[001] 스마트폰에 100배 줌? 갤럭시 S20 울트라

[001] 철저히 아이폰과 애플 빠돌이인 내가 갤럭시 얘기를 하게 될 줄이야..

어제, 2020년 2월 12일, 삼성이 갤럭시 S20 시리즈를 공개했다. 라인업은 S20, S20+, S20 Ultra 세 가지 인데, 울트라 모델에 들어가는 100배 줌 카메라에 대한 얘기를 두서없이 써보려고 한다.

물론 삼성과는 아무 관계 없고, 그냥 광학기술 자체에 대한 얘기를 할거다.

삼성의 S20 페이지 링크 : https://www.samsung.com/sec/smartphones/galaxy-s20/models/

 

S20 시리즈 | 갤럭시 S20 | S20+ | S20 Ultra 5G | Samsung 대한민국

※ 사용한 사진은 모두 출처를 적긴 했는데 문제되면 삭제하겠다.

 

 

[001-01] 모델 비교 (사진은 위 홈페이지에서 가져옴)

 

여기까지가 삼성의 S20 페이지에서 가져온 내용인데, 기본적인 비교를 해보면

S20 은 초광각 + 광각 + 망원 카메라 3종

S20+ 는 S20 의 3종 모듈 + 뎁스비전카메라 (ToF : Time of Flight)

S20Ultra 는 초광각 + 광각 + 뎁스비전 + 망원

으로 구성되어 있고, 이번 글에서는 울트라 모델의 망원 모듈에 대한 내용을 다루겠다.

 

 

[001-02] 본론부터. 10배 광학 줌. 폴디드줌 (Folded Zoom)

홈페이지의 설명대로 100배 줌은 광학줌 10배 x 디지털줌 10배를 곱해서 100배의 배율을 확보하는데, 10배의 광학줌을 구현하는데 들어가는 기술이 폴디드줌 이다.

사실 이 기술은 뭐 갑자기 나온건 아니고, 2019년에 중국 OPPO의 RENO 와 화웨이의 P30 PRO 에 적용되어 10배 줌 카메라를 포함한 스마트폰으로 출시 된 적이 있다. 당시 OPPO와 화웨이에 해당 모듈을 공급한게 삼성X기 였다. 갤럭시에도 여기서 넣었겠지..

아래 사진으로 중국 스마트폰의 광학 10배 줌 위력을 보면,

물론 광학줌 이기 때문에 화질 저하는 전혀 없다.

삼성 홈페이지의 설명과 같이 디지털줌은 (줌 이라고 부르기도 뭐한) 이미지를 잘라내서 크게 보여주는거라 배율(?)이 높아질수록 화질이 점점 떨어질 수 밖에 없다.

아래 사진으로 광학줌과 디지털줌을 비교해보면, 차이가 확실하다.

 

 

[001-03] 그냥 만들어 넣으면 되는거 아니야?

아래 카메라에 쓰이는 렌즈 사진을 먼저 보자. (출처 : https://www.canon-ci.co.kr/smartlensfinder/search_group.lens)

 

 

초점거리가 길어질수록 렌즈의 길이가 길어지는데, 여기에 줌을 구현하려면 아래 그림과 같이 경통 안에서 렌즈들이 움직일 공간도 필요하다.

 

 

참고로, 시그마에서는 하다하다 아래와 같은 렌즈를 출시하기에 이른다.

 

 

정리하면, 멀리 있는걸 크게 찍기 위해 망원 화각을 확보하고, 거기에 광학 줌까지 구현하려면 경통의 길이가 길어져야 한다. 망원 카메라가 들어가는 한 카툭튀는 피하기 어려운거다.

그런데 스마트폰은 두께가 얇으니, 광학적으로 반드시 필요한 경통의 길이를 확보하는데 한계가 있다.

실제로 스마트폰의 카메라에도 아래 그림과 같이 하나의 모듈에 상당히 많은 수의 렌즈들이 들어간다. (출처 : https://consumer.huawei.com/en/phones/p30-pro/)

 

 

 

다시한번 정리하면, 디지털줌은 화질이 떨어지니까 광학줌을 사용하고 싶은데, 스마트폰은 두께가 얇아서 광학줌을 구현하는데 필요한 공간을 확보 할 수 없다. 이다.

 

 

[001-04] 그럼 어떻게 10배나 되는 광학줌을 넣은거야? 프리즘!

스마트폰은 두께가 얇지만, 폭은 넓다. 이걸 이용하는게 폴디드줌의 핵심이다.

 

 

위 그림의 센서1은 일반적인 카메라 모듈의 센서이고, 센서2는 폴디드줌의 센서이다. 센서2는 세워져있는데, 외부에서 빛이 들어오면, 센서2로 가는 빛의 경로를 수직으로 꺾어주어, 렌즈들이 앞뒤로 움직일 수 있는 공간을 확보하는거다. 꺾어져서 들어오는 빛을 받아야 하니 센서2가 세워져 있는 것이고, 경로를 접어서(꺾어서) 구현하니까 Fold 라는 표현을 사용한 것.

스마트폰의 카메라는 DSLR과 같은 본격 카메라와 달리 센서가 작아서 줌을 구현하는데 상대적으로 적은 공간을 필요로 하기 때문에 저정도 공간으로도 10배 줌 정도는 충분히 구현 가능하다.

위에 빨간 네모로 표시된 부분을 확대하면, (출처 : https://consumer.huawei.com/en/phones/p30-pro/)

 

 

빛을 꺾어주기위해 필요한 가장 핵심적인 부품이 바로 프리즘이다. 내부전반사를 이용하기때문에 특정 굴절율이 필요해서 특정한 재질을 사용하고, 투과율을 높이기 위해서 빛의 입사면과 반사면에 AR 코팅 (anti-reflection : 비반사 코팅) 을 해야하지만, 우리가 과학시간에 배운, 햇빛을 무지개로 펼쳐지게 만드는 그 프리즘을 이용해 광학줌을 구현하는 것이다.

 

 

프리즘에서 외부의 빛을 받는 부분이 네모모양 이어서, 자연스럽게 광학줌이 적용된 카메라 모듈은 원형인 다른 모듈과 달리 네모모양을 갖게 된다.

 

 

 

[001-05] 정리

갤럭시 S20 울트라에 10배 광학줌이 들어가는 바람에 처음으로 물리 얘기가 아닌 글을 올리게 됐다.

1. 스마트폰에 광학줌을 적용하기 위한 기술을 폴디드 줌 (Folded Zoom) 이라고 한다.

2. 스마트폰은 두께가 얇아서 줌을 위한 공간을 확보하기 어려운데, 빛을 꺾어서 해결했다.

3. 프리즘이 들어가는게 기술의 핵심이다.

 

나중에 S20+ 와 S20 Ultra 에 들어간 뎁스 비전 카메라의 기술에 대한 내용도 한번 정리해볼까 생각중이다.

궁금한 사람은 ToF : Time of Flight 검색해보면 되고, ToF는 3차원 입체 촬영이나 피사체까지 거리 등을 측정할때 사용하는 기술 정도로 알고있어도 된다.