Transcript 제 2장. 빛의 측정과 광원

제 2장. 빛의 측정과 광원
대전보건대학
2007480041
B반 박경진
목
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1.
2.
3.
4.
차
빛의 측정
램프의 구조에 따른 분류
램프의 종류
램프의 취급 및 관리
1. 빛의 측정
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1) 빛의 단위
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(1) 광속(光束 : Luminous Flux : Ø )
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광원으로부터 방사되어 눈에 감지되는 광선의 총 출력량을 광속이라 한다. (측정 단위 :
Lumen(1m) ) 이것은 인간의 눈이 파장에 따라 서로 다르게 감응하기 때문이다. 예를 들
어, 램프의 효율을 나타내는데 그 광속을 전력으로 나눈 lm/w로 표시 한다. 따라서 1w
당의 전력으로 몇 1m의 광량을 얻을 수 있는가를 비교 할 때 편리하다.
(2) 광도(光度 : Luminous Intensity : l )
일반적으로 광원은 광속을 여러 방향으로 (입체 각, 측정 단위) 서로 다른 강도로 방사한
다. 특정 방향에서 가시광선의 강도를 광도(Lntensity)하며, 측정 단위는 칸델라
(Candela)로 부르며, 기호로는 (Cd)로 표기한다.
1. 빛의 측정
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(3) 조도 (照度 : Illuminance : E )
조도는 일정한 평면의 단위 면적당에 들어오는 빛의 정도를 말 한다. 조도는 조명되는 면적
과 광속의 비율로 결정 된다. 단위는 룩스(Lux)로 부르고, 표기기호는 (lx)로 표기 한다. 1lx
는 1lm의 광속이 1평방미터의 면적에 균일하게 방출되는 것을 말하지만, 실제로는 단위면
적에 광속이 균일하게 분배되어, 빛이 방출된 면적의 모든 점에서 조도가 모두 같게 측정되
지는 않는다.
(4) 휘도 (輝度 : Luminance : L )
빛이 방출된 면적의 휘도는 빛이 눈에 준 자극과 그에 따라 인간의 뇌가 받는 밝기에 대한
인상이 측정 기준이 된다. 우리는 빛이 방출된 면을 특정한 방향에서 바라본다. 이때 빛이
방출된 면적의 광도를 눈에 보여진 면적으로 나눈 값을 휘도라고 한다. 측정단위는 1평방
미터(m²)당 관도범위(Candela per 1m²(cd/ m²)이다
1. 빛의 측정
1) 빛의 단위
1. 빛의 측정
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2) 광원의 효율성
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(1) 색온도 (Color Temperature)
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색온도는 조명에서 있어서 가장 중요한 요소로 이론적으로 아무런 색을 갖지 않는 완벽한
흑색의 금속제를 전체로 만들어졌으며, 흑체에 인공적으로 열을 가하고 그것이 가열되어
백열하면, 흑색 방사체가 온도 변화에 따라 여러가지로 나타내는 색의 정도를 의미한다. 즉
색온도란 흰광선이 상대적으로 푸른 빛을 띠는지 붉은색을 띠는지 측정하는 기준치를 말한
다. 이 개념은 19세기 영국의 과학자 캘빈이 발표한 빛의 이론으로서 색온도의 기준점 0도
를 섭씨(C°)의 절대온도 -293°K는 실제로 5,227 C°가 된다. 또한 일상 생활에 쓰이는 램프
를 살펴볼 때 형광등은 촛불과는 다른 흰 광선을 낸다. 형광등은 실제 푸른빛 또는 초록빛
이 도는 광선을 내는 반면, 촛불은 붉은 빛이 도는 광선을 낸다. 태양이 떠오를 때는 한낮의
태양빛에 비해 붉은색이 도는 빛을 내게 된다. 이러한 흰 광선의 색깔 차이를 정확히 잴 수
있는 것이 캘빈온도(Kelvin degrees)라는 하는 색온도이다. 색온도는 열에 의한 램프의 온
도와는 전혀 무관하고, 흰광선의 퓨른색, 붉은색의 정도를 측정하는 상대적 기준이라는 것
이다.
