[펌] 캐논의 위상차방식 AF에 대하여...

300D클럽 AF 모듈과 관련된 좋은 글이 있어서 퍼왔습니다.

문제가 있을 때는 메일 주시면 바로 삭제 조치하도록 하겠습니다.

AF에 대해 알기 쉽게 정리가 된글입니다.

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안녕하세요. 우정아빠입니다.

   

오늘은 많은 분들이 관심있어 하실 캐논의 "위상차방식 AF"에 대한 설명을

캐논의 공개특허 자료를 바탕으로 소개시켜 드리려고 합니다.

   

각종 클럽 게시판에 가보면 거의 매일같이 AF에 관련된 글들이 올라오고 있습니다.

(구라AF, 핀교정/핀점검에 관련된 A/S 문의, 핀테스트 용지 사진들...)

   

AF에 대해서 관심들은 참 많은 것 같은데, 지금까지 SLR에서 사용하는 위상차방식 AF에 대해서

명쾌하게 설명하거나 "바로 이거다!"라는 생각이 드는 글은 거의 발견하지 못한 것 같습니다.

(본인의 무한한 상상력으로 만들어낸 공상과학 이론은 종종 봤습니다... )

   

실제적인 AF방법에 대해서 잘 안다고 해서, 실제 사진생활에 직접적인 도움은 되지

않겠지만, (자동차 엔진의 원리를 잘 안다고 해서 운전을 잘하는 건 아니겠죠...)

혹시나 내가 사용하고 있는 카메라가 AF를 어떻게 하는지 관심있으신 분들은 함께 해주셨으면 합니다.

   

본 강좌에 사용된 이미지들은 거의 캐논 공개특허 자료에서 발췌한 것들이고,

해당 내용들은 제가 특허를 보고 이해한 것들을 알기 쉽게 재구성해 본 내용입니다.

   

따라서, 이 내용중 틀린 내용이 있다면, 캐논에서 특허에 거짓말을 했거나,

제가 엉뚱하게 이해했거나 둘중에 하나일 것 같네요... (거의 후자의 문제겠죠)

   

   

강좌를 시작하기 전에 몇가지 당부드릴 것이 있습니다.

   

1. 본 강좌는 캐논AF에 대한 "수박 겉핧기식" 내용입니다.

   따라서, 여기에 있는 내용을 100% 이해하신다고 해도, 캐논AF에 대해 아주

   일부만 이해하시는 것이 됩니다.

   

2. 본 강좌의 내용으로는 캐논 구라AF의 원인등을 명확하게 밝혀드릴 수가 없습니다.

   다만, 몇가지 오류 가능성과 사용자 조작미스 가능성등에 대해서만 언급해 드리겠습니다.

   

3. 가능한 쉽게 작성하려고 최선을 다하겠습니다만, 약간의 광학적인 지식이 있으시면

   더욱 좋습니다. 양재호님의 강좌인 "50.4는 3m 이후로는 무한초점이다."를 통해

   렌즈를 통과한 빛이 어떻게 맺히는지에 대한 그림을 참고하시는 것도 도움이 많이

   될 것 같습니다.(http://www.300dclub.com/bbs/zboard.php?id=digiworks&no=1064 )

    

4. 본 강좌에서는 "전핀,후핀"이라는 단어 대신에 "전초점,후초점"이라는 단어를

   사용하겠습니다. 다소 어색하시더라도 이해해주시면 감사하겠습니다.

    

5. 본 강좌는 기술적인 내용입니다. 글을 보시다가 잘 이해가 되지 않는다고 느끼셔도

   어떻게 보면 당연한 겁니다. 사진을 위한 기술이 아니라, 장비에 대한 기술을 적었기

   때문에 좋은 사진을 얻는 것과는 아무런 상관이 없을 수도 있습니다.

    

   

그럼 시작하겠습니다.

   

   

1. SLR 카메라

   

DSLR 카메라를 구입하고나서 꼭 한번 읽어보는 내용중에 하나가 SLR클럽의 FAQ인 것 같습니다.

그곳에 올려있는 한장의 사진은 SLR카메라의 원리로서 아래와 같이 보여주고 있습니다.

  

   

렌즈로 부터 들어온 빛이 미러에 반사되어 뷰파인더로 오는 그림을 보여주고 있습니다.

촬영할때는 미러가 올라가면서 후면의 CCD에 촬상된다는 것도 알게 됩니다.

   

적지 않은 분들이 SLR카메라의 개념을 이 그림으로부터 시작하는 것 같다는 생각도 듭니다.

위의 그림에는 중요한 부분이 하나 빠져있습니다. 바로 AF를 위한 광학계가 전혀 언급이 없습니다.

그것이 그리 중요한 것은 아니라고 봅니다만, 이 사진을 시작으로 SLR에 첫 개념을 시작하신

분들은 본인도 모르는 사이에 일종의 사고의 벽이 생길지도 모르겠습니다.

   

SLR클럽에 소개된 사진의 미러 하단부에는 텅 비어있네요. 렌즈로 부터 들어온 빛은 반사되어

위로만 가는 것처럼 이해될 수도 있습니다. 실제 SLR카메라의 빛의 경로는 아래와 같습니다.

