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by MySnap Aug 03. 2018

SEL1635GM/A7RIII Review #4

색수차에 대해 알아보자

프롤로그

우리가 렌즈에 대해서 이야기를 할 때, MTF 차트와 더불어 알고 있으면 도움이 되는 지식이 하나 있다. 바로 수차에 대한 정보들이다. 비점 수차, 색수차 등에 대한 용어의 의미를 자세히 모른다면 새로운 렌즈가 나올 때마다 누군가 좋다 나쁘다를 평가할 때 나만의 기준이 없이 누군가의 기준에 맞게 나도 평가를 하게 되는데, 그러면 이 렌즈가 좋다 나쁘다에 대한 판단 기준을 스스로 할 수 없게 된다. 그래서 렌즈를 구매할 때 나의 기대치는 하늘을 찌르게 되지만, 막상 받아서 테스트를 해보면 렌즈의 성능이 나의 기대치를 못 미치게 된다. 아니면, 남들이 좋다고 하니 일단 좋아 보이기도 한다.

그래서, 우리는 이번 편을 통해서 렌즈를 평가할 때 말하는 각종 수차(색수차, 왜곡 수차 등)에 대해서 한번 심도 깊게는 아닌, 의미를 이해할 수 있을 정도만 한번 얘기해보고자 한다.

수차(aberration)에 대한 이론

#1. 색수차 (chromatic aberration, 色收差)

색수차는 피사체의 주변에 빛이 번져 무지갯빛으로 보이는 현상이다. 그물, 전깃줄, 철망, 나뭇가지(솔잎) 등 얇거나 끝이 날카로운(?) 피사체에서 자주 나타나는데, 사진 상으로 보면 대부분 보라색을 띠기도 한다. 아래 사진의 지붕 밑에 보이는 보라색 선 같은 것이다.

색수차

렌즈에서 색수차를 얼마나 억제를 위해 노력을 했느냐(가격이 비싸진다)에 따라서 그 정도의 차이가 발생하게 되는 것이다. 그래서 렌즈 리뷰를 할 때 색수차를 잘 잡아준다고 하는 글들을 보면, 얇은 선들을 가지고 많이 설명하는 것을 볼 수 있다.

그러면, 왜 발생을 하는 것일까. 우리가 초등학교 때 빛을 프리즘을 통해서 보면 빨간색부터 보라색까지 무지개색으로 표현되는 것을 볼 수 있다. 빛은 색깔에 따라서 파장이 다르기 때문에 프리즘을 지날 때 색깔별로 굴절률이 달라져서, 무지개색처럼 표현이 되는 것이다.

네이버 지식 백과에서 발췌.

이와 같은 이유로 우리가 사진을 찍을 때 빛이 렌즈를 지나게 되면, 각 색에 대한 굴절률 차이로 인해서 빛이 모이는 지점의 차이가 발생해서 색수차가 나타나게 되는 것이다. 여기서 다시 생각해보면, 굴절률의 차이로 인해서 빛이 모이는 지점이 달라진다면, 렌즈와 빛이 모이는 지점(센서) 사이에 한 곳에 모이도록 도와주는 또 다른 렌즈를 장착하게 된다면, 색수차의 정도를 줄일 수 있다는 말과 같게 된다.

이렇게 도와주는 렌즈를 아포크로메틱 렌즈라고 부르는데, 굴절률이 다른 여러 개의 렌즈를 중첩시켜서 만든다. 유리의 재질에 따라 ED 렌즈, SD렌즈, 프로라이트 렌즈 등으로 나뉘는데, 흔히 우리가 소니 렌즈의 스펙에서 보는 ED 렌즈(Extra-Low Dispersion, 특수 저분산 렌즈)가 대표적인 것이라고 보면 되겠다. 요약하자면, 소니 렌즈에서 ED 렌즈가 들어갔다는 것은 색수차를 줄이기 위해 노력했다는 것이다.

