분광기에 사용할 콜리메이터와 포커서(카메라 결상) 렌즈로 Schneider Componon-S를 선택했다.
이 렌즈는 원래 확대기용 렌즈인데 선예도가 좋고 왜곡이 없어 매크로용 렌즈로 쓰이기도 한다. 확대기 렌즈 쪽에서는 매우 성능이 뛰어난 렌즈로 알려져 있다.
componon-S 여러 버전 중 4군 5매 광학 요소를 가진 버전이다. 가장 최근은 4군 6매이다.
그런데 이게 분광기에도 딱이다. 필름을 인화지에 전사하는 목적으로 설계되어 있어 평면을 평면으로 정밀하게 투사할 수 있다. 분광기에서는 슬릿을 회절격자로, 회절격자를 센서로 투영시기 때문에 평탄성이 높은 렌즈가 필요하다.
아래 사진은 Sol'Ex 분광기에 APS-C 센서를 연결하여 찍은 것이다. 가장 자리에 초점이 맞았으나 중심부에서는 초점이 맞지 않았다. 광학 부품이 가진 상면 만곡 수차 때문이다.
저분산 분광기에서는 센서 전체(넓은 파장 범위)에서 초점이 동시에 맞아야 하기 때문에 Sol'Ex에 사용된 렌즈(더블렛)와 달리 수차 제어가 잘 된 렌즈가 필요하다. 일반 사진용 렌즈는 광학요소가 많고 포커스와 조리개 기능이 들어가 크고 무겁다. 또, 무한대 물체에 대한 평탄성은 좋지만, 근거리 물체에 대한 평탄성은 보장할 수 없다. 분광기에서는 렌즈 자체적인 포커스 기능과 조리개 기능이 필요없다.
확대기용 렌즈가 이 점에서는 좋은 역할을 할 것으로 기대된다.
내가 구입한 렌즈는 2개인데, 콜리메이터는 80/4로 유효구경 20mm 중 약 13mm 정도만 쓸 예정이다. 포커싱 렌즈는 50/2.8을 쓴다. 이렇게 되면 실제 슬릿과 슬릿의 상(찍히는 부분)의 비율이 80/50으로 축소된다. 이렇게 하면 선예도를 높이고 더 넓은 파장 범위를 커버할 수 있으며, 저분산 분광기에서 요구되는 조건이다. 최근에 나오는 작은 픽셀의 카메라에 더 잘 대응하는 방향이라고 생각한다.
그런데 이 렌즈는 유효 구경에 비해 렌즈 하우징이 크다. 분광기 내부에 넣기에는 기구 배치가 나빠지고 결국 공간이 낭비된다. 또 불필요한 무게 증가도 따라온다.
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| 이미지 출처 https://deltalenses.com/product/schneider-componon-s-50-2-8-14849/ |
렌즈 하우징에서 광학적으로 딱 필요한 렌즈 셀만 드러내면 좋겠다. 안되면 버릴 생각으로 분해를 시도했다. 그런데 이게 생각보다 쉽고 깔끔하게 분리된다.
Schneider Componon-S 80/4 disassemble
(1) 확대기 렌즈는 입구가 큰 쪽이 "뒤쪽"이다. 이 부분을 위로 가게 놓고, 필터용 렌치로 가장 바깥쪽의 홈에 맞추고 풀면 조리개 조정용 링과 "뒤쪽" 렌즈 셀이 분리된다.
이 렌즈 셀에 렌즈 3장이 들어 있는 것 같다. 렌즈 상태가 깨끗해서 더 이상 분해하지 않았다.
(2) 내부 조리개 제거 과정
가장 큰 스냅링을 푼다. 내벽에 설치된 조리개 레버는 굳이 분리하지 않아도 된다. 조리개 레버를 분리하려면 금속 링을 먼저 제거하면 2개의 반원형 부품으로 해체된다.
조리개 아이리스 부분은 작은 스냅링으로 고정되어 있다. 이것을 빼고 커버를 들어내면 조리개 블레이드를 제거할 수 있다. 분광기에서는 필요 없으므로 모두 제거했다. 조리개 레버와 연결되는 고리도 제거한다.
