2007년 09월 19일
SLR 카메라의 AF system에 대하여...
(1) 들어가며
요즈음 SLR클럽을 돌아다니다가 깜짝 놀랄 만한 사실 하나를 발견했다.
SLR클럽글 "간단하게 씨부려보는(?) F2.8 대응 측거센서... "
얼래? 언제부터 AF 센서가 이렇게 생겼던가?
사실 니콘만 사용해오던 나로서는 참 새로운 정보가 아닐 수 없었다.
처음에는 위의 글 korjaeho 님이 뭔가 잘못 이해를 하고 계신 줄 알았다.
카메라 주 렌즈의 조리개에 의한 AF 센서 가능 범위를 이야기하는데,
F2.8 대응 센서가 단순히 바깥에, 그것도 아예 떨어져서 위치해 있었다.
내가 알고 있는 상식선에서는 검출기마다 AF focusing 렌즈가 위치해서
측거점마다 따로 빛을 받기 때문에 단순이 저런 그림으로 설명하기는 무리가 있는데,
이건 애초에 센서가 저 바깥에 따로 설치되어 있으니, 이런 난감할 데가..
문제는 위의 그림에 따르면 같은 초점면으로부터 온 광선들이 서로 다른 AF센서에 맞는다는 것이었다.
내가 알고 있는 니콘의 AF모듈은 측거점마다 광학계가 따로 존재하며 동일 AF센서 내에서 검출하는데...
열심히 뒤져본 결과 캐논 AF 시스템의 소개 웹 페이지를 어렵지 않게 찾아볼 수 있었다.
(아래 링크 참조)
Image Resource, "Canon EOS-1D Mark III Optics"
Mark III 라면 최신형 기종인데, 45점 AF 시스템을 위에서 말한 대로 따로따로 떨어진 센서로부터 측정하고 있었다.
즉 위의 그림 설명이 대략적으로 맞는 이야기이며, 실제로 이런 방법으로 측정을 하고 있는 것이다.
이게 가능한가 싶어서 대략 설계를 해 본 결과, 뭐 안 될 것은 없어 보인다.
물론 측거점이 단 하나일 경우에 해당하는 말이다...
(그림의 센서 모듈을 보면 수평방향 센서가 세 줄인걸로 보아 측거점 대략 세 개...)
어라 그럼 20D 30D 400D 측거점이 단 세개??? (캐논은 잘 모른다 쩝)
(2) AF 란 무엇인가? 어떻게?
일단 여기서, 필자가 이야기를 진행시키기 전에 AF 센싱 방법을 소개할 필요가 있겠다.
AF 방법도 한 가지가 아닌데, 여기서 이야기하는 것은 위상차 검출 방법(phase-detecting method) 이다.
자세한 AF 이야기를 하고는 싶지만, 다른 좋은 Reference들이 많아 링크로 소개하도록 하겠다.
일단 한국말로 된 링크는
(영문보다 더 낫다)
한글 위키백과 - 자동 초점
또한 니콘의 AF 시스템 소개 페이지도 썩 괜찮은 설명을 해준다. (영문)
니콘 홈페이지, Predictive Focus Tracking System
위 링크 중간쯤에 있는 플래쉬 개체 하나가 매우 시각적으로 이해도를 높인다.
안보이면 왼쪽 아래 Replay를 마구 눌러주면 된다...
사실 이 그림은 매우 개략적으로 이해도를 높이기 위해 만든 것이고,
Image surface 다음의 광학계 설계는 거의 극비라고 할 수 있을 만큼 노하우가 필요하다.
그런 극비 사항 중에 내가 관심이 가는 것은 바로 다음이다.
< Nikon AF 시스템 광학계 개략도, 필자 추정 >
< Canon AF 시스템 광학계 개략도, 필자 추정 >
힘들다 -_- 안 그래도 잘 돌아가지 않는 머리로 열심히 상상하느라...
내가 위와 같은 결론을 내게 된 것은 다음과 같은 과정을 거쳐 조사한 결과에 의함이다.
AF. 좋다. 위상차 검출 방법이란 Sub-pupil의 Hartmann 테스트 방법을 약간 응용하여,
기준계에서의 센싱 위치를 기억하고 있다가 실제 AF시 이에 맞추는 방법을 사용한다.
이걸 왜 위상차 검출 방법이라고 했는지는 나도 잘 모르겠다 -_-
이런 방법은 광학계 테스트 시 Wave-front error를 추정할 수 있는 방법으로,
실제 대형 천문대의 Adaptive Optics에서 측정하는 WFE 원리와 동일하다.
문제는 니콘 그림에서 P1 하나만 있을 때는 아주 행복하다.
크로스 포커싱 하려면 가로로 프리즘과 디텍터 한 줄만 더 넣으면 된다.
그런데, P2 점도 한꺼번에 포커싱 하려면 어떻게 하는가가 문제가 되겠다.
