Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다.
봄은 왔지만, 여전히 현실은 코로나 판데믹의 한가운데에서 위태롭게 있고, 사진을 통한 취미 생활은 가당치도 않아 보이고, 가벼운 봄 나들이도 여의찮다. 햇볕 잘 드는 창가에 놓인 화분과 나란히 서서 일광욕이나 즐길 수밖에 없는 '식물형 인간'으로 퇴화하는 나날이다
실내에만 머무르는 무료함에 지쳐서 뭐라도 꼼지락 거려야 할 듯하다. "파포컬 줌"에 대해 어설픈 추측을 더해 수다 주제로 삼아보자. 노자는 "아는 자는 말하지 않고, 말하는 자는 알지 못한다"라고 했는데, 이 처럼 쉽게 말을 시작하는 것을 보면, 나는 이것에 대해 모르고 있음이 분명해 보인다. 그러므로 '모르는 것' 또는 '어설프게 아는 것'에 대해서 장황하게 떠드는 잡설에 불과하니 한 귀로 듣고 한 귀로 흘려듣는 여유로움을 가지고 이 글을 읽기 바란다.
다행스럽게도 'Parfocal(파포컬) 줌 렌즈' 또는 'True zoom(트루 줌)'에 대한 광학 원리나 개념 그 자체는 이해하기 어려운 것이라 생각하지 않지만, 광학 원리나 개념과 달리 이런 광학적 특성의 효용을 구현하는 문제나 이를 촬영에 활용하는 것은 또 다른 문제이고, '파포컬 줌 렌즈'와 가변 초점 렌즈의 비교에 대해서는 각 렌즈 설계나 제품 활용 방식에서의 선호와 이를 사용하는 자의 효용/효율에 대한 주관적 가치 판단 문제가 결합되어 있다고 생각한다. 따라서 각자의 이해관계에 따라서 파포컬 줌 렌즈에 대한 효용이나 실질적 가치에 대해서는 각자의 의견이 다른 것은 한편으로 지극히 당연하다. 이 잡설은 뭐가 더 낫다거나 우열을 따지기 위함이 아니라 어떤 차이가 있고 각자 효용에서의 다른 점에 대한 어설픈 주장/고찰이란 점을 먼저 밝혀둔다.
줌 렌즈의 광학 원리나 포커스 브리딩과 관련된 광학 특성을 설명하면서 '파포컬 줌 렌즈'의 광학 원리도 엉성하지만 몇 번 언급했었지 싶다. 먼저 용어부터 정리해 보자.
▶ Parfocal / 파포컬 - 동초점(同焦点)
Parfocal을 '동초점(同焦点)'으로 단순 번역할 수 있다. 일본 광학 조어의 영향인지 그 의미가 단 번에 잘 이해되지 않아 불만이다. 조금 풀어보면, '동초점'은 흔히, 현미경에서 초점(포커스)을 맞춘 후, 배율이 다른 대물렌즈로 바꿔도 초점이 유지되는 광학 설계의 의미로 이해할 수 있다. 즉, 대물렌즈는 물체와 일정거리를 유지하며 초점거리(배율) 변화만 담당하도록 설계되고 접안렌즈부의 이동만으로 초점을 맞추는 광학적 특징을 '동초점(파포컬 - Parfocal)'이라 하겠다. (광학식 현미경 사용에서 배율을 바꿀 때마다 초점을 다시 맞추거나 초점을 맞출 때 배율이 변한다면 불편할 것은 당연하다)
가변 초점거리(줌) 렌즈에서 현미경에서와 유사하게 포커스가 맞춰진 상태에서 초점거리(배율)가 가변 즉, 주밍에도 초점(포커스)이 맞춰진 상태가 유지되는 렌즈를 '파포컬 줌 렌즈' 또는 '트루 줌 렌즈'라고 불린다.
▶ Parfocal 줌 렌즈 (또는 true zoom lens)의 광학 원리
줌 렌즈 또는 가변 초점거리 렌즈의 초점거리(배율) 변화 원리에 관해서는 아래의 이전 포스팅을 참고하자.
