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렌즈(Lens) 이야기 6 05-10-11 13:28   
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▲ 황선구 / 서울예술대학 사진과 교수, 디지털이미지 컬럼니스트

렌즈(Lens)의 구조와 종류

· 렌즈 수차
볼록렌즈를 사용해 많은 빛을 모아 작은 장치로 사진을 촬영할 수 있도록 했다. 그러나 한 장의 볼록렌즈만으로는 선명한 사진을 만들 수 없다. 디지털카메라도 예외가 아니다. 예를 들어 돋보기로 문자를 보면 문자가 크게 보인다. 그러나 렌즈의 모서리로부터 모서리까지 문자를 크게 해서 보면 깨끗하게 보이지 않는 부분이 생긴다. 흐려지거나 색이 틀어지는 현상이 나타난다. 그리고 렌즈의 모서리 방향은 문자가 왜곡된다. 볼록렌즈 한 장으로는 이처럼 흐려지거나 번지거나 왜곡되기 때문에 사진을 깨끗하게 만들 수 없다. 렌즈는 극소(極小)의 1점에 빛을 모은다고 설명했으나 실제는 렌즈에 조사된 전부의 빛을 1점에 모으는 것은 불가능하다. 빛을 1점에 모으는 것이 불가능하면 렌즈를 통해 본 화상은 깨끗하게 만들어지지 않는다. 이처럼 빛을 1점에 모으지 못하고 흐려짐, 번짐, 왜곡 현상을 모두 수차(收差)라고 한다. 수차는 렌즈의 재질, 크기 등에 의해 크게 변화된다. 또한 수차는 크게 분류해 빛의 파장에 의해 생성되는 색수차(色收差), 색으로 좌우되지 않는 단색수차(單色收差)로 나누고 색수차는 축상색수차(軸上色收差)와 배율색수차(倍率色收差) 두 가지에 단색수차는 구면수차(球面收差), 코마수차, 비점수차(非点收差), 상면만곡(像面  曲), 왜면수차(歪面收差) 다섯 가지로 분류한다.

· 비구면 렌즈(非球面 lens) 
비구면 렌즈는 구면렌즈의 문제점을 보완해 구면(球面)이 아닌 다양한 형태의 렌즈모양으로 제작돼 대형 유효구경 렌즈에서 구면 수차를 보정할 때, 광각렌즈에서 왜곡현상을 보정할 때, 작고 우수한 품질의 줌렌즈를 생산할 때 필요한 기술이다. 1971년 캐논에서 시작된 비구면 렌즈는 선명한 사진을 얻기 위해 절대적인 효과를 얻을 수 있지만 과거에는 고액의 카메라에만 탑재 됐었다. 그것은 비구면 렌즈의 제조가 상당히 어려워 제조 비용이 높았기 때문이다. 그러나 최근에는 제조기술이 연구돼 과거와 비교해 저렴하게 비구면 렌즈가 제작될 수 있게 됐다. 그 대표적인 방법은 두 가지가 있다. 첫 번째는 유리를 금형에 녹여 압축해 비구면 렌즈를 제조하는 방법이다. 그렇게 최신의 기술로는 보이지 않을지 모르나 이 방법에 의한 비구면 렌즈 제조는 좀처럼 실현되기 어려웠다. 이유는 유리를 금형에 유입시키는 온도가 높아 금형이 변형되거나 금형에 액체 상태의 유리가 균일하게 투입되기 어려워 압축하는 동안 유리의 온도를 일정하게 유지하는 방법이 어려웠던 등의 문제가 있었기 때문이다. 최근에는 내열성(耐熱性)이 상당히 높은 세라믹제 금형이 개발돼 용해된 유리를 콘트롤할 수 있게 되어 압축으로 비구면 렌즈를 생산할 수 있게 됐다. 두 번째는 플라스틱렌즈(Plastic Lens)를 이용하는 방법이다. 플라스틱은 유리와 비교해 비등점(녹는 온도)이 낮아 가공하기 쉬워 비구면 렌즈를 만들기 쉬운 특징이 있다. 그러나 플라스틱으로만 렌즈를 만들면 유리렌즈와 비교해 온도, 습도에 따라 집점 거리가 변동하는 등의 영향을 받을 수 있어 빛의 투과율이 나빠진다. 그래서 유리구면 렌즈의 표면에 비구면 렌즈와 같은 커버를 씌워 얇은 플라스틱 층을 만드는 방법을 개발했다. 이 방법은 유리와 플라스틱의 서로 다른 재질로 만들어진 렌즈이기 때문에 복합비구면(複合非球面)렌즈라고 한다. 이 방법도 유리와 플라스틱이 완전히 밀착하도록 정확하고 고도의 접착기술이 필요해 쉽게 실용화되지 못했다. 다만 유리와 플라스틱은 온도계수가 상당히 다르기 때문에 유리만의 비구면 렌즈와 비교해 사용할 수 있는 온도범위가 좁은 단점을 가지고 있다. 디지털카메라 시대가 되어 비교적 쉽게 사용할 수 있게 된 비구면 렌즈이기 때문에 구입할 때 염두에 둬야 할 사항이다.

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