镜头马达作为相机镜头实现自动对焦的核心部件,其性能直接影响对焦速度、精度、噪音以及镜头的整体体积与成本，随着摄影技术的不断发展，镜头马达的种类日益丰富，不同类型的马达在结构原理、特性表现及适用场景上各有侧重，以下将详细介绍常见的镜头马达种类及其特点。
超声波马达（Ultrasonic Motor, USM）
超声波马达是高端镜头中广泛应用的类型,其核心原理是利用压电陶瓷的逆压电效应，将输入的电能转换为高频机械振动（通常在20kHz以上），再通过摩擦材料将振动转化为旋转运动，驱动对焦镜片移动，根据结构不同，超声波马达主要分为两类：
环形超声波马达（Ring-Type USM）
- 结构原理：由定子（带有压电陶瓷的环形金属环）和转子（通过摩擦材料与定子接触的镜筒）组成，定子接收到电信号后产生高频伸缩振动，带动转子旋转，实现镜片驱动。
- 特点：
- 高速与高扭矩：振动频率高，对焦响应迅速，且扭矩大，可轻松驱动大口径镜头的镜组。
- 静音运行：超声波振动本身几乎无噪音，适合需要安静环境的拍摄（如录音、会议）。
- 手动对焦手感佳：支持全时手动对焦，转动对焦环时可直接驱动镜片，无齿轮间隙，阻尼顺滑。
- 应用场景：专业单反镜头（如佳能EF 70-200mm f/2.8L IS III USM、尼康AF-S 24-70mm f/2.8E ED VR），追求对焦速度与静音性能的高端机型。
微型超声波马达（Micro-USM）
- 结构原理：在环形USM基础上缩小体积，采用更紧凑的定子-转子结构，适配镜头小型化需求。
- 特点：体积小、成本低，但对焦速度和扭矩略低于环形USM，噪音控制仍优于传统马达。
- 应用场景：中端镜头（如佳能EF-S 18-135mm f/3.5-5.6 IS USM），平衡性能与成本的主流消费级镜头。
步进马达（Stepper Motor, STM）
步进马达是一种通过脉冲信号控制转动角度的电机,每个脉冲信号驱动转子旋转一个固定角度（步距角），通过脉冲数量和频率实现对焦位置的精确控制。
工作原理：
镜头控制单元发送脉冲信号,驱动电机绕组按顺序通电，产生旋转磁场，带动转子一步步转动，再通过齿轮组将旋转运动转换为镜片的线性移动。
特点：
- 平滑对焦：脉冲信号连续可控，对焦过程无“顿挫感”，尤其适合视频拍摄中的跟焦和变焦操作。
- 低功耗：仅在脉冲信号输入时消耗电流，对焦完成后无需维持电流，节能效果显著。
- 成本适中：结构相对简单，生产成本低于超声波马达，普及性较高。
- 对焦速度较慢：受限于脉冲频率和齿轮传动，高速连拍时的对焦速度不如超声波马达。
应用场景：
视频镜头（如佳能EF-S 18-135mm f/3.5-5.6 IS STM、尼康AF-P DX 18-55mm f/3.5-5.6G VR）及兼顾拍照与视频的中端镜头，尤其适合Vlog、纪录片等对对焦平滑度要求高的场景。
直流马达（Direct Current Motor, DC Motor）
直流马达是最早期的镜头自动对焦马达,通过电刷将直流电流输入转子绕组，在磁场中产生电磁力驱动转子旋转，再通过减速齿轮组带动对焦镜片移动。
工作原理：
电刷与换向器配合,改变转子绕组中的电流方向，使转子持续旋转；通过齿轮组降低转速、增大扭矩，实现镜片的精确定位。
特点：
- 结构简单，成本低：技术成熟，生产成本低，早期镜头广泛采用。
- 噪音大：电刷与换向器摩擦产生机械噪音，不适合安静环境。
- 对焦速度慢：受齿轮传动和机械惯性限制，对焦响应较慢，且易出现“齿轮声”。
- 寿命较短：电刷磨损后性能下降，长期使用需维护。
应用场景：
入门级或老款镜头（如佳能EF 50mm f/1.8 II、尼康AF 50mm f/1.8D），目前逐渐被步进马达和超声波马达取代。
线性马达（Linear Motor, LM）
线性马达是一种直接产生直线运动的电机,无需齿轮组转换运动形式，通过电磁场相互作用直接驱动对焦镜片沿导轨移动。
工作原理：
定子（电磁铁）与动子（永磁体或电磁铁）相对布置，通过改变定子绕组中的电流方向，产生变化的磁场，推动动子（连接对焦镜片）沿直线方向运动。
特点：
- 极速对焦：无齿轮传动延迟，对焦响应速度极快（如索尼FE 200-600mm f/5.6-6.3 G OSS的对焦速度可达0.02秒）。
- 高精度与稳定性：直接驱动，无齿轮间隙，对焦重复精度高，适合高速连拍和追踪对焦。
