[SLR] 캐논 EF 렌즈 기술

캐논 EOS 300D가 출시되면서 등장한 디지탈 전용 렌즈 EF-S 렌즈가 캐논 EOS 20D의 출시를 앞두고 추가로 2개의 렌즈를 더 발표하였습니다. EF-S 렌즈는 DSLR에 맞게 설계되어, 현재까지는 EOS 300D와 EOS 20D에만 사용가능합니다. 이 렌즈는 캐논 DSLR에 맞게 고사양으로 발표되어서 유저들의 높은 관심을 받고 있습니다. 이처럼 캐논 렌즈는 점차 기술력을 더해가고 있습니다.

  그럼, 오늘은 캐논측에서 발표한 캐논 EF 렌즈의 전반적인 특징을 살펴보도록 하겠습니다.

 

1. 렌즈 구성

 

  프리즘에 태양광을 통과시키면 무지개 색의 스펙트럼이 보입니다. 이는 빛의 파장에 의한 굴절, 분산의 차이로 발생하는 것으로 카메라의 색수차와 관련이 있습니다. EF 렌즈는 색수차를 거의 완벽하게 제거하며 초점거리가 긴 망원 렌즈를 설계하였습니다.

 

2. 비구면 렌즈

 

  카메라용 렌즈는 구면으로 구성된 단렌즈를 복수 조합하여 만들어집니다. 그러나 대구경 렌즈의 구면수차, 초광각 렌즈의 왜곡 수차를 없애는 것은 어렵다고 알려져 있습니다. 수차를 보정하여 이상에 가까운 자유 곡면을 가지는 비구면 렌즈는 가공의 어려움이 있어 이상의 렌즈로만 알려져 있습니다.

 

  캐논은 1971년에 SLR용 교환 렌즈로 처음 비구면 렌즈를 채용하였고, 이후 초정밀 유리 몰드 비구면 렌즈, 초정밀 플라스틱 몰드 비구면 렌즈, 중첩 레플리카 비구면 렌즈 등을 개발하여 채용하고 있습니다. 유리 몰드 비구면 렌즈는 유리를 바로 형상화하는 초정밀 비구면 렌즈 몰딩기로 생산되고, 중첩 레플리카 비구면 렌즈는 자외선 경화용 수지 필름으로 형상화된 비구면 표층을 구면 렌즈에 붙인 것입니다.

 

3. 이너/리어 포커스

 

  SLR렌즈는 렌즈를 앞뒤로 이동하여 초점을 조절합니다. 이 때문에 모터로 렌즈를 구동하는 AF렌즈에서는 포커스계 렌즈의 중량이 초점 조절 속도에 크게 영향을 미칩니다. 캐논에서는 최단 촬영 거리에서부터 무한대까지 빠른 포커싱 속도를 실현하기 위해 렌즈 구성의 일부를 포커스계 렌즈로 했습니다. 초점을 맞출 때 이동하는 렌즈의 총중량이 줄어들어 이너 포커스, 리어 포커스의 설계가 기술이 확립되었으며 빠른 AF 조절도 가능합니다.

 

 

 

4. 플로팅 시스템

 

 

  렌즈는 일반적으로 사용빈도가 높은 촬영거리를 기준으로 각 수차 보정이 이루어지도록 설계됩니다. 그래서 사용빈도가 낮은 거리, 특히 근거리 촬영에서는 수차가 발생하기 쉽습니다. 이것을 피하기 위해 캐논은 플로팅 시스템을 개발하여 채용했습니다. 플로팅 시스템은 렌즈의 일부를 촬영거리에 연동해 이동시키는 것으로 촬영거리 전역에 걸쳐 제수차를 최소한으로 억제합니다.

 

 

 

5. USM (Ultrasonic Motor, 초음파 모터)

 

  EOS의 오토 포커스는 모두 렌즈 내 구동 모터 방식입니다. 캐논은 초음파 모터인 USM을 처음으로 채용하였는데, USM은 최신 기술을 바탕으로 초음파 진동에너지의 모터를 회전시키기 때문에 조용하고 빠릅니다. USM을 채용하고 있는 렌즈는 거의 소음이 없고, 오토 포커싱이 빠르고 정밀합니다.

 

 

  직접 구동방식 구조는 기어열이 없어 매우 단순합니다. 이처럼 직접 구동하는 방식은 내구성과 효율성을 높여주며 전원의 소비가 거의 없습니다. 대구경 렌즈에는 링 USM을, 소형 렌즈에는 마이크로 USM을 채용하여 각 렌즈에 최적인 모터 탑재로 고속, 고정밀의 AF 결과를 가져옵니다.

