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렌즈(Lens) 이야기 5
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05-09-27 19:20
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작성자 : 관리자 |
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▲ 황선구 / 서울예술대학 사진과 교수, 디지털이미지 컬럼니스트
렌즈(lens)의 역사(歷史)와 어원(語源)
렌즈의 역사는 기원 전까지 거슬러 올라가서 고대 이집트, 그리스, 로마유적에서 수정 등의 광석을 렌즈의 형태를 갖춘 것이 발견됐다. 다만 그것은 장식품으로 사용되었을 것으로 추측된다. 렌즈가 확대경으로 사용된 것은 그리스시대의 천문학자 프톨레마이오스(Ptolemaeos, Klaudios)시대(2세기경)로 알려져 있다. 그것을 기술한 광학서가 10세기의 알렉산드리아의 수학자 알하젠(Alhazen)에 의해 알려졌다. 13세기에는 이 광학서가 유럽 각지의 수도승 사이에 퍼져 승원을 중심으로 볼록렌즈가 확대경, 노안경으로 사용됐다. 당시의 렌즈는 수정, 녹주석(綠柱石, beryl)등을 연마해서 사용했다. 그것은 엄청난 고가의 보석이었기 때문에 안경 등으로 사용할 수 있는 사람은 왕족 등 극히 일부에 지나지 않았다. 14세기가 되어 이탈리아 베네치아에서 렌즈용 유리가 제조됐다. 이곳에서 제조된 양질의 유리는 유럽의 안경시장을 독점하게 됐다. 이때 사용되었던 것은 청록색의 유리였다. 1430년대에는 오목렌즈가 근시용 안경에 사용되었다는 기록이 남아있다. 렌즈의 어원은 렌즈콩(Lentil. 학명:Lens esculenta Moench)으로부터 불리었다고 한다. 이 렌즈콩은 5㎜정도의 작은 크기로 볼록렌즈와 같은 형태를 하고 있고, 유리를 이 렌즈콩 형태로 제작된 것으로부터 렌즈라고 불리게 됐다고 한다. 렌즈콩은 고대 이집트, 그리스시대로부터 중근동, 지중해지역을 기원으로 심어졌다고 한다. 이 렌즈콩을 사용한 수프(soup)가 있기도 하고 고영양식으로써 평가되기 때문에 종교상 육식이 금지되어 있는 시대에 고기 대용품으로 사용된 나라도 있다.
렌즈가 없어도 사진은 만들 수 있다
● 핀홀(pin hole) 카메라의 구조
렌즈는 많은 카메라 부품 중 가장 중요한 파트이다. 예를 들어 렌즈교환식 디지털카메라(DSLR)는 렌즈의 종류를 교환함으로써 전혀 다른 분위기에 사진을 촬영할 수 있다. 그러나 사진을 촬영하는 것만 목적으로 한다면 렌즈는 꼭 필요한 물건은 아니다. 사실 렌즈가 없어도 사진을 촬영할 수가 있다. 카메라의 시작은 기원전 3백50년경 발생한 카메라옵스큐라(Camera Obscura)로부터 시작되었다고 전해진다. 카메라(Camera)는 그리스어로 ‘방’의 의미이고 옵스큐라(Obscura)는 라틴어로 ‘어두운’의 의미이다. 즉 합성어 카메라옵스큐라(Camera Obscura)는 ‘어두운 방’의 의미를 가지고 있다. 그러나 실제 카메라옵스큐라에 ‘어두운 방’은 완전한 암실이 아니고 한쪽 벽에 작은 구멍이 있다. 이 어두운 방의 벽에 작은 구멍을 뚫으면 반대측 벽에 바깥의 풍경이 도립상(倒立像, 상하좌우가 반대의 상)으로 이미지가 만들어 진다. 그렇지만 이 도립상은 실제의 피사체보다 작게 만들어진다. 옛날에는 이 상을 이용하여 풍경을 스케치하고 태양을 직접 보지 않고 일식 등을 관찰했다. 고대 그리스 철학자인 아리스토텔레스도 카메라옵스큐라를 사용했다고 한다. 르네상스시대 레오나르도 다빈치가 쓴 메모에도 등장하고 회화의 세계에서 원근법이 확립된 것도 카메라옵스큐라를 사용하였기 때문이다. 빛은 불가사이한 성질 몇 가지를 가지고 있다. 그 중에 빛의 직진성이 있다. 직진성은 공기, 물, 유리, 진공 속에서 직진하려는 성질을 말한다. 물체를 눈으로 볼 수 있는 것은 빛이 물체에 조사되었을 때 빛이 여러 방향에 반사되기 때문이다. 이것을 착란(錯亂)이라고 한다. 물체에 색을 보는 것은 빛이 조사된 물체의 표면에 분자가 특정 색(波長)에 광을 착란한 결과로써 다른 색에 빛이 흡수되기 때문이다. 현재 사진기술도 근본적으로는 카메라옵스큐라로 만들어진 이미지 도립상을 기록해 보존하는 원리가 사용된다. 사진 발명 초기에는 은판, 은도금, 동판에 도립상을 만들었다. 현재는 은판을 대신하여 취화은 또는 요드화은 등의 염화은이 도포된 필름을 사용한다. 이 염화은에 빛이 조사되면 화학반응을 일으켜 이것을 이용하여 화상을 기록 보존한다. 종래 필름방식 카메라를 ‘은염카메라’라고 부르는 것은 염화은이 사용되기 때문이다. 디지털카메라에서는 촬상소자를 통해 화상을 디지털화시키고 메모리에 저장된다.
