, 일드 '지속 가능한 사랑입니까? ~아버지와 딸의 결혼행진곡~'의 주제가인 이쿠타 리라의 'レンズ'에 대한 내용은
지속 가능한 사랑입니까? ~아버지와 딸의 결혼행진곡~
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| 렌즈계의 예시 |
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1. 개요
lens빛을 굴절시켜 모으거나 퍼뜨리는 도구로, 렌틸[1]과 모양이 비슷하여 그 이름을 렌즈로 붙이게 되었다.[2]
2. 렌즈의 광학적 분석
2.1. 얇은 렌즈 방정식
2.2. 두꺼운 렌즈
3. 렌즈의 종류
3.1. 구면 렌즈
렌즈의 표면을 구면으로 연마한 렌즈. 가장 대중적인 렌즈이며, 가장 많이 제작된다.그러나 이 렌즈의 경우 상이 한 초점으로 모이지 않는다는 단점이 있는데, 그것을 구면수차라 한다.
3.2. 비구면 렌즈
렌즈의 표면을 구면이 아닌 곡면으로 연마한 렌즈.
구면 수차 및 왜곡을 억제하기 위해 사용된다.
다만, 렌즈의 제작 비용이 높기 때문에 단가가 높아진다는 단점이 있고, 대형화가 쉽지 않다는 단점 또한 있다.
3.3. 굴절률 구배 렌즈
GRIN 렌즈라고도 불린다.
굴절율이 중심축을 기준으로 점진적으로 변하게 된다. 즉 렌즈에 평행하게 입사한 빛은 어느 한 점에서 모이는 것.
샤프심처럼 가늘고 길게 생긴 것이 특징이다.
3.4. 프레넬 렌즈
3.5. 기타 렌즈
- 메타 렌즈
- 회절 렌즈
- 반사 렌즈가
- 가우스 렌즈
4. 렌즈의 볼록과 오목
-
볼록 렌즈
빛을 한 점으로 모으는 렌즈. 초점거리를 벗어나면 상이 뒤집힌다. 망원경, 카메라, 현미경 등 광학기구에 사용되며, 원시용 안경에도 쓰인다. 눈 안에 있는 수정체도 일종의 볼록렌즈이며 자동차의 전조등에도 많이 사용되고 있다.
-
오목 렌즈
빛을 퍼뜨리는 렌즈. 근시용 안경에 주로 사용한다.
카메라에는 단일 볼록 렌즈를 사용할 경우 심각한 분산 및 수차가 발생하기 때문에 복수의 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 조합하여 사용한다. 굴절 망원경에도 같은 이유로 오목 렌즈가 사용된다.
5. 렌즈의 크기 확대의 애로점
같은 위치의 오목 및 볼록 거울들보다 빛을 잘 모으나 크기를 쉽게 늘리기 힘들다는 단점이 커서 대물이 필요한 경우에는 사장되는 경우가 많다. 예를 들어 직경 [math(1.2\,{\rm m})]짜리 천체 망원경을 만든다고 생각해보자. 오목 거울을 이용한 반사 망원경이라면 한쪽 면만 정밀하게 연마하면 그만이고, 구조상 빛을 모아주는 주경 역할을 하는 오목 거울이 망원경의 하단부에 위치하는 데다가 중간에 다른 거울, 렌즈를 조합해서 초점거리에 비해서 경통을 짧게 제작하기에 용이하다.그러나 렌즈를 사용한 굴절 망원경이라면 주경이 되는 볼록 렌즈가 망원경의 맨 앞에 위치하는데다가 그 큰 렌즈의 양면을 정밀히 연마해야 되고, 게다가 렌즈의 초점거리가 길어도 경통을 짧게 만드는 것이 힘들어서 대구경의 렌즈를 제작하기도 힘들고 망원경 자체를 만드는 것도 쉽지 않은 일이다. 이렇기 때문에 같은 구경의 렌즈와 반사경을 비교해보면 렌즈의 제작이 더 힘들고 비용도 많이 들어간다. 현재 세계 최대의 굴절 망원경은 1897년에 제작된 미국 여키스 천문대에 있는 [math(1.01\,{\rm m})] 지름의 굴절 망원경인데, 그 이후로 이보다 큰 반사 망원경이 많이 제작되었고 현재 제작 중인 칠레 안데스 산맥에 위치한 라스 캄파나스 천문대의 거대 마젤란 망원경은 [math(8.4\,{\rm m})] 지름의 반사경을 7개를 사용하여 구경이 [math(25\,{\rm m})]에 이른다.
