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사진과 카메라 이야기/Optical Lens Design

<렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 X IV> 에르노스타와 조나 / Ernostar & sonnar

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

출처: http://surplusperson.tistory.com/313 [산들산들]
Notice - 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.

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



'Ernostar' 렌즈 이름은 조금 생소하게 들릴지도 모른다. 하지만 Carl Zeiss의 대표적 광학식 중의 하나인 sonnar, 올드 렌즈로 사랑받는 렌즈 중 하나이며 지금도 해당 브랜드로 새로운 렌즈들이 출시되기도 하는 'Sonnar'의 모태가 되는 광학식이며, 20세기 초반 사진기용 렌즈 밝기 경쟁의 시작을 알린 신호탄이기도 하다. 개인적으로 Sonnar 렌즈에 대한 애착으로 '에르노스타'에 대해서도 수다를 떨어보고 싶다.


에르노스타는 'Ernemann 社'의 'Ermanox'(1924)에 장착되었고, 영화 촬영 카메라용으로도 만들어졌다. 독일 드레스덴에 위치했던 Ernemann 社는 여러 판형의 접이식(folding) 카메라와 영화용 카메라, 프로젝터(환등기) 등을 제작하는 회사였다. 에르노스타의 가장 큰 장점은 중형 포맷의 필름을 사용하였지만 비교적 작은 크기의 카메라 본체와 밝은 렌즈로 조도 확보가 어려운 실내나 어두운 상황에서도 손에 들고 촬영할 수 있었다는 점이다. 캔디드 사진술의 모태가 된 기존 카메라와 차별화된 성능으로 호평 받았다. (에르노스타가 장착되었던 카메라인 Ermanox의 경우 유리판에 감광유제가 발라진 필름판을 사용하여 한장 촬영 후에 매번 필름판을 교체하여야 하는 등의 단점도 있다)


Ermanox


Ernostar를 설계한 'Ludwig Bertele'은 Ernemann 社의 젊은 광학 엔지니어였다. 이후 Ernemann 社는 독일의 주요 카메라 제조사인 '괴르츠', '이카', '콘테사 네텔'과 칼 자이스를 중심으로 합병하여 'Zeiss ikon'을 1926년 설립되었고, Ludwig Bertele 또한 자이스에서 광학 설계자로 자리를 잡고 연구를 이어가 Sonnar를 비롯한 다양한 광학 설계를 만들었다.



Ernostar 광학식은 1893년 공개된 'Cooke triplet'- 쿠크 삼중-을 기반으로 하고 있다. 당시 쿠크 삼중 설계를 기반으로 한 렌즈들은 비점수차 보정과 그외 단일 색수차 및 색수차 보정에 뛰어났지만, 3군의 간명한 구조 탓에 밝은 렌즈로의 한계가 있었다. 대표적인 자이스의 Tessar를 예로 들면, 설계상의 한계로 밝기(최대 개방 조리개 값)는 f/3.5에 그치는 수준이었다. (이후 희토류를 사용하여 고굴절률로 향상된 광학 유리 등으로 f/2.8까지 향상되었다) Ernostar 렌즈에서는 밝기에 대한 설계상의 한계를 극복하기 위해 광학계 전면 요소에 집광을 위한 2장의 볼록 렌즈를 배치(가우스 타입)하여 설계되었다. 이런 특성은 에르노스타의 기본 설계식에 잘 드러난다.


Ernostar, 1924



가우스 타입은 더블 가우스 타입의 발전 과정에서 익히 많이 보았던 설계 유형으로 '가우스'에 의해 1817년 만들어졌던 망원 설계에서 유래하였다.




이후 Ernostar의 기본 설계는 사출부의 3군 요소를 중합으로 구성되도록 변경되었다. 그외 Ernostar 초기형의 설계에서는 보다 다양한 시도가 이루어졌지만, 일부의 초기 설계는 생략하였다.



Ernostar, 1925



Ernostar의 기본형은 10cm f/2로 설계되었는데, 설계 요소의 변경을 통해 10.5cm f/1.8 등으로 성능 향상이 이루어졌다. (중형 포맷인 6 x 4.5cm 필름판을 사용하였으므로 10cm 초점거리는 35mm 소형 필름 -135 film- 포맷으로 환산하면 약 80mm, 화각으로는 30˚ 정도에 해당한다) 이 광학 설계에서 기본 설계에서 2군 요소을 변형한 점이 가장 눈에 띄는데 3중합(cement triple)의 형태가 등장한 점이 흥미롭다.


