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 조명기구와 렌즈의 조건
글 :관리자 (2006-07-01 10:19:10)


◆ Spot Light 의 조건
조명기구에서 발산되는 빛을 제어하기 위한 장치 중에 반사경이 있을 것 이고, 렌즈가 필
요하며, 확산 각을 조절할 수 있는 장치가 있어야 되고, 기구 몸체는 전구에서 발생되는 열
을 해소할 수 있어야 된다.

전구에서 발산되는 빛의 각도는 720。 의 확산 각으로 발산되므로 이것을 필요한 장소로
빛의 손실 없이 보낼 수 있는 조건을 만들려면, 전구가 케이스 내부에 놓이게 하되 손실을
최소화하기 위해 반사조건을 만들고, 일정한 방향으로 투사될 수 있는 기구 구조가 필요하
며, Spot(점)라 함은 조명기구에서 빛을 점과 같이 만들 수 있는 조건을 말하며, Spot 와
Flat(평)까지 간단한 조작으로 기구에서 빛을 만들어 내야 한다.

가) 일반적으로 필라멘트를 가진 할로겐 계통의 전구를 사용하므로 에너지대비 효율은
20~25% 정도가 빛으로 만들어지고 나머지는 열로 발생된다.

따라서 조명기구에서는 많은 량의 열이 발생되는데, 이 열을 대기 중으로 자연 순환
발열 시켜, 정도 이상의 열을 함유하지 않는 구조가 필요하다. 조명기구의 외부 재료는
열 발산 조건이 좋은 알루미늄을 많이 사용하는 것이 바로 이런 것을 해소하기 위함이
우선이다.

나) Spot/Flat를 제어하는 것은 빛을 원하는 크기와 광량으로 피사체에 보내기 위한 기능
으 로서, 기구 내부에 전구와 반사경이 한 몸체를 이루는 조건에서 렌즈와 거리를 조절
하므로 빛의 크기를 조절하는 방법으로 쓰이나, 약간 경우를 달리하여 렌즈를 움직여
조절하는 경우도 간혹 있다.

다) 기본 기능이지만 빛이 주어지는 방향은, 상, 하, 좌, 우를 선택적으로 설정이나 적당
한 위치에 고정시킬 수 있어야 된다.

◆ Spot Light Lens 의 구분
조명기구에 렌즈를 사용하는 것은 전구에서 발산되는 빛을 원하는 곳에 원하는 크기와
각도로 투사하기 위함이 주목적이다.

기구의 개구(전면) 부위에 집광 할 수 있는 렌즈를 부착하는 것이 보통이며, 그 종류에
따라 목적과 기능을 달리한다.

가) 평철 렌즈(PC-Lens: Plano-Convex Lens)
한 면이 평평하고 다른 한 면은 볼록하게 생겼다. 이러한 구조는 빛의 굴절 작용에 의하
여 통과되는 빛은 어느 지점에서 점을 이루며 모이게 된다.

태양광 과 같이 직선(확산되지 않는 성질)적인 빛을 투여할 때 모아지는 지점을 초점거
리(FL-Focal Length)라고 하며, 조명기구에 사용되는 경우는, 기구를 설계 할 때는 확
산 되는 각도를 감안하고 초점거리를 적용하여 설계 하여야 한다.
Plano-Convex Lens는 조명기구에서 발산되는 확산 각을, 필요한 각도로 사용하기 위
하여 사용된다.

나) 프레즈넬 렌즈(단층형 렌즈: Fresnel Lens)
최초의 사용은, 등대의 빛을 멀리 보이게 하기 위한 목적으로 사용되기 시작 한 것에 근
거를 두며, 1918년에 프랑스 물리학자 프레즈넬(A. J. Fresnel)은 전구에서 발생한, 확
산 되는 빛의 각도를, 렌즈를 사용하므로 일정한 각도로서 멀리 보내는 방법은 가능했으
나, 렌즈의 두께가 두꺼우므로 기구중량이 많아 불편을 느끼는 부분에서 착안하여, 두께
는 얇아도 동일한 효과를 발휘하도록, 빛의 굴절을 결정 짖는 볼록한 면의 볼록한 곡선
을 유지하되 전체적인 두께를 얇게 만든 것이다. 즉 볼록한 면을 여러 등분으로 나눈 다
음, 순차적으로 평면에 가깝게 재배열한 것이 프레즈넬 렌즈다.

그러므로 볼록 렌즈를 사용하는 것과 같은 효과를 부피가 작은 것으로 가능하게 만든 것
이 곳 Fresnel Lens다.

다) 렌즈의 조건
조명기구에서 렌즈의 조건은 확산되는 빛을 모이게 하는 작용이며, 이 때의 조건은 각 조
명기구에서 필요로 하는 초점거리를 만족 시켜야 된다. 또한 렌즈에 사용하는 재료는 빛
의 투과율이 좋으며, 열에 강한 재료를 사용한다. 일반적인 판유리의 열 팽창 계수는
0.15%이며, 조명기구용 렌즈의 재료는 0.025% 이내의 것을 사용한다. 이때 열 팽창 계수
가 작은 경질 계통의 유리는 투명도가 떨어져 빛의 손실이 많이 발생한다. 또한 투명도
가 떨어지면 열을 함유(열을 보관의 개념)하는 성향이 강하므로, 조명기구의 자연냉각
및 열팽창에 의한 렌즈의 파손이 발생할 수 있다.

라) 렌즈의 또 다른 조건
광원, 즉 전구에서 발산되는 빛은 점 광원이 아니다. 필라멘트의 형상대로 빛이 만들어지
므로 필라멘트의 구조가 넓으면 넓을수록 피사체에 주어지는 빛은 고르지 못한 빛을 만
들어 내게 된다. 이러한 것은 피사체의 밝기가 고르지 않으므로 다루기 곤란해진다. 육안
보다는 영상장비를 사용할 때 더욱 문제가 된다. 일반적으로 사용하는 조명기구나, 조명
기구 여러 대를 사용할 때는 비교적 낳은 편이나 그렇지 못할 경우엔 고르지 못한 빛으
로 인하여 영상의 질이 떨어진다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 선진국에서는 렌즈를 비 구면으로 가공한다. 즉 광원의
모양을 참고로 고른 빛의 분포를 나타내게 일정치 않은 각도로 렌즈를 만드는 것이다.