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사진과 카메라 이야기/Optical Lens Design

<렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 III> 역초점 광각렌즈와 디스타곤(플렉토곤)의 광학구조 -The retrofocus wide angle lens & Distagon/Flektogon Optical design

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

 

 

 먼저 이 글은 35mm 화각의 수동 단렌즈 포스팅에서 다뤘던 역 초점 광각렌즈(The Retrofocus Wilde Angle Lens)의 내용을 일부 보충하여 작성하였다. 역 초점 광각렌즈의 광학식은 이후 광각렌즈의 제조에 많은 영향을 주었는데, 이를 쫓아보면 익히 명성이 높은 칼 자이즈의 '플렉토곤'과 '디스타곤'을 자연스럽게 언급할 수 있기 때문이기도 하다. 두 렌즈를 별도의 주제로 정리하기에는 준비한 자료도, 개인적 역량도 부족한 이유도 크다. 주요 내용을 다루기 앞서 디스타곤과 플렉토곤 렌즈의 체계적인 분석의 경험이 없으므로(간단한 체험 경험이 있다고 해도 뚜렷한 느낌이나 감상도 거의 남아있지 않다) 개인적인 평가나 느낌은 그리 참고할 만한 수준은 되지 못한다. 역 초점 광각렌즈에 대한 내용을 추가하면서 수박 겉핡기식이라도 디스타곤과 플렉토곤의 광학식을 대충 살펴보고 가고 싶었다.

 

 

◆ 역초점 광각렌즈(The retrofocus wide angle lens)

 

 일반적인 광각렌즈(초점거리가 촬상면 대각선 길이보다 짧고 화각이 넓은 렌즈)는 필름 가까이 설치되어야 한다. 그러나 SLR은 거울이 움직일 수 있는 공간이 필요하여 렌즈가 훨씬 앞쪽에 설치되어야 한다. 예를 들어 35mm 거리연동계 카메라의 경우 렌즈와 촬상면의 간격이 10mm 면 충분하지만, 35mm SLR은 40mm가 필요하다. 이로 인해 복잡한 역초점 설계방식의 렌즈 개발이 촉진되었다. 이를 위해서는 렌즈 맨 앞에 아주 큰 오목렌즈를 설치해야한다.

1950년 앙제닉스(Angénieux, 프랑스)의 Retrofocus Type R1 35mm f/2.5가 최초의 35mm SLR(Exaktas)용 역초점(retrofocus) 광각렌즈이다. 전면 오목렌즈를 제외한다면, 피에르 앙제닉스(Pierre Angénieux) 사의 R1 렌즈는 5매짜리 테사르(Tessar) 렌즈이다. 참고로, "역초점(retrofocus)"은 독점권이 해제되기 전까지 앙제닉스 사의 상표였다. 원래의 일반적 용어는 "역(inverted)" 또는 "역망원(reversed telephoto)"이었다. 망원렌즈는 전면에 볼록렌즈, 후면에 오목렌즈가 있는 반면, 역초점렌즈는 전면에 오목렌즈, 후면에 볼록렌즈가 있기 때문이다. 최초의 역초점(retrofocus) 렌즈는 Taylor, Taylor & Hobson 35mm f/2 (1931) 이었다. 이 렌즈는 RGB를 각각 별도의 음화로 촬영했던 Technicolor 무비카메라를 위하여, beamsplitter 프리즘을 넣을 수 있도록 back-focus 공간을 확보하는 목적이었다. 기타 앙제닉스 역초점 렌즈로는 "28mm f/3.5 Type R11(1953)" 과 "24mm f/3.5 Type R51(1957)" 등이 있었다. 역초점(Retrofocus)렌즈는 전면의 대형 오목렌즈로 인해 비대칭성이 크고, 이에 따라 전통적인 방법으로는 왜곡을 보정하기 힘들다. 장점이라면 일반 광각렌즈의 사선방향으로 cos4θ 만큼 빛이 감쇄되는 비네팅현상도 사라진다는 것이다.

 

 

 

* 출처> W 위키백과 - "렌즈"

 

 

 역초점 광각렌즈로 불리는 렌즈 광학식의 핵심 특징은 '전면에 오목렌즈와 후면의 볼록렌즈'라고 요약할 수 있겠다.(접안부의 광학식은 매우 다양하다) 이후 광각에서 많은 렌즈가 이 광학식의 영향을 받았다.

 

 

 Carl Zeiss의 또 다른 광각렌즈 비오곤 Biogon은 양 측면-대물과 접안에 오목렌즈(초기에는 두 쌍의 오목렌즈를 전면과 후면에 갖는 대칭 구성이었다)를 갖고 대칭적 구조(완벽한 대칭적 구조는 아니며, 중간 요소들의 구조로 볼 때 Sonnar 광학식의 변형으로 보인다)를 가지고 있어, 위에 기술한 역초점 광각렌즈의 광학식과는 다소 차이점이 있다. 이런 대칭형의 설계는 왜곡 수차를 잘 억제하여 주변부 왜곡이 잘 발생하지 않는 장점이 있다. 왜곡 수차에 관해서는 아래 링크가 도움이 될 듯하다.

