Tecnología de motor de enfoque de los objetivos de Canon

Cuando vemos una fotografía, una de las primeras cosas en la que nos fijamos es si está enfocada o no. Aunque hay algunas fotos excepcionales que quedan grabadas en nuestra memoria a pesar de estar desenfocadas, mantener la nitidez del sujeto es el objetivo y el punto de partida de casi todas las fotografías.

En los comienzos de la fotografía con enfoque automático (la primera SLR de Canon con enfoque automático fue la T80 en 1985), el motor de la unidad de enfoque automático solía encontrarse en el cuerpo de la cámara o acoplado al objetivo y manejaba el objetivo de forma mecánica. En 1987, con la introducción de la montura del objetivo EF y sus conectores totalmente electrónicos, Canon pudo reducir el tamaño del motor de enfoque automático para que encajara dentro del propio objetivo. Esto planteó la posibilidad de que cada motor de enfoque automático pudiera optimizarse para el objetivo en el que se ajustaba, proporcionando así un enfoque automático más rápido.

Sin embargo, seguía siendo necesario crear un motor de enfoque automático de gran potencia para objetivos de apertura rápida con grupos de enfoque más grandes, que podrían funcionar de forma eficaz y ofrecer un enfoque automático rápido, suave y silencioso. El resultado fue el objetivo EF 300mm f/2.8L USM, con un motor ultrasónico (USM) de tipo anillo, rápido y prácticamente silencioso. En 1990, las nuevas técnicas de fabricación hicieron posible reducir el coste de fabricación, y se introdujeron los motores USM de tipo anillo en los objetivos de Canon a un precio apto para el consumidor.

Dos años después, en 1992, las líneas de producción automatizadas condujeron al desarrollo del motor Micro USM para su uso en objetivos a precios aptos para el consumidor. Diez años después, en 2002, llegó el motor Micro USM II, con solo la mitad del tamaño del motor original Micro USM.

Una década más tarde, en 2012, se introdujo un nuevo tipo de motor de enfoque, el STM, que debe su nombre al uso de motores de pasos. Se desarrolló teniendo especialmente en cuenta los vídeos, ya que permite cambios de enfoque muy suaves y silenciosos.

En 2016, Canon presentó el enfoque Nano USM, que combina la velocidad del USM de tipo anillo con el silencio y la suavidad del enfoque STM.

Por tanto, son cuatro los tipos de motores USM: tipo anillo, Micro, Micro II y Nano. Al igual que todos los motores de enfoque automático, todos tienen como objetivo convertir una fuerza electromagnética en una fuerza de rotación para accionar los elementos de enfoque del objetivo. Lo que diferencia a los motores USM es que utilizan energía de vibración ultrasónica que se convierte en fuerza de rotación.

El motor USM de tipo anillo es el enfoque automático que más se utiliza en la gama de objetivos EF de Canon. Para ser eficaz, un motor USM de tipo anillo debe cumplir ciertos requisitos. Debe ser lo suficientemente potente como para accionar el grupo de objetivos de enfoque de forma rápida y sencilla a baja velocidad para evitar la necesidad de un sistema de engranajes que reduzca la velocidad. También debe mostrar altos niveles de retención, de modo que una vez que el motor se apague, el grupo de objetivos de enfoque se mantenga en su lugar sin necesidad de introducir nada más. Debe ser fácil de fabricar y debe iniciarse y detenerse rápidamente para garantizar la mejor respuesta de enfoque. También debe ser lo más silencioso posible durante su uso.

Además de estas características, los motores de tipo anillo también son muy eficientes y tienen un bajo consumo eléctrico para maximizar la duración de la batería de la cámara. Al tener forma de anillo, son ideales para encajarlos en el barrilete del objetivo. Su velocidad de enfoque está muy controlada y son estables a una amplia gama de temperaturas, desde -30 °C hasta +60 °C.

El USM de tipo anillo es realmente sencillo de manejar. Se compone de un rotor y un inductor; un cuerpo elástico con un elemento de voltaje cerámico piezoeléctrico conectado a él. Mediante la aplicación de una corriente alterna con una frecuencia resonante, alrededor de 30 kHz al inductor, se crean vibraciones que hacen girar el rotor de forma continua. La frecuencia de 30 kHz se encuentra en el rango de los ultrasonidos y de ahí deriva el nombre de los motores USM.

El elemento piezoeléctrico genera ondas ultrasónicas que, como las olas del océano que impulsan a un surfista, hacen que el rotor cree una fuerza de rotación que mueve el grupo de enfoque. El cambio de corriente entre dos fases diferentes cambia la dirección de las ondas ultrasónicas. Por tanto, se puede hacer que el grupo de enfoque se mueva en diferentes direcciones, lo que permite controlar la dirección, la velocidad y el grado de ajuste del enfoque.

