, Nano USM et VCM prennent toujours en charge le remplacement manuel grâce au focus-by-wire, où la bague de mise au point commande électroniquement le mécanisme d’entraînement
- Les récents Nano USM et VCM déplacent directement le groupe de lentilles de mise au point sans mécanisme de conversion rotation-linéaire, et dans les objectifs hybrides RF, ils visent à la fois les besoins de la photo et de la vidéo
Structure de base des systèmes d’entraînement AF Canon
- L’autofocus repose sur une structure où le autofocus detection system de l’appareil détermine la position de mise au point idéale puis ordonne au mécanisme d’entraînement AF de l’objectif d’effectuer le déplacement
- Canon a conçu l’autofocus comme fonction standard lors de l’introduction du système EOS et des objectifs EF en 1987
- Le groupe de lentilles de mise au point se déplace linéairement le long de l’axe optique, mais les actionneurs se répartissent en deux grandes familles
- Système à entraînement rotatif : la rotation du moteur est convertie en mouvement linéaire par des mécanismes de précision comme un fût à rainure hélicoïdale ou une vis mère
- Système à entraînement linéaire : le groupe de lentilles de mise au point est relié directement à un actionneur linéaire, sans mécanisme de conversion supplémentaire
- Les premiers systèmes AF utilisaient un mouvement rotatif, comme l’AFD, le Ring-Type USM, le DC Micro Motor, le Micro USM, le Micro USM II et le STM, avant de s’étendre ensuite à des entraînements linéaires comme le Nano USM et le VCM
Marquages des objectifs et remplacement manuel de la mise au point
- Si aucune technologie AF n’est indiquée sur le fût de l’objectif, l’objectif AF Canon concerné utilise un AFD ou un DC Micro Motor
- La mention USM ne désigne pas une seule architecture de moteur
- Les systèmes USM de Canon incluent le Ring-Type USM, le Micro USM I/II et le Nano USM linéaire
- Ces trois familles utilisent toutes une technologie piézoélectrique, mais leurs mécanismes sont différents
- L’introduction du STM coïncide avec celle du système à monture EF-M, et tous les objectifs EF-M utilisent la technologie Stepper Motor
- Le Full-Time Manual Focus, qui permet de reprendre la mise au point manuellement même lorsque l’AF est actif, varie fortement selon la technologie AF
- Le Ring-Type USM est le premier système AF à avoir proposé cette fonction
- Jusqu’en 2012, la plupart des autres objectifs n’offraient pas de réglage manuel de la mise au point lorsque l’AF était actif
- Les STM, Nano USM et VCM offrent toujours le FTM via un système focus-by-wire, dans lequel la bague de mise au point commande électroniquement le mécanisme AF
Arc-Form Drive, AFD
- L’AFD a été utilisé de 1987 à 1990 ; au départ, le sigle signifiait autofocus drive, avant d’évoluer ensuite vers Arc-Form Drive
- Il s’agit du premier moteur AF utilisé dans les objectifs EF, intégrant une unité moteur, un mécanisme d’entraînement par engrenages et une structure de transmission pour la commutation manuel/auto
- Son assemblage en forme d’arc facilitait son intégration à l’intérieur d’un fût d’objectif cylindrique
- Exemples d’objectifs qui l’utilisent
- 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
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Entraînement et retour d’information
- L’AFD utilise un moteur pas à pas bipolaire asymétrique à 2 phases
- Il se compose d’un noyau de stator, de deux bobines électromagnétiques et d’un rotor à aimant permanent
- Sa structure bipolaire permet au courant de circuler dans les deux sens dans chaque bobine
- Le caractère asymétrique signifie que la forme du stator n’est pas symétrique en rotation, contrairement à un moteur pas à pas classique
- Le train d’engrenages de réduction diminue la vitesse de l’engrenage de sortie et augmente le couple
- Deux systèmes de retour d’information surveillent l’état de fonctionnement
- Deux capteurs à effet Hall placés près du rotor détectent les variations du champ magnétique pour confirmer la rotation du rotor
- Une roue codeuse optique alternant zones noires et réfléchissantes, ainsi qu’un capteur infrarouge à réflexion, mesurent le nombre de pas de rotation
- Comme les instructions AF indiquent généralement combien de pas effectuer dans une direction donnée, le retour de l’encodeur est essentiel pour le contrôleur de l’objectif
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Limites
- L’engrenage de sortie de l’AFD sert aussi d’élément de transmission qui entraîne directement le fût hélicoïdal de mise au point
