Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
카메라와 렌즈의 구조에 대한 수다에서 가장 우선적으로 다루었어야 할 주제였지만, 너무 당연해 보이는 부분이라 간과한 듯하다. 사실, 이에 대해 수다를 시작하려니 모두 알고 있을 만한 내용을 장황하게 다루는 꼴이 아닐까 의구심이 들기도 하지만, 접사 튜브나 접사 필터의 원리에 대해 궁금해하는 경우를 종종 보았고, 이에 대한 답도 여기서 찾을 수 있으므로 한번 수다의 주제로 삼아도 괜찮을 듯싶다. (사실, 기초/기본이 제일 어렵다고 생각한다. 이게 뭐 어려울 것 있냐고 할 수 있지만, 일정 수준-지금도 이해하는 수준은 매우 저급하지만- 이해하고 수다의 대상으로 삼으려고 기다렸던 것이었는지도 모른다)
소소한 궁금증에 대한 정리 차원으로 시작한 수다가 연작이 되면서 본의 아니게 전문 지식이라도 다룬 마냥 거창 해지는 꼴이 영 달갑지 않다. 수차례 이야기했던 바이지만, 단지 수박 겉핥기식의 사소한 잡설에 불가하므로 큰 의미 부여는 하지 않았으면 한다. 간혹 '이게 왜 이런건까?'라는 뜬금없는 사소한 궁금증에 대해 가볍게 나누는 수다이며, 해당 전문 분야에 종사하는 것을 목표로 하지 않는 한 '알아도 그만 몰라도 그만'이니 부담 없이 달려보자.
▶ 카메라 초점 조정(이동)의 원리 / Principle of Camera focus
근경이나 원경에 따라 초점을 이동하는 방식에 대해 우리는 경험적으로 렌즈(광학계) 경통이 길어지거나 내부의 움직임 등으로 조절된다는 것을 알고 있다. 그 대체적인 양태는 근거리에서는 렌즈의 광학계가 앞으로 전진하고, 원거리에서는 후진이 이루어진다. 이는 다르게 표현하면 촬상소자에 상이 맺히는 면(상면)과 광학계 간의 거리 조절로 이루어진다고 할 것이다.
구글에서 가져온 이미지를 보며 수다를 나눠보자. 사선으로 표현된 추적선이 조금 과장되어 있지만, 이해하는데 큰 어려움은 없어 보인다.
Lens (이하 '렌즈의 광학계')는 그 구성에 따라 일정한 굴절률을 가지고 입사되는 빛(광선)의 각도(입사각)에 따라 출사(사출)되는 빛 또한 렌즈(광학계) 굴절률의 영향을 받아 (입사각에 굴절률이 반영된) 일정한 각도로 출사(사출) 된다. 즉, 근접한 피사체는 렌즈 입사각이 (광학계의 광축을 기준으로) 크고, 원거리의 피사체 일수록 입사각이 광축에 수평에 가까워 (무한대에서 광축과 수평으로 입사)진다. 입사한 광선은 광학계를 통과하며 굴절률의 영향을 받아 그 출사각에도 영향을 미치고 한 점으로 교차하는 위치(초점이 맞게 되는 지점) 또한 달라진다. 다시 말하면 피사체의 위치에 따라 상이 또렷하게 맺히는 상면 또한 영향을 받아서 초점이 맞는 지점이 변한다. 따라서 광학계를 통과한 빛(광선)이 필름이나 이미지 센서의 촬상면에 초점이 맞는 상으로 맺히기 위해서는 렌즈의 광학계(전체 또는 일부의 포커스 구성 요소)와 촬상면 간의 거리가 피사체의 위치에 맞게 조정되어야 하며 이 과정이 '초점 조정(focusing)'이라 하겠다.
