<렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 V> Carl Zeiss의 플라나, 비오타 광학식 비교(Zeiss Planar& Biotar Optics design)

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

 

 

35mm 필름 카메라 포맷의 표준(SLR 교환용 기준 50~58mm 초점거리) 렌즈의 주요 광학식에 대한 연작 포스팅을 통해 한참 수다를 떨었던 Planar와 Biotar 광학식이다. 아직도 자이스에서 해당 네이밍을 사용한 렌즈를 출시하고 있어 매우 친숙한 명칭도 있고, 이제는 사용하지 않는 잊혀진 이름인 Biotar도 있다. 이번에는 이 비슷해 보이는 광학식의 차이와 구분에 대해 다루어 보고 싶었다. (아직 못다 한 플라나와 비오타의 이야기가 제법 있고, 이를 풀어놓지 않고는 마음이 탐탁잖다. 잉여력을 발휘해서 정리할 수 있는 데까지 정리해 보자) 한 가지 덧붙이자면 이 포스팅은 광학 구성과 특징에 대한 비전문적이고 헛된 망상의 수다를 목표하므로 제품 구매를 위한 가이드나 각 렌즈를 사용하여 촬영한 결과물의 상호 비교 등의 사용기에 해당하는 정보는 포함되지 않을 것이다.

 

 항상 염려하고 있고 우려되는 부분에 대해 언급하고 싶다. 이 수다는 광학에 대한 어떠한 전문 지식도 바탕에 깔고 있지 않다. 단지 렌즈의 광학구조에 궁금증과 호기심 그리고 이와 연관된 잉여적 취미의 일환으로 벌어진 일이다. 나름 부지런을 떨어, 관련 책을 읽기도하고 웹 서핑 등을 통해 취합한 자료 등을 모으기도 한다. 뒷담화 같은 소소한 비사, 개인적 일천한 경험 그리고 때때로 멋대로의 억측과 망상이 더해지고, 잡학과 근본 없는 감상이 뒤섞인 결과물이 이 글이다. 따라서 포스팅한 내용 중 곳곳에 논리적 오류나 정확하지 않은 사실 등을 포함할 가능성이 다분하다. 단지, 유사한 관심사나 취미 또는 호기심을 가진 사람의 수다 이상의 의미를 갖기 어려운 글임을 밝혀둔다.

 

 

사실, 플라나, 비오타 광학구조 차이를 명확하게 설명하고 있는 자료는 찾기가 쉽지않다. 유명한 광학식일수록 수많은 변종과 확장형이 나타나고, 설계자가 어떤 식, 어떤 렌즈를 기반으로 설계했다고 밝히면 좋겠으나 그런 자료가 있는지도 불확실하고 있다 해도 찾거나 확인하는 것도 쉽지 않다. 또한, 광학식들은 상호 간에 영향을 주고 받아서 그 구분이 모호해지기 십상이다. 원류의 광학식에서 시작하여 각 광학식을 시간 순으로 쫓아 보자.

 

먼저, Carl Zeiss의 Planar와 Biotar 광학식의 관계에 대해 정리해두고 가야할 듯하다. 35mm 필름 규격 SLR 카메라 고성능 프라임 렌즈의 지배적인 광학 구성은 더블 가우스 타입이고, 이 더블 가우스 타입 내의 원형을 이루는 광학식 유형 중에 플라나와 비오타가 있다 정도로 이해하는 것이 좋겠다.

 

가장 먼저 등장한 것은 1896년 Planar이다. (플라나 광학식의 자세한 설명과 내용은 기 작성한 포스팅에서 찾을 수 있겠다. 내용이 중복 되므로 여기서는 가볍게 언급하기만 한다)

 

여기서 한가지 더블 가우스 렌즈의 발전 과정에서 언급하지 않을 수 없는 광학식이 Cooke Speed panchro lenses이다. Taylor&Hobson의 f2.0 Opic을 기반으로 한 광학식은 비대칭성을 도입하여 더 밝은 렌즈로 성능을 향상했고 주로 영상용(시네마) 렌즈를 제작하였지만 밝은 대구경 프라임 렌즈에 많은 영향을 준 렌즈이다.

