1kg도 채 안나가는 시네렌즈 구현

후지필름의 후지논 렌즈는 최첨단 기술로 방송 산업의 선두 주자로 잘 알려져 있습니다. 최근 몇 년 동안은 후지논 씨네 렌즈를 다수 출시하여 영화계에서도 어느 정도 반향을 일으키고 있습니다.

2009년 후지필름은 세계 최초의 4K 시네 줌 렌즈를 발표했습니다.
2013년 후지필름은 드라이브 유닛을 시네 렌즈에 부착하는 혁신적인 아이디어롤 적용한 ZK 시리즈를 발표하였고, 이 렌즈는 TV 제작 현장에 유용하게 사용되었습니다..
그리고 2017년 예산이 제한적인  영화 촬영 감독들을 대상으로  화질이 우수한 MK 시리즈를 발표했습니다. 후지논 시네 렌즈 는  작고 가벼운 모델로  가치를 인정받기 시작했습니다. 기존 모델의 경우 무게가  최소 2kg은 나갔으니까요. 동일한 광학 성능을 유지하면서 1kg 미만의 렌즈를 구현하는 것은 결코 쉽지 않습니다.

우리는 후지필름의 시네 렌즈 팀과 MK18-55mm 및 MK50-135mm 개발에 대해 인터뷰를 진행했습니다.

Noguchi(제품 플래너): 제품기획팀은 개발을 시작하는 단계부터 렌즈의 주요 사양을 결정했습니다. Super 35mm / APS-C 센서용으로 설계된 렌즈를 만들어보자는 것이 목표였습니다. 따라서 무게가 1kg가 넘지 않도록 작고 가볍게 만들고 싶었습니다. 크기를 작게 하기 위해서 저희는 전면 렌즈 직경을 85mm, 필터 크기를 82mm, 기어 피치를 0.8mm로 만들어달라고 설계자에게 요청했습니다.

필터 크기를 82mm로 결정한 이유는 이 크기가 대부분의 소매업체들이 취급하지 용이하기 때문입니다. 95mm를 원한다면 전문 매장을 방문해야 하지만 82mm 필터늘 일반적인 소매업체에서 쉽게 구입할 수 있었으니까요.

Yonezawa(광학 디자이너): 제품 기획 팀의 요구는 다른 후지논 시네 렌즈와 동일한 광학 성능을 유지하면서 무게를 1kg 미만으로 만드는 것이었습니다. 그 외에도 그들은 상위 모델과 동일한 수준의 조작성을  요청했습니다. 저는 우리가 극복 해야 할 장애물이 정말 높다고 생각했습니다. XK 렌즈의 무게는 드라이브 유닛이 없어 도 2.4kg이며, 이  렌즈가 저희 제품 중에서 가장 작고 가벼운 것이었죠. 1kg도 안 되는 렌즈는  구현할 수 없다고 생각 했습니다.

Kawamura(기계 디자이너): 설계 단계를 마친 후, 우리는 1kg 미만의 중량 구현이라는  목표 에 집중했습니다. 우리는 먼저 각 기계 및 광학 부품의 목표값과 각  부품의 무게를 설정했습니다. 첫 번째 설계를 마친 다음 사실 광학 설계의 한계 때문에 목표값 에 도달할  수  없다는 것을 깨달았어요. 하지만 기계 부품의 비율을 높이고 광학 부품의 비율을 줄이는 등 다양한 요소를  시도하면서 마침내  980g이라는 값을 실현할 수 있었습니다.

Yonezawa: 전면 렌즈는 원래 직경이 90mm였지만, 두 MK 렌즈 사이에 공통의 필터 크기를 가지려면 크기를 60mm 미만으로 줄여야 했습니다. 지난번 8K 렌즈를  설계 하는  프로젝트에 배정받았을 당시에도 똑같은 문제에 겪었 습니다. 그래서 8K 렌즈의 줌 구조를  MK 렌즈에 적용했더니 전면 요소를 더 작게 만들 수 있었습니다.

또한, ED 렌즈(특수 광학 렌즈)를 많이 사용했기 때문에 색수차를 억제하고  크기와 무게를 줄일 수 있었습니다. 우리는 MK50-135mm에는 4개의 ED 렌즈를, MK18-55mm에는 8개의 ED 렌즈를 사용했습니다. 렌즈 크기가 감소하면  각 요소마다 수차가 더 커집니다. 더 나아가서 ED 렌즈를 더 많이 사용해 봤더니 각 요소의  수차도 더 많이 억제되더군요. 이런 식으로 작은 크기에도 높은 수준의 광학 성능을  실현할 수 있게 되었습니다.

