В поисках суперлинзы
Джон Пендри, Дэвид Смит
«В мире науки» №11, 2006
Построенная из метаматериала с удивительными оптическими свойствами, суперлинза может создавать изображения с деталями меньше длины волны используемого света.
Почти 40 лет назад советский ученый Виктор Веселаго выдвинул гипотезу о существовании материалов с отрицательным показателем преломления (УФН, 1967, т. 92, с. 517). Световые волны в них должны двигаться против направления распространения луча и вообще вести себя удивительным образом, линзы же из этих материалов — обладать волшебными свойствами и непревзойденными характеристиками. Однако у всех известных веществ показатель преломления положителен: за нескольких лет интенсивных поисков Веселаго не нашел ни одного материала с подходящими электромагнитными свойствами, и его гипотеза была забыта. О ней вспомнили лишь в начале XXI в. (см.: Теория и практика Виктора Веселаго).
Благодаря последним достижениям в области материаловедения идея Веселаго была возрождена.
Электромагнитные свойства веществ определяются особенностями образующих их атомов и молекул, обладающих довольно узким диапазоном характеристик. Поэтому свойства миллионов известных нам материалов не так уж разнообразны. Однако в середине 1990-х гг. ученые из Центра технологии материалов им. Маркони в Англии занялись созданием метаматериалов, которые состоят из макроскопических элементов и рассеивают электромагнитные волны совсем не так, как любые известные вещества.
В 2000 г. Дэвид Смит вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Диего изготовил метаматериал с отрицательным показателем преломления. Поведение света в нем оказалось настолько странным, что теоретикам пришлось переписать книги по электромагнитным свойствам веществ. Экспериментаторы уже занимаются разработкой технологий, в которых используются удивительные свойства метаматериалов, и создают суперлинзы, позволяющие получать изображения с деталями меньше длины волны используемого света. С их помощью можно было бы делать микросхемы с наноскопическими элементами и записывать на оптические диски огромные объемы информации.
Отрицательное преломление
Чтобы понять, как возникает отрицательное преломление, рассмотрим механизм взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Проходящая через него электромагнитная волна (например, луч света) заставляет двигаться электроны атомов или молекул. На это расходуется часть энергии волны, что влияет на ее свойства и характер распространения. Для получения требуемых электромагнитных характеристик исследователи подбирают химический состав материала.
Но как показывает пример метаматериалов, химия — не единственный путь получения интересных свойств вещества. Электромагнитный отклик материала можно «конструировать», создавая крошечные макроскопические структуры. Дело в том, что обычно длина электромагнитной волны на несколько порядков больше размеров атомов или молекул. Волна «видит» не отдельную молекулу или атом, а коллективную реакцию миллионов частиц. Это справедливо и для метаматериалов, элементы которых тоже значительно меньше длины волны.
Поле электромагнитных волн, что следует из их названия, имеет как электрическую, так и магнитную составляющую.
Электроны в материале движутся вперед и назад под действием электрического поля и по кругу под действием магнитного. Степень взаимодействия определяется двумя характеристиками вещества: диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ. Первая показывает степень реакции электронов на электрическое поле, вторая — степень реакции на магнитное. У подавляющего большинства материалов ε и μ больше нуля.
Оптические свойства вещества характеризуются показателем преломления n, который связан с ε и μ простым соотношением: n = ± √(ε∙μ). Для всех известных материалов перед квадратным корнем должен стоять знак «+», и поэтому их показатель преломления положителен. Однако в 1968 г. Веселаго показал, что у вещества с отрицательными ε и μ показатель преломления n должен быть меньше нуля. Отрицательные ε или μ получаются в том случае, когда электроны в материале движутся в направлении, противоположном по отношению к силам, создаваемым электрическим и магнитным полями.
Хотя такое поведение кажется парадоксальным, заставить электроны двигаться против сил электрического и магнитного полей не так уж сложно.
Если толкнуть маятник рукой, он послушно переместится в направлении толчка и начнет колебаться с так называемой резонансной частотой. Подталкивая маятник в такт с качанием, можно увеличить амплитуду колебаний. Если же толкать его с более высокой частотой, то толчки перестанут совпадать с колебаниями по фазе, и в какой-то момент руку ударит маятник, движущийся ей навстречу. Точно так же электроны в материале с отрицательным показателем преломления входят в противофазу и начинают сопротивляться «толчкам» электромагнитного поля.
Метаматериалы
Ключ к такого рода отрицательной реакции — резонанс, то есть стремление колебаться со специфической частотой. Он создается в метаматериале искусственно с помощью крошечных резонансных контуров, имитирующих отклик вещества на магнитное или электрическое поле. Например, в разорванном кольцевом резонаторе (РКР) магнитный поток, проходящий через металлическое кольцо, наводит в нем круговые токи, аналогичные токам, обуславливающим магнетизм некоторых материалов.
А в решетке из прямых металлических стержней электрическое поле создает направленные вдоль них токи.
