[카메라 상식] 조리개값의 이해 > 사진교실

조리개값의 이해

조리개란 렌즈를 통하여 들어오는 빛의 양을 조절하기 위한 장치이다.

조리개 값(f/stop) : 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32 45

　 여기서 각 단계별로 값이 √2(1.4)배 만큼 증가하는 것을 볼 수 있다 이는 빛이 통과하는 조리개(원형)의 면적과 관련이 있는 것으로 빛의 통과량이 2배로 증가하기 위해서는 조리개가 열려있는 구멍의 크기(면적)이 2배로 증가해야 하거나 같은 구멍(조리개)로 빛이 들어가는 시간을 2배로 하여야 한다. 여기서 원의 넓이를 구하는 공식은

원의 넓이 = πr2

따라서 r의 값이 √2(1.4)만큼 증가할 때 마다 원의 면적은 2배로 증가하고 이로 인해 조리개를 통해 들어가는 빛의 양도 2배 증가하게 된다.

조리개값 = 렌즈의 초점거리 / 조리개의 직경

다음은 초점거리 60mm인 렌즈를 기준으로 하여 조리개의 직경이 30mm인 경우와 15mm인 경우 두가지를 나타내었다.

　 　 예) 조리개값4 = 초점거리60mm / 조리개구경15mm

조리개값2 = 초점거리60mm / 조리개구경30mm (초점거리는 조리개와 필름면까지의 거리이다)

문제

A.조리개값을 f8에서 f2.8로 변경하였다면 광량은 몇 배로 증가하는가 ?

B. 20mm렌즈와 60mm렌즈를 다같이 f2.8에 세팅 하였다면 실제로 조리개의 직경은 어느쪽이 큰가 ?

C.위 B의 경우에 필름에 도달하는 빛의 양은 어느쪽이 큰가 ?

답

A.f8에서 f5.6, f4, f2.8로 3 stop 변화하였으므로 조리개를 통하여 들어오는 광량은 2의 3승, 즉 8배 증가한다.

B.조리개에 대한 정의대로 계산하여 보면 20mm 렌즈 f2.8의 조리개 구경은 약 7mm이고 60mm 렌즈 f2.8의 조리개직경은 약 21mm이므로 60mm 렌즈의 조리개 직경이 3배(초점거리만큼) 더 크다. 만일 60mm렌즈의 조리개 직경이 7mm라면 이경우의 조리개 값은 f8이 된다. 이러한 이유로 초점거리가 변하는 Zoom 렌즈의 최대 조리개 값은 F3.5~4.5처럼 range로 나타나 있다. 꼭 알아두어야 할 필요는 없으나 그런 경우 Zoom렌즈의 초점거리 비율과 최대 조리개 값이 정확히 일치하지 않는 이유는 Zoom렌즈의 초점거리가 변화함에 따라 경통 안의 렌즈 가장자리를 사용하지 못하는 경우가 있기 때문이다.

C.60mm렌즈 f2.8의 구경이 20mm f2.8보다 3배 크므로 조리개를 통과하는 빛의 양은 60mm 쪽이 8배 많다. 그러나 조리개를 통과하여 필름에 닿는 거리도 60mm 쪽이 3배 길기 때문에 필름 면에서의 광량은 다시 1/8이 되어 결국 같다. 이것은 조리개 값을 어째서 초점거리에 대한 비율로 나타내는가를 잘 설명해 준다. 어떤 종류의 렌즈라도 조리개 값이 같으면 필름에 도달하는 빛의 양은 같다.

응용

일반적으로 렌즈의 조리개를 조이면 화질이 향상된다. 어느 정도는 더욱 선명한 묘사가 되는데 그 보다 더 조이면 화질이 저하되고 만다. 그 이유는 렌즈의 수차에 있다. 또 광선의 회절도 그 이유인데, 이 두가지 이유로 조리개치에 따라 결상에 차이가 생기는 것이다.

* 조리개를 조이면 수차가 줄어든다!

조리개를 조금 조이면 콘트라스트가 증가해 선명해진다. 이것은 개방치에 직접 관계되는 구면수차와 코마수차가 감소하기 때문이다. 보통 f5.6 f8 정도에서 묘사 성능이 좋다. 또 개방차와 관계가 없는 수차들도 조리개를 조이면 초점심도가 깊어지므로 어느 정도는 감소한다. * 조리개를 조이면 나타나는 회절현상은 광선이 파동을 갖는 성질에 의해 생긴다.

회절은 렌즈 구경을 통해 빛이 회전하며 들어오는 현상인데 렌즈를 쓰는 한 피할 수는 없다. 조리개가 조여지면 회절상의 넓이가 커져 선명함이 저하되게 된다. * 화질 저하의 정도 차 모든렌즈에는 어느 정도의 수차가 있다.

(만일 무수차 렌즈라면 개방상태에서 최고의 해상력을 보일 것이다) 따라서 렌즈는 조리개를 조이면 어느 정도 해상도가 증가한다.

보통f5.6,8,11정도에서 서로 비슷한 최고의 해상도 치를 보이게 된다. 이때의 해상도가 mm당 100선이라고 했을때 f16은 90선, f22는 68선, f32는 47선 정도이며 이화 함께 콘트라스트도 점점 떨어지게 된다.

결국 완전히 조일 경우 렌즈의 최고 성능에 훨씬 못 미치는 해상도를 갖게 되는데, 이수치는 사용하는 필름과 각 렌즈의 성능에 따라 물론 차이가 있을 수 있다.