<카메라와 렌즈의 구조 24> 줌 렌즈와 가변 초점 렌즈의 광학 원리와 이너 줌(인터널 줌)의 대하여
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 어느 듯 여름은 깊어졌고, 사진을 찍으
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파포컬 줌 렌즈는 초점거리(배율)를 바꾸기 위한 광학 요소(이하 '줌 구성 요소' 또는 'Zoom lens group')와 포커스를 맞추기 위한 광학 요소(이하 '포커스 구성 요소' 또는 'Focus lens group')가 독립적으로 분리되어 설계되어야 한다. 파포컬 줌 렌즈의 '줌 렌즈 그룹'에서는 일반적으로 2군 또는 3군 각군의 간격 조합으로 초점거리(배율) 변화가 가능하고, 이때 '줌 구성 요소'는 초점거리 (배율)의 가변에만 작용해서 상면에 초점을 맞추는 것에는 전혀 관여하지 않는다. 달리 설명하면, 줌 렌즈 그룹에서 광축과 평행한 빛(무한대)은 줌 렌즈 그룹을 통과한 이후 배율(초점거리)만 변한다. 즉, 광축에 평행하게 입사한 광선이 줌 렌즈 그룹을 통과한 후 출사 광선 또한 광축에 평행한 상태를 유지한다. 이를 'Afocal zoom system'이라 할 수 있다.
Afocal을 우리말로 단순 번역하면 '무초점'이 되지만, 일반적으로 심도가 매우 깊어서 포커싱 조절부가 없다는 의미의 '무초점-포커스 조절이 필요 없는 또는 포커스가 고정된- 렌즈'와는 다른 의미이다. (이는 focal과 focus 모두를 '초점'이라고 부르는 것에서 오는 혼동이라 생각한다) 좀 더 풀어서 설명하면 광축과 평행한(무한대) 입사 광선은 afocal 줌 구성 요소를 통과한 후에도 광축과 평행(무한대)을 유지하므로 결상면에 상점을 맺지 못한다는 의미에서 '무초점'이라 해야 하지 싶다. (기하 광학에 대해 전문적 지식이 일천해서 용어 정의에 오류가 있을 수 있다)
따라서 파포컬 줌 렌즈에서는 '줌 구성 요소'와는 구분되어 상점(상면에 또렷한 상이 결상)에 모이도록 초점(포커스)을 맞추는 '포커스 구성 요소'가 독립적으로 구성/설계되어야 한다. 즉, 줌 조작에 의한 배율 변화는 초점(포커스) 변화에 아무런 영향을 미치지 않으므로 주밍에도 초점은 그대로 유지된다. 반대로 '포커스 구성 요소'는 결상면에 또렷한 상이 맺히도록 초점을 맞추는 역할만 하고 광학계의 초점거리 (또는 배율) 변화에는 전혀 관련하지 않는다. 이런 특징은 '초점 호흡' (포커스 브리딩 - Focus breating)의 발생 정도와 관련 있다.
이번 수다에서는 렌즈의 초점거리와 배율 관계에 대해서는 이전 수다에서 다루었으므로 별도로 설명하지 않았다. 간단히 요약하자면 초점거리의 변화는 곧 배율의 변화라고 할 수 있다.
<카메라와 렌즈의 구조 38> 카메라 광학계(렌즈)의 초점거리와 배율 / Focal length and magnification
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. '배율'(magnification)은 정의하거나 설명하
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▶ Parfocal 줌 렌즈 (또는 true zoom lens)와 스틸 카메라용 줌 렌즈의 광학 구성/설계의 비교
비교를 위해 일반적인 가변 초점거리 렌즈의 광학 구성에 대해 간략히 언급하자.
스틸 카메라용 일반 줌 렌즈들은 여러 다양한 이유(주로 컴팩트한 광학 구성)로 '줌 구성 요소'군과 '포커스 구성 요소'군이 명확하게 분리되지 않은, 즉 혼재된 설계 경우가 일반적이다. (이 방식은 광학계를 더 콤팩트하고 작게 만들 수 있다. 아래 이미지의 광학 설계 참조) 따라서 주밍(배율 또는 초점거리의 변화)에 따라 포커싱 또한 영향을 받아서 줌 이전에 맞춘 포커스가 유지되지 않는다. 이와 같은 주밍과 포커스가 상호 영향을 주고받아서 그 반대의 경우 즉, 포커스를 맞추기 위해 포커스 요소가 움직일 때 줌 요소 또한 영향을 받고 이 결과로 '초점 호흡' (focus breathing)이 발생한다.
