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이미지 형상화와 초점 거리

핀홀 카메라와는 달리 렌즈를 사용하는 카메라는 두가지 중요한 특성이 있다. 첫번째는 렌즈의 전면부 만큼의 큰 면적으로부터 빛을 모을 수 있어 실제 사진 작업에서 충분한 정도의 밝은 이미지를 만들 수 있다. 두번째는 핀홀이 초점을 맞추는 것이 아니므로 초점거리가 없는 반면에 렌즈를 이용할 경우 초점면에 선명한 이미지를 만들 수 있는 기구를 가지고 있는 것이다.

광선의 초점은 빛이 한 매질(공기)로부터 다른 매질(유리)을 통과할 때 발생하는 속도의 변화에 의한 간섭이 생긴다. 이 때 광선의 진행 방향과 표면이 일정한 각도를 이루게 되면 광선의 방향의 변화하며 이것을 굴절(refraction)이라고 한다. 이 굴절은 렌즈를 이루는 유리의 성분이나 모양에 의해서 조절할 수 있다.

렌즈의 가장 중요한 특징은 렌즈의 초점거리(focal length)이다. 기술적인 면에서 초점거리는 렌즈의 후면 절점 위치(real nodal point)와 무한대 피사체가 초점이 맞는 면까지의 거리로 정의된다. 렌즈의 초점거리가 중요한 이유는 그것이 렌즈와 필름의 거리를 정의하는 이유뿐만 아니라 이미지의 크기와 필름 포맷에 따른 주제면적(화각)에 영향을 미치기 때문이다. 초점거리가 짧은 렌즈(광각렌즈)를 사용한다면 보다 많은 피사체를 필름에 담을 수 있으며 사진에서 각 피사체의 부분은 상대적으로 그 크기가 작아진다. 반면에 초점거리가 긴 렌즈(망원렌즈)를 사용한다면 피사체의 부분을 확대해서 촬영하게 될 것이다. 여하튼 렌즈는 실제 세상에 존재하는 피사체의 이미지를 필름에 담게 하는 중요한(?) 역할을 한다.

단일 렌즈에 의한 이미지의 형상화
피사체의 한 점에서 출발한 빛은 펜즈면에 닿아 렌즈 뒷쪽에 한점으로 나타나며 이러한 점들이 모여서 이미지를 만든다. 핀홀과는 대조되는 이러한 구조에 의해서 전체 피사체의 빛을 집중할 수 있어 보다 선명한 이미지를 만들 수 있게 된다.

렌즈의 초점거리
무한대에 있는 피사체에서 출발한 빛은 평행한 광선으로 생각할 수 있는데 렌즈를 통과하면서 굴절되어 한 점에 맺히게 된다. 여기서 렌즈와 점과의 거리는 렌즈의 초점거리라고 정의한다.

주어진 피사체를 동일한 피사체 거리에서 촬영할 때 동일한 초점거리의 렌즈를 사용한다면 이미지의 크기는 항상 동일하다는 것을 이해할 필요가 있다. 50mm 렌즈를 사용할 때 특정 피사체의 이미지 크기가 3cm라고 한다면 그 렌즈를 35mm 카메라에 사용하든지 대형카메라에서 사용하든지 상관없이 이미지의 크기는 항상 3cm를 만들게 된다. 단지 35mm 필름에서 3cm는 화면 가득히 채우게 될 것이며 4x5 필름에서는 1/4정도를 차지하게 되어 피사체 주변도 필름에 담기게 될 것이다.

또한, 이미지의 크기는 초점거리와 비례한다는 것도 이해할 수 있어야 한다. 초점거리가 두배인 렌즈를 사용하면 이미지의 크기도 두배가 된다. 이것은 주제면적(화각)은 1/2로 줄어드는 것을 의미한다. 즉, 4x5 카메라에서의 100mm 렌즈를 사용한 주제면적은 8x10 카메라에서 200mm 렌즈를 사용할 때와 동일하다. 여기서 다루는 크기의 개념은 면적이 개념이 아니고 길이의 개념임을 파악하기 바란다. 따라서 주제면적의 두배는 실제 면적으로 계산하면 4배가 된다. 앞으로 렌즈의 물리적인 특징을 다룬다음 다시 이러한 특징에 대해서 다루게 된다.

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