광각 렌즈
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1. 개요
광각 렌즈는 넓은 시야를 제공하는 사진 렌즈로, 물체 간의 거리를 확대하고 피사계 심도를 깊게 하는 특징이 있다. 35mm 필름 카메라의 경우 35mm 이하의 초점 거리를 가진 렌즈를 광각 렌즈로 분류하며, 원근감 왜곡, 데포르메 효과, 왜곡 수차 등의 특성을 보인다. 디지털 카메라에서는 이미지 센서 크기에 따라 화각이 달라지며, 단초점 렌즈와 역망원 렌즈(레트로 포커스 렌즈) 두 가지 주요 구성 방식을 가진다.
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| 광각 렌즈 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 렌즈 |
| 화각 | 64° ~ 84° (35mm 필름 환산 시 35–24mm) |
| 설명 | |
| 특징 | 넓은 화각을 제공 |
2. 특징
광각 렌즈는 넓은 화각 외에도 몇 가지 독특한 광학적 특징을 가지고 있다. 더 긴 렌즈는 피사체를 더 확대하여 거리를 압축하는 것처럼 보이며, 얕은 피사계 심도 때문에 배경을 흐리게 한다. 반면, 더 넓은 렌즈는 물체 간의 거리를 확대하는 경향이 있으며 더 큰 피사계 심도를 허용한다.[1]
카메라가 피사체에 수직으로 정렬되지 않으면 광각 렌즈에서 더 큰 겉보기 원근 왜곡이 나타난다. 평행선은 표준 렌즈와 동일한 속도로 수렴하지만, 더 넓은 전체 시야 때문에 더 많이 수렴한다.[1] 예를 들어, 건물을 지면에서 위로 향하는 카메라로 촬영할 때, 광각 샷에서는 표준 렌즈로 같은 거리에서 촬영하는 것보다 건물이 훨씬 더 심하게 뒤로 넘어지는 것처럼 보인다.[1]
일반적으로 다른 렌즈는 피사체의 크기를 유지하기 위해 서로 다른 카메라-피사체 거리를 필요로 하므로, 화각을 변경하면 간접적으로 원근을 왜곡시켜 피사체와 전경의 겉보기 상대적 크기를 변경할 수 있다.[1]
광각 렌즈는 "원근 효과"에 의해 반대편 둑이 멀리 있는 것처럼 느껴지게 한다.[2] 또한, 실내를 촬영했을 경우, 방이 실제보다 넓게 보인다.[2] 이러한 특징 때문에 넓은 범위를 촬영할 수 있고 한 장의 사진에 더 많은 정보를 담을 수 있어 부동산 광고에서 선호하여 사용된다.[2]
2. 1. 피사계 심도
광각 렌즈는 더 긴 렌즈보다 더 큰 피사계 심도를 허용한다. 35mm 판에서 초점 거리 28mm 렌즈는 F값을 F8, 초점 위치를 3m로 하면 약 1.5m에서 무한대까지 피사계 심도가 된다.[5] 반면, 35mm 판에서 초점 거리 50mm 렌즈는 동일한 조건에서 초점이 맞는 범위가 약 2.3m에서 약 4.4m로, 피사계 심도는 약 2.1m가 된다.[5]이처럼 서로 다른 초점 거리의 렌즈를 초점 위치와 F값을 동일하게 하여 비교하면, 광각 렌즈 쪽이 피사계 심도가 깊은 특성을 가진다. 이는 광각 렌즈 쪽이 초점면의 혼란원의 직경이 허용 혼란원경 이하가 되는 거리인 "초점 심도"가 넓어지기 때문이다. "초점 심도"가 넓어진다는 것은 맞춘 초점 위치에 대해 "초점이 맞는다고 느껴지는 범위"가 전후로 더 깊어진다는 것을 의미한다.
피사계 심도가 깊은 특성 때문에 광각 렌즈는 스냅 촬영에 적합하며, 피사계 심도를 살린 팬 포커스 촬영에도 적합하다.