여기서 먼저 언급하고 싶은 점은 이러한 설계의 차이는 광학 구성/설계 기술의 우등과 열등의 관계가 아니란 점을 반드시 말하고 싶다. 단지, 렌즈의 어떤 기능/특성/효용에 더 가치를 두느냐 즉, 일종의 용도나 제품 콘셉트에 따른 설계상의 고려인 동시에 광학 설계에서의 '선택'의 문제라고 생각한다. 다시 언급하겠지만, 파포컬 줌 렌즈는 일반 스틸 카메라용 줌 렌즈와 비교해서 명확한 장점과 분명한 단점을 가지고 있고, 일반적인 스틸 카메라용 줌 렌즈 또한 이와 반대되는 장점과 단점을 가지고 있다. 전문 시네마 줌 렌즈에 파포컬 줌 렌즈 광학 구성이 즐겨 사용되고 일반 스틸 카메라에서는 가변 초점(일반 줌) 렌즈가 즐겨 사용되는 것은 각각의 용도에 따라 해당 광학 설계가 더 적합한지에 대한 판단/선택의 문제에 불과하고, 파포컬 줌 렌즈가 더 우수한 광학 설계라는 의미가 결코 아니다. 이는 영상 촬영과 사진 촬영에서의 각각의 특수성과 실질적인 운영상의 효용 등 다방면에서 고려해야 하고, 따라서 각자가 필요에 따른 선택의 문제로 귀결될 수밖에 없다.
광학 설계의 기술적 측면에서 보면 일반적인 줌 렌즈가 설계의 자유도가 큰 만큼 (컴퓨터를 이용한 광학 설계 기술이 아니고서는 거의 불가능한) 더 복잡하고 다양하며 줌 구성 그룹과 포커스 구성 그룹이 유기적으로 어우러지는 광학 설계가 가능한 반면, 파포컬 줌 렌즈는 줌 구성 그룹과 포커스 구성 그룹을 명확하게 분리하여 설계해야 해서 상대적으로 설계 자유도가 낮은 설계라고 평할 여지도 있다. 하지만, 현재 출시되는 줌 렌즈 광학 설계는 고성능 컴퓨터를 이용하지 않고는 설계 자체가 불가능할 정도로 복잡하고 파포컬 줌 렌즈 설계에서의 기계적 그리고 광학적 보정 또한 매우 복잡하다.
아래의 이미지는 구글 검색에서 찾은 것인데 파포컬 시네마 렌즈인 후지논 MK 18-55와 스틸 카메라용의 줌 렌즈의 광학 구성도를 비교해 보는데 도움이 되지 싶다. 파포컬 줌 렌즈에서 포커스 구성 요소는 이론적으로는 어느 곳이나 위치할 수 있지만, 고성능의 시네마 줌 렌즈에서는 사이 간격 조절로 초점거리/배율 변화가 이루어지는 다군 줌 렌즈의 특성상 줌 구성 요소 군의 전면(Front)에 포커스 렌즈 그룹이 위치하는 경우가 많은 듯하다. 하지만, 이런 광학 특성은 포커스 구성 요소가 너무 무거워서 AF 렌즈에는 어울리지 않는 방식이며, 결과적으로 이런 프런트 포커스 방식 (전면 포커스 구성요소의 파포컬 줌 렌즈)의 광학 설계는 수동 포커싱 전용 렌즈에 적용된다. 스틸 카메라용 줌 렌즈 중 70년대 설계된 경우에는 전면에 포커스 요소가 위치하는 경우도 있지만, 90년 이후의 AF 스틸 카메라용 줌 렌즈에서는 AF를 위해 (전면 요소보다 후면 요소에서 소형화와 경량화의 이점이 있으며 이를 통해 빠른 AF 구동에 장점이 있으므로) 포커싱 요소가 후면에 위치하는 리어 포커스 방식이 주로 사용되는 이유라고 생각한다.
이야기가 길어지니 또 정리가 잘 되지 않는다. 파포컬 줌 렌즈의 광학 설계는 포커스 브리딩 (focus brething)의 발생 원인과 매우 밀접하게 관련되어 있고, 파포컬 줌 렌즈 광학 구성은 포커스 브리딩을 억제에 큰 특징이 있어서 꽤 흥미로운 점이 있다. 이와 관련하여 시네마 렌즈가 추구하는 광학 설계와 스틸 카메라용 렌즈가 추구하는 광학 설계의 차이에 대해서 생각해 볼 수도 있겠다. 그리고 파포컬 줌 렌즈와 일반 스틸 줌 렌즈의 장점과 단점 비교, 필름 시대에서 디지털 이미지/영상으로의 전환 이후 파포컬 줌 렌즈의 달라진 위상과 활용도 등에 대해서는 다음 포스팅에서 다루는 것이 좋겠다.
<렌즈의 광학구성 Optical design 25> 줌 렌즈의 작동 방식과 파포컬 줌 렌즈의 광학 설계 (기계적 보
Notice - 얄팍한 상식 수준에서 다루는 비전문적이고 깊이 없는 포스팅이므로 숨겨져 있을 오류와 논리적 비약, 수다쟁이의 헛된 망상에 주의가 필요하다. 아래 자료는 슈나이더 사의 자료를 구
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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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