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사진과 카메라 이야기/Camera & Lens Structure

<카메라와 렌즈의 구조 IX> 카메라 플래시- 스트로보,스피드라이트-의 발광방식과 발전사 / Construction of camera - Camera flash & Speedlight

 

모처럼 스피드 라이트를 활용해서 사진을 찍을까 궁리를 하다 보니 문득 카메라 플래시의 역사와 그리고 앞으로의 효용이 어떻게 될까 하는 궁금함과 의문이 들었다. 막연하게 알고 있는 카메라 플래시 역사를 자료를 찾아 정리해보고 한 걸음 나아가 주제넘은 섣부른 전망, 그에 얽힌 소소한 감상 풀어놔보자. 

 

카메라는 빛의 담는 상자이므로 빛과 밀접하게 관련되어 있을 수 밖에 없고, 빛이 없거나 어두운 상황에서는 적절하게 작동하지 않는 것은 예나 지금이나 크게 다르지 않은 듯하다. 초기의 사진은 주광 등 광량이 풍족한 조건 下에서만 정상적인 촬영이 가능하였고, 일기(날씨)나 시간에 따라 촬영 가능 여부가 결정되는 경우도 잦았다. 그래서 피사체를 비추는 빛이 열악한 상황에서 인공조명에 대한 관심과 필요가 점차 증대했고 사진 촬영에 적절하고 간편한 조명 확보의 시도는 카메라의 발전과 동일한 맥락에서 꾸준히 다루어졌다.

 

Flash를 한글로 어떻게 표기해야되나 궁금해서 찾아봤더니 플래시라고 해야 한단다. 플래쉬라고 써놓은 걸 찾아서 모두 찾아서 고쳤다. 카메라 플래시의 역사에 대해서는 아래 사이트에서 상당부분 참조하였다.

 

▷ 참고      https://photography.tutsplus.com/articles/a-brief-history-of-photographic-flash--photo-4249

 

 

 

초창기 카메라 플래시

 

19세기 중반, 초기의 사진촬영을 위한 인공조명은 화학적 반응(산화) 방식이나 배터리('배터리'가 적절한 표기지만 아래에서는 즐겨 사용하는 어감의 '밧데리'로 표현하였다)를 사용한 전기조명, 가스등 등등 다양한 방법이 시도되었다고 한다. 결과적으로 초기의 이런 시도(화학반응을 이용한 발광이나 지속적으로 발광을 유지하는 다양한 방식)되었음에도 만족할 만한 성과를 거두지 못하였는다. 그나마 상용화된 것으로는 플래시 램프 등이 대표적인데, 이후 보다 간편하고 순간적이며 예측 가능한 카메라 플래시를 만드는 것에 노력은 집중되었고 그 해결법으로 제시된 것이 마그네슘의 화학 연소를 활용한 방안이 대두되었다. 

 

Flash-lamp

 

 

플래시 파우더 - Flash powder

 

1870년대와 80년대에 마그네슘 와이어를 이용한 인공조명은 사진 촬영에 있어 큰 인기를 끌었는데, 반사판을 설치하고 마그네슘 와이어나 마그네슘 리본을 꼬거나 적당히 가공해서 태우는 방식이었다. 단점은 비용이 많이 들고 태우는 화학반응으로 수반되는 각종 위험과 연기, 냄새, 재 등이 발생하는 것이었고. 이후 보다 효과적인 방법인 마그네슘은 분말상태로 화약이나 쉽게 산화하는 물질과 혼합하여 사용하는 방법이 고안되었다.

 

1887년 마그네슘 미세분말과 염소산칼륨을 혼합한 Blitzlicht가 초창기에 가장 널리 쓰인 플래시 분말이었고, 이를 통해 야간에도 빠른 셔트 스피트를 활용하여 즉각적인 촬영이 가능하게 되었다고 한다. 하지만 여전히 근본적인 문제점은 해결되지 않았는데 연소반응 시의 위험과 연기, 냄새 등으로 인하여 실내에서 사용하기 어려운 점과 화질이 좋지 못했던 단점은 개선되지 못했다.