   

 

   

붉은 색으로 표시한 부분이 일반적으로 알고 계신 광의 흐름이고, 초록 색으로 표시한 부분이

AF를 위한 또다른 광학계로 향하는 광의 흐름입니다.

   

위 그림의 22번이 보통 알고 계시는 "미러(Mirror)" 입니다. 여기서 가장 인상깊은 것은  

"입사된 광의 일부는 AF를 위해 미러를 투과하여 아래방향으로 가고 있다는 것" 입니다.

   

이 사항을 이미 알고 계신분들도 많으시죠?  반면에 이게 어떻게 가능한지 궁금하신 분들도

계실 것 같습니다. 300D를 기준으로 간단하게 설명을 드려볼께요...

   

300D 바디캡을 열어보시면 미러가 보이죠? 그 미러를 빛에 잘 비춰가면서 잘 살펴보세요.

미러의 중앙부분이 조금 다른 것을 발견하실 수 있을 겁니다. 바로 그부분이 반거울(Half Mirror)입니다.

렌즈에 입사된 빛은 대부분 거울에서 반사되어 펜타프리즘/펜타미러로 올라가지만, 일부의 빛은 반거울을 투과하여

다른 경로로 향한다는 개념이 됩니다. 300D의 미러를 손으로 살짝~ 들어보시면 바로 뒤에 미러가 하나 더 있는 것을

발견하실 수 있는데요. 바로 그 미러(28)에 반사되어 빛이 아래방향으로 반사되게 되어있습니다.

   

28번 미러에서 반사된 빛은 바닥의 구멍(?)으로 향하게 되구요, 300D의 경우 이것이 십자모양으로 되어 있는 것을

발견하실 수 있을 겁니다. 그 구멍안에 AF 검출 모듈이 있습니다.

   

300D뿐만 아니라 위상차방식 AF를 사용하는 SLR바디라면, 이와 비슷한 광학계를 반드시 가지고 있어야 합니다.

   

   

[여기서 잠깐!!!]

DSLR 카메라는 왜 실내에서 AF 정확도가 떨어질까? 에 대한 작은 답변

   

 

   

위의 그림은 이너줌을 채용하고 있는 컴팩트 디카들의 F넘버입니다.

일반적인 컴팩트 디카들이 F2.8부터 시작하는데 비해서 이너줌을 채용한 제품의 경우

F3.5부터 시작하는 것을 알 수 있습니다.

왜 그럴까요?

   

 

   

위의 그림은 이너줌경통의 대략적인 모습입니다. 소위 말하는 잠망경렌즈로서 정면으로 들어온 빛을 거울로

반사시켜 아래 방향으로 꺽어서 사용하는 것을 아실 수 있을 겁니다.

이너줌은 이러한 이유로 경통이 서있게 되고, 공간을 절약할 수가 있고,

이로 인해 슬림형 디카가 탄생 가능하게 된 것입니다.

   

이너줌이 어두운 이유는 다름아닌 거울때문입니다.

일반적으로 거울에 반사된 빛은 1/3 ~ 2/3 스톱가량의 광량저하가 발생한다고 합니다.

물론 거울의 재질과 반사율에 따라 달라지는 문제이겠습니다만, 일반 경통에 비해서 어두워지는

것은 어쩔 수가 없다는 말입니다.

   

펜타미러가 펜타프리즘보다 어둡다 라는 말을 많이 들어보셨을 겁니다. 위의 사실에 따르면

그 이유는 너무나 당연하겠죠? 거울로 반사되어 들어오는 빛이기 때문에 꽤 어두워집니다.

   

   

 

   

위의 그림은 제일 처음 소개해드린 그림과 동일한 개념의 3차원 모식도입니다.

렌즈의 경통(102)을 통해 입사된 빛은

103번 하프미러(투과) → 105번 미러(반사) → 106번 미러(반사)를 거쳐 또다른 광학계인 107번

을 거친후에야 AF센서 수광부인 108번에 도달합니다.

   

만약에 최대개방이 F2.8인 렌즈를 사용한다고 해도, 거울 3개를 투과/반사해서 들어간

빛은 F4.0 ~ F5.6 를 통과한 빛이 될 수도 있다는 말이 됩니다.

(각 거울의 투과율/반사율을 정확히 알지 못하므로 추정치를 말씀드리게 되었습니다.)

   

우리가 야간 실내 형광등이 굉장히 밝다고 여기지만, 실제로는 그다지 밝지 않습니다.

흐린날 낮에 거실에서 TV 볼때와 한밤에 형광등 조명밑에서 TV볼때를 비교 상상해보세요...

아무리 그래도 밤에 보는 TV가 더 밝게 느껴지지 않으시나요?

흐린날 낮의 거실이 상당히 어둡다고 느끼지만 그래도 야간 형광등 조명보다는 밝을 때가 더 많다는 이야기입니다.

   

야간의 우리의 눈은 새롭게 적응을 하기 때문에 실제로는 전체적으로 어두워진 것을 잘 느끼지 못한다고 합니다.

하지만, 카메라는 이러한 적응을 하지 않습니다.

즉, 우리가 눈으로 느끼는 광량과 카메라가 AF할때 받아들이는 광량은 다르다.라는 말이 될 수도 있습니다.

