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사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure

<카메라와 렌즈의 구조 X I> RF(거리계 연동식) 카메라 광학식 거리계의 원리와 구조 / Construction of camera -Rangefinder

 

Rangefinder(RF) 카메라는 광학식 거리계와 연동하는 포커싱(초점 조절) 기능을 갖춘 카메라’를 지칭한다. 거리계가 연동하는 카메라는 렌즈 교환형 카메라와 렌즈와 고정형의 콤팩트 카메라, 중형 포맷의 카메라 등에 적용되기도 했다. 거리계 연동식의 RF 카메라 뷰파인더 구조에 대해 이해하기 위해서는 먼저 광학식 거리계의 원리와 구조를 이해하는 것이 필요하다.

일부 소형 포맷의 컴팩트 카메라에는 거리계 연동식이 아닌 단순한 구도/프레임 또는 앵글 확인을 위한 뷰파인더를 가진 카메라들이 다수 있는데 엄밀하게 말하면 RF 카메라로 분류하기에는 적절하지 않다. (RF는 Rangefinder의 약자이며, 우리말로 거리측정기 또는 거리계로 해석할 수 있다) 광학식 거리계가 생략된 카메라의 뷰파인더는 구도 참고용으로 목측 방식이며, 목측식은 눈으로 피사체와의 거리를 대략적으로 파악한 후 장착된 렌즈의 심도와 관련한 존 포커싱을 활용하여 초점을 조절하여 촬영할 수 있다. 거리계가 보급되기 이전의 올드 카메라 또는 거리계를 별도 장착하는 일부 카메라, 제품의 가격을 줄이기 위한 콤팩트 카메라 등에 주로 적용되었다. 목측식으로 정확한 포커싱을 구현하기 위해서는 렌즈의 심도와 존 포커싱에 대한 이해와 사용상의 숙달이 일정 수준 요구된다.

뷰(View) 카메라로 불리는 중/대형 카메라는 촬영결상면을 직접 확인 초점을 조절하는 방식으로 기회가 닫는다면 별도 포스팅에서 다루어보고 싶다.

 

 

 

광학식 레인지 파인더 거리계의 원리

 

RF 거리계의 원리는 비교적 간명하며 기원 전의 오래 전 부터 여러 방면에 수학적 계산을 토대로 활용되어온 삼각법에 기초한다. 삼각법(trigonometry)은 거리측정 외에도 다양한데, 여기서는 거리계와 관련 있는 삼각측량( triangulation)부분으로 한정하여 인용하였다.

두 점 사이의 거리를 구하려고 할 때, 두 점 사이의 거리를 직접 구하지 않고, 다른 거리와 각을 구한 후 삼각법을 적용하여 거리를 구하는 방법을 삼각측량이라 한다. 

 

출처> 네이버 지식백과

 

 

 

 

 

위와 같은 삼각 측정을 응용한 광학식 거리계는 카메라뿐만 아니라 측량이나 군사적 목적 등 다방면에 활용되었다. 특히 원거리 무기의 정확한 거리 계산으로 타격 정확도를 높이기 위한 조준 장치 등에도 적용되면서 더한층 진일보하는 계기가 되었다.

 

광학식 거리계의 수학적 근거는 위에 인용한 설명 읽는 것으로도 충분히 이해가 가능할 정도로 쉽다. 즉 직각을 이루는 한 변의 길이와 삼각형의 내각을 알면 다른 변의 길이를 구할 수 있다. 학창 시절 수업 시간에 들어보았던 내용이며 멋 옛날에도 비슷한 방법으로 지구의 지름도 구하고 뭐 그랬다는 방식과 유사하다.

 

광학식 거리계의 정확도를 위해서는 모든 거리 측정과 계산의 기준을 '기선'이라하고 그 거리(일반적인 광학 거리계에서 두 개의 창 사이의 거리)를 '기선장-Base length-'이라고 하는데, 기선장이 길 수록 거리계의 측정 정밀도는 증가한다.

 

 

이중상 합치 방식 / 二重像 合致

 

레인지파인더 광학식 거리계는 두 개의 창(viewfinder window와 rangefinder window)에서 나오는 두 가지 이미지를 빔 스플리터를 사용하여 하나로 결합하여 보여준다. 주 프레임이 되는 것은 뷰파인더 창을 통해 들어온 상이며, 레인지파인더 창을 통해 들어온 상이 또 다른 작은 상을 이룬다. 카메라의 초점 조정 장치(포커스 링)를 조작하면 변동 값이 커플러(전달장치)를 통해 레인지파인더에 전달된다. 이런 전달된 값은 뷰 파이더에서 이중상 합치라는 방법으로 초점을 맞추기 위해 시각화되는데, 뷰파인더의 창을 통과한 주 프레임은 고정되어 구도 및 전체적인 시야를 제공하고, 레인지파인더 창의 작은 상이 초점 조작에 따라 수평으로 움직여 두 상이 겹쳐지면서 선명해지도록(일치/합치하였을 때)하여 초점을 맞춘다.