- Un levier métallique relié au commutateur AF/MF connecte l’engrenage de sortie soit au train d’engrenages du moteur, soit à l’engrenage d’entrée manuel, mais jamais aux deux à la fois
- Une fois connecté à un côté, il est découplé de l’autre, ce qui empêche la prise en charge du Full-Time Manual Focus
- Son bruit de fonctionnement est important, il est plus lent que les autres systèmes AF, et son temps de réponse se remarque lors du suivi des sujets en mouvement
- Après la mise au point, il faut exécuter séquentiellement la fermeture du diaphragme, alors que les objectifs dotés d’autres moteurs AF peuvent actionner simultanément le moteur AF et le diaphragme
- Malgré ces faiblesses, les objectifs AFD offrent des performances autofocus fiables
Ring-Type Ultrasonic Motor, USM
- Le Ring-Type USM a été introduit en novembre 1987 avec l’objectif Canon EF 300mm F2.8L USM, et est utilisé de 1987 à aujourd’hui
- C’est un actionneur qui produit une rotation en combinant l’effet piézoélectrique et le frottement, plutôt qu’une bobine électromagnétique ou un rotor magnétique
- Sa forme annulaire s’intègre bien à l’intérieur du fût de l’objectif, et le système optique passe par le centre de l’anneau
- Lors de son introduction, il était révolutionnaire en matière de conception et de fonctionnalités grâce à un entraînement très rapide et silencieux
- Son couple élevé lui permet de déplacer les lourds groupes de lentilles de mise au point des super-téléobjectifs, et il peut être relié au mécanisme de mise au point sans train de réduction
- Il offre un couple de maintien élevé même lorsque la puissance d’entrée est nulle, la faible inertie du rotor permet des démarrages et arrêts rapides, et il n’est pas affecté par les champs électromagnétiques
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Structure
- Les principaux composants se répartissent entre le rotor, le stator piézoélectrique et plusieurs anneaux de support
- Le rotor est la seule pièce qui tourne réellement autour de l’axe optique pendant le fonctionnement du moteur, et il comporte un rail de glissement du côté du stator
- Le stator est un corps métallique élastique, avec à l’arrière un anneau d’éléments céramiques piézoélectriques soudé
- Lorsque la couche piézoélectrique est excitée électriquement, le stator vibre, et l’énergie vibratoire est transmise au rotor par frottement
- Un anneau de feutre protège la couche piézoélectrique sensible des anneaux de support métalliques et réduit les vibrations transmises au fût de l’objectif
- Un ressort de compression fournit la précharge qui presse fortement le stator et le rotor l’un contre l’autre, ce qui est essentiel au fonctionnement du Ring-Type USM
- Canon utilise deux tailles d’anneaux de stator, de 62 mm et 77 mm de diamètre extérieur
- Exemples en 62 mm : Canon EF 24mm F1.4 L USM, EF 50mm F1.2 L USM, EF 100mm F2 USM
- Exemples en 77 mm : Canon EF 400mm F2.8 L IS USM, EF 600mm F4 L IS USM
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Anneau piézoélectrique et onde progressive
- Le moteur ne fonctionne que si le stator vibre avec précision, et cette vibration est produite par un anneau céramique piézoélectrique segmenté soudé à l’arrière du stator élastique
- Les éléments piézoélectriques sont regroupés en groupes A et B, disposés avec un déphasage spatial de λ/4
- Chaque élément piézoélectrique est pris entre des électrodes et se courbe vers le haut ou vers le bas par effet piézoélectrique inverse lorsqu’un champ électrique est appliqué
- Lorsqu’une tension alternative haute fréquence est appliquée, l’anneau de stator vibre, avec une amplitude d’environ 1–2 µm
- Si l’on excite séparément les groupes A et B, on obtient des ondes stationnaires ; si l’on excite simultanément les deux groupes avec un déphasage temporel de λ/4, les ondes stationnaires se combinent en une onde progressive
- La fréquence de résonance du Canon Ring-Type USM est d’environ 27 000 Hz, dans le domaine des ultrasons, d’où l’appellation Ultrasonic Motor
- La direction de l’onde progressive change selon le signe du déphasage temporel, ce qui inverse également le sens de rotation du rotor
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Retour d’information et conversion d’énergie
- L’anneau de stator comprend, en plus des éléments piézoélectriques qui génèrent l’onde, de petits éléments piézoélectriques capteurs qui mesurent l’intensité des vibrations
