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사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure

<카메라와 렌즈의 구조 X IV> 독립된 광학계를 가지는 RF type 광학 뷰파인더의 구조 / Construction of camera - Opical design of Viewfinder

 

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

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

출처: http://surplusperson.tistory.com/274 [산들산들]

 

 

일전 잉여력 탕진으로 마무리 짓지 못했던 카메라의 광학식 파인더(외장형 액세서리 뷰파인더도 포함)의 광학 구성에 대해서 못다 한 수다를 시작해보자.

 

우리 눈이 편안하게 인식하는 화각은 약 50도 정도로 알려져 있는데 뷰파인더는 한눈에 넓은 시야의 피사체 전부를 확인 가능하도록 이보다 더 넓은 시야를 제공할 필요가 있다. 따라서 시야각을 넓혀주는 기능의 광학계로 카메라 내부 또는 외부에 설치되어야 하는 공간/크기 제약에 따라 적절하게 소형화되도록 설계/제작되어야 했다.

 

 

 

광학식 뷰파인더의 구조를 이해하는데는 먼저 망원경의 광학 구성에 대해 알아두면 도움이 된다. 이는 거의 모든 광학계의 시발점은 망원경의 광학식에서 비롯되었기 때문인데 사실 광학 기술은 멀리 있는 피사체를 확대하여 보거나 미세한 크기의 확대하기 위한 즉, 망원경과 현미경 광학계가 모든 광학 기술의 기반이라 할 수 있다.

 

 

 

▶ 망원경 광학구조

 

- 갈릴레오(Galilean) 망원경

 

최초의 망원경으로 한장의 볼록렌즈와 한 장의 오목렌즈로 광학요소로 이루어진다. 망원경을 통과해서 보는 상은 정립상으로 보인다. 시야율이 좁으며 배율 확대가 제한적이다.

 

 

 

- 케플러(Keplerian/Kepler type) 망원경

 

천문학자 요한 케플러에 의해 설계된 망원경으로 두장의 볼록렌즈로 구성되며, 배율 조절/증대에 편하다. 단점은 상이 도립상으로 보이는 것인데 이 문제는 접안렌즈(Eye-piece)의 광학구조에서 또한 번 상을 도립 시킴으로 해결할 수 있다. 갈리레안 망원경과 비교하면 비교적 이해하기에 간편하다.

 

 

 

- 뉴턴식 반사 망원경

 

일반 광학식(갈리레안/캐플리안 광학계) 망원경이 색수차(가시광선의 파장에 따라 광학요소 통화 시 굴절률 차이에 의해 한 점에 모두 모이지 않는 현상) 문제를 해결하였다. (뷰파인더와 관련성이 적으므로 간략히 소개하는 것으로 하자)

 

 

▶ 뷰파인더의 광학구조

 

20세기 초반까지는 간간이 뉴턴 타입 방식이 사용되기도 하였으나 1930년 이후 최근까지 가장 많이 쓰이는 방식은 '역 갈리레안 방식'이다. 종종 케플리안 타입 뷰파인더가 적용되는 경우도 있다.

 

- 뉴턴 타입 방식 (Newtonian finder)

 

최초의 파인더 형태는 단일 오목 렌즈 하나로 이루어졌다. 오목 렌즈에 의해 시야를 넓히고 그 하단에 렌즈도 보이게 하여 조작에 편의성을 도모하기도 하였다. 매우 간결하다는 장점은 있지만 매우 작은 상을 제공하는 정도에 그쳤으므로 파인더로서의 효용은 크지 않았고 집중하기 어려운 방식이었다.

