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Trivial know-how for cameras/Camera & lenses care 자가수리 방법 탐구

카메라 렌즈 광축 이탈의 원인과 교정/수리 및 예방 (Optical axis)

Notice - 일반적인 상식 수준에서 다루는 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.

 

 

다른 교환용 렌즈에서는 이상이 없으나 특정한 렌즈에서 촬영한 이미지 결과물에 해상도 저하 또는 빛 번짐, 과도한 플레어 등이 발생한다면 렌즈의 포커싱 시스템에 문제가 발생하였는지 살펴보고 광학부, 렌즈 구면 등에 오염이나 곰팡이 등이 발생하였는지 살펴보자. 하지만 이런 문제가 없는 정상적인 렌즈 상태에서 위에서 나열한 이미지 품질 저하가 지속적으로 발생한다면 렌즈 요소의 광축 이탈 등의 문제일 가능성이 있다.

 

광축(Optical axis)에 대해 간략히 알아보고 이런 장애/고장의 발생 원인과 대처 및 예방법에 대해 수다를 떨어보자.

 

광축 (optic axis , 軸)

 

렌즈나 거울로 이루어진 광학계에서 각 면의 중심을 연결한 직선. 주축() 또는 축이라고도 하는데, 이 축을 중심으로 회전해도 광학적으로는 변동이 없다.

 

출처> 두산백과

 

설명이 너무 부실하다. 그림으로 좀 더 보충해서 이해해 보자.

 

 

 

 

렌즈 광축 이상의 주요 증상

 

 

 

 

이미지 출처 http://www.trioptics.com

 

 

광축 이탈을 간략하게 그림으로 표현한 위 이미지에서 보듯이 첫 번째 요소와 3번째 요소가 광축에서 어긋나므로 인해 이미지의 해상도가 저하된 것을 보여준다. 구성요소의 일부가 본래의 위치에서 이탈한 경우 렌즈의 해상력, 수차 문제로 인한 왜곡, 색수차 등의 문제를 발생시켜 이를 통해 촬영된 결과물의 화질을 저하시킨다, 경우에 따라서 결과물의 화질 저하는 좌우 상하에 그 정도가 다르게 나타날 수 있으며 일부분에만 나타날 수도 있다. 그리고 보케 빛 망울이 중심부에서도 비대칭형으로 표시될 수 있으며, 내부 난반사 등으로 빛 번짐, 플레어나 고스트, 명암이 뚜렷한 경계선에서 심한 빛 번짐이 발생하는 '글로우' 현상 등이 발생할 개연성이 높다.

 

마운트 또는 경통의 변형 또는 뒤틀림의 경우에는 좌우/상하 이미지 품질의 비대칭적 저하, 좌우 상하 일부분에 비네팅 등이 발생하는 경우도 있다.

 

 

렌즈 광축 이탈의 발생 원인

 

광축에 문제가 발생하는 경우를 나열해보면, 외부의 충격 또는 낙하 등으로 렌즈에 가해진 충격, 금속 부속 및 광학유리 등 재질 차이와 온도 변화에 따른 수축/팽창으로 인한 변형, 렌즈 경통 또는 조작부의 유격/뒤틀림과 변형, 렌즈 내부 청소/수리 등을 위해 분해 후 재조립 과정에서 부정확한 결합, 렌즈 내부 구동부에 이물질 등이 끼는 경우, 또는 장기간 잘못된 보관으로 구성요소가 본래 자리를 이탈한 경우 등을 추측해 볼 수 있다. 렌즈의 구성요소(Element)들은 설계 단계에서 본래의 자리를 이탈하지 않도록 설계되고 이에 따라 제조되지만 설계상의 문제나 또는 제조 조립상의 하자,  외부 충격으로 구성요소 고정 유닛이 분리되거나 헐거워지는 것 등이 주요 요인이지 싶다.

 

위에 기술한 광축 이탈의 요인 중 가장 흔한 원인 중 하나는 줌이나 포커싱 시에 렌즈군 내부의 각 요소(군)을 이동시키는 기계적 구조(Cam system)에서 선형 가이드 링 -linear guide ring - 보통 Collar라고 불리기도 한다(옷깃처럼 주변을 감싸고 있는 형상이라 '칼라'-일반적으로 '카라(옷깃)'로 발음하는 것이 더 친숙하다. 받침 발음에 제한적인 일본식 영어 발음이 원인이 아닐까- 또는 부싱/bushing 등으로 불리는 듯하다) linear guide ring의 마모나 변형으로 구성요소(또는 요소군)의 일부가 정확한 위치로 이동하지 않아 광축에서 이탈하는 경우라고 생각한다. "선형 가이드 링"의 재질은 상용 제품에서 주로 금속 또는 플라스틱 등 다양한 편이다.