- Comme les éléments piézoélectriques produisent une tension lorsqu’ils se déforment, la sortie du capteur reflète l’amplitude de l’onde du stator à cet emplacement
- Le circuit de commande utilise ce signal pour ajuster la fréquence des phases A/B afin de l’aligner sur la fréquence de résonance propre du stator et maximiser l’amplitude de l’onde progressive
- La fréquence de résonance propre peut varier selon les tolérances de fabrication et la température du stator
- Le fonctionnement est une conversion en deux étapes : l’énergie électrique est transformée en vibration ondulatoire du stator piézoélectrique, puis cette vibration ultrasonique d’environ 27 kHz est convertie par frottement en rotation continue dans un seul sens
- Dans l’exemple donné, si le stator comporte 9 crêtes d’onde et est excité à 27 000 Hz, une seule crête d’onde fait le tour de la circonférence du stator 3 000 fois par seconde
- En pratique, la vitesse du rotor en excitation continue est généralement de 70–90 rpm, et peut être réduite par modulation de largeur d’impulsion
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Limites et FTM
- Comme il utilise le frottement, il n’est pas conçu pour un fonctionnement continu, et sa durée de vie attendue est inférieure à celle d’un moteur électrique classique
- Un bruit ultrasonique inaudible pour l’oreille humaine peut être capté par des microphones sensibles, ce qui peut poser problème en prise de vue vidéo
- Les coûts de production sont élevés en raison de la denture du stator usinée avec précision par CNC, de la fabrication et de l’application de la céramique piézoélectrique, ainsi que de l’alimentation haute fréquence et du circuit de commande avec retour d’information
- La Full-Time Manual Focus du Ring-Type USM n’est pas une fonction propre à l’unité d’entraînement ultrasonique elle-même, mais rendue possible par un mécanisme différentiel rotatif
- L’anneau de sortie comporte trois petites roues, placées entre l’anneau d’entrée manuel et l’anneau d’entrée moteur
- Grâce à cette structure différentielle, que l’anneau de mise au point manuelle ou l’entrée moteur fasse tourner l’anneau de sortie, la force n’est pas transmise de force à l’autre entrée
- Lorsqu’un des anneaux d’entrée ne bouge pas, la vitesse de sortie est réduite à la moitié de la vitesse d’entrée
DC Micro Motor
- Le DC Micro Motor a été utilisé de 1990 à 2012, et est parfois abrégé en MM
- Son apparence est proche de l’AFD et il transmet la puissance du moteur au fût de lentille de mise au point via un train de réduction, mais le moteur lui-même n’est pas un moteur pas à pas : c’est un minuscule moteur à courant continu
- Il est considéré, avec l’AFD, comme l’une des solutions de moteur AF les moins évoluées utilisées dans les objectifs Canon, et se retrouve surtout dans les objectifs AF d’entrée de gamme
- Exemples d’objectifs concernés : Canon EF-S 18-55mm F3.5-5.6, EF 50mm F1.8 II, série EF 75-300mm F4-5.6, etc.
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Train d’engrenages et encodeur
- Comme le moteur à courant continu tourne très vite lorsqu’il est alimenté, le train d’engrenages réduit fortement la vitesse de rotation et augmente le couple en sortie
- Un levier déplace un engrenage entre deux positions
- Dans la position de base, le train d’engrenages est fermé et la rotation du moteur est transmise à l’engrenage de sortie
- Lorsque l’interrupteur AF/MF est placé sur MF, les engrenages se désaccouplent et la liaison entre le moteur et l’engrenage de sortie est coupée
- À cause de cette structure, le DC Micro Motor ne prend pas en charge la Full-Time Manual Focus
- Une petite poulie sur l’axe du rotor entraîne une grande poulie via une courroie en caoutchouc, ce qui aide à réduire les vibrations de fonctionnement du moteur
- Le premier engrenage est muni d’une roue codeuse percée de nombreux petits trous sur sa circonférence, et un faisceau infrarouge avec capteur détecte le passage des trous pour compter les pas
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Fonctionnement du moteur DC à balais
- Le type exact du moteur est un moteur DC à balais à 2 pôles et 3 bobines
- Les deux bornes à l’arrière sont reliées à des balais métalliques, qui alimentent le rotor en touchant le collecteur
- Le rotor comporte 3 bobines enroulées sur un noyau métallique, chaque bobine étant un électroaimant dont la polarité peut s’inverser
- La tension de fonctionnement est de 4–6 V DC et, grâce à la structure du collecteur, la polarité électrique et magnétique des bobines s’inverse au moment où elles se rapprochent le plus des aimants permanents