6. 분산성
렌즈의 경우에는 빛의 파장에 따라서 굴절되는 정도가 차이가 있다. 프리즘이 백색광을 분해하는 원리가 그 굴절률 차이. 이 때문에 대형 렌즈를 사용하면 상의 외각 부분이 무지개색으로 보이는 문제가 생기며 이를 색수차라 부른다. 복수의 특수 소재를 사용한 오목 및 볼록 렌즈를 적절히 이용하여 색수차를 줄이는 것도 가능하지만 이 경우 가뜩이나 높은 제작비/유지비가 몇 배로 늘어나게 된다. 전투에 사용할 목적으로 조금이라도 더 높은 품질을 요구하는 고품질 저격용 조준경이나 야간투시경의 렌즈는 한도 끝도 없이 비싸지곤 한다.
6.1. 색분산 저감 렌즈
6.1.1. 형석 렌즈
6.1.2. 저분산 렌즈
7. 렌즈의 이용
7.1. 시력 보정용 렌즈
7.2. 시력 유지용 렌즈
MC 렌즈라고도 부르며 특수 코팅 및 각종 미세 장치를 통해 시력의 감소를 막아 주는 렌즈다. 가격이 비싸고 렌즈 사이즈가 크다.7.3. 사물 확대 및 관찰용 렌즈
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대물 렌즈
물체와 마주하는(對物) 렌즈. 흔히 카메라의 렌즈가 이쪽이며, 구경이 길어지면 길어질수록 배율이 늘어나는 특징이 있다.[3]
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접안 렌즈
안구에 맞닿는(接眼) 렌즈. 대물과는 반대로 구경이 짧아지면 배율이 늘어난다.
8. 촬영용 렌즈
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카메라용 렌즈 관련 용어 |
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초점 거리에 따른 구분 | ||
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광각렌즈 (-35mm) |
표준렌즈 (35-70mm) |
망원렌즈 (70mm-) |
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| 용도에 따른 구분 | |||
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8.1. 용어
8.1.1. 초점거리
8.1.2. 화각
8.1.3. 조리개
8.1.4. F값
8.1.5. 피사계 심도
8.1.6. 보케
8.1.7. 렌즈 마운트
8.2. 화각에 따른 구분
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광각렌즈
넓은 시야를 표현할 수 있는 렌즈로, 보통 유효 초점거리가 35mm 이하인 렌즈를 광각으로 분류한다. 유효 초점거리 16mm 이하는 초광각으로 분류하기도 한다.
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표준렌즈
말 그대로 사람의 표준 시각에 가까운 화각을 가진 렌즈로, 40mm에서 60mm정도까지를 표준으로 분류한다. 특히 초점거리가 50mm 언저리인 렌즈들은 카메라의 역사를 통틀어서 가장 많이 만들어지고 널리 쓰인 렌즈이다.
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망원렌즈
화각이 좁아 멀리 있는 사물도 크게 표현할 수 있는 렌즈로, 보통 70mm를 넘어서는 초점거리를 망원이라고 분류한다. 그 중에서도 200mm를 넘으면 장망원이라고 따로 분류하기도 한다.
8.3. 줌의 유무에 따른 구분
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줌렌즈
초점거리를 바꿀 수 있는 렌즈이다. 예를 들어 24-70mm 줌렌즈는 광각인 24mm부터 단망원인 70mm까지 초점거리를 조절할 수 있다. 필요에 따라 화각을 조절할 수 있어 다양한 상황에서 두루두루 쓸 만한 범용성이 장점이다. 반면 구조적으로 단렌즈보다 화질이 떨어지고 조리개값이 큰 경우가 많다.
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단초점렌즈
초점거리가 일정한 렌즈. 일반적인 스마트폰 카메라는 대부분 단초점렌즈[4]로 구성되어있다. 고정된 초점거리에 최적화된 설계 덕분에 보통 줌렌즈보다 크기가 작고 가격 대비 화질이 우수하다.
