스마트폰 카메라의 페리스코프(잠망경) 렌즈는 뭘까요?
스마트폰 카메라는 항상 큰 변화없이 언제나 숫자 게임이었습니다. 어떤 회사가 가장 해상도가 높고, 카메라가 몇 배까지 줌을 할수있느냐의 문제였죠. 그러나 물리적인 한계로 인해 얇은 스마트폰에 고배율의 카메라를 넣을 수는 없었습니다. 디지털 줌으로 극복하고자했지만 오히려 더욱 한계가 명확했습니다.
스마트폰 카메라의 페리스코프(잠망경) 렌즈는 무엇이며 왜 생겼을까요?
하지만 페리스코프 렌즈가 나타나고나서 이 문제는 해결이 되었습니다. 기존의 망원렌즈가 가지고 있는 물리적인 크기 문제를 깔끔하게 벗어났죠.
|| 스마트폰 카메라의 한계
사진 촬영에 있어 가장 큰 문제는 항상 기술적인 것이라기보다는 물리적인 것이었습니다. 무시할 수 없는 몇가지 광학의 법칙들이 있다. DSLR과 미러리스 카메라 렌즈가 그렇게나 크고 무거운 이유가 여기에 있죠. 긴 초점거리와 넓은 조리개를 제공하려면 렌즈 자체가 일정한 크기가 되어야 하는거죠.
예를 들어 초점 길이가 200mm이고 최대 조리개가 f/2.8인 렌즈는 폭이 70mm가 넘는 전면 렌즈 요소가 있어야 합니다.
스마트폰 카메라도 같은 문제점을 지니고있지만 사이즈는 훨씩 작습니다. 스마트폰 카메라는 더 작은 센서를 가지고 있기 때문에, 더 짧은 초점 거리에서 더 높은 배율을 얻을 수 있습니다. 그러나 여기에는 많은 장단점을 포함합니다.
예를 들어 아이폰 11 프로는 52mm의 풀프레임 망원렌즈를 가지고 있는데, 실제로는 6mm에 불과하다. 전문 DSLR로 같은 사진을 찍으려면 52mm 렌즈가 필요하다는 뜻입니다. 아이폰의 망원 카메라 센서는 크기가 5mm이기 때문에 이와 같은 배율을 얻을 수 있다.
하지만 제조단계에서 문제가 발생합니다. 상호간에 트레이드오프. 즉, 절충할 수 없는 수준까지 카메라 센서를 훨씬 작게 축소할 수는 없습니다. 일정 이상의 크기를 지녀야 지금의 카메라 수준을 유지할 수 있는데, 너무 작은 센서는 낮은 조명에서 훨씬 더 나쁜 성능을 발휘하며 해상도가 높은 경우 더 나쁜 결과를 얻을 수 밖에 없습니다. 이 문제는 반도체 공정의 발전에 따라 해결이 될 수도 있을거에요. 삼성전자 힘내주세요.
스마트폰으로 더 많은 배율의 줌을 갖추기 위해서는 센서 크기를 줄이면 가능할 수 도잇찌만 이 문제는, 지금 당장은 생산하는데 비용이 많이 들것이고 사용하기도 힘들겁니다.
이 문제를 해결 하는 더 좋은 선택은 렌즈의 크기를 늘리는 거죠. 그래서.. 요즘 스마트폰들이 카메라가 툭 튀어 나올수 밖에 없는 이유이기도 합니다.
|| 해결 방법은?
렌즈 크기를 늘리는 것도 문제가 있습니다. 아이폰을 기준으로 봣을 때 아이폰11 Pro는 두께가 8.1mm에 불과합니다. 초점 거리가 6mm 인 렌즈가 정확히 6mm 길이 일 필요는 없더라도 그 근사치 까지는 맞추어 져야합니다. 따라서 여전히 스마트폰에서 사용 가능한 공간의 상당 부분을 차지합니다. 두께가 8mm에 불과한 휴대폰에 12mm 렌즈를 추가 할 공간이 충분하지 않습니다. 옆으로하지 않는 한 말이죠.
페리스코프 렌즈(잠망경 렌즈)는 잠수함의 잠망경처럼 작동합니다. 빛은 전면으로 들어간 다음 각진 거울에 의해 90도 반사됩니다. 카메라 센서에 닿기 전에 다른 렌즈 요소를 통과 한 다음 사진으로 기록됩니다. 빛이 이동하는 방향을 바꿈으로써, 더 긴 렌즈는 폭이 넓을 수 있기 때문에 깊을 필요가 없습니다.
스마트폰을 제조하는 삼성이나 화웨이, 애플과 같은 제조업체에게 이것은 큰 이점입니다. 더 긴 망원 렌즈에 필요한 공간을 수평으로 찾는 것이 센서를 축소하거나 더 두꺼운 휴대폰을 만드는 것보다 훨씬 더 실용적이니까요. 이런 식으로 제조업체는 광학 줌이 2 배인 50mm 렌즈로 제한되지 않습니다. 100mm (약 5배) 또는 200mm 상당 (약 10배) 렌즈도 가능합니다.
물론, 여전히 약간의 문제점이 있는 새로운 기술이지만 스마트 폰에 광학 줌을 추가하는 가장 큰 한계를 깔끔하게 건너 뜁니다.
|| 디지털 및 광학 줌
과거에도 이미 10배 확대/축소를 가지고 있다고 생각한다면, 여러분은 맞기도 하지만 또한 틀리기도 합니다. 지금까지 계속 몇 배줌이 아닌 초점 길이를 언급한 이유가 여기에 있습니다
광학 및 디지털 확대축소 간에 중요한 구분이 있기 때문입니다. 광학 줌을 사용하면, 확대는 더 긴 초점 길이를 가진 렌즈의 광학적 특성의 결과입니다. 먼 물체를 마치 망원경을 통해 보는 것처럼 화질이 손실되지 않고 더 가까이 있는것 처럼 확대 되어 나타납니다.
디지털 줌은 사진이 확대된 이미지처럼 보이도록 자른 방법입니다. 높은 수준의 픽셀 센서, ‘비닝'(복수 픽셀, 대형 픽셀로 처리)과 더 나은 업스케일링 알고리즘으로 스마트폰 제조사들이 더 좋은 결과물을 내놓고 있습니다. 하지만 결국 사진을 찍고 나중에 잘라서 화면에 맞춰 보이는것과 같습니다. 확대를 하면 할 수록 점점 사진의 품질은 저하되는 악순환의 고리를 벗어 나지 못하죠.
|| 페리스코프 렌즈의 사용
화웨이 P40 Pro +에는 풀 프레임 카메라의 240mm 렌즈에 해당하는 10x 망원 페리스코프 렌즈가 있습니다. 화웨이보다 더욱 대중적인 안드로이드 스마트폰인 삼성 갤럭시S20 Ultra에는 대략 100mm에 해당하는 5x 망원 페리스코프 렌즈가 있습니다. 애플의 아이폰 12에도 적용 예정이고 이 렌즈의 사용으로 아이폰의 카메라 성능은 지금보다 더욱 나아질 것입니다.