 

그리고 포스팅에서 칼 자이스라고 계속 언급되고 있으나 1926년 칼 자이스 재단 주도로 4개의 광학회사(Contessa-Nettle, Ememman, Goerz and Ica)가 합병한 자이스 이콘을 칭해야 하는 경우(주로 '카메라'의 제조와 판매는 자이스 이콘, 렌즈 등의 광학 제품의 설계 및 제조는 칼 자이스로 구분할 수도 있겠다)도 상당수 포함되어 있다. 따라서 칼 자이스라고 칭한 상당 부분(자이스 이콘 설립 1926년부터 1972년까지)의 정확한 명칭은 '자이스 이콘-Zeiss Ikon''이라고 해야 정확한 표현일테지만, 칼 자이스와 자이스 이콘을 각각 설명하다 보면 다른 회사인 듯한 느낌을 줄 수 있다는 생각에 혼용하였다. 실질적으로는 다른 회사일 수 있지만, 계통상의 일치감을 인정하면 더 흥미롭게 보인다. 그리고 자이스 이콘이 1972년대 파산하여 역사속으로 사라졌지만, 칼 자이스 광학 회사는 지금까지도 광학 제조사로 맹활약 중이며, 따라서 자이스 이콘의 일부 이기도 했던 칼 자이스라는 명칭을 계속 사용해도 크게 사실에서 벗어나지 않으리라 생각한다.

 

 

▶ 비요타(Biotar)의 탄생

 

 

1896년 Zeiss Plannar f4.5

 

 

플라나 광학식은 1896년 더블가우스에 이중접합 렌즈를 사용하여 설계되었지만, 당시의 기술적 한계로 인한 낮은 투과율로 인해 설계한 광학적 성능이 구현되지 못하는 등의 이유로 빛을 보지 못했다. 35mm 필름 규격의 교환용 렌즈에서 플라나는 1954년 35mm 화각의 변형된 광학식으로 Planar 명칭을 사용한 렌즈가 제작된 바 있지만, 본격적인 등장은 1950년 중반이 훌쩍 넘어서고 난 이후이다. 이에 대한 자세한 언급은 아래에서 다시 다루어 보자.

 

 기존 칼 자이스 플라나와 비대칭성을 도입하여 광학 성능을 향상한 테일러와 허드슨의 F2.0 Opic 광학식 영향으로 1920년대 칼 자이스에서는 비오타 렌즈의 다양한 설계가 이루어졌고, 중형 필름 포맷의 렌즈 2종(80mm, 100mm)과 35mm 필름 규격용 SLR 교환용은 '1939년' Exakta 마운트 규격의 Biotar 75mm f1.5 그리고 Biotar 50mm f12.0 등이 개발되었고. 예나(동독)에서 1960년까지 생산되었다.

 

1936년 즈음, 칼 자이스에서는 Biotar 렌즈가 개발되어 제품화되어가는 과정에서 상황을 한걸음 더 자세히 살펴보자.  1936년 최초의 35mm 필름 규격 SLR용 카메라 Exakta 카메라가 출시되었다. 이 카메라에 적용된 SLR 교환용 Exakta 마운트는 (내부의 미러 공간 확보를 위한 충분한 공간이 필요했고) 플랜지-백 44.7mm이며,  칼 자이스는 이 엑작타 카메라에 적합한 35mm 필름용 Biotar를 설계한 것으로 생각된다. 기존 칼 자이스의 표준 렌즈에 주요 광학식은 Tessar와 Sonnar였다. 테사와 조나는 우수한 광학식이지만 각자 단점이 있었는데 테사는 밝기(Speed)에 한계(최대 개방 조리개 값 f2.8의 렌즈들이 있지만, 이 또한 희토류를 사용한 새로운 광학 유리가 본격 사용되는 60년 이후에 가능했고, 당시에는 최대 개방 f3.5 수준)를 가지고 있었고, Sonnar는 긴 플렌지 백을 가지는 SLR 카메라용 렌즈로 설계에서는 조금 긴 초점거리의 준망원 렌즈에만 적합했다. 새로 등장한 35mm 판형의 SLR 카메라 Exakta가 시장에서 제법 인기를 끌었고 엑작타는 렌즈를 직접 생산하지 않았으므로(자이스 이콘은 카메라 바디를 제조하고 칼 자이스나 기타의 독일 광학 제조사에서 렌즈를 제조하는 일종의 분업화 형태) 이에 엑작타 마운트로 여러 광학 제조사에서 만들어졌고, 칼 자이스 또한 엑작타 마운트 규격의 교환용 프라임 렌즈 중 하나가 Biotar 58mm f2이다. (중형 필름 규격의 카메라에서는 이미 20년대 중반부터 biotar 렌즈가 제작되었다.)