Kawamura(기계 디자이너): 기계적 설계 측면에서 볼 때 렌즈 크기가 더 작을수록 렌즈 배럴로 더 작아집니다. 따라서 포커스 유닛, 줌 유닛 및 조리개 유닛도 제한된 공간에 맞도록 크기가 작아야 했습니다. 우리의 도전 과제는 적절한 균형을 유지하면서 각 유닛을 어떻게 배치할  것인가였습니다.

또한 무게를 줄이기 위해 외부 및 렌즈 고정 부품에 플라스틱을 사용했습니다. 여러 번 시도한 끝에 알루미늄과 유사한 외관과 질감으로 최종 제품을 생산하게 된 것 같습니다. 사람들이 "플라스틱같지 않아요."라고 말하길 원했거든요. 우리는 이런 외관을 만들어내기 위해 정말이지 고생 좀 했어요. 도장과의 호환성을 검토하고 내구성을 위해 유리 섬유 를 추가했습니다. 유리 섬유의 질감은 길이에 따라 다르므로 최종 제품을 내기까지  많은 실험을 했습니다.

Toyama(광학 디자이너): 플라스틱을 사용하면 광학 설계 라는 측면에서 넘어야 할 산이 많습니다. 플라스틱을 사용하면  무게를 줄일 수 있지만 온도 변화에 취약거든요. 우리의 목표는 렌즈 배럴을 플라스틱 소재로 만들고 광학 성능은 후지논 시네 렌즈 수준으로 끌어올리는 것입니다.

이 문제를 극복하기 위해 렌즈 모양과 유리 소재를 어떻게 조합할 것인지, 그리고 온도로 인한 초점 변화를 제어할 수 있는 방법을 분석했습니다. 우리는 알루미늄 외장과  견줄만한 품질을 마침내 달성했습니다.

Noguchi: 온도 변화에 신경을 써야 했어요. 렌즈의 초점 성능은 온도가 변화해도 변하지 않아야 하거든요. 가혹한 기후 조건에서 사용될 것이라는 가정 하에 이 렌즈를 설계했습니다.

Sakai(디자이너): HK 및 ZK 시리즈는 후지필름의 주력 모델로서 솔리드 메탈의 견고함을 강조했습니다. 렌즈 배럴은 알루미늄으로 밀링됩니다. 블랙 부분은 알루미늄 표면을 검은색으로 양극산화하였고, 그린 부분은 녹색 알루마이트로 처리했죠.

MK 렌즈는 기본적인 모델입니다. 플라스틱을 사용하여 경량을 구현했지만 디자인 컨셉은 다른 후지논 시네 렌즈와 동일합니다. MK 시리즈에서는 블랙 알루마이트와 그린 알루마이트로 외관을 꾸몄습니다. 플라스틱 외관을 알루마이트로 표현하는 것이 매우 어려웠습니다. 어떻게 하면 맞춤형  블랙 알루마이트 광택을 낼 수 있을지 그리고 도장으로 하이라이트하려면 어떻게 해야 할까요? 우리는 토닝을 반복해서 실험한 결과 마음에 드는 최종 외관을 만들어 냈어요.

이 렌즈는 대여 뿐만아니라 구매용으로도 제작해야 한다고 가정했습니다. 그래서 유려한 외관에  느낌이 고급스러운 렌즈를 소유하는 기쁨을 선사하고자 했습니다. 우리는 알루미늄에 가까운 느낌을 내기 위해 최선을 다했습니다.

Kakinuma(광학 엔지니어): 조정 단계에서 품질 표준에 쉽게 달성할 수 있는 메커니즘을 채택했습니다. 해상도를 개선하기 위한 노력으로 전문 장인의 손을 빌려 기존의 후지논 시네 렌즈를 조립한 후 까다롭게 조정을 수행했습니다. MK 렌즈에서 혁신적인 조정 메커니즘을 도입하여, 광학 성능을 사전에 자동으로 확인할 수 있었습니다. 그 결과 성능 조정 작업을 단시간 내에 완료 했죠.

MK 렌즈의 생산 공정에도 새로운 조정 메커니즘과 새로운 시설을 도입하고자 했습니다 . 광학 디자이너, 기계 디자이너부터 제조 현장의 직원들에 이르기까지 프로세스에 관련된 모든 사람들이 아이디어를 서로 공유했습니다.

Sasaki(광학 엔지니어): 시네 렌즈 부품의 정밀도는 마이크론 눈금으로 표시됩니다. 정밀도에 대한 요구는 4K 렌즈와 같은 고해상도 렌즈에 매우 높습니다. 하나의 렌즈가 완성되려면, 20개 이상의 유리 요소가 필요합니다. 요소 하나 하나를 정밀하게 제조하고 최종 구조는 균형이 잘 맞아야 합니다. 기존 시네 렌즈의 제조 방식처럼 이 렌즈도 기본적으로 맞춤 제작됩니다.

