Chapter 02

카메라 해부: 분해와 조립

1장에서 카메라를 여섯 개의 하위 시스템으로 나눠 보았다면, 이번 장에서는 실제로 나사를 풀어 봅니다. 전형적인 풀프레임 미러리스 바디와 24–70 mm 표준 줌 렌즈를 3D로 한 겹씩 뜯어내고, 각 부품이 왜 그 자리에 있는지, 얼마나 무거운지, 서로 어떻게 묶여 있는지, 그리고 공장에서 어떤 순서로 얼마나 정밀하게 다시 조립되는지 살펴봅니다.

겉에서 보는 카메라

카메라를 분해하기 전에 겉모습부터 읽어 봅시다. 버튼과 다이얼의 위치는 디자이너의 취향이 아니라 두 가지 제약이 만든 결과입니다. 하나는 사람의 손이고, 다른 하나는 그 안에 들어갈 부품입니다.

윗면 (위에서 본 모습) 렌즈 마운트 핫슈 모드 셔터 버튼 앞 다이얼 뒤 다이얼 그립(배터리 수납) → 오른손 ← 앞쪽(피사체 방향)은 아래 뒷면 (촬영자가 보는 모습) EVF 틸트 LCD 조이스틱 AF-ON 십자 키 엄지가 닿는 범위(주황 버튼)에 자주 쓰는 버튼이 모인다
그림 2-1. 조작부 배치. 그립 쪽(오른손)에 셔터·앞뒤 다이얼·AF 버튼이 모이고, 왼손은 렌즈를 받친 채 줌·초점 링을 돌린다. EVF는 광축 바로 위, 마운트는 바디 가운데보다 왼쪽(촬영자 기준)에 놓인다.

오른손은 카메라를 쥐고, 왼손은 렌즈 아래를 받칩니다. 그래서 셔터를 누르는 검지 주변에 셔터 버튼과 앞 다이얼이, 엄지 주변에 뒤 다이얼·AF 버튼·조이스틱이 모입니다. 손가락 하나가 한 가지 변수를 맡는 셈입니다. 노출 변수(조리개·셔터·ISO)를 이 다이얼들에 어떻게 나눠 주는지는 14장에서 다룹니다.

그립 = 배터리 칸손바닥이 감싸는 두꺼운 그립은 바디에서 유일하게 남는 부피입니다. 가장 무겁고 단단한 부품인 배터리가 여기에 들어가 무게 중심이 손 안으로 옵니다.
EVF는 광축 위눈·뷰파인더·렌즈가 한 직선에 놓여 피사체를 따라 카메라를 돌리기 쉽습니다. 광축 위에는 마운트 지름 이상의 높이가 필요하니 어차피 생기는 '어깨'를 활용한 배치이기도 합니다.
마운트는 왼쪽으로그립과 렌즈 사이에 손가락이 들어갈 틈이 있어야 합니다. 그래서 마운트 중심은 바디 가로 중앙보다 촬영자 기준 왼쪽에 놓이는 경우가 많습니다.
단자와 카드는 따로단자(USB·HDMI·마이크)는 그립 반대편 옆면에, 카드 슬롯 덮개는 그립 옆면에 둡니다. 케이블이 손과 부딪히지 않고, 카드를 갈 때 삼각대 플레이트를 떼지 않아도 됩니다.
삼각대 소켓은 왜 광축 바로 아래일까?

파노라마를 찍으려 카메라를 돌릴 때 회전축이 렌즈 중심선 가까이에 있어야 시차가 작습니다. 그리고 바디만 놓고 보면 무게 중심이 그립 쪽에 있지만, 렌즈를 끼우면 무게 중심이 광축 쪽으로 옮겨 오기 때문에 그 아래가 균형점에 가깝습니다.