 

Biotar 58mm f2 Exakta mount Cutaway

 

 

 

Canon | Canon PowerShot G10 | 1/320 secISO-160Carl Zeiss Jena Biotar 58mm f2

 

 

 

  2 차 세계대전 종결 후, 1950년대와 60년대 자이스 이콘이 처한 상황을 참고해 보자. 1926년 합병을 통해 가장 큰 그리고 다양한 카메라를 만드는 제조사인 자이스 이콘이고, 광학회사로서의 최고의 명성과 오랜 전통을 가진 칼 지이스였지만, 2차 세계대전 종전 후, 전쟁 배상을 빌미로 미국과 소련에 핵심 광학기술과 주요 연구 인력, 제조 설비 등을 강탈당하듯이 내어줬어야 했고, 독일의 광학 관련 생산의 본거지였던 동독의 드레스덴이 폭격으로 심각하게 파괴되었다. 따라서 칼 자이스는 동독 예나와 서독의 오버 코헨(본사 슈투트가르트)으로 분리되어 결과적으로 두 개의 칼 자이스로 나눠었다. '자이스 이콘' 또한 본사가 위치하고 있던 슈투트가르트의 자이스 이콘과 드레스덴의 VEB 자이스 이콘으로 분리되었는데, 이 두 자이스 이콘은 초기에는 상호 생산제품에 대한 정보를 공유하였으나 시간이 지남에 따라 독자적으로 변모하였고 선택한 주력 제품에도 차이가 있었다. 서방 진영의 자이스는 분리 이전 자이스의 전통을 계승하는 기존 RF 카메라를 개량한 Contax IIa의 제조와 중대형 카메라 등에 주력하였다. 동독의 VEB 자이스 이콘은 1949년 35mm 필름 규격 일안 리플렉스 카메라(최초의 펜타프리즘 사용) Contax S를 출시하고 M42 마운트의 일안 리플렉스 카메라(콘탁스 S/D/F 등)를 주력으로 하였다. 이 두 회사는 이후 자이스 이콘과 칼 자이스의 합법적 승계자로서 브랜드 사용권(상표권)의 귀속을 다투어 세계 여러 곳에서 법정 분쟁을 겪었는데, 1971년 양 당사자는 합의에 의해 동구권에서는 VEB 자이스 이콘이 서구권에서는 자이스 이콘 오버 코헨이 각기 구분되는 상호와 상표를 사용하고, 칼 자이스 상호와 상표 또한 '칼 자이스 JENA'와'칼 자이스 OPTON'의 명칭을 각각 사용하는 것에 합의하였다.

 

BIotar의 브랜드명이 1962년을 더 이상 동독의 '칼 자이스 예나'에서 사용되지 않게 되고, 이를 Pancolar 브랜드로 급히 대체되었는 데, 이에 대하여 자세하게 다룬 자료를 찾을 수는 없지만, 이런 급작스러운 Biotar 브랜드의 사용 중단은 아마도 위에 언급했던 두 자이스 이콘의 법적 분쟁의 결과물이 아니었나 생각된다. 두 회사의 상표권과 관련한 다툼에서 대부분 서독의 '자이스 이콘 오버 코헨'이 승리하였고, 이에 대한 결과로 칼 자이스의 유산과도 같았던 Biotar와 판콜라 브랜드를 각기 나뉘가지는 합의 등이 있었지 않았을까? (근거가 별로 없어서 그냥 개인적인 추정일 뿐이다) 실제 팩트는, 동독의 VEB 자이스 이콘에서 비오타 대신 'Pancolar' 브랜드를 사용했다 정도로 정리할 수 있겠다.

 

Biotar와 Pancolar의 광학식이 완전하게 동일한 것은 아니고, (두 광학식 모두 더블 가우스 타입의 렌즈이지만) 조리개를 중심으로 렌즈 후면부(사출부)의 구성이 분리된 형태(Spleetted rear doublet)가 특히 눈에 띈다. 기회가 닫는다면 이 부분에 대해서도 자세히 다루어 보고 싶다.

