빛의 성질 알아보기(직진, 반사, 굴절, 간섭, 회절, 편광)

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1 1. 글을 시작하며

1. 글을 시작하며

빛은 사진의 노출, 구도, 분위기, 색 표현 등 모든 측면에 직접적으로 영향을 미친다. 그렇기 때문에, 빛을 이해하는 것은 사진에서 매우 중요하다. 사진작가는 빛을 효과적으로 조작하기 위해 빛의 성질에 대해 이해함으로써, 의도한 메시지를 성공적으로 전달할 수 있다.

이번 글에서는 사진의 본질인 빛의 성질에 대해 알아보고, 그것이 사진에 미치는 영향에 대해 정리하고자 한다.

2. 빛의 성질

2-1. 빛의 직진

빛이 직선으로 이동하는 것은 빛이 어디로 떨어질지, 피사체와 어떻게 상호작용할지 예측하는 데 도움이 된다.
빛은 불투명한 물체를 만나면 그 물체를 통과하지 못해 물체의 반대쪽에 그림자를 만든다. 그림자의 선명도와 모양은 광원의 크기와 모양 및 물체와 그림자가 드리워지는 표면 사이의 거리에 따라 달라진다.
어떤 표면에 떨어지는 빛의 양을 조도라고 하며, 보통 럭스(lx)를 단위로 사용한다.
럭스(lx)는 국제 표준 조도 단위로 제곱미터 당 1루멘을 나타낸다. 예를 들어, 광원이 100루멘을 방출하고 1제곱미터의 면적을 비추면, 그 지점의 조도는 100럭스(lx)가 된다.

2-2. 빛의 반사

빛의 반사는 빛의 파동이 표면을 만나고 출발한 매질로 다시 되돌아올 때 발생한다.
거울반사라고도 하는 정반사는 거울이나 정물과 같은 매끄러운 표면에서 빛이 반사될 때 발생한다. 반사된 광선은 서로 평행하며, 선명하고 초점이 잘 맞는 이미지를 만든다.
난반사는 종이나 무광 페인트처럼 거칠거나 불규칙한 표면에서 빛이 반사될 때 발생한다. 반사된 광선은 다른 방향으로 산란되어 선명한 영상을 만들어내지 못하는 난반사를 일으킨다.
빛이 물체에 반사되어 우리의 눈에 도달할 때, 우리가 물체를 보고 그 물체의 모양, 색상, 질감을 인식할 수 있다.
빛의 반사는 카메라, 망원경, 현미경 등 광학 장치 작동의 기본이다. 이러한 장치는 거울과 반사 표면을 사용하여 빛을 조작하고 방향을 전환하여 확대, 초점 맞추기 등의 기능을 가능하게 한다.

2-3. 빛의 굴절

빛의 굴절은 빛이 밀도가 다른 물질 사이를 통과할 때 그 속도가 변하여 휘어지거나 방향이 바뀌게 됨을 의미한다
공기 중에서 카메라의 유리 렌즈로, 유리 렌즈에서 다시 공기 중으로 나온 빛은 굴절이 일어나게 된다.
사진작가는 렌즈 요소 사이의 거리를 조정하거나 렌즈의 모양을 변경함으로써, 굴절 정도를 조정하고 그에 따라 이미지의 초점을 조절할 수 있다.
카메라의 조리개를 크게 열면 더 많은 빛이 렌즈로 들어와 더 큰 굴절을 일으킨다. 반대로 조리개를 작게 열면 더 적은 빛이 렌즈로 들어와 더 적은 굴절을 일으킨다. 이것은 이미지의 노출과 피사계 심도에 모두 영향을 미친다.
카메라 렌즈 설계자는 렌즈의 곡률과 굴절 특성을 제어하여 광각, 망원 또는 매크로 렌즈 등의 성능을 최적화할 수 있다.