SEL 1635 GM 렌즈 구조

소니 SEL1635GM 렌즈의 비구면 렌즈 설명

#2. 구면 수차 (spherical aberration, 球面收差)

구면 수차는 렌즈의 광학적 구조 때문에 발생하는 것으로, 빛으로 발생하는 색수차를 제외한 대부분을 표현한다. 쉽게 표현을 하자면, 렌즈는 볼록 렌즈, 또는 오목렌즈로 분류할 수 있다. 평면이라고 하더라도 피사체의 상이 렌즈를 통과하는 순간 완전 100% 그 모양을 그대로 재현할 수가 없다. 그 이유는 우리가 지금 얘기하고 있는 구면 수차 때문인데, 넓은 의미로는 왜곡 수차, 비점 수차 등을 모두 포함하지만 여기에서는 이론에 대한 지식을 얻기 위함임으로 좁은 의미로 파악하고자 한다.

조금 더 쉽게 표현하자면, 렌즈의 중심으로 지나가서 맺히는 상의 위치와 주변부로 (굴곡진 부분) 맺힌 상의 위치가 달라서 발생하는 것이 된다.

이해가 안 된다면, 거리에 나가서 도로에 있는 볼록 거울을 한번 쳐다보자. 아니면 숟가락의 뒷면을 한번 쳐다보자. 그러면 이해가 될 것이다.

이상적인 렌즈 설계는 아래의 그림 A. 와 같을 것이고, 우리가 얘기하고자 하는 구면 수차는 그림 B.처럼 발생한다.

그림 A. 이상적인 렌즈 설계 (네이버 지식 백과 발췌)

그림 B. 구면 수차 발생하는 원인 (네이버 지식 백과 발췌)

피사체가 흐릿해 보이거나, 빛 번짐처럼 발생하는 이유가 바로 구면 수차 때문인데, 이 역시 비구면 렌즈(Aspherical lens)라는 특수 렌즈를 통해서 색수차처럼 잡을 수가 있다. 렌즈의 주변부에서 틀어진 상의 위치를 다시 제대로 맺힐 수 있게 도와주는 렌즈로서, ED 렌즈와 함께 비구면 렌즈는 렌즈를 설계할 때 가장 기본적으로 포함이 된다. 즉, ED 렌즈와 비구면 렌즈가 포함되어 있다는 것은 해상력이 좋아진다고 할 수 있겠다.

#3. 비점 수차 (Astigmatism)

비점 수차는 피사체의 상이 렌즈를 지나갈 때 수직 방향으로 지나가는 상과, 수평 방향으로 지나가는 상의 위치 차이가 발생해서 발생하는 것이다. 비점 수차가 발생하게 되면 상이 찌그러져서 보이는 문제가 발생하게 된다. (아래의 그림 참조)

비점 수차 설명

비점 수차가 발생하면, 상이 찌그러져보인다.

비점 수차를 잡는 방법은 크기는 같지만, 반대의 비점 수차를 가지는 렌즈를 추가하면 잡을 수 있게 된다. SEL1635GM은 16매의 렌즈로 구성되어 있는데, 이 중에 비점 수차를 잡는 렌즈도 같이 포함이 되어 설계가 되어있는 것이다.

#4. 왜곡 수차 (distortion)

우리가 광각 렌즈를 설명할 때, 혹은 평가할 때 광각에서 오는 왜곡을 잘 잡았다고 표현을 한다. 위의 수차와 다르게 왜곡 수차는 점이 아닌 면 왜곡으로 보면 된다. 즉, 한 점이 아니라 상 전체적인 모습과 관련이 있는 것이다. 발생하는 이유는 광축 (렌즈 중심)으로부터 거리에 따라 광학 배율이 달라지게 되면서 발생하게 되는데, 원래 상의 크기보다 증폭돼서 보이거나 축소돼서 보이는 문제가 생기는 것이다.

해상력과 상관은 없지만 왜곡은 잘 잡아야 한다. 특히, 인물 사진을 촬영할 때 왜곡의 정도에 따라 사람의 인상과 모습이 조금씩 차이가 발생하게 된다. 나는 사진을 찍으면 뚱뚱하게 보여, 난 사진빨이 잘 받아 이런 것들이 왜곡과 관련 있다고 보면 된다.

