더블 가우스 렌즈
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1. 개요
더블 가우스 렌즈는 1888년 앨번 그레이엄 클라크가 특허를 낸 렌즈 디자인으로, 대칭으로 배열된 두 개의 가우스 렌즈로 구성된다. 이 렌즈는 넓은 시야와 빠른 조리개 값을 제공하며, 다양한 변형을 거쳐 사진 렌즈로 널리 사용되었다. 20세기 동안 가장 많이 연구된 렌즈 중 하나로, 현재까지도 표준 렌즈 및 밝은 렌즈의 기반으로 활용되고 있다.
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| 더블 가우스 렌즈 | |
|---|---|
| 렌즈 디자인 정보 | |
| 이름 | 더블 가우스 |
| 도식 | image_file:Double gauss.png |
| 캡션 | 광선 추적을 사용한 'Opic' 유형의 더블 가우스 디자인 |
| 연도 | 1888 (클라크) 1896 (파울 루돌프; 자이스 플라나) 1920 (호레이스 윌리엄 리; Taylor, Taylor and Hobson Opic) |
| 제작자 | 앨번 그레이엄 클라크, 파울 루돌프, 호레이스 윌리엄 리 |
| 렌즈 구성 요소 | 4–6 |
| 렌즈 그룹 | 4+ |
2. 디자인
더블 가우스 렌즈는 기본적으로 두 개의 가우스 렌즈를 대칭으로 배치한 형태이다. 각 가우스 렌즈는 양의 메니스커스 렌즈와 음의 메니스커스 렌즈로 구성된 2요소 비색 렌즈이다. 앨번 그레이엄 클라크의 초기 디자인은 4개의 요소(4개의 그룹)로 구성되었으나, 현대의 더블 가우스 렌즈는 광학 수차 보정을 위해 추가적인 렌즈 요소가 포함될 수 있다. 현대적인 초광각 조리개 모델은 8개 이상의 요소를 가질 수 있으며, 일반적인 조리개(f/2.8) 버전은 5개의 요소로 단순화될 수 있다.[1]
2. 1. 디자인 종류
right앨번 그레이엄 클라크가 1888년에 특허를 낸 최초의 더블 가우스 렌즈는 대칭으로 배열된 두 개의 가우스 렌즈로 구성되어 있다. 이 설계에는 많은 변형이 있으며, 때로는 추가 렌즈 요소가 추가되기도 한다. 이 기본 렌즈 유형은 가장 많이 개발되고 사용되는 사진 렌즈 중 하나이다.
더블 가우스는 오늘날 사용되는 많은 카메라 렌즈, 특히 35mm 및 기타 소형 카메라에 사용되는 넓은 조리개 표준 렌즈의 기반을 형성한다. 넓은 시야에서 좋은 결과를 제공할 수 있으며, 추가 수차 제어를 위해 보통 7개의 요소가 사용된다. 의 현대식 초광각 조리개 모델은 8개 이상의 요소를 가질 수 있으며, 버전은 5개의 요소로 단순화될 수 있다.
더블 가우스는 20세기에 가장 집중적으로 연구된 렌즈 공식일 가능성이 높으며,[1] 수십 개의 주요 변형, 수십 개의 사소한 변형, 수백 개의 시판 렌즈 및 수천만 개의 유닛 판매를 생산했다.[1][2] 몇 가지 결함이 있는데, 가장 두드러진 것은 작은 양의 사선 구면 수차로, 주변 대비를 낮출 수 있다는 점이다.[1] 더블 가우스/플래너 변형은 60년 동안 넓은 조리개를 가진 대부분의 표준 및 준표준 단렌즈 디자인의 기초를 형성했다.
2. 1. 1. 대칭형
앨번 그레이엄 클라크가 1888년에 특허를 낸 최초의 더블 가우스 렌즈는 가우스 렌즈 두 개를 대칭으로 배열한 형태이다. 각 가우스 렌즈는 양의 메니스커스 렌즈와 음의 메니스커스 렌즈가 있는 2요소 비색 렌즈이다. 클라크의 대칭 배열에서는 바깥쪽에 양의 메니스커스 렌즈 두 개와 안쪽에 음의 메니스커스 렌즈 두 개가 있는 4군 4매 렌즈가 된다. 이러한 대칭 구조와 광학 파워 분할은 광학 수차를 줄여준다.[37]파울 루돌프는 자신이 개발한 하이퍼크로마티쉬 설계 기법으로 클라크의 설계를 발전시켜 1896년에 플라나 F3.6을 발명했다.[37][38] 플라나는 완전 대칭형 4군 6매 렌즈로, 2군과 3군을 접합한 구조이다. 완전 대칭이므로 렌즈 종류는 3가지뿐이다.