- Grâce à ce principe, ce petit moteur DC peut fonctionner jusqu’à 6 000 rpm, et si l’on inverse la polarité de la tension appliquée aux balais, il tourne dans l’autre sens
- Il fonctionne uniquement en tension continue, sans nécessiter de circuit pilote complexe comme un moteur pas à pas, mais le circuit de commande doit pouvoir gérer un courant relativement important
- Son couple étant limité, il est presque toujours utilisé dans des objectifs compacts avec des groupes de lentilles de mise au point petits et légers, et son bruit de fonctionnement est relativement élevé
Micro USM et Micro USM II
- Micro USM a été introduit en 1992, et Micro USM II a suivi en 2002 avec une conception ultra-compacte faisant la moitié de la taille de la version d’origine
- Les deux familles ont été utilisées jusqu’en 2016 et font partie de la gamme de moteurs ultrasoniques de Canon
- Il s’agit de petits moteurs ultrasoniques cylindriques de 11 mm de diamètre, qui génèrent des vibrations à l’aide d’éléments en céramique piézoélectrique
- Le Micro USM d’origine mesure 26,7 mm de long, contre 13,4 mm pour le Micro USM II
- Le pignon de sortie est relié au barillet de came de mise au point via une boîte de réduction qui diminue la vitesse et augmente le couple
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Éléments piézoélectriques laminés et nutation
- Le Micro USM est constitué d’un rotor, d’un stator, de pièces auxiliaires et d’une structure de support empilés sous pression sur un arbre métallique
- Le stator est un LPE, c’est-à-dire un laminated piezoelectric element, inséré entre deux oscillateurs métalliques
- Comme l’amplitude vibratoire de chaque disque piézoélectrique est très faible, environ 25 disques circulaires sont empilés pour former une pièce cylindrique multicouche
- Les moitiés des disques sont polarisées en sens opposés et peuvent être excitées en deux phases A/B
- Lorsque le LPE est excité sur les deux phases par une tension haute fréquence avec un décalage temporel de λ/4, le stator effectue un mouvement de nutation autour de l’axe
- Cette nutation agit comme une unique crête et un unique creux se déplaçant le long de la circonférence sur la surface supérieure de l’oscillateur, avec une amplitude d’environ 2µm, donc invisible à l’œil nu
- Le frottement créé au contact sous pression entre le stator et le rotor transmet l’énergie au rotor, et le rotor comme le pignon de sortie tournent dans le sens opposé à l’onde progressive du stator
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Points communs et différences avec le Ring-Type USM
- Les deux moteurs utilisent des éléments piézoélectriques pour générer la vibration de flexion du stator, et l’excitation ultrasonique amplifie la vibration de l’oscillateur
- Ils créent une onde progressive à la surface du stator et font tourner le rotor dans le sens opposé grâce au frottement
- Les deux moteurs sont inaudibles pour l’oreille humaine, mais un microphone sensible peut capter du bruit pendant un enregistrement vidéo, et ils ne sont pas conçus pour un fonctionnement continu de longue durée
- Le Ring-Type USM crée 7 à 9 ondes progressives sur un stator annulaire
- Le Micro USM produit sur un stator cylindrique un mouvement de nutation proche d’une seule crête et d’un seul creux
- Le Micro USM est bien plus petit, mais sa vitesse de sortie est relativement élevée, d’où la nécessité d’une boîte de réduction
- Le Micro USM et le Micro USM II ont un coût de production relativement faible, ce qui explique leur utilisation dans des objectifs d’entrée et de milieu de gamme
- Exemples d’objectifs : 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, etc.
Stepper Motor, STM
- En juin 2012, Canon a annoncé les EF 40mm F2.8 STM et EF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS STM, premiers objectifs à utiliser la désignation STM
- STM est l’abréviation de stepper motor ; la technologie pas à pas était déjà utilisée dans l’AFD, mais le moteur des objectifs STM est beaucoup plus petit et de structure différente
- Les objectifs Canon STM offrent un autofocus très silencieux et fluide, ce qui en fait une option adaptée aussi bien à la photo qu’à la vidéo
- Le STM est largement utilisé non seulement dans les objectifs EF et EF-S, mais aussi dans les objectifs RF et RF-S récents
- Exemples d’objectifs utilisant ce système : 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, etc.