 

 

 60년대 카메라 시장은 SLR 카메라 주도로 변모하였지만, 변화된 시장에서 주도적 입장에 선 것은 독일 광학사들을 맹렬히 추격하던 일본의 광학 제조사들이다. 물론 자이스 이콘의 70년 무렵의 침체는 여러 요소의 복합적인 결과일 테지만, 퀵 리턴 미러 시스템이나 TTL 노출 측광 등 신기술의 개발 경쟁에서의 한발 늦은 대응과 광학 설계 등에서의 고집 등도 한몫을 했을 것이라 생각한다.(사실 실질적인 경쟁력의 차이는 제조 생산에 있어서 효율성과 이로 인한 제품 가격 경쟁력에 있지 싶다) 경쟁사인 일본의 광학 제조사들의 발 빠르게 변화를 주도하고 진일보한 효율적인 제조방식의 상용화를 통해 저렴하지만 광학적 성능에서는 큰 차이가 없는 렌즈와 완성도 높은 카메라로 시장을 선도했고 수출 증진과 고정밀 산업 육성을 위한 일본 정부와 민간 협회 등의 지원도 큰 몫을 했다. 자이스 이콘이 오랜 전통과 명성 그리고 뛰어난 광학설계 기술이라는 최고의 자산을 보유하였음에도 경쟁에서 뒤진 이유는 무얼까? 역설적이게도 장점이었던 전통과 역사적 유산이 변화를 지체시켰고 기술의 특이점? 에 도달했을 때 보다 유연한 대처를 가로막은 것이 아닐까? 가장 현실적인 결론은 숙련공에 의지하던 생산 방식과 드레스덴 등의 생산 기반이 2차 세계 대전을 거치며 철저하게 파괴된 것이 가장 큰 요인이지 싶다.

 

 

▶ 플라나(Planar)의  재등장

 

1896 년 등장했던 '플라나 광학식'은 이후 당시 기술적 한계 탓에 다른 렌즈(Tessar, Sonnar)에 비해 크게 주목받지 못했다. 하지만 이후 T* 코팅의 개발로 다시 등장하는 기술적 계기가 마련되었고 자이스 이콘의 내부에서는 50년대 초반부터 플라나 광학식에 대한 재설계가 이루어지고 있었으며 그 결과 중대형 필름 포맷의 카메라용 렌즈로 개발/제품화되었다. 1954년, 이안 리플렉스 카메라인 Rolleiflex용 Planar 80mm f2.8과 중형 카메라 Hasselblad용 Planar 80mm f2.8 등이 있다. 하지만 35mm 필름 규격 SLR용 플라나는 설계만 되고 제품화가 미루어지고 있었는데, 비로소 제품화가 이루어진 것은 Contarex에 장착된 Planar 50mm f2.0이다. 이 렌즈는 현재까지도 가장 뛰어난 대표 표준 렌즈로 호평받고 있다. 이후 오랫동안 생산된 이 렌즈는 이후 유사한 명칭과 구분하기 위해 Contarex Planar 50mm f2.0등으로도 불린다.

 

왜 갑자기 Planar 명칭이 부활할 것일까? 이는 위에서 잠시 언급한 서독과 동독, 두 개로 갈라진 자이스 이콘의 법적 분쟁과 관련이 있어 보인다. 동독의 VEB 자이스 이콘이 Biotar의 명칭으로 계속 사용하고 있었으므로 서독 오버 코헨의 자이스 이콘은 플라나 명칭을 사용하게 된 것이 아닐까. 이와 유사한 경우로 역 초점 광각 렌즈 설계에서 디스타곤과 플렉토곤의 명칭을 서독과 동독 자이스 이콘이 각각 사용한 바 있다.

Contarex & Contarex Planar 50mm f2

 

 

 

이후 플라나는 경쟁사 들의 f1.4 밝은 렌즈 제품 출시에 발맞춰  F1.4 사양의 플라나도 1961년에 출시하였다. 이 렌즈는 1970년까지 제작되었다.