8.3.1. 줌의 종류
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광학 줌
렌즈의 물리적 움직임을 통해 줌을 조절하는 방식이다. 카메라 렌즈가 직접 움직여서 초점 거리를 변경해 피사체를 확대하거나 축소한다. 화질 손상이 없으며, 카메라 렌즈의 성능에 따라 줌의 품질이 결정된다.
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디지털 줌
이미 찍힌 이미지를 전자적으로 확대하는 방식이다. 사진이나 영상을 확대하는 것이므로, 확대할수록 화질이 저하된다. 쉽게 말해, 이미지를 크롭한 후 그 크롭된 부분을 확대하는 것과 유사하다.[5]
8.4. 용도에 따른 구분
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매크로렌즈
최소 초점 거리가 짧아 작은 피사체도 크게 표현할 수 있는 렌즈이다. 물체 가까이에 다가가서 찍을 수 있어서 접사 렌즈라고 불리기도 한다.
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포트레이트 렌즈
초점거리 85mm 전후로, 조리개값이 f/1.8 이하인 렌즈들을 흔히 인물용 렌즈로 부른다. 모델과 사진사가 너무 멀지도 가깝지도 않은 적당한 거리에서 작업할 수 있고, 밝은 조리개 덕분에 상반신이나 전신을 찍어도 부드러운 배경흐림을 나타내어 인물 사진에 적합하다.
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아나모픽 렌즈
상하 굴절률과 좌우 굴절률이 다른 렌즈. 시네마스코프 영화를 촬영하거나 상영할 때 쓴다. 일부 아나모픽 렌즈의 경우 방송에도 쓰였는데, 과거 일부 좌우 굴절률이 낮은 아나모픽 렌즈 어댑터는 SDTV에 최적화된 4:3 비율의 촬상소자를 가진 카메라를 HDTV 표준 화면비인 16:9 촬영에 사용할 수 있게끔 하는 용도로 쓰였다.
-
틸트-시프트렌즈
틸트와 시프트 기능이 가능한 렌즈. 주로 건축물의 왜곡없는 사진을 얻거나 미니어처 효과 등 특수한 사진을 얻기 위해 사용된다.
9. 기타
- 렌즈는 대체로 유리로 만들어진다고 주로 알려져 있으나 정작 카메라 렌즈를 빼면 생활에서 접하는 렌즈 중 유리로만 된 것은 그리 많지 않다. 당장에 가장 찾기 쉬운 렌즈인 안경알과 카메라도 일부 렌즈는 합성수지로 만들어진다.
- 빛인 가시광선을 제외한 전자기파를 굴절시키는 것도 렌즈라고 부르는 경우가 있다. 중력렌즈라는 것도 있는데, 중력 렌즈란 우주에서 블랙홀 같은 거대한 질량을 가진 별들의 중력 때문에 천체가 왜곡되어 보였기 때문에 붙여진 이름. 한때 퀘이사나 은하를 능가하는 상식을 초월하는 크기의 거대 아크(ARC)가 발견되어서 천문학계가 몹시 흥분한 적이 있었다. 그런데 후에 그 정체가 별들이 만들어내는 중력이 흡사 렌즈처럼 작용해서 만들어진 허상이었다는 게 밝혀졌다.
- 렌즈의 제조 기술은 해당 국가의 광학 기술을 가늠하는 척도가 되기도 한다. 렌즈 연마 기술뿐만 아니라 렌즈 코팅 기술이나 고정 기술 등이 복잡하게 얽히기 때문에 고품질 렌즈를 만드는 것은 생각보다 어렵다. 또한 광학 기술은 국방 기술력과 큰 연관이 있는데, 각종 무기의 조준기를 개발하는 데 있어 정밀 광학 기술은 필수이기 때문이다. 또한 의료기기나 반도체 제조 장비를 만들 때도 고성능의 렌즈는 가장 중요한 부품으로 들어가며, 이 때문에 전략 물자 취급을 받아 여러 나라에서 일정 품질 이상의 렌즈나 그 제조 방법의 무역을 금지하고 있다.
[1]
라틴어로 lens
[2]
빛의 분산성까지 고려된 보다 정확한 정의는
이 글을 참고.
[3]
대신 배율이 높아질수록
화각이 좁아진다.
[4]
또는 여러 개의 단초점렌즈
[5]
일부 고급 스마트폰은 디지털 줌에서도 인공지능 기반의 이미지 처리 기술을 사용해 화질 저하를 최소화하려고 노력한다.