스마트폰 카메라의 광학 줌이나 확대 기능을 높이기 위해 사용되는 기술 중 하나가 페리스코프 렌즈입니다. 페리스코프 렌즈는 광학 시스템에서 사용되며, 주로 한 쪽에 있는 렌즈와 다른 쪽에 있는 이미지 센서 사이의 거리를 축소하면서 광학적으로 줌을 가능하게 합니다. 이를 통해 스마트폰의 두께를 늘리지 않고도 광학적으로 더 멀리 있는 대상을 확대하여 촬영할 수 있습니다.
스마트폰 카메라의 페리스코프(잠망경) 렌즈는 무엇이며 왜 생겼을까요?
그러나 페리스코프 렌즈가 도입된 후, 이 문제는 해결되었습니다. 기존의 망원 렌즈가 가지고 있는 물리적인 크기 제약을 극복할 수 있게 되었기 때문입니다.
스마트폰 카메라의 한계
사진 촬영에 있어 가장 큰 문제는 항상 기술적인 것보다는 물리적인 측면이었습니다. 광학의 몇 가지 법칙이 무시할 수 없는 제약으로 작용합니다. DSLR과 미러리스 카메라 렌즈가 크고 무거운 이유는 여기에 있습니다. 긴 초점 거리와 넓은 조리개를 제공하려면 렌즈 자체가 일정한 크기여야 합니다.
예를 들어, 초점 거리가 200mm이고 최대 조리개가 f/2.8인 렌즈는 폭이 70mm가 넘는 전면 렌즈 요소가 있어야 합니다.
스마트폰 카메라도 같은 문제를 안고 있지만, 크기는 훨씬 작습니다. 스마트폰 카메라는 더 작은 센서를 가지고 있기 때문에, 더 짧은 초점 거리에서 더 높은 배율을 얻을 수 있습니다. 그러나 이에는 많은 장단점이 따릅니다.
예를 들어, iPhone 11 Pro는 52mm의 풀프레임 망원 렌즈를 시뮬레이트합니다. 하지만 실제로는 6mm에 불과합니다. 전문 DSLR로 같은 사진을 찍으려면 52mm 렌즈가 필요합니다. 아이폰의 망원 카메라 센서는 크기가 5mm이기 때문에 이와 같은 배율을 얻을 수 있습니다.
그러나 제조 과정에서 문제가 발생합니다. 상호 간의 트레이드오프가 있습니다. 즉, 카메라 센서를 너무 작게 축소할 수는 없습니다. 일정 크기 이상의 센서가 필요하며, 너무 작은 센서는 낮은 조명에서 성능이 떨어지며, 해상도가 높은 경우에도 결과가 나빠질 수 있습니다. 이러한 문제는 반도체 공정의 발전에 따라 해결될 수도 있습니다.
스마트폰으로 더 많은 배율의 줌을 갖추기 위해서는 센서 크기를 줄이는 것뿐만 아니라, 렌즈 크기를 늘리는 것도 고려해야 합니다. 따라서 최근 스마트폰은 카메라가 튀어나올 수밖에 없는 이유가 있습니다.
해결 방법은?
렌즈 크기를 늘리는 것도 문제가 있습니다. 아이폰을 예로 들어보면, 아이폰 11 Pro의 두께는 8.1mm에 불과합니다. 초점 거리가 6mm인 렌즈가 정확히 6mm 길이일 필요는 없더라도 그 근사치에 맞추어져야 합니다. 따라서 여전히 스마트폰에서 사용 가능한 공간의 상당 부분을 차지합니다. 두께가 8mm에 불과한 휴대폰에 12mm 렌즈를 추가할 공간이 충분하지 않습니다. 옆으로 넓히지 않는 한 말이죠.
페리스코프 렌즈(잠망경 렌즈)는 잠수함의 잠망경처럼 작동합니다. 빛은 전면으로 들어가서 각진 거울에 의해 90도로 반사됩니다. 그런 다음 카메라 센서에 닿기 전에 다른 렌즈 요소를 통과하고 사진으로 기록됩니다. 이러한 방식으로, 더 긴 렌즈는 깊이가 필요하지 않기 때문에 폭이 넓을 수 있습니다.
삼성, 화웨이, 애플 등 스마트폰을 제조하는 업체에게 이것은 큰 이점입니다. 더 긴 망원 렌즈에 필요한 공간을 수평으로 찾는 것이 센서를 축소하거나 더 두꺼운 휴대폰을 만드는 것보다 훨씬 실용적입니다. 이러한 방식으로 제조업체는 광학 줌이 2배인 50mm 렌즈로 제한되지 않습니다. 100mm(약 5배) 또는 200mm(약 10배) 렌즈도 가능합니다.
물론, 이러한 새로운 기술에는 여전히 일부 문제가 있을 수 있지만, 스마트폰에 광학 줌을 추가하는 가장 큰 제약을 깔끔하게 해결합니다.
디지털 및 광학 줌
과거에도 이미 10배 확대/축소를 가지고 있다고 생각한다면, 여러분은 맞기도 하지만 또한 틀리기도 합니다. 지금까지 계속 몇 배 줌이 아닌 초점 길이를 언급한 이유가 여기에 있습니다.
광학 및 디지털 확대/축소 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 있는 것처럼 확대됩니다.
반면에 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 맞추는 것과 같습니다. 확대를 할수록 점점 사진의 품질이 저하되는 악순환의 고리를 벗어나지 못합니다.
페리스코프 렌즈의 사용
화웨이 P40 Pro+는 풀 프레임 카메라의 240mm 렌즈에 해당하는 10배 망원 페리스코프 렌즈를 탑재하고 있습니다. 이는 매우 강력한 광학 줌을 제공하여 멀리 있는 대상을 더욱 선명하게 촬영할 수 있게 해줍니다. 반면, 삼성 갤럭시 S20 Ultra는 대략 100mm에 해당하는 5배 망원 페리스코프 렌즈를 탑재하고 있습니다. 물론 이 역시 강력한 줌 기능을 제공하지만, 화웨이 P40 Pro+에 비해 줌 범위가 적습니다.
애플의 아이폰 12에도 이러한 페리스코프 렌즈가 적용될 예정이라면, 아이폰의 카메라 성능은 현재보다 훨씬 더 발전할 것으로 기대됩니다. 이러한 기술의 도입으로 아이폰은 멀리 있는 대상을 더욱 선명하게 촬영할 수 있으며, 광학 줌 기능이 향상될 것으로 기대됩니다. 따라서 아이폰 사용자들은 미래에 더욱 탁월한 카메라 성능을 경험할 수 있을 것입니다.