Contarex Planar 55mm f1.4

 

 

그리고 1970년 이후 플라나는 조금 다른 설계 버전으로 롤라이와 제휴를 통해 제조되기도 하였지만, 이 제휴는 결과적으로 실패하였고 서독에서의 플라나 생산은 경쟁력을 잃었고 해외 라이선스 생산방식으로 변경되었다. 1974년 이후에는 일본 Yashica와 함께 합작회사를 설립하고 CY마운트 규격의 플라나를 일본에서 라이센스 생산하였다. 주요 렌즈는 Zeiss Planar 50mm f1.7 CY와 플라나 100주년 기념의 Zeiss Planar 55mm f1.2 CY를 한정 발매하기도 했고, 이후 90년대 초반 이 협력 관계는 본 계도를 올라서 콘탁스 G system에서도 이어졌는데, 이때 만들어진 렌즈가 Zeiss Planar 45mm f2.0 CY이다. 이 렌즈는 기존의 플라나 광학식을 최신 컴퓨터로 재설계하고 당시의 첨단 코팅기술을 적용하였다.

 

Zeiss Planar 45mm f2.0 CY

 

 

이후 자이스는 소니 등과 라이선스를 통한 현지 생산과 제품 검수, 전용 제품의 생산 등의 전략적 협력관계를 맺고 현재에 이르고 있다. 

 

 

▶ 플라나와 비요타의 구별과 차이

 

 앞 서 언급했듯이 플라나와 비요타의 명칭이 다르게 사용된 것은 동독과 서독으로 각각 분리된 자이스 이콘의 브랜드 명에 기인한 것이 주 요인이지 싶다. 하지만 굳이 이 두 광학식의 설계상의 차이를 언급해 보자면, Biotar는 Planar 광학식을 기반으로 대칭형이던 광학구조에 비대칭성으로 가미한 변형 즉, 대칭형인 전면의 입사부보다 후면의 사출부의 광학요소의 구경을 보다 작게 설계하여 더 밝은 렌즈로 만든 것이고  플라나는 더블 가우스 타입의 대칭형 광학식 원형에 방점을 찍고 있다고 할 수 있는데 너무 세부적인 차이를 구별하고 있는 것이지 싶다. 결론적으로 이 두 렌즈는 상호 영향을 주고받아서 동일한 더블 가우스 광학구조의 렌즈라 하겠다.  그리고 두 광학식 모두 더블 가우스 타입의 밝은 프라임 렌즈이므로 플라나와 비요타로 딱 구분 지어 분리할 실익이 크지 않다.

 

 밝은(speed) 렌즈를 만들기 위한 노력으로 란탄 등을 사용한 광학유리를 사용하거나 광학 요소를 하나 더 추가하여 더 밝은 렌즈 개발을 위해 많은 더블 가우스 유형의 변형된 렌즈들이 등장하였다.  따라서 비요타의 비대칭성을 통한 더 밝은/빠른 광학 설계는 당시 관점에서는 중요한 목표였지만, 근래에는 첨단 코팅기술을 통한 반사율 억제와 투과율 향상, 그리고 컴퓨터를 이용한 설계의 다양성, 고굴절 소재를 사용한 더 밝은 렌즈 설계가 가능하다. 그리고 렌즈 선택이나 렌즈의 성능을 평가하는 기준에 있어 단지 밝기(Speed)만을 최고의 가치로 하던 설계를 지양하고 수차와 왜곡을 줄여 안정적인 광학적 성능을 더 높은 가치로 추구하는 고화소 이미지 센서 시대에 화질 우선의 최근 경향에 따라 렌즈의 설계와 개발의 궁극적인 목표에도 변화가 있지 싶다. 따라서 밝은 렌즈를 만들기 위한 렌즈 설계였던 비요타보다 더블 가우스와 이중접합 요소의 우수한 화질에 방점이 찍힌 플라나가 이런 변화된 시대적 경향에 부합하는 이름일 듯하다.

 

결과적으로 두 개로 나뉘어 있던 자이스 이콘이 독일 통일과 함께 하나로 합쳐지면서 경쟁? 하던 브랜드 명 상당수는 해결되었다. 동독이 서독에 흡수합병되었 듯, 자이스 이콘 또한 서독의 오버 코헨 중심으로 합병되었고 서독 자이스 이콘이 사용하던 명칭 중심으로 재편되어 현재에 이르고 있다.

 

2016/07/13 - [사진과 카메라 이야기/Optical Lens Design] - 더블 가우스 Type 렌즈의 변화와 발전 (Double Gauss Lenses)

더블 가우스 Type 렌즈의 변화와 발전 (Double Gauss Lenses)

 

★ 참고> 칼 자이즈 플라나의 역사(Carl Zeiss Planar history   http://vintage-camera-lenses.com/carl-zeiss-planar-history-part-1/