니콘은 기본적으로 위의 원리를 그대로 적용하여 동일한 검출계를 하나 더 추가하는 방식을 택했고,
캐논은 이를 좀더 포괄적으로 측정할 수 있는 방법을 개발했던 것 같다.
(자세한 개별 논의는 아래에...)
(3) Nikon AF 시스템
니콘 AF 모듈은 최근에 나온 것 순서로 다음과 같다.
1) Advanced Multi-CAM 3500(FX,DX) AF Sensor [51 point, 15 cross] (D300, D3 ...)
2) Advanced Multi-CAM 2000 AF Sensor [11 point, 9 cross] (D2~, F6 ...)
3) Advanced Multi-CAM 1000 AF Sensor [11 point, 9 cross] (D200, D80 ...)
4) Multi-CAM 1300 AF Sensor [5 point, 3 cross] (F5, F100, D1~...)
5) Multi-CAM 900 AF Sensor [5 point] (D70s, D70, D50, F75, N75, F80, N80 ...)
6) Multi-CAM 530 AF Sensor [3 point] (D40x, D40 ...)
7) Multi-CAM 274/300 AF Sensor [3 point] (N70, N50 ...)
[정식 명칭 및 사용 기종은 완전히 조사하지 않았으므로 누락될 수 있음....]
2) Advanced Multi-CAM 2000 AF Sensor [11 point, 9 cross] (D2~, F6 ...)
3) Advanced Multi-CAM 1000 AF Sensor [11 point, 9 cross] (D200, D80 ...)
4) Multi-CAM 1300 AF Sensor [5 point, 3 cross] (F5, F100, D1~...)
5) Multi-CAM 900 AF Sensor [5 point] (D70s, D70, D50, F75, N75, F80, N80 ...)
6) Multi-CAM 530 AF Sensor [3 point] (D40x, D40 ...)
7) Multi-CAM 274/300 AF Sensor [3 point] (N70, N50 ...)
[정식 명칭 및 사용 기종은 완전히 조사하지 않았으므로 누락될 수 있음....]
이 중 웹에서 대략적인 설계안이 공개된 것은 멀티캠 1300이다.. (최신건 없네)
다음 사이트에서 확인 가능하다. 니콘 히스토리, F5 시리즈
위 그림을 보면 5개의 측거점에 따라 각각 광학계가 존재한다(condenser lens).
이 그림이 내가 추정하는 니콘 시스템을 가장 확신시켜 준 그림이라고 할 수 있다.
위에서 추정했던 개략도와 정확하게 일치함을 알 수 있다. (Stop 위치만 다르다..)
이 그림도 개별 렌즈를 사용한 것으로, 이해하는 데 약간 도움이 된다.
(4) Canon AF 시스템
문제는 캐논 시스템, 앞에서 잠깐 언급한 F2.8 대응 측거 센서는 도대체 무엇인가?
진짜 그렇게 생긴 센서를 사용하고, 각각 따로 받아들인다는 것인가?
그 해답은 위에서 소개했던 1D mark III 에서 찾을 수 있었다. (아래 그림 참조)
이것이 바로 센서이다. 조밀하게 완전히 들어차 있는 것을 볼 수 있다.
니콘 센서와는 다르게, 여러 측거점으로부터 온 광선을 단일 렌즈로 굴절시켜 AF검출기로 보내는 것이다.
총 45 측거점에, cross 센서만 19개 이다. 이 정도면 아예 2-d 칩을 써도 되는 정도이다.
그러니까 위의 그림에 2.8 센서라고 된게 각각 19개씩 인식하고,
5.6 센서라고 된게 각각 45개씩 인식하는 셈이다.
음.. 요거 이전 검출기는 크로스 센서는 단 7개였다고 한다(아래 그림).
위의 3-d Layout을 보면, 확실히 이해가 갈 것이다.
Focusing plane 지점이 변해도 동일한 광학계를 사용하게 한다.
상대적으로 AF focusing 렌즈가 가로로 길이가 더 길기 때문에 (검출기 그림에서 vertical line 쪽)
2.8 이하의 빛은 그 일부가 이 센서에 감지되지 않는다.
(센서 자체의 배열과는 상관이 없다. 왜냐 렌즈를 기울이면 되므로...)
이 이유에 대해서는 다음에 자세히 더 언급할 것이다.
(5) 어느 것이 더 좋은가?
두 방식 모두 장단점이 있다. 몇 가지만 살펴보자면 다음과 같다.
우선, 멀티 측거점을 갖는 것이 대세이다. 니콘 멀티캠 3500은 벌써 51개 측거점을 갖게 되었다.
이런 관점에서 니콘의 측거 방식은 소량품을 대량 생산(51개나..)해야 된다는 특징을 갖는다.
그러나 캐논 방식에서는 중간 렌즈만 잘 만들면 된다. 보다 간단하게 시스템을 구축할 수 있는 것이다.
이 때 렌즈가 약간이라도 틀어지거나 수차가 있으면 엉뚱한 곳에 이미지가 맺히기 때문에,
특히 51개나 되는 측거점을 사용할 경우 실수할 가능성이 높게 된다.
