Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
어느 듯 여름은 깊어졌고, 사진을 찍으러 나가기엔 날이 너무 덥다. 더위를 핑계로 집에서 한가로이 나뒹굴 게으름과 여유가 좀 생겼으니 그동안 연작처럼 포스팅해 온 '카메라와 렌즈의 구조'에 대해 수다를 하나 더 남겨두려 한다. 사실, 카메라나 렌즈, 사진술과는 전혀 관련 없는 삶을 살아왔고, 취미의 연장선에서 웹과 서적 등을 통해 수박 겉핥기 식으로 공부하거나 실제 경험을 통해 얻은 밑바닥 사소한 지식을 토대로 한 수다인지라 막상 거창한 주제를 다루려면 머뭇거려진다. 하지만, 받은 만큼 돌려주는 것이 '인지상정'일 테니 인터넷의 공개된 정보 등을 통해 받은 고마움을 되돌려 주고 싶었다. 은혜받은 고양이의 소소한 보답 정도로 사소하고 엉뚱하지만, (좋은 의도가 항상 좋은 결과로 이어지지 않고 고양이의 보답이 엉뚱하게 벌어지듯이) 별반 도움이 되지 않는 보답이 될 수 있는 것이 문제다. 수다쟁이의 잘못된 이해나 얕은 지식, 그리고속 좁은 아집으로 은혜를 앙갚음으로 보답하는 우가 되지 않기를 바랄 뿐이다.
▶ 줌 렌즈란?
줌 렌즈는 초점 거리를 연속 변경할 수 있는 렌즈를 말한다. 일반적으로 초점 거리 가변(zooming)으로 초점(focus)이나 조리개 값이 변하지 않고 그대로 유지되는 렌즈다. 여러 가지 초점 거리를 가지므로 렌즈 교환 없이 다양한 초점거리(화각)로 촬영이 가능하여 렌즈가 카메라에 고정된 카메라에서 매우 유용하며, 렌즈 교환식 카메라에서도 줌 렌즈는 번거로운 렌즈 교환 없이 효과적인 촬영이 가능하게 한다. 줌 렌즈가 처음 고안된 것은 아주 오래전이지만, 가변 초점 거리 모두에 걸쳐 광학 수차를 제거하기 위해 여러 광학 요소를 사용할 수밖에 없었으므로 광학계가 여러 구성요소로 이루어져서 광학 구조가 복잡하고 외형은 커지고 무거웠으며, 수차 제거의 한계로 고정 초점거리 렌즈(단-單- 렌즈)에 비해 상대적으로 광학 성능이 낮았다. 이후 광학 신소재 기술과 정밀한 제작/연마 기술, 새로운 광학 설계 기술(광선 추적 및 컴퓨터를 이용한 설계)이 본격 어우러진 1970년 이후에야 상용 대중화의 줌 렌즈가 본격 시장에 등장했다.
▶ 가변 초점 렌즈와 줌(Zoom ) 렌즈 비교 (Parfocal lens vs Vari-focal lenses)
엄밀한 의미에서 '줌 렌즈'는 초점 거리를 변경하여도 초점이 맞는 상태를 그대로 유지하는 렌즈(Parfocal lens)를 말한다. 이와 구분하는 초점 거리 변경 시에 초점이 변경되어 다시 초점을 맞추어 주어야 하는 렌즈를 '가변 초점 렌즈'(Vari-focal lens)라고 하는데, 현재 줌 렌즈라고 불리는 대부분의 스틸(사진) 카메라용 렌즈는 '가변 초점 렌즈' 방식이다. 가변 초점 렌즈는 광학 설계에 있어 순수한 의미의 '줌 렌즈' 보다 제한이 적어서 광학계의 자유로운 설계가 가능한 장점이 있다. 최근에는 AF 속도가 향상되었고 이너 포커싱(Inner focusing) 설계와 초점 거리가 변경되는 동안 포커스 또한 연동하여 변화하는 구조로 일반 사용자가 줌 렌즈와 가변 초점 렌즈를 사용할 경우에 차이를 체감하기 어려워서 그 구분의 실익은 거의 없어 보인다.