 

linear guide ring 문제로 인해 발생하는 광축 문제와 수리방법은 제법 내용이 많고 이해를 돕기 위해 이미지 등의 첨부가 필요하므로 기회가 닫는다면 보다 상세한 별도의 포스팅으로 작성해 보고 싶다. 하지만 언제나 마음만 앞서고 나태하고 게으른 천성은 쉬 고쳐지지 않아 문제다.

 

선형 가이드 링을 사용하는 렌즈 요소군의 cam system 방식은 주로 줌 렌즈나 AF 렌즈 또는 망원 단렌즈에서 흔하게 볼 수 있다.(수동 단렌즈의 경우에는 주로 원통형의 나사 방식의 헬리코이드 구조를 주로 가진다) 따라서 광축이탈 문제가 발생하는 빈도는 단렌즈보다는 줌렌즈에서 많고, 그리고 매뉴얼 포커싱(수동 초점) 렌즈보다는 AF렌즈에서 주로 발생한다. 선형 가이드 링은 원형의 고리 부속으로 와셔와 유사한 형태의 부속이지만 구동 시 회전하며 경통 내부의 이동 홈을 따라 부드러운 위치 변동이 가능하도록 하는 부속이다. 사용량이 많거나 재질 또는 설계상의 내구 한도가 있으므로 마모하거나 변형되기도 한다. 가이드 링의 마모나 변형으로 인한 광축 이탈 문제는 아래에서 설명한 임시적인 대응책으로는 적절한 개선 효과를 기대하기 어렵다. 렌즈를 분해하여 해당 부속을 교환하는 것 이외에는 뾰족한 해결 방법이 없다.

 

붉은 실선 표시 부분이 linear guide ring 출처> 구글링

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일반적으로 단렌즈는 광학부 일체가 전후로 이동하며 포커싱을 맞추는 구조이므로 linear guide ring을 사용하는 방식이라 하여도 좌/우 한쌍으로 2개로 이루어지는 경우가 대부분이다. 하지만 줌 렌즈의 경우에는 초점거리(또는 화각) 변경을 위한 주밍을 위해서는 일정 요소 또는 요소군이 각자 다르게 움직여야 하는 경우가 일반적이고, 주밍뿐만 아니라 포커싱을 위해서도 또한 필요하다. 따라서 내부의 구성 요소(군)의 수나 각각의 설계에 따른 요소 간 이동 방식에 따라 linear guide ring이 있는 구조가 10여 개를 초과하여 다수 있는 경우가 많다. 따라서 선형 가이드 링의 마모나 변형이 발생할 확률도 자연히 증가한다.

 

 

최근의 렌즈들은 코팅기술의 발달로 렌즈 구성요소(Element)의 수에 제한 없이 설계하고 제조/생산하고 있다. 렌즈의 광학요소가 많을 수록 광축에서 벗어나는 등의 장애 가능성도 다분히 높다. 그리고 무엇보다 빠른 AF 성능 구현과 휴대성 등을 위해 무게를 줄이는 등의 노력을 기울이고 있어 내구성 문제는 더욱 취약해질 수밖에 없다. 특정 제조사의 특정 렌즈에서 광축 이탈 문제가 자주 발생한다면 해당 제조사의 렌즈 설계 방식 또는 구성요소의 고정 방법 등에 내구성이 약한 문제일 가능성이 크다.

 

내부 경통에 지렁이처럼 파진 홈들이 가이드 링이 이동하는 경로이다.

 

 

또 렌즈의 광축에 문제를 발생시키는 다른 경우로는 마운트 부분의 파손/변형 또는 부주의한 마운트 개조로 인한 경우가 있을 수 있다.

 

 

렌즈 광축 이탈에 대한 일반적인 교정 및 수리

 

이러한 광축의 문제는 해당 장애의 발생 원인을 제거고 이탈된 광학요소의 경우에는 본래의 위치에서 작동하도록 수리해야 한다. 광축 교정/수리 시 렌즈의 구조가 간단한 경우나 렌즈 외부에 기인한 경우라면 비교적 손쉽게 수리 가능하고 수리비용 또한 저렴하겠으나, 내부의 광학요소가 이탈하거나 위에서 설명한 linear guide ring의 마모/변형 등으로 장애가 발생한 경우라면 렌즈를 완전 분해에 준하는 수준으로 광축 이상을 수리하고 재조립해야 한다. 특히 최근의 고성능 줌렌즈 등은 광학요소(Element) 수가 많고 구동 메커니즘이 복잡/정밀한 만큼 내부 구조와 구동장치, 전기/전자 부품 등으로 분해/재조립이 쉽지 않다. 그만큼 분해/수리가 쉽지 않고 광축 교정 비용 또한 증가한다.

