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>편광(Polarization) >
>사진을 만드는 입장에서 보면 사실 편광필터의 원리에 대해서 자세히 알 필요는 없다. 그리고, 사진가에게 있어서 최대의 관심사는 오로지 좋은 사진을 만드는 것이라는 목적론을 염두에 둔다면 그저 사용법만 알면 된다는 결론이 나온다. 그러나 이 글을 읽는 사람들 중에 더러는 이러한 기술적인 지식에 목말라 하는 사람도 있으리란 생각도 들고 또, 알아두면 모르고 사용하는 것보다는 좋은 사진을 만드는 데에 훨씬 도움이 될 것이라는 생각에 정리를 해 보았다. >
> >사진에서 흔히 사용하는 편광필터의 기능을 이해하기 위해서는 우선 편광이 무엇인지부터 알아야 할 것이다. 그러나 사실 편광을 이해하는 문제는 다분히 학술적인 문제여서 완전히 이해하자면 약간은 복잡한 수학과 도식들을 필요로 한다. 그러나 여기서 수학은 어울리지 않을 것이고 그럴 필요까지도 없다고 생각된다. 때로는 적절한 그림 한 장이 수 페이지에 달하는 수식보다 더 설득력 있게 사용 될 수 있다고 믿고, 여기서도 가능한 그림으로 얘기하고자 한다. > >
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> >자연계에 존재하는 빛은 태초부터 있어왔고 그래서 우리 인간들은 빛에 대해서 잘 안다고 착각을 하고 있지만 사실은 아직도 빛에 대해서 연구해야 할 것은 많다. 조금 지난 옛날에 맥스웰(커피 만든 사람 아님) 이라는 사람이 빛은 전기장과 자기장이 서로 수직으로 놓인 상태에서 세졌다 약해졌다 하는 현상이라고 증명을 하였다. 그 이후로 우리는 빛도 전자기파의 일종(라디오나 텔레비젼에서 사용되는) 이라는 실로 엄청난 사실을 알게 되었다. 그런데 전기장이니 자기장이니 하는 것들은 방향을 가지고 있는 존재들이다. 그림1에서 E 는 전기장을 나타내고 B 는 자기장을 나타내는데, 전기장의 방향을 편광의 방향으로 간주하면 그림1과 같은 빛은 y축 방향으로 똑바로 선 편광을 가진 빛을 나타낸다. 이렇게 한 방향으로 똑 바로 선 편광을 그대로 유지하면서 앞으로 진행하는 빛을 선편광을 가진 빛이라 한다. 우리가 자연계에서 접하는 대부분의 빛은(태양에서 오는) 모든 방향으로 선 편광 된 빛이 섞여있는 상태이다. 이런 빛을 다르게는 편광 되지 않았다 라고 표현한다. 편광자라고 하는 것은 어떤 특정한 방향으로 편광된 빛만 통과시키는 기능을 하는 소자를 말한다. 따라서 그림2 와 같이 편광 되지 않은 자연광이 편광자를 만나면 특정한 방향의 편광을 가진 빛만 통과된다. 그렇다. 편광자는 바로 빛을 걸러내는 채(그물)와도 같은 것이다. 당연히 편광자를 통과하고 난 뒤의 빛의 세기는 줄어들 수밖에 없다. 따라서 편광자를 사진에서 사용한다는 것은 빛의 손해를 감수한다는 것과 동일한 얘기이다. > > >-------------------------------------------------------------------------------- >
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> >반사와 편광 >