우리 눈에 잘 보인다고, 카메라도 잘 보일 것이라고 생각하면 안된다라는 말과도 비슷하겠네요.

(카메라 AF 모듈에 들어가는 빛은 우리가 보는 것보다 더 어두운 빛으로 들어간다는 말입니다.)

   

삼각대를 사용하여 촬영한다고 해도 들어오는 빛의 절대량이 증가하는 것이 아니기 때문에

AF오차확률은 줄어들지 않습니다. 따라서, 야간 형광등 조명하의 실내 핀테스트는 그다지 정확한 방법이 아니며,

캐논측에서는 이를 AF불량의 근거나 증거자료로서 절대 인정하지 않는 이유가 됩니다.  

   

그럼 굳히 AF모듈에 왜 거울을 쓸까요?    글쎄요... .

만약 AF는 완벽한데 크기가 배낭만한 카메라라면... 혹시 들고 다니시겠습니까?

아래 내용을 보시면 조금 더 이해가 되지 않을까 싶기도 합니다.

   

   

2. 위상차 방식 AF의 원리

   

대략적인 개념과 그림으로 렌즈를 통해 입사된 빛이 CCD면에 촬상되는 그림은 아래와 같습니다.

   

 

   

위의 그림은 초점이 정확하게 맞아서 CCD면에 집광되었을때의 그림입니다.

보시는 것처럼 초점이 맞았다고 함은 CCD면에 하나의 점으로 수렴이 됩니다.

   

일반적인 천체망원경은 수동으로 초점을 잡기 때문에, 조작자는 작은 별빛의 초점이 맞았는지

아닌지를 알아보기 위해서 그림의 Point C 부분에 면도날을 세워서 대본다고 합니다.

얇은 면도날을 대보았을때, 초점이 맞으면 착란원이 칼날에 가려 안보이게 됩니다.

면도날이 지나가는 순간 갑자기 별빛이 사라지는 것이죠. 칼날을 치우면 다시 별빛이 보이게 됩니다.

초점이 제대로 안맞으면 별빛이 완전히 사라지지 않습니다.

   

제가 아는 바로 칼초점(=칼핀)의 유래는 여기서 나왔습니다. 보통은 초점이 잘 맞은 사진은

칼로 베일 것 같은 샤프함때문에 칼핀이라는 표현으로 알고 계신 분들이 많은 것 같은데,

칼초점이라는 유래를 이해하시면 렌즈의 광학계를 이해하시는데 많은 도움이 될 것 같습니다.

  

   

위의 그림이 바로 전초점의 경우입니다.

한점에 모여서 또렷하게 되어야할 빛이 넓게 퍼져버렸네요. 저 빛은 아마 보케나 빛망울이 될 수도 있겠습니다..

이미 OutFocus의 원리에서 몇몇 분들이 강좌를 해주셨습니다. 그와 유사한 내용이 되겠습니다.

  

   

위의 그림은 후초점의 경우입니다. 원리 및 증상은 전초점과 유사합니다. 별다르게 설명드리지 않을께요...

   

이상의 것들을 대충 이해하셨다고 가정하고, 위상차방식 AF의 원리에 대해서

설명을 드려보겠습니다. Step by Step으로 하나하나 진행해 가겠습니다.

  

   

렌즈에 입사되고 있는 빛을 A,B영역으로 두개로 나누어 생각해 보겠습니다.

정확히 초점이 맞았을때는 A영역을 지나가는 빛도, B영역을 지나가는 빛도 모두 c점에 모이게 되겠죠.

이부분은 충분히 이해가 되셨을 것 같습니다.

   

  

   

위와 같이 전초점으로 들어오는 상황에서 B영역의 빛을 가로 막아보겠습니다.

그림에서 보시다시피, 전초점 상태일 경우 A영역으로 입사된 빛은 CCD의 b영역에 촬상이 될 겁니다.

  

   

계속해서, 전초점으로 들어오는 같은 상황에서 A영역의 빛을 모두 막아보겠습니다.

당연히 B영역으로 입사되는 빛은 CCD의 a영역에 촬상이 되겠네요.

   

굉장히 간단하죠. 벌써 어려워하시면 안됩니다... ㅠㅠ

   

   

후초점일 경우는 반대의 경우가 되겠죠.

  

   

   

어떻게 보면 너무나 당연한 결과입니다.

또한, CCD에 촬상된 영상을 통해 원래 초점이 맺혀야할 c 점으로부터 빛이 얼마나 퍼져버렸느냐를

측정할 수가 있습니다. 위의 그림에 나온 δ값이 바로 얼마나 퍼졌느냐를 정량화시킨 값이 됩니다.

   

그럼, 위의 설명을 요약하면 아래와 같습니다.

   

1. 렌즈에 입사된 빛의 특성을 파악해 보고자 한다.

2. 먼저 A영역을 막았을때, 이미지센서의 a영역에 촬상되면 전초점, b영역에 촬상되면 후초점이다.

3. 다음 B영역을 막아보고, 이미지센서의 b영역에 촬상되면 전초점, a영역에 촬상되면 후초점이다.