Свободные электроны в таких контурах колеблются с резонансной частотой, зависящей от формы и размеров проводника. Если приложено поле с частотой ниже резонансной, будет наблюдаться нормальная положительная реакция. Однако с увеличением частоты отклик становится отрицательным, так же как в случае с маятником, движущимся навстречу, если толкать его с частотой выше резонансной. Таким образом, проводники в некотором диапазоне частот могут реагировать на электрическое поле как среда с отрицательной ε, а кольца с разрезами могут имитировать материал с отрицательной μ. Эти проводники и кольца с разрезами и есть элементарные блоки, необходимые для создания широкого ассортимента метаматериалов, в том числе таких, которые искал Веселаго.
Первое экспериментальное подтверждение возможности создания материала с отрицательным показателем преломления было получено в 2000 г. в Калифорнийском университете в Сан-Диего (UCSD).
Поскольку элементарные кирпичики метаматериала должны быть значительно меньше длины волны, исследователи работали с излучением сантиметрового диапазона и использовали элементы размером в несколько миллиметров.
Калифорнийские ученые сконструировали метаматериал, состоящий из чередующихся проводников и РКР, собранных в виде призмы. Проводники обеспечивали отрицательную ε, а кольца с разрезами — отрицательную μ. В результате должен был получиться отрицательный показатель преломления. Для сравнения была изготовлена призма точно такой же формы из тефлона, у которого n = 1,4. Исследователи направили пучок СВЧ-излучения на грань призмы и измерили интенсивность волн, выходящих из нее разными углами. Как и ожидалось, пучок подвергся положительному преломлению на призме из тефлона и отрицательному на призме из метаматериала. Предположение Веселаго стало реальностью: материал с отрицательным показателем преломления был наконец получен. Или же нет?
Желаемое или действительное?
Эксперименты в UCSD наряду с замечательными новыми предсказаниями, которые физики делали о свойствах материалов с отрицательным показателем преломления, вызвали волну интереса среди других исследователей.
Когда Веселаго высказал свою гипотезу, метаматериалов еще не было, и специалисты не стали тщательно исследовать феномен отрицательного преломления. Теперь они стали уделять ей гораздо больше внимания. Скептики спрашивали, не нарушают ли материалы с отрицательным показателем преломления фундаментальные законы физики. Если бы это оказалось так, то вся программа исследований была бы поставлена под сомнение.
Самые горячие споры вызвал вопрос о скорости волны в сложном материале. Свет распространяется в вакууме с максимальной скоростью c = 300 тыс. км/с. Скорость света в материале меньше: v = c/n. Но что будет, если n отрицателен? Простая интерпретация формулы для скорости света показывает, что свет распространяется в обратном направлении.
В более полном ответе учитывается, что волна имеет две скорости: фазовую и групповую. Чтобы понять их смысл, представьте себе импульс света, движущийся в среде. Он будет выглядеть примерно так: амплитуда волны возрастает до максимума в центре импульса, а затем снова спадает.
Фазовая скорость — это скорость отдельных всплесков, а групповая скорость — это скорость, с которой движется огибающая импульса. Они не обязательно должны быть одинаковыми.
Веселаго обнаружил, что в материале с отрицательным показателем преломления групповая и фазовая скорости имеют противоположные направления: отдельные максимумы и минимумы движутся назад, тогда как весь импульс перемещается вперед. Интересно рассмотреть, как будет себя вести непрерывный пучок света от источника (например, прожектора), погруженного в материал с отрицательным показателем преломления. Если бы можно было наблюдать отдельные колебания световой волны, то мы бы увидели, что они появляются на объекте, освещенном лучом, движутся назад и, в конечном счете, исчезают в прожекторе. Однако энергия светового пучка движется вперед, удаляясь от источника света. Именно в этом направлении фактически распространяется луч, несмотря на удивительное обратное движение его отдельных колебаний.
Практически наблюдать отдельные колебания световой волны трудно, а форма импульса может быть очень сложной, так что физики, чтобы показать различие между фазовой и групповой скоростями, часто используют хитрый трюк.
Когда две волны с немного разными длинами движутся в одном направлении, они интерферируют, и возникает картина биений, максимумы которых перемещаются с групповой скоростью.
Применив этот прием к эксперименту UCSD по преломлению в 2002 г., Прашант Валанджу (Prashant М. Valanju) и его коллеги из Техасского университета в Остине наблюдали нечто любопытное. Преломляясь на границе сред с отрицательным и положительным показателем преломления, две волны с разными длинами отклонялись на немного разные углы. Картина биений получалась не такой, как следовало бы для лучей при отрицательном преломлении, а такой, какой должна быть при положительном преломлении. Сопоставляя картину биений с групповой скоростью, исследователи из Техаса заключили, что любая физически осуществимая волна должна испытывать положительное преломление. И хотя материал с отрицательным показателем преломления мог бы существовать, отрицательное преломление получить невозможно.
Как же тогда объяснить результаты экспериментов в UCSD? Валанджу и многие другие исследователи приписывали наблюдаемое отрицательное преломление другим явлениям.