 광각 렌즈 24mm(35mm 판) 대각선 화각 84도 |  표준 렌즈 50mm(35mm 판) 대각선 화각 46도 |  중망원 렌즈 100mm(35mm 판) 대각선 화각 24도 |
| 다리의 난간이나 그 그림자에 주목하면, 24mm에서는 꽤 깊은 곳까지 초점이 맞는 것처럼 느껴진다. 50mm에서는 다리의 중간보다 뒤쪽은 흐릿하다. 100mm에서는 난간이 흐릿하다. 참고로 예시에서는, 피사체(인물)의 크기를 일정하게 하려고 촬영했기 때문에, 카메라에서 피사체까지의 거리(초점 위치)는 다르다. | ||
2. 2. 원근감 왜곡
광각 렌즈는 물체 간의 거리를 확대하는 경향이 있어, 육안으로 보았을 때보다 피사체가 더 멀리 찍히기 때문에 원근감(퍼스펙티브)이 강조된다.[1] 이는 더 긴 렌즈가 피사체를 더 확대하여 거리를 압축하는 것처럼 보이며, (전경에 초점을 맞출 때) 얕은 피사계 심도 때문에 배경을 흐리게 하는 것과 대조적이다.[1]카메라가 피사체에 수직으로 정렬되지 않으면 광각 렌즈에서 더 큰 겉보기 원근 왜곡이 나타난다. 평행선은 표준 렌즈와 동일한 속도로 수렴하지만, 더 넓은 전체 시야 때문에 더 많이 수렴한다.[1] 예를 들어, 건물을 지면에서 위로 향하는 카메라로 촬영할 때, 피사체 건물에 대한 더 많은 부분이 광각 샷에서 보이기 때문에 표준 렌즈로 같은 거리에서 촬영하는 것보다 건물이 훨씬 더 심하게 뒤로 넘어지는 것처럼 보인다.[1]
일반적으로 다른 렌즈는 피사체의 크기를 유지하기 위해 서로 다른 카메라-피사체 거리를 필요로 하므로, 화각을 변경하면 간접적으로 원근을 원근 왜곡시킬 수 있으며, 피사체와 전경의 겉보기 상대적 크기를 변경한다.[1]
광각 렌즈는 "퍼스펙티브 효과"에 의해 반대편 둑이 멀리 있는 것처럼 느껴지게 한다.[2] 또한, 실내를 촬영했을 경우, 방이 실제보다 넓게 보인다.[2] 이러한 특징 때문에 넓은 범위를 촬영할 수 있고 한 장의 사진에 더 많은 정보를 담을 수 있어 부동산 광고에서 선호하여 사용된다.[2]
2. 3. 데포르메 효과
'''데포르메 효과'''는 일상에서 보기 드문 강한 원근감으로 인해 피사체가 데포르메된 것처럼 느껴지는 효과이다.[7][8]
원근 효과와 압축 효과에서 볼 수 있듯이, 깊이에 따른 상의 크기 변화는 카메라에 가까울수록 심해진다. 접사로 촬영할 때, 즉 육안으로 일상적으로 보는 것보다 극단적으로 가까이서 촬영할 때, 원근 효과가 극단적으로 나타나 피사체의 앞부분은 매우 크게, 뒷부분은 매우 작게 찍힌다. 사람은 이러한 거리에 익숙하지 않기 때문에 피사체가 데포르메된 것처럼 느낀다. 이것이 데포르메 효과이다.[9]
인물·동물 촬영의 경우, 접사하면 코는 크고 눈은 멀리 떨어져 찍힌다.[10] 이를 좋은 효과로 촬영하는 것이 이른바 "코 큼" 구도이며[11], 반대로 인물 사진이나 셀카에서 접사·광각 촬영이 얼굴을 일그러뜨린다고 하는 것은 데포르메 효과 그 자체이다.[12]
이미지 주변부의 상이 투시 투영되지 않는(직선이 곡선으로 묘사되는) 현상은 강한 원근에 의한 데포르메 효과가 아니다. 그것은 왜곡 수차인 경우가 많다(예: 어안 렌즈).[13]
'''(이것은 다음에 설명할 왜곡 수차와는 전혀 다른 것으로, 기하학적으로(투영으로서)는 왜곡이 아니라, 육안으로는 입체로 파악하고 있는 것이 평면이 됨에 따른 일종의 착각이다)'''
이상의 효과와 기하학적으로는 같은 원리에 의한 것이지만, 광각 렌즈로 촬영된 사진에서는 이미지 주변부에 있는 입체물이 바깥쪽으로 흘러가는 듯한 형태로 왜곡되어 보인다.