2. 1. 2. 비대칭형
1920년, 테일러 호브슨의 호레이스 윌리엄 리(Horace William Lee)는 플라나의 대칭성을 깨뜨려 설계의 자유도를 높인 '''오픽'''(Opic)을 개발했다.[37] 이 렌즈는 한쪽 면을 평면으로 한 렌즈를 다수 사용하였고, 특히 접합면을 평면으로 하는 방식은 생산성을 중시하는 후대 설계에서 자주 사용되었다.3. 역사
1817년 카를 프리드리히 가우스는 요제프 폰 프라운호퍼의 무색 렌즈 대물렌즈를 개선하기 위해 양수 및 음수 메니스커스 렌즈를 가깝게 배치한 초기 2요소 ''가우스 렌즈''를 발명했다. 이는 단일 볼록 렌즈와 오목 렌즈 디자인에 메니스커스 렌즈를 추가한 것이다.[2] 1888년 앨번 그레이엄 클라크는 이 렌즈 두 개를 서로 마주보게 배치하여 "더블 가우스" 설계를 만들었지만, 사진 결과는 좋지 않았다.[3][2]
1895년 파울 루돌프는 칼 자이스의 내부 음수 메니스커스를 두껍게 만들고, 동일한 굴절률을 가지면서 분산이 다른 두 요소로 구성된 이중 렌즈로 전환하여 자이스 플라나 설계를 개선했다.[4] 이는 색수차를 보정하기 위한 것이었다. 1920년 호레이스 윌리엄 리는 플라나에 약간의 비대칭성을 더하여 ''테일러, 테일러 & 홉슨 시리즈 0'' (영국에서는 ''리 오픽''이라고도 함) 렌즈를 만들었다.[2] 이는 상업적으로 성공하지 못했지만, 그 비대칭성은 비오타르를 포함한 현대 더블 가우스의 기초가 되었다.[1]
3. 1. 초기 개발
1817년 카를 프리드리히 가우스는 요제프 폰 프라운호퍼의 무색 렌즈 대물렌즈를 개선하기 위해 양수 및 음수 메니스커스 렌즈를 가깝게 배치한 초기 2요소 ''가우스 렌즈''를 발명했다. 이는 단일 볼록 렌즈와 오목 렌즈 디자인에 메니스커스 렌즈를 추가한 것이다.[2] 앨번 그레이엄 클라크는 1888년에 이 렌즈 두 개를 서로 마주보게 배치하여 "더블 가우스" 설계를 만들었다.[3]1896년 파울 루돌프는 자신이 개발한 설계 기법인 하이퍼크로마티쉬를 통해 클라크의 설계를 발전시켜 플라나 F3.6을 발명했다.[37][38] 플라나는 완전 대칭형의 4군 6매로, 2군과 3군을 접합하는 구조이며, 색수차를 보정하기 위한 것이었다.
3. 2. 현대적 디자인
1920년, 테일러 호브슨의 호레이스 윌리엄 리는 플라나에 비대칭성을 도입하여 오픽 렌즈를 개발했다.[5] 1927년, 자이스는 영화 촬영용 비오타르 50mm 렌즈를 설계했다.[6] 이후 더블 가우스 렌즈는 다양한 렌즈 제조사에서 개발되었으며, 고성능 광각 렌즈로 발전했다.
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제2차 세계 대전 이후, 자이스는 더블 가우스 변형 렌즈를 플라나라는 이름으로 통합했다. 제니트 카메라에 사용된 소련의 58mm 헬리오스-44 렌즈는 비오타르의 복제 렌즈였으며,[8] 현재까지도 가성비 좋은 렌즈로 평가받고 있다. 하지만 이 렌즈를 사용하려면 적절한 M42 어댑터가 필요하다.
