어안 렌즈

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1. 개요
2. 역사와 발전
- 2.1. 한국에서의 발전
3. 종류
4. 사영 방식 (매핑 함수)
- 4.1. 주요 사영 방식
5. 활용
6. 주요 제조사 및 모델
참조

1. 개요

어안 렌즈는 넓은 시야각을 제공하는 특수한 렌즈로, 1779년 오라스 베네딕트 드 소쉬르의 그림에서 그 개념이 처음 나타났다. 1906년 로버트 우드의 실험을 통해 초기 모델이 제시되었으며, 1924년 로빈 힐에 의해 180° 시야각을 가진 렌즈가 개발되었다. 이후 니콘, 캐논 등 다양한 제조사에서 원형 및 대각선 어안 렌즈를 출시하여 앨범 커버, 뮤직 비디오, 과학 연구, 보안 카메라, 플라네타리움 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 어안 렌즈는 이미지 서클의 크기에 따라 원형과 대각선으로 구분되며, 등각 입체각, 등거리, 정사영, 입체 투영 등 다양한 사영 방식을 사용한다.

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어안 렌즈
개요
명칭	어안 렌즈 (魚眼レンズ)
영어 명칭	Fisheye lens
기술 정보
종류	광각 사진 렌즈
특징	강한 배럴 왜곡
초점 거리	8–10mm (일반적인 어안 렌즈)
화각	12–18mm (대각선 어안 렌즈)
역사
개발	로버트 윌리엄스 우드 (1905), 본드 (1922), 로빈 힐 (1924)
예시 이미지
니콘 어안 렌즈

2. 역사와 발전

어안 렌즈의 왜곡을 사용한 파노라마는 사진술 및 어안 렌즈보다 먼저 등장했다. 1779년, 오라스 베네딕트 드 소쉬르는 알프스 산맥 아래를 내려다본 어안 뷰를 출판했다.^[7]

1906년, 로버트 우드는 물이 채워진 양동이를 이용한 카메라 실험을 통해 "물고기에게 외부 세계가 어떻게 보이는지"를 연구했다.^[3] 이 실험은 어안 렌즈의 초기 모델을 제시했다.

1922년 W.N. 본드는 물 탱크 대신 반구형 유리 렌즈를 사용하여 휴대성을 높인 어안 렌즈를 개발했다. 본드의 렌즈는 색수차 보정이 없었고, 평평한 판에 곡선 필드를 투사했다. 최대 조리개는 약 f/50이었다.^[9]

1924년, 로빈 힐은 최초의 어안 렌즈로 인정받는 '힐 스카이 렌즈(Hill Sky Lens)'를 개발했다.^[2] 이 렌즈는 180° 시야각을 가지며 구름 관측에 사용되었다.^[4] 힐은 렌즈의 세 가지 다른 매핑 기능(스테레오그래픽, 등거리 투영, 정사영)에 대해서도 설명했다.^[4]^[11]

힐 ''스카이 렌즈''는 전천 카메라에 장착되었으며, 입체 사진 촬영을 위해 사용되었다. 이 렌즈는 초점 거리 였으며, f/8에서 지름 의 이미지를 투사했다.^[13]

1932년, 독일의 AEG는 힐 스카이 렌즈를 발전시킨 '바이트빈켈오브젝티브(Weitwinkelobjektiv)'(광각 렌즈)를 개발했다.^[2]^[16] 이 렌즈는 5군 5매로 구성되었으며, 구름 기록용으로 제작된 기본 특허 설계는 17 mm f/6.3 렌즈였다.^[17] 움보(Umbo)는 AEG 렌즈를 예술적인 목적으로 사용했다.^[18]

AEG ''바이트빈켈오브젝티브(Weitwinkelobjektiv)''는 이후 니폰 코가쿠(Nippon Kogaku) '피쉬아이-니코르(Fisheye-Nikkor)' 16 mm f/8 렌즈의 기초가 되었다.^[17]^[19] 니콘은 일본 제국 해군에 광학 장치를 공급하는 계약을 맺고 있었으며, 강철 조약에 따라 AEG 설계에 접근했을 가능성이 있다.^[19]

1938년, 칼 자이스 AG의 로버트 리히터는 항공 감시에 사용된 '플레온(Pleon)' 렌즈를 개발했다.^[20] ''플레온(Pleon)''은 약 130°의 시야를 커버하는 등거리 투영을 제공했으며, 왜곡을 제거하기 위해 특수 보정 확대기를 사용하여 네거티브 인화했다.^[2]^[21]

제2차 세계 대전 이후, 니콘은 군사용으로 개발된 피쉬아이-니코르 렌즈를 상업용으로 출시하여 대중화에 기여했다. 특히 1962년에 출시된 35mm 카메라용 'Fisheye-Nikkor' 8mm f/8 렌즈는 어안 렌즈의 대중적 사용을 증가시켰다.

