카메라 렌즈

Camera lens
광각, 망원, 특수 등 다양한 종류의 카메라 렌즈

카메라 렌즈(사진 렌즈 또는 사진 대물이라고도 함)는 카메라 본체 및 메커니즘과 함께 사용되는 광학 렌즈 또는 렌즈의 집합체로, 사진 필름 또는 이미지를 화학적 또는 전자적으로 저장할 수 있는 다른 매체에 이미지를 만듭니다.

스틸 카메라, 비디오 카메라, 망원경, 현미경, 기타 장치에 사용되는 렌즈와 원칙적으로 큰 차이는 없지만 설계와 시공의 세부 사항은 다르다.렌즈는 카메라에 영구적으로 고정되거나 초점 거리, 구멍 및 기타 특성을 가진 렌즈와 교환할 수 있습니다.

원칙적으로 단순한 볼록 렌즈로 충분하지만, 실제로 발생하는 많은 광학 수차를 보정하기 위해(가능한 한) 다수의 광학 렌즈 요소로 구성된 복합 렌즈가 필요합니다.렌즈 시스템에 약간의 이상이 있을 수 있습니다.렌즈 디자이너는, 이러한 밸런스를 취해, 사진이나 대량 생산에 적합한 디자인을 제작하는 것을 직업으로 하고 있습니다.

연산 이론

전형적인 직선 렌즈는 "개선된" 핀홀 "렌즈"로 생각할 수 있습니다.그림과 같이 핀홀 "렌즈"는 대부분의 광선을 차단하는 작은 구멍으로, 이상적으로는 이미지 센서의 각 지점에 대해 물체에 대한 광선을 1개 선택합니다.핀홀 렌즈에는 몇 가지 심각한 제한이 있습니다.

  • 개구부가 큰 핀홀 카메라는 기본적으로 각 화소가 개구부 정지부의 그림자이기 때문에 그 크기가 개구부 크기(제3 화상)보다 작지 않기 때문에 흐릿하다.여기서 픽셀은 물체의 한 지점에서 빛에 노출되는 검출기의 영역입니다.
  • 핀홀을 작게 하면 해상도는 향상되지만(최대 한도), 캡처되는 빛의 양은 감소합니다.
  • 어느 시점에서는 회절 한계 때문에 홀을 축소해도 분해능이 향상되지 않는다.이 한계를 초과하면 구멍을 작게 하면 이미지가 더 흐릿해질 뿐만 아니라 더 어두워집니다.

실용적인 렌즈는 다음과 같은 질문에 대한 답변으로 생각할 수 있습니다."어떻게 하면 핀홀 렌즈를 수정하여 더 많은 빛을 받아들이고 더 작은 스팟 크기를 만들 수 있을까요?"첫 번째 단계는 핀홀에 초점거리가 필름 평면까지의 거리와 동일한 단순한 볼록렌즈를 끼우는 것이다(카메라가 먼 물체를[1] 촬영한다고 가정).이것에 의해, 얇은 볼록 렌즈가 렌즈의 축과의 거리에 비례해 빛을 굴절시켜, 렌즈의 중심에 부딪치는 광선이 똑바로 통과하기 때문에, 핀홀을 크게 열 수 있습니다(제4 화상).형상은 단순한 핀홀 렌즈와 거의 동일하지만, 단일 광선에 의해 조명되는 것이 아니라, 각 이미지 포인트는 집중된 광선의 "연필"로 조명됩니다.

카메라 전면에서 작은 구멍(개구)이 보입니다.세계에서 볼 수 있는 개구부의 가상 이미지는 렌즈의 입구 동공이라고 불립니다.이상적으로는 입구 동공에 들어간 물체에 있는 모든 광선이 이미지 센서/필름의 동일한 지점에 집중됩니다(물체의 지점이 시야에 있는 경우).카메라 안에 있으면 렌즈가 프로젝터 역할을 하는 것을 볼 수 있습니다.카메라 내부에서 본 조리개의 가상 이미지는 렌즈의 출구 동공입니다.이 간단한 경우, 개구부, 입구 동공, 출구 동공은 모두 같은 위치에 있습니다. 왜냐하면 유일한 광학 요소가 개구부 평면에 있기 때문입니다. 그러나 일반적으로 이 세 가지는 다른 위치에 있습니다.실용적인 사진 렌즈는 더 많은 렌즈 요소를 포함합니다.추가 요소를 통해 렌즈 설계자는 다양한 수차를 줄일 수 있지만 작동 원리는 동일합니다. 즉, 광선의 연필이 입구 동공에 수집되어 출구 동공에서 이미지 평면으로 초점이 맞춰집니다.