바디를 열면

아래 모델은 최근 풀프레임 미러리스 바디와 f/4 표준 줌 렌즈의 전형적인 배치를 단순화해 만든 것입니다. 특정 제품을 옮긴 것이 아니라, 부품의 대략적인 크기·위치·쌓이는 순서를 여러 제품의 공통점에서 뽑았습니다. 슬라이더로 분해해 보고, 부품을 눌러 정보를 확인한 뒤, 조립 순서 버튼으로 공장의 순서대로 하나씩 다시 끼워 보세요.

3D

분해 뷰어 — 부품을 눌러 보세요

드래그: 회전 · 휠/핀치: 확대 · 탭: 부품 정보
시점
부품을 누르거나 아래 목록에서 고르면 이름·역할·무게가 여기에 나옵니다.
부품 목록
선택 부품—
부품 질량(대략)—
바디 합계(배터리 포함)—
조립 단계—
모델: 바디 약 130 × 96 × 75 mm(그립·뷰파인더 포함), 센서면에서 마운트 면까지 18 mm. 부품 질량은 공개 분해 자료와 소재 밀도로 잡은 대표 범위의 중간값이며 제품마다 ±30% 넘게 다를 수 있습니다. 나사·플렉스·씰·스피커 같은 잡부품은 '기타'로 묶어 합계에만 넣었습니다. 해볼 것: 분해 정도를 100%로 올리고 옆 시점에서 마운트 → 셔터 → 필터 → 센서 → 메인보드 → 후면 커버가 광축을 따라 한 줄로 늘어서는 것을 보세요. 그다음 조립 순서를 눌러 하나씩 끼워 보세요.

앞쪽: 마운트에서 센서까지

바디의 뼈대는 섀시(Chassis)라 부르는 마그네슘 합금 프레임입니다. 마그네슘 합금은 밀도가 약 1.8 g/cm³로 알루미늄(2.7)보다 가볍고 다이캐스팅으로 복잡한 모양을 만들 수 있어 카메라 프레임에 널리 쓰입니다. 이 프레임 앞면에 스테인리스강 마운트(Lens Mount) 링이 나사로 고정되고, 뒤에서 셔터 유닛과 센서 유닛이 차례로 붙습니다. 모든 광학 기준은 마운트 면 하나에서 시작합니다.

렌즈 마운트 셔터 필터 센서+IBIS 메인보드 LCD EVF 배터리* 플랜지 백 ≈ 16–20 mm
그림 2-2. 바디 측단면(개략). 빛은 왼쪽에서 들어와 마운트 → 셔터 → 필터 스택 → 센서 순으로 지나간다. 마운트 면에서 센서면까지의 거리가 플랜지 백(Flange Focal Distance)이다. *배터리는 실제로는 그립 속, 이 단면보다 바깥쪽에 있다.
빛 커버·진동 OLPF IR 컷 센서 압전 소자(노랑)가 앞 유리를 초음파로 진동 → 먼지 털기 OLPF: 복굴절 결정 두 장이 한 점을 약 1화소 간격의 네 점으로 나눔 IR 컷: 약 650–700 nm 위쪽 빛을 반사·흡수 합친 두께가 렌즈 설계에 들어간다 → 다른 회사 바디에 렌즈를 어댑터로 끼우면 주변부 화질이 달라질 수 있음
그림 2-3. 필터 스택(개략, 두께 과장). 층의 순서와 개수는 제품마다 다르다. 렌즈 설계자는 이 유리판을 '광학계의 마지막 한 장'으로 계산에 넣는다.

안쪽과 뒤쪽: 두뇌, 눈, 전원

떠 있는 센서의 두 가지 골칫거리

IBIS 때문에 센서는 프레임에 단단히 붙어 있지 않습니다. 그래서 ① 센서에서 나오는 수십 쌍의 고속 신호선이 센서와 함께 움직여도 끊어지지 않도록 여유 있게 접힌 플렉스 케이블로 연결해야 하고, ② 센서의 열을 금속 프레임으로 직접 빼낼 수 없어 얇은 방열 시트나 공기를 통해 돌아가야 합니다. 동영상 발열 제한이 생기는 이유 중 하나입니다(8장).