4. 빛이 입사될때 상이 맺힌 이미지의 퍼진 정도(δ)를 구할 수 있다. 각각의 경우에서

   δ/2 의 값을 얻어낼 수 있고, 두 값을 합친 값은 δ가 된다.

   

위의 결과에서 주목해야할 것 하나는 시간차의 개념이 들어간다는 겁니다.

초점위치로 부터 얼마나 퍼졌느냐는 센서에서 측정하여 데이터(δ)로 추출하면 됩니다만,

현재 상태가 전초점상태인지,후초점상태인지는 알기 위해서는 시간차 개념으로 알아내야 합니다. 즉,

   

예를 들어 A영역을 막고(B영역 열고), 곧바로 B영역을 막고(A영역 열고)를 수행했는데...

이미지센서 면에 촬상된 데이터가

a-b 순서로 들어왔다고 하면 전초점

b-a 순서로 들어왔다고 하면 후초점이 되는 것입니다.

   

현재 상태가 전초점/후초점을 알 수 있다는 것은 포커스 모터의 진행방향을 알 수 있게 해주는 것이기

때문에 정말 중요한 요소일 수 밖에 없습니다. 얼마나 움직여야 하는지는 퍼진 원의 크기(δ)로 판단하는 것이고

어느 방향으로 움직여야 하는지는 바로 이런 시간차 데이터를 통해서 판단할 수 밖에 없기 때문입니다.

   

얻어진 데이터(δ)를 바탕으로 광학계(렌즈)에 따른 디포커스량을 연산할 수 있습니다.

예를 들어, 광학계에 따라(렌즈에 따라) 얻어진 데이터(δ)에 따른 디포커스(defocus)량은 이미 광학물리학에서

렌즈설계를 할때 완벽하게 산출이 되어 있고, 이러한 정보는 렌즈CPU안에 다 들어있다는 것을 의미합니다.

   

따라서, 카메라 바디는 전혀 새로운 광학계의 신제품 렌즈가 출시되더라도 문제가 될 것이 없습니다.

   

바디는 렌즈에 얻은 데이터(δ)로 계산한 디포커스량만 보내주면, 실제 렌즈CPU는 이것을 실제 Focus 모터의

이동량(스텝)으로 환산하여 모터를 이동하는 개념입니다. 결과적으로 AF센서 모듈에서 얻어낸 두가지 데이터

(이동 방향 & 디포커스량)을 렌즈에 보내주면 렌즈에서 지정받은 목표지점으로 이동한다는 것입니다.

   

렌즈의 CPU에서는 바디의 CPU로 부터 입력된 디포커스량으로부터 실제 Focus 모터를 몇바퀴 돌려야

하는지 계산하여 모터구동회로에 명령을 내리면 임무 끝입니다. 그러면, 포커스렌즈가 이동하고

AF 센서의 계산이 정확하고, 모터가 의도한대로 정확히 움직여줬다면 Focus 렌즈는 초점이 맞는 그 위치에

정확하게 위치해야 합니다. 만약에 그것이 아니라면 아니면 위의 과정을 한번더 반복하겠죠...

   

이것이 가장 이상적이고 기본적인 위상차방식AF의 방법입니다.

   

끊임없는 피드백을 요구하는 컨트라스트방식 AF와 비교하여 위상차 방식 AF는

(원리적으로는) 단 한번의 검출만으로 (초점이 맞아야할) 목표지점을 찾아낼 수 있다는

장점이 있습니다. 당연히 고속AF를 요구하는 DSLR에서 위상차방식AF를 사용할 수 밖에 없는 이유가 됩니다.

    

대략 이해가 되시는지 모르겠습니다. 이쯤에서 벌써 [Backspace] 버튼을 찾고 계신 분이

꽤 있지 않을까 생각됩니다.

   

   

3. 위상차방식 AF센서 모듈에 대하여

   

위에서 소개한 것은 위상차방식AF를 이해하기 위한 개념적인 내용을 소개시켜 드렸습니다.

이것을 AF모듈로 만들어 실제 적용을 하게 되면, 약간 다른 방식으로 응용됩니다.

   

제품에서 위와 같이 렌즈안에서 조리개를 반쪽씩 닫아보면서 AF를 검출한다면,

모든 SLR렌즈에는 모두 Half-Close 조리개가 장착되어야 하겠죠?

그리고, CCD면에서 AF 위상차를 연산해야 할 겁니다.

CCD면에서 AF 데이터를 추출하게 되면, CCD촬상을 위해 미러를 올려야 하고, AF하는 도중에는 영상이

안보이게 될 것입니다. 실제로 그런 카메라는 한대도 없습니다.

   

보통의 AF모듈에서는 하프미러를 통해 들어온 빛을 두개로 쪼개어(분할하여) 사용하고 있습니다.

   

 

   

위의 그림은 입사된 영상을 두개로 분리하여 각각의 AF검출 센서(CMOS)로

보내주는 모식도를 나타낸 그림입니다. 실제적으로 저 작업을 어디에서 하는지는

아래 그림에서 표시해 보았습니다.

   

 

   

요약하면 이렇습니다. 빛을 두개로 분리하는 마이크로 렌즈를 이용하여 두개의 센서에

동시에 넣어주면, 반쪽 조리개로 시간차를 두며 번갈아가면서 막아줄 필요가 없다는 것이죠.