Быть может, образец поглощал так много энергии, что волны выходили наружу только с узкой стороны призмы, имитируя отрицательное преломление? В конце концов, метаматериал UCSD действительно сильно поглощает излучение, а измерения проводились вблизи призмы. Поэтому гипотеза о поглощении выглядит вполне правдоподобно.
Полученные выводы вызвали большое беспокойство: они могли обесценить не только эксперименты UCSD, но и весь круг явлений, предсказанных Веселаго. Однако после некоторых размышлений мы поняли, что полагаться на картину биений как на показатель групповой скорости нельзя: для двух волн, движущихся в разных направлениях, интерференционная картина никак не связана с групповой скоростью.
По мере того, как доводы критиков начали рушиться, появилось еще одно экспериментальное подтверждение отрицательного преломления. Группа Минаса Таниэлиана (Minas Tanielian) из компании Boeing Phantom Works в Сиэтле повторила эксперимент UCSD с призмой из метаматериала с очень низким поглощением.
Кроме того, датчик был расположен намного дальше от призмы, чтобы поглощение в метаматериале нельзя было перепутать с отрицательным преломлением луча. Высочайшее качество новых данных положило конец сомнениям в существовании отрицательного преломления.
Продолжение следует
Когда дым сражения рассеялся, мы начали понимать, что замечательная история, которую рассказал Веселаго, была не последним словом о материалах с отрицательным показателем преломления. Советский ученый пользовался методом геометрического построения световых лучей с учетом отражения и преломления на границах различных материалов. Этот мощный прием помогает понять, например, почему объекты в бассейне кажутся нам ближе к поверхности, чем на самом деле, и почему наполовину погруженный в жидкость карандаш представляется изогнутым. Все дело в том, что коэффициент преломления воды (n = 1,3) больше, чем у воздуха, и лучи света на границе между воздухом и водой преломляются. Показатель преломления приблизительно равен отношению реальной глубины к кажущейся.
Веселаго использовал построение хода лучей, чтобы предсказать, что брус из материала с отрицательным показателем преломления n = −1 должен действовать как линза с уникальными свойствами. Большинство из нас знакомо с линзами из материалов с положительным преломлением — в камерах, лупах, микроскопах и телескопах. Они имеют фокусное расстояние, и место, где формируется изображение, зависит от сочетания фокусного расстояния и расстояния между объектом и линзой. Изображения обычно отличаются по размеру от объекта, и линзы работают лучше всего для объектов, лежащих на оси, проходящей через линзу. Линза Веселаго работает совершенно иначе, чем обычные: ее работа намного проще, она действует только на объекты, расположенные рядом с ней, и переносит все оптическое поле с одной стороны линзы на другую.
Линза Веселаго столь необычна, что Джону Пендри (John B. Pendry) пришлось задаться вопросом: насколько совершенно она может работать? И в частности, каково может быть предельное разрешение линзы Веселаго? Оптические элементы с положительным показателем преломления ограничены дифракционным пределом — они могут разрешать детали, размер которых равен или больше длины волны света, отраженного от объекта.
Дифракция накладывает окончательный предел на все системы создания изображения, наподобие наименьшего объекта, который можно рассмотреть в микроскоп, или наименьшего расстояния между двумя звездами, которое может разрешить телескоп. Дифракция определяет также наименьшую деталь, которую можно создать в процессе оптической литографии при производстве микрочипов (микросхем). Подобным же образом дифракция ограничивает количество информации, которую можно сохранить или прочитать на оптическом цифровом видеодиске (DVD). Способ обойти дифракционный предел мог бы решительным образом изменить технологии, позволив оптической литографии проникнуть в диапазон наноразмеров и, возможно, в сотни раз увеличить количество данных, сохраняемых на оптических дисках.
Чтобы определить, действительно ли оптика с отрицательным преломлением могла бы превзойти обычную («положительную») оптику, нам следует продвинуться дальше, чем просто рассмотреть ход лучей. Прежний подход пренебрегает дифракцией, и таким образом его нельзя использовать, чтобы предсказать разрешение линз с отрицательным преломлением.
Чтобы включить в рассмотрение дифракцию, нам пришлось использовать более точное описание электромагнитного поля.
Суперлинза
При более точном описании электромагнитные волны любых источников — излучающих атомов, радиоантенн или пучка света, — после прохождения через маленькое отверстие создают два разных типа полей: дальнее и ближнее поле. Дальнее поле, на что указывает его название, наблюдается вдали от объекта и улавливается линзой, формируя изображение объекта. К сожалению, это изображение содержит только грубую картину объекта, в которой дифракция ограничивает разрешение величиной длины волны. Ближнее поле содержит все мельчайшие детали объекта, но его интенсивность быстро падает с расстоянием. Линзы с положительным преломлением не дают никакого шанса на перехват чрезвычайно слабого ближнего поля и передачу его данных в изображение. Однако это не так для линз с отрицательным преломлением.
Подробно исследовав, как ближние и дальние поля источника взаимодействуют с линзой Веселаго, Пендри в 2000 г.