>이번에는 빛이 물체에서 반사될 때의 상황을 살펴보자. 그림3에 빛이 물체의 표면에 부딪히는 상황을 나타내었다. 빛이 물체 표면에 부딪히면 일부는 반사되고 일부는 흡수되고 일부는 투과된다. 이때 반사되는 빛은 물체의 표면에 어떤 편광 상태로 입사되느냐, 그리고 어떤 각도로 입사되느냐에 따라 반사되는 정도가 다르다. 그 상황을 나타낸 그래프가 그림4 이다. 그림4에서 R// 은 (빛의)전기장(그림1 참조)이 물체표면과 평행하게 입사되는 빛에 대한 반사율이며, R⊥은 전기장이 물체 표면과 수직하게 입사되는 빛에 대한 반사율이다. 유식한 용어로는 전자를 TE 편광, 후자를 TM 편광이라 하는데, TM 편광의 경우는 특정 입사각 θp 에서 반사가 영이 되는 것을 알 수 있다. 이 사실은, 편광되지 않은 빛이 θp 의 각으로 물체 표면에 입사되면 반사되는 빛은 모두 TE편광을 갖게 된다는 것을 의미한다(그림3 참조). 예를 들어 그림3과 같은 반사광에 편광자를 돌려서 수직으로 맞춘 다음 들여다보면 깜깜한 어둠을 보게 될 것이다. 이것이 사진에서 편광자를 사용할 수 있는 이유이다. 즉, 빛이 편광되어 있으면 편광자를 이용해 광량을 임의로 조절 할 수 있기 때문이다. >
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>자연계에 존재하는 빛은 대부분 편광이 안되어 있지만 물체 표면에서 일단 반사가 되면 부분적이긴 하지만 특정 방향으로 편광이된다. > >예를 들어, 집에서 전등을 켜고 자기가 가진 편광자(PL/CPL)를 통해서 장판 바닥에 반사된 빛을 들여다보자. 편광자를 돌리면서 살펴보기도 하고 전등과 장판바닥의 반사되는 지점 그리고 필터가 만드는 각을 변화 시켜 가면서(그림3 참조) 같은 실험을 해 보자 어떤 상황에서는 반사광이 거의 사라지는 것을 볼 수 있을 것이다. > >
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> >우리가 필드에서 촬영을 할 때는 나뭇잎이나, 수면, 혹은 쇼윈도우의 유리창 등이 훌륭한 편광만들기를 한다. 그런데 이렇게 반사되는 빛은 사진에서 디테일을 죽이고 측광에도 큰 영향을 주기 때문에 우리가 실제로 표현하고자 하는 부분의 정확한 노광에 방해 요소가 되기 쉽다. 이런 경우에 편광필터를 적당히 돌려서 광량을 조절하면 유용하게 사용될 수가 있는 것이다. 물론 분위기 연출을 위해서는 무조건 반사광을 다 없애는 것이 능사가 아님도 기억해 두자. 예를 들어 바다 사진을 찍을 때 잘못 사용하면 검은 바다를 얻게된다. > > > > >-------------------------------------------------------------------------------- >
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>공기에 의한 산란과 편광 > >자연계에서 편광이 만들어지는 다른 경우가 있다. 태양에서 오는 빛이 지구의 대기 중에서 공기와 만날 때 편광이 만들어진다. 이 현상을 이해할려면 쌍극자 복사라는 현상을 이해 해야하는데, 복잡한 얘기는 생략하고 결론만 언급하겠다. 우선 그림5를 보자. 태양에서 오는 편광되지 않은 빛이 지구 대기중의 공기와 부딪히면 공기는 빛을 받아들인 다음 다시 빛을 내 놓는데 이때 내 놓은 방향에 따라서 세기도 다르고 편광 방향도 다르다. 이 중에서 관측자가 봤을 때 > >태양과 수직한 방향으로 방출되는 빛이 가장 세기도 세고 편광도 많이 져있다. > >이 사실은 태양과 공기(즉 하늘)가 만드는 일직선상에 대해서 수직한 방향에서 쳐다보면 가장 편광이 많이져 있는 빛을 보게 된다는 것을 의미한다. 그리고 이때의 하늘색이 가장 푸르기도 한데, 그 이유는 파란색 쪽의 빛일수록(유식하게는 파장이 짧을수록) 대기 중에서 많이 산란되기 때문이다.(붉은색 쪽의 빛은 공기를 쉽게 통과함-회절 : 이것은 저녁노을이 붉은 이유이기도 함) 이것이 하늘을 배경으로 사진을 찍을 때 태양과 90도 방향으로 찍으면 가장 푸른 상을 얻을 수 있는 이유이다. 