기타 광학기구

조리개

조리개는 광량, 심도를 조절하는 데 쓰인다

조리개는 렌즈에 들어가는 광선을 제한하여 특별한 효과를 거두게 한다. 보통의 경우에는 렌즈의 중심, 즉 광축으로부터 원형으로 조금씩 열어 나가도록 되어 있어 렌즈1의 가장자리 광선을 가려주게 된다.

이상적인 얇은 렌즈는 존재하지 않고 실제의 렌즈는 가장자리를 통과하는 광선은 렌즈의 결상공식에서 많이 어긋나게 되어 상을 흐릿하게 한다. 이를 구면수차라 하여 특별하게 렌즈를 설계하고 조합하여 어느 정도 줄일 수는 있으나 근본적으로 없앨 수는 없다. 이 경우에는 조리개를 조여주어서 가장자리 광선을 제거함으로서 수차의 영향에서 벗어나게 할 수 있다.

한편 카메라에서처럼 일정한 감광능력을 가진 필름에 도달하는 빛의 양을 조절케 하는 역할도 한다. 카메라의 경우 조리개 눈금은 조리개의 열린 부분 즉 구경(직경)의 역수에 비례하도록 되어 있어 열린 면적은 그 수치의 제곱에 반비례하게 되는 f-수로 표시한다. 이 f-수는 1, 1.4, 2, 2.8, 4,… 등의 단계로 표시되어 한 단계 수치를 올릴 때마다 통과하는 빛의 밝기가 1/2씩 줄어든다.

카메라에서 조리개는 이렇게 필름에 노출되는 광량을 조절하는 데 쓰이지만 아울러 얼마의 거리의 범위에서 상이 선명하게 맺히는가를 조절하는 용도로 쓰인다. 렌즈와 스크린(카메라의 경우 필름, 우리 눈의 경우 망막)의 위치를 고정했을 때 그 스크린에 선명한 상을 맺게 하는 조건에서 물체의 거리는 비록 한 값을 가질 뿐이지만 그곳을 약간 벗어나더라도 벗어난 정도에 따라 어느 정도 상이 정확하게 맺히게 된다. 이러한 성질을 심도라 하는 데 카메라에서 특별한 사진 기법을 연출하는 데 아주 중요한 고려대상이 된다. 심도는 선명하게 상이 맺혀지는 물체와의 거리 폭이 넓을수록 깊다고 하며, 그 반대의 경우 얕아진다고 한다. 같은 조건하에서는, 조리개를 조일수록 깊어지며, 열수록 얕아지고, 원거리에 초점을 맞출수록 깊고 근거리에 있어서는 얕아진다. 또한 초점을 맞춘 거리의 앞쪽은 얕고 뒤쪽은 깊고 렌즈의 초점거리가 짧을수록 깊고, 길면 얕다. 따라서, 촬영의 목적에 부합되도록 조리개를 결정하고 심도를 살리는 것이 중요한 조건이 된다.

_ 렌즈의 결상_ 얇은 렌즈_ 초점거리_ 광축_ 광선_ 수차

조리개의 역할에 대한 모의실험

아래 프로그램은 볼록렌즈의 앞이나 뒤에 조리개를 설치하여 이것이 상에 어떤 영향을 미치는가를 보여준다.

1. "화살앞광선보기"와 "화살뒤광선보기"를 선택하여 화살의 양단에서 나오는 광선을 같이 관측하도록 하자. 이때 두 지점에서 나온 상이 선명하게 맺히는 지점(실상)도 면밀히 관찰해 보자.

2. 화살의 앞뒤 한 부분의 상을 정확하게 맺는 지점에서 화살의 다른 부분에서 나온 광선이 어떻게 흩어져 있는지를 조리개 상태를 달리 하여 비교해 보자.

3. 그림에서 화살의 앞부분(화살촉이 있는 부분)의 상은 오른쪽에 맺혀있고, 뒷부분(꼬리부분)의 상은 왼편에 맺혀있다. 조리개를 변경시켜도 이 지점은 변하기 않지만 그 주위를 흩어져서 지나가는 다른 부분의 광선의 범위는 크게 달라진다. 화살의 전모를 촬영하는 경우에는 그 두 지점의 중간 정도의 지점에 필름을 놓을 것이다. 이 경우에는 조리개를 조여주면 화살의 앞뒤가 다 같이 어느 정도 선명하게 보일 것이다.

4. 또한 렌즈의 초점거리와 물체와의 거리를 바꿔서 앞에서 설명한 심도의 깊이 변화가 잘 성립되는지를 확인해 보자.

운용방법

_ 얇은 렌즈_ 볼록렌즈_ 초점거리_ 보일_ 실상_ 광선