к всеобщему удивлению пришел к заключению, что линза, в принципе, может фокусировать как ближние, так и дальние поля. Если бы это ошеломляющее предсказание оказалось верным, это означало бы, что линза Веселаго, в отличие от всей другой известной оптики, не подчиняется дифракционному пределу. Поэтому плоскую структуру с отрицательным преломлением назвали суперлинзой.
При последующем анализе мы и другие исследователи нашли, что разрешение суперлинзы ограничено качеством ее материала с отрицательным преломлением. Для лучшей работы требуется не только чтобы показатель преломления n был равен −1, но также чтобы ε и μ оба были равны −1. Линза, у которой эти условия не выполняются, имеет резко ухудшенное разрешение. Одновременное выполнение этих условий — очень серьезное требование. Но в 2004 г. Энтони Грбич (Anthony Grbic) и Джордж Элефтериадес (George V. Eleftheriades) из Университета Торонто экспериментально показали, что метаматериал, построенный так, чтобы иметь ε =−1, и μ =−1 в диапазоне радиочастот, действительно может разрешить объекты в масштабе меньшем, чем дифракционный предел.
Их результат доказал, что суперлинзу можно построить, но можно ли ее создать для еще более коротких — оптических длин волн?
Сложность масштабирования метаматериалов в область оптических длин волн имеет две стороны. Прежде всего, металлические проводящие элементы, образующие микросхемы метаматериала, типа проводников и колец с разрезом, нужно уменьшить до масштаба нанометров, чтобы они были меньше, чем длина волны видимого света (400–700 нм). Во вторых, короткие длины волн соответствуют более высоким частотам, а металлы на таких частотах обладают худшей проводимостью, подавляя таким образом резонансы, на которых основаны свойства метаматериалов. В 2005 г. Костас Соуколис (Costas Soukoulis) из университета штата Айова и Мартин Вегенер (Martin Wegener) из университета Карлсруэ в Германии экспериментально продемонстрировали, что можно сделать кольца с разрезами, которые работают при длинах волн всего 1,5 мкм. Несмотря на то, что при столь малых длинах волн резонанс на магнитной компоненте поля становится весьма слабым, с такими элементами все еще можно сформировать интересные метаматериалы.
Но мы пока еще не можем изготовить материал, который при длинах волн видимого света приводит к μ =−1. К счастью, возможен компромисс. Когда расстояние между объектом и изображением намного меньше, чем длина волны, необходимо выполнить только условие ε =−1, а значением μ можно пренебречь. Как раз в прошлом году группа Ричарда Блэйки (Richard Blaikie) из университета Кентербери в Новой Зеландии и группа Ксианга Джанга (Xiang Zhang) из Калифорнийского университета в Беркли, следуя этим предписаниям, независимо продемонстрировали сверхразрешение в оптической системе. При оптических длинах волн собственные резонансы металла могут приводить к отрицательной диэлектрической постоянной (ε). Поэтому очень тонкий слой металла при длине волны, где ε =−1, может действовать как суперлинза. И Блэйки, и Джанг использовали слой серебра толщиной около 40 нм, чтобы получить изображение пучков света с длиной волны 365 нм, испускаемых сформированными отверстиями, меньшими, чем длина волны света.
И хотя серебряная пленка далека от идеальной линзы, серебряная суперлинза существенно улучшала разрешение изображения, доказывая правильность основного принципа работы суперлинзы.
Взгляд в будущее
Демонстрация работы суперлинзы — лишь последнее из многих предсказаний свойств материалов с отрицательным преломлением, которые предстоит реализовать, а это признак быстрого прогресса, происходящего в этой все расширяющейся области. Возможность отрицательного преломления заставила физиков пересмотреть практически всю область электромагнетизма. И когда этот круг идей будет полностью понят, основные оптические явления, такие как преломление и дифракционный предел разрешения, придется пересмотреть с учетом новых неожиданных поворотов, связанных с материалами, дающими отрицательное преломление.
Волшебство метаматериалов и магию отрицательного преломления все-таки необходимо «конвертировать» в прикладную технологию. Такой шаг потребует совершенствования конструкции метаматериалов и производства их по разумной цене.
Сейчас в этой области действует множество исследовательских групп, энергично разрабатывающих способы решения проблемы.
Литература:
1. Reversing Light with Negative Refraction. John B. Pendry and David R. Smith // Physics Today. Vol. 57. No. 6. P. 37–43. June 2004.
2. Negative-Refraction Metamaterials: Fundamental Principles and Applications. G. V. Eleftheriades and K. Balmain. Wiley-IEEE Press, 2005.
Дополнительная информация о метаматериалах и отрицательном преломлении имеется на сайтах:
Веерообразная линза из метаматериала превзошла дифракционный предел
Физики из Университета Буффало разработали гиперлинзу, работающую в видимом диапазоне и способную обойти дифракционный предел.
Метаматериалами называют класс материалов, свойства которых определяются скорее их микроструктурой, нежели веществом, из которых они созданы. К ним относятся, например, среды, обладающие отрицательным коэффициентом преломления. Впервые их теоретически описал советский физик Виктор Веселаго 1968 году. Это свойство приводит, например, к тому, что свет попадая в такую среду, преломляется в ту же сторону, откуда пришел пучок, а тонкая прямоугольная пластина ведет себя как линза. Как правило такие материалы состоят из многочисленных повторяющихся элементов, например, металлических колец или различных тонких слоев.