하늘을 배경으로 하여 촬영 할 때도 편광 필터를 사용하여 과도하게 빛을 차단하면 푸른 하늘대신에 검은 하늘을 얻게된다. 뭐던지 과하면 좋지 않은가 보다. > > >-------------------------------------------------------------------------------- >PL 과 CPL > >  편광되지 않은 빛을 인공적으로 편광이 지게 만드는 소자를 편광자라 부른다. 사진에서 사용되는 편광자는 크게 PL 필터와 CPL 필터로 나눈다. PL 필터는 그림에서 보듯이(푸른 사각형) 편광되지 않은 빛을 특정한 한 방향으로만 편광시키는 역할을 한다. 이런 편광된 빛이 렌즈를 통과하여 거울에서 반사될 때 약간의 문제가 생길 수 있다. 위에서도 언급 하였듯이 편광된 빛이 깨끗한 면에서 반사 될 때는 편광 상태(TM, TE)가 어떻냐에 따라서 거울에서 반사되는 빛의 양(반사율)이 달라지기 때문에 측광센서가 받아 들이는 광량이 실제와 달라질 수가 있다.(그림 4 참조) 여기서 입사 편광의 상태는 전기장이 반사면과 이루는 각의 상태를 말하며 이것은 편광자를 돌렸을 때 편광자의 축방향에 의해서 결정된다. 이러한 편광의 성질이 특히 문제가 되는 것은 요즈음 대부분의 카메라가 가지는 자동초점 기능에서이다. 편광자를 돌리다 보면 어떤 각도에서는 자동촛점 센서로 들어가는 빛의 양이 현격히 감소하는 상황이 발생하기도 하는데 이 때문에 자동 초점기능에 이상이 생기기도 한다. > >이런 문제를 해결하기 위해 고안한 것이 CPL이다. 선편광된 빛의 전기장을 수직한 두 성분으로 분해하여 생각할 때 한 성분의 위상(phase)을 90도 만큼 빠르게 하거나 늦게 하면 편광이 회전을 하게 되는데 이런 편광상태를 원편광이라 부른다. 그림에서 보듯이 CPL 은 선편광자와 위상을 지연시켜주기 위한 위상지연판(quater wave plate)으로 구성되어있다.(PL 필터는 앞쪽의 편광자 한 장으로 되어있음.) > >어쨌거나 원편광을 만드는 이유는 원편광은 편광 방향에 상관없이 항상 같은 반사율을 갖기 때문이다. 이것은 편광자를 돌리더라도 센서로 들어가는 광량은 언제나 동일하다는 것을 의미한다. 그냥 고민없이 사용할려면 CPL을 사용하면 되겠다. 약간 비싸다는점이 마음에 걸리지만...... > >* 적다가 보니 사실 이 얘기는 적지 않는 것이 나을 것 같다는 생각이든다. 일반인들에게는 죄송하다는 말씀을 드리며 혹시 광학에 지식이 있는 사람들을 위해 간단히 적었다. 더 자세히 적을려니 내용이 너무 전문적이고 복잡해 지므로 이정도로 끝내야겠다. 더 욕심이 있는분은 개인적으로 연락 주시기 바람. > >
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>참고 : > >왼쪽 그림은 일반적인 SLR 카메라의 구조를 나타내고 있다. 물체에서 출발한 빛은 렌즈를 통과하여 거울에서 반사된다음 오각프리즘(penta prism)의 내부에서 반사되어 파인더를 통해 눈으로 전달된다. 노광시에는 거울이 위로 올라가고 빛은 필름면으로 향한다. 요즘 시판 되는 대부분의 카메라는 거울이 반투과 형으로 되어 있어서 물체에서 들어온 빛의 일부는 거울에서 반사되어 파인더쪽으로 향하고 일부는 투과되어 거울의 뒤쪽에 위치한 광센서로 향한다. 이 광센서가 빛의 양을 측정해 노출을 결정하게 된다.(어떤 센서는 펜타프리즘 근처에 위치) > > >-------------------------------------------------------------------------------- >www.seongtae.net 에서 인용 > > http://mudica.com 에서펌