렌즈의 기초 이론

1. 표준렌즈

카메라 화면의 대각선의 길이와 비슷한 촛점거리를 가진 렌즈를 그 카메라의 표준렌즈라고 합니다.
표준렌즈는 일반적으로 가장 많이 쓰이는 렌즈로, 화각이 50'안팎이며 망원렌즈
와 광각렌즈 사이에서 원근감,피사계 심도, 화상의 크기 등이 가장 육안에 가까운
묘사를 해 주는 표준적인 렌즈이며, 요즘 카메라에는 그 밝기가 f:2 ~ f1.4가
보통으로 되어 있으며, 수치가 낮을수록 해상도가 좋죠.

2. 망원렌즈

망원렌즈는 표준 렌즈보다 촛점 거리가 긴 렌즈로 가장 많이 쓰이는 것은 표준
렌즈의 촛점거리의 2~3배 정도의 것입니다.

망원 효과를 내는 렌즈에는 망원타입과 장촛점 타입이 있는데, 망원 타입은 표준렌즈보다 다른 구성을 하고 있어서, 렌즈 경동이 촛점 거리보다 짧게 되어
있고, 장촛점 타입은 같은 구성을 하고 있어서 촛점거리에 비해 경동이 긴 렌즈입니다..

그러나 이 두 렌즈는 촛점거리가 같으면 화상의 묘사 효과도 같아 집니다.

* 망원렌즈의 효과*

렌즈는 촛점거리가 길수록 화상이 크게 찍히고, 그것이 짧으면 작게 찍히는 성질이 있으며, 그 정도는 정확히 촛점거리에 비례해서 달라지도록 되어있죠.
망원렌즈가 만드는 화상은 촛점 거리가 짧은 표준렌즈나 광각 렌즈가 만드는 상에
비해 같은 거리에 있는 피사체를 찍을 경우

1) 화상은 커지고
2) 화각이 좁으며
3) 원근감은 적고
4) 피사계 심도는 얕아지게 된다.

이런 효과는 촛점거리가 길면 길수록 더욱 현저하게 나타나는 것이죠.

그럼 망원렌즈의 사용법을 살펴보면...

1) 먼 곳에 있는 피사체를 크게 찍으셰요 : 피사체가 멀어서 표준렌즈로 찍으면 화상이 너무 작게 찍힐 경우나 가까이 갈 수 없는 피사체를 찍고자 할 때 망원렌즈를 이용하면 피사체를 끌어 당겨서 크고 뚜렷하게 찍을 수 있는데, 이것은 망원렌즈의 가장 큰 매력이죠.

2) 원근감을 자연스럽게 찍으셰요 : 망원렌즈를 쓰면 표준렌즈보다 떨어져서 찍게 되므로 표준렌즈나 광각 렌즈처럼 가까이 있는 물체는 극단적으로 크게,
그리고 멀리 있는 물체는 극단적으로 작게 찍혀지지 않아 인물의 경우 자연스럽고
표정도 부드러운 사진을 얻을 수 있습니다.

3) 원근감이 적어지는 성질을 거꾸로 이용하세요 : 망원렌즈로 먼 곳을 찍으면 멀고 가까운 데 따른 물체의 크기의 차가 줄어들어 실물과 비슥한 크기의 비율로 나타나서 거리감이 극단적으로 줄어듭니다.
가령 망원렌즈를 가지고 100m 떨어진 곳에서 야구 경기를 찍으면 심판,포수,투수
등 모든것이 같은 거리로 겹쳐져 나타나 극단적으로 거리감이 줄어든 사진이 되는데, 이런 효과를 거꾸로 이용하여 "겹치기 효과"를 내면 세로운 시각의 
사진을 얻을 수 있습니다.

4) 피사계 심도를 얕게 하여 배경을 흐리게 하셰요 : 망원렌즈는 피사계 심도가
얕기 때문에 목적하는 피사체에만 정확히 촛점을 마추고 전경과 배경을 흐리게
함으로써 그 존재를 약화시켜 간접적으로 주제를 강조하고자 할때나 적당히 배경을 Out Focus 시켜 무드있는 화면을 만들때도 이 렌즈를 쓰면 좋은 효과를
낼 수 있어요.

다만 주의할점은 무겁고 긴 렌즈이므로 호흡을 가다듬고 흔들리지 안게 하며, 
촛점을 정확히 맞추는데 주의하시기 바랍니다.

3. 광곽렌즈

광각렌즈는 표준 렌즈보다 촛점거리가 짧은 렌즈로, 망원 렌즈와는 정반대의
목적으로 쓰여지는 렌즈입니다.