건설

캐논 엘프의 줌 렌즈 어셈블리

카메라 렌즈는 박스 브라우니의 메니스커스 렌즈에서와 같은 하나의 요소부터 더 복잡한 줌에서 20개 이상의 요소까지 여러 가지 요소로 제작될 수 있습니다.이러한 요소 자체는 서로 접착된 렌즈 그룹으로 구성될 수 있습니다.

전면 요소는 전체 어셈블리의 성능에 매우 중요합니다.모든 현대식 렌즈에서 표면은 마모, 플레어 및 표면 반사율을 줄이고 색 밸런스를 조정하기 위해 코팅되어 있습니다.수차를 최소화하기 위해 일반적으로 곡률은 입사각굴절각이 같도록 설정됩니다.프라임 렌즈에서는 이것은 간단하지만 줌에서는 항상 타협이 있습니다.

렌즈는 보통 렌즈 어셈블리에서 이미지 평면까지의 거리를 조정하거나 렌즈 어셈블리의 요소를 움직여 초점을 맞춥니다.성능을 향상시키기 위해 일부 렌즈는 초점을 맞출 때 그룹 간의 거리를 조정하는 캠 시스템을 가지고 있습니다.제조원에서는, 다음과 같이 부르고 있습니다.Nikon를 CRC(근거리 보정), Canon은 이를 플로팅 시스템, HasselbladMamiya는 FLE(플로팅 렌즈 요소)[2]라고 부릅니다.

유리는 광학 특성이 뛰어나고 긁힘에 강하기 때문에 렌즈 소자를 만드는 데 가장 많이 사용되는 재료입니다.또한 석영 유리, [3][4][5][6]불소, 아크릴(플렉시글라스)과 같은 플라스틱, 게르마늄과 운석 [citation needed]유리 같은 다른 재료들도 사용된다.플라스틱을 사용하면 유리로 제조하기 어렵거나 불가능한 강한 비구면 렌즈 요소를 제조할 수 있으며, 렌즈 제조와 [citation needed]성능을 간소화하거나 개선할 수 있습니다.플라스틱은 모든 렌즈 중 가장 바깥쪽에 사용되는 것이 아니라 가장 싼 렌즈에 사용되는 것이 흠집이 잘 나기 때문이다.성형 플라스틱 렌즈는 수년 동안 가장 저렴한 일회용 카메라에 사용되어 왔으며, 품질 좋은 광학 제조업체들은 "광학 수지"와 같은 완곡한 표현을 사용하는 경향이 있다는 나쁜 평판을 얻고 있습니다.그러나, 인기 메이커의 많은 현대적이고 고성능(고가의) 렌즈에는 성형 또는 하이브리드 비구면 요소가 포함되어 있기 때문에, 플라스틱 요소가 있는 모든 렌즈의 사진 [citation needed]품질이 낮은 것은 아닙니다.

1951년 USAF 해상도 테스트 차트는 렌즈의 분해능을 측정하는 한 가지 방법입니다.재료, 코팅 및 빌드 품질이 해상도에 영향을 미칩니다.렌즈 해상도는 궁극적으로 회절에 의해 제한되며, 극소수의 사진 렌즈가 이 해상도에 접근합니다.그렇게 하는 것은 "회절 제한"이라고 불리며 보통 매우 비싸다.[7]

오늘날, 대부분의 렌즈는 렌즈 플레어와 다른 원치 않는 영향을 최소화하기 위해 멀티 코팅되어 있다.일부 렌즈는 색이 변색될 수 있는 자외선을 차단하기 위해 UV 코팅이 되어 있습니다.유리 소자를 접합하기 위한 대부분의 최신 광학 시멘트는 또한 UV를 차단하므로 UV 필터가 필요하지 않습니다.UV 사진작가는 시멘트나 코팅이 없는 렌즈를 찾기 위해 많은 노력을 해야 한다.