1. 빛의 측정
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(2) 색온도의 일상적인 적용범위
보통 실내 조명의 색온도의 기준치는 3,200 °K 로서 이는 아주 약한 붉은 빛(따뜻한 색)을
띠는 매우 흰 광선을 말한다. 모든 스튜디오 조명기구, 또 휴대용 실내 조명기구는
3,200 °K로 되어 있다. 야외 조명기구는 5,200 °K로 되어 있어 보다 푸른빛을 내게 된다.
3,200 °K로 되어 있는 조명등을 약하게 켰을 경우, 붉은 빛을 보다 많이 띠게 되어 석양의
태양광선과 비슷한 빛을 띠게 된다. 보통 우리는 여러 광선의 색온도의 차이를 느끼지 않을
때가 많다. 그러나 TV 촬영 및 영화 촬영 시, 이 색온도 차이를 정확히 인지하고 있어야 한
다.
1. 빛의 측정
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(3) 조명 효율
조명효율은 소비전력이 빛으로 전환되는 효율을 말하고, 단위는 Lumen/Watt (lm/W)을 쓴
다.
(4) 조명기의 효율
조명기의 효율은 에너지를 절하는 경제적인 조명기를 판단하는 중요한 기준이된다. 이것은
기본적인 조건(표준 전구 사용 각도와 주변온도 25°C)이 주어져 있을 때 조명기구 안에 설
치된 램프의 광속과의 비율을 말한다.
(5) 연색성
인공광은 설치장소 및 그 목적에 따라 가급적 색깔을 자연 그대로 (자연적인 일광에서 처럼)
재연해주어야 한다. 이때의 판단 기준이 광원의 연색성인데, 이것은 일반적으로 연색지수
Ra로 표시된다.
연색지수는 피사체의 자연색이 빛을 비추는 광원 아래에서 본 피사체의 색과 일치하는 정
도를 나타낸다. 연색지수를 결정하기 위해서는 DIN5035가 확정한 8가지 시험색에 표준 광
원과 검사받는 광원으로 하여금 빛을 비추게 한다. 색의 편차가 적을수록 검사 받는 램프의
색상의 재연도는 더 좋을 것이다. 연색지수가 00인 광원은 모두 색을 표준광원 아래에서
보듯이 최대한 재연해준다. 연색지수의 수치가 낮아질 수록 생상의 재연도는 점점 떨어진
다.
1. 빛의 측정
(5) 연색성
2. 램프의 구조에 따른 분류
2. 램프의 구조에 따른 분류
1) 전구(Bulb)의 종류
2. 램프의 구조에 따른 분류
1) 전구(Bulb)의 종류
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(1)
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2) 베이스(Base)의 종류
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가지형(PS : Pear shaprd Straight Side)
A형 (Arbitrary ) – 가지 모양을 한 램프 (가정용 램프)
P형 (Pear Shaped)
S형 (Straight Side)
PAR형 (Parabolic Aluminized Reflector)
T자형 (Tubular) – 튜브(tube) 모양의 램프(둘레는 원형)
G자형 (Globular) – 공 모양의 램프
릭플렉터형(Reflector) – 앞이 넙적한 램프(반사경 부착(8활), 자동차 전조 등)
전구는 베이스의 형태에 따라 크게 분류되고, 베이스의 크기에 따라 Mogul, Medium, Mini
– Can으로 나눈다.
< 그림 2-4 – 램프 베이스의 종류 >
2. 램프의 구조에 따른 분류
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2) 베이스(Base)의 종류
① 에디슨형(Edison) – Base가 나사식 (Screw)으로 일반램프, 스쿠프 램프 등이
있다.
② 스완형 (Swan) – 반회전하여 고정시키는 형태의 베이스로 형광램프가 대표
적이다.
③ 바이포스트형 (Bipost) – 막대기 모양의 다리가 2개 있는 것으로 싱글엔드
(Single End)형이라고도 한다.
④ 더블엔드형(Double End) – 막대기 모양의 램프 양끝이 전극(電戟)으로 되어
있음.