광각 렌즈를 쓰면 표준렌즈보다

1) 화상이 작고
2) 화각이(시야가) 넓으며
3) 원근감이 과장되고
4) 피사계 심도가 깊어진다.

이런 효과는 렌즈의 촛점거리가 짧으면 짧을수록 더욱 뚜렷하게 나타내죠.
일반적으로 많이 쓰여지는 광각 렌즈는 촛점거리가 표준렌즈의 2/3 ~ 1/2 정도의
것이며, 화각은 60' - 90' 범위입니다.

 

* 광각렌즈의 사용법

1) 시야를 넓게 찍어 넣을 수 있어요 : 광각렌즈는 그 이름과 같이 시야가 넓으므로 좁은 곳에서 카메라를 뒤로 가지않고 그 앞에 있는 크고, 넓은 피사체
를 찍어 넣을 수 있습니다.

2) 원근감을 과장해서 찍을 수 있어요 : 광각렌즈를 쓰면 가까이 있는 물체는 극단적으로 크게, 멀리 있는 물체는 극단적으로 작게 찍혀져 거리감이 굉장히
과장됩니다. 이 성질을 이용하여 빌딩, 철교, 기게등의 조형적인 조형미를 표현
하거나, 풍경 인물 촬영에서 주제와 종경(주체에 따르는 풍물)의 차를 크게하여
그 효과를 나타낼 수 있어요.
그러나 주의할 점은 카메라에서 같은 거리에 인물을 배치하고, 카메라의 높이
에도 주의하여야 합니다.

3) 피사계 심도를 이용하셰요 : 광각렌즈의 또 하나의 특징은 피사계 심도가 깊기 때문에 화상이 Out Focus 될 우려가 적다는 것입니다.
피사계 심도가 깊다는 것은 유사시 일정범위내에서는 촛점이 맞아 언제나 대기
상태에서 찬스를 놓치지 않고 셔터를 끊을수 있어요
또한 같은 화면에 인물과 풍경을 함께 뚜렷하게 찍어 넣을수 있는 것도 피사계
심도가 깊은 단촛점 렌즈가 아니면 불가능한 일이죠.

그러나 피사계 심도가 깊다는 것은 단촛점 렌즈의 결점도 될 수 있는 것으로
원경과 근경에 촛점이 한결같이 맞아 버리면 사진이 납작해져서 깊이를 느끼게
할 수 없다는 단점도 있어요.

 

4. 렌즈의 화각과 렌즈의 구분

렌즈의 화각은 무한대에 촛점을 맞추었을 때, 렌즈의 제2주점과
화면의 대각선을 잇는 각도이며 이 화각에 따라 광각 렌즈, 표준렌즈,
장촛점 렌즈등이 구분된다.
표준렌즈는 화면의 대각선 길이와 촛점거리가 비슷한 렌즈로 화각이
50도 정도로 인간의 눈이 비교적 선명하게 볼 수 있는 각도와 유사하고
원근감이 자연스럽게 표현되는 렌즈를 말한다.
광각렌즈는 보통 화각이 60도 이상인 것을 의미하며 화각이 30도 이하인
렌즈들을 망원렌즈의 범주에 넣는다. 장촛점과 망원렌즈의 구분은 화각에
의한 것이 아니며 설계상의 구분으로 장촛점 렌즈는 구조상 표준렌즈와
유사한 형태이나 망원렌즈는 TELE TYPE이라 하여 제2주점을 렌즈의 전방
으로 이동시켜 렌즈의 길이를 짧게 설계한 것이다. 촛점거리가 긴 망원렌즈
들은 제2주점이 렌즈 밖으로 나와 있다. 이와는 반대로 광각렌즈의 경우
에는 촛점거리가 너무 짧아지면 렌즈 몸체와 카메라의 밀러가 부딛히게
된다. - 예를 들면 20mm 렌즈는 일반적인 설계대로 제작하면 조리개와 필름
면의 거리가 2cm인데 이렇게 되면 SLR의 경우에는 렌즈를 끼울 때부터
밀러를 올려놓고 끼워야 하며 촛점은 별도로 전용 화인더를 부착하거나
어림잡을 수 밖에 없다. - 따라서 광각렌즈는 렌즈의 전단에 오목렌즈 군을
부착하여 렌즈의 후방으로 제2주점을 이동시켜 렌즈의 길이를 길게하며
렌즈의 제2주점은 카메라 안쪽에 위치하게 된다. 이런 광각 렌즈들은 일반
렌즈와 구분하기 위해서 RETRO-FOCUS TYPE이라 부른다.