 

 

 

 

- 역 갈릴레오 방식 (Reverse Galilean finder)

 

갈릴레오 망원경의 광학 구성을 역전시킨 형태로 대물부에 오목렌즈와 접안부 볼록렌즈 즉, 네거티브 굴절력을 갖는 제1 렌즈 유닛과 포지티브 굴절력을 갖는 제2 렌즈 유닛으로 이루어진다. 이 광학계는 배치가 간단하고 넓은 시야각의 화상을 한 번에 관찰할 수 있기 때문에 오랫동안 카메라의 파인더로서 사용되어왔다. 역전된 갈릴레오 광학 시스템의 대물렌즈 및 접안렌즈의 초점 거리를 각각 f1 및 f2로 지정하면, 이들 간의 비율, -f1 / f2는 배율을 나타낸다. 광학 시스템의 근축 주점 간의 거리는 구성 렌즈의 초점 길이의 합인 f1 + f2에 의해 결정되며, 이는 광학 시스템의 전체 길이와 유사하다.

 

역 갈릴레아 파인더는 광학적으로 아주 간결한 구성이며 콤팩트 한 크기로 제작이 가능하여 많은 카메라에 활용된 광학식 파인더 방식이다. 갈릴레오 망원경의 단점이었던 좁은 시야는 '역 갈릴리안 방식' 파인더에서는 문제 되지 않는다.

 

 

출처 - http://www.hineslab.com/lensless-optical-viewfinder/

 

 

 

 

- 케플러 타입 파인더 방식(Keplerian finder)

 

Keplerian 파인더는 입사 동공이 파인더의 안쪽 또는 파인더의 물체 측에 존재한다. 따라서, 파인더의 배율을 연속적으로 변화시키거나 파인더 보다 넓은 각도를 달성하더라도 대물렌즈 그룹의 렌즈 개구는 증가하지 않는다. 이러한 이점으로부터, Keplerian 파인더는 특히 줌 파인더로서 광범위하게 사용된다. 반면에, Keplerian 파인더는 다음과 같은 결함을 보여준다. Keplerian finder는 접안렌즈를 통해 대물렌즈 그룹과 필드 프레임 또는 레티클 플레이트에 의해 형성된 실제 이미지를 확대하여 보도록 구성되고 결과적으로, 프리즘 표면 또는 레티클 플레이트 근방의 렌즈 및 레티클 플레이트 상의 내부 결함, 흠집 및 먼지가 눈에 띄기 쉽다는 결점이 있다. 이 결점이 케플러 파인더의 보급을 방해한다는 사실을 간과할 수 없다.

 

그리고 케플리안 파인더는 배율 조정이 보다 간편하고 카메라 전면의 파인더 입사동을 작게 설계될 수 있고 만들 수 있는 것은 아주 매력적이지만, 기본적으로 케플리안 파이더를 통과한 상이 도립상이 되므로 다시 정상적인 상으로 되돌리기 위하여 하나 또는 두 개의 요소를 추가하여야 했다.

 

케플리안 파인더가 적용된 Canon demi 카메라 정면 가운데의 뷰파인더 입사동이 매우 작으며 파인더 광학계의 형태는 공간적 문제와 도립상을 정립을 위하여 두 번 꺾여지는 형태이다.(망원경에서 쓰이는 프리즘 굴절 방식과 유사) 입사동이 매우 작은 형태이지만 케플리안 파인더는 상이 매우 밝고 또렷한 장점을 가진다.

 

Canon demi - Keplerian type viewfinder

 

 

 

광학식 파인더의 광학적 성능 향상을 위한 노력

 

역 갈릴레오 방식의 뷰파인더는 두장의 구성요소 만으로도 준수한 뷰파인더 시야를 제공하지만 주변부의 왜곡이 발생하는 점과 보다 넓은 시야각을 갖추기 위한 성능 개선이  필요했다. 배럴 디스토션 왜곡은 광각 광학계에서 자주 대두되던 문제였고 좁은 시야를 넓게 확대하는 과정에서 필연적으로 해결하여야 하는 과제였으므로 광학 설계상의 변화를 통해 왜곡을 억제하고 보다 향상된 성능과 사용 편의로 설계하는 것이 주요 목표였다.