2. 램프의 구조에 따른 분류
3) 램프 소켓의 종류
< 그림 2-5 – 램프 소켓의 종류 >
3. 램프의 종류
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1) 팅스텐 할로겐 램프(Tungsten – Halogen Lamp)
기본적으로 백열등의 원리를 이용하면서 진공상태의 유리관 내에 할로겐게 원소가스인 옥
소(沃素), 불소(弗素), 취소(臭素)를 집어넣은 전구를 총칭하여 할로겐 램프라고 한다. 할로
겐 물질을 유리관 내에 들어있는 상태에서 점등시키면 관내에 필라멘틍의 소재인 텅스턴의
원자가 증발하여 유리관 내에서 할로겐 물질과 결합하게 된다. 이 결합된 물질이 필라멘트
근처에 오면 다시 분해돼서 원자는 원래의 자리에 필라멘트로 되돌아오는 현상이 발생하여
할로겐 사이클 (Halogen Cycle)dl 형성되어 좀 더 밝은 빛을 얻어낸다. 이 램프는 높은 열
을 내는데 유리관 부분은 250°C이상, 필라멘트 근처는 170 °C 이상이므로 열에 강한 석영
등의 물질을 이용하여 외피를 입히기 때문에 쿼츠 (Quartz Iodine Lamp)라고도 한다. 또한
할로겐 가스를 사용하기 때문에 흑화현상이 없고, 수명이 다할 때까지 색온도가 변하지 않
으며, 램프의 수명도 백열램프에 비해 3배나 오래간다. 그러나 램프를 취급할 때 지문이나
유지 (油脂)등이 묻으면 열에 의해 녹아 붙기 때문에 불을 점등하기 전에 깨끗이 닦아야 한
다. 텅스텐 할로겐 램프는 주로 무대, 스튜디오용 조명기구에 가장 많이 쓰인다.
3. 램프의 종류
1) 팅크텐 할로겐 램프
<그림 2-6 – 할로겐 사이클 >
<그림 2-7 – 전형적인 램프의 조도감가상각비율 >
3. 램프의 종류
(1) Silica Quartz Tungsten Halogen Lamp의 구조
<그림 2-8 – 텅스텐 할로겐 램프의 구조>
<그림 2-9 – 턴스텐 할로겐 램프 Phips Lighing>
3. 램프의 종류
(2) 할로겐 직관 램프 (Halogen Double – End Lamp) 구조
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①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
필링 팁 (Filling Tip)
필라멘트 (Filament)
외관 (Buld)
지지대 (Suppart)
봉입선 (Seal)
내부 도입동선 ( INNER Lead Wire)
접촉부 (Contact)
꼭지쇠(Base)
몰리브덴 박사 (Molybdenum oil)
3. 램프의 종류
2) 형광램프(螢光燈 : Fluorescent Lamp)
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백열램프와 같이 일상생활에서 사용되는
램프. 미국의 GE사가 1938년에 개발한
것으로 발광원리는 백열등과 같이 필라멘
트에 의존하지 않고, 전자기류를 방출하
는 음극을 가열 시켜서 열로 증발된 수은
원자와 충돌시키면 자극을 받은 원자는
즉시 원위치로 되돌아오려는 성질을 보이
는데 이 과정에서 육안으로 보이지 않는
자외선광의 특수한 스펙트럼 에너지를 방
출한다. 이 방출된 자외선 광의 에너지가
방전과 내벽에 칠한 형광체를 자극시켜서
가시부에서 형광을 발하도록 하는 방전등
이다. 이 형광등은 코팅한 형광물질에 따
라 다른 빛을 낸다. 이 형광램프의 단점은
안정기를 사용해야 하는 것과 밝기를 완
전히 조절하기 힘들다는 것이다. 저압수
은등의 발광 스펙트럽 중에서 가장 강한
자외선을 이용하여 방전관 내벽에 칠한
형광물질을 자극하여 빛을 내는 광원으로
백열램프에 비해 높은 효율을 낸다. 형광
램프는 일반 백열램프에 배해 약 4배나
효율이 높고, 수명은 약 10-20 배나 오래
간다.
3. 램프의 종류
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3) 씰드빔 램프 (Sealed Beam Lamp)
씰드빔 램프는 유리 내벽에 알류미늄 도료를 입혀 반사경 (反射鏡 : Mirror)을 만
들고 앞면은 줄무늬를 불록하게 하여 둘레를 입힌 것이다. 렌즈는 일체형의 밀봉
된 전구이다. 이 램프의 특징은 필라멘트, 반사경 (mirror), 렌즈의 위치가 고정
되어 있고, 처음에는 자동차 전조등으로 개발되어 소형이고, 효율도 높으며 취급
이 간편하다. 현재는 야외 조명에 사용되는 PAR Lamp, Mini Brute Lamp 등으
로 널리 이용되고 있다.