 

이중상 합치 이외에 초점 방식에는 SLR 카메라 오토 포커싱 등에 주로 적용되는 위상차 검출 방식과 대비(콘트라스트) 검출 방식 등이 있다.

 

Canon P viewfinder

 

 

 

이런 삼각측량을 응용한 거리계는 초기에 별도의 악세사리로 만들어져서 카메라의 핫슈 등에 클립 온 형태로 부착하는 외장 광학식 거리계로 출시되었다. 이는 다른 카메라에도 활용할 수 있는 장점이 있었다. 하지만 피사체의 거리정보를 측정하여 카메라 렌즈의 거리계에 직접 해당 측정값을 반영하는 방식이었고, 이후 광학식 거리계와 카메라의 포커싱 방식이 연동하는 방식으로 점차 발전하였다.

 

Clip-on type 외장 광학식 거리계

 

 

 

광학식 RF 거리계와 카메라 포커싱의 연동 방식

 

최초의 광학식 거리계와 카메라 렌즈의 포커싱이 연동하도록 출시한 것은 코닥이었다. 거리계와 포커싱 연동 시스템은 매우 효율적이었으므로 곧이어 많은 제조사에서 거리계 연동식 카메라를 선보였다. 1931년 출시된 Leica II는 본체에 뷰파인더와 광학식 거리계가 장착되었고 카메라 렌즈의 거리계와 연동하도록 설계/제작 되었다. 이는 현대적인  RF 카메라의 포커싱 시스템을 의미한다.

 

또 다른 소형포맷의 대표적인 RF 카메라인 자이스 이콘의 Contax II는 1936년에 이미 진일보한 뷰 파인더와 레인지파인더가 결합한 하나의 뷰파인더를 가지고 있었고 카메라 렌즈의 포커싱 시스템과 연동하는 우수한 방식이다. 두 독일회사의 거리계 연동 시스템은 매우 유사하지만 커플러에 렌즈의 초점거리의 변화값을 전달하는 방식에는 라이카와 소소한 차이가 있다.(라이카는 렌즈의 포커싱에 따른 렌즈 경통의 전후 이동 값을 광학식 거리계에 전달하는 방식이었고 Contax 카메라는 렌즈 포커싱의 회전 값을 광학식 거리계에 반영하는 방식이었다)

 

근래 Leica 카메라는 RF 카메라의 가장 대표적인 제조사이므로 주로 라이카 RF 카메라를 중심으로 설명하고 있는데, 사실 당시의 기준으로 기계적 완성도와 카메라 제조기술 등에서는 개인적으로 자이스 이콘의 Contax II에 더 높은 점수를 주고 싶다. 그리고 광학식 연동 거리계의 기선장(Base length)도 길어서 측거정밀도도 높았다. 하지만 1930년 대 이후, 라이카는 소형 포맷의 RF 카메라에 집중 매진한 반면, 자이스 이콘의 세계 최대의 카메라 제조업체로 만들지 않는 카메라 유형이 없을 정도로 다양한 포맷과 다양한 방식의 카메라를 생산하였다. 이는 자이스 이콘의 탄생(1926)과 관련하여 원인과 이유를 짐작해 볼 수 있는데, 칼 자이스 광학 제조사를 중심으로 당시 독일의 유수한 카메라 제조회사 4개 회사가 합병하여 자이스-이콘이 설립되었고 카메라 관련 제조 규모와 제품의 다양성은 타 단일 제조회사와 비교할 바가 아니었다. 

 

 

 

렌즈와 광학식 거리계 연동 방식 Leica
Zeiss ikon CONTAX II, 1936

 

 

초기의 카메라(Leica I/II, Contax I) 에는 측거를 위한 광학식 거리계와 사진의 구도를 결정하는 뷰 파인더는 별도의 창으로 존재하였다. 따라서 초기의 광학식 연동 카메라는 전면에 레인지파인더를 위한 두 개의 창과 뷰파인더로 모두 3개의 창이 존재하였고, 후면에도 구도 확인용 뷰파인더(중앙)와 레인지파인더(좌측) 두 개의 창이 존재하는 형태였다.

