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<카메라와 렌즈의 구조 VIII> 조리개 개구는 원형이어야 하는가? (원형 조리개) / Construction of camera - Shape of aperture opening 본문

사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure

<카메라와 렌즈의 구조 VIII> 조리개 개구는 원형이어야 하는가? (원형 조리개) / Construction of camera - Shape of aperture opening

잉여로운 삶을 사는 산들 산들 2016.11.28 00:08


▶ 조리개 개구에 대한 고찰 (원형 조리개)

“왜 이상적인 조리개 개구는 원형일까?”

조리개가 원형의 형태, 정확하게는 조리개 개구가 모든 F/값에서 원형을 유지하도록 설계하고 제조하는 이유는 렌즈의 광학적 성능 즉, 화질과 관련되어 있기 때문이다. 일응 조리개 모양이 광학적 성능이나 화질과 무슨 상관이 있겠냐 하겠지만 모든 것에는 나름 근거와 이유가 있는 것 같다. 조리개 개구의 모서리 또는 꼭지점의 좁은 틈은 빛의 회절을 심화시키고 이로 인하여 렌즈의 광학적 성능(분해능 또는 해상력)에 악영향을 미친다. 빛의 회절은 작은 구멍이나 틈에서 더 뚜렷하게 나타난다. 이에 대한 보다 자세한 내용은 회절현상과 관련한 포스팅을 참고하면 더 도움이 되리라 생각한다.

조리개 개구의 모서리에 발생하는 회절이 얼마나 된다고 호들갑이냐 하겠지만, 이 포스팅의 제일 하단의 빛 갈라짐 설명에 첨부된 이미지를 확인해 보자. 점광원 뿐만 아니라 조리개 개구를 통과한 모든 상에서 회절에 의한 화질 저하가 발생하므로 무시할 수 없는 수준이다.




조리개 개구는 원형에 가까운 부드러운 원형의 보케를 만든다. 성향에 따라 각진 다각형의 보케나 별모양 보케 등을 선호할 수 있지만, 주 피사체로의 시선을 강탈하지 않는 배경흐림의 부드러운 원형의 보케는 조화롭고 아름답다.

조리개 날 수가 여러 장 일수록 원형의 조리개 개구를 만드는 데 유리하지만 제조비용의 증가, 간명하고 빠른 조리개 작동에서 단점을 가지고 있다. 최근에는 조리개 날 매수가 7~9매로 구성된 조리개 장치를 가진 렌즈가 가장 흔하며, 조리개 날의 곡선형 설계를 통해 조리개 개구를 보다 원형에 가깝게 만들도록 보완하고 있다. 조금 더 부연 설명하면 최근에는 7매 또는 9매의 홀수의 조리개 매수를 선택하는 이유는 짝수의 경우 조리개 날이 만나는 부분의 좁은 각진 틈이 대칭으로 위치하여 입사한 빛의 회절이 증폭되는 데 이를 방지하기 위해서 각 모서리가 대칭에서 살짝 벗어나는 구조의 홀수 매수를 채택하는 경우가 일반적이다.



조리개 날의 독특한 곡선형 설계를 통해 보다 적은 수의 조리개 날로 원형에 가까운 개구를 만들 수 있다. f/값이 낮은 개방 조리개 개구에서 원형을 유지하지만 f/값이 높은 조여진 조리개 개구에서는 원형을 유지하지 못하고 각진 형태가 되는 한계가 있다.




이미지 출처 - https://3dprintingdog.com/2015/08/04/3d-designing-dog-camera-aperture-project/




최근, 조리개 개구의 디자인은 모든 조리개 값에서 완전한 원형에 가깝게 만들기 위해 여러 새로운 방법을 모색하고 있다. 조리개 날개의 모양을 각각 다르게 만들어 원형의 조리개 모양을 구현한 특허는 최근에 만료되어 여러 제조사에서도 해당 설계를 적용한 렌즈가 출시되었다. 하지만 이런 설계에 의해 제작된 조리개도 조리개 최대개방에서 F5.6~8 정도에서만 완전한 원형을 유지하고 더 조여질 경우에는 유연한 곡률의 원형을 만드는 데에는 한계가 있다. 새로운 설계의 일례로 펜탁스에서 조리개를 완전히 조였을 때도 원형을 유지하도록 하는 특허(이중 조리개 구조)를 출원한 바 있어 소개한다.(조리개 날이 이중으로 구성된 점에 주목하여야겠다. 첫번째 조리개에서 개구의 일부 각진 부분을 두번째 조리개에서 다시 한번 더 보완하여 보다 원형에 가깝게 구현하는 것이 특허의 핵심인듯 하다. 하나의 조리개 플레이트와 조리개 구동 링 등은 기존의 일반적인 조리개 설계와 유사하다)







▶ 조리개 개구 모양의 효과

보케의 외형에 영향을 준다. 이미지의 주변부로 갈수록 타원형태의 보케가 나타나는 것은 잔여 광학 수차가 관여하기 때문이다.



독특한 모양의 보케 모양을 만들기 위해 조리개 매수를 4(사각형 보케) 또는 3매(삼각형 보케) 등으로 개조하는 경우도 있다.

근래 하트 보케 등 다양한 모양의 보케 사진 등을 심심찮게 보게 되는데 이는 조리개의 모양이 하트가 아니라 하트모양의 구멍을 가진 차단막을 렌즈 대물부 또는 필터 등에 장착하여 촬영하는 방식이 대부분이며 조리개 개구가 보케 형태에 영향을 주는 것과 비슷한 원리이다. 가공하는 구멍의 모양에 따라 다양한 형태의 보케를 만들 수 있다. 간편한 방법이지만 조리개 개구의 모양을 직접 변형하는 방법과 비교하면 렌즈 대물부 상당부분을 차단하는 형태이므로 렌즈로 유입되는 광량이 줄어드는 단점과 결과적으로 고감도 ISO나 저속셔터를 사용하여야 하며 이미지 화질 저하로 귀결될 개연성이 크다.






▶ 조리개 날 수에 따른 빛의 회절 상관 관계

짝수의 조리개 날을 갖고 있는 렌즈는 조리개 매수에 비례하는 빛 갈라짐이 나타나고, 홀수의 조리개 날을 가진 렌즈에서는 조리개 날 수의 배에 해당하는 빛갈라짐이 나타난다.

조리개 날 수가 렌즈 설계나 광학에 미치는 의미도 있는데 짝수 조리개는 각 조리개의 각진 부분이 대칭적으로 있어 빛의 회절이 증폭되어 화질 확보에 좋지않다. 야간 사진 촬영 시, 긴 빛갈라짐도 동일한 이유에서다. 따라서 빛의 회절을 최소화하여 화질 개선을 도모하는 의미에서 홀수의 조리개 숫자가 더 유리하다고 할 수 있다.

야경 사진에서 흔히 볼 수 있는 점광원의 멋진 빛 갈라짐 현상 또한 빛의 회절현상의 결과이다. 조리개를 조일수록 빛갈라짐이 더욱 뚜렷해지고 길어지는 것 또한 작은 조리개 구멍, 특히 각진 모서리 부분의 좁은 틈과 작아진 개구에서 빛의 회절이 더 심화되기 때문이다. 완전한 원형을 이루는 조리개의 경우에는 회절이 심해지는 개구의 모서리 부분이 없으므로 빛 갈라짐이 생기지 않는다.



이미지 출처 - https://jmlobert.blogspot.kr/


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