렌즈는 대부분의 경우 통과하는 빛의 양을 조절하기 위해 조리개 조절 메커니즘(일반적으로 홍채 다이어프램)을 가지고 있습니다.초기 카메라 모델에서는 서로 다른 크기의 구멍이 있는 회전 플레이트 또는 슬라이더가 사용되었습니다.이러한 워터하우스 정류장은 현대적이고 전문적인 렌즈에서도 여전히 발견될 수 있습니다.빛이 통과할 수 있는 시간을 조절하는 셔터는 렌즈 어셈블리(더 나은 품질의 이미지를 위해), 카메라 내부 또는 드물게 렌즈 앞에 내장될 수 있습니다.렌즈에 리프 셔터가 있는 카메라 중에는 조리개가 생략되어 셔터가 더블 듀티로 기능하는 것도 있습니다.

조리개 및 초점 거리

같은 렌즈에 다른 구멍이 있어요.
초점 거리가 사진 구도에 미치는 영향: 초점 거리를 바꾸면서 카메라의 주 피사체와의 거리를 조정합니다. 주 피사체는 같은 크기를 유지하고 다른 피사체는 다른 피사체의 크기를 변경할 수 있습니다.

광학 렌즈의 두 가지 기본 매개변수는 초점 거리와 최대 개구부입니다.렌즈의 초점 거리에 따라 이미지 평면에 투영된 이미지의 배율이 결정되며, 조리개는 해당 이미지의 광강도를 결정합니다.주어진 사진 시스템에서 초점거리는 시야각, 짧은 초점거리는 긴 초점거리 렌즈보다 넓은 시야를 제공한다.더 작은 f-번호로 식별되는 조리개가 넓을수록 동일한 노출에 더 빠른 셔터 속도를 사용할 수 있습니다.카메라 방정식(G#)은 카메라 센서에 도달하는 광도와 카메라 [8]렌즈의 초점면의 광도의 비율입니다.

렌즈의 최대 사용 가능한 조리개는 초점 비율 또는 f-숫자로 지정되며, 이는 렌즈의 초점 거리를 유효 조리개(또는 입구 동공)로 나눈 값, 즉 무차원 수치로 정의됩니다.f-숫자가 작을수록 초점 평면에서 빛의 강도가 높아집니다.큰 구멍(작은 f-number)은 작은 구멍보다 훨씬얕은깊이를 제공하며, 다른 조건은 동일하다.실용적인 렌즈 어셈블리는 또한 측정광에 대처하는 메커니즘,[9] 플레어 감소를 위한 2차 개구부 및 노출 순간까지 개구부를 열어 두는 메커니즘을 포함할 수 있으며, SLR 카메라가 보다 얕은 시야 깊이의 밝은 이미지로 초점을 맞출 수 있도록 하여 이론적으로 더 나은 초점 정확도를 가능하게 합니다.

초점 거리는 일반적으로 밀리미터(mm) 단위로 지정되지만 오래된 렌즈는 센티미터(cm) 또는 인치 단위로 표시될 수 있습니다.대각선 길이로 지정된 특정 필름 또는 센서 크기에 대해 렌즈는 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

  • 일반 렌즈: 대각선 약 50°의 화각과 초점 거리가 영상 대각선과 거의 동일합니다.
  • 광각 렌즈: 시야각이 60°보다 넓고 초점 거리가 일반보다 짧습니다.
  • 장초점 렌즈: 초점 거리가 필름 또는 [10]센서의 대각선 측정값보다 긴 렌즈.시야각이 더 좁다.장초점 렌즈의 가장 일반적인 유형은 망원 렌즈로, 렌즈를 초점 거리보다 짧게 만들기 위해 특별한 광학 구성을 사용하는 디자인이다.

