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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 대칭형의 광각렌즈 토포곤은 왜곡이 극히 적은 초 광각렌즈의 시작점이다. 대칭형 광학식의 가장 큰 특징이자 장점은 왜곡이 거의 없고 낮은 시야곡률(상면만곡)이다. 이런 특징의 토포곤은 특수 목적 -항공 관측(측량)용-으로 활용되었다. 1933년 칼 자이스 Robert Richte에 의해 설계되었고 다양한 필름 규격에 맞춰 여러 초점거리 렌즈로 만들어졌다.

 

 

Topogon 특허 출원 및 등록 자료 (1934)

 

광학적 구성은 모든 구성 요소가 곡률이 높은 형상이다. 더블 가우스 타입의 변형된 구조이며 광학 요소의 재질이 다른데  외부(1과 4)의 2매 요소는 고굴절률의 크라운 유리-Crown grass-로 만들어지고 내부(2와 3)의 2매는 고굴절률의 플린트-Flint grass-가 적용된다. 큰 곡률의 구면 형상으로 조리개 개구가 커지면 주변부의 구면 수차가 증대하는 문제가 있었고 주변부 해상력에 문제가 있었다. 따라서 토포곤 렌즈의 조리개 값은 f3.5 이하로 제한적이었다.

 

35mm 소형 필름 카메라용으로는 Topogon 25mm f/4와 1.3cm f/3.5가 있다. 토포곤의 광학식에서 일부 재설계하여 러시아(2차 세계대전의 승전국으로서 자이스 이콘과 칼 자이스의 광학기술을 전쟁 배상으로 획득)에서 (Orion-2, 초점거리 150mm의 대형포맷 용), Orion-15 등에 직접 영향을 주었다.

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

 

토포곤의 광학식에서 일부 재설계하여 러시아(2차 세계대전의 승전국 러시아는 패전국 독일의 자이스 이콘과 칼 자이스의 광학기술 강탈)에서 Orion 렌즈로 이어졌다. 

 

Orion-15 28mm f/6 (LTM)

 

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

 

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

 

 

▶ Rusinov의 초광각 설계

 

1930년대 말, 러시아의 광학설계자 Rusinov는 토포곤과 다른 새로운 대칭형 광학식을 고안하였다. Rusinov의 대칭형 광학 설계 아이디어는 다른 광각 렌즈의 광학식(Carl Zeiss Biogon 21mm f4.5_1954, Schneider Kreuznach super-Angulon 21mm f4_1954) 에 인용되었다. 2군과 3군의 더블릿 요소는 색수차와 비점 수차를 개선하는데 장점이 있지만, 밝은/빠른 렌즈를 만드는 것을 어렵게 한다.

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 Contarex 은 '신의 눈'이란 별칭으로 불리며 왜곡 없는 우수한 광각렌즈로 평가받았다. 1972년에는 라이카 M 마운트의 Hologon 15mm f/8 출시했다. 홀로곤 15mm f/8은 3요소의 간명한 구조가 인상적이며 개구 조절이 가능한 조리개 장치가 없어서 조리개 값은 f/8 고정이다. 3중 렌즈 유형이면서 1요소와 3 요소가 동일한 굴절률로 대칭을 이룬다. 예명이나 애칭은 항상 과장되는 측면이 있다는 점은 인정해도 '신의 눈'이라는 호칭은 많이 과하다. 직접 사용해 본 적은 없지만, 별칭은 완벽함을 의미하지는 않는 것 같다. f/8 고정 조리개에도 주변부 광량 저하가 있고, 짧은 후방 초점거리의 구조 탓에 디지털 이미지 센서와 적합도는 높아 보이지 않는다.  

 

Carl Zeiss Hologon 8/15

 

 

자이스 이콘의 파산으로 홀로곤 8/15 렌즈는 단종되고 콘탁스 G 마운트의 Hologon 16mm f/8을 1994년 출시했다. Hologon 명칭은 그대로 계승했지만, 15mm f/8과는 광학 구성은 많은 변화가 있었다. 가장 두드러진 변화는 후면 요소를 필름면에 더 가까이 설계해서 대비/콘트라스트 증가 효과라고 Zeiss는 주장했다. 광학식 변경에 대해 명확히 밝혀진 바 없지만, 홀로곤 8/15의 제조 공정상 어려움 (각 요소의 광축 정열/요소의 편심 허용 오차를 최소한으로 줄이는 고난도 작업이 필요하다는 설)을 개선하기 위한 변화라는 주장이 설득력 있다.

 

Hologon 8/16 for Contax G

▶ 대칭형 광각 광학식의 장점과 단점

 

대칭적 유형의 광각 광학식은 왜곡이 거의 없고 시야곡률이 최소화 되며, 측면 색수차를 잘 억제하는 특징이 있다. 단점으로는 주변부 광량 저하에 대처하기 어렵다. 비교적 큰 구면 곡률로 인해 주변부 구면수차 문제에 대응하기 어려워 밝은/빠른 렌즈를 만들기 어렵다. 외형적 특징으로는 경박단소의 콤팩트한 광각 렌즈에 적합하다. 설계 구조 상 매우 짧은 후방초점거리를 가지므로 미러박스 공간 확보가 필요한 SLR/DSLR 카메라에 적합하지 않다. 주로 필름과 디지털 미러리스 카메라 유형의 카메라용으로만 활용가능하다. 그리고 디지털 카메라의 이미지 센서는 사선으로 입사하는 빛에 응답성이 필름보다 좋지 않은 특성으로 필름용으로 만들어진 일부 대칭형 초광각 렌즈는 이미지 센서에 너무 근접하는 후면구조로 인해 촬영 이미지 주변부 컬러 캐스터 등의 문제가 발생할 소지가 있다. 


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