하지만, MF 모드에서 주밍 기법의 이미지 촬영이나, 줌인(Zoom-in) 줌 아웃(Zoom-out) 기법으로 영상을 촬영할 때는 렌즈 내부의 설계 차이에 의해 포커싱 정확도 문제를 체감할 여지도 조금은 있다. 영상용 줌 렌즈에서는 진정한 의미의 줌 렌즈(초점 거리 변경에도 초점이 바뀌지 않는 Parfocal) 설계가 더 나은 선택이지 싶다. 줌 샷이 달리/트랙킹 샷에 비해 밋밋한 구도/심도 변화 등으로 전문적인 영상 작업에서 그리 선호하지 않는다 하여도 보도에 중점을 둔 뉴스나 다큐멘터리, 그리고 시네마 기법 중에서 줌 아웃-달리 인 또는 줌 인 - 달리 아웃(히치콕 줌, 버티고 줌) 등 독특한 영상 기법 부분에서 유용한 것 또한 사실이다.
<렌즈의 광학구성 Optical design 24> 파포컬 줌 렌즈 - 파포컬(초점유지)을 위한 광학 설계 [副題] "아
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 봄은 왔지만, 여전히 현실은 코로나 판
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파포컬 줌 렌즈와 가변 초점거리 렌즈의 효용에 대하여 / Are Parfocal (true) Zoom Lenses Useful for Real Shoo
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 파포컬 줌 렌즈의 정의 및 광학 구성/
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줌 렌즈의 제품 명칭에는 가변 가능한 초점 거리의 최단과 최대를 표시하는 경우가 일반적이며, 예를 들면 Canon EF 24-70 f/2.8 II USM은 최단 초점 거리 24mm에서 최대 초점거리 70mm까지 초점거리를 연속 변경할 수 있는 렌즈를 의미하고 일반적으로 이 정도 가변 초점 거리를 갖는 렌즈를 흔히 '표준 줌 렌즈'라 칭한다. 그리고 줌 렌즈에서는 최단 초점 거리에 대한 최장 초점거리의 비율을 렌즈의 배율이라 하고 n:1 또는 줌 배율 n 등으로 표시하기도 한다. 주로 콤팩트 카메라에 고정 렌즈의 성능을 보다 쉽게 나타내기 위해서 줌렌즈에 표시되는 방식인 듯하다.(일반적으로 광학 줌 n배로 표시되고, 그 외 디지털 줌은 카메라의 이미지 센서의 일부분을 확대하는 기능으로 광학 줌과는 구별된다) 앞에 예시한 Canon EF 24-70 f/2.8 II USM은 줌 배율로 표시하면 x 2.92 정도에 해당한다.
▶ 줌 렌즈(가변 초점 렌즈)의 기본 원리와 다군 줌 렌즈
줌 렌즈의 가장 기본적인 광학 구성은 2군 줌 렌즈와 3군 줌 렌즈, 4군 줌 렌즈, 그 외 다중 그룹 렌즈로 설명할 수 있다.
대략 3군 줌 렌즈 구성은 2군 줌 렌즈의 변형으로 더 많은 광학 설계상의 자유를 준다. 3군 줌 렌즈의 원리를 간략히 설명하면,
첫 번째 요소(L1)와 두 번째 요소(L2)가 근접하고 세 번째 요소(L3)의 간격이 멀어지면 광학계의 초점 거리는 짧아지고 (광각), 첫 번째 요소와 두 번째 요소가 멀고 두 번째와 세 번째 요소가 근접하면 광학계의 초점 거리는 길어진다.(망원) 따라서 L1과 L3 사이에 위치한 L2의 위치를 변화시켜주면 그 위치에 비례해서 초점 거리가 연속으로 변한다.
4군 줌 렌즈 구성은 3군 줌과 거의 유사해서 별도로 언급해야할 필요가 있을까 조금 의문이 있지만, 이너 줌 설계를 설명하는데 도움이 될 듯하고, 자료에 따라 4군 줌 렌즈로 칭하는 자료가 종종 있어서 추가로 언급하면, 1,2,3군은 초점거리(배율) 변화에 관여하고, 4군(마스터 군)이 초점 요소에 관여하는 구성이다.