2. 1. 한국에서의 발전

한국에서는 1990년대 후반부터 PC통신과 인터넷의 발달로 디지털 카메라가 보급되면서 어안 렌즈에 대한 관심이 높아졌다. 2000년대 초반, 쌈지길, 올림푸스, 캐논 등에서 출시한 디지털 카메라와 호환되는 어안 렌즈 컨버터들이 인기를 끌었다. 2010년대 이후, 스마트폰 카메라의 성능 향상과 함께 다양한 스마트폰용 어안 렌즈 액세서리가 등장하여 어안 렌즈의 대중화에 기여했다. 삼양옵틱스(Samyang Optics)는 다양한 종류의 어안 렌즈를 생산하는 대표적인 한국 기업으로, 특히 입체 투영 방식의 렌즈로 유명하다.

3. 종류

어안 렌즈는 이미지 서클의 크기에 따라 원형 어안 렌즈와 대각선 어안 렌즈(풀 프레임 어안 렌즈)로 나뉜다.

'''원형 어안 렌즈(Circular Fisheye Lens):''' 이미지 서클이 필름 또는 센서 영역 ''내부에'' 위치하여 원형의 이미지를 생성한다. 180° 또는 그 이상의 화각을 가지며 이미지의 가장자리는 검게 나타난다.^[89] 니콘은 남극 탐험을 위해 35 mm 필름용 6 mm 원형 어안 렌즈를 제작했는데, 이 렌즈는 하늘 전체와 주변 지면을 위로 향했을 때 캡처하도록 설계된 220°의 시야를 가졌다. 이 렌즈는 더 이상 제조되지 않으며,^[49] 현재 퀵타임 VR 및 IPIX와 같은 대화형 가상 현실 이미지를 생성하는 데 사용된다. 매우 넓은 시야각으로 인해 매우 크며, 무게는 5.2kg, 직경은 236mm, 길이는 171mm이고, 화각은 220도이다. 일반적인 35 mm SLR 카메라를 압도하며,^[50] 대형 장초점 렌즈 또는 망원 렌즈에서 일반적으로 볼 수 있는 렌즈 마운트에 가해지는 부담을 줄이기 위한 자체 삼각대 장착 지점을 가지고 있다. 이 렌즈는 극히 희귀하다.^[51]

최근에는 일본 제조업체 Entaniya가 35 mm 풀 프레임에서 최대 250°의 화각을 가진 여러 어안 렌즈를 제공하며, 더 작은 센서에서는 최대 280°의 화각을 제공한다. 2018년, 비너스 옵틱스는 마이크로 포서드 시스템용 210° 어안 렌즈를 출시했다.^[52]

'''대각선 어안 렌즈(Diagonal Fisheye Lens):''' 이미지 서클이 필름 또는 센서 영역을 완전히 덮어 직사각형의 이미지를 생성한다.^[89] 대각선 방향으로 약 180°의 화각을 가진다. 대량 생산된 최초의 대각선 어안 렌즈 중 하나는 1970년대 초에 제작된 Nikon Fisheye-Nikkor F 16mm 였다.

'''세로 어안 렌즈(Portrait Fisheye Lens):''' 원형 어안 렌즈와 대각선 어안 렌즈의 중간 형태로, 이미지 서클이 필름 형식의 너비에 최적화되어 있다. 결과적으로 원형 이미지가 위아래로 잘리지만 좌우에는 검은색 가장자리가 여전히 표시된다.^[56]

사용 형식 유형
원형		잘린 원형	풀 프레임

3:2	52% 센서	78% FOV, 92% 센서	59% FOV
4:3	59% 센서	86% FOV, 90% 센서	61% FOV
35 mm 원형 어안 렌즈		기본적인 렌즈 후드가 있는 풀 프레임 어안 렌즈
ESO의 VLT 이미지는 원형 어안 렌즈로 촬영되었다.		DX-format 카메라를 사용한 35 mm 원형 어안 렌즈	좁은 공간에서 사용된 대각선 어안 렌즈 (Nikkor 10.5 mm)

4. 사영 방식 (매핑 함수)

카메라가 내부 중심에서 왼쪽 벽을 바라보며 촬영할 원본 터널. 일반어안직선스테레오그래픽^[78]등거리등각 입체각정사영다른 이름놈자형, 원근법, 일반파노라마, 컨폼, 평면 투영도선형, 선형 스케일동일 면적직교이미지

매핑 함수^[77]

r = f \tan \theta

r = 2 f \tan \frac \theta 2

r = f \, \theta

r = 2 f \sin \frac \theta 2

r = f \sin \theta

참고핀홀 카메라처럼 작동한다. 직선은 직선으로 유지된다(왜곡 없음).