렌즈를 열면

렌즈는 '유리 몇 장을 담은 통'이 아니라, 모터와 센서와 컴퓨터를 품은 또 하나의 기계입니다. 24–70 mm f/4 표준 줌은 보통 10~15장의 렌즈를 몇 개의 렌즈 군(Lens Group)으로 묶고, 줌과 초점에 따라 군들이 서로 다른 거리만큼 움직입니다. 군의 순서와 개수는 설계마다 다르지만 기능 단위로 보면 대체로 아래와 같습니다.

초점 링 줌 링 앞군 변배군 OIS 군 조리개 초점 군 뒷군 마운트·기판 → 바디
그림 2-4. 표준 줌 렌즈의 기능 구성(개략). 점선 상자는 줌 링과 함께 도는 캠 통, 사선은 캠 홈이다. 주황은 움직이는 부분(OIS 군은 광축에 수직, 초점 군은 광축 방향). 실제 군의 순서는 설계마다 다르다.
부분하는 일움직임과 구동
앞군가장 큰 유리. 넓은 화각의 빛을 받아들이고 전체 굵기(필터 지름)를 정한다줌할 때 통째로 앞뒤로 나오기도 한다
변배군·캠 통군 사이 간격을 바꿔 초점거리를 바꾼다줌 링이 캠 통을 돌리면, 기울어진 캠 홈을 따라 핀이 미끄러지며 각 군이 정해진 곡선대로 이동
OIS 군손떨림 반대 방향으로 상을 옮긴다광축에 수직으로 이동. 보이스 코일 + 홀 센서, 렌즈 속 자이로 또는 바디 자이로 신호
조리개 유닛빛의 양과 심도를 조절(11장)7~11장의 날개, 스테핑 모터로 1/8스톱 안팎까지 미세 구동
초점 군초점 거리를 맞춘다(16장)가볍게 만든 1~2장. 리니어 모터(Linear Motor)나 스테핑 모터가 가이드 봉을 따라 광축 방향으로 직접 민다
뒷군상을 센서 크기에 맞게 정리하고 수차를 마저 보정대개 고정
마운트·제어 기판바디와 기계적·전기적 연결. MCU와 펌웨어가 모터·센서를 제어하고 보정 데이터를 보낸다고정. 펌웨어는 바디를 통해 업데이트

초점 군을 작고 가볍게 만드는 것이 현대 렌즈 설계의 중요한 목표입니다. 움직이는 질량이 작을수록 모터가 빨리 가속·정지할 수 있고, 동영상에서 초점이 움직일 때 화각이 출렁이는 포커스 브리딩도 줄이기 쉽습니다. 왜 유리를 여러 장 써야 하는지는 3장, 모터의 종류와 속도는 4장에서 다룹니다.

렌즈 안에도 컴퓨터가 있다

렌즈 기판의 마이크로컨트롤러는 초점 군과 조리개의 현재 위치를 엔코더로 읽어 바디에 보고하고, 바디가 보낸 명령대로 모터를 움직입니다. 또 왜곡·주변 광량 저하·색수차 같은 보정 데이터를 바디에 넘겨 JPEG 처리와 RAW 현상에 쓰게 합니다. 그래서 렌즈도 펌웨어 업데이트를 받습니다.

무게와 부피의 예산

분해 뷰어의 숫자를 모으면 풀프레임 미러리스 바디는 배터리와 카드를 포함해 대략 600–750 g입니다. 놀랍게도 그 무게의 절반 가까이는 센서나 칩이 아니라 구조물(섀시·외장 커버·마운트)과 배터리가 차지합니다. 전자 부품은 작고 가볍지만, 그것을 붙잡고 보호하고 손에 쥐게 하는 데 무게가 듭니다.

