카메라와 빛(광선) 1 - 빛의 뜻, 빛의 성질, 빛은 무엇일까?

빛의 뜻과 성질

 

빛의 뜻

 사진은 빛을 이용해 그림을 그리는 빛의 예술이라고 표현할 수 있습니다. 그래서 빛은 사진에서 1순위로 중요한 요소라고 할 수 있기 때문에 빛의 역할이나 성질에 대해서 이해해야 사진에 접근하는 데에 용이합니다. 광원에서 나온 빛은 진공에서 사방으로 퍼져나갑니다. 이때 균일한 매질을 지날 때는 직진하는 성질을 가지지만, 중간에 장애물을 만나면 회절하고 간섭하는 성질이 있습니다. 빛은 17세기부터 여러 현상과 학자에 따라 다른 학설을 내어놓았습니다. 뉴턴은 최초로 '빛은 작은 입자의 흐름이다'라는 입자설이 주장하면서 직진과 반사 그리고 굴절의 성질을 증명할 수 있었습니다. 하지만 영과 호이겐스는 빛은 매질이 전파하는 횡파라고 하는 파동설도 나왔고, 1800년대에 맥스웰은 빛의 전자파 설을 주장했습니다. 이러한 파동성을 근거로 간섭, 회절, 편광을 설명했습니다. 이렇듯 빛의 입자설과 파동설의 주장은 1905년, 아인슈타인의 양자역학에 의해서 '빛은 에너지를 가진 입자의 파동적 흐름이다'라고 하는 빛의 이중성으로 결론이 지어지면서 빛의 성질을 이해할 수 있었으며 이것은 현대에 이르게 됐습니다.

 

빛의 성질과 현상

 먼저 빛의 입자성은 광화학 반응과 광전효과가 있습니다. 광화학 반응으로는 필름의 감광 현상과 상반칙불궤가 있으며 광전효과로는 노출계의 소광수자, 비디오, 텔레비전, 카메라 등이 있습니다.

 그리고 파동성으로는 간섭, 회절, 편광이 있으며 파장에는 색이 있고 화상을 형성을 이해하는 데 관계가 있습니다. 이렇듯 빛의 이중성은 전부 사진에서 이용하고 있는 현상입니다.

 

빛의 직진

 빛의 직진성이란 빛이 곧게 나아가는 성질을 갖고 있다는 뜻입니다. 햇빛이 구름 사이로 비치는 모양과 창틈 사이를 통해 어두운 방으로 들어오는 것을 보면 빛이 직진한다는 것을 알 수 있습니다. 그리고 직진하는 빛이 물체에 닿으면 뒤쪽에 그림자가 생기는데 이 또한 빛의 직진성 때문에 생기는 현상입니다. 광원으로부터 떨어진 빛은 거리와 빛의 세기 사이에는 면적은 거리의 제곱에 비례하고 밝기는 거리의 제곱에 반비례합니다. 빛을 받는 면의 밝기를 조도라고 하고, 럭스라는 단위를 사용합니다. 빛의 속도는 천문학자인 뢰머가 파리 왕립 천문대에서 그 속도를 측정했습니다.

 

빛의 반사

 빛은 다른 매질을 만나면 두 매질의 경계면에서 반사나 굴절을 일으킵니다. 빛이 한 물질의 경계면에 입사할 때, 단색광의 진동수가 변하지 않고 빛이 되돌아오는 현상을 반사라고 합니다. 입사광에 대한 반사광의 비를 반사율이라고 합니다. 인간의 눈은 빛이 반사함에 따라 사물을 보고 색을 알 수가 있습니다. 사진에서는 반사광과 직사광의 정도를 조정하면서 촬영하는 게 중요합니다. 예를 들어 피사체의 암부에 비치는 반사판에 의해 반사광이나 바운스 라이트가 있습니다. 또한 컬러에서는 맨눈으로는 느끼기 힘들지만, 빛을 반사하는 반사판이나 천장의 색을 띠게 될 수 있으므로 주의하면서 촬영해야 합니다. 한쪽 반향으로 집중하는 반사광을 만드는 산화마그네슘은 강한 반사광을 얻을 수 있는 물질입니다. 이 물질은 거의 100%의 반사율을 가졌고, 천연 분필 97%, 흰색 석고 95%, 흰색 페인트 85~93%, 기타 종이는 75~95% 정도입니다. 회색의 페인트는 5%~50%까지 반사하고 그레이 카드(회색 카드)는 18%의 반사율을 가집니다.

 

빛의 굴절

 빛이 투명한 매질로 들어갈 때, 경로가 두꺼운 쪽으로 꺾이는 것을 빛의 굴절이라고 합니다. 즉 진행 방향이 달라지는 현상이라 할 수 있습니다. 입사각과 반사각의 사인 값을 굴절률이라고 합니다.

 굴절률이 물의 굴절률은 1.33이고 유리는 1.5~1.8입니다. 사진에 이용하는 렌즈나 프리즘의 광학 유리는 굴절률이 높고 이러한 성질을 이용해 상을 맺습니다.

 

빛의 간섭

 2개의 빛이 파장이 한 곳에 동시에 만났을 때 합성파의 효과는 진동이 각파의 진동의 합으로 나타난 현상을 간섭이라고 합니다. 빛의 간섭은 2개의 경우를 생각할 수 있습니다. 첫째, 파장과 진폭이 같은 2개의 파장이 같은 위상에 포개지는 경우입니다. 합성파는 진폭이 본래보다 2배로 됩니다. 그리고 파장과 진폭이 같은 2개의 빛의 파장이 1/2파장의 위상이 엇갈릴 때의 합성파는 진폭이 0이 되고 어두워집니다. 이는 서로 상쇄되는 경우의 간섭입니다. 예를 들어 수면에 떠 있는 기름이 여러 가지 색으로 보이는 이유는 기름 막의 변화 때문에 간섭하는 파장의 빛이 다르게 나타나기 때문입니다. 서로 상쇄하는 간섭의 예는 안경에 코팅된 엷은 층의 효과로 유리 표면의 반사 방지, 투과율의 증가 등으로 이용합니다. 카메라의 렌즈에 코팅하는 경우도 투과율을 증가하고, 플레어 현상을 감소하는 효과가 있습니다.

 

빛의 회절

 빛이 물체의 뒤쪽 그림자까지 들어가면서 전파하는 현상을 회절이라고 합니다. 좁은 구멍을 통과한 빛은 직진하면서 스크린 위에 통과하는 부분의 모양을 나타내지만, 구멍이 아주 작을 시 그 부분의 주변도 조금 밝게 됩니다. 이런 현상은 빛의 파장 정도의 작은 구멍이면 현저히 나타납니다. 이러한 현상은 빛이 파장에 따라 다르게 나타납니다. 그리고 이러한 성질을 응용해 스펙트럼을 얻는 장치가 분광기 등에 사용됩니다. 또한 렌즈의 묘사성은 조리개의 구경과 관계가 있습니다. 예를 들어 조리개를 이용한 피사계 심도 조절이 있습니다. 심도를 깊게 하기 위해 조리개를 조일 때 그 정도가 지나치면 회절 현상이 일어나 렌즈의 해상력이 저하될 수 있습니다.

 

카메라와 빛(광선) 2 - 빛의 성질과 광량

카메라와 빛(광선) 2 - 빛의 성질과 광량