Гиперлинза в новой работе была изготовлена авторами из метаматериала на основе золота и полимера (ПММА). Она имеет веерообразную форму, что отличает ее от традиционных суперлинз, в которых тонкие слои расположены на манер концентрических окружностей.
Если сразу после щели находились бы линзы из традиционных материалов, то любая их комбинация не позволила бы различить два образовавшихся пучка света. Однако гиперлинза смогла пространственно разделить их, что удалось зафиксировать исследователям. Веерообразная структура послужила одновременно преобразователем эванесцентных волн, порожденных щелями, в распространяющиеся, а также выполнила свою роль линзы.
Авторы отмечают, что представленные ими линзы позволяют получать изображения малых объектов с меньшими потерями, чем у традиционных суперлинз.
Впервые идея линз, преодолевающих дифракционный предел появилась в 2000 году, когда английский физик Джо Пендри теоретически показал, что в отличие от классических сред с положительным коэффициентом преломления, в метаматериалах эванесцентные волны усиливаются, а не затухают.
Создав метаматериал с определенными оптическими характеристиками (гиперболической дисперсией), преобразующий эванесцентные волны в распространяющиеся, физики смогли получить требуемые характеристики.
Главной особенностью гиперлинз, созданных авторами, является возможность конвертировать эванесцентные волны света в распространяющиеся. Эванесцентными, или затухающими, называют особый класс волн, распространяющихся вдоль границы раздела фаз. С удалением от поверхности амплитуда таких волн экспоненциально, затухает. Важной особенностью этих волн является значительно меньшее значение дифракционного предела — именно с помощью них реализована сканирующая оптическая ближнепольная микроскопия, один из первых методов позволивших увидеть наномир в цвете. Однако создать реальное изображение объекта (для чего и необходима линза) можно только с помощью обычных, распространяющихся волн.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
10 уникальных макрообъективов | B&H eXplora
Бьорн Петерсен
| Обновлено Пн, 09.
08.2021
Поделиться
В мире макросъемки крупным планом с большим увеличением инструменты редко отличаются от так называемых «стандартов». Основная причина этого в том, что в этом классическом объективе 100 мм f/2.8 есть что-то простое и элегантное; это проверенная конструкция, которая просто хорошо работает. Он предлагает удобное рабочее расстояние, его легко спроектировать для увеличения 1:1, и он универсален, поскольку многие фотографы склонны работать с этими короткими телеобъективами для макросъемки во многих областях, помимо макросъемки.
Однако бывают, конечно, случаи, когда стандарт просто не подходит. Например, если вам нужно работать при большем увеличении, чем 1:1; если вам нужно увеличить глубину резкости, не прибегая к процессу наложения фокуса; или — самая основная причина — вы просто хотите выглядеть иначе. Вот коллекция из 10 самых загадочных и необычных объективов: уникальные макрообъективы.
1. Canon EF-S 35mm f/2.
8 Macro IS STMОдин из самых уникальных доступных вариантов, EF-S 35mm f/2.8 Macro IS STM стремится быть универсальным решением для макросъемки с встроенный кольцевой свет в передней части объектива. Вместо того, чтобы прибегать к вспомогательным макро- или кольцевым источникам света, встроив регулируемый светодиод в сам объектив, Canon может уменьшить общую площадь объектива для работы с небольшими объектами и в более тесных условиях. Объектив предназначен для цифровых зеркальных фотокамер Canon формата APS-C, обеспечивает максимальное увеличение 1:1 в натуральную величину и минимальное расстояние фокусировки 5,1 дюйма, а также оснащен системой стабилизации изображения Hybrid IS для удобства съемки с рук.
Объектив Canon EF-S 35mm f/2.8 Macro IS STM
Если вы ищете что-то подобное, обратите внимание на объектив EF-M 28mm f/3.5 Macro IS STM для беззеркальных камер EOS M-серии с матрицей APS-C.
Объектив Canon EF-M 28mm f/3.5 Macro IS STM
2. Canon MP-E 65mm f/2.
8 1-5x Macro PhotoСписок был бы неполным без объектива Canon Super Macro MP-E 65mm f/2.8 1- 5x, который является узкоспециализированным вариантом для работы с объектами в диапазоне увеличения от 1x до 5x и минимальном расстоянии фокусировки 9,4 дюйма. Поскольку его единственное назначение — съемка крупным планом, этот объектив 65 мм f/2,8 включает в себя штативное кольцо для крепления легкость и переднее крепежное кольцо для крепления MR-14EX II Macro Ring Lite.