하위 시스템대략적 질량무엇이 정하나
섀시·외장 커버·마운트250–350 g바디 크기, 소재(마그네슘 vs 플라스틱), 방진·방적 수준
배터리70–90 g촬영 매수·동영상 시간 목표
전자부(메인보드·슬롯·잡부품)70–110 g방열판·차폐, 카드 슬롯 수
센서 유닛 + IBIS40–90 g센서 크기, 보정 이동량 → 자석·코일 크기
EVF + LCD50–90 g뷰파인더 배율, 화면 크기·관절 방식
셔터 유닛15–35 g센서 크기, 최고 속도, 내구 등급

그렇다면 센서가 작아지면 카메라는 얼마나 가벼워질까요? 바디에서 센서 크기를 직접 따라 줄어드는 부품(셔터, IBIS, 센서·필터, 마운트 일부)은 일부일 뿐이고, 버튼·다이얼·화면·배터리는 사람 손과 사용 시간이 정하므로 잘 줄지 않습니다. 렌즈는 사정이 더 미묘합니다. 아래 시뮬레이터에서 직접 확인해 보세요.

SIMULATOR

무게 예산: 센서 포맷을 바꾸면

센서 포맷
렌즈 비교 기준
바디(배터리 포함)—
렌즈—
합계—
이 포맷의 렌즈 사양—
모델(개략). 선형 배율 \(s\) = 센서 대각선 ÷ 43.3 mm(풀프레임 = 1, 크롭 팩터의 역수). 바디: 구조 150 + 145\(s^2\) g, 전자부 70 + 20\(s^2\), 배터리 45 + 35\(s^2\), 센서·필터 6 + 9\(s^2\), 셔터 5 + 20\(s^2\), IBIS 8 + 42\(s^2\), EVF 35, LCD 35 g. 고정항은 손·화면·조작부처럼 센서와 무관한 부분, \(s^2\)항은 센서 면적을 따라가는 부분입니다. 렌즈: 망원 끝 초점거리 \(f = 70s\), 입사동 지름 \(D = f/N\)일 때 질량 ≈ 120 g(마운트·모터·링 등 고정분) + 380 g × \((D/17.5)^2 \times (f/70)\), 즉 유리 부피 ∝ 입사동 면적 × 길이. '같은 F값'이면 \(D \propto s\)라 가변분이 \(s^3\)로 줄고, '등가 조리개'(\(N = 4s\))면 \(D\)가 그대로라 가변분이 \(s\)로만 줍니다. 실제 제품은 이 모델과 ±30% 이상 다를 수 있고, 아주 밝은 F값에서는 수차 보정에 유리가 더 들어 모델보다 무거워집니다. 해볼 것: 등가 조리개 기준에서 풀프레임과 M4/3을 비교한 뒤 '같은 F값'으로 바꿔 보세요. 작은 포맷의 '가벼움'은 어두운(환산) 렌즈를 받아들일 때 크게 나타납니다.
"작은 센서 = 작은 렌즈"는 반만 맞다

같은 화각·같은 F값으로 비교하면 렌즈는 크롭 팩터의 세제곱으로 작아집니다. 하지만 배경 흐림과 총 빛의 양까지 같게 하려면(11장의 등가 조리개) 입사동 지름을 그대로 둬야 하므로 렌즈가 기대만큼 작아지지 않습니다. 같은 사진을 찍으려면 같은 크기의 '빛 구멍'이 필요하다는 물리입니다.

조립 순서와 공차

공장에서 카메라는 대체로 안에서 밖으로, 앞에서 뒤로 조립됩니다. 핵심은 순서보다 기준입니다. 모든 정밀 부품은 마운트 면 하나를 기준으로 위치를 잡습니다.