알브레히트 트로니에가 슈나이더 크로이츠나흐를 위해 개발한 제논(1925) 또한 비오타르와 유사한 동시대 경쟁 렌즈였다.[2][9]
초기 더블 가우스 변형 렌즈로는 코닥 ''엑타'' 45mm [11], 코닥 ''엑타'' 50mm [12], 보이그틀랜더 ''울트론'' 50mm [13], 라이츠 ''주미크론'' 50mm [2] 등이 있다.
1966년, 아사히 펜탁스는 "슈퍼 스피드 판크로" 타입과 "제논" 타입을 결합하여 7군 6매의 "슈퍼 타쿠마" 50mm (v2) 렌즈를 개발했다.[16] 1960년대부터 80년대 초반까지 모든 광학 회사들은 판매 경쟁을 위해 "슈퍼 판크로" 타입 또는 "슈퍼 타쿠마" 타입의 더블 가우스 표준 렌즈를 출시했다.
3. 3. 일본의 대구경 렌즈 경쟁
1950년대 전후 일본에서는 대구경 렌즈 경쟁이 일어났고, 이 경쟁에서 더블 가우스 렌즈는 조나 렌즈와 함께 유력한 선택지로 여겨졌다.[39]조나 렌즈는 코마 수차를 잘 억제하고, 공기 접촉면을 줄여 반사면에서도 유리했기에 더블 가우스보다 우세하다는 평가를 받았다.[38] 그러나, 새로운 유리 재료와 설계 기법, 코팅 기술의 발달로 더블 가우스 렌즈의 단점이 극복되면서 더블 가우스 렌즈는 크게 발전하였다.
캐논은 코마 수차가 남아있어 조리개 개방 시 화면 중간 부분에 플레어가 발생하여 선명함에서 조나에 비해 부족하다는 평가를 받던 기존의 전형적인 더블 가우스 렌즈인 캐논 50mm F1.9[40]를 개선하기 위해 독자적인 설계를 도입했다. 이토 히로시는 코마 수차가 많이 발생하는 원인이 조리개 바로 뒤의 오목 렌즈 면이라는 것을 밝혀내고, 이를 완만하게 수정했다. 그 결과 발생하는 구면 수차를 해결하기 위해 조리개 바로 앞 접합 렌즈의 접착면 뒤 오목 렌즈에 매우 높은 굴절률을 가진 유리를 사용했다. 또한, 조리개 바로 뒤 오목 렌즈에는 매우 낮은 굴절률의 유리를 사용하여 페츠발 합의 변동을 억제했다.[38] 이러한 개선을 통해 1951년, 캐논은 대칭형이면서도 코마 수차가 조나 50mm F2 수준으로 적은 '''캐논 50mm F1.8'''을 완성하여 조나 렌즈와 대등하게 경쟁할 수 있게 되었다.[38]
다른 일본 렌즈 제조사들도 더블 가우스 렌즈를 개발했다. 1948년 후지필름(당시 후지 사진 필름)은 '''크리스탈''' 50mm F2와 '''크리스탈''' 85mm F2를, 1951년에는 '''후지논''' 50mm F2를 출시했다.[39] 1954년 코니카 미놀타(당시 코니시로쿠 사진 공업)는 '''헥사논''' 60mm F1.2를, 1960년 캐논은 '''캐논''' 50mm F0.95를 출시했다.[39] 이 렌즈들은 모두 변형 더블 가우스 렌즈이다.
1960년대부터 1980년대 초반까지, 여러 광학 회사들은 "슈퍼 판크로" 타입 또는 "슈퍼 타쿠마" 타입의 더블 가우스 표준 렌즈를 출시하며 경쟁했다. 다음은 그 예시이다.
이 렌즈들은 모두 일본에서 제작되었으며, 자이스 렌즈는 서독에서 설계되었다.
3. 4. 일안 반사식 카메라와 함께 발전
일안 반사식 카메라(SLR)의 등장으로 미러 작동 공간을 확보하기 위한 긴 백 포커스가 필요해졌다. 이에 따라 더블 가우스 렌즈는 다양한 변형을 거치며 표준 렌즈로 자리 잡게 되었다.조나 렌즈는 백 포커스를 길게 하기 어려워 일안 반사식 카메라의 표준 렌즈로 사용하기 어려웠지만, 코팅 기술 발달로 렌즈 수가 많아져도 문제가 되지 않게 되면서 더블 가우스 렌즈가 유력한 선택지로 떠올랐다. 초기 일안 반사식 카메라용 F1.x 고속 표준 렌즈는 초점 거리를 55mm에서 60mm 정도로 늘려 백 포커스 문제를 해결했다. 이후 다음과 같은 방법으로 일안 반사식 카메라용 50mm F1.4 고속 표준 렌즈가 개발되었다.