두개로 쪼개진 빛은 같은 영역의 빛이 아닙니다. 위의 그림에서 말한 A면,B면에 해당되는

빛이 각각 분리되어 각기 다른 센서로 입사되는 겁니다.

   

이것의 원리를 그림을 통해 다시 한번 말씀드려 보겠습니다. 위의 개념과 흡사하기는 합니다.

   

[초점이 맞았을때]

 

   

위의 그림에서의 X1이 바로 위상차입니다. 두개의 센서에 모두 초점이 맞았을때 구할 수 있는

위상차 X1은 광학적으로(렌즈에 따라) 이미 결정되어 있다는 이야기입니다.

   

[전초점일때]

 

   

전초점일때는 위의 그림에서 보실 수 있듯이 X1 > X2 가 됩니다. 즉 초점이 정확하게 맞았을때와

비교해서 두 센서간의 위상차가 줄어들게 되어 있습니다.

   

[후초점일때]

 

   

후초점일때는 위의 그림에서 보실 수 있듯이 X1 < X3 가 됩니다. 위상차가 더 벌어지게 됨을

알 수 있습니다.

   

캐논특허에 도시된 자료는 아래와 같습니다.

지금까지의 설명을 충분히 이해하셨다면 눈에 쏙~ 들어오실 겁니다.

두개의 센서에 맺히는 상의 위상차와 합초점/전초점/후초점과의 관계를를 보여주고 있습니다.

   

 

   

위상차 방식 AF는 입사된 빛을 두개로 분리하여 이를 각기 다른 두개의 센서에 입사시키고

이때 발생하는 위상차 데이터를 바탕으로 렌즈의 구동방향 및 구동량을 결정하는 방법입니다.

   

위상차 데이터를 측정하여 이를 바탕으로 렌즈에 전달할 디포커스(defocus)량을

연산하는 것은 바디에 있는 CPU가 하는 일입니다.

   

정말 간단하게는 위의 그림에서 제시한 X1, X2, X3 값을 디포커스량 연산에 필요한 공식에 대입하면

현재 초점이 얼마나 틀어져 있는지를 나타내는 디포커스량을 구할 수 있다는 말입니다.

하지만, 너무나 당연하게도,그렇게 간단하지만은 않습니다.

발생할 수 있는 경우의 수에 따라서 엄청난 보정식이 추가로 필요하게 됩니다.

   

물리학시간에 배운 중력가속도의 법칙을 예로 들어 보겠습니다. (F=mg)

만약 F=mg를 사용한 무엇인가를 실전에서 만들어야 할때...

m(질량)만을 알았다고 해서 F를 구할 수가 없는 것과 동일한 이야기가 됩니다.

왜냐하면 위의 공식에는 실제 나타나게 될 공기저항도 빠져있고, 낙하시 각도도 완전히

무시되고 있고, 물체의 초기 속도도 없습니다. 그러니까 가장 이상적인 경우에 적용할 절대법칙이지만,

이를 실제로 적용할때는 발생할 수 있는 모든 인자를 대입하여 보정을 해줘야 실제로 사용가능한

공식으로 탄생한다는 이야기가 됩니다.

   

위상차방식AF도 마찬가지입니다. 만약에 위에서 말씀드린 두개의 센서의 위치가

조립시 제조공차로 인해서 조금이라도 틀어져있다고 생각해보세요.

빛을 두개로 분리하기 위한 마이크로 렌즈의 제조공차도 있을 것이구요.

AF모듈 조립시에 나타날 수 있는 미세한 길이의 오차도 발생할 수 있습니다.

   

결국 이러한 것들을 모두 보정하기 위해서 수많은 보정치가 들어가야 하구요.

그러한 보정치는 상수(constant)도 있고, 변수(variable)로 존재하게 되겠죠...

만약 소프트웨어적으로 바디의 핀교정을 한다고 하면, 바로 이러한 변수의 값을 바꿔주는

것이 될 것입니다.

   

이러한 보정치가 틀어지거나 잘못되면, 바디의 한결같은 전초점/후초점 증상이 나타나게

될 수도 있습니다. 한결같은 이라는 말에 제가 강조를 하였습니다.

초점이 왔다갔다 하는 것은 그 문제가 아닐 수도 있다는 말이기도 합니다.

   

   

[여기서 잠깐!!!]

   

1) AF센서에 사용되는 센서는 어떤 종류인가?

   - 캐논 특허에 따르면 CMOS 타입을 주로 사용한다고 되어있습니다.

     그런데, 우리가 흔히 알고 있는 이미지 촬상용 CMOS가 아니고, 라인스캔방식의

     한줄짜리 CMOS입니다. 그것도 보통 화소가 40 pixel밖에 안된다고 합니다.

     AF 포인터당 "40칸짜리 한줄로 된 CMOS 센서 두개씩"...

     이것이 많은 분들이 AF센서라고 부르고 있는 녀석의 실제 모습일지도 모릅니다.

      

 

   

2) AF센서가 두개의 센서를 사용하는 것은 정말 사람의 (양쪽)눈을 흉내낸 것일까?