화각에 대한 개념은 일반 렌즈와는 달리 대형 카메라용 렌즈의 경우에는
렌즈에서 필름면으로 투사하는 광선의 각도를 의미하고 있으며 포괄 각도
라고 하기도 한다. 이 것은 렌즈의 촛점거리와 무관하다고 볼 수 있으며
렌즈의 이미지 써클을 형성하는 각도이다. 다른 카메라와는 달리 대형
카메라의 필름면은 고정되어 있지 않기 때문에 필름면의 이동에 따라
화면의 대각선과 제2주점을 맺는 각도가 달라지며 이때문에 일반적인 화각
의 개념으로 렌즈를 구분 할 수가 없 것이다. 대형 카메라 렌즈의 경우
에는 이 포괄 각도가 큰 렌즈를 광각 렌즈라 부르기도 한다.

5. 이미지 써클(IMAGE CIRCLE)

렌즈에서 나온 빛은 항상 원형으로 필름면에 투영되며 화면의 중앙부가
가장 선명하고 주변으로 갈수록 점점 선명도가 떨어진다. 이것은 위에서
언급한 바와 같이 화면 주변부의 광량 저하가 원인이며 이 투영원의에서
허용 선예도를 유지하고 있는 범위를 이미지 써클이라 한다.
이미지 써클은 35mm 카메라의 경우에는 거의 무시되고 있으나 대형
카메라에서는 큰 비중을 차지하고 있다. 대형 카메라는 렌즈와 필름면을
이동시켜 피사계 심도를 조절하고 피사체의 원근감이나 필름면에서의 위치
를 조절할 수 있게 되어 있다. 이때 이미지 써클이 작은 렌즈를 사용하면
필름면을 조금만 이동시켜도 화면의 주변부의 밝기가 눈에 띠게 떨어져
카메라의 조작성에 제약을 주게된다. 따라서 대형 카메라용 렌즈는 가능한
한 이미지 써클이 큰 것을 요구하게 되며 렌즈 구입시 필수적으로 확인해
보아야 할 사항이다.

6. 심도와 착란원(CIRCLE OF CONFUSION)

심도에는 피사계 심도와 촛점 심도의 두가지가 있다. 피사계 심도는
촛점을 맞춘 면의 전후방으로 촛점이 맞아 있는 것처럼 보이는 범위를
말하며 렌즈의 촛점거리의 제곱과 촬영거리의 제곱에 반비레하여 얕아지고
조리개 수치에 비례하여 깊어지며 전방의 심도는 후방의 심도보다 얕다.
하지만 접사 때와 같이 아주 가까운 거리에 촛점을 맞추면 전후방의 심도
차이가 매우 적어진다.
촛점 심도는 필름면에서의 심도를 말하며 전후방의 심도가 같으며
조리개를 조일수록 깊어지며 근거리에 촛점을 맞추면 깊어지고 원거리에
촛점을 맞추면 얕아지며 허용 착란원의 크기에 의하여 정해진다.

피사체의 한 점에서 나온 빛은 촛점이 정확하게 맞 있으면 필름 상의
한 점에 모인다(수차에 의한 영향을 무시할 경우). 이 점이란 것은 면적이
없는 것으로 지름도 물론 없다. 반면에 촛점이 정확하게 맞아 있지 않은
부분의 한 점에서 나온 빛은 한 점에 모이는 것이 아니고 어떤 넓이와
지름을 가진 원을 형성한다. 이것을 착란원이라 하며 이 원의 크기는 촛점
에서 벗어 날 수록 크기가 점점 커진다. 필름면에서 이렇게 원을 형성하는
피사체의 각 부분들은 결국은 흐리게 보여서 촛점이 맞지 않은 것으로 보이
는데 원의 크기가 어느정도 커지기까지는 육안으로 구별이 불가능하고 촛점
이 맞아 있는 것 같이 보인다. 이렇게 우리 눈으로는 점인지 원인지
분간이 되지 않는 즉, 촛점이 맞지 않았어도 맞아있는 것 처럼 보이는
원의 크기를 허용착란원이라 하며 이 허용 착란원의 크기보다 작은 원을
형성하는 피사체의 범위를 피사계 심도라고 할 수 있다.
허용 착란원의 크기는 인화지 상에서의 크기가 0.25-0.5mm 정도이므로
35mm 카메라의 경우 네가티브 필름상에서는 0.025mm 이하여야 한다( 어떤
책에는 35mm 카메라의 경우 허용 착란원의 크기가 0.033mm로 규정되어
있다고 수록되어 있다). 착란원은 크기는 조리개를 조일수록 광선의 입사각
이 좁아져 그 크기가 작아지므로 결국은 피사계 심도가 깊어지는 것이다.