- 静音且耐用：无机械摩擦，噪音低，且无需齿轮维护，寿命长。
- 成本高，体积大：结构复杂，生产成本高，且需要较大的安装空间，多用于高端全画幅镜头。
应用场景：
超长焦镜头（如索尼FE 400mm f/2.8 GM OSS、佳能RF 100-500mm f/4.5-7.1L IS USM）及追求极致对焦速度的专业级镜头，适用于体育、野生动物等高速拍摄场景。
微型音圈马达（Micro Voice Coil Motor, VCM）
微型音圈马达是一种基于洛伦兹力原理的直线马达,多用于手机镜头、无人机摄像头等小型化设备，近年来也逐渐应用于部分紧凑型相机镜头。
工作原理：
永磁体产生径向磁场,音圈（线圈）置于磁场中，通过改变线圈电流方向，使线圈在磁场中受力沿导轨直线运动，带动对焦镜片移动。
特点：
- 超小型化：结构简单，体积小，重量轻，适配手机等轻薄设备。
- 低功耗：线圈电阻小，电流效率高，适合电池供电设备。
- 响应速度快：线圈质量轻，运动惯性小，对焦启动和停止迅速。
- 行程短：受限于结构，对焦镜片移动距离较短，多用于固定焦距或短变焦镜头。
应用场景：
手机镜头（如iPhone 14 Pro Ultra Wide摄像头）、运动相机（如GoPro Hero 11）及部分卡片相机镜头，追求极致小型化和低功耗的设备。
无刷直流马达（Brushless DC Motor, BLDC）
无刷直流马达通过电子换向器替代传统直流马达的电刷,通过转子位置传感器（或算法估算）控制定子绕组的电流换向，实现转子连续旋转。
工作原理：
定子为多相绕组,转子为永磁体；控制器根据转子位置信号，按顺序切换定子绕组通电，产生旋转磁场驱动转子旋转，再通过齿轮组或直接驱动对焦镜片。
特点：
- 高效率与低噪音：无电刷摩擦，损耗小，效率高，运行噪音低于传统直流马达。
- 寿命长：无电刷磨损，可靠性高，适合长期使用。
- 控制精度高：通过电子换向可精确控制转速和扭矩，对焦性能稳定。
- 成本较高：需要复杂的电子控制器，成本高于传统直流马达。
应用场景：
中高端无反镜头（如适马MC 50mm f/1.2 DG DN | S、腾龙35-150mm f/2-4 Di VC VXD），兼顾对焦性能与可靠性的主流机型。
不同镜头马达性能对比
| 马达类型 | 对焦速度 | 噪音水平 | 精度 | 功耗 | 成本 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 环形超声波马达 | 极快 | 极低 | 高 | 中 | 高 | 专业单反长焦镜头 |
| 步进马达（STM） | 中等 | 低 | 中 | 低 | 中 | 视频镜头、中端变焦镜头 |
| 直流马达（DC） | 慢 | 高 | 低 | 中 | 低 | 入门级老款镜头 |
| 线性马达（LM） | 极快 | 极低 | 极高 | 中 | 极高 | 超长焦、专业体育镜头 |
| 微型音圈马达（VCM） | 快 | 极低 | 中 | 极低 | 中 | 手机、小型相机镜头 |
| 无刷直流马达（BLDC） | 快 | 低 | 高 | 中低 | 中高 | 中高端无反镜头 |
相关问答FAQs
Q1：超声波马达和步进马达，哪种更适合视频拍摄？为什么？
A：步进马达（STM）更适合视频拍摄，其主要优势在于对焦过程的“平滑性”：步进马达通过连续脉冲信号控制镜片移动，无传统马达的“齿轮顿挫”或超声波马达的“高速振动”导致的呼吸效应，对焦过渡自然，尤其适合视频中的跟焦、推拉等操作，步进马达功耗低、噪音小，能避免录制时的电流声或机械噪音，提升视频收音质量，而超声波马达虽然对焦速度快、静音，但其高速振动在视频微距或特写镜头中可能导致画面轻微“抖动”，且手动对焦时的“阻尼感”不如步进马达适合视频精细调焦。
Q2：为什么手机镜头普遍采用微型音圈马达（VCM），而非其他类型马达？
A：手机镜头对马达的核心要求是“小型化、低功耗、快速响应”，微型音圈马达（VCM）恰好完美匹配这些需求：VCM结构简单，无需齿轮组，体积可缩小至毫米级，适配手机镜头的轻薄化设计；VCM通过电流直接控制镜片运动，功耗极低，避免手机电量过快消耗；线圈质量轻，运动惯性小，对焦启动和停止响应速度快（通常在0.1秒内），满足手机用户快速抓拍的需求，相比之下，超声波马达体积大、成本高，步进马达和线性马达则难以实现手机级的小型化，因此VCM成为手机镜头的绝对主流选择。