초점거리가 다른 렌즈를 사용하는 것의 부작용은 피사체를 프레임에 넣을 수 있는 거리가 다르다는 것이다.피사체와의 거리를 바꿔 광각, 일반 렌즈, 망원경으로 손을 뻗은 사람의 사진을 찍을 수 있다.하지만 관점은 다를 것이다.광각은 머리에 비해 손이 너무 커요.초점 거리가 길어질수록 뻗은 손의 강조가 줄어든다.다만, 같은 거리에서 촬영해, 같은 시야를 포함하도록 확대해 잘라내면, 투시도는 같아집니다.긴 촬영 거리에 대응하는 원근감이 더 보기 좋게 보이기 때문에 초상화에 적당한 장초점 렌즈(망원경)가 권장되는 경우가 많다.

사진 역사상 가장 넓은 조리개 렌즈는 칼 자이스 평면 50mm f/0.[11]7로 알려져 있는데, 이것은 1966년 NASA 아폴로 달 탐사 프로그램이 달의 뒷면을 포착하기 위해 특별히 설계되고 만들어진 것이다.이 렌즈들 중 세 개는 영화 제작자 스탠리 큐브릭이 촛불[12][13][14]유일한 광원으로 사용하여 영화 배리 린든의 장면을 촬영하기 위해 구입한 것이다.

요소수

렌즈의 복잡도(원소의 수와 비포도 정도)는 시야각, 최대 조리개 및 의도된 가격점에 따라 달라집니다.광각 렌즈는 광학적 이상 현상을 보정하기 위해 매우 복잡한 구조여야 합니다. 광학적 이상은 필드 가장자리에서 더 심하고 큰 렌즈의 가장자리가 이미지 형성에 사용되는 경우입니다.조리개가 작은 장초점 렌즈는 동등한 화질을 얻기 위해 매우 간단한 구조일 수 있습니다.대부분 더블렛(2요소)이면 충분합니다.일부 구형 카메라에는 정상적인 초점 거리의 컨버터블 렌즈(독일어: Satzobjektiv)가 장착되었습니다.전면 요소를 풀면 초점 거리의 2배, 시야각의 절반, 조리개의 절반의 렌즈를 남길 수 있습니다.심플한 하프 렌즈는 좁은 화각과 작은 상대 조리개에 적합한 품질이었습니다.분명히 풀무는 보통 길이의 두 배까지 늘어나야 했다.

최대 조리개가 f/2.8 이하이고 고정 초점 거리가 정상인 고품질 렌즈는 최소 3개(트리플렛) 또는 4개의 요소가 필요합니다(상표명 "테사르"는 "4"를 의미하는 그리스 테세라에서 유래함).가장 넓은 범위의 줌은 종종 15개 이상을 가집니다.서로 다른 광학 매체(공기, 유리, 플라스틱) 사이의 많은 인터페이스 각각에서의 빛의 반사는 초기 렌즈, 특히 줌 렌즈의 대비와 색채도를 심각하게 저하시켰습니다. 특히 렌즈가 광원에 의해 직접 조명되었다.수년 전 광학 코팅의 도입과 수년간 코팅 기술의 진보는 큰 개선을 가져왔으며, 비록 많은 요소를 가진 줌 렌즈가 적은 수의 요소로 만들어진 렌즈보다 적은 빛을 전달하지만, 현대의 고품질 줌 렌즈는 꽤 허용 가능한 대조도의 이미지를 제공합니다(예: 다른 모든 요소).초점거리 및 코팅이 [15]동일해야 한다).

렌즈 마운트

많은 일안 리플렉스 카메라와 일부 레인지 파인더 카메라는 분리 가능한 렌즈를 가지고 있다.다른 타입도 몇 가지 있습니다.특히, Mamiya TLR 카메라와 SLR, 중형 카메라(RZ67, RB67, 645-1000)는, Bronica, Hasselblad, Fuji등의 중형 기기를 제조하는 다른 회사에서도, 렌즈 교환이 가능한 카메라와 미러리스 렌즈 교환이 가능한 카메라를 갖추고 있습니다.렌즈는 렌즈 마운트를 사용하여 카메라에 부착됩니다. 렌즈 마운트는 기계적인 연결을 포함하고 종종 렌즈와 카메라 본체 사이의 전기적 접촉도 포함합니다.