   - 뭐 굉장히 그럴듯하게 들리기도 합니다만, 꼭 그렇지만은 않습니다.

     위상차 방식 AF를 위한 센서는 1개만 있어도 가능합니다.

     그리고, 하나의 AF포인터에 4개의 센서를 사용하는 제품들이 있습니다.

     바로 우리가 현재 사용하고 있는 제품들도 이젠 제법 많아졌습니다.

      

     이미 눈치채신 분들 계실 것 같습니다. 캐논 보급기에서 사용되는 AF센서는

     라인방식의 CMOS 입니다. 센서가 한줄(1 line)으로 되어있다는 겁니다.

     즉, 검출방향이 종방향 혹은 횡방향중 하나만 가능하다는 말이 됩니다.

      

     입사된 빛을 4개로 분할하여, 2개는 종방향, 2개는 횡방향으로 사용하는

     방법이 있습니다. 이것이 많은 분들이 알고 있는 크로스 센서입니다.

     입사된 빛을 4개로 쪼개기 위해서는 조금 다른 모양의 마이크로 렌즈가 필요합니다.

      

 

      

     위의 그림은 니콘의 공개특허에서 가져왔습니다. D70, S3Pro등을 사용하시는 분들은 위의 그림이

     상당히 눈에 익으실 겁니다. 니콘계열의 보급기에서는 AF센서 및 마이크로렌즈를 저렇게 배치하고 있구요.

     중앙부 AF센서 부분을 보시면 마이크로렌즈를 통해 빛을 4개로 쪼개는 것을 알 수 있습니다.

      

 

   

     위의 그림은 캐논 특허에 나와있는 4분할 마이크로렌즈의 그림입니다.

      

     왜 모든 AF포인터에 크로스 센서를 장착하지 않느냐고 불만인 분들이 많은 것 같더라구요.

     너무나 당연하게도, 2개의 센서를 이용한 단방향보다는, 4개의 센서를 이용한 크로스타입의

     AF가 정확도가 훨씬 높습니다.

      

     좋은것을 뻔히 알지만, 못해주는 경우... 보통 가격문제 때문이겠죠?

      

     빛을 분할하는 마이크로 렌즈는 제조방법도 어렵고, 제품 한개당 단가가 굉장히 비싼 것으로

     알고 있습니다. SLR 카메라의 AF 모듈을 만들 수 있는 회사는 그리 많지 않습니다.

     위상차방식AF는 전자적인 방식으로 초점위치를 찾는 컨트라스트방식과는 다르게,

     광학적인 부분과 기계적인 구조가 절묘하게 조합된, 현대 정밀광학의 꽃이기 때문입니다.

      

      

4. 그런데 왜? 캐논의 보급기 DSLR은 AF문제가 많을까?

      

여기까지 잘 읽어봐주신 회원님께 깊은 감사의 말씀을 전합니다.

사실, 제가 아무리 쉽게 설명한다고 해도 위의 내용을 한번에 이해하실 수 있는 분들이

그리 많지 않을 것 같다는 생각도 듭니다.

   

1번 항목에서는 SLR 카메라의 AF 모듈의 위치와 구조를 알려드렸고,

2번 항목에서는 위상차 방식 AF의 일반론을 말씀드렸습ㄴ다.

3번 항목에서는 실제 위상차방식AF 검출모듈을 소개해드렸습니다.

   

3번 항목에 따르면 위상차방식AF 모듈은 안으로 입사된 빛을 2~4개로 분리하기 위한

마이크로렌즈가 있어야 하고, 이렇게 분리된 빛은 각각의 센서로 입사되어

각각의 위상을 얻게 되고, 각 센서 사이의 위상차를 바탕으로 전초점인지, 후초점인지, 합초점인지

여부와 디포커스량을 구해 렌즈에 피드백 해준다는 것이 AF 모듈의 역할이었습니다.

   

 

   

단, 이러한 방식에서의 가장 큰 문제점은 마이크로 렌즈의 제조가 어렵고, 따라서 가격이 비쌉니다.

하나의 AF포인터당 2~4개의 라인스캔방식의 CMOS 센서가 필요하게 되기 때문에 구조적 요인으로

가격이 비싸질 수 밖에 없는 단점이 생깁니다.

   

캐논의 입장에서 생각해 보았을때, DSLR의 폭발적인 보급을 위한 가장 급선무는

제품의 원가를 높이는 이러한 고가의 모듈을 비슷한 성능을 가지지만 저렴한 염가형 모듈로

교체하는 것이 필수적이라고 판단한 것 같습니다.

   

   

캐논은 위에서 말한 마이크로 렌즈와 여러개의 라인스캔센서를 사용하지 않고도

값싸게 이와 비슷한 효과를 낼 수 있는 기술의 특허를 1997년도경에 출원했습니다.  

필름SLR시절부터 고속AF를 위해 사용되어왔던 위상차방식AF 모듈의 원가절감형 제품 말이죠.

   

2번 항목에서 소개시켜드렸던 "시간차를 두고 조리개를 반쪽씩 열기"에 대한 내용을

이해하셨다면 아래 그림이 무엇을 하는 녀석인지 금방 이해하실 수 있을 겁니다.