 

참고 - <렌즈의 광학구성(Optical Design)과 구조 VIII> 토포곤과 홀로곤 - 원근 왜곡과 왜곡수차 / Topogon & Hologon - Perspective distortion & Optical distortion     http://surplusperson.tistory.com/283

 

File:Biogon-text.svg

 

SLR 카메라가 본격적으로 등장하는 1950년 무렵, SLR 카메라의 반사 미러 탓에 플랜지 백 거리 문제로 장착 가능한 적절한 광각렌즈가 없었다. 기존의 광각 렌즈들은 렌즈의 사출부 구성요소(후옥)를 촬상면에 근접한 형태가 대부분이었다. 따라서 레트로 포커스 설계의 광각 렌즈들의 등장 배경에는 SLR 카메라의 폭발적인 성장과 관련되어 있다. 그리고 제조/설계의 관점에서는 레트로포커스 렌즈들이 다른 광각렌즈에 비해 그리 뛰어나다고 평가할 수는 없지만, 미러 공간의 확보 탓에 다른 설계 방법(대안)이나 선택지가 없었다. 이런 특징은 SLR 카메라의 광각 렌즈들이 크고 복잡한 형태로 만들어지고 표준이나 망원 렌즈들에 비해 고가의 제품이 많은 이유 중의 하나라고 할 수 있다.

 

 

★ 디스타곤 Distagon

 

 디스타곤 명칭의 조어는 Distance와 Angle을 합성하여 만들어진 것으로 '廣角(광각)' 정도로 치환될 수 있다. 명칭의 의미에서 알 수 있듯이 칼 자이즈(통독 이전에는 서독 오버코헨 지역)의 역 초점 광각방식의 렌즈에 사용되었다. 초기의 디스타곤은 비교적 간명한 구성이였으나 최근 진일보한 첨단 설계방식으로 수많은 요소(렌즈 매수의 증가 뿐만 아니라 비구면 요소도 다수 추가되는 경향이다)가 추가되어 아주 복잡한 광학구조를 보이고 있다.

 

Carl Zeiss (Contax) Distagon F 2.8/28mm

 

Carl Zeiss Distagon F2.8/15mm

 

Carl Zeiss Distagon F2.8/21mm

 

Carl Zeiss Distagon F2/35mm

 

 

☆ 플렉토곤 Flektogon

 

 역초점 광각렌즈에 대한 명칭이 서독의 오버코헨에서는 디스타곤이었다면 동독 지역의 예나(Jena)에서는 플렉토곤(Flektogon)이라는 명칭을 사용했다. 플라나와 비오타의 명칭이 그러했듯이 독일의 분단으로 Carl Zeiss의 생산/제조와 개발 모두 서독의 오버코헨과 동독의 예나로 분리되었고 렌즈의 명칭 또한 각각 다르게 적용되었다.

 

 렌즈 설계 과정에서 광학식은 초기의 경우 손으로 직접 그림을 그려 설계하던 시절에는 그 수가 많지 않았고, 광학 구성에 따른 특성의 구별이 분명하였다. 하지만 광학 설계가 복잡, 다양해지면서 상호 설계 간의 영향과 간섭, 카피 등이 다방면에서 이루어지고 수많은 변종과 파생형 등으로 각각의 분류도 쉽지 않거니와 각자 명칭에 따른 분류의 의미도 퇴색한다. 60년대 이후에는 각 나라를 대표하는 주요 광학사들이 등장하고 본격적인 브랜드 시대가 열렸으므로, 메인 브랜드 이외에 다시 렌즈 설계 광학식마다 별도의 명칭을 붙이는 경우는 그리 흔하지 않았다.  칼 자이스는 오랜 광학 역사에 기대어 그나마 네이밍 전통유지하였다고 볼 수 있는데, 이 목적도 현재에 와서는 상업적 브랜드로 인지도 확보 수단으로 쓰이고 있는 듯하다.

 

각 설계 또는 특정 렌즈들에 붙었던 설계/렌즈별 명칭은 이후 해당 렌즈와 수명을 같이하는 경우가 많았는데, 연작으로 새로운 버전을 계속 출시하며 익숙해진 명칭도 있다. 플라나와 조나, 디스타곤, 비오곤 등이 이에 해당한다. 동독(Jev 자이스 이콘)에서의 자이스는 독일 통일과 함께 Carl Zeiss의 분리된 두 회사도 통합되면서 구동독 예나에서 사용되던 렌즈의 명칭(플렉토곤, 판콜라, 펜타곤 등)이 적용된 렌즈는 더 이상 제조되지 않게 되었고 그 렌즈에 적용되던 명칭의 사용도 종료되었다. 하지만 그 이름 중 일부는 아직도 즐겨 사용되고 회자되는데 그 이유로는 구동독 예나 시절에 생산한 렌즈가 상당수 존재하고 그중에서 플렉토곤, 판콜라 등은 준수한 광학성능으로 자주 언급될 뿐만 일정 수요와 거래도 활발한 까닭이다.

 

 

 아래 첫 번째 이미지는 1950년 앙제닉스의 Retrofocus Type R1 35mm f/2.5와 같은 해 비슷한 시기에 특허 출원된 Carl Zeiss Jena Flektogon F2.8/35mm 광학식이다. 언급한 두 렌즈는 전면 오목렌즈 후면 포지티브렌즈 구성 이외에는 다른 광학구조이지만, 전면 오목렌즈와 후면 볼록렌즈의 역초점 광각의 특징은 같이 가지고 있다.

 

아래 두 번째 이미지의 Carl Zeiss Jena Flektogon F2.4/35mm는 대물부 쪽의 옵티컬 디자인은 차이를 보이지만 접안부 쪽 3매의 옵티컬 디자인은 Contax Distagon F 2.8/28mm의 접안부 3매 옵티컬 디자인과 매우 유사한 형태다.

 

Carl Zeiss Jena Flektogon F2.8/35mm

 

Carl Zeiss Jena Flektogon F2.4/35mm

 

Carl Zeiss Jena Flektogon F4/20mm

 

 

 

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