 

19세기 말이나 20세기 초의 사진 촬영시에 폭발하듯 산화하는 플래시를 연상하면 쉽게 플래시 파우더의 효과 및 단점을 이해하는데 도움이 되리라 생각한다.

 

 

 

 

플래시 전구 - Flash bulbs

 

1929년 Vacublitz는 최초의 상용 플래시(섬광) 전구로 산소로 충전된 전구 내부에 알루미늄 포일이 연소되는 방식이었고 전기 배터리에 의해 점화되는 방식으로 이전의 일반 플래시 전구를 대체하는 획기적인 방식이었다고 한다. 빛은 강렬하지만 확산이 잘되었고, 가볍고 품질이 매우 뛰어났으며, 일반 대량 생산되는 상용 카메라에서 플래시 건을 사용하여 셔트와 플래시를 연동하거나, 이후 셔터 개방과 플래시의 발광이 연동하도록 발전하였다. 플래시 전구의 장점과 진일보한 셔터와 플래시의 동기화 작동으로 1950년대에는 플래시 파우더를 대부분 대체하게 된다. 그러나 당시의 기준에서는 매우 효율적인 방식이었지만, 단점으로는 전구가 1회용으로 비용이 많이 드는 방식이었고 발광의 강도 조절이 불가능하여 전문적인 사진가 이외는 사용하기 어려웠다.

 

초기의 사진에서는 플래시 발광와 카메라의 셔터가 연동되지 않았으므로 사진 촬영을 위해서는 벌브 모드로 셔터를 열고 플래시를 발광하고 다시 셔터를 닫아주는 과정이 필요했다. 이후 별개의 연동장치(애드온 플래시 싱크로나이저) 등을 덧붙여 쓰는 단계로 발전하였으며, 차후 카메라 내부의 동기 접점(싱크 단자)을 만들고 이를 통해 플래시와 카메라 셔터를 케이블로 연결하여 연동하는 방식으로 발전하였다.

 

Flash bulb

 

Flashgun

 

 

전자 플래시 - Electronic flash

 

현재 우리에게 가장 친숙한 플래시 방식으로 전자 플래시 또는 스피드 플래시, 스피드 라이트(Electronic flash, Speed flash, Speed light) 등으로 불린다. 크세논(비활성 기체 원소 중의 하나로 제논Xenon이라고도 한다) 방전관에 고압직류를 흘렸을 때 발생하는 방전광을 촬영용 광원으로 이용한다. 발광 지속 시간은 1/500 sec으로 매우 짧고(듀레이션 타임의 측정 방법에 대해서는 제조사마다 제각각의 기준으로 표시하고 있고 아래에서 다시 설명하겠지만. 발광량에 따라 차이가 있다. 따라서 듀레이션 타임 수치에 대해서는 다른 자료를 참고하는 것을 권하고 싶다)  백색광(자연광)처럼 매우 밝으며 주광의 햇빛과 동일한 5500(+/-200) 캘빈 값의 색온도를 갖는다.

 

플래시의 발광 지속 시간( Flash duration)은 짧을 수록 더 좋은 평가를 받는데 카메라의 최고 동조 속도와 관련이 있다. 즉 셔터가 열렸다 닫히는 속도보다 발광 지속 시간이 긴 때에는 '플래시 클리핑(Clipping)' 현상이 생기곤 한다. 즉, 플래시가 발광하는 동안의 후반부 발광이 촬상소자에 기록되지 않을 수 있으므로 프레임 전체에 고르게 노출이 적용되지 않은 이미지 결과물이 발생할 수 있는데 최고 동조 속도 이상의 셔터 속도로 촬영한 것과 유사한 결과물을 보여준다. 그리고 일반적으로 플래시 듀레이션은 최소 발광에서 최대 발광 단계로 이동할수록 길어진다. 그리고 일반적인 경우, 액세서리 슈에 장착하는 플래시보다 스튜디오의 발광량이 큰 플래시들이 듀레이션이 길다. 따라서 스튜디오 조명과 핫슈에 장착하는 플래시를 사용할 때 카메라의 최고 동조 속도 차이가 발생하기도 한다.

