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Stories about photography and cameras/Optical Lens Design

<렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조-외전 01> 대칭형 초광각 설계의 렌즈 (feat. 토포곤과 홀로곤) / Symmetrical ultra-wide-angle design for photographic lens (Topogon & Hologon)

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

 

포스팅의 일부 내용 및 이미지 로딩 에러를 수정함! (2024년 11월)  

 

▶ 토포곤 / Topogon

 

35mm 소형 필름 규격의 대칭형 광각렌즈인 토포곤은 왜곡이 극히 적은 초광각렌즈의 시작점으로 평가됩니다. 대칭형 광학식의 가장 큰 특징이자 장점은 왜곡이 거의 없고 낮은 시야곡률(상면만곡)을 지닌다는 것입니다. 이러한 특징으로 인해 토포곤은 항공 관측(측량)과 같은 특수 목적에 활용되었습니다. 1933년 칼 자이스 Robert Richte에 의해 설계되었으며, 다양한 필름 규격에 맞춰 여러 초점거리 렌즈로 제작되었습니다.

 

 

 

Topogon 특허 출원 및 등록 자료 (1934)

 

광학적 구성은 모든 구성 요소가 높은 곡률을 가진 형상으로 이루어져 있습니다. 이는 더블 가우스 타입의 변형된 구조이며, 광학 요소의 재질 또한 다릅니다. 외부(1번과 4번)의 두 요소는 고굴절률 크라운 유리로 제작되었으며, 내부(2번과 3번)의 두 요소는 고굴절률 플린트 유리가 적용되었습니다. 높은 곡률의 구면 형상으로 인해 조리개 개구가 커지면 주변부의 구면 수차가 증대하여 주변부 해상력에 문제가 발생했습니다. 따라서 토포곤 렌즈의 조리개 값은 f/3.5 이하로 제한되었습니다.

 

35mm 소형 필름 카메라용 토포곤 렌즈에는 25mm f/4와 1.3cm f/3.5가 있습니다. 토포곤의 광학 시스템은 일부 재설계되어 러시아(2차 세계대전 승전국으로서 자이스 이콘과 칼 자이스의 광학 기술을 전쟁 배상 명목으로 획득)에서 (Orion-2, 초점거리 150mm의 대형 포맷 용) Orion-15 등에 직접적인 영향을 주었습니다.

Carl Zeiss Jena Topogon 25mm f4 & Topogon 1.5cm f3.5

 

토포곤 광학 시스템을 일부 재설계하여 러시아에서 오리온 렌즈를 개발했습니다. 

 

Orion-15 28mm f/6 (LTM)

 

Nikon에서 1954년 출시한 W-Nikkor. C 2.5cm f/4 (Nikon s 마운트 & LTM) 렌즈 또한 토포곤 광학 구성입니다.

 

Nikon W-Nikkor. C 2.5cm f/4 (S-mount)

 

 

▶ Rusinov의 초광각 설계

 

1930년대 말, 러시아의 광학 설계자 루시노프는 토포곤과 다른 새로운 대칭형 광학식을 고안했습니다. 루시노프의 대칭형 광학 설계 아이디어는 다른 광각 렌즈의 광학식(칼 자이스 바이오곤 21mm f4.5_1954, 슈나이더 크로즈나흐 슈퍼 앙굴론 21mm f4_1954)에 인용되었습니다. 2군과 3군의 더블릿 요소는 색수차와 비점 수차를 개선하는 데 장점이 있지만, 밝고 빠른 렌즈를 만드는 것을 어렵게 합니다.

Rusinov 광학식을 그대로 적용한 Russar MR-2 20mm f5.6 렌즈는 1958년에서야 뒤늦게 만들어졌다. (루사 20mm f/5.6에 대한 자세한 소개는 링크로 대신함) 

 

Russar MR-2 20mm f5.6 / Lomo의 복각 렌즈

2018.02.13 - [Stories about photography and cameras/Optical Lens Design] - <렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 X V> 초광각 대칭형 광학식의 원형 - Russar MR-2 20mm f5.6 / Pyccap MP-2 20mm f5.6

 

<렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 X V> 초광각 대칭형 광학식의 원형 - Russar MR-2 20mm f5.6 / Pyccap

Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 최신의 렌즈들은 멀티 코팅 기술과 새로운 광

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▶ 홀로곤 / Hologon

 

1969년 출시된 Hologon 15mm f/8 for Contarex는 ‘신의 눈’이라는 별칭으로 불리며 왜곡 없는 우수한 광각렌즈로 평가받았습니다. 1972년에는 라이카 M 마운트의 Hologon 15mm f/8이 출시되었습니다. Hologon 15mm f/8은 3요소의 간명한 구조가 인상적이며, 개구 조절이 가능한 조리개 장치가 없어 조리개 값은 f/8로 고정되어 있습니다. 3중 렌즈 유형이며, 1요소와 3 요소가 동일한 굴절률로 대칭을 이루는 특징이 있습니다. ‘신의 눈’이라는 호칭은 다소 과장된 측면이 있습니다. f/8 고정 조리개에도 주변부 광량 저하가 존재하고 짧은 후방 초점거리의 구조적 특성상 디지털 이미지 센서와의 적합도가 높다고 보기는 어렵습니다.  

 

Carl Zeiss Hologon 8/15

 

 

자이스 이콘의 파산으로 홀로곤 8/15 렌즈는 단종되었고, 콘탁스 G 마운트용 Hologon 16mm f/8 렌즈는 1994년에 출시되었습니다. Hologon 명칭은 계승되었지만, 15mm f/8 렌즈와는 광학 구성에 큰 변화가 있었습니다. 가장 두드러진 변화는 후면 요소를 필름면에 더 가까이 설계하여 대비 및 콘트라스트를 증가시켰다는 것입니다. 광학적인 변경 사항에 대한 명확한 설명은 없지만, 홀로곤 8/15 렌즈의 제조 공정상 어려움(각 요소의 광축 정렬 및 요소의 편심 허용 오차를 최소한으로 줄이는 고난도 작업이 필요하다는 설)을 개선하기 위한 변화라는 주장이 제기되었습니다.

 

Hologon 8/16 for Contax G

▶ 대칭형 광각 광학식의 장점과 단점

 

대칭형 광각 광학식은 왜곡이 거의 없고 시야곡률이 최소화되며 측면 색수차를 효과적으로 억제하는 장점을 지닙니다. 그러나 주변부 광량 저하에 취약하며, 비교적 큰 구면 곡률로 인해 주변부 구면수차 문제를 해결하기 어려워 밝고 빠른 렌즈 개발에 제약이 있습니다. 외형적으로는 경박단소의 콤팩트한 광각 렌즈에 적합하며, 설계 구조상 매우 짧은 후방 초점 거리를 가지므로 미러박스 공간 확보가 필요한 SLR/DSLR 카메라에는 적합하지 않습니다. 주로 필름 및 디지털 미러리스 카메라에 활용됩니다. 또한, 디지털 카메라의 이미지 센서는 사선으로 입사하는 빛에 필름보다 응답성이 낮아, 필름용으로 제작된 일부 대칭형 초광각 렌즈는 이미지 센서에 너무 근접한 후면 구조로 인해 촬영 이미지 주변부 컬러 캐스터 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 


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