2-4. 빛의 간섭

빛의 간섭은 두 개 이상의 빛의 파동이 중첩되어 상호작용하여 진폭이 변형되고 간섭무늬가 생기는 현상이다.
카메라 렌즈는 반사를 최소화 하고 빛의 투과를 증가시키기 위해 간섭 코팅이 적용된다. 이러한 코팅은 빛의 간섭 원리를 이용해 특정 파장의 빛을 선택적으로 제거하여 렌즈 플레어와 고스트를 줄이고, 이미지 대비와 선명도를 향상시킨다.
편광 필터는 사진 촬영에서 특정 편광된 광파를 선택적으로 차단하기 위해 사용되며 반사면의 눈부심을 줄이고 색 포화도와 대비를 향상시킨다. 편광 필터는 빛의 간섭 원리를 기반으로 작동하여, 방향과 위상 관계에 따라 광파를 선택적으로 투과시키거나 차단한다.
사진작가는 의도적으로 빛의 간섭을 활용하여 예술적인 효과를 만들 수 있다. 예를 들어, 수면이나 유리 창문으로 사진을 찍으면 박막 간섭으로 인해 다채로운 간섭 패턴이 생성되어 이미지에 시각적 흥미와 질감을 더할 수 있다.
렌즈 플레어는 빛이 카메라 렌즈의 내부 표면에서 반사되어 이미지에 밝은 점이나 줄무늬 같은 원치 않는 인공물을 생성할 때 발생한다. 렌즈 플레어는 종종 바람직하지 않지만, 사진작가들은 특정한 분위기를 만들고자 할 때 의도적으로 이 방법을 적용하기도 한다.

2-5. 빛의 회절

빛의 회절은 빛의 파동이 장애물이나 조리개와 마주칠 때 발생하는 현상으로, 빛이 장애물을 통과하거나 주변을 지나면서 휘어지고 퍼져나가게 되는 현상이다. 이러한 파동의 휘어짐은 간섭무늬와 회절무늬를 만든다.
좁은 조리개를 사용할수록 회절이 더 뚜렷해지고 이미지 선명도와 해상도가 떨어진다.
대부분의 렌즈는 f/5.6 ~ f/11 범위에서 회절 효과가 최소화된다. 따라서 이 범위 내에서 피사계 심도와 이미지 선명도의 균형을 잘 맞추는 것이 좋을 수 있다.

2-6. 빛의 편광

빛의 편광은 빛의 파동이 공간을 이동할 때 전기장 성분의 방향을 가리킨다. 빛의 파동은 수평, 수직, 대각선, 원형 등 다양한 방향으로 편광 될 수 있다.
편광 필터는 편광 방향에 따라 광파를 선택적으로 차단하거나 투과시키는 광학 장치이다. 이러한 필터는 분자 또는 물질로 구성되어 특정 편광 방향을 갖는 광파를 흡수하면서 직교 편광을 갖는 광파를 통과시킨다.
편광 필터는 풍경 사진에서 하늘의 외관을 향상시키는 데 사용되기도 한다. 이 필터는 산란된 광파를 선택적으로 걸러내고 대기의 연무를 최소화함으로써, 하늘의 푸른색을 심화시키고 구름과 주변 하늘의 대비를 증가시켜 더 극적이고 매력적인 사진을 만들 수 있도록 도와준다.
편광 필터를 사용하려면 빛의 세기의 감소를 보상하고 적절한 노출 수준을 유지하기 위해 노출 설정을 조정해야 한다.(셔터 스피드를 길게 잡거나 조리개를 여는 것)
편광 필터를 사용하는 경우 일부 카메라에서 자동 초점 성능 또는 미터링 정확도에 한계가 발생할 수 있다. 이 필터는 카메라 센서에 도달하는 전체 광량을 감소시켜 초점 및 노출 설정을 정확하게 평가하는 카메라의 능력에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

3. 글을 마치며

이번 글에서는 빛의 성질 중 직진, 반사, 굴절, 간섭, 회절, 편광의 개념과 각각의 성질이 카메라 및 사진 촬영에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 비록 모든 빛의 성질에 대해 정리한 내용은 아니지만 이런 개념들과 사진 촬영에 미치는 영향들을 잘 배워둔다면, 이미지의 품질을 높이고 원하는 예술적 효과들을 달성하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다.