 

Leica II

 

Leica II 뒷면

 

 

라이카 M3에는 여러 새로운 기능들이 추가되었는데 배요넷 방식의 마운트(M mount)로 변경되었고, 뷰 파인더와 레인지파인더가 하나의 창으로 결합되었으며 넓고 밝아졌다. 중앙의 창은 뷰파인더를 밝게 하기 위한 수광부 창(Illuminating window)이다. 1954년 출시된 M3는 광학식 거리계와 카메라의 포커싱이 정밀하게 연계되는 시스템으로 혁신적인 제품으로 각광 받았다.

 

 

Leica M3 Rangefinder Optics structure

 

Leica M3 Rangefinder

 

 

 

RF 카메라 뷰파인더의 화각 프레임 표시 방식

 

 

대부분의 RF 카메라는 뷰파인더 내부에 각각의 화각에 해당하는 프레임을 표시한 실선으로 장착된 렌즈의 화각에 따라 촬영 구도를 결정할 수 있는 방식을 취한 경우가 일반적이다. 이후 라이카 M3 이후 고급형의 레인지파인더 포커싱 시스템은 파인더 내부에 내장된 브라이트 라인 프레임(Bright-line Frame)을 사용하여 사용자의 구도 결정을 돕는다. 그러나 이 방식은 물리적 제약이 많은데, 밝은 선 프레임이 너무 작아지는 긴 초점거리의 렌즈(망원렌즈) 또는 그 반대의 일정 초점거리를 초과하는 광각렌즈 등에는 그 화각을 프레임으로 표시할 수 없다. 즉, 135mm 이상의 초점거리를 가지는 망원 렌즈에는 실용적인 이유로 프레임 라인을 제공하지 않았고, 광각의 경우에는 일부 카메라에서 35mm 필름 포맷 기준으로 28mm 초점거리의 광각 브라이트 라인 프레임을 제공하기도 하였지만 보통의 경우에는 50mm 초점거리 프레임에 그쳤다.

브라이트 라인 프레임은 RF 카메라의 거리정보와 연동하여 시차(parallax)를 자동으로 보정하는 정밀한 구조를 가지기도 한다.

2017/04/06 - [사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure] - <카메라와 렌즈의 구조 X X I> RF 카메라의 구조 - 밝은 윤곽선 프레임과 시차 보정 / Bright-line frame & parallax compensation

2017/04/24 - [사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure] - <카메라와 렌즈의 구조 X X III> 레인지파인더 카메라 뷰파인더의 배율과 시야율 / Viewfinder magnification - Rangefinder camera

 

 

이중상에서의 실상식과 허상식

 

 

이중상 합치 방식에서 작게 표현되는 보조적인 상의 윤곽이 뚜렷한 실상식과 윤곽이 흐릿한 허상식으로 구분된다. 실상식이 이중상 합치의 확인이 용이하고 보다 정밀한 포커싱이 가능한 장점이 있다. 광학식 거리계의 두 개의 창 중에서 보조적 창에서 이를 굴절시키는 요소의 구성에 따라 나뉘는데 실상식으로 구현하기 위해서는 광학 프리즘과 이를 보다 선명하게 하기 위한 광학 요소가 필요하다. 단순한 반사용 거울 등 간단한 요소로 이루어진 경우에는 허상식이 된다. 허상식은 제조 원가 절감 등을 위하여 보급형의 렌즈 고정형 RF 카메라나 콤팩트 RF type 카메라 등에서 볼 수 있다.

 

 

RF 카메라의 포커싱 시스템의 장/단점

 

RF 카메라의 포커싱 방식은 SLR 카메라 포커싱 방식은 자주 비교된다. 어느 방식이 더 우수하고 뛰어난 방식이라고 비교하는 것은 의미가 없다. 두 방식다 우수한 방식이며 대비되는 뚜렷한 장단점을 가지고 있으므로 촬영 상황이나 각자에 취향에 맞게 선택 가능하다. 선택의 자유가 있다는 것은 언제나 즐겁다.