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Deux modes de transmission
- Canon utilise deux modes de transmission pour convertir le mouvement rotatif du STM en mouvement linéaire du groupe de lentilles de mise au point
- Lead-Screw-Type STM : un entraînement par vis sans fin déplace l’unité optique de mise au point axialement le long de deux rails de guidage
- Gear-Type STM : utilise des roues dentées et se connecte au final à un barillet de mise au point doté de rainures hélicoïdales
- Même si le mode de transmission diffère, le moteur pas à pas lui-même est identique
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Conception can-stack
- Le moteur des objectifs STM est un moteur pas à pas bipolaire à 2 phases utilisant un rotor à aimant permanent
- Contrairement au moteur pas à pas de l’AFD, la version STM utilise un stator à symétrie de rotation
- Le moteur STM de Canon comporte 20 pôles de champ, soit 10 pôles de champ par phase
- Chaque enroulement de phase est entouré d’une coque en acier, et des dents triangulaires s’étendent vers le centre en alternance
- Les anneaux de dents du stator des phases A et B doivent être décalés de 18 degrés l’un par rapport à l’autre ; cette structure est appelée conception can-stack ou tin-can
- Le rotor est un cylindre en céramique ferrite magnétisé selon un motif à 10 pôles
- Après 4 étapes de fonctionnement, le rotor tourne de 72 degrés, et il faut 20 pas pour accomplir une révolution complète
- Comme le rotor suit précisément le champ magnétique, aucun système de contrôle par retour d’information séparé n’est nécessaire
- Le moteur des objectifs Canon STM est une unité extrêmement petite de 8 mm de diamètre, encore plus petite qu’un DC Micro Motor
- En raison de cette taille, le STM convient davantage aux petits éléments de mise au point et a peu de chances d’être utilisé dans de lourds super-téléobjectifs
- Les objectifs Canon STM utilisent le focus-by-wire et prennent donc en charge le Full-Time Manual Focus à tout moment
Nano USM
- Nano USM est l’ajout le plus récent à la famille des moteurs ultrasoniques de Canon, utilisé de 2016 à aujourd’hui
- Canon a appliqué pour la première fois le Nano USM en annonçant l’objectif EF-S 18-135mm F3.5-5.6 IS USM, et a abandonné la même année le précédent moteur ultrasonique Micro USM
- Le Nano USM crée des vibrations à l’aide d’éléments en céramique piézoélectrique, mais ne produit pas de sortie rotative
- Il s’agit d’un entraînement linéaire qui génère un déplacement linéaire sans barillet hélicoïdal ni vis mère, et pousse directement axialement la cellule de lentilles de mise au point le long de rails de guidage
- L’unité de lentilles de mise au point est équipée d’un encodeur de position alternant bandes sombres et réfléchissantes, et un capteur infrarouge compte les pas de déplacement
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Structure de l’actionneur
- Le composant central est l’actionneur Nano USM, une petite pièce métallique élastique d’environ 20 mm de long
- Un élément en céramique piézoélectrique est fixé en bas, et la surface inférieure de la couche piézoélectrique comporte trois électrodes
- Deux petites protubérances sur le dessus sont en contact sous pression avec un rail coulissant fixe
- Malgré sa très petite taille, il produit un couple de sortie relativement élevé et offre des caractéristiques de démarrage et d’arrêt rapides, ainsi qu’une vitesse de sortie élevée contrôlable
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Deux modes de vibration et déplacement linéaire
- Le Nano USM entre dans deux modes de vibration de flexion pendant le fonctionnement
- Le mode 1 est un mode de flexion hors plan qui donne à l’actionneur une forme en selle
- Le mode 2 est un autre mode de flexion hors plan qui donne à l’actionneur une forme ondulée
- Les deux modes sont excités par une tension haute fréquence proche de la fréquence de résonance propre du corps métallique élastique
- Lorsque les deux modes de vibration se combinent, le point de contact décrit un mouvement elliptique, et la réaction de frottement avec le rail coulissant fixe déplace linéairement le châssis du Nano USM
- L’amplitude réelle est extrêmement faible, si bien qu’aucune déformation n’est visible en fonctionnement
- La fréquence d’excitation ultrasonique est inaudible pour l’oreille humaine et a peu de chances d’être captée par un microphone
- Comme sa puissance est un peu plus faible, le Nano USM est privilégié pour déplacer des groupes optiques plus petits
- Les objectifs Nano USM utilisent eux aussi le focus-by-wire et prennent en charge le Full-Time Manual Focus
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Dual Nano USM
- Le Canon RF 70-200mm F2.8L IS USM, lancé en 2019, est le premier objectif à intégrer la technologie Dual Nano USM
- Le Dual Nano USM consiste à installer deux petits systèmes d’entraînement ultrasonique à l’intérieur du fût de l’objectif
- Chaque entraînement AF déplace l’un des deux groupes de mise au point internes
- L’un gère le groupe de mise au point
- L’autre gère le groupe flottant
- Un système Dual Nano USM est également intégré à l’objectif Canon RF 100-300mm F2.8 L IS USM
Voice Coil Motor, VCM
- Le VCM a commencé à être utilisé comme entraînement AF dans les objectifs photo Canon à partir de 2024
