相机镜头的对焦系统是影响拍摄体验与成像质量的核心部件之一,而在众多对焦技术中，由佳能（Canon）率先研发并广泛应用的超声波马达（Ultrasonic Motor，简称USM）凭借其卓越性能，成为专业摄影领域的标杆技术，本文将深入解析USM的工作原理、技术优势、发展历程及实际应用，帮助摄影爱好者全面了解这一关键部件。
USM的基本原理：超声波驱动的“静音革命”
传统相机镜头的对焦多依赖电磁马达（AF马达），通过电磁感应驱动齿轮组传递动力，存在噪音大、速度慢、精度有限等缺点，而USM的核心突破在于利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声波频率的电能直接转换为机械振动，实现无齿轮驱动的高精度对焦。
具体而言,USM的定子部分由压电陶瓷环和金属环组成，当高频交流电（通常在20kHz-100kHz，超出人耳听觉范围）施加到压电陶瓷上时，陶瓷会产生周期性形变，带动金属环产生同频的椭圆轨迹振动，这种振动通过摩擦力传递给转子（镜头中的对焦镜组），使转子以每秒数厘米至数十厘米的速度线性移动，从而完成对焦，由于振动频率极高，USM的转动过程极其平滑，且几乎无机械噪音，这也是其被称为“超声波马达”的根本原因。
USM的核心优势：重新定义对焦体验
相较于传统马达,USM在多个维度实现了性能跨越，其优势可归纳为以下五点：
极致静音，适配多元场景
超声波振动本身不产生可闻噪音,使得USM镜头在视频拍摄、会议记录、野生动物摄影等需要安静环境的场景中表现突出，传统马达在高速对焦时明显的“咔哒声”在USM上几乎消失，避免了噪音对拍摄内容的干扰，尤其适合Vlog、纪录片等对收音有要求的创作。
高速响应，捕捉瞬间动态
USM的能量转换效率远高于传统电磁马达,电能直接转化为振动能，无需经过齿轮减速，动力损耗极小，这使得搭载USM的镜头对焦速度提升2-5倍，例如佳能EF 70-200mm f/2.8L IS III USM镜头在配合高速连拍时，可实现0.5秒内完成从最近对焦距离到无限远的切换，轻松抓拍体育赛事、飞鸟等高速运动主体。
精准定位，微距与长焦的“定海神针”
USM的振动位移可控制在微米级（1微米=0.001毫米），合焦精度大幅提升，对于微距镜头（如EF 100mm f/2.8L Macro IS USM），这种精度能确保花蕊、昆虫复眼等微小细节的清晰呈现；对于长焦镜头（如EF 400mm f/2.8L IS III USM），则能减少因轻微抖动导致的跑焦问题，提升远摄画面的锐度。
低功耗延长续航，全时手动对焦加持
传统马达在驱动对焦时需持续通电以维持扭矩,而USM仅在启动和停止时消耗电能，对焦过程中依靠惯性保持位置，大幅降低功耗，以佳能单反相机为例，搭载USM镜头的续航时间可比传统镜头提升15%-20%，多数USM镜头支持“全时手动对焦”（FT-M），摄影师可在自动对焦过程中直接转动对焦环进行微调，无需切换模式，提升创作灵活性。
耐用性强，减少维护成本
USM结构简单,无电刷、齿轮等易损部件，压电陶瓷和金属环的寿命可达10万次以上对焦操作，远超传统马达的5万次寿命，即使在恶劣环境下（如低温、高湿），USM的性能衰减也更小，适合专业摄影师的长期高强度使用。
USM的技术演进：从环形到微型，覆盖全焦段
自1987年佳能在EF 300mm f/2.8L USM镜头中首次应用环形USM以来，USM技术历经30余年迭代，已形成覆盖高端到中端的完整产品线，根据结构差异，USM主要分为两类：
环形USM（Ring USM）：旗舰性能的代名词
环形USM的定子呈环形,直接包裹在镜筒外部，驱动转子旋转，其优势在于扭矩大、对焦行程长，且支持全时手动对焦和焦距限制功能，多用于佳能的“红圈”专业镜头，例如EF 16-35mm f/2.8L III USM广角变焦镜头，通过环形USM实现f/2.8恒定光圈下的快速、安静对焦，适合风光、建筑摄影；EF 24-70mm f/2.8L II USM标准变焦镜头则凭借环形USM的精准驱动，成为人像、婚礼摄影师的“挂机神镜”。