Canon MP-E 65mm f/2.8 1-5x Macro Photo Lens
3. Mitakon Zhongyi 20mm f/2 4.5x Super Macro
Еще один макрообъектив с большим увеличением, 20mm f/2 4.5x Super Macro от Mitakon Zhongyi возможно, больше напоминает объектив микроскопа, а не ваш типичный фотографический объектив, и, следовательно, предназначен для съемки очень крупным планом. Доступный для зеркальных и беззеркальных камер, этот объектив позволяет работать с 4,5-кратным и 4-кратным увеличением при минимальном рабочем расстоянии 0,8 дюйма и, как и объектив Canon выше, не фокусируется на бесконечность.
Mitakon Zhongyi 20mm f/2 4.5x Super Macro Lens
4. Venus Laowa 15mm f/4 Macro
В то время как большинство макрообъективов, как правило, имеют фокусное расстояние больше, чем обычно, Laowa 15mm f/4 Macro избегает условностей и сочетает в себе сверхширокое фокусное расстояние наряду с максимальным увеличением 1:1 в натуральную величину и минимальным рабочим расстоянием всего 0,2 дюйма для создания динамических изображений крупным планом, которые по-прежнему сохраняют широкое ощущение пространства. При таком рабочем расстоянии крупным планом, объекты могут почти касаться переднего элемента объектива и оставаться в фокусе, а глубина резкости традиционного 15 мм также сохраняется для одновременного достижения резкости на близких и удаленных объектах Объектив также использует внутренний механизм фокусировки для удобства использования и регулировка во время композиции, а сдвиг по вертикали +/-6 мм можно использовать для коррекции конвергенции при съемке под углом вверх или вниз. 0003
Объектив Venus Optics Laowa 15mm f/4 Macro
5. Venus Laowa 25mm f/2.8 2.5-5X Ultra Macro
Еще один интригующий вариант от Venus — Laowa 25mm f/2.8 2.5-5X Ultra Macro — объектив с большим увеличением. специально разработан для работы в диапазоне от 2,5:1 до 5:1 с минимальным расстоянием фокусировки 6,8 дюйма или рабочим расстоянием 1,6 дюйма. Подобно объективу 15 мм f/4, указанному выше, этот ультрамакрообъектив благодаря сверхширокому фокусному расстоянию обеспечивает большую глубину резкости на близком расстоянии. Кроме того, этот 25-мм объектив с диафрагмой f/2.8 также отличается особенно тонкой конструкцией корпуса, что упрощает обращение и дает больше места для включения искусственного освещения. Он доступен с различными креплениями объективов как для беззеркальных, так и для зеркальных камер.
Объектив Venus Optics Laowa 25mm f/2.8 2.5-5X Ultra Macro
6. Venus Laowa 24mm f/14 Probe
Бесспорно, один из самых уникальных доступных объективов — макро или других — это Venus Laowa 24mm f/14 Probe. объектив. Этот своеобразно выглядящий объектив отличается длинной и тонкой оправой (в конце концов, он называется Probe), а также максимальным увеличением 2:1, минимальной дистанцией фокусировки 1,5 фута и впечатляюще близким рабочим расстоянием 0,8 дюйма. Как и другие модели Venus Макросы оптики, это тоже широкоугольный объектив, помогающий увеличить глубину резкости на близком расстоянии.Помимо своей уникальной формы, Зонд становится еще интереснее благодаря включению светодиода в передней части объектива для освещения вблизи. объекты. Кроме того, передняя половина объектива водонепроницаема, поэтому его можно использовать прямо под поверхностью воды. Зонд 24 мм f/4 доступен для зеркальных и беззеркальных креплений, а также в специальной версии Cine-Mod, для ARRI PL, Sony E и Canon EF со встроенными механизмами фокусировки и диафрагмы.
Объектив Venus Optics Laowa 24mm f/14 Probe Lens
7. Объектив Yasuhara Nanoha Macro 5:1
Суперспециализированный объектив, который по случайности является супермакрооптическим объективом Yasuhara Nanoha, сродни работе с микроскопом . Этот объектив предназначен для работы в диапазоне увеличения от 4:1 до 5:1, а общий диапазон рабочих расстояний составляет всего 11–19 мм. В соответствии с тематикой микроскопа объектив имеет съемный светодиод спереди для освещения объектов крупным планом, а также четыре пластиковых держателя для подвешивания мелких объектов перед объективом на надлежащем рабочем расстоянии. Nanoha доступен с беззеркальными креплениями Canon EF-M и Sony E и охватывает датчики формата APS-C, а также доступен для камер Micro Four Thirds.
Макрообъектив Yasuhara Nanoha 5:1
8. Объективы Nikon PC-E Micro-NIKKOR Tilt-Shift
Несмотря на то, что эти два объектива обеспечивают увеличение меньше, чем в натуральную величину, они, безусловно, отличаются своей конструкцией наклона и сдвига для исправление перспективы и увеличение глубины резкости (определенное преимущество при съемке крупным планом). На более широком конце пары находится объектив PC-E Micro-NIKKOR 45mm f/2.8D ED, а для короткого телеобъектива Nikon также предлагает объектив PC-E Micro-NIKKOR 85mm f/2. 8D. Оба объектива обеспечивают увеличение 1:2 в два раза в натуральную величину, а также наклон +/-8,5°, сдвиг +/-11,5 мм и 90° вращения для контроля над тем, как применяются движения. Включение наклона, в частности, позволяет настроить плоскость фокусировки для достижения большей глубины резкости, а смещение движения позволяет настроить композицию и скорректировать конвергенцию. Кроме того, оба объектива оснащены системой коррекции близкого расстояния от Nikon, обеспечивающей постоянное качество изображения во всем диапазоне фокусировки.