A diferencia del USM de anillo, donde el inductor y el rotor son piezas independientes, en el diseño del Micro USM el rotor, el inductor y el engranaje motriz se combinan en una única unidad de aproximadamente la mitad del peso de un motor USM de tipo anillo. Mientras que el USM de tipo anillo más potente está diseñado para encajar en el barrilete de un objetivo, lo que lo hace ideal para su uso en grandes objetivos zoom profesionales, el motor Micro USM se creó con el fin de adaptarse a una amplia variedad de objetivos sin necesidad de verse limitado por el tamaño del barrilete del objetivo. Los motores Micro también son más baratos de producir, lo que los hace más adecuados para su uso en objetivos no profesionales donde el coste supone un problema.

En principio, el Micro USM funciona de forma similar a un USM de tipo anillo, con vibraciones ultrasónicas creadas por elementos piezoeléctricos. Hay cuatro capas piezoeléctricas, cada una compuesta por dos elementos piezoeléctricos de fase alterna. Estos elementos se compensan entre sí en fases alternas a 90°. Aplicar una corriente alterna solo a la fase A hace que el inductor vibre hacia la izquierda y hacia la derecha. Si se aplica corriente a la fase B, el inductor rotará hacia delante y hacia atrás. Si se aplica corriente tanto a la fase A como a la fase B, el movimiento resultante será rotacional a medida que la punta del inductor se mueva, por ejemplo, hacia la izquierda, hacia atrás, hacia la derecha, hacia delante, hacia la izquierda, hacia atrás, hacia la derecha, hacia delante. Esta fuerza de rotación se aplica al engranaje motriz principal, que a su vez se utiliza para accionar los engranajes del mecanismo de enfoque.

El motor Micro USM II es básicamente una versión del motor Micro USM en tamaño reducido. Funciona de forma muy similar, pero la longitud de la unidad se ha reducido considerablemente para poder utilizarla con objetivos zoom ultracompactos. La reducción de tamaño se ha logrado reconfigurando el rotor y el inductor para que en lugar de que los dos estén alineados, parte del inductor se coloque dentro del rotor. Esto requirió la creación de un nuevo formato de vibración para que la frecuencia resonante de los elementos piezoeléctricos no fuera demasiado alta, lo que produce una amplitud vibratoria insuficiente.

El resultado es que el Micro USM II tiene aproximadamente la mitad del tamaño y la mitad del peso que un motor Micro USM pero, sin embargo, conserva casi las mismas características de rendimiento. Su pequeño tamaño significa que el Micro USM II es ideal para su uso en objetivos zoom compactos. El primer objetivo en incorporar el Micro USM II fue el EF 28-105mm f/4-5.6 USM, lanzado en el 2000.

La siguiente tecnología de motor de enfoque desarrollada fue un poco diferente. Comercializados por primera vez en 2012, los objetivos STM son buenos para fotografías, pero son perfectos para vídeos ya que el motor STM (de pasos) produce un movimiento de enfoque suave y silencioso.

Un motor de pasos utiliza CC (corriente continua) que pasa a través de varias bobinas organizadas en grupos. El suministro de corriente a los grupos en una secuencia hace girar el motor paso a paso. Al haber más grupos se pueden realizar pasos o movimientos más precisos.

Cuando el tamaño compacto es fundamental, Canon utiliza la tecnología STM de tipo engranaje. Esta tecnología utiliza engranajes helicoidales para mover el enfoque sin ocupar mucho espacio. Los objetivos más grandes utilizan un sistema STM de tipo husillo. Tiene un tamaño mayor que las unidades STM de tipo engranaje, pero es más rápido y silencioso.

El último desarrollo, la tecnología Nano USM, se introdujo con el objetivo EF-S 18-135mm f/3.5-5.6 IS USM actualizado en 2016. La finalidad era producir un motor que pudiera ofrecer la velocidad que los fotógrafos desean para las fotografías con el ajuste suave y estable necesario para los vídeos.

Al igual que los motores USM anteriores, el Nano USM utiliza vibración ultrasónica para crear movimiento, pero su tamaño es muy pequeño y sigue ofreciendo un alto rendimiento de enfoque automático.

Al igual que otras unidades USM, el motor Nano USM tiene un cuerpo metálico elástico, un elemento de voltaje cerámico y una unidad de transmisión. El envío de corriente y la variación del voltaje aplicado a los elementos cerámicos crean dos tipos de vibraciones que permiten que el motor controle con precisión la velocidad y la dirección de la unidad de transmisión. Sin embargo, el movimiento es lineal en lugar de rotacional; los elementos de enfoque del objetivo son impulsados por un rack, con barras de guía para controlar el movimiento hacia delante y hacia atrás. El resultado es un enfoque suave con un control preciso de la velocidad y un funcionamiento casi silencioso.

Lanzado en octubre de 2019, el RF 70-200mm F2.8L IS USM es el primer objetivo que incorpora tecnología Dual Nano USM. Dispone de dos motores Nano USM; cada uno controla distintos grupos de objetivos, trabajando de forma conjunta para producir un enfoque más rápido y eficaz.