초점 거리 범위의 양쪽 끝에서 왜 일부 줌 렌즈가 "부드럽습니다"?
답변:
경고 : 이것은 또 다른 "책 길이"답변입니다 ... :-)
줌 렌즈의 작동 방식에 대한 간단한 검토로 시작하겠습니다. 가장 간단한 렌즈 디자인 (단일 요소)을 고려하십시오. 단일 요소 렌즈의 큰 문제점 중 하나는 렌즈의 초점 거리가 장면을 초점에 맞추기 위해 요소가 필름 평면 / 센서와의 거리를 결정하므로 300mm 렌즈 (예를 들어)는 무한대에 초점을 맞추기 위해 센서에서 300mm 떨어져 있습니다. 반대로, 광각 렌즈는 할 필요가 정말 가까이 필름면에 / 센서 무한대에 초점을 맞 춥니 다.
렌즈 디자이너들은 곧 멋진 멋진 기술을 알아 냈습니다 . 짧은 초점 거리 요소를 앞쪽에 배치하고 그 뒤에 (약간 약한) 음의 요소를 배치 하여 긴 유효 초점 거리를 만들 수 있습니다 . 네거티브 요소를 사용하면 빛이 긴 렌즈로 굴절 된 것처럼 정확히 동일한 각도로 필름면에 충돌합니다. 비트 (또는 많은)를 과장하여 다음과 같은 대체물을 얻습니다.
두 렌즈 모두 유효 초점 거리가 동일 하지만 두 번째 렌즈 는 물리적으로 상당히 짧습니다. 카메라 전면을 거의 튀어 나오지 않아도됩니다.
그러나 두 번째 디자인에서 두 배의 상단은 두 번째 요점 인 색수차를 나타냅니다. "내부"라인은 렌즈를 통과하는 청색광, "외부"라인은 적색광을 나타냅니다. 파장이 짧기 때문에 청색광은 적색광보다 렌즈를 통과 할 때 항상 굴절됩니다 (구부러짐). 그러나, 유리에 따라, 적색 광과 청색 광의 굴절 사이의 차이는 상당히 크거나 상대적으로 작을 수있다.
전면 대 후면 요소에 적합한 유리를 선택하면 그림에 표시된 것과 거의 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 전면 요소의 추가 굽힘 량은 두 번째 요소의 추가 굽힘 량으로 정확하게 보상됩니다. 빨간색과 파란색 빛이 정확히 초점을 맞 춥니 다.
그러나 줌 렌즈를 사용하면 문제가 쉽게 해결되지 않습니다. 줌 렌즈를 얻으려면 두 번째 디자인을 사용하지만 후면 요소를 전면 요소를 기준으로 이동 하십시오. 이 경우 전면 요소를 앞으로 이동하면 두 번째 요소에 들어갈 때 파란색 표시등이 빨간색에서 덜 발산 되며 두 번째 요소 뒤에 더 이상 공간이 없기 때문에 더 많이 구부러집니다. 결과적으로, 정확하게 초점을 맞추는 대신, 청색광은 적색광의 "외부"로 끝나고, 이는 색수차로 사진에 나타납니다.
반대로, 후면 요소가 센서에 더 가깝게 이동하면 파란색 표시등이 두 번째 요소에 도달하면 빨간색 표시 등에서 멀어지게됩니다. 그런 다음 두 번째 요소가 센서에 더 가까우면 빨강과 수렴하지 않으므로 센서에 도달하면 빨강으로 "내부"로 끝나게됩니다. 다시 말하면 색수차 (반대 방향) ).
우리가 그것을 그대로두면 줌 렌즈는 모두 끔찍할 것 입니다. 초점 거리가 변할 때마다 엄청난 양의 CA 가 생길 것 입니다. 이를 방지하기 위해 요소가 그룹화됩니다. 하나는 다른 요소에 의해 도입 된 CA를 보완하는 앞면 요소와 두 번째 요소 대신 두 개의 요소 그룹이 있으며 각 요소는 자체 CA를 보완하고 그룹을 서로에 대해 이동하지 않습니다. CA를 전혀 바꾸지 마십시오.
그래도 그렇게 간단하지는 않습니다. 요소 그룹이 CA를 완전히 보상하는 것은 물리적으로 불가능합니다. 요소는 항상 붉은 빛을 구부리는 각도보다 큰 각도로 푸른 빛을 구부립니다. 기껏해야 요소를 서로 가깝게 배치하면 빨간색과 파란색 표시등이 매우 가깝고 거의 평행을 이루지 만 약간 분리되어 이동할 수 있습니다. 서로를 향해 구부리면 정확한 거리만큼만 수렴하게됩니다. 다른 거리에서 CA는 한 방향 또는 다른 방향으로 끝납니다.
그러나 이미 언급했듯이 줌 렌즈에서는 거리 가 변경 되어야합니다 . 렌즈 디자이너가 일반적 으로하는 일은 최악의 경우 CA를 최소화하는 것입니다. 그렇게하는 것은 아주 쉽습니다 (적어도 이론적으로는) : 그는 후면 요소가 움직이는 범위를보고 그 범위의 중간에서 정확히 수렴 할 각도를 알아냅니다. 이런 식으로 그는 물건을 나누기 때문에 후면 요소가 센서에 더 가까워지면 CA는 한 방향으로, 더 멀어지면 다른 방향으로 CA가 표시됩니다. 물론, 그것은 실제로 후면 요소가 아닙니다. 그는 모든 요소 그룹의 모든 움직임의 조합을 살펴 봐야합니다 (물론 각 요소에 의해 도입 된 분산을 고려해야합니다).