 

역 갈릴레오 광학 시스템에서 전체 길이가 감소하는 광학 시스템의 설계는 대물렌즈와 접안렌즈 유닛 사이의 초점 길이 비가 일정하도록 렌즈의 조합의 사용을 필요로 하고, 초점 길이는 감소된다. 그러나, 이러한 조합에 의해 광학계의 전체 길이가 축소되면, 각 렌즈의 수차 보정의 필요성 정도가 증가하는 문제가 있다. 또한, 비구면이 대물렌즈 유닛에 사용되더라도, 전체 길이의 감소를 동반하여 접안부에서 발생된 수차를 완전히 보정하는 것은 불가능하다. 따라서 전체 성능을 갖춘 콤팩트 한 설계에는 한계가 있다.

 

초기의 컴팩트함을 추구하던 카메라의 파인더는 보다 다양한 화각에 대응하고 광학적 성능(왜곡 감쇄) 향상을 위해 여러 요소가 결합한 하나의 광학계로 발전하고 있다. 특히 외장형 파인더는 별다른 장치의 개입 없이 광학계에 충실할 수 있는 구조로 하나의 별도 광학제품으로서의 구성을 보여주기도 한다.

 

 

외장형 부파인더 VF-x21

 


카메라 뷰파인더의 성능을 가늠할 수 있는 사양으로는 '배율'과 '시야율'이 주로 사용된다. 레인지파인더 카메라의 뷰파인더 배율과 시야율에 대해서 언급할 내용이 꽤 많으므로 이는 별도의 포스팅으로 대신하자.

 

▷ 참고 - <카메라와 렌즈의 구조 X X III> 레인지파인더 카메라 뷰파인더의  배율과 시야율 / Viewfinder magnification - Rangefinder camera     http://surplusperson.tistory.com/345

 

 

광학식 파인더와 전자식 파인더의 하이브리드 진화와 EVF의 광학 구조

 

최근 카메라의 뷰파인더는 디지털 기술의 발달로 후면 디지털 액정 표시장치 등에 밀려 채택되지 않거나 전자식 뷰파인더(EVF)로 대체되기도 한다. 하지만 광학식 뷰파인더는 아직도 소형 렌즈 교환용 고급형 카메라에서는 그 효용을 인정받고 있다. 하지만 보다 많은 정보를 표시하기 위하여 EVF와 결합하는 하이브리드 방식이나 사용자의 선택에 따라 광학식 또는 전자식을 선택하여 사용할 수 있는 방식(이 경우에도 기능적으로는 결합하여 하이브리드 된 기능이 활성화되곤 한다)으로 발전하고 있다.

 

SLR 카메라의 하이브리드 뷰파인더는 일전 소개한 바 있으므로 이번에는 RF형 하이브리드 방식을 다루는 것이 맞겠지만, 포스팅이 너무 길어지고 RF 카메라의 하이브리드 기술에 대하여 다루어 볼 흥미로운 지점이 꽤 많으므로 이는 다음 기회로 미루어 두자.

 

전자식 뷰파인더(EVF)는 카메라 내부에 작은 디지털 액정-LED(또는 유기 LED)-을 통해 뷰파인더와 비슷한 눈높이 파인더(Eye-level finder)를 구현하는 기술이다. 최근 기술 발전으로 EVF에 화상과 실제와의 시차(時差)가 아주 미세한 차이로 줄어들면서 빠르게 광학 뷰파인더를 대체하고 그 외의 촬영 관련 정보표시를 파인더 화상으로 표시하는  방식에서는 더 효과적으로 여겨진다. EVF의 광학계는 근접한 작은 LED(또는 유기 LED)의 화상을 보다 뚜렷하게 눈의 피로감 없이 확인할 수 있도록 설계/구성되어진다.

 

 

fujifilm X30
Sony a6300

 

 

 

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