2개 군의 렌즈(요소)군을 이동시키는 방식이 기본적인 그리고 가장 단순한 줌 방식이며 3개 이상의 요소군을 이동시켜 초점거리를 변화시키는 광학설계를 "다군 줌 렌즈"라고 칭한다. 줌 렌즈에서 요소군이 증가하면 광학적 설계의 자유도는 증가하지만, 실제 제품으로 만들기 위한 내부 구동 구조의 설계의 어려움 또한 증가한다. 최근에는 전산 소프트웨어를 이용한 광학 설계로 복잡하고 구성요소 군이 증가하여 이전에는 실현하기 어려웠던 성능의 줌렌즈들이 등장하고 내부의 렌즈 요소군의 구성 또한 3개 이상의 요소군이 이동하는 다군 줌 렌즈 방식이 주로 상용 교환용 카메라 제품에도 채택되지 싶다.
▶ 줌 렌즈/가변 초점 렌즈의 단점
줌 렌즈와 가변 초점 렌즈는 연속적인 초점 거리 변경이 가능하지만, 많은 구성요소를 사용하여 무겁고, 광학 성능에서도 고정 초점 거리 렌즈 즉, 단 렌즈에 미치지 못한다. 최근의 광학 소재 기술 발전으로 다중 코팅 기술과 저분산 요소의 사용, 그리고 비구면 요소 등의 사용과 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 정밀한 설계로 줌 렌즈의 광학 성능에 획기적인 반전의 성과가 있었던 것 또한 사실이다.
하지만, 가변 가능한 초점 거리 전반에 걸쳐 광학 수차를 모두 제거하는 것은 몹시 어렵고 많은 광학 요소의 사용으로 내부의 구조가 복잡하고 내부의 구성요소 간 유기적인 구동 메커니즘 등으로 제조상의 어려움이 늘어나며, 렌즈의 부피와 무게가 증가하는 문제점과 렌즈 하나의 가격을 비교했을 때는 일반적인 단 렌즈에 비해 상대적으로 높아진다.
▶ 이너(인터널) 포커스와 이너(인터널) 줌 / Internal focus & Internal Zoom
최근의 광학 설계 기술 발전은 여러 다양한 유형의 광학 구조뿐만 아니라 줌 작동 방식에 있어 많은 변화가 있었다. 줌 렌즈에서 이런 예가 이너 포커스와 이너 줌이 아닐까 생각한다. (개인적인 생각으로는 인터널 포커스와 인터널 줌이 더 적절한 용어라고 생각하지만, 우리나라에서 즐겨 사용되는 '이너' 용어를 사용했다)
이전 포스팅에서 다룬 바와 같이 이너 포커스 구조는 장점이 꽤 많은데, 초점 조절이 내부의 광학 구성 일부(일반적으로 조리개 바로 전면의 광학 요소군)의 이동으로 포커싱이 이루어지므로 렌즈 경통의 길이에 변화가 없고, 상대적으로 포커스에 따른 이동 요소가 일부에 불가해서 전체 광학요소를 움직여야 하는 렌즈에 비해서 빠르고 쾌적한 AF에 적합하다.
<카메라와 렌즈의 구조 I> 렌즈의 초점(포커스) 구동 방식에 대하여 / Construction of camera - How the camera lens moves a focus. (What happens when you focu
수동 필카나 이종교배를 통해 수동(MF) 렌즈를 사용하다 보면 부드러운 수동 포커싱 조작이 인상적이다. 하지만 근래의 AF렌즈 특히 줌렌즈를 수동 포커싱하는 경우에는 수동 조작감이 올드 수동 렌즈보다 못하고..
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고성능 렌즈의 으레 함께 등장할 듯한 이너 줌은 이너 포커스 시스템과 발상의 개념 자체는 비슷하지만, 실효성에 있어서는 조금 의심스럽다. 다시 말해서 이너 줌은 장점도 있지만 장점만큼의 단점도 있다.
