카메라 렌즈의 초점거리와 화각의 관계

 렌즈에 있어서 가장 중요한 스팩중 하나가 초점거리이다. 이번 포스팅은 초점거리에 관한 이론과 이해를 할 수 있는 내용으로 준비했다.

1. 렌즈의 기초와 초점거리

  1.1. 이론적인 카메라 렌즈

  카메라의 렌즈는 여러매의 렌즈들이 모여 하나의 렌즈로 구성이 되지만 이는 여러가지 수차들을 제거하기 위한 보조적인 역할을 하는것이고, 렌즈의 수량과 별개로 이론적인 광학적 중심은 하나의 볼록렌즈로 본다

  1.2. 초점거리

   빛이 렌즈의 광축과 나란하게 들어온다고 가정했을때, 렌즈를 통과한 빛은 한 점에 모이는데, 렌즈의 광학적 중심에서 빛이 한점에 모인곳 까지의 거리를 초점거리라 한다.

  1.3. 이미지 거리

  실제로 이미지가 맺히는 부분은 초점거리를 지나서 인데, 실제 상이 맺히는 위치는 이상적인 렌즈라 가정하고, 두가지 이론을 따른다.

    - 렌즈의 광축과 나란하게 지나가는 광선은 반드시 초점거리의 초점을 지나간다.

    - 렌즈의 중심을 지나가는 광선은 굴절하지 않고 직선으로  지나간다.

    위 이미지는 이 이론을 바탕으로 그린 그림이다. 

 위쪽의 그림은 광축과 나란하게 지나가는 빛은 한곳으로 모이고 그 모인 점과 광학적 중심까지의 거리가 초점 거리임을 표현한 그림이다.

아래쪽 그림은 실제 이미지가 맺히는 그림인데 파란 선을 주목해서 보면 렌즈의 광축과 나란하게 지나간 광선은 렌즈에서 굴절해 초점을 지나 이미지 센서까지 직진했고, 렌즈의 중심을 지난 광선은 굴절하지 않고 그대로 직진해 이미지 센서까지 도달했다.

이렇게 피사체에서 사방으로 퍼진 빛은 렌즈를 통해 이미지 센서의 한 점으로 모두 모이게 된다. 이렇게 모인 무수한 점들이 선이되고, 면이되어 사진이 된다.

  1.4. 사진의 초점

    렌즈 초점링을 돌리면 렌즈의 위치가 변하면서 초점을 잡게 되는데 이때도 초점거리는 변하지 않고 렌즈의 광학적 중심 위치만 이동하게 된다.

2. 초점 거리와 화각

  우선 아래 이어질 설명은 실제 렌즈가 아닌 가상의 렌즈임으로 실제 치수 같은건 무시하고,  원리만 보도록 한다.

  2.1. 화각

    화각은 피사체를 촬상면에 담을 수 있는 최대 각도를 의미한다. 조점거리에 따라 렌즈의 굴절 각도도 달라지고, 이에 따라 이미지로 담기는 면적이 달라진다. 아래의 이미지는 대략 53도의 화각을 가지고 있다. 53도 바깥에 있는 이미지는 촬상면을 벗어나게 된다.

  2.2. 초점거리에 따른 변화

  이번엔 초점거리에 따른 화각의 변화에 대해 알아보자.

    초점거리B 그림은 초점거리A 그림에서 초점거리만 1.5배 해서 그린 그림이다. 위의 이미지를 보면 몇 가지 사실을 알 수 있다. 

    1) 화각의 변화 : 조점거리가 길어지면서 화각이 좁아졌다 54도 --> 38도

    2) 렌즈의 위치변화 : 초점거리가 길어진 만큼 렌즈가 앞으로 나왔다, 망원렌즈 일수록 렌즈가 길어지는 이유가 된다.

    3) 이미지의 변화 : 위의 그림을 보면 b와 b'가 같고, a와 a'의 길이가 같은 것을 알 수 있다. 반면 피사체의 거리는 멀어졌다. 이 말은 더 멀리에 있는 피사체인데 촬상면에는 같은 크기로 담긴다는 것을 알 수 있다. 즉 멀리 있는 피사체가 크게 확대되서 찍혔다는 말이다.

3. 렌즈 표기와 화각

  3.1. 줌렌즈와 단렌즈

    이렇듯 초점거리는 렌즈의 특징을 나타나는 지표가 되기때문에 렌즈에는 초점거리를 표기하는데 줌이 안되는 렌즈는 초점거리가 변하지 않기 때문에 초점거리를 하나만 표기한다. (예 : EF 50mm F1.8)

반면 줌렌즈는 초점거리가 가변적으로 변하기 때문에 최대광각의 초점거리와 최대 망원의 초점거리를 같이 표기한다. (예: EF 24-70mm F2.8)

  3.2. 표준, 망원, 광각

    이건 딱 정해져 있는것은 아니지만 일반적으로 풀프레임 기준 50mm를 표준렌즈로 본다, 50mm 를 표준으로 보는건 인간의 화각이랑 비슷하기 때문이라고 한다.

이를 기준으로 초점거리가 길수록 망원 초점거리가 짧을수록 광각으로 분류하게 된다. 이런 기준으로 50mm를 기준으로 망원과 광각이 고르게 들어있는 24-70mm 줌렌즈를 표준 줌렌즈 라고 부르는 것이다.

마찬가지 이유로 70-200mm 줌렌즈는 50mm보다 망원으로 구성되어있는 화각의 렌즈이기 때문에 망원줌 이라고 부르고, 12-24mm 렌즈를 광각줌 렌즈라 부른다.

4. 마치며

사실 초점거리는 짧으면 광각 길면 망원 정도만 알아도 사진 찍는데는 아무 지장이 없다. 그래도 사진을 하면서 이런 이론 조금은 알아두는 것도 나쁘지 않을 것 같다. 나름 이해가 쉽게 갈 수 있도록 열심히 그림을 그렸는데, 이해가 잘 갈런지는 모르겠다 ;;

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