3. 램프의 종류
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(1) 내부 리플렉터 램프 (R형램프)
작싱용 전구 (60W), 가벼운 클립라이트, 멀티 – 램프식 플러드라이트 뱅크 조명
기에 사용하고, 전력 소모량은 100/ 300/ 500W 이다. 색온도는 3200°K 이며,
수명은 100시간이다.
오버런 램프로도 사용 가능하며, 전력 소모량은 275/ 375/ 500W 이다. 색온도
는 3400 °K, 수명은 3-6 시간이며 하드라이트와 소프트라이트용 두 가지가 있
다.
3. 램프의 종류
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(2) PAR램프(반구형 알루미늄 리플렉터)
클립에 끼워 이동 조명으로도 사용하고 멀티 램프
플러드 뱅크 조명기로도 사용한다. 전력 소모량에
따라 75/ 150/ 200/ 300/ 500/ 650/ 1000W가 있으
며, 유리는 주조하여 만든 항열성이 강한 것을 사용
하고, 투명한 것과 광학유리 두 가지 형태가 있다.
타원형 빔이 나오는 것은 타원의 가로 세로 직경에
따라 6X12/ 12X28/ 24X48/ 이 있다. 일광용 PAR
램프의 색온도는 5200°K가 있고, 3200°K의 스튜디
오용도 있다. 수명은 종류별로 30/ 100/ 200/ 400
시간이다.
3. 램프의 종류
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4) 크세논 램프(Xenon Lamp)
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크세논 램프는 크세논 가스의 아크(Arc)를 이용한 방전등으로서 특징은 발광 스펙트럼이
자연광(태양)과 유사한 연속 스펙트럼이며, 분광분포도도 전기의 입력 변화에 거의 변하지
않고 사용 중에도 색온도 (약 600°K) 가 거의 변하지 않으며 일정하다.
특징으로는 점등시간이 필요 없고, 재점등도 가능하며 휘도가 상당히 높다. 또 발광면적이
적어 원거리 조명용으로 상당히 좋다. 그러므로 스튜디오, 무대용 조명으로서 거대한 장치
배경막을 조명해줄 수 있는 강력한 램프이다. 야외용 팔로우 스폿조명기(Follow Spotlight)
로도 사용한다.
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(1) 크세논 램프의 구조
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3. 램프의 종류
(1) 크세논 램프의 구조
3. 램프의 종류
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5) 메탈 할라이드 램프(Metal Halide Lamp)
이 램프는 수은등의 연색성과 효율을 개선하기 위하여 할로겐화 물질을 넣어 발광 스펙트
럼의 분포를 태양광선의 스펙트럼에 가깝게 한 것으로, 주입하는 각종 할로겐화물에 따라
다양한 종류와 질 좋은 메탈 하라이드 램프 개발되고 있으며, 앞으로 많은 발전이 기대되는
램프이다.
(1) HMI 램프 (Hydrargyrum Medium Iodide)
방전램프의 일종으로 독일의 오스람(OSRAM)사가 컬러 방송용으로 개발한 메탈 할라이드
램프로서 이 램프의 아크(Arc) 길이가 크세논의 쇼트 아크(Short Arc) 길이와 또 다른 롱 아
크(Long Arc) 메탈 할라이드 램프보다 짧은 중간이라는 뜻에서 미디움(Medium)이라고 한
것이다. 이 램프는 뛰어난 분광 스펙트럼과 고효율을 가지고 있으며, 점등시간이 짧고 명멸
(Flicker)도 단형파 점등 제어로 해결하였다. 그러나 밝기를 완전히 조절하기 힘들다고 하
는 단점이 있으며 퍼넬 스폿(Fresnel Spot Light)와 팔로우 스폿(Follow Spot Light) 용으
로 가장 많이 쓰인다. 모든 메탈 할라이드 광원은 발라스트 장치(Ballast Unit)가 필요하다.
주로 575W(MSR-GX9.5,G22, HMI-G22,G38 스캔, 무빙라이트용)/1200/2500(G22, G38,
- Follow Pin Spot)/4000/6000W을 많이 쓴다. 색온도는 Day Light Type으로 5600。K이
며, 수명은 500∼750 시간이다.