Объектив Nikon PC-E Micro-NIKKOR 85mm f/2.8D Tilt-Shift
9. Canon EF 180mm f/3.5L Macro USM
Несмотря на то, что в списке есть впечатляющие широкоугольные объективы, а также множество довольно распространенных и удобных фокусных расстояний, Canon EF 180mm f/3.5L Macro USM выделяется своей уникальностью, поскольку это самый длинный макрообъектив из доступных в настоящее время. Объектив обеспечивает коэффициент увеличения 1:1 в натуральную величину и имеет минимальное расстояние фокусировки 1,6 фута, что обеспечивает более удобное рабочее расстояние по сравнению с некоторыми вариантами с более коротким фокусным расстоянием. Это может оказаться особенно полезным при работе с движущимися живыми объектами, которые можно напугать, подойдя слишком близко во время съемки; Фокусное расстояние 180 мм позволяет добиться качества крупного плана, стоя немного дальше от объекта.
Объектив Canon EF 180mm f/3.5L Macro USM
10. Leica Macro-Elmar-M 90mm f/4
Объектив, который наверняка вызовет удивление, Leica Macro-Elmar-M 90mm f/4 определенно наименее макрообъектив -подобный объектив для спортивного макросъемки; однако, поскольку это единственный дальномерный объектив, предлагающий какой-либо коэффициент увеличения, который можно было бы назвать «высоким», он заслужил свое звание уникального варианта макросъемки. Основное предостережение относительно этого объектива заключается в том, что его необходимо использовать с дополнительным адаптером Macro-Adapter-M для достижения увеличения 1:2 и минимального расстояния фокусировки 16,1 дюйма, в противном случае 9Объектив 0 мм сам по себе обеспечивает увеличение 1:6,7 и минимальное расстояние фокусировки 2,6 дюйма.
Объектив Leica Macro-Elmar-M 90mm f/4
Знаете ли вы какие-либо другие действительно уникальные возможности для макросъемки? Расскажите нам о своих фаворитах в разделе «Комментарии» ниже и ознакомьтесь с некоторыми другими нашими статьями, посвященными крупным планам, нажав «Макросъемка».
ОбзорTokina SZX 400mm f/8 Reflex: сложный, но интересный объектив за 250 долларов
Помните времена, когда у объективов был характер? Токина помнит. В прошлом году компания выпустила рефлекторный объектив SZX 400mm f/8, который излучает индивидуальность, которой не хватает большинству современных объективов — это крошечный, но мощный телеобъектив.
Хотя Tokina первоначально анонсировала объектив в июле 2020 года, недавно она также добавила поддержку креплений Canon RF и Nikon Z, что сделало его доступным практически для всех основных популярных креплений объектива, кроме L-mount.
В качестве предисловия скажу, что Tokina SZX 400mm f/8 — это то, что называется зеркальным объективом или рефлекторным объективом (или, если вы хотите звучать как настоящий ботан, катадиоптрическим объективом). Этот общий дизайн существует уже очень давно, начиная с 1800-х годов, когда он был впервые разработан для микроскопов. С обычными фотообъективами свет входит и проходит по оптическому пути прямо к датчику камеры. Для зеркальных линз траектория изгибается внутренним зеркалом, что позволяет иметь большие фокусные расстояния в относительно небольшом корпусе.
Большинство этих объективов, включая этот SZX 400 мм, не имеют автофокусировки и могут фокусироваться только вручную. Также все они имеют фиксированную диафрагму. Это означает, что этот объектив с диафрагмой f/8 является всего лишь объективом с диафрагмой f/8, и его нельзя закрыть дальше без использования фильтров нейтральной плотности или других внешних средств. Наконец, у них странный передний стеклянный элемент из-за системы зеркал внутри. Эта круглая форма, которая находится в центре объектива, проявляется в нерезких областях фотографии, создавая отчетливый вид, который мы увидим ниже.
Качество сборки и дизайн
Владение объективом 400 мм обычно сопряжено с ограничениями в отношении того, куда его было бы удобно брать с собой. Вы не обязательно хотели бы случайно взять его на прогулку с собакой, где, например, фотография не является основным направлением. Тем не менее, Tokina SZX 400 мм для меня не достигает порога быть обузой практически в любом случае. Он довольно маленький — размером со стандартный объектив 24–70 мм f/4 — и очень легкий — всего 12,5 унций (354,4 грамма). Это тип объектива, который можно носить везде, но он также обладает большой огневой мощью с радиусом действия 400 мм. Это захватывающая комбинация.