DSLR 또는 미러리스 카메라용 교환형 렌즈의 이너 줌의 광학 설계는 앞에서 살펴본 줌 렌즈/가변 초점 렌즈 기본 원리에서 크게 벗어나지 않는다. 차이가 있다면 주밍으로 초점 거리가 바뀌어도 외부 경통의 길이는 항상 일정하게 유지된다는 점인데, 흔히 코가 튀어나오는 경통의 변화가 없다. 하지만, 경통의 길이가 항상 일정하게 유지되는 장점은 원래 렌즈의 길이가 길게 설계될 수밖에 없는 한계 또한 내포하고 있고, 따라서 경통의 길이가 변화하는 줌/가변 초점 렌즈에서 짧은 초점 거리(광각)에서는 최단 길이가 되고 긴 초점 거리(망원)에서는 최장 길이로 렌즈 전체의 길이가 변하여서 비록 긴 초점 거리에서는 코가 튀어나와 길어지지만, 광각 상태로 최단 길이로 유지되므로 휴대/보관 그리고 촬영 등에 장점이 있다. 즉, 이너 줌은 경통의 최장 길이 가까운 길이에 고정된 형태라고도 할 수 있겠다.(이너 줌의 기본 경통이 내부 광학계의 설계상의 한계로 일정 길이를 유지할 수밖에 없지만, 일반 줌 렌즈의 최대 망원에서 경통 길이와 비교하면 상대적으로 짧은 장점은 있다)
Olympus M.Zuiko Digital ED 40-150 f/2.8 PRO 이너 줌 방식이며 아래 Canon EF 24-70 f/2.8 II USM은 줌 조작에 따라 경통의 길이가 변하는 렌즈이다.
고정형 렌즈를 채택하는 콤팩트 카메라의 광학 줌과 결합하는 이너 줌 설계는 DSLR 또는 미러리스 카메라의 교환형 렌즈에 적용되는 이너 줌 광학 설계와는 다르다. 카메라 내부에 잠망경과 같은 원리를 이용하여 초점 거리 변경에 따른 광학계의 전후 길이 변화 방향을 다르게 설계(광학계의 주밍 시 전후 운동을 수직 또는 수평 운동 형태로 전환하고 프리즘 반사 등을 통해 동일한 형태를 유지하도록 한다 )하는 방식이 적용된다. 즉, 실제 이너 줌 콤팩트 카메라의 광학계는 카메라 내부에서 광학계의 길이가 변한다. 하지만 이런 경통 길이 변화는 카메라 내부에서 수직 또는 수평 방향으로 이루어지므로 외부 렌즈 경통의 돌출이 발생하지 않는 방식이다.
종종 줌 렌즈의 선택이나 사용에 있어 '이너 줌'이 방식의 유무에 대해 민감하게 평가하는 경우를 종종 접하는데, 광학적 성능에서의 설계 방식의 차이로 인한 '이너 줌' 만의 특출 난 장점이 있다고 보기 어렵다. 단지 경통 길이의 변화에 대한 이너 줌의 선택은 하나의 편의 기능에 불과하다. 줌 렌즈의 경통 길이 변화가 줌 렌즈의 치명적인 단점이라고 생각하지는 않는다. 광학적 성능이나 설계의 효율성 그리고 가성비까지 감안하면 이너 줌 구조를 스틸 카메라에 고집할 이유는 없다.
이너줌 렌즈가 효용을 발휘하는 경우를 하나 들자면, 메트 박스 등을 결합하여 사용하는 시네마 렌즈는 주밍에도 길이 변화가 없는 것이 유리하다. 그리고 무빙이 많은 카메라 워크로 영상 촬영 시에 흔들림을 감소하기 위해 사용하는 '스테빌라이저'(짐벌 또는 글라이드 캠 등)에 카메라를 장착할 때, 주밍으로 인한 무게 중심의 변화가 적고 따라서 주밍 할 때마다 스테빌라이저의 무게 중심을 다시 조정해야 하는 번거로움이 줄어드는 장점은 있다.
최근에는 후드를 경통 바깥쪽에 설치하고 주밍으로 돌출되는 경통을 후드 안쪽에서 이루어지게 하여 외부에서 볼 때 이너줌처럼 보이게 하는 렌즈들도 보인다.(시네마 렌즈에서 포커싱 등에도 후드를 포함한 전체 길이가 일정하도록 유지하기 위해 종종 사용되는 방식이기도 하다) 초점 거리가 길어질수록 렌즈 전면 요소가 뒤로 이동하는 특징을 가진 가변 초점거리 렌즈에서는 꽤 유용한 특징이 있다. 일례로 캐논의 EF 24-70 f2.8 L (일명 '구계륵')이나 토키나 28-70mm f2.8 등을 들 수 있겠다.