초점 조정의 방법 또한 렌즈의 광학계 (전체 또는 일부 포커스 구성 요소)를 이동하는 방식과 촬상면(센서)을 이동하는 방식을 생각해 볼 수 있다. (또는 광학계와 촬상소자면이 모두 각자 연동하여 움직이는 방법도 있을 수 있겠다) 현실적으로 필름이나 이미지 센서 면이 이동하는 방식보다 광학계(전체 또는 일부의 포커스 요소군)가 이동하는 것이 일반적이고 안정적인 구동 방식이므로 상용 카메라나 캠코더의 광학계가 이동하여 촬상(소자) 면과 거리 조절의 방식을 취한다고 생각한다.
렌즈의 광학계가 움직이는 것이 아니라 촬상면이 이동하는 방식도 상용 제품으로 다시 등장할 여지 또한 있겠다. 즉, 렌즈 광학계가 앞뒤로 움직이는 것 대신에 이미지 센서가 앞뒤로 움직여 포커싱 하는 방식이며 최근에 카메라 본체에 적용되어 이미지 센서가 손 떨림에 대응하여 5축 흔들림 안정기(손떨방) 등을 생각해보면 기술적으로 그리 어려워 보이지 않는다. 필름 카메라에서는 필름 면을 이동시켜 거리 조정하는 구조에 어려움이 있었지만, 디지털 이미지 센서에서는 보다 용이하게 적용 가능하지 싶다. 특히 렌즈 고정형의 소형 카메라나 휴대용 전자기기의 카메라 모듈에서는 꽤 유용한 방식이 아닐까 싶다. (하지만, 장점만 있는 것은 아닌데, 광각에서는 작은 이동거리만으로 포커싱이 가능하지만, 장초점 거리/망원 렌즈나 매크로 촬영 등의 조건에서는 이동 폭이 확대되어야 해서 그리 효율적인 방법은 아니지 싶다)
근래에는 심심찮게 제품화되는, 광학계 전체가 아니라 일부 요소(Focus 그룹 요소)만을 이동함으로써 초점 조정이 가능한 광학 설계 렌즈, 흔히 이너 포커싱(플로팅 포커스 시스템)으로 불리는 방법도 있다. 하지만 이 또한 외형적 변화는 나타나지 않지만 내부에서 광학 일부 요소(포커스 구성요소군)들의 이동으로 초점면과 광학계의 거리 조절과 동일한 작용을 한다. 추후, 이너 포커싱이나 플로팅 포커스 시스템, 그리고 다군 줌렌즈, 나아가 줌 구성 요소와 포커스 구성요소를 독립적으로 설계하는 파포컬 줌 렌즈 (Parfocal zoom lens) 등에서 내부 포커싱 방식을 다룰 기회가 있으리라 생각한다. 이에 간단히 언급만 하는 수준에서 다음 수다를 기약하자.
<렌즈의 광학구성 Optical design 24> 파포컬 줌 렌즈 - 파포컬(초점유지)을 위한 광학 설계 [副題] "아
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 봄은 왔지만, 여전히 현실은 코로나 판
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<렌즈의 광학구성 Optical design 25> 줌 렌즈의 작동 방식과 파포컬 줌 렌즈의 광학 설계 (기계적 보
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 아래 자료는 슈나이더 사의 자료를 구
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위의 이미지에서 Lens로 표시된 광학계는 (실제 카메라에 장착되어 사용하는 렌즈의 광학계) 이해하기 쉽게 하나의 볼록 렌즈 모양으로 단순화한 것이다. (실제 렌즈의 광학계는 여러 요소의 조합으로 이루어지고 입사부와 사출(출사)부, 조리개로 이루어지고, 더 디테일하게 들어가면 제1 주점과 제2 주점이 있고, 입사부를 통과한 빛은 제2 주점에서 교차하여 다시 사출부를 통과하므로 초점면에 맺히는 상은 '도립상'이 되며, 광학계의 중심이라고 할 수 있는 제2 주점에 조리개가 위치하는데 제 2 주점에서는 조리개 개구의 크기와 상관없이 항상 촬상면에 고르게 노광이 가능하기 때문이다. 그리고 조리개의 위치는 광학계의 왜곡 수차의 발생/양태와도 관련된다. 이번 수다에서는 단순화된 광학계로 설명하는 것이 더 용이하므로 아래의 렌즈 광학식 이미지 예는 참고만 하면 될 듯하다)
여기서 한 걸음 더 들어가서 렌즈(광학계)의 초점 거리(focal length)에 대해 간략히 언급하면, "렌즈의 주점에서 초점면까지의 거리"를 말하는데 초점면은 필름이나 이미지 센서의 촬상면을 의미하고, 렌즈의 주점은 광학계의 중심인 제2 주점을 의미한다. 그리고 피사체의 거리에 따라 초점이 맞추기 위해서 광학계 주점과 초점면 사이의 거리가 변화므로 '초점은 무한대에 맞을 때'의 렌즈의 주점에서 초점면까지의 거리라고 정의할 수 있다.