 

스트로보(Strobo)는 카메라 외장 플래시의 대명사다. 원래 유명상표명이었으나 현재는 카메라의 외장 플래시 조명의 대명사가 되었다고 한다.

 

이전의 플래시 발광 방식 즉, 플래쉬 전구와 비교하여 전자 플래시의 가장 큰 장점은 발광의 강도를 제어할 수 있는 점이다. 이는 사진을 찍는 상황에 따라 보다 다양하게 발광량을 조절할 수 있음을 의미하고 카메라의 측광 정보에 맞추어 세밀한 수준의 연동이 가능하다. 콘덴스를 활용한 충전방식을 통하여 보다 경제적인 사용(작은 전원 배터리로 풍부한 광량 발현)이 가능한 장점을 가지고 있다. 그리고 capacitor가 충전되면 다시 발광이 가능하여 경제적이었고 누구나 간편하고 저렴하게 사용가능하여 카메라 플래시의 대중화에 기여하였다.

 

작동 방식에 대해 좀 더 부연해서 설명하면, capacitor(콘덴스)를 이용하여 에너지를 축적하고 있다가 전기적 신호에 의해 플래시를 발광하게 되면 튜브에 축적된, 매우 짧은 시간동안에 강력한 빛을 내는 에너지를 방출하는 방식이다. 빛을 내는 튜브에는 Xenon 가스가 쓰인다. 즉석에서 발광의 강도를 조절할 수 있고 카메라와 동기화 기능이 발군이며, 사용에 따른 발광 튜브의 내구성도 뛰어나서 매우 경제적이다. 카메라의 기계적 성능 향상에 발맞춰 전자 플래시와의 동기화 규격도 변화하였다. 각 규격과 방식의 변화는 싱크 단자의 명칭으로 구분할 수 있는데 싱크 단자는 규격에 따라 X sync, M sync,  F sync, Fp sync 방식이 있다.

 

카메라 셔터와 플래시의 동조(synchronization) 방식은 셔터의 구조나 작동방식, 그리고 측광 시스템과 관련되어 있고, 동조 방식 또한 다양하다. 그리고 고속 동조를 위한 기술적인 부분 등은 이전 셔터의 구조에서 잠시 다루었으나 언급해야 할 내용이 많고, 기술적으로 재미있는 부분 또한 많으므로 다음 별도의 포스팅을 기약해 본다.

 

 

 

 

Xenon flash tube

 

 

 

 

 

 

LED 플래시 -  LED(Light emitting diode) flash

 

LED(Light-emitting diode)는 발광다이오드 즉, 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산하는 반도체 소자이다. 기존의 전자 플래시에 쓰이는 제논튜브 방식과 같은 폭발적인 광량을 아직은 보여주지는 못하지만 높은 전압을 필요로 하지 않고 크기가 작으며 수명이 길고 견고하며 빠른 전환이 가능하다.  LED 조명 하에서의 피부색 등의 발색에 있어서도 높은 점수를 줄 수 있다. 전기에너지를 빛 에너지로 전화하는 효율이 매우 뛰어나서보다 경제적이고 효율적인 발광 방식이다.

 

스마트 폰이나 휴대용 전자기기의 카메라에는 이미 LED flash를 채용한 카메라가 많다. 앞에 열거한 여러 장점을 가지지만 내부 설계에서의 공간적인 제약과 휴대용 기기에 제논튜브와 같이전압이 필요한 플래시 방식을 적용하기에 적합하지 않은 현실적인 문제를 LED 플래시로 해결한 측면도 있다.

 

 

Iphoe 4 LED flash

 

 

 

 

플래시의 전망

 