단계작업왜 이 순서인가
1섀시에 마운트 고정모든 광학 기준면을 먼저 확정
2셔터 유닛 장착센서보다 앞에 있어 먼저 들어가야 함
3센서 유닛(센서·필터·IBIS) 장착과 위치·기울기 조정마운트 면 기준 거리와 평행도를 측정하며 나사·심(shim)으로 맞춘 뒤 고정
4메인보드·카드 슬롯, 플렉스 연결센서 조정이 끝난 뒤 덮어야 다시 열 일이 없다
5상판(EVF·다이얼·핫슈), 후면(버튼·LCD), 앞 커버·그립, 바닥판외장은 마지막. 씰도 이때 들어간다
6보정과 검사자이로·IBIS 보정, 센서 결함 화소·쉐이딩·색 보정, AF 보정, 기능 검사

3단계가 가장 까다롭습니다. 렌즈는 "마운트 면에서 정확히 이만큼 뒤에 센서가 있다"고 가정하고 설계됩니다. 센서가 그보다 앞이나 뒤에 있으면 무한대에 초점이 맞지 않고, 한쪽으로 기울어 있으면 화면 한쪽은 선명한데 반대쪽은 흐릿해집니다. 그래서 제조사는 센서를 마운트 면 기준 대략 ±10–20 µm(머리카락 굵기의 1/5 정도) 안에 넣고, 기울기도 같은 수준으로 맞춥니다. 얼마나 정밀해야 하는지는 초점 심도(Depth of Focus)가 정합니다.

센서가 이상적인 초점면에서 \(\delta\)만큼 어긋나면, F값 \(N\)인 빛 원뿔이 센서에 지름 \(b\)의 원을 그립니다. 이 원이 허용 착란원 \(c\)보다 작으면 선명해 보입니다.

$$b \approx \frac{|\delta|}{N}, \qquad \text{초점 심도 } = 2Nc \;(\pm Nc)$$

즉 허용되는 센서 위치 오차는 F값에 비례합니다. f/8에서는 넉넉하지만 f/1.2에서는 6배 이상 빡빡합니다.

SIMULATOR

플랜지 백 오차와 초점 심도

허용 착란원 c
오차 형태
흐림 원 지름 b—
초점 심도 ±Nc—
∞ 대신 맞는 거리 (50 mm)—
판정—
모델. 무한대 물체, 근축 근사. 흐림 원 지름 \(b = |\delta|/N\), 초점 심도 \(\pm Nc\). 왼쪽 광선도는 δ를 크게 과장해 그렸습니다. '평행 이동'에서 δ > 0은 센서가 렌즈에서 먼 쪽으로 밀린 경우로, 그러면 무한대가 아니라 \(u \approx f^2/\delta\) 거리(50 mm 렌즈 기준)에 초점이 맞습니다. δ < 0이면 렌즈가 '무한대 너머'까지 돌아야 맞습니다. 센서면 AF는 센서에서 직접 초점을 재므로 평행 이동 오차는 대부분 스스로 보정하지만(초점 군 이동 범위 안이라면), 무한대 표시·초점 링 눈금·줌할 때 초점 유지에는 오차가 남습니다. '기울기'는 화면 한쪽 끝이 +δ, 반대쪽 끝이 −δ인 경우로, 가운데에 AF를 맞추면 양 끝이 b만큼 흐려지며 AF로는 고칠 수 없습니다. 해볼 것: c = 9 µm로 두고 δ = 15 µm에서 F값을 f/1.2와 f/8로 바꿔 보세요.
그래서 밝은 렌즈일수록 '한쪽 흐림'이 잘 보인다

센서 기울기나 렌즈 군의 미세한 기울기(편심)는 f/8에서는 심도 속에 숨지만, f/1.4로 개방하면 바로 드러납니다. 렌즈 리뷰에서 "개방에서 좌우 해상력이 다르다"는 말이 나오는 이유입니다. 렌즈 쪽 군의 조립 정렬은 3장, 센서 칩 자체의 평탄도는 SensorBook의 모듈 장에서 더 볼 수 있습니다. 스마트폰 카메라 모듈은 렌즈를 센서에 맞춰 능동 정렬하는데, 이는 PhoneBook에서 다룹니다.