\theta

는 90°보다 작아야 한다. 조리개 각도는 광축에 대칭으로 고정되며 180°보다 작아야 한다. 큰 조리개 각도는 설계하기 어렵고 높은 가격으로 이어진다.각도를 유지한다. 이 매핑은 가장자리 객체를 많이 압축하지 않기 때문에 사진 작가에게 이상적이다. 삼양옵틱스는 이러한 종류의 어안 렌즈를 생산하는 유일한 제조업체이지만 다른 브랜드 이름으로 사용할 수 있다. 이 매핑은 소프트웨어로 쉽게 구현할 수 있다.각도 거리를 유지한다. 각도 측정에 실용적이다(예: 별 지도). 파노라마 툴은 이 유형의 매핑을 사용한다.표면 관계를 유지한다. 모든 픽셀은 동일한 입체각 또는 단위 구의 동일한 면적을 뺀다. 거울 이미지처럼 보이며 볼에 특수 효과가 가장 좋다(단순한 거리), 영역 비교에 적합하다(구름 등급 결정). 이 유형은 인기가 있지만 가장자리 개체를 압축한다. 이 렌즈의 가격은 높지만 극단적이지는 않다.평면 조도를 유지한다. 최대 180° 조리개 각도에서 주변 환경이 놓여 있는 구체처럼 보인다. 이미지 가장자리 근처에서 매우 왜곡되지만 중앙의 이미지는 덜 압축된다.예시^[79]^[80]^[81](다수)

colspan=2 style="width:10.0%;" \|	입체 투영	등거리 투영	등각 투영	정사영 투영
역 매핑 함수^[77]		$f = \dfrac r {2 \tan \dfrac \theta 2}$	$f = \frac r \theta$	$f = \dfrac r {2 \sin \dfrac \theta 2}$	$f = \frac r {\sin \theta}$
원형	APS-C ( $r$ = 8.4 mm)	4.2 mm	5.3 mm	5.9 mm	8.4 mm
	135 ( $r$ = 12 mm)	6.0 mm	7.6 mm	8.5 mm	12.0 mm
	6×6 ( $r$ = 28 mm)	14.0 mm	17.8 mm	19.8 mm	28.0 mm
대각선	APS-C ( $r$ = 15.1 mm)	7.5 mm	9.6 mm	10.6 mm	15.1 mm
	135 ( $r$ = 21.7 mm)	10.8 mm	13.8 mm	15.3 mm	21.7 mm
	6×6 ( $r$ = 39.6 mm)	19.8 mm	25.2 mm	28.0 mm	39.6 mm

제조사	모델 (초점 거리, 조리개)	특징
니콘(Nikon)	Fisheye-Nikkor 시리즈	1938년 니폰 코가쿠(Nippon Kogaku, 니콘)의 피쉬아이-니코르(Fisheye-Nikkor) 16mm는 군사 및 과학적 목적으로 사용되었다.^[17]^[19] 1960년대와 70년대에 니콘 F 마운트에서 여러 주요 원형 피쉬아이 렌즈를 출시했다.
니콘(Nikon)	AF DX Fisheye-Nikkor 10.5mm f/2.8G ED	APS DX SLR을 위해 제작된 10.5mm 어안 렌즈.^[55]
캐논(Canon)	EF 8-15mm f/4L Fisheye USM	모든 초점 거리에서 180°의 화각을 가지지만, 35mm 풀프레임 카메라에서는 원형에서 대각선 어안으로 전환된다.
캐논(Canon)	EF 15mm f/2.8	FD 모델의 광학적으로 더 단순화된 후속 모델 (단종됨).^[61]
삼양옵틱스(Samyang Optics)	8mm f/3.5 Fisheye	APS DSLR용. 입체 투영법으로 유명하다.
삼양옵틱스(Samyang Optics)	12mm f/2.8 ED AS NCS Fisheye	입체 투영법으로 유명하며, 여러 SLR 및 미러리스 카메라 마운트로 제공된다.
시그마(Sigma)	4.5mm F2.8 EX DC Circular Fisheye HSM	APS-C 이미지 센서용.
시그마(Sigma)	10mm F2.8 EX DC Fisheye HSM	APS DSLR용.
펜탁스(Pentax)	DA 10-17mm Fisheye ED IF	토키나 AF 10-17mm f/3.5-4.5 AT-X DX와 공동 개발. 다양한 APS DSLR용.
토키나(Tokina)	AT-X 107 DX Fisheye 10-17mm F3.5-4.5	펜탁스 DA ED IF 10–17mm f/3.5–4.5와 공동 개발. APS-C 센서 카메라용으로 설계된 어안 줌 렌즈.