2. 4. 왜곡 수차
초광각 렌즈나 일안 리플렉스 카메라용으로 백 포커스를 길게 확보한 비대칭(역망원)형 광각 렌즈에서는 구성상 배럴형 왜곡 수차가 발생하며, 보정이 완벽하지 않은 경우가 많다.[14][15] 산업용 렌즈 등 왜곡 수차 보정을 염두에 두고 설계된 렌즈에서는 거의 발생하지 않는다. 어안 렌즈는 의도적으로 이 수차에 의한 왜곡을 이용한 렌즈이다.2. 5. 주변부 광량 저하
주로 코사인 4승 법칙에 따른 주변부 광량 저하 현상이 나타난다. 역망원형이나, 대칭형 렌즈에서도 전후단을 오목 메니스커스 렌즈로 구성한 경우에는 이러한 현상이 완화되지만, 하이퍼곤 렌즈와 같이 그렇지 않은 경우에는 두드러지게 나타난다. 최근 디지털 카메라 센서에서는 텔레센트릭성 문제도 발생한다.2. 6. 손떨림 방지
광각 렌즈는 화각이 넓어 손떨림에 의한 흔들림의 영향을 비교적 덜 받으므로 카메라를 잡거나 셔터 속도에 여유가 있다.3. 35mm 필름 카메라용 광각 렌즈
35mm 필름 카메라에서 초점 거리가 35mm 이하인 렌즈는 광각으로 간주된다. 일반적인 광각 렌즈의 초점 거리는 35mm, 28mm, 24mm, 21mm, 20mm, 18mm, 14mm 등이며, 이 중 14mm까지는 초광각 렌즈로 분류된다.
통 왜곡을 나타내지 않고 직선 이미지를 생성하지 않는 초광각 렌즈는 어안 렌즈라고 한다. 35mm 카메라에서 이러한 렌즈의 일반적인 초점 거리는 6~8mm이며, 원형 이미지를 생성한다. 초점 거리가 8~16mm인 렌즈는 직선 또는 어안 디자인일 수 있다.
광각 렌즈는 고정 초점 거리 방식과 줌 방식이 모두 존재한다. 35mm 카메라의 경우, 12mm부터 시작하는 2:1 범위의 줌 렌즈를 포함하여 초점 거리가 8mm까지 짧은 직선 이미지를 생성하는 렌즈를 찾을 수 있다.
4. 디지털 카메라에서의 고려 사항
많은 렌즈 교환식 디지털 카메라는 풀프레임 35mm 카메라의 필름 형식보다 작은 이미지 센서를 가지고 있다.[3] 대부분의 경우, 이러한 이미지 센서의 치수는 APS-C 이미지 프레임 크기(약 24mm x 16mm)와 유사하다. 따라서, 주어진 초점 거리의 렌즈의 화각은 렌즈가 투사하는 이미지의 양이 더 적기 때문에 풀프레임 카메라보다 좁아진다.
카메라 제조사는 풀프레임 35mm 필름 프레임보다 센서가 얼마나 작은지를 나타내기 위해 크롭 팩터(시야각 계수 또는 초점 거리 배율이라고도 함)를 제공한다. 예를 들어, 니콘 DX 형식 등 일부는 1.5, 대부분의 캐논 DSLR은 1.6, 초기 시그마 DSLR은 1.7, 포서즈 및 마이크로 포서즈 카메라는 2의 크롭 팩터를 가진다. 크롭 팩터 1.5는 카메라 렌즈의 화각이 35mm 풀프레임 카메라에서 1.5배 더 긴 초점 거리 렌즈의 화각과 동일하다는 것을 나타내며, 이것이 크롭 팩터가 초점 거리 배율이라고도 하는 이유이다. 예를 들어, 크롭 팩터가 1.5인 DSLR에서 28mm 렌즈는 풀프레임 카메라에서 42mm 렌즈의 화각을 생성한다.
따라서, 풀프레임 카메라에서와 동일한 화각을 제공하는 디지털 카메라용 렌즈의 초점 거리를 결정하려면 풀프레임 렌즈 초점 거리를 크롭 팩터로 나누어야 한다. 예를 들어, 크롭 팩터가 1.5인 디지털 카메라에서 풀프레임 35mm 카메라의 30mm 렌즈와 동일한 화각을 얻으려면 20mm 렌즈를 사용한다.
렌즈 제조업체는 이러한 카메라에 대해 훨씬 짧은 초점 거리의 광각 렌즈를 제작하여 대응했다. 이렇게 하면서, 그들은 투사되는 이미지의 직경을 이미지 센서의 대각선 측정보다 약간 더 크게 제한한다. 이를 통해 설계자는 특히 렌즈가 줌 렌즈일 때 이러한 짧은 초점 거리에서 고품질 이미지를 경제적으로 생산하는 데 필요한 광학 보정을 제공하는 데 더 많은 유연성을 갖게 된다. 예를 들어 여러 제조업체의 10mm 최소 초점 거리 줌 렌즈가 있다. 10mm에서 이러한 렌즈는 크롭 팩터가 1.5일 때 풀프레임 카메라에서 15mm 렌즈의 화각을 제공한다.