3. 램프의 종류
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(2) CSI 램프
HMI 램프와 유사한 방전램프로 영국의 숀사가 개발하여, 팔로우 스폿 조명기(Follow spot)
용으로 쓰인다. CIS 타입은 싱글 엔디드 벌브(Single-Ended Blub)로 l개 전극이 한 쪽에
나란히 붙어 있는 형태를 이루고 있으며, 전구 안에는 나트륨, 탈륨, 갈륨 등이 들어 있다.
이 램프에서 나오는 광선으 색온도는 약 4000。K에 이른다. 따라서 이 램프에는 약한 색보
정 필터를 씌우면 일광이나 쿼츠 조명과 함께 사용할 수 있다. 주로 무대 효과용 프로젝터
에 사용된다.
(3) CID 램프
CID 타입도 싱글-엔디드 램프형태로 씰드빔 형태가 많다. 이것은 1Kw 와 21/2 Kw 가 있
으며 색온도는 5,500。K(±400)에 가깝다. 표준형과 핫 리스트라이크(Hot Restrike)형이
있으며 수명은 500∼1000 시간이다. 다음은 메탈할라이드 램프의 성분에 따른 특성 비교
표이다.
3. 램프의 종류
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6) 레이저(Laser) 광선(光線)
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레이저 광선은 새로운 타입의 빛으로 Light Amplitication By Stimulated Emission of
Radiation의 약자이다. 이것은 방사의 유도 방출에 따라 증폭된 빛으로서, 나오는 빛은 유
도 방출 물질이 가지고 있는 물질의 특성으로 인해 생기는 스펙트럼에 따라 다르며 순수한
단색광(丹色光) 이다. 또 이 빔(beam)은 대단히 큰 집속(集束) 빔이므로 특히 큰 출력의 빔
을 출력할 때는 안전관리에 신경을 써야 한다. 최근 야외 무대나 이벤트 행사에서 효과용으
로 많이 이용되고 있으며 종류는 다음과 같다.
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(1)
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(3)
(4)
(5)
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아르곤 레이저(Argon Laser) - 청록색(Cyan)
크립톤 레이저(Kryton Laser) - 녹색(Green)
베리움 레이저(Barium Laser) - 적색(Red)
가스 레이저(Gas Laser) - 탄소 가스 레이저, 질소 가스 레이저
고체 레이저
4. 램프의 취급 및 관리
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1) 맨손으로 램프 표면을 만지면 손을 댄 부분이 이물질 및 기름이 묻기 때문에 램프의 수
명을 단축시킴으로 표면이 매끄러운 장갑을 끼고 램프를 다루어야 한다.
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2) 램프를 점등한 채 등기구를 옮기면 그 진동에 의해 램프 내부의 필라멘트가 손상될 수
있으므로 꼭 소등한 후에 이동해야 한다, 특히 메탈 할라이드 램프는 조명기를 갑작스럽게
분광 조절하면 이로 인한 진동과 움직임에 의해 램프에 큰 손상을 입힐 수 있으므로 주의
해야 한다.
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3) 직관 램프 또는 더블 엔드형의 램프는 램프의 양극 부분이 사기 재질로 되어 있기 때문
에 주의해야 한다.
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4) 램프의 보관은 융으로 된 천으로 가볍게 닦아 준 다음에 밀폐된 상자에 보관해야한다.
특히 할로겐 및 수은, 크세논램프 등은 습기 및 빛의 노출이 심한 곳을 피해 보관해야 한다.
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5) HMI 램프를 비롯한 자외선 방출의 블랙라이트용 램프, 유도방사의 레이저빔을 오랫 동
안 피부와 접촉시키면 생화학작용에 의해 피부에 손상을 입게 되므로 주의해야 한다.
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6) 2개의 핀을 가진 텅스텐 할로겐 램프를 소켓에 끼울 때 소켓 규격과 램프의 규격이 맞는
지 확인한 후 장착해야 한다. 베이스 부분이 서로 다른 2개의 핀과 소켓을 잘못 장착했을
때 핀이 마모되거나 파손될 우려가 있다.
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7) 색온도의 변화가 적은 텅스텐 할로겐 램프, 또는 고출력의 방전램프의 경우 장시간 점등
한 상태로 둔다고 하더라도 광원의 색상이 약간 변화되므로 주의해야 한다.