* 최상품의 렌즈라 하더라도 사실상 피사체의 한 점에서 나온 빛이 촛점이
정확하게 맞아 있다 하더라도 필름상의 한 점에 모이는 것은 불가능하며
어느정도 크기의 원을 형성한다. 이것은 빛의 회절 현상에 의한 영향이며
성능이 우수한 렌즈는 이러한 원의 크기가 아주 작기 때문에 점인 것으로
인정할 뿐이다.

7. 코팅(COATING)

일반적으로 코팅되지 않은 렌즈를 통과하는 광선은 렌즈와 공기의
경계면에서 약 4% 정도의 빛이 반사에 의하여 유실되므로 한 매의 렌즈를
통과하더라도 약 8%의 광량이 떨어진다. 또 렌즈 두께 1cm 당 1% 정도의
빛이 흡수되므로 광량의 감소는 더욱 떨어지게 되어 6군 7매 정도의 표준
렌즈를 통과하여 필름면에 도달하는 광량은 원래의 광량의 52%도 되지
않는다. 이러한 현상은 단순히 필름면에 도달하는 광량의 감소에 그치는
것이 아니라 반사광에 의한 플레어(FLARE)로 랜즈의 성능에 막대한 영향을
주며 렌즈의 조리개 수치에 대한 광량의 정확도도 떨어진다.

코팅은 렌즈의 표면에 특정한 물질을 진공 증착의 방법으로 얇게 입히는
것으로 이 물질의 굴절율은 렌즈의 굴절율과 밀접한 관계가 있으며 코팅의
두께는 반사를 제거하려 하는 빛의 파장과 관계가 있다. 이 코팅의 장점은
크게 두가지 측면으로 볼 수 있는데, 한 가지는 렌즈의 효율에 관한 것으로
광선의 투과량을 증가시켜 같은 개방 조리개의 렌즈라 하더라도 실제로는
더 밝은 렌즈가 되고 조리게의 수치에 따른 광량의 변화가 정확해 진다는
것이며, 두번째는 화질에 관한 측면으로 플레어의 감소로 인한 화상의
선예도와 콘트라스의 증가이다.
카메라 렌즈에 코팅 기술을 최초로 적용한 "아사히 광학"의 경우 현재
PENTAX 렌즈에 사용되고 있는 7층 수퍼 멀티코팅(SUPER MULTI-COATING:
SMC)의 경우 렌즈 표면에서의 반사율이 0.2%라고 주장하고 있으며 다른
업체의 렌즈도 별 차이가 없을 것이므로 최근의 멀티코팅 렌즈의 표면
반사율은 코팅이 되어 있지 않던 렌즈들의 1/20에 불과한 것이다. 이러한
코팅 기술의 발전은 줌 렌즈의 실용화에도 지대한 공헌을 하였다.

8. 비구면(ASPHERICAL LENS) 렌즈 와
초저분산(EXTRA-LOW DISPERSION) 렌즈

색 수차를 제외한 렌즈의 모든 수차는 렌즈가 구면으로 설계되어 있기
때문에 발생하는 것이며 이들 수차는 렌즈가 밝아지고 화각이 넓어 질수록
심해져서 같은 종류의 광학 유리를 사용할 경우에는 밝은 렌즈일 수록 렌즈
의 성능이 떨어지며 광각 렌즈가 더 성능이 떨어지게 된다.
비구면 렌즈는 렌즈의 주변부를 특수하게 연마하여 렌즈의 중앙부로
입사한 광선과 주변부로 입사한 광선이 한점에 모이도록하여 구면 수차를
제거한 렌즈로 주로 대구경 표준렌즈와 광각렌즈에 사용한다. 또 이 비구면
렌즈는 의곡 수차(BARREL DISTORTION)의 보정에도 큰 효과가 있다.

렌즈의 촛점거리가 길어지면 135mm 정도까지는 문제가 없으나 200mm
정도를 경계로하여 300mm 이상이 되면 색수차 때문에 화상의 콘트라스트가
크게 떨어지게 된다. 이것은 렌즈의 광학유리가 같을 경우 촛점거리가 길어
질수록 색 분산 범위가 커지기 때문이며 따라서 렌즈의 성능을 향상시키
기 위해서는 굴절율이 적고, 빛의 분산도 적으며 분산의 성질도 일반 광학
유리와는 다른 재질이 필요하게 되었는데 이러한 요구에 적합한 형석 렌즈
의 개발로 망원 렌즈의 성능은 진일보하게 되었다. 이 형석 렌즈는 불화
칼슘의 인공 결정체로 렌즈의 표면 반사율이 적고 월등한 부분적 분산율과
넓은 범위의 빛의 파장을 통과 시킬 수 있는 성질을 가지고 있으므로 망원
렌즈의 성능 향상과 소형화, 대구경화를 가능하게 하였다.

 

출처 : 유니텔 '사진마을'