초점 이동에 따라 미세하게 초점 거리가 변화하는 현상을 초점 호흡 / focus breathing이라고 하는데 이에 대한 수다는 아래 링크에서 확인하다.
<카메라와 렌즈의 구조 36> 초점 호흡 (포커스 브리딩)에 대하여 / About focus breathing
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 일반적인 상황에서는 거의 잘 언급되지 않는, 그래서 용..
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▶ 접사 튜브와 접사 필터의 원리 / Principle of extension tubes & close-up filter
접사(확장) 튜브를 이용한 접사 촬영 (매크로) 원리는 렌즈 광학계와 촬상면 간의 거리를 증가시켜 최단 촬영 거리보다 더 가까운 거리의 피사체를 촬영할 수 있고(접사 튜브로 확장된 거리의 영향으로 최단 촬영 거리가 줄어들고) 렌즈 광학계 중심과 촬상면의 거리가 확장되므로 렌즈 광학계의 '초점 거리'도 증가(망원화)한다. 즉, 접사 튜브를 장착하므로 인해 확장되는 튜브의 간격에 의해 최단 촬영 거리 감소로 근접하여 피사체를 크게 촬영 가능하고 동시에 렌즈의 '초점 거리'에 증가(망원화)로 배율 확대 효과가 적용된다.
접사 필터는 광학계 전면에 장착하는 볼록 렌즈라고 할 수 있는데, 접사 필터의 볼록 렌즈 배율에 따라 피사체가 확대되고 볼록 렌즈에 의해 렌즈로 입사되는 빛(광선)의 각도를 변화시켜 (렌즈와 촬상면 간의 거리 조정 없이) 렌즈 광학계와 이미지 센서의 간격 조정의 범위 내에서도 포커싱이 가능하며, 최단 촬영할 수 있는 거리 또한 줄어들어서 접사가 가능하다.
엄밀하게 따지면, 접사 튜브와 접사 필터는 최단 근접 촬영거리를 줄여서 크게 확대하여 촬영한다는 결과는 동일하지만, 광학계의 초점 거리 증가로 인하여 배율이 증가하는 영향 또한 받는 접사 튜브와 접사 필터 자체의 볼록/positive 렌즈의 배율 확대 효과에 의한 결과라는 점에서 차이가 있다.