이 두 가지 방법은 일안 반사식 카메라용 표준 대구경 렌즈의 일반적인 방식으로 정착되었다.[43] 이 외에도 다양한 변형이 존재하며, 이러한 렌즈들을 "변형 더블 가우스"라고 부르기도 한다. 예를 들어, 코니카 '''헥사논''' 40mm F1.8 렌즈는 두 번째 렌즈군을 분리하고 두 번째 렌즈를 오목하게, 세 번째 렌즈를 볼록하게 만들어 초점 거리를 짧게 한 변형 더블 가우스 렌즈이다.
거리계 연동 카메라의 더블 가우스 렌즈도 백 포커스 제한이 덜하지만, 50mm F1.X 고속 렌즈는 변형 더블 가우스 형태가 많다. 라이카의 즈미크론(Summicron) 50mm F2 렌즈는 초기 모델은 변형이 큰 타입이었지만, 1970년대 모델부터는 표준적인 더블 가우스 형태를 띠고 있다.
1939년, 35mm 일안 반사식 카메라인 이하게 키네 엑자타에 자이스 ''Biotar'' 58mm F2 렌즈가 사용되었다. 또한, VEB 자이스 이콘 (드레스덴) 콘탁스 S (1949, 동독)의 표준 렌즈로도 사용되었는데, 이 카메라는 최초의 펜타프리즘 아이 레벨 뷰잉 35mm SLR이었다.[7] 제니트 카메라의 소련 58mm F2 ''헬리오스-44'' 렌즈는 ''Biotar''의 가장 흔한 복제본 중 하나였다.[8]
1960년대부터 1980년대 초반까지, 여러 광학 회사들은 "슈퍼 판크로" 타입 또는 "슈퍼 타쿠마" 타입의 더블 가우스 표준 렌즈를 경쟁적으로 출시했다. 다음은 그 예시이다.
| 제조사 | 렌즈 | 카메라 | 출시 년도 |
|---|---|---|---|
| 도쿄 광학 | RE 오토-토프코 5.8cm F1.4[17] | 탑콘 RE 슈퍼/슈퍼 D (1963) | |
| 올림푸스 | G. 주이코 오토-S 40mm F1.4[18] | 펜 F (렌즈 1964, 카메라 1963) | |
| 야시카 | 오토 야시논 DX 50mm F1.4[19] | TL 슈퍼 (1967) | |
| 캐논 | FL 50mm F1.4 (v2)[20],[21] | FT (렌즈 1968, 카메라 1966) | |
| 아사히 광학 (펜탁스) | 슈퍼 타쿠마 50mm F1.4 (v2)[22] | 스포트매틱 (렌즈 1968, 카메라 1964) | |
| 후지 필름 | 후지논 50mm F1.4[23] | 후지카 ST701 (1971) | |
| 미놀타 | MC 로코르-PG 50mm F1.4[24] | XK/XM/X-1 (1973) | |
| 자이스 | 플라나 HFT 50mm F1.4[25] | 롤라이플렉스 SL350 (1974) | |
| 코니카 | 헥사논 AR 50mm F1.4[26] | 오토플렉스 T3 (렌즈 1974, 카메라 1973) | |
| 닛폰 코가쿠 | 니코르 (K) 50mm F1.4 (신형)[27] | F2 (렌즈 1976, 카메라 1971) |
4. 현대적 응용
줌 렌즈가 주류가 된 현대에도, 더블 가우스 렌즈는 여전히 다양한 분야에서 활용되고 있다. 소니, 캐논, 니콘 등 다양한 제조사에서 더블 가우스 디자인을 기반으로 한 저렴하면서도 고품질의 밝은 렌즈를 출시하고 있다. 빠르고 간단한 일반 렌즈가 필요한 프로젝터와 같은 분야에서도 더블 가우스 렌즈가 사용된다.
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