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머신비전 기술 백서/광학

산업용 렌즈로 Zoom lens도 적합한가요?

by ENPIDIA (주)앤비젼 2020. 3. 28.

[광학 기술 백서 #27] Zoom lens란?

B2C 카메라에서는 보통 Zoom lens를 많이 사용하는데, 그 이유는 무엇일까? 

일반적인 단초점 렌즈는 배율을 바꾸기 위해서는 렌즈와 물체 사이의 거리가 바뀌어야 하지만, Zoom lens를 사용하는 이유는 초점 거리를 바꾸면서 동일한 위치에서 배율을 바꿀수 있기 때문이다.  TV 카메라 광고에서도 보면 알 수 있듯이 Zoom lens를 사용하면 서있는 자리에서 크게도 보고 작게도 볼 수 있다.  

 

렌즈와 물체 사이의 거리, 보통 이 거리를 WD (Working Distance: 작동거리)라고 하는데, 사람의 눈이 어떠한 물체를 크게 보기 위해서 물체에 가까이 다가가듯이 렌즈도 배율이 커지기 위해서는 물체에 가까이 근접하여 WD를 짧게 유지해줘야 한다. 

먼 거리에서 고양이를 촬영하는 경우 :  저배율, WD가 길다.
근접하여 고양이를 크게 촬영하는 경우: 고배율,  WD 가 짧다.

 

이렇게 일반적인 단초점 렌즈들이 배율을 바꾸기 위해 WD를 변경해야 하는 단점을 보완하기 위해 만든 제품이 Zoom lens로, 앞서 말한 것처럼 동일한 Working Distance를 유지하면서 배율을 바꿀 수 있다는 장점을 갖고 있다.  하지만, Zoom lens는 이러한 기능을 구현하기 위해 단초점 렌즈보다 많은 양의 렌즈알이 사용되기 때문에 일반적으로 렌즈의 성능이 단초점 렌즈에 비해 떨어진다. (눈앞에 창문이 여러 개가 있으면 밖이 잘 보이지 않는 것과 비슷하다.)

 

그러므로 사용 편의성이 중요하고 일반적인 사진 활동을 하는 사진작가들은 Zoom lens를 많이 사용하지만, 고성능의 렌즈를 이용하여 불량을 검출해야 하는 산업용 렌즈로는 Zoom lens를 선호하지는 않는다. (단, 예외적으로 WD를 유지하고 배율을 많이 바꿔야하는 특정한 상황에서는 산업용으로도 Zoom lens가 사용되는 경우도 있으니 참고 바란다)

 

!Zoom lens과 관련된 보너스 질문!

여기에 90mm의 초점거리를 갖고 있는  (0.05x~ 0.5x) 렌즈가 있다고 하면 배율의 범위가 바뀐다면 초점 거리 변경 범위에 따라서 같이 변경되는 것일까?

 

WD를 계산하는 공식은 WD=초점거리 X (1+1/배율)이다. 90mm의 초점거리를 가지고 있는 렌즈가 0.05x부터 0.5x까지 배율이 변할 경우 이 렌즈의 WD는 위의 공식에 따라 1,890mm (0.05x)~270mm (0.5x)가 될 것이다.

 

만약 이 렌즈를 0.5x일 때의 WD 270mm에서 고정해서 사용하고 싶다면 0.05x의 배율에서도 270mm가 나올 수 있는 초점거리는 270mm= 초점거리 X (1 + 1/0.05x)의 공식에 따라 약 12.9mm가 된다.

 

결과적으로 12.9mm~90mm까지 초점거리가 변하는 Zoom lens가 있을 경우 이 렌즈는 0.05x~0.5x의 배율범위에서 동일한 WD를 유지한 상태로 사용이 가능하다. 다시 질문으로 돌아가면 특정 초점거리에서 특정 배율 범위가 변하는 것이 아니라 전체 초점거리에서 배율은 동일하게 사용이 가능하며 필요에 따라 초점거리를 변화시켜 동일한 WD에서 배율이 변경 가능하다는 것이 Zoom lens의 특징이다. (처음에 언급했던 카메라 광고에서의 Zoom lens 컨셉(서있는 자리에서 크게도 보고 작게도 볼 수 있다) 을 떠올리면 쉽게 이해할 수 있을것이다.) 

 

 

 

 

 

 

 필진 소개

 

 

 

박강환, Benjamin Park

앤비젼 Engineer

 

광학에 대한 무한 열정으로

제품을 넘어 고객의 솔루션을 만드는

Optic Specialist

 

 

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