 

 

광축 계측 기기, 출처 http://www.trioptics.com

 

 

 

광축 이탈에 대한 자가수리 및 임시 대처법

 

렌즈의 마운트 이상이나 외부 경통의 변형에 의해 광축이 뒤틀린 경우에는 마운트 부속의 교체나 조정 등으로 비교적 간단하게 수리 가능하고 경통의 변형 또한 부속 교체 또는 물리적 교정으로 수리하여야 한다.

 

렌즈 내부의 구성요소 이탈, linear guide ring의 마모/변형, 또는 내부 구동부의 비틀림의 경우에는 렌즈를 완전 분해 수준으로 분해하여야 하므로 전문기술 없이 분해/재조립으로 자가 수리하는 것은 쉽지 않다. 특히 AF렌즈나 줌렌즈는 내부 구조가 복잡하고 작고 세밀한 구조이므로 분해했다가 재조립 못하고 수명을 다하는 렌즈가 더 많을 수 있다.

 

큰 소모값 없이 시도할만한 교정/수리 방법을 추천하자면, 중력의 도움과 렌즈 본체에 진동을 가해 구성요소가 제 위치로 가도록 하는 방법이다. 이는 단순히 요소 일부가 자리를 이탈해서 발생한 문제에만 효과가 있는 제한적인 방법이다.

 

큰 기대는 큰 실망을 부르므로 가벼운 마음으로 시도하는 것이 좋겠다.

 

 렌즈를 지평에서 수직으로 세운 상태에서 바이브레이터 -Vibrator(안마기 등 지속적으로 잔 진동을 가할 수 있는 전동기구) 등을 이용해 진동이 렌즈 내부의 광학부에 잘 전달되는 부위(주로 측면 경통이나 마운트 부분 등)에 밀착하고 일정 시간 그 상태를 유지한다. 반드시 렌즈를 지평과 수직으로 위치하도록 하자. 상하 부분을 교대하여 시도해 보고, 진동 전달 위치를 렌즈 중앙부, 마운트 부, 필터링 부분 등으로 이동하는 방법도 병행해 보자. 적절한 바이브레이터가 없다면 지속적으로 진동하는 주변 물체를 찾아보자. 손으로 흔드는 것은 큰 효과가 없다.

 

 만약 충격이나 일시적 장애로 구성요소 중 일부가 광축에서 벗어난 가벼운 이상 상태일 경우라면 위의 방법으로도 충분한 개선과 교정/ 수리를 기대할 수 있겠다. 하지만 내부의 명백한 구조적인 결함이나 광학 요소가 정말 이탈한 경우라면 분해를 통해 해당 요인을 수리하는 방법이 적절하다. 따라서 광축의 문제로 의심되거나 광축 이탈이 확인되었다면 1차적인 해결방법으로 개선을 도모해보고 이 방법으로 개선된 효과가 없을 경우, 제조사 서비스 센터의 수리 서비스나 광축 교정 전문 수리업체에 수리를 맡기는 것이 좋겠다.

 

이 방법은 미봉책일 수 있다. 다시 동일한 증상이 발생할 수 있으므로 광축이탈 문제가 재발하지 않도록 사용 / 휴대 시 충격에 주의하고 보관방법에 유의하자. 보관 방법은 아래를 참고하자.

 

 

광축 이탈, 뒤틀림에 대한 예방

 

렌즈를 외부의 충격으로 부터 보호하는 것이 가장 좋은 방법이다. 그리고 광축 뒤틀림이 잘 발생하는 렌즈 보관 시 뉘어서 보관하거나 비스듬히 보관하는 것을 피하고 지표와 수직으로 세워서 보관하는 것이 좋겠다. 그리고 내부 linear guide ring의 마모나 변형 또는 내부 구조의 변형/파손을 방지하기 위해서 무리한 힘을 가한 주밍, 수동 포커싱을 자제하는 것이 좋다. 렌즈를 구성하는 기계장치와 그 부속은  잦은 사용 또는 무리한 힘을 가한 작동, 충격 등으로 마모나 변형이 발생할 수 있고 내구연한이 존재한다는 점을 염두에 두는 것이 좋다.


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