5. 렌즈 구성
광각 렌즈는 크게 단초점 렌즈와 역망원 렌즈(레트로 초점 렌즈) 두 가지로 나뉜다.
단초점 렌즈는 조리개 앞뒤로 대칭적인 유리 렌즈 요소들로 구성되어, 필름면(또는 디지털 센서)과 렌즈 후면 요소 사이 거리가 짧다. 이 때문에 일안 반사식 카메라에는 부적합하고, 대형 카메라나 거리 측정기 카메라에 주로 쓰이며 왜곡이 적다.
역망원 렌즈는 비대칭 설계로 렌즈 뒷부분과 필름면 사이 거리를 멀게 하여, 렌즈와 필름면 간 거리가 가까워지는 문제를 해결한다. 예를 들어 18mm 역망원 렌즈는 렌즈 뒷부분이 필름면에서 25mm 이상 떨어져 있기도 하다. 이러한 설계 덕분에 일안 반사식 카메라용 광각 렌즈를 만들 수 있다.
초광각 렌즈와 일부 광각 렌즈는 대형 카메라에서 초점 조절 범위가 매우 작다. 린호프 같은 일부 제조사는 렌즈의 정확한 초점을 맞추기 위해 '광각 초점 장치'라는 특수 초점 렌즈 마운트를 제공하기도 한다.
5. 1. 단초점 렌즈
단초점 렌즈는 보통 조리개 앞뒤로 모양이 거의 대칭인 여러 개의 유리 렌즈 요소로 구성된다. 초점 거리가 짧아짐에 따라 필름면 또는 디지털 센서에서 렌즈의 후면 요소까지의 거리도 짧아진다.이 때문에 단초점 광각 렌즈는 반사 거울을 고정하지 않는 한 일안 반사식 카메라(SLR)에는 적합하지 않다. 대형 카메라와 거리 측정기 카메라에서는 단초점 렌즈가 널리 사용되는데, 이는 레트로 초점 디자인보다 왜곡이 적고 긴 후면 초점 거리가 필요하지 않기 때문이다.
레인지 파인더 카메라나 소형 카메라용으로, 표준 렌즈에 가까운 40mm~35mm(라이카 판 환산) 정도의 렌즈는 표준 렌즈와 크게 다르지 않은 구성으로 초점 거리를 짧게 설계한 경우가 많다.
그보다 더 광각인, 초광각이라고 불리는 화각의 렌즈에서는 대칭형은 왜곡을 잘 억제하기 때문에, 역사적으로는 항공 촬영용으로 개발된 하이퍼곤이나 이어서 토포곤형 등이 먼저 있었지만, 구성상 주변 광량 저하가 심하여 일반 촬영에는 궁리를 필요로 했다. 그 후 개발이 진행된 루살이나 비오곤형은 오목 메니스커스 렌즈를 전단과 후단에 배치함으로써 주변 광량 저하를 완화했다. 또한 비오곤과 약간 다른 타입으로, Nikkor-O 2.1cm F4의 구성이 있다[16]。 그 이후의 렌즈에는 슈퍼 앙굴론 등이 있다. 또한 라이카 판 카메라에는 채용 사례가 많지 않지만 오소메터 타입도 있다. 홀로곤처럼 특수한 구성으로 하는 경우도 있다.
초광각 렌즈에서는 피사계 심도가 매우 깊어지기 때문에, 거리계에 의한 초점 조절은 하지 않는 것으로, 거리계 비연동으로 된 것도 있다.