Глядя в полный объектив, мы видим снаружи очень простую металлическую конструкцию. Практически весь объектив вращается и действует как кольцо фокусировки, но также есть широкая резиновая полоска для лучшего захвата. Кольцо фокусировки очень плавно поворачивается на 270 градусов, что вам либо понравится, либо возненавидит. Хотя он позволяет совершать плавные и точные движения, он платит за это медленной фокусировкой на больших расстояниях.
При съемке дикой природы мне показалось утомительным необходимость так сильно поворачиваться, чтобы сфокусироваться с близкого объекта на дальний и обратно — я не могу переместить диапазон фокусировки одним поворотом левой руки, удерживая камеру неподвижно в другой. Когда фокус перемещается от бесконечности к близкому фокусному расстоянию в 3,77 фута (1,15 метра), физическая длина объектива также увеличивается примерно до 0,75 дюйма (1,9 дюйма).1 сантиметр).
Слева: объектив с фокусом на бесконечность. Справа: Объектив на близком расстоянии фокусировки.Еще один момент, с которым, я думаю, многие со мной согласятся, это то, что конструкция бленды не очень хороша. Металлическая бленда навинчивается прямо на 67-миллиметровую резьбу фильтра объектива и создает при этом несколько проблем. Во-первых, бленду объектива нельзя перевернуть и прикрепить, чтобы сэкономить место в сумке. Вместо этого его нужно будет ненадежно обернуть вокруг объектива. Во-вторых, когда бленда объектива прикреплена, это означает, что прилагаемую крышку объектива нельзя защелкнуть одновременно. В-третьих, нельзя использовать фильтры и бленду одновременно, так как они требуют одинаковой резьбы.
Положительным моментом является то, что Tokina разработала SZX 400mm со сменными креплениями для камеры. Правильно: конец крепления камеры можно открутить и заменить любым другим поддерживаемым креплением, которое продается отдельно. Для этого обзора я использовал версию Sony E-mount. Однако, если в конечном итоге я перейду на беззеркальную систему Canon, я просто куплю байонет RF за 29 долларов, поменяю их, и объектив пойдет со мной. Крепления можно приобрести отдельно для Canon EF и RF, Nikon F и Z, Fujifilm X, Micro Four Thirds и Sony E.
Качество изображения
Внутри объектив состоит из шести элементов в пяти группах и имеет многослойное просветляющее покрытие. Для объектива 400 мм за 250 долларов качество изображения превзошло все мои ожидания. Я никогда не предполагал, что этот объектив будет невероятно резким со звездным контрастом и четкостью, и, конечно же, он не зайдет так далеко. Тем не менее, Tokina SZX 400 мм вполне оправдывает потраченные деньги. После небольшой настройки редактирования, чтобы вернуть контрастность фотографиям, трудно жаловаться, когда это все, что действительно нужно.
Одним из типичных преимуществ конструкции рефлекторных линз является устранение хроматических аберраций. В то время как другие дешевые фотообъективы, как правило, страдают от сильной цветной окантовки, с этим 400-мм объективом такого не наблюдается.
Что касается резкости изображения, я чувствовал, что в первую очередь это вопрос достижения точной фокусировки. Может оказаться трудной задачей вручную достичь критической фокусировки с фокусным расстоянием 400 мм при f/8. Тот факт, что линзе, естественно, не хватает четкости, также усложняет ее визуализацию.
Я быстро понял, что лучший способ обеспечить резкость — это использовать настройку лупы фокусировки, привязанную к пользовательской кнопке на моей камере Sony, и вводить изображение в цифровой формат, чтобы настроить фокус, когда я снимаю затвор. Это не самая простая вещь в мире для постоянно движущихся объектов, таких как птицы, но она выполняет свою работу с большей точностью, чем фокусировка на пике или глазное яблоко с полнокадрового дисплея.
Наконец, мы не можем говорить о зеркальных линзах, не упомянув об одном из их определяющих качеств: боке. Поскольку объектив имеет круглую непрозрачную структуру, установленную посередине, это приводит к совпадению шаров боке в форме пончика в областях изображения, находящихся не в фокусе.
Это занято, это странно и это громко сказано, но это также уникально и весело и может придать фотографиям дополнительную искру, необходимую для того, чтобы выделиться в положительном ключе. Лично мне это нравится, но хитрость в том, чтобы по-настоящему погрузиться в образ и принять его. Если я снимаю с солнцем за спиной, а в областях не в фокусе есть плоское освещение, это, как правило, не выглядит лестно. С другой стороны, съемка в контровом свете и попытка найти размытые фоны и передние планы с рассеянным повсюду высококонтрастным светом придают фотографиям особый, оригинальный вид.
Предыдущее изображение обрезано на 100%.Чем больше вызов, тем больше награда
Это не простой в использовании объектив, но это не значит, что он плохой. На самом деле довольно весело искать сценарии, в которых фотографии с этого объектива будут выделяться, потому что, как только вы это сделаете, результаты будут волшебными. Кроме того, его очень удобно носить с собой, так как размер и вес означают, что его можно бросить в любую сумку или оставить на камере, когда появится возможность увеличить масштаб.