스마트폰은 직사각형의 디자인에 두께는 6~9mm 사이로 슬림하게 제작됩니다. 하지만 이렇게 슬림한 디자인에도 불구하고, 뒷면의 카메라가 툭 튀어나와 있어서 많은 사용자에게 물리적·심리적으로 불편감을 주고 있습니다.
사람들은 이를 카툭튀(카메라 툭 튀어나옴)라고 부르며 아주 싫어하는데, 왜 제조사는 스마트폰 카메라를 이렇게 만드는 걸까요?
소비자가 스마트폰을 구매할 때 카메라의 성능은 아주 큰 영향을 미칩니다. 그래서 제조사들은 더 좋은 카메라 성능을 구현해 내기 위해 기술 경쟁을 통한 엄청난 성능 발전을 이뤄냈습니다.
문제는 발전된 성능을 스마트폰 카메라에 적용하려면 물리적으로 더 많은 공간이 필요하다는 겁니다. 이와 관련된 자세한 이유를 알아봤습니다.
렌즈는 빛의 굴절을 통해서 빛을 모으거나 퍼뜨리는 광학 장치로 카메라에서 가장 기본이 되는 부품입니다. 렌즈의 기원에 대한 논쟁이 있지만, 렌즈는 1세기경부터 검투사 경기를 보기 위한 시야 확대 용도로 사용됐을 것으로 추측되며, 9세기경 Reading stone이라는 렌즈가 발명된 후 10세기경 널리 쓰였다고 합니다.
그리고 13세기 후반 Reading Stone을 개량해 안경이 발명됐고, 렌즈 기술이 지속 발전하면서 1590년경에 현미경, 1608년에 망원경이 발명됐습니다.
그런데 렌즈를 이용하다 보니 물질이 빛의 색(파장)에 따라 굴절률이 달라서 초점이 다르게 맺혀 확대되거나 축소된 이미지가 흐려 보이는 문제가 발생했습니다.
렌즈가 초점을 맺을 때 한점에 맺히지 않아서 생기는 현상을 수차(Aberration)라고 합니다. 그중에서 빛의 색, 그러니까 빛의 파장 차이에 의해 발생되는 수차를 색수차(Chromatic Aberration)라고 합니다.
색수차는 광학 이론의 발달에 따라 단일 렌즈로는 보정이 불가능하다는 사실을 알게 됐고, 1733년 여러 겹의 렌즈를 겹쳐서 색수차를 보정한 렌즈가 등장합니다.
단일렌즈를 쓰면 빛의 초점이 색에 따라 다른 위치에 맺히지만, 오목렌즈와 볼록렌즈를 적절히 겹쳐주면 한점에 맺히게 할 수 있는 방법을 이용한 겁니다.
여러 겹의 렌즈를 겹쳤기에 스마트폰 카메라의 렌즈는 튀어나올 수밖에 없고, 이것도 최대한 슬림하게 하려고 컴퓨터 기술을 이용해 렌즈 설계를 최적화하여 만든 겁니다.
또 다른 카툭튀의 원인에는 Auto-focusing 모듈, 이른바 AF 모듈이 있습니다. 렌즈를 통해 빛을 모아 이미지를 형성하는 과정을 이미징이라고 하는데, 그 과정을 살펴보면 물체에서는 다른 광원에서 나온 빛이나 물체의 자체 발광으로 인해 사방으로 빛이 흩뿌려지고, 이 빛은 렌즈를 통해서 굴절됩니다.
잘 설계된 렌즈는 빛을 한곳으로 모아줄 수 있고, 모인 빛은 이미지를 형성하며, 해당 지점에 스크린을 두어서 빛을 다시 흩뿌린 뒤 파악하면 처음 그 물체가 상이 되어 확대되거나 축소된 형태로 나타나게 됩니다.
이때 스크린 대신 빛의 종류를 감지하는 센서를 넣으면 상의 모양을 인식할 수 있는 센서가 됩니다. 예를 들어 사람의 눈에서 수정체를 통해 빛을 모으고 망막에 이미징을 맺게 하면 시신경이 센서처럼 빛의 종류를 파악해 이미지를 모양으로 파악하는 것처럼 말입니다.
어쨌든 렌즈는 설계된 곡면과 물체의 거리에 따라서 상이 맺히는 위치가 달라지므로 이에 따라 이미지센서와 렌즈 사이의 거리도 달라져야 합니다. 이때 초점을 맞추기 위해 기계적 동작을 하는 것이 AF 모듈인데, 이 모듈이 차지하는 공간이 큽니다.
이 외에도 손떨림 방지를 위한 OIS 기술과 고화질 이미지를 위해 커진 이미지 센서도 카메라 돌출의 주요 원인입니다
즉, 현재로서는 사용자가 기대하는 스마트폰 카메라의 기능을 유지하기 위해서 카메라의 부피는 작아질 수가 없고, 결국 돌출된 형태의 디자인으로밖에 나타날 수가 없는 상황입니다.
또한, 스마트폰의 카메라 개수가 자꾸 늘어나는 이유도 비슷한 맥락인데, 카메라의 두께를 늘리지 않는 선에서 광각 카메라, 일반 카메라, 망원용 카메라 등을 일체화시킬 수는 없어서 쉬운 방법으로 카메라의 개수를 늘린 겁니다. 궁금증이 해결되셨나요?
– 원고 : 포항공대 기계공학과(나노공학/광학 전공) 양영환 박사
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