렌즈 마운트 디자인은 카메라와 렌즈의 호환성에 있어 중요한 문제입니다.렌즈 마운트에는 범용 규격이 없고, 각 메이저 카메라 메이커는 통상, [16]다른 메이커와는 양립할 수 없는 독자적인 디자인을 채용하고 있습니다.RangeFinder용 Leica M39 렌즈 마운트, 초기 SLR용 M42 렌즈 마운트, Pentax K 마운트 등 몇 가지 오래된 수동 초점 렌즈 마운트 디자인은 여러 브랜드에서 볼 수 있지만 오늘날에는 일반적이지 않습니다.DSLR용 올림푸스/코닥 포서즈 시스템 마운트 등 일부 마운트 디자인도 다른 [17]제조업체에 라이선스되었습니다.대부분의 대형 카메라는 렌즈 교환식 렌즈도 사용합니다. 렌즈 교환식 렌즈는 보통 렌즈 보드나 전면 규격에 장착됩니다.

현재 시장에서 가장 일반적으로 교환 가능한 렌즈 마운트에는 Canon EF, EF-SEF-M 오토포커스 렌즈 마운트가 포함됩니다.그 외, Nikon F 메뉴얼과 오토 포커스 마운트, Olympus/Kodak Four Threads와 Olympus/Panasonic Micro Four Threads 디지털 전용 마운트, Pentax K 마운트 및 오토 포커스 변형, Sony Alpha 마운트(미놀타 마운트로부터 파생) Sony E 디지털 전용 마운트가 있습니다.

렌즈의 종류

"클로즈업" 또는 매크로

매크로 또는 「클로즈업」사진에 사용되는 매크로 렌즈(조성 용어 클로즈업과 혼동하지 말 것)는, 촬영 대상의 4분의 1 크기(1:4)로, 초점면(필름 또는 디지털 센서)에 화상을 생성하는 렌즈이다.매크로 렌즈(일반적으로 주 렌즈)를 정의하는 공식 표준은 없지만, 1:1의 비율은 일반적으로 "진정한" 매크로로 간주됩니다.실물 크기에서 더 큰 크기로 확대하는 것을 "마이크로" 사진이라고 합니다(2:1, 3:1 등).이 설정은 일반적으로 매우 작은 피사체를 근접 촬영할 때 사용됩니다.매크로 렌즈는 임의의 초점 거리를 가질 수 있으며, 실제 초점 길이는 확대율, 필요한 비율, 피사체에 대한 접근성 및 조명 고려 사항을 고려하여 실제 용도에 따라 결정된다.클로즈업 작업을 위해 광학적으로 보정된 특수 렌즈일 수도 있고 초점 평면을 "앞으로" 촬영할 수 있도록 수정한 렌즈("확장 튜브"라고도 함)일 수도 있습니다.카메라에서 피사체까지의 거리 및 조리개에 따라서는, 피사체 심도가 매우 좁아져, 초점이 맞춰지는 영역의 선형 깊이를 제한할 수 있습니다.렌즈는 보통 더 깊은 시야를 제공하기 위해 멈춥니다.

렌즈라고 불리는 일부 렌즈는 내부 요소가 이동함에 따라 초점 거리가 달라지는데, 일반적으로 전기 모터를 작동시키는 버튼을 누르거나 배럴을 회전시킴으로써 변합니다.일반적으로 렌즈는 보통 광각에서 일반 망원 또는 일반 망원에서 극한 망원까지 확대됩니다.줌 범위는 제조상의 제약으로 인해 제한되며, 극한 광각에서 극한 망원경으로 줌되는 최대 조리개 렌즈의 이상적인 렌즈는 달성될 수 없습니다.줌 렌즈는 고정식 또는 교환식 렌즈가 있는 스틸 카메라와 시네 카메라 등 모든 종류의 소형 카메라에 널리 사용됩니다.대용량 및 가격 제한으로 더 큰 크기의 필름에 사용할 수 있습니다.전동 줌 렌즈는 초점, 홍채 및 기타 기능을 전동화할 수도 있습니다.