핵심 정리

  1. 조작부 배치는 손(검지·엄지가 닿는 범위)과 내부 부품(그립 속 배터리, 광축 위 EVF)이 함께 정한다.
  2. 광축을 따라 마운트 → 셔터 → 필터 스택 → 센서(IBIS 위) → 메인보드 → 후면 LCD 순으로 쌓인다. 마운트 면에서 센서까지가 플랜지 백(미러리스 약 16–20 mm)이다.
  3. 필터 스택은 IR 컷·OLPF·커버 글라스와 먼지 털기용 압전 소자로 이루어지며, 그 두께까지 렌즈 설계에 들어간다.
  4. 렌즈는 앞군·변배군(캠 통)·OIS 군·조리개·초점 군·뒷군·마운트 기판으로 이루어진 기계이자 컴퓨터다. 초점 군은 작고 가볍게 만든다.
  5. 바디 무게의 큰 몫은 구조물과 배터리다. 센서가 작아져도 손과 화면이 정하는 부분은 줄지 않고, 등가 조리개를 유지하면 렌즈도 기대만큼 작아지지 않는다.
  6. 부품은 플렉스 케이블(신호), 마운트 접점(렌즈 전원·통신), 방열 경로(엔진 → 섀시)로 묶인다. 떠 있는 센서는 배선과 방열을 어렵게 한다.
  7. 센서는 마운트 면 기준 ±10–20 µm 수준으로 위치와 기울기를 맞춘다. 허용 오차는 초점 심도 ±Nc에 비례하므로 밝은 렌즈일수록 엄격하다.

확인 퀴즈

미러리스 카메라의 배터리가 대개 그립 속에 들어가는 이유로 가장 알맞은 것은?

그립은 쥐기 위해 어차피 두꺼워야 하는 부분이고, 그 부피를 가장 크고 무거운 단일 부품인 배터리로 채웁니다.

미러리스는 DSLR 렌즈를 어댑터로 쓸 수 있지만 그 반대는 어렵다. 그 이유는?

플랜지 백이 짧은 바디에는 그 차이만큼 두께의 어댑터를 끼울 수 있습니다. 반대로는 렌즈가 바디 속으로 더 들어가야 해서 무한대 초점을 맞출 수 없습니다.

허용 착란원 c = 9 µm일 때 f/1.2 렌즈의 초점 심도(±Nc)는 대략?

1.2 × 9 ≈ 10.8 µm. 센서 위치 공차 ±10–20 µm가 왜 필요한지 보여 주는 숫자입니다. f/8이면 ±72 µm로 훨씬 여유롭습니다.

센서가 미세하게 기울어 조립되었다. 센서면 AF로 가운데에 초점을 맞추면 어떻게 될까?

AF는 초점면 전체를 앞뒤로 옮길 뿐 기울일 수 없습니다. 흐림 원 b = |δ|/N이므로 F값을 키우면 오차가 심도 속에 숨습니다.

배경 흐림까지 같은 '등가' 표준 줌을 M4/3용으로 만들면, 풀프레임 f/4 렌즈에 비해 무게는?

등가 조리개는 같은 입사동 지름을 뜻합니다(35 mm ÷ f/2 = 70 mm ÷ f/4 = 17.5 mm). 줄어드는 것은 길이 쪽뿐이라 이상적 축소(1/8)보다 훨씬 덜 가벼워집니다.

IBIS가 있는 바디에서 센서를 메인보드에 잇는 데 플렉스 케이블을 쓰는 가장 큰 이유는?

센서는 IBIS 스테이지 위에 떠서 움직입니다. 고속 신호선 수십 가닥이 이 움직임을 수없이 견뎌야 합니다.