微型USM（Micro USM）：性价比之选
为降低成本、扩大应用范围，佳能在1990年代推出微型USM，其体积更小，定子结构简化，扭矩略低于环形USM，但仍显著优于传统马达，且支持手动对焦切换，微型USM多见于佳能的中端镜头，如EF 50mm f/1.8 STM（注：该镜头虽标注STM，但早期版本曾搭载微型USM）、EF-S 18-135mm f/3.5-5.6 IS USM，以“千元级价格+USM性能”满足摄影爱好者的进阶需求。
USM与传统马达的性能对比
为直观展现USM的技术优势,以下通过表格对比USM（以环形USM为代表）与传统AF马达的核心参数：
| 对比维度 | 环形USM | 传统AF马达 |
|---|---|---|
| 驱动原理 | 超声波振动摩擦驱动 | 电磁感应齿轮驱动 |
| 对焦速度 | 3-0.8秒（从最近到无限远） | 1-3秒（同上） |
| 噪音水平 | ≤20dB（几乎静音） | 40-60dB（可闻“咔哒声”） |
| 合焦精度 | ±5微米 | ±20微米 |
| 功耗 | 低（对焦时无需持续供电） | 高（需持续维持扭矩） |
| 全时手动对焦 | 支持 | 不支持 |
| 适用场景 | 专业摄影、视频、高速抓拍 | 入门摄影、静态拍摄 |
USM的实际应用：从专业到日常的全面覆盖
USM技术已深入佳能镜头产品的各个焦段,覆盖摄影、摄像的多元需求：
- 超长焦镜头：如EF 600mm f/4L IS III USM，凭借环形USM的大扭矩驱动，在拍摄野生动物时能快速锁定远距离移动的主体，配合IS防抖系统，实现“手持+高速对焦”的稳定拍摄。
- 微距镜头：EF 100mm f/2.8L Macro IS USM的环形USM确保微距摄影中对焦的“慢速精准”，避免传统马达高速对焦时易“过冲”的问题，让花蕊、昆虫等细节纤毫毕现。
- 视频镜头：佳能的CN-E系列电影镜头（如CN-E 24mm T1.5 L F）搭载USM，实现电影级的光学无级变焦（ parfocal），且对焦过程无呼吸效应，满足专业视频制作的严苛要求。
- 日常镜头：EF 24-105mm f/4L IS USM（“小白兔”）作为“一镜走天下”的代表，其环形USM在旅行摄影中既能快速抓拍街头动态，又能安静拍摄风光视频，兼顾性能与便携。
USM的维护与使用注意事项
尽管USM以耐用著称,但正确的使用习惯能延长其寿命：
- 避免剧烈磕碰：USM的定子与转子需精密配合，剧烈撞击可能导致压电陶瓷破裂或振动偏移，影响对焦性能。
- 定期清洁镜组：灰尘进入镜头可能附着在对焦镜组上，导致USM驱动阻力增大，建议使用气吹和镜头布定期清洁。
- 避免极端环境：长期在-10℃以下或60℃以上环境中使用，可能压电陶瓷的压电特性减弱，极端拍摄后需让镜头在常温下恢复。
USM作为佳能的核心对焦技术,以“静音、高速、精准”的优势重新定义了镜头对焦体验，成为专业摄影师信赖的“幕后功臣”，从早期的环形USM到如今与STM马达的协同应用，USM技术的迭代始终围绕用户需求，推动摄影器材向更高效、更安静的方向发展，无论是捕捉决定性瞬间的体育摄影，还是追求细节的微距创作，搭载USM的镜头都能以卓越性能助力摄影师释放创意，记录每一个精彩瞬间。
相关问答FAQs
问：USM镜头一定比非USM镜头好吗？
答：不一定，USM在静音、速度、精度上优势明显，适合专业摄影、视频拍摄等场景，但非USM镜头（如搭载STM步进马达的镜头）在视频对焦平滑性上可能更优，且价格更低，适合入门用户或以静态拍摄为主的场景，选择需根据拍摄需求（如是否需要高速抓拍、视频录制）和预算综合判断。
问：如何判断镜头是否搭载USM技术？
答：可通过以下方式确认：1. 型号标识：佳能镜头型号中通常会标注“USM”，如“EF 24-70mm f/2.8L II USM”；2. 外观标识：镜头卡口附近或镜身上常有“ULTRASONIC MOTOR”或“USM”字样；3. 功能体验：USM镜头对焦时几乎无噪音，且支持全时手动对焦（转动对焦环可直接干预对焦，无需切换模式）。