특수 용도

카메라 본체를 기준으로 최대 틸트도로 설정된 틸트/시프트 렌즈입니다.
  • 아포크로마토(apo) 렌즈는 색수차에 대한 보정을 추가했습니다.
  • 프로세스 렌즈는 형상 이상(핀쿠션 왜곡, 배럴 왜곡)에 대해 극단적인 보정을 제공하며, 일반적으로 특정 거리 및 작은 구멍에서 사용하기 위한 것입니다.
  • 확대 렌즈는 카메라가 아닌 사진 확대기(특화 프로젝터)에 사용하도록 제작되었습니다.
  • 항공 사진용 렌즈.
  • 시프트 렌즈는 센서 평면의 필름에 대해 렌즈를 올리거나 내릴 수 있어 원근 왜곡을 보정하거나 과장할 수 있습니다.
  • 어안렌즈: 최대 180도 이상의 시야각을 가지며 매우 현저한 왜곡이 있는 극단적인 광각렌즈.
  • 입체렌즈: 적절한 뷰어로 볼 때 3차원 효과를 주는 사진 쌍을 제작합니다.
  • 포커스가 흐트러지지 않는 부드러운 이미지를 주는 소프트 포커스 렌즈로, 포토그래퍼나 패션 포토그래퍼에게 인기가 있습니다.
  • 적외선 렌즈
  • 자외선 렌즈
  • 회전 렌즈는 카메라 본체에 부착한 상태에서 회전하여 독특한 원근도와 카메라 각도를 제공합니다.
  • 시프트 렌즈와 틸트/시프트 렌즈(총칭 투시 제어 렌즈)는 뷰 카메라의 움직임을 모방하여 SLR 카메라투시 제어를 특별히 가능하게 합니다.

역사와 기술 개발

렌즈 디자인

접이식 라이카 레인지 파인더 렌즈

주목할 만한 사진 광학 렌즈 디자인은 다음과 같습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 물체가 멀리 떨어져 있으면 빛이 렌즈 평면에 수직으로 도달하여 초점에 수렴한다고 가정할 수 있다.
  2. ^ "PhotoNotes.org Dictionary – Floating element". photonotes.org. Archived from the original on 2014-08-10. Retrieved 2014-10-25.
  3. ^ "Ultraviolet Quartz Lenses". Universe Kogaku. Retrieved 2007-11-05.
  4. ^ "Technical Room – Fluorite / UD / Super UD glass Lenses". Canon. Archived from the original on 2009-05-30. Retrieved 2007-11-05.
  5. ^ "Lenses: Fluorite, aspherical and UD lenses". Canon Professional Network. Retrieved 2008-10-04.
  6. ^ Gottermeier, Klaus. "The Macrolens Collection Database". Retrieved 2007-11-05.
  7. ^ "Understanding Lens Diffraction". luminous-landscape.com. Archived from the original on 2014-10-25. Retrieved 2014-10-25.
  8. ^ Driggers, Ronald G. (2003). Encyclopedia of Optical Engineering: Pho-Z, pages 2049-3050. CRC Press. ISBN 978-0-8247-4252-2. Retrieved 18 June 2020.
  9. ^ "Canon EF 20-35mm f/3.5~4.5 USM – Index Page". mir.com.my. Retrieved 2014-10-25.
  10. ^ Ray, S.F. (2002). Applied Photographic Optics: Lenses and Optical Systems for Photography, Film, Video, Electronic and Digital Imaging. Focal. p. 294. ISBN 9780240515403. Retrieved 2014-12-12.
  11. ^ "Mutable Conclusions: World's fastest lens: Zeiss 50mm f/0.7". Archived from the original on March 9, 2009. Retrieved 2014-12-12.
  12. ^ 남자, 2012년, 페이지 43
  13. ^ "Hollywood, NASA, and the chip industry put their trust in Carl Zeiss". zeiss.com. Retrieved 2014-12-12.
  14. ^ "Dr. J. Kämmerer «When is it advisable to improve the quality of camera lenses?» Excerpt from a lecture given during the Optics & Photography Symposium, Les Baux, 1979" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2003-06-24. Retrieved 2012-10-27.
  15. ^ Suess, B.J. (2003). Mastering Black-and-White Photography: From Camera to Darkroom. Allworth Press. ISBN 9781581153064. Retrieved 2014-10-25.
  16. ^ Guy 2012, 53페이지
  17. ^ 가이 2012, 266페이지

원천

외부 링크