 

   링타입 USM                마이크로 USM

 

 

6. UD 렌즈 / 슈퍼 UD 렌즈

 

  UD 렌즈는 저굴절, 저분산 특성의 광학 재료로 개발한 UD(Ultra Low Dispersion) 렌즈입니다. 1993년에는 UD 렌즈의 광학 성능을 큰 폭으로 향상시킨 슈퍼 UD 렌즈를 개발하였는데, 이로 인해 제품의 고성능화, 컴팩트화를 실현하고 있습니다.

 

 

7. IS (Image Stabilizer, 흔들림 방지)

 

  손떨림이 사진에 영향을 끼치지 않는 셔터 스피드는 보통 "1/초점거리"초 이상입니다. 그래서 초점거리가 긴 망원 렌즈에서는 손떨림 현상이 발생하기 쉽습니다. 좋은 렌즈를 사용한다 해도 카메라 흔들림은 어쩔 수 없습니다. 개인의 차이도 있기 때문에 삼각대를 사용하여 안전하게 촬영하는 것을 권하고 있습니다. 그러나 무거운 짐이 부담되는 여행 중이거나 삼각대를 사용할 수 없는 환경이라면 흔들림 때문에 저속 셔터의 사용은 불가능한 걸까요?

 

 

 

  이러한 문제점을 해결하기 위해 연구된 것이 SLR 렌즈 내에 손떨림 보정 기능입니다. 캐논은 IS(Image Stabilizer) 렌즈를 개발하였고, 손으로 들고 촬영할 때 셔터 스피드의 범위가 최대 2스텝까지 증가되므로 슬로우 셔터 촬영이나 망원 렌즈 촬영 시 유리합니다.

  IS 렌즈는 몇 제품을 제외하고는 2가지 IS 모드를 지원합니다. 하나는 이미지 흔들림 방지, 또 하나는 팬 촬영용입니다.

 

IS 미사용               IS 사용  

 

 

8. DO(Diffractive Optics) 렌즈

 

  빛은 장애물의 구석을 통과할 때, 장애물의 뒤편으로 도는 성질이 있는데, 이를 "회절"이라고 합니다. 그리고 이 회절 현상을 이용해 빛이 진행될 방향을 변화시킨 렌즈가 "회절 광학 소자"입니다. 회절 광학 소자 방식은 CD/DVD 플레이어 등의 레이저 광 신호를 읽어내는 광학계에 채용되고 있습니다.

 

 

  회절 광학 소자에는 굴절 렌즈에는 없는 여러 가지 광학 특성이 있습니다. 일안리플렉스의 교환 렌즈에 응용하면 "초소형, 초경량, 고화질"의 특성을 끌어낼 수 있습니다. 그러나 자연광(백색광)의 경우, 일부 빛이 불필요한 회절 빛으로 발생하여 렌즈 플레어를 발생하게 하므로 촬영용 렌즈에 응용하는 것은 곤란했습니다.

 

 

  캐논은 독창적인 "적층 구조"를 개발하여 "DO렌즈"를 완성시켰는데, 이 렌즈의 최대 특징은 파장마다 결상 위치가 기존의 광학 렌즈(굴절 렌즈)와는 거꾸로 되는 것입니다.

 

  빛의 파장이 길수록 큰 회절각으로 이미지가 렌즈에 더 가까이 형성되고 파장이 짧을수록 회절각이 작아 이미지는 렌즈에서 더 멀리 형성됩니다. 아래 그림처럼 두 개의 렌즈를 함께 배치하면 서로의 색수차가 상쇄되어서 이런 광학적 결함을 보정하는데 효과적입니다.

DO렌즈는 굴절 렌즈와 조합하여 광학계를 구성하는 것이므로 색수차를 보정할 수 있고, 회절 격자의 간격을 조정하는 것으로 비구면 렌즈와 같은 광학 특성을 얻을 수 있어 구면 수차도 양호하게 보정합니다. 그러므로 형석 렌즈와 비구면 렌즈의 특징을 겸비한 혁신적인 광학 렌즈입니다.

 

 

 

  특히 특정한 광학적 결함이 발생하기 쉬운 슈퍼 망원 렌즈 설계 시 효과적이며 일반 렌즈에서 볼 수 있는 여러 줄의 칼라 무늬가 나타나지 않는 선명하고 깨끗한 윤곽을 볼 수 있습니다.

 

  렌즈 경통의 초록 라인은 캐논이 처음으로 형석 렌즈를 채용한 렌즈에서 보인 것으로 DO 렌즈를 상징하는 것입니다.

 

캐논 EF 400mm f/4 DO IS USM