접사 튜브와 접사 필터의 각 단점으로는 광학 성능의 저하와 광량 감소를 들 수 있다. 확장 튜브 방식의 접사 튜브는 앞에서 잠시 언급한 바와 같이 튜브의 확장된 거리만큼 렌즈 광학계의 초점 거리가 증가하고 이에 배율이 확대된다. 그리고 근접 촬영이 가능한데, 이는 본래의 광학 설계에서 상정한 사용 범위를 벗어남으로 고려되지 않은 (광학 설계에 의해 제거된 한도를 벗어난) 수차 문제가 개입할 여지가 있다. (일반 카메라용 렌즈의 경우 초점거리의 약 50배에 해당하는 지점을 기준으로 광학 수차가 가장 억제되고 최고의 성능을 갖도록 설계 시에 고려되며, 전문 매크로 렌즈는 광학계의 초점거리의 약 10배를 기준으로 설계되는 경우가 일반적이라고 한다) 하지만, 접사 필터에 비해 화질 저하는 상대적으로 덜한 편인데, 접사 필터는 광학계 전면에 추가되는 광학 요소에서 배율이 확대와 최단 촬영 거리 단축이 이루어지므로 앞서 언급한 접사 튜브와 마찬가지 원인(광학 설계 시 상정한 사용 범위의 이탈)과 더불어 접사 필터 자체의 품질(광학 성능) 문제로 인한 광학 수차(단일 광학 수차와 색 수차) 또한 문제 될 수 있어서 화질 저하 문제가 발생할 개연성이 더 높아진다. 광량 감소와 관련하여 접사 튜브는 늘어난 초점거리에도 불구하고 조리개의 유효 개구는 변화가 없으므로 그 만큼 촬상 소자에 도달하는 광량은 감소한다. 그러나 접사 필터의 경우 광량 변화는 미미할 것이다.
광학 제조사에서는 접사 촬영을 위한 전문 매크로 렌즈나 매크로 기능의 렌즈 등을 선보이고 있는데, 광학 설계에서부터 접사에 적합하도록 설계/제작(초점거리의 약 10배 거리에서 최상의 광학 성능을 발휘하도록 설계)하였으므로 광학 성능에서는 접사 튜브나 필터 방식에 비해 안정적이라고 할 수 있다. 하지만, 전문적인 고품질/고화질의 접사 결과물이 필요한 경우가 아니라면, 접사 튜브와 접사 필터는 저렴하고 다양한 초점거리의 렌즈에 활용 가능해서 꽤 효율적이다. 그리고 접사 튜브의 경우, 확장형 튜브 내부의 난반사로 접사 시에 글로우 등으로 대비가 떨어지고 일부 플레어 등이 발생할 수 있는데, 접사 튜브 내부의 난반사를 구조로 만들어진 제품을 선택하는 것이 좋겠다.
렌즈 또는 확장 튜브 어댑터의 내부 반사 억제를 위한 간단한 개조 / Simple modifications to Internal light reflections from adapters and extension tubes
올드 렌즈를 현재의 디지털 카메라에 장착하는 서로 다른 마운트 방식을 결합하여 사용하는 '이종교배?'교환용 렌즈의 마운트와 카메라 마운트의 플랜지 백 거리의 차이만큼 활용하는 확장형 튜브(extension tube)..
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▶ 초점 조정과 최단 촬영 거리. 그리고 초점 조정에 얽힌 소소한 수다거리
일반적인 광학계는 최단 근접 촬영거리가 정해져 있는데 이유는 렌즈 광학계와 이미지 센서 사이의 거리를 조절하는 구조의 제한과 실효성 문제, 그리고 최단 근접 촬영거리를 넘어서는 범위에서의 제어/억제하지 못한 광학 수차로 인한 광학 성능 저하 문제 등을 생각해 볼 수 있다.