(3) "앞쪽" 미러셀 분리
앞쪽 미러셀은 그냥 돌리면 분리된다. 80/4의 경우 필터용 렌치로 고정링을 먼저 풀어야 렌즈셀이 분리되었다. 50/2.8의 경우 렌즈 셀이 더 작아서 렌즈셀을 돌리기만 해도 바로 분리되었다. 필터용 렌치로 고정링을 풀면 플라스틱 부품들이 쉽게 분리된다.
3개의 볼트를 풀면, 앞서 분리한 2개의 렌즈 셀을 잡아주는 가운데 부품을 들어낼 수 있다.
(4) 렌즈 셀 재조립
2개의 렌즈 셀은 모두 가운데 부품에 끝까지 돌려서 조립하면 된다. 렌즈를 분리하기 전에도 앞쪽과 뒤쪽의 렌즈 셀은 별도의 스페이서나 거리 유격 없이 가운데 부품에 나사산 끝까지 돌려 고정되어 있었다.
조리개 레버가 나와 있던 부분 때문에 옆구리가 뚤려 있는데 이곳으로 빛이 샐 수 있어 조리개 블레이드를 덮고 있던 커버와 스냅링을 다시 넣어 주었다.
"앞쪽" 렌즈셀과 가운데 튜브 부품 사이에는 M39 마운트를 넣고 고정할 수 있게 되어 있는데 이 두께가 2.0mm이다. 분광기 내부에 렌즈를 고정하려면 마운트가 필요한데 마침 이 부분이 있어 좋다. 두께 2mm의 브라켓 같은 것만 만들어서 끼우면 되니까 렌즈 고정 방법 가지고 고민하는 수고를 덜었다.
(5) 앞쪽 렌즈셀에 약간의 곰팡이가 있어 분해했다. 다행히 잘 제거됨.
(6) 80/4 렌즈 셀만 분리하면 사이즈가 이러하다.
Schneider Componon-S 50/2.8 disassemble
같은 방법으로 해체하고 분해 과정을 타임랩스로 찍었다.
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Componon-S 50/2.8과 80/4 렌즈 셀 크기. 각각 원래 렌즈 뭉치보다 훨씬 작아졌다.
분광기에서 회절격자와 포커싱 렌즈 사이의 거리는 가급적 가까워야한다. 그래야 광량 손실을 막을 수 있고 파장의 커버리지도 넓어진다. 렌즈 하우징의 크기가 줄어드니 렌즈 셀을 회절격자에 훨씬 더 가까이 가져갈 수 있다. 아래 그림에서 위쪽 렌즈가 콜리메이터, 아래쪽 렌즈가 포커싱렌즈이다. 아래 그림에서 콜리메이터(위쪽 렌즈 뭉치)를 더 오른쪽으로 이동시켜도 된다.
렌즈 뭉치 자체에 포커싱 기능이 없으므로 선형 레일에 마운트하거나 헬리컨 포커서 내부에 삽입하여 미세하게 조정할 수 있도록 설계해야 한다.
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신형 Componon-S 렌즈 외형 규격은 아래와 같다. 버전에 따라 약간 다를 수 있다.
아래는 렌즈 셀 분리후 실측을 한 결과이다. 측정 오차가 좀 있을 수 있다.
4/80 렌즈는 초점길이의 합이 정확히 160mm가 나왔고 기준 위치는 조리개(아리리스) 블레이드가 있던 위치와 거의 일치한다.
2.8/50 렌즈는 초점 위치가 약간 다르게 나왔는데 측정 오차일 수도 있다. 전후방 각각 무한대 초점 길이의 합은 거의 100mm로 나오고 역시 기준 위치는 조리게 블레이드가 있던 위치와 거의 일치한다.
분광기 설계를 할 때 렌즈 중심 위치는 이 측정에 따라 설계하고, 렌즈의 위치 조정은 선형 레일에서 ±2mm 정도만 움직이도록 할 예정이다.
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