렌즈 품질 평가에서 MTF 사용의 이해

MTF 그래프를 사용하여 최고의 렌즈 선택하기

렌즈의 성능은 카메라나 컴퓨터 사양과 같은 특정 측정값으로 쉽게 결정되지 않기 때문에 올바른 렌즈를 선택하는 것은 종종 어려운 일입니다. 이러한 이유로 렌즈 제조업체는 통제된 환경에서 렌즈 성능을 측정하는 표준 방법을 만들어 제품에 대한 MTF 정보로서 테스트 결과를 제공합니다.'

MTF(Modulation Transfer Function) 그래프는 산업용 사용자뿐만 아니라 상업용 사용자에게도 유용합니다. 다음 그림은 취미 또는 직업으로 사진을 찍는 사람들을 포함한 상업용 고객이 일반적으로 사용하는 MTF 그래프의 한 예입니다. 이러한 사용자는 일반적으로 정밀한 측정보다는 렌즈의 대비와 선명도를 빠르게 평가하기 위해 MTF 그래프를 활용합니다.'

산업용 렌즈 사용자의 경우 당사에서는 렌즈의 해상도, 대비 성능 및 일관된 이미지 품질을 더 잘 평가하기 위해 MTF(Modulation Transfer Function) 그래프를 보다 적극적으로 활용할 것을 적극 권장하고 있습니다. 이 글에서는 MTF 그래프에 대해 자세히 알아보고 더 나은 렌즈 비교를 위해 어떻게 활용할 수 있는지 공유하겠습니다.'

MTF(Modulation Transfer Function)란 무엇인가요?

MTF(Modulation Transfer Function)는 광학 시스템이 피사체에서 이미지로 대비를 전달하는 능력을 측정하는 척도입니다. 특정 해상도에서 렌즈가 제공하는 대비 수준(예: X lp/mm에서 Y %)을 나타냅니다.

이미지의 1밀리미터에서 구분할 수 있는 어두운 선과 흰색 선(라인 쌍)을 번갈아 가며 표시하는 측정 단위인 밀리미터당 라인 쌍(lp/mm)입니다.

예를 들어

• 1lp/mm는 1mm 거리 내에 1쌍의 선이 있고, 각 선의 간격은 0.5mm라는 의미입니다.

• 마찬가지로 10lp/mm는 1mm 내에 10쌍 또는 20개의 선이 있고 각 선의 간격은 0.05mm라는 의미입니다.

• 동일한 논리를 적용하면 100lp/mm에서 선의 간격은 5µm(0.005mm)가 됩니다.

해상도와 관련하여 lp/mm 값이 높을수록 광학 시스템이 캡처할 수 있는 디테일의 수준이 더 세밀하다는 것을 의미합니다. 따라서 해상할 수 있는 라인의 수는 광학 시스템의 중요한 성능 기준이 됩니다.

실제로 아래 그림과 같이 줄무늬의 간격이 작을수록 렌즈와 카메라 같은 광학 시스템에서는 줄무늬를 표현하기가 더 어려워집니다. 렌즈는 이러한 선 패턴을 포착하여 센서에 투사하는데, 선 간격이 줄어들수록 선 패턴을 정확하게 재현하기가 점점 더 어려워집니다. 따라서 선 간격이 좁아질수록 렌즈를 통해 표현되는 흑백 선의 대비가 감소합니다. MTF(Modulation Transfer Function) 그래프는 이러한 현상을 시각적으로 나타내며, 렌즈가 대비 측면에서 세밀한 디테일을 얼마나 잘 재현할 수 있는지 이해하는 데 도움이 됩니다.

MTF 그래프의 유형

MTF 정보는 렌즈의 해상도를 평가할 때 쉽게 시각화할 수 있도록 MTF 그래프에 표시되며, 다양한 방식으로 표시할 수 있습니다. 일반적으로 MTF 그래프는 크게 두 가지 유형으로 분류됩니다. 첫 번째 유형(주파수별 MTF 그래프)은 X축을 lp/mm(밀리미터당 라인 쌍) 단위로 표시합니다. 그러나 이 유형의 그래프는 전체 센서에서 렌즈의 MTF 성능을 정확하게 나타내지 못한다는 단점이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 두 번째 유형의 그래프(이미지 서클별 MTF 그래프)가 도입되었습니다. 이 그래프에서 X축은 위치(센서의 중앙에서 시작하여 가장자리로 이동)를 나타내므로 전체 센서에서 렌즈의 성능을 보다 정확하게 평가할 수 있습니다. 하지만 특정 lp/mm 값만 검사할 수 있다는 한계가 있습니다. 이러한 이유로 대부분의 경우 이러한 그래프에는 대표적인 lp/mm 값이 동시에 표시됩니다.'