먼저, 일반적인 단렌즈의 수동 포커싱 등에서 체감할 수 있듯이 초점 조절(포커스) 링을 돌려서 초점을 맞출 경우, 원거리는 미세한 포커스 링 조작으로도 초점 조정의 정도가 크지만 근접한 거리일수록 포커스 링을 많이 돌려도 초점 거리 이동은 아주 미세하게 일어난다. 즉, 근접할수록 포커스 링 조작 범위는 점점 많아져야 하고 (미세하고 정밀한 초점 조정에는 장점이 될 수 있지만) 표준 렌즈에서 0.4~0.5m 보다 근접한 최단 촬영을 위해서는 더 근접할수록 광학계와 촬상소자 간의 거리 증가는 비약적으로 증가하여야 하고, 빠른 포커싱 측면에서도 헬리코이드 조작량이 많아져서 별 도움이 되지 않는다.(캠 기어 구조를 이용한 해결 방법이 있겠지만, 이 또한 만능은 아니다) 따라서 실효성 측면에서 최단 촬영거리를 제한하기도 한다. 그리고 광학계의 수차 문제는 초점 조정의 범위가 클수록 어려움이 크다. 이는 초점 거리가 가변 하는 줌 렌즈에서 모든 초점거리에 걸쳐 광학 수차 억제가 어려운 것과 비슷한 맥락이다. 따라서 제조사에서는 이런 문제를 감안하여 일반 렌즈에서 최단 촬영 거리에 제한을 두고 있다. (일반적인 SLR 교환용 표준 렌즈에서 약 0.45m 정도의 최단 촬영거리를 갖는다)
렌즈의 최단 촬영 거리는 광학계의 초점 거리와도 연관된다. 즉, 초점 거리가 짧은 광각 렌즈에서는 최단 촬영 거리가 짧고 초점 거리가 먼 망원 렌즈에서는 최단 촬영 거리가 비교적 멀다. 이는 초점 거리에 따른 광학계의 최단 촬영 거리 설계 특징 정도로 이해해도 무방하겠다.
RF 카메라 교환용 렌즈들의 경우, 최단 거리가 동일한 초점 거리의 SLR 카메라 교환용 렌즈에 비해 상대적으로 길어서 50mm 정도의 의 표준 초점거리 렌즈에서 0.9~1m의 최단 촬영 거리를 갖는 렌즈가 대부분이다. 이는 RF 카메라의 레인지파인더 뷰파인더 구조에 기인한 문제로 보인다. 레인지파인더 카메라는 촬상면에 노광 되는 광학계와 뷰파인더의 광학계가 별도로 존재하므로 뷰파인더로 보이는 상과 실제 촬영되는 상의 시차(Parallax) 문제가 있는데, 근접한 피사체 촬영일수록 시차 문제는 심화된다. 따라서 일반적인 레인지파인더 뷰파인더 구조에서 시차 문제를 감안하여 실효성이 있는 초점 조정의 최단 거리는 약 0.9~1m 정도이고 (이를 넘어서는 근접 촬영에서는 레인지파인더 뷰파인더의 프레임 범위를 넘는 부분까지 치우쳐 촬영되므로 이를 방지하기 위하여 최단 근접 촬영 거리를 제한하고 있다) 따라서 교환 장착용 렌즈 또한 최단 촬영거리 0.9~1m로 만들어졌다. 이를 초과하는 최단 거리 촬영/간이 접사를 위해서는 별도의 장치를 액세서리 형태로 장착하여 해결하였다.
레인지파인더(RF) 카메라를 위한 근접촬영 또는 간이접사 用 악세사리 / Close-up accessary for RF camera - Leitz(Leica) NOOKY, SOOKY & Canon Auto-up
레인지파인더 카메라는 파인더의 광학적 구조와 특징으로 인해 접사 촬영이 어렵고 교환 장착 대부분의 렌즈 최근접 촬영 가능 거리도 0.9~1mm 정도로 긴 편이다. 물론 매크로 확장형 어댑터 등을 장착하면 접사..
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콘탁스 레인지파인더 카메라를 위한 근접촬영 및 접사용 악세사리 / Colse-up accessary for Contax RF camera - Contameter
1930년대부터 35mm 필름 규격 레인지파인더 카메라에서 라이카 카메라와 경쟁했던 콘탁스 RF 카메라의 근접촬영 및 접사용 악세사리에 대해 알아보자. 레인지파인더 카메라는 SLR 카메라에 비해 근접 촬영거리가..
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최근 디지털 미러리스에서는 라이브뷰나 LED 액정 방식의 뷰파인더 시스템으로 RF 카메라에서의 시차 문제가 발생하지 않으므로, 교환용 RF 카메라 렌즈에 확장형 튜브나 전용의 이종 장착용 헬리코이드 어뎁터를 활용하여 최단 촬영 거리를 표준 렌즈에서 0.4~0.5m 내외로 줄일 수 있다.