   

 

   

위의 그림은 AF 센서 모듈안에 들어있는 반쪽가림 조리개의 모식도 입니다.

위의 2번에서 말씀드린 내용입니다. 입사된 빛을 반쪽씩 시간차를 두고 가리면

센서에 촬상되는 위치에 따라서 전초점인지, 후초점인지 알 수 있다라고 설명드렸습니다.

(잘 이해가 안되시면, 위의 2번 항목을 다시 봐주시는 것도 도움이 될 것 같습니다.)

   

렌즈에서 반쪽씩 가리지는 못하니까 AF센서 모듈에 입사된 빛을 반쪽씩 가릴 수 있는

작은 사이즈의 미니 조리개를 설계한 것입니다. 또한, 이러한 조리개를 사용하게 되면

굳히 센서를 두개를 사용할 필요가 없습니다.  2번 항목에서 보았듯이 하나의 센서에서

a영역, b영역으로 나누어 검출이 가능합니다. 빛을 두개로 쪼갤 필요가 없으니 고가의 마이크로 렌즈도

필요 없을 것이고, 센서도 하나만 사용하면 되니 원가절감 효과가 탁월하겠네요!!!

   

 

   

2번 항목에서 말씀드린 내용을 이해하셨다면, 위의 그림이 어떤 상태를 의미하는지 아실 수

있을 겁니다. 처음에 A부분을 열어주었더니 b영역에 상이 맺혔습니다. 이후 1/100s 가량 후에

B부분을 열어주었더니 a영역에 상이 맺혔네요...  맞습니다... 전초점 상태입니다.

   

전체 디포커스량을 구하기 위해서 이렇게 생성된 두개의 데이터의 합을 이용해도 되고

아니면 조리개를 두개 다 열고 측정해도 됩니다.  

모터를 어디로 움직일지에 대한 방향을 알게 되었고, 얼마나 움직여야 할지도 알게되었습니다.

   

마이크로 렌즈를 이용하여 빛을 두개로 분리하고, 이를 각기 다른 센서로 받아서 처리하는

전통적인 위상차방식AF 모듈와 결과적으로는 똑같습니다. 대신 가격은 한참 싸질 것 같습니다...

   

   

그런데... 이러한 방식을 사용하는 위상차AF 검출방식은 두가지에서 치명적인 문제점을 가지게 됩니다.

   

1) 시간차를 이용한 방식이다. → 손떨림에 취약하다.

   

   제가 느끼기엔 많은 분들이 AF를 잡기 위해 반셔터를 누르실때 많이 신경을 쓰지 않는 것 같다는 생각이

   듭니다. 약간의 핸드블러는 어쩔 수 없는 것이라고 생각하시는 것 같고, 굳히 AF를 잡을때도 카메라의 파지나,

   손가락의 터치등까지 신경써야 하는가에 대한 의문을 가지실 것 같습니다. 그러나,

   캐논의 위상차방식AF가 이러한 시간차를 이용한 것이면 문제가 발생할 수도 있습니다.

    

    

 

    

   조리개 A를 열고, 센서가 신호를 획득하고, 다음에 조리개 B를 열고 신호를 획득하는

   이 사이에 1/100s 가량의 간격이 있습니다. 만약 이러한 동작 사이에 핸드블러가 발생하여

   들어온 씬이 바뀐다면... 어떻게 되겠습니까?

    

   왼쪽으로 들어온 빛과 오른쪽으로 들어온 빛이 다를 경우, 위상차 데이터를 추출할때

   완전히 엉망이 됩니다. 방향은 대충 찾을 수 있지만, 얼마나 움직여야 할지에 대해서는

   잘못된 연산을 할 가능성이 높아진다는 겁니다.

    

   마이크로 렌즈를 사용하는 경우는 두개의 경로의 빛이 동시에 들어와서 연산을 하기 때문에

   순간적인 핸드블러가 발생해도 초점이 틀어지는 경우가 그리 많지 않습니다.

    

   많은 분들이 캐논의 핀문제에 때문에 고통받고 있으신 것 같습니다. 저도 마찬가지 였구요.

   그런데, 게시판등을 잘 살펴보시면... 28-135IS 나 17-85IS 등... 표준줌렌즈에 IS가

   장착되어 있는 렌즈들은 의외로 핀문제가 조용합니다. 혹시나 왜 그런지 이해하실 수 있을까요?

   (물론 IS가 장착된 렌즈에서도 초점문제가 발생할 수 있습니다.

    제가 말하는 부분은 사용자의 촬영습관때문에 일어난 문제를 최소화 할 수 있는 것이 IS라는 것이죠)

    

   이러한 시간차를 이용한 위상차AF 모듈을 사용하는 캐논의 DSLR 기종이 정확하게 무엇인지는

   특허에 일일히 명시되어 있지 않습니다. 따라서, 현재까지 출시된 캐논의 DSLR중 어떤 것이

   이러한 방식을 사용하는가는 정확하게 말씀드리기 어렵습니다. 다만, 한가지 확실한건

   1D(s)계열의 플레그쉽 DSLR에서는 마이크로 렌즈를 사용하고 있다는 것입니다.

    

2) 전초점/후초점 상태를 파악하기 위해서는 무조건 조리개를 열어봐야 한다.