- Canon utilisait déjà depuis longtemps des voice coil motors pour entraîner l’image stabilization unit, et ils étaient aussi employés depuis des décennies comme entraînement AF dans les objectifs cinéma
- Le Canon RF 35mm F1.4 L VCM est le premier objectif photo à intégrer un voice coil motor
- Le VCM offre à la fois une petite taille, un faible poids, une réponse rapide, un contrôle de position précis, une force d’entraînement élevée et de faibles pertes par frottement
- Grâce à sa conception linéaire, il n’a pas besoin de barillet hélicoïdal ni de vis-mère pour convertir une rotation en déplacement linéaire, et il est pratiquement silencieux même lors d’un enregistrement micro sensible, ce qui le rend adapté aussi bien à la photo qu’à la vidéo
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Principe de fonctionnement
- L’objectif Canon RF 35mm F1.4 L VCM comporte deux voice coil motors identiques fixés à la cellule de lentilles de mise au point
- La structure symétrique empêche l’apparition de contraintes déséquilibrées dans le mécanisme et garantit un mouvement de glissement fluide
- Chaque voice coil est soutenu par un rail de glissement traversant son centre, et ce rail définit la plage de déplacement axial
- De puissants aimants permanents sont disposés au-dessus et au-dessous de la bobine, de sorte que le champ magnétique traverse la bobine
- Lorsqu’un courant traverse la bobine, la force de Lorentz agit sur elle et la déplace axialement le long du rail de glissement
- La force produite est proportionnelle à la densité de flux du champ magnétique et à l’intensité du courant, et sa direction dépend du sens du courant
- En appliquant à la bobine des impulsions de tension très brèves, il est possible de l’actionner avec une très grande précision dans la direction souhaitée
- Son inconvénient est que le contrôle de position doit rester actif pour maintenir la position de la bobine, même lorsque la lentille de mise au point ne bouge pas
Objectifs hybrides RF et combinaison VCM/Nano USM
- Avec l’adoption du VCM sur les objectifs RF, Canon a introduit une série d’objectifs hybrides pensée à la fois pour les photographes et les vidéastes
- Ces objectifs sont des objectifs L en monture RF, conçus pour combiner les avantages de technologies photo et vidéo, comme la bague d’ouverture manuelle surtout présente sur les objectifs cinéma
- Exemples d’objectifs RF hybrides :
- Canon RF 24mm F1.4 L VCM
- Canon RF 35mm F1.4 L VCM
- Canon RF 50mm F1.4 L VCM
- Le Canon RF 35mm F1.4 L VCM utilise conjointement deux systèmes d’entraînement AF
- Une paire de VCM entraîne le groupe principal de lentilles de mise au point
- Une unité Nano USM entraîne l’élément de lentille flottante
- Le groupe principal de lentilles de mise au point se compose de quatre éléments et a donc un poids conséquent, ce qui nécessite un système AF puissant
- La lentille flottante n’étant qu’un seul élément, un Nano USM plus petit suffit à l’entraîner
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Depuis que Canon a bloqué les tiers sur les objectifs RF, Canon n’est plus une option
J’ai acheté le dernier objectif AF de Viltrox, il était excellent, et après la pression exercée par Canon, j’ai regretté d’avoir acheté un boîtier RF
Aujourd’hui, les tiers ne sont autorisés que sur les boîtiers à capteur APS-C, alors que Fuji, Sony, Leica et Nikon autorisent tous les objectifs tiers ; je suis donc passé chez Fuji et je n’ai aucune intention de revenir
J’aime Canon, mais un système d’objectifs fermé n’est pas idéal, et les prix sont absurdement élevés
Les adaptateurs censés permettre d’utiliser des objectifs tiers sont tous médiocres
L’époque où l’ancienne monture EF servait de lingua franca des montures autofocus, avec un écosystème dynamique d’objectifs Sigma, Tamron, etc., me manque
Même aujourd’hui, parmi les Sigma Art pour montures reflex, certains comme les 40 mm et 105 mm f/1,4 restent incomparables en qualité d’image
Je pensais qu’ils commençaient enfin à ouvrir la monture aux tiers ; si ce n’est pas vraiment le cas, c’est très décevant
Je serais moins contrarié si la gamme d’objectifs Canon était globalement excellente, mais les zooms ultra grand-angle RF sont tous soit mous, soit très sujets au vignettage
J’ai renvoyé le RF 15-35 mm à 2 200 dollars, et désormais je prends simplement mes photos de paysage avec un iPhone Pro
À une époque, pour photographier mon chien, je devais faire la mise au point manuelle
Le premier AF Ring USM de mon objectif 85 mm/1,8 émettait un son apparemment inaudible qui rendait mon chien fou et le faisait quitter la pièce en courant
Au début, je pensais que c’était l’effet psychologique de pointer l’appareil vers lui, mais un soir, caché derrière les rideaux, il a suffi que je fasse tourner le moteur AF pour qu’il quitte aussitôt la pièce
Les moteurs AF USM ultérieurs étaient silencieux pour le chien, et à partir de là il acceptait d’être photographié
C’est peut-être comme ça que ça a commencé, mais maintenant, USM ou non, il n’aime aucun appareil photo
Site vraiment excellent
Cet autre article du même auteur traite d’une question plus algorithmique : comment le boîtier décide réellement d’utiliser ces moteurs quand on appuie sur le bouton de « mise au point » : https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-DSLR...