최근 디지털 카메라 기술은 저조도 상황에서의 원활한 촬영을 위해서 고감도의 ISO 하에서 이미지 화질이 대폭 향상되고 있다. 문제점이었던 고감도 하의 노이즈의 문제 또한 많은 개선이 이루어졌는데 이런 개선은 이미지센서의 수광 능력 향상과 빛에 더 민감하게 반응하는 반도체 소재의 개발 등 하드웨어적인 발전뿐만 아니라 디지털 이미징 프로세스를 통한 암부 노이즈나 화질 개선 등의 소프트웨어적인 발전이 결합되어 다방면에서 많은 개선이 이루어졌고 따라서 대부분의 일상생활 별도의 인공조명이 없는 촬영 조건에서도 큰 불편 없는 쾌적한 성능을 보여준다. 그리고 전기 조명은 삶의 곳곳에 어둠을 밝히고 일상에서 빛이 없는 곳이나 상황이 거의 전무하다시피 한 환경이 되었다. 하지만 충분한 광량은 촬영 이미지의 화질뿐만 아니라 사진 표현의 폭을 넓혀주므로 사용자의 활용도에 따라 카메라 플래시를 포함한 다양한 인공조명 활용한 촬영은 아직은 유효하고 효과적인 방법이라 생각한다.

 

야간이나 어두운 상황에서의 절대적인 필요성이 감소하였음은 인정하지 않을 수 없다. 카메라 플래시는 대부분의 카메라(일부 플래그쉽 카메라 제외)에 내장 형태로 장착되어 있는 경우가 많고 별도의 조작 없이도 필요한 상황에 맞춰 카메라 노출시스템과 연동하여 시기적절하게 자동 발광하는 등의 편의성도 확보하고 있다. 그 결과 전문적인 외장 카메라 플래시는 이제 일부의 사용자만 선택하는 카메라 액세서리 정도로 인식되는 단계에까지 접어들었다. 그리고 인공조명의 부자연스러움에 사용을 기피하는 사용자도 많다.

 

 

LED 플래시는 지금까지는 영상촬영과 관련하여 지속 조명으로써 그 효용이 높고 기존의 전자 플래시가 누리던 순간광의 용도에서는 아직 부족한 광량으로 큰 쓰임을 보이지 못하고 있다. 하지만 이 또한 앞으로의 기술발전과 관련 상품의 등장으로 달라질 가능성 또한 높아 보인다. 제논 튜브를 활용한 카메라 플래시의 효용은 현재까지는 짧은 순간에 아주 많은 광량을 순간적으로 발산 가능하다는 것에 있다. 이런 순간광은 포칼-플레인 셔터가 적용된 카메라의 고속 셔터에서의 동조 문제, 콘덴서에 에너지를 충전하는 소요되는 시간 등으로 연속 발광이 힘들고 영상 촬영 등에 적합하지 않은 조명이란 단점도 있다.

 

LED의 발전 속도에 비추어 순간광의 장점과 지속광에서의 장점을 모두 갖추고 오래지 않아 LED가 기존의 전자 플래시를 대체할 수 있는 수준에 도달하지 않을까하는 예상을 해본다. 현재 LED 플래시의 순간광에서의 문제는 광량의 부족이 가장 주 요인이므로 충전 배터리의 기술 개선과 LED 발광효율이 개선된다면 지금보다 더 뛰어난 순간광 성능으로 발전할 여지가 다분하다. 기존의 전자 플래시의 기술은 발광부의 구조방식만 변경(제논튜와 LED)되는 한에서 그 외의 동기화 기능이나 기타 카메라와의 연동 기능은 그대로 계승/활용 가능하여 기존 전자 플래시의 장점을 그대로 이어받는 것 또한 가능하다. 그리고 무엇보다 최근 VDSLR 등의 트렌드에서 알 수 있듯이 영상의 중요도와 활용이 점차 증대하는 최근의 추세에서 지속광으로 활용도가 떨어지는 기존의 전자 플래시보다 순간광과 지속광 모두에서 효과적으로 발전 가능성이 큰 LED 플래시는 상상만으로도 매력적이다.

 

색온도 조정이나 다양한 색상으로 조정이 가능한 LED 플래시도 큰 장점일 수 있겠다. 주변의 빛 상황이나 사진가가 원하는 색 표현을 플래시의 간단한 조작으로 선택할 수 있다면 주 피사체와 배경의 일체감 또는 보다 폭넓고 감각적인 연출과 표현이 가능한 장점이 있겠고, 기존의 조명에 별도의 색상 필터(젤라틴 필터 등)의 사용하던 번거로움을 줄일 수도 있지 않을까 싶다.

 

 

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