그러나 범위를 파악한 후에는 일반적으로 그 차이를 분할하여 최악의 경우를 최소화하여 대략 중간 범위를 최적화하므로 각 방향에서 조금 더 나빠집니다. 예외적으로 한쪽 끝에서 주로 사용되는 렌즈는 예외입니다. 이 경우 대략 예상되는 사용 범위에 맞게 최적화하고 최악의 경우가 실제보다 더 나빠질 수 있다는 사실에 동의하는 것이 좋습니다.
물론 이것은 렌즈 디자인에 중요한 몇 가지 요소 중 하나만을 고려하고 있습니다. 디자이너는 코마, 비점 수차, 비네팅, 왜곡 및 구면 수차를 고려해야합니다. 크기, 무게, 비용과 같은 사소한 세부 사항은 거의 없으며 설계 한 방식대로 작동하는 실제 렌즈를 제조 할 수 있습니다.
줌 렌즈 디자인은 프라임 (단일 고정 초점 거리) 렌즈 디자인과 달리 다소 복잡한 경향이 있습니다. 프라임 렌즈를 사용하면 적은 수의 렌즈 요소로 색수차, 구면 수차, 왜곡 등과 같은 광학 수차를 훨씬 쉽게 보정 할 수 있습니다. 렌즈 요소 (복잡한 카메라 렌즈 구성에 사용되는 개별 유리 렌즈)가 적을수록 각 유리 조각이 빛의 초점에 영향을 미치기 때문에 이미지 품질이 향상됩니다.
줌 렌즈는 일반적으로 프라임 렌즈보다 더 많은 렌즈 요소를 갖습니다. 초점 거리가 더 넓 으면 일부 줌 렌즈가 초점 거리보다 길고 후면에 "역 초점"그룹이 필요합니다. 이러한 모든 추가 렌즈 요소는 각각 광학 수차에 추가되어 일부 다른 렌즈 요소의 수차를 수정합니다. 줌 렌즈에서 광학 보정은 줌 범위 전체에서 최상의 전체 품질을 제공하는 방식으로 수행되어야합니다. 이는 일반적으로 어딘가에 타협을해야한다는 것을 의미합니다 (케이크도없고 먹을 수도 없습니다).
줌 렌즈는 일반적으로 "선명한"포인트와 "부드러운"포인트를 갖습니다. 항상 초점 범위의 극단에있는 것은 아니며 때로는 중간에 있습니다. 때때로 이미지의 "가장자리"선명도 대 "가운데"선명도를 희생 시키면 다른 초점보다 초점 거리가 더 나빠질 수 있습니다. 어느 쪽이든, 가변 초점 범위를 수용하려면 필요한 복잡성으로 인해 타협이 필요합니다.
고품질 렌즈는 일반적으로 상당한 비용으로 수차를 보정하기 위해 더 고급 광학을 사용합니다. 미드 레인지 렌즈는 수차를 보정하고 초점 범위 전체에서 수차가 어떻게 변하는 지 무시하기 위해 더 많은 렌즈를 사용할 수 있습니다. 최고 등급의 전문 렌즈는 수차의 다양성을 설명하고, 고밀도 유리, 저 분산 유리, 비구면 렌즈 요소, 형석 렌즈 요소, 아포 크로마 틱 렌즈 요소, 추가 수정 그룹 등과 같은 고급 광학을 사용하여 초점 전체에서 최고 품질을 유지합니다. 줌 렌즈의 범위. 프라임 렌즈에 비해 여전히 타협이 이루어져야하지만 타협의 정도는 훨씬 적습니다.
렌즈에는 비정상적인 부분이 크게 수정됩니다. 이러한 이상을 수차라고합니다. 다양한 수차가 있으며, 더 일반적인 일부는 구형, 비 점수차, 반음계, 코마, 배럴, 핀쿠션, 필드 곡률 및 초점이 맞지 않습니다.
이러한 수차가 존재하지 않으면 렌즈 설계가 매우 쉽습니다. 렌즈를 두 개만 똑바로 놓으면 언제나 완벽한 이미지를 얻을 수 있습니다. 그러나 우리는 이러한 수차가 존재한다는 것을 알고 있습니다. 단일 지점을 제외하고 이러한 수차를 완전히 교정하는 것은 불가능합니다. 이러한 수차가 많을수록 이미지가 더 "부드럽습니다".
대부분 더 비싼 렌즈를 만들어서 오랜 시간 동안 왜곡을 최소화 할 수 있습니다. 고가의 렌즈는 비 구형 렌즈를 제조하기 때문에 제조하기 어렵습니다.
렌즈 스위트 스폿에서 멀어 질수록 더 부드러워집니다. 초점 거리, 조리개 및 초점 거리의 변화는 모두 스위트 스폿에서 영향을 미칩니다. 따라서 3 중 하나를 변경하면 품질이 저하됩니다. 렌즈의 품질이 충분하면 성능 저하가 거의 눈에 띄지 않습니다.