MK 렌즈는 성능 수준을 높이 유지하면서도 리드 타임을 단축할 수 있도록 생산 프로세스를 변경했습니다. 간단히 말씀드리자면, 초기 생산 단계에서 최종 성능을 예측할 수 있는 메커니즘을 도입했습니다. 그 결과 리드 타임이 더 단축되면서 고품질을 유지할 수 있는 렌즈를 구현할 수 있게 되었습니다.

Yonezawa: 일반적인 스틸 렌즈의 경우, 줌과 포커스 그룹을 하나의 그룹으로 결합하여 소형 크기로 만들기 때문에 초점이 어쩔 수 없이 흔들립니다. 반면, 시네 렌즈는 별도의 줌 및 포커스 그룹을 사용합니다. 렌즈 의 크기가 커지지만, 줌을 조절하는 동안 포커스 그룹의 위치는 변하지 않습니다. 이런 구조 덕분에 줌 조절 시 초점 이동을 최소화할 수 있는 거죠.

MK 렌즈의 렌즈 구조는 ZK 및 XK 시리즈와 같은 상위 수준의 고급 모델과 동일합니다. 유일한 차이점은 렌즈 모양과 크기 그리고 위치입니다. 위치에서 변하지 않은 포커스 그룹은 줌 그룹 전방에서 찾을 수 있습니다. 포커스 그룹 후방에는 조리개와 더불어 같은 위치에 여전히  남아 있는 또 다른 그룹이 있습니다. 이런 구조 덕분에 줌 조절 시 초점 이동을 최소화할 수 있는 거죠.

Yonezawa: 호흡이 렌즈 구조와 관련이 있습니다. 말씀드렸다시피 스틸 렌즈는 동일한 초점 및 줌 그룹을 사용합니다. 그래서 초점을 변경하려고 할 때 줌도 같이 변경해야지만 화각이 움직입니다. MK 렌즈에서 줌과 초점은 독립적입니다. 초점을 바꿀 때 줌 그룹이 움직이지 않으므로 호흡을 최소화할 수 있습니다.

Kakinuma: 각 부품에 오류가 발생하면 광축이 이동하는 데까지 이어집니다. MK 렌즈에는 각 렌즈와 이동 그룹의 오류를 조정하는 조정 메커니즘이 갖춰져 있습니다. 기존의 시네 렌즈와 방송용 렌즈도 동일한 메커니즘을 사용하는데요, 저희도 이 시스템을 MK 렌즈에 적용했습니다.

Tanaka(광학 디자이너): 색상은 CCI(컬러 기여도 지수)를 사용하여 숫자 값으로 정량화할 수 있습니다. 우리는 이 수치를 상위 고급 모델의 수치로 조정했습니다. 색상을 조정하려면 파장당 광 투과율을 특정 값으로 설정해야 합니다. 가치는 렌즈 소재와 코팅에 따라 다르지만, 상위 고급 모델과 동일한 값을 가질 수 있도록 가능한 모든 것을 고려했습니다.

Kawamura: 토크는 다른  후지논 시네 렌즈와 동일합니다. 포커스 링은 XK 시리즈와 같이 최대 200도까지 완전히 회전할 수 있습니다. 각도가 좁을수록 초점은 조정하기 어렵습니다.

Noguchi: HK 시리즈는 최대 280도까지 회전할 수 있습니다. HK Series를 2인이 조작 가능한 렌즈로 구상했어요. 그래서 각도도 더 넓죠. 반면, ZK, XK, MK 시리즈의 경우 1인이 조작 가능한 렌즈로 구상하고 설계를 했죠. 280도는 너무 넓어서 한 손으로 회전할 수 없기 때문에 전 세계의 영화 촬영 감독들로부터 조언을 받고 200도가 최적의 각도라고 결론을 내렸습니다.

Kawamura: 기어 피치에서 모든 렌즈는 0.8M을 사용합니다. 조리개 링에도 동일한 메커니즘이 사용되어 범위 한도 내에서 원활하게 작동합니다.

Hayashi(제품 플래너): 우리는 꽤 오랜 시간 동안 토크에 대해 논의 했습니다. 원래는 포커스 링 토크가 더 무거웠지만, 우리는 한 사람이 더 쉽게 조작해야 하기 때문에 마지막에 중량을 더 빼기로 결정했습니다. 금속을 사용한 상위 고급 모델과는 달리 플라스틱을 사용했기 때문에 크기를 변경할 수 밖에 없었죠.

링의 경우 감각적으로 표현하기 위해 3D 프린터를 사용하여 여러  패턴을 만들고 일일이 조작성을 확인했습니다. 또한 촬영 감독들에게 조언을  구하고 이 분들의 피드백을 디자인에 반영했습니다. 저는 실제로 제작 과정에서 토크를 확인하기 위해 공장을 방문하기도 했습니다.