5. 2. 역망원 렌즈 (레트로 포커스 렌즈)
역망원 렌즈는 렌즈 뒷부분과 필름(센서) 사이의 거리를 멀게 하기 위해 비대칭적으로 설계되어, 렌즈와 필름(센서) 간 거리가 가까워지는 문제를 해결한다. (\[\[앙제뉴 레트로 포커스]] 참조) 예를 들어, 18mm 레트로 초점 렌즈는 렌즈 뒷부분이 필름면에서 25mm 이상 떨어져 있기도 하다. 이러한 설계 덕분에 일안 반사식 카메라용 광각 렌즈를 만들 수 있다.일반적인 일안 반사식 카메라는 퀵 리턴 미러 때문에 백 포커스를 길게 해야 해서 광각 렌즈는 역망원 형태로 만드는 경우가 많다.[1]
디지털 카메라는 거울이 없는 경우에도 텔레센트릭성 때문에 광각 렌즈는 대부분 역망원 형태를 사용한다.[1]
역망원 렌즈는 가까운 거리에서 촬영할 때 수차가 커질 수 있어, 초점을 맞출 때 일부 렌즈 위치를 조정하는 플로팅 방식으로 이를 보정하기도 한다.[1]
6. 발전
최초의 광각 렌즈는 1850년대에 사진작가 토머스 서튼에 의해 개발되었다. 이는 회전하는 몸체 없이 파노라마 영상을 생성하는 물이 채워진 렌즈를 사용했다.
참조
[1]
웹사이트
Using wide angle lenses
http://www.cambridge[...]
Cambridge in Colour
2011-12-27
[2]
서적
Anton Wilson's Cinema Workshop
American Cinematographer
2004
[3]
문서
The few exceptions include the [[Canon EOS-1D X]], [[Canon EOS 5DS|EOS 5DS/5DS R]], [[Canon EOS 5D Mark III|EOS 5D Mark III]] and [[Canon EOS 6D|EOS 6D]]; Nikon's [[Nikon D4S|D4S]], [[Nikon Df|Df]], [[Nikon D810|D810]], [[Nikon D750|D750]] and [[Nikon D610|D610]]; and Sony's [[Sony α|α99]] and [[Sony α7|α7]] [[Sony α7 II|family]]. Discontinued full-frame cameras include the [[Canon EOS-1Ds]], [[Canon EOS-1Ds Mark II]], [[Canon EOS-1Ds Mark III]], [[Canon EOS 5D|EOS 5D]], [[Canon EOS 5D Mark II|EOS 5D Mark II]], [[Nikon D4]], [[Nikon D3]], [[Nikon D800]], [[Nikon D700]], [[Nikon D600]], [[Contax N Digital]], [[Sony Alpha 900]], [[Sony Alpha 850]], [[Kodak DCS Pro SLR/c]] and [[Kodak DCS Pro SLR/n]].
[4]
간행물
International Optical Design Conference 2021
SPIE
2021-11-19
[5]
문서
被写界深度となる…許容錯乱円径を0.033mmとしての計算値。
[6]
문서
許容錯乱円径用の定数(K)を1300として計算。35mm判の対角線距離「43.3mm」を1300で割った0.033mmとした。
[7]
서적
"被写体との距離が近い場合 ... 実際のフォルムが大きく変化します。これはデフォルメ効果といい、広角域の遠近感が作り出す特徴の1つです。"
ワン・パブリッシング
2023
[8]
서적
"遠近が過度に強調されるため、被写体の形状が歪んだように写りがち。その歪みをデフォルメ効果として生かす"
学研プラス
2017
[9]
서적
"デフォルメ効果とは ... 強い遠近感によって、肉眼に比べ近くにある被写体はより大きく、遠くにある被写体はより小さく誇張されるというもの。つまり、近くに寄れば寄るほど効果がアップする。... デフォルメ効果の出方は、被写体との距離によって変わるため、下からあおることで距離に差ができ、より強く現れる。"
ワン・パブリッシング
2022
[10]
서적
"遠近感が極端に強調されることで、被写体が歪んで写るデフォルメ効果を得ることができる。... 作例の水牛は ... レンズのすぐ前に水牛の鼻が近づいたため、鼻が大きめで顔が長くデフォルメされて写った。"
技術評論社
2014
[11]
뉴스
デジカメ“簡単＆キレイ”の撮影テクニック（2）元気な家族の一員！ ペットを愛らしく撮る
https://xtech.nikkei[...]
日経XTECH
2011
[12]
뉴스
「最高の自撮り」を科学的に検証したら、5つのワザが明らかに：研究結果
https://wired.jp/201[...]
WIRED
2018
[13]
웹사이트
広角レンズ実践攻略法！入門編 広角レンズって面白い！
null
ケンコー・トキナー
null
[14]
웹사이트
FAレンズ/マシンビジョンレンズ/工業用レンズ - 光学レンズ製品の紹介
http://www.universek[...]
ユニバース光学工業
null
[15]
웹사이트
画像が歪まないiPhone6用広角レンズ「Zero-Distortion Wide Lens」
https://fabcross.jp/[...]
fabcross
2016-08-10
[16]
웹사이트
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2011-12-27
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서적
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2004
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