(알아서 잘 했겠지만서도...)
문제는 바디 주렌즈의 조리개 수치가 영향을 줄 수 있다는 것이다.
니콘 방식의 경우에는 큰 영향 없이, 대부분의 조리개 값을 받아들일 수 있게 되어 있다.
Splitter 즉 프리즘 사이즈 안에만 어느 정도 들어와 주면 측정 가능한 것이다.
이때 F수에 의하여 AF 센서에 맺히는 초점 위치는 절대 변하지 않기에,
위치 측정 정밀도에는 전혀 영향이 없다는 것을 알 수 있다. (아래 그림 참조)
즉 위의 그림에서 푸른색(F8)보다 큰 F수를 가지게 되면,
아예 Splitter(prism)에 도달하지 못하는 것이다. 이러면 아예 측정 불가.
한계값은 바로 이 AF 포커싱 렌즈와 프리즘 설계로 결정난다고 할 수 있다.
그런데 캐논 방식의 경우 F수가 조금이라도 작은 렌즈를 사용하면 아예 AF 포커싱 렌즈에 광원이 도달하지 않게 된다.
특히 45측거 시스템의 경우 F2.8에서만 유효하다고 하는 검출기 센서가 바로 이러한 경우에 해당한다.
3점 측광에 대하여, F5.6 광원과 F2.8 광원을 비교하였다.
가로에 비해 세로 값이 많이 과장(약 2배?)되었으므로 알아서 보시기 바람....
(모든 스케일 및 광선 추적 결과는 대충... 한 것임)
점선의 경우(F5.6일때) 상대적으로 먼 거리에 있는 렌즈까지 빛이 도달하지 않음을 알 수 있다.
그런데, 위의 그림을 조금 더 들여다 보면 P3으로부터 출발하는 푸른색 라인을 따라가면,
점선의 경우에도 대충 두 AF 포커싱 렌즈로 빛이 들어 가긴 한다. 꽉 차지는 않지만...
한 F4 정도 되면 중간에서는 대충 크로스 센서를 사용할만 하다는 것이다.
이 얘기가 어디 나오는가 하면, 일단 아래 그림을 보자.
여기도 분명히 "Center AF point is f/4" 라고 적혀 있다. 고로 대충 F4만 돼도 중앙 크로스 센싱은 가능하다는 것이다.
그럼 이런 경우 크로스 센싱이 밝은 렌즈에서만 가능하다는 것을 해결할 방법은 없는가? 있다. 그것도 많이.
우선 초점면 근처에 오목계열 렌즈를 설치하면 된다... (이미 설치했을 수도 있다 ?!)
가능은 하겠지만 빛이 많이 퍼짐으로 검출 성능이 떨어지지 않을까?
다음에 AF focusing lens를 초점면으로부터 멀리 떨어뜨리면 된다.
가능은 하겠지만 내부 공간이 부족하지 않을까? ㅎㅎ
뭐 설계자 입장에서 가장 타이트하게 제작했을 것이다.
어쩔 수 없으니까 F2.8 전용 영역이라고 따로 지정했을 것으로 짐작된다.
대충 보시다시피, 어느 쪽이 딱히 좋은 방법이라고 결론짓기는 힘들다.
두 방법 모두 같은 원리인데다가, 개략적으로 장단점을 알아보기는 매우 힘들고,
실제 경쟁(?)이 붙어야만 그 진위를 알 수 있을 것이다.... ㅎㅎ
(6) 마치면서
필자의 추측이 다분히 들어간 가운데 두 방식을 '니콘 방식' 혹은 '캐논 방식' 이라고 정의하기는 힘들다.
니콘이나 캐논 본사에 직접 물어보는 것이 가장 좋겠지만,
어쨌든 그런 방법이 있을 수 있고 눈에 띄게 공개된 자료로 보면 두 방식이 다른 회사에 의해 적용되었음을 알았을 뿐이다.
이미 캐논 방식을 니콘이 사용하고 있다던가(51 측거점 방식으로 보면 캐논 45점 측거와 매우 비슷한 수치?)
니콘 방식을 캐논이 사용하고 있을 수도 있다.
(추후 찾아본 결과 아래와 같은 니콘 방식(?) 광학계가 캐논에도 사용되었었다...)
어찌 되었던, 선택은 소비자의 몫이고, 소비자는 더 좋은 기술로 정확한 AF 모듈이 들어간 제품을 원할테니...
(ps) 개인적으로 니콘 멀티캠 3500 자료가 많이 공개되었으면 좋겠는데 아직은 감감 무소식이다 ㅋㅋ 하긴 출시도 안되었으니..
# by | 2007/09/19 23:17 | 따끈따끈한 새소식 | 트랙백 | 덧글(6)
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소니는 다른것보다도 레이져 이용해서 보조광을 쏴댄다는게 좋지 않나요...
그래서 흰 벽에서도 초점을 맞출 수 있다는... ???
(사실 잘 몰라요... ㅎㅎ)