모든 렌즈마다 조금씩 왜곡 수차는 발생한다. 하지만 화각 등에 따라 그 정도는 차이가 덜하거나 심할 수 있는데, 광각 렌즈 계열에서 주변부에서 특히 심하게 발생한다. 그래서 광각 렌즈를 평가하는 기준의 하나가 바로 이 왜곡에 대해서 얼마나 잘 잡았는가가 되는 것이다.

왜곡 보정 OFF / ON의 차이

왜곡 보정은 사진 편집 프로그램(포토샵, 라이트룸 등)에 이미 등록되어있는 각 렌즈의 Profile을 통해서 잡을 수 있으며, JPG의 경우 카메라에서 왜곡 보정을 설정하면 왜곡을 잡은 결과물을 얻을 수 있다.

편집 프로그램에서 제공하는 왜곡 보정 프로파일

물론, 광학적인 설계에서도 이를 최대한 잡기 위한 설계를 하는 것이나 100% 완벽하게 잡은 렌즈는 지금까지 못 봤다. 다만, 왜곡 보정을 했을 때 그 차이가 엄청 미미한 렌즈들은 최근에 등장하는 고급 렌즈군에서 볼 수 있다. (특히, 85mm의 렌즈)

#5. 상면 만곡 (curvature of image field, 像面彎曲)

상면 만곡은 #3에서 설명한 비점 수차와 관련이 있는데, 평면의 상이 광학 렌즈를 통과하면서 평면으로 맺히지 않고 곡면으로 맺히는 현상을 말한다. 이 역시 비점 수차처럼 특수 렌즈를 통해서 보정할 수 있다.

상면 만곡 수차 설명 (네이버 발췌)

#6. 코마수차 (coma aberration)

렌즈에 입사되는 빛이 평행하게 들어오지 않고, 다양한 각도에서 들어오게 되는데 이때 입사되는 각이 심하면 빛이 상에 맺히지 않고 다른 부위에 꼬리를 끄는 혜성 모양으로 형상되는 광학 수차이다. 그래서 렌즈의 주변부에 이런 현상이 많이 발견되며, 렌즈의 설계에 따라 주변부 화질 저하 현상이 심하게 나타날 수도 있다. 이런 현상은 별을 관측할 때 나타나기도 하며, 피사체 주변에 있는 조명의 영향으로도 발생할 수 있다.

코마 수차 예제

코마 수차 설명 (네이버 발췌)

에필로그

이번 내용에서는 렌즈를 이해하기 위한 수차에 대해서 간략히 알아봤는데, 사실 색수차, 왜곡 수차, 구면 수차에 대해서만 이해를 해도 렌즈의 특성을 파악하는데 도움이 된다. 최근에 출시되는 렌즈들은 수차를 줄이기 위한 설계가 아주 뛰어나기 때문에 직접 눈으로 느낄 정도로 쉽게 나타나질 않는다. 그래서 코마수차, 상면 만곡 이런 부분에 대해서는 너무 깊게 이해할 필요도 없으며, 실제 정보를 모으기 위해서 여러 방면으로 자료를 수집했지만, 깊게 파고드는 자료는 차기가 매우 어려웠다.

수차에 대한 이해가 렌즈 특성을 파악하는데 도움이 된다고 하였는데, 다시 아래에 SEL1635GM 렌즈의 구조를 다시 보자.

렌즈를 구성하는데 16매의 렌즈들이 각종 수차를 잡기 위해서 들어간 것임을 알 수 있다. 제조사에서 괜히 가격을 올리기 위해서 의미 없는 렌즈들을 공간 배치하면서 넣지 않는다. 이유가 없는 설계는 없기 때문에 앞으로 향후에 나오는 렌즈에서 ED 렌즈, 비구면 렌즈가 몇 매 들어갔는지 등을 보면 대충 어느 정도의 목표를 위해서 설계된 렌즈인지 쉽게 파악할 수 있을 것이다.

요악하면, 남들이 평가하는 렌즈의 특성을 무조건 믿지 말고, 이상하더라도 렌즈의 불량을 따지기 전에 기본적으로 광학 특성에 의한 것인지 아닌지 미리 스스로 판단할 수는 있어야 사진 생활을 할 때 여러모로 도움이 된다는 것이다.

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