 

Epson RD-1 rangefinder system

 

 

  • 장점

이중상 합치 방식으로 대표되는 RF 카메라의 포커싱 방식은 비교적 정확하고 신속한 포커싱이 가능하며, 미러 업으로 인한 블랙아웃이 없어 촬영 시 순간적인 단절 없이 뷰파인더를 통해 피사체와 그 주변 상황을 확인할 수 있고 상황에 적절한 대응이 가능한 장점이 있다. 실제 촬영되는 프레임보다 더 넓은 시야를 가지므로 구도 선정 등에 유리하다. 뷰파인더의 배율이 1:1에 가까울수록 양쪽 눈(양안)을 모두 뜨고 일반적인 실제 시야와 동일하게 넓은 시야를 확인하며 동시에 촬영 구도를 결정하여 촬영하는 방법이 가능하다.

SLR 카메라와 비교할 때 미러박스가 없어 촬영시 미러의 움직임으로 인한 충격이 없으므로 삼각대 등을 사용하지 않는 일반적인 저속 셔터 스피드에서 흔들림이 적게 발생하므로 스냅 촬영 등에 강점이 있다.

렌즈 고정형 RF 카메라는 렌즈 셔터 방식이 적용되어 셔터 동작에 의한 충격 최소화와 모든 셔터 스피드에서 내장된 플래시 동조가 가능한 장점이 있다. 하지만 촬영 시 카메라 특유의 촬영 소음이 없어 호불호가 갈리는 측면도 있다.

그리고 개인적으로 생각하기에 SLR 뷰파인더 방식과 비교하여 RF 뷰파인더 시스템의 가장 두드러지는 장점은 장착된 렌즈의 밝기(조리개 최대 개방시 f값)에 관계없이 언제나 일정한 밝기의 뷰파인더 상을 보여주는 점이라 생각한다.(이는 한편으로는 촬영되는 상의 실제 밝기나 심도 등의 정보를 뷰파인더로 확인할 수 없다는 단점인 동시에 최대 개방 조리개 값이 낮은 렌즈-일례로 홀로곤 f/8 등-를 사용할 때에도 독립된 뷰파인더 시스템으로 인해 촬영되는 상을 보는 것에 영향을 받지 않는다는 장점이 된다고 생각한다. 하지만 이런 극단적인 경우에는 별도의 외장 뷰파인더를 슈에 장착하여 사용하므로 RF 카메라만이 가능한 장점이라고 힘주어 말하기도 애매하다) TTL 방식인 SLR 카메라의 뷰파인더는 최대 개방 조리개 값이 낮은/어두운 렌즈를 사용할 경우 뷰파인더의 상 또한 이에 영향을 받아 어두워지는 단점이 있고, 따라서 SLR 카메라는 밝은/빠른 최대 개방 조리개 값의 렌즈 사용이 강제될 수밖에 없는 측면이 있다. (이해를 돕기 위해서는 SLR 카메라의 개방 측광 방식에 대하여 정보를 찾아보면 도움이 되지 싶다)

  • 단점

뷰파인더가 실제 촬영되는 렌즈와 다르고 장착된 위치 축의 차이로 인해 뷰파인더로 확인한 구도와 실제 촬영되는 화면과의 시차(Parallax) 문제가 발생하며 근접한 피사체를 촬영할 수록 시차로 인한 구도/프래임의 오차가 커진다. (고급형의 RF 카메라는 이 시차 문제를 해결하기 위한 정밀한 연동장치(시차 보정 장치)를 가지고 있다) 그리고 뷰 파인더를 통해 실제 촬영되는 화면을 볼 수 없으므로 심도 등의 확인이 불가능하다. 렌즈 교환형 RF 카메라의 경우 교환 장착되는 초점거리(화각) 별 렌즈에 뷰파인더의 시야가 일일이 대응하는 것이 어렵다. 이를 보완하기 위해 뷰파인더의 배율을 조정하거나(캐논의 3 모드 뷰파인더 방식) 별도의 외장형 뷰파인더 또는 고글형 배율 장치 등을 부착하는 등의 방법이 제시되기도 하였지만, SLR 방식과 비교하면 실용성과 편의성에는 미치지 못한다.

장착되는 렌즈의 초점 거리와 RF 시스템 사이의 제한은 줌 렌즈를 장착하여 사용하기 어렵다는 것을 의미한다. 주밍에 의해 변화하는 초점거리(화각)에 대해 RF 카메라의 브라이트 프레임으로 표시하는 방식 조차 적절한 프레임 정보를 제공해 주지 못한다. 따라서 RF 카메라에 교환 장착되는 줌 렌즈는 거의 없다고 봐도 무방하다.

그외 135mm를 초과하는 장 초점거리의 망원 렌즈와 매크로 촬영용 렌즈는 RF 방식의 이중상 합치로는 정확한 포커싱을 기대하기 어렵다.

 

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