이 그래프는 서로 다른 MTF가 아니라 정보를 다른 방식으로 표시할 뿐입니다. 주파수별 MTF 그래프는 이미지에서 피사체의 대비가 공간 주파수에 따라 얼마나 많이 포착되는지를 나타냅니다. 이미지 서클별 MTF 그래프는 렌즈의 이미지 서클 중앙에서 바깥쪽까지 특정 lp/mm에서 변화하는 값을 보여줍니다. 이 기능은 특히 시야각이 넓은 경우에 매우 유용할 수 있습니다. 이제 두 가지 유형의 MTF 그래프를 자세히 살펴보겠습니다.'

접선(T)과 시상선(S)이란 무엇인가요?‌

일반적인 MTF 그래프에는 접선(T)과 시상선(S)이 모두 포함됩니다. 접선(T)은 자오선이라고도 하며, 실선으로 표시되어 접선 MTF 측정값을 나타내며, 점선으로 표시된 것은 시상선 MTF입니다. 시상선은 테스트 패턴 선이 이미지의 중심에서 모서리까지 이어지는 선과 평행하고 접선은 해당 대각선에 수직임을 의미합니다. 일반적으로 렌즈는 일반적으로 접선 방향을 기준으로 제조되기 때문에 실선의 MTF 값이 더 높습니다.

일반적으로 시상선과 접선 특성이 비슷하면 이미지가 더 균일해집니다. 즉, MTF 그래프에서 시상선과 접선이 서로 가까우면 렌즈가 생성하는 이미지가 X축(수평)과 Y축(수직) 모두에서 더 균일한 이미지 성능을 갖게 됩니다. 반면에 이미지에서 시상선과 접선이 갈라지면 수차가 있는 고르지 않은 이미지, 즉 렌즈가 난시임을 나타냅니다. 보다 균일한 이미지 성능을 위해 곡선이 서로 가까워지는 것이 이상적입니다.

MTF 그래프를 사용하여 렌즈의 해상도 성능 평가하기‌

일반적으로 MTF 그래프 값이 높으면 대비와 해상도가 좋다는 의미로, 광학 시스템이 이미지의 세밀한 디테일을 재현할 수 있음을 나타냅니다. 반면에 특정 공간 주파수에서 MTF 값이 낮으면 특정 수준의 디테일에서 대비와 해상도가 손실되었음을 나타냅니다.

이제 MTF 그래프에 대한 이해도가 높아지면 여러 제조업체의 제품 간 품질 평가 및 비교를 수행하거나 동일한 제조업체의 여러 모델을 비교할 수 있습니다.'

아래 렌즈 모델에 대한 MTF 그래프를 살펴보세요. 해상도 성능에 대해 무엇을 확인할 수 있을까요?

요약

MTF 그래프는 렌즈 성능을 나타내는 좋은 지표이며 적합한 렌즈를 선택하는 데 도움이 됩니다.

해상도 평가: MTF 그래프는 렌즈의 미세한 디테일을 재현하는 능력을 정량적으로 측정합니다. MTF 값이 높을수록 해상력이 뛰어나므로 선명도에 대한 니즈에 맞는 렌즈를 선택하는 데 도움이 됩니다.

대비 성능: MTF 그래프는 다양한 공간 주파수에서의 대비 수준을 보여줍니다. 높은 대비는 이미지의 선명도를 위해 매우 중요하며, MTF 그래프를 통해 다양한 조건에서 렌즈의 대비 성능을 평가할 수 있습니다.

이미지 센서 전반의 성능: MTF 그래프는 전체 이미지 프레임에서 렌즈의 성능에 대한 통찰력을 제공합니다. 이를 통해 프레임 중앙에서 모서리까지 일관된 이미지 품질에 대한 요구 사항에 맞는 렌즈를 선택할 수 있습니다.

다양한 렌즈의 MTF 그래프를 비교하면 특정 요구 사항에 가장 중요한 광학 특성을 기반으로 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다. 실제 어플리케이션에서는 센서 이미지 크기, 배율, F/# 센서 사양과 같은 추가적인 요소도 고려해야 할 수 있습니다. 다음 글에서는 MTF 그래프와 다른 계산을 결합하여 사용자가 특정 용도에 맞게 렌즈 선택을 최적화할 수 있도록 하는 사례 연구를 살펴보겠습니다.