4군 6매



초기형의 설계식의 확인과 보다 자세한 설명은 아래 링크로 대신한다.


▷ 참고 - http://www.klassik-cameras.de/Biotar_en.html


에네르스타가 에르마녹스(Ermanox)라는 중형 포맷(6 x 4.5cm)의 사진기와 영화 촬영용으로에 맞추어 설계된 렌즈였던 반면, 1931년 출시된 Sonnar는 35mm 소형 포맷의 RF 카메라(contax I)에 맞도록(장착) 설계되었다. 따라서 초점 거리는 5cm(실제 측정치에서는 초점거리 약 52mm), 밝기(최대 개방 조리개 값)는 f/2였고, 설계에서 가장 큰 변화는 2군과 3군을 결합(중합)하여 전체 3군(6매)로 이루어졌고, 이는 광학계 내부 난반사와 플레어 억제에 효과적이었다.


1932년에는 사출부의 구조를 2중합에서 3중합으로 변경하는 등의 3군 7매로 향상된 밝기(최대 개방 조리개)의 5cm f/1.5를 출시하였다.


이미지 출처 - http://leicacontax.blogspot.kr/


출시 당시의 기준에서 Sonnar 5cm f/1.5는 가장 밝은 35mm 필름규격 카메라의 표준 렌즈였다. 코팅 기술이 도입되기 이전의 설계로 3군의 간명한 구조는 플레어와 광학계 내부의 난반사 억제에 아주 효과적이었고, 광학 수차(단일 색수차 및 색 수차) 보정에도 우수하여 높은 해상력과 선명한 색 재현력을 보여준다.


이후, 코팅 기술이 일부 플레어 억제 등에 성능 향상을 가져다 주었지만, 3군 구성의 sonnar에서는 기본적인 광학 성능에 큰 변화는 없어 보인다. 코팅 기술의 과실을 온전히 받아들인 광학식은 구성 요소군이 상대적으로 많은 렌즈일수록 더 뛰어난 성능향상을 볼 수 있었는데, 그 일례로 더블 가우스 타입의 렌즈는 투과율과 내부 반사의 족쇄에서 해방되어 급성장하였고 비대칭 더블 가우스 타입의 등장으로 대폭 향상된 밝기의 렌즈로 거듭났고, 마지막 걸림돌 중 하나이던 코마 수차 문제를 해결하면서 f/1.8, f/1.4 등 밝은 렌즈이면서 동시에 광학 성능에서도 큰 향상이 있었으므로 35mm 소형 필름에서 가장 대표적인 렌즈의 명예는 sonnar에서 더블 가우스의 타입(비요타, 제논, 플라나, 울트론, 즈미크론 등)의 렌즈로 넘어갔다. 더구나1950년대부터 시작된 SLR 카메라의 가세로 1960년대 이후 35mm 카메라 시장 상황은 급변하였고, 35mm 렌즈 교환형의 고급 카메라에서 sonnar는 미러공간에 의한 플렌지 백 거리의 확보 문제에 걸려 채택되지 못한 것과 RF 카메라 시장의 암흑기와 자이스 이콘의 몰락 등 Sonnar에겐 불운이 겹쳐 일어났고 1970년 이후에는 신제품 시장에서 한세대 이전의 구형의 광학식으로 전락했지 싶다. 광학 기술 발전에 혁신적인 변화를 가져왔던 코팅 기술과 SLR 카메라의 대유행이 표준 렌즈의 대표 광학식이라는 입지의 sonnar를 밖으로 밀쳐낸 샘이 아닐까.



Ernostar의 기본 설계는 'modern sonnar' 광학식에서 다시 등장하는데 이에 대한 내용은 아래 링크로 대신한다.


▷ 참고 - 현대식 조나 설계식과 리뉴얼 칼 자이스 조나 / Modern sonnar optics & Renewal Carl Zeiss Sonnar (Sonnar 1.5/50mm ZM & Sonnar 55mm f1.8 ZA)     http://surplusperson.tistory.com/186


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