Je n’ai pas trouvé d’article expliquant comment le boîtier détermine si c’est bien le sujet voulu ou non
Vu qu’il peut détecter des visages humains ou des têtes d’oiseaux, j’imagine qu’il y a une forme de machine learning derrière
Certains reflex traditionnels haut de gamme disposaient d’un capteur de mesure « haute résolution » d’environ 0,1 MP pour assister le système AF ; Canon iSA et iTR en sont des exemples https://www.canon.com.hk/cpx/en/technical/pa_Overview_of_65-...
Traditionnellement, l’appareil faisait la mise au point sur le collimateur unique choisi par le photographe, ou, dans les modes de zone AF plus large, choisissait généralement le point le plus proche parmi ceux-ci
En mode AF de suivi, il faut éviter que la mise au point saute brusquement lorsqu’un objet au premier plan masque brièvement le sujet initial, et prédire le mouvement pour suivre les sujets qui se déplacent rapidement
Les modèles haut de gamme permettent de régler, lors du suivi du sujet, s’il faut privilégier la réactivité ou au contraire « s’accrocher » au sujet, ainsi que la linéarité du mouvement du sujet
Je ne sais pas comment cela fonctionnait, mais j’aurais aimé voir les photos utilisées il y a 25 ans pour « entraîner » ce système
En tant qu’utilisateur de Canon depuis le milieu des années 80, j’ai trouvé cette lecture vraiment intéressante
Il y avait aussi toute une collection d’articles techniques sur les objectifs Canon : https://exclusivearchitecture.com/03-technical-articles-CLT-...
La plupart sont déjà terminés
Un travail vraiment passionnant.
Cela fait longtemps que je suis agacé et que je me plains de l’absence franchement absurde de moyen de contrôler directement les moteurs de mise au point de ces objectifs avec une molette de follow focus pendant le tournage vidéo.
Les vidéastes en sont déjà à enrouler des bandes de dents d’engrenage bricolées autour d’objectifs qui ont déjà un moteur de mise au point intégré, puis à y boulonner en plus un gros dispositif mécanique de follow focus.
J’ai l’impression que les fabricants refusent d’ouvrir un contrôle direct pour protéger leurs gammes d’objectifs « cinéma » manuels vendus plusieurs milliers de dollars.
Et pourtant, ils vendent des objectifs « hybrides » qui ne le sont que par le nom, censés être meilleurs pour la vidéo, sans même une bague de mise au point crantée compatible avec un follow focus ni port de contrôle permettant de piloter le moteur AF depuis une molette de mise au point.
J’ai regardé le SDK de contrôle des appareils Canon : le contrôle de la mise au point est absent de toute la gamme, à l’exception de deux caméras PTZ qui ne conviennent pas au cinéma.
https://www.nikon.com/company/news/2025/0213_imaging_02.html
Le but est de prendre des dizaines de photos avec de très petites différences de mise au point, puis de les fusionner ensuite dans Photoshop.
Il m’a fallu du temps pour trouver l’API : Sony en avait créé une, puis l’a quasiment effacée d’Internet, et a ignoré mes mails de demande.
Même avec l’API, obtenir un résultat est délicat.
Le fait que le moteur de mise au point avance correctement d’un pas semble dépendre de l’occupation de l’appareil à ce moment-là, et j’essaie diverses combinaisons de [prise de vue] - [attente] - [déplacement de la mise au point] - [attente] - [prise de vue], mais l’étape qui réussit réellement semble beaucoup trop aléatoire.
J’ai toujours voulu savoir comment fonctionnaient les différents systèmes autofocus, et cette page est excellente.
Comme j’utilise en pratique du Nikon, j’aimerais bien qu’il existe aussi un article comme celui-ci sur le système autofocus Nikon.
J’ai encore quelques objectifs autofocus qui n’ont aucun moteur AF dans l’objectif : le moteur est dans le boîtier, et une petite vis dans la monture transmet la rotation aux éléments de mise au point dans l’objectif.
Sur mes appareils, ce système était très lent et bruyant.