● 카메라옵스큐라와 카메라
카메라(Camera)는 카메라옵스큐라(Camera Obscura)가 생략된 단어라고 전해지지만 십 세기라는 오랜 세월동안 생략되었다고 가정되나 언제부터 카메라라는 단어로 정착되었는지는 명확하지 않다.
● 렌즈의 필요성
초기의 카메라옵스큐라는 큰 방이 필요했다. 그러나 이것을 스케치 또는 회화를 연구하는데 사용될 경우 여러가지 문제가 발생됐다. 그것은 큰 방이 이동될 수 없었기 때문이다. 이동이 되지 않으면 같은 풍경 외에는 만들 수가 없어서 여러 가지 연구를 할 수가 없었다. 이동하기 위해서는 작은 장치가 필요하지만 쉽게 되지 않았다. 장치를 작게 만드는 것은 카메라옵스큐라의 구멍을 작게 만들 필요가 있었다. 구멍이 작아지면 구멍 가까이에서 도립상을 볼 수 있었기 때문이다. 예를 들어 폴라로이드핀홀 카메라는 구멍이 0.3㎜이다. 이렇게 극단적으로 작은 사이즈에 구멍을 만들면 운반 가능한 크기에 장치로 만들 수 있다. 그러나 0.3㎜ 정도의 극단적인 작은 구멍으로 만들어진 도립상은 너무 어두워 잘 보이지 않는다. 인화지라면 이런 정도에 구멍으로부터 만들어진 빛도 감광되어 사진으로 촬영할 수 있지만 육안으로 관찰하기에는 너무 광량이 적다. 따라서 장치를 작게 만들면 어두운 방에 비춰진 도립상을 보는 것이 거의 불가능해져 거울 등을 이용하여 외부로부터 도립상을 보기 위해 어두운 방에 사용된 것이 렌즈이다. 빛의 성질은 직진성이 있기 때문에 곡선을 한곳에 모으는 것은 불가능하다. 그러나 빛은 굴절성이라는 성질을 가지고 있다. 이것을 이용하여 짧은 거리로 빛을 모으는 것이 가능하다. 지구 위에는 빛을 착란 하는 물질만 있는 것이 아니다. 물, 유리, 수정 그리고 공기 등 처럼 빛을 투과하는 물질도 존재한다. 이처럼 빛을 투과하는 물질을 ‘매질(媒質)’이라고 한다. 빛은 두 개의 다른 매질이 있을 경우 그 경계면에 조사된 빛의 각도를 투과 진행하여 각도가 다르게 되는 성질이 있다. 이것을 ‘굴절성’이라고 한다. 이 굴절에 도합을 수치화 한 것을 ‘굴절률’이라 하고 굴절률은 매질의 종류에 따라 결정된다. 가장 기본적인 렌즈는 볼록렌즈이다. 돋보기가 볼록렌즈이므로 돋보기를 상상해 보자. 이 볼록렌즈에 조사된 빛의 직진 방향을 옆으로 본다면 이때 빛은 평행으로 직진하는 평행광이다. 여기서 쉽게 이해하기 위해 광원이 무한원으로 가정할 경우 빛은 렌즈에 상·하단과 중앙 각각에 평행으로 진행되는 것을 상상해 보자. 렌즈를 향해 직진된 빛은 각도가 만들어진 각호로 조사된다. 그러면 빛은 렌즈의 표면에서 굴절되어 진행각도를 렌즈의 중심축으로 바뀌어 진행된다. 그래서 렌즈로부터 나갈 때도 굴절이 발전하여 중심축의 진행에 각도를 변화하여 직진한다. 계속해서 렌즈의 단과 렌즈의 중심 사이에 몇 개의 위치를 생각해보자. 이 위치에 조사된 빛도 각도가 만들어진 각호에 조사되어 진다. 동시에 빛은 렌즈의 중심축에 각도를 바꾸어 진행하지만 렌즈에 단만큼 큰 각도는 굴절하지 않는다. 이 위치에서는 렌즈의 단에 굴절된 반 정도의 각도 밖에 굴절하지 않는다. 이것은 렌즈에 조사된 각도가 다르기 때문이다. 렌즈로부터 나갈 때도 굴절되어 진행된다. 그래서 렌즈의 상단부터 하단까지 연속적으로 빛이 닿으면 렌즈의 조사된 빛은 한 점으로 모이는 것을 알 수 있다. 이것을 집점(集点)이라고 한다. 빛은 집점되어 없어지는 것이 아니다. 그 집점 된 후에도 똑바로 진행된다. 진행되어 벽을 만들면 카메라옵스큐라와 같이 도립상이 만들어진다. 이렇게 만들어진 도립상은 같은 구멍 크기의 카메라옵스큐라에 도립상보다도 밝은 특징이 있다. 빛은 강제적으로 모으는 것이 가능해졌기 때문에 구멍을 크게 만드는 것도 가능하게 된다. 구멍을 크게 하면 밝은 도립상을 만들 수가 있다. 즉 렌즈를 사용하면 짧은 거리라도 밝은 도립상을 만들 수 있어 결과적으로 장치 사이즈를 작게 만들 수 있다. 때문에 현재의 카메라는 렌즈가 필수품으로 장착되어 있다. 카메라옵스큐라에서는 만들어진 도립상을 사진으로써 기록 보존하는 것 보다 훨씬 이전에 렌즈가 사용되었다. 카메라옵스큐라의 볼록렌즈가 사용된 것은 16세기 중반으로써 사진기술은 19세기 말에 현실화됐다. 만들어진 도립상을 사진으로써 기록 보존하기 위해서는 상당히 어려운 기술과 지식이 필요했기 때문이다. 그렇기 때문에 밝은 도립상을 만들기 위해 렌즈의 발명과 개량이 빨리 이뤄졌을지도 모른다.
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