    

   그렇습니다. 마이크로 렌즈로 분리된 두개의 빛을 이용한 위상차방식은 현재 센서에 수광된

   위상만 체크하면 현재 상태를 즉시 알 수 있습니다. 하지만, 조리개를 전환하며 위치를 파악해야

   하는 방식은 A, B 조리개를 최소한 한번은 열고 닫아야 현재 상태를 알 수 있습니다.

    

   이런 경우가 어떤 경우에 문제가 될까요? 벌써 눈치채신 분들도 있을 것 같습니다.

   예... 바로 동체추적 AF를 할때 치명적인 약점이 됩니다.

    

   마이크로 렌즈의 경우 현재 위상차를 읽어 렌즈에 지속적으로 피드백을 해주면 됩니다. 하지만,

   조리개 방식은 현재 상태를 알고 싶으면 조리개를 열고 닫아야 하는 과정을 반복해야 합니다.

    

   따라서 반응이 느리겠죠. 더군다나 항상 움직이고 있는 피사체를 추출해야 하기 때문에

   두개의 상이 다른 경우가 많이 발생할 수 있습니다.

    

   1D 계열의 동체추적기능과 그 이하 기종의 동체추적AF 기능의 성능차이가 많이 나는 것은

   이러한 이유도 한가지 원인이 있지 않나 생각해 봅니다.

    

   (1D 이상급의 플레그쉽 바디는 AF를 위한 CPU가 별도로 있습니다. 즉, Main CPU가 있고

    AF에 관련된 Gyro CPU가 따로 있다는 말입니다. 그 이하급 바디에는 1개의 CPU가 AF부터

    측광까지 다 합니다. 이로 인한 성능의 차이도 무시하지 못합니다.)

    

      

5. 위상차방식AF를 정리하며...

   

   나름대로 쉽게 풀어서 써보려고 했지만, 받아들이시는 분들은 뭔가 부족한 느낌을 지우지

   못할 것 같습니다. 보통 칠판에 그려가면서 설명하면 10분이면 끝낼 내용을 이렇게 글과

   그림으로 설명하다보면 필요 이상으로 길어지고, 내용도 장황하게 되는 경향이 있는 것 같네요.

    

   뻔한 내용인데, 같은 내용을 계속 반복해서 설명한 부분도 있습니다. 혹시나, 이해하기 어려운

   분들을 위해서 반복효과를 시도한 것도 있습니다.

    

   DSLR 카메라에 관련된 기술을 가장 잘 습득할 수 있는 방법은... 그들이 출원한 공개특허를

   보는 것이라는 생각이 듭니다. 마케팅 담당자가 만든 홍보용 팜플렛이나 홍보책자등에 소개된

   기술소개는 비전문가가 비전문가들을 위해 작성한 글이기 때문에 얼핏 이해하기는

   쉬우나 깊이는 많이 부족한 것 같더라구요...

    

   저희는 캐논이 개발한 염가형 AF모듈인 "시간차 조리개 방식의 위상차AF 검출 모듈"이 적용된

   카메라가 1D급 아래에 있는 모든 카메라라고 생각하고 있습니다. 물론 확실한 것은 아닙니다.

    

   제가 비단 위에서 소개해드린 문제점 말고도, 다른 문제점도 계속적으로 발견되고 있고, 캐논은

   이러한 문제점을 해결하기 위한 특허를 지속적으로 내고 있습니다. 2006년 특허를 보면 사용자의

   핸드블러등을 예측한 보정공식등을 계속 보완하는 것으로 보이는데, 대략 정리하면 A4지 두장이 넘을

   만큼의 복잡한 공식을 적용하고 있는 것으로 보입니다.

    

   혹시나, 인정하지 않으시는 분들도 계실지 모르지만...

   캐논의 AF 기술은 세계 최고 수준입니다. 캐논AF가 구라AF라는 소리를 듣는 것은

   캐논이 좀 싸게 만들어 보려다가 듣는 소리일 뿐이고, 결국 이러한 염가형 기술도

   캐논이기 때문에 가능하지 않았을까라는 생각도 많이 듭니다.

    

   반면에, 아직까지 우리나라는 위상차방식AF에 대한 기술 및 특허가 전무한 상태입니다.

   (당연하죠. 아직까지 우리나라에서 AF 가능한 SLR을 한번도 만들어 본적이 없는데...)

    

   우리나라도 DSLR 카메라 만든다고 하죠? 아마 한동안은 AF모듈을 통채로 사다가

   쓰게 될 것 같습니다. 지금부터 개발한다고 하더라도 최소 20년은 뒤져있구요,

   기존에 냈던 특허를 피해가면서 신기술을 개발해야 합니다. 참 어려운 일 같습니다.

    

   이 글을 통해 단 몇분이라도 말로만 듣던 위상차방식 AF에 대해 조금이라도 알게 되셨다면

   참으로 기쁜 일이 아닐 수 없겠습니다.

    

   이만 줄이겠습니다. 감사합니다.

   

원본 위치 <http://www.300dclub.com/bbs/zboard.php?id=digiworks&page=1&sn1=&divpage=1&sn=off&ss=on&sc=off&keyword=af&select_arrange=headnum&desc=asc&no=1165>