À l’inverse, chez Canon, je pense que « pas de mesure de lumière » pose rarement problème.
En plusieurs décennies d’utilisation de reflex Canon, j’ai vu Nikon se tirer deux fois une balle dans le pied.
Quand Nikon a introduit les objectifs « E », avec diaphragme électronique comme Canon et toutes les conceptions modernes, très peu de boîtiers étaient compatibles, et ils n’avaient pas eu la prévoyance de déployer d’abord des boîtiers compatibles avant de sortir les objectifs.
Par exemple, pour cet objectif sorti en 2008 https://www.kenrockwell.com/nikon/24mm-pc.htm, le plus ancien boîtier compatible date de 2007, et il ne fonctionne pas avec de nombreux boîtiers DX comme le D90 ni avec aucun boîtier argentique.
En 2016, lorsque Nikon a introduit les objectifs AF-P à moteur pas-à-pas, il n’existait aucun boîtier compatible avant 2013, et là encore la préparation de l’avenir faisait défaut.
Canon a fâché ses utilisateurs deux fois, lors du passage de la monture FL à FD puis de FD à EF, mais avec EF ils ont presque tout bien fait : entièrement électronique, pas de levier de diaphragme, pas de vis de mise au point, grand diamètre.
En montant un objectif Canon Ring USM AF et IS de 2017 sur le tout premier boîtier argentique EOS 650 lancé en 1987, l’AF et l’IS fonctionnaient parfaitement.
Ce sont des fonctions qui n’existaient même pas à la naissance de l’EOS, mais le protocole électronique AF semble indépendant de la technologie de moteur dans l’objectif, et l’IS peut apparemment être géré uniquement par l’objectif sans que le boîtier le connaisse.
Les pièges de compatibilité de Nikon n’ont rien à voir avec la compatibilité de Canon, excellente même si elle n’est pas parfaite.
Nikon répète les mêmes erreurs, par exemple en n’intégrant pas de moteur à vis dans l’adaptateur de monture F-Z, et donne l’impression d’une entreprise qui n’aime pas les gens possédant d’anciens objectifs et boîtiers.
Ce n’est pas nouveau non plus : l’adaptateur Nikon F-1 avait lui aussi certaines fonctions manquantes.
Moteur ultrasonique = AF-S (1998), moteur pas-à-pas = AF-P (2016), moteur à bobine mobile = SSVCM (2022)
https://imaging.nikon.com/imaging/lineup/lens/glossary/
Ces actionneurs piézoélectriques sont vraiment géniaux.
Vidéo montrant le mécanisme : https://www.youtube.com/watch?v=7iHL4ZCkCKc
Vidéo d’un moteur de ce type tournant à vitesse maximale : https://www.youtube.com/watch?v=JtttNnmCVmU
L’actionneur de la deuxième vidéo semble apparenté au Nano USM de Canon.
Ou existe-t-il d’autres sociétés spécialisées dans ce type de composants ?
Un point qui pourrait intéresser les lecteurs ici : tous ces types de moteurs sont en boucle ouverte, il est donc impossible de commander un état précis et reproductible.
Autrement dit, même si l’on envoie à l’objectif un signal lui demandant, par exemple, de faire la mise au point à 3 m, rien ne garantit qu’il se retrouvera exactement dans le même état la prochaine fois qu’on lui demandera 3 m.
C’est ce qui peut rendre la calibration des appareils délicate, et une fois celle-ci effectuée, on préfère souvent ne plus toucher à l’appareil.
Excellent article.
J’ai un EF 400mm f/2.8 de deuxième génération, et cet objectif fait la mise au point bien plus vite sur mon ancien 7D Mk II que sur mon tout récent R6 Mk II.
C’est l’inverse avec tous mes autres objectifs, et je me demande pourquoi cela arrive.
J’ai entendu dire que les anciens boîtiers 7D et 1D envoyaient peut-être davantage de puissance au moteur AF, mais je n’ai jamais vu de source qui le confirme.
Désolé de ne pas pouvoir donner d’explication ; si j’ai le temps, je pourrai creuser davantage, mais je ne promets rien.
@ExAr, c’est une véritable mine d’informations, merci pour tout ce travail.
Je me demande aussi si vous expliquez sur votre blog comment vous réalisez ce type de graphique.
Par exemple, cette image du viseur https://exclusivearchitecture.com/images/technical-articles/... est vraiment impressionnante.
Je me demande comment vous avez simulé les rayons et l’œil.
Le trajet réel de la lumière dans l’image du viseur a été dessiné avec l’aide d’un ingénieur opticien japonais, qui a pu fournir une simulation professionnelle de lancer de rayons.