렌즈의 원리를 3D로 살펴보기

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빛이 나무 표면의 한 점에 닿아 여러 방향으로 반사됩니다. 그중 렌즈에 도달한 빛은 굴절하여 모입니다. 각 점에서 나온 빛이 각각 작은 상점을 만들고, 이 상점들이 모여 센서에 거꾸로 된 나무의 상이 나타납니다.

나무에 초점을 맞추면 나무의 한 점에서 나온 빛이 센서면에서 모입니다. 먼 산에서 나온 빛은 센서에 도달하기 전에 교차한 뒤 다시 퍼지므로 산의 상이 흐려집니다. 그림은 나무와 산의 상이 맺히는 위치를 센서면과 구분하여 보여 줍니다.

센서는 고정한 채 렌즈를 움직여 산의 상이 맺히는 위치를 센서와 맞춥니다. 산은 선명해집니다. 이제 나무에서 나온 빛은 모이기 전에 센서에 도달하므로 나무의 한 점이 큰 원형 빛무늬를 만듭니다. 초점을 조절하면 어느 거리에 있는 대상이 선명하게 보이는지가 바뀝니다.

나무와 산의 광선을 따로 보여 주고 조리개를 좁힙니다. 통과하는 빛다발이 가늘어지면 초점이 맞지 않는 한 점이 센서에 만드는 착란원도 작아집니다. 조리개는 이상적인 상의 위치를 옮기는 대신 통과할 수 있는 빛의 범위를 바꿉니다.

도식적으로 표현한 렌즈의 곡률을 바꾸어 빛이 꺾이는 정도, 초점거리, 상의 크기, 화각의 관계를 보여 줍니다. 곡면의 굽음이 작아지면 빛을 꺾는 힘이 약해지고 초점거리가 길어집니다. 이는 광학적 관계를 보여 주는 그림이며, 실제 줌 렌즈의 유리가 변형된다는 뜻은 아닙니다.

시점을 입체적으로 이동하면서 나무의 각 점에서 퍼지는 빛 중 구멍을 향한 빛만 렌즈로 들어가는 모습을 보여 줍니다. 장면 전체의 상을 만들 수 있는 원형 범위가 이미지 서클입니다. 그 바깥에서도 같은 방식으로 상이 형성되는 것은 아닙니다. 이 전체 상의 범위는 한 점의 흐림을 나타내는 착란원과는 다릅니다.

이미지 서클 위에 직사각형 센서 테두리를 겹쳐 놓고 그 안쪽만 기록되는 모습을 보여 줍니다. 직사각형을 키워 원 밖으로 나가면 모서리가 어두워집니다. 빛의 경로, 렌즈의 이동, 상이 맺히는 위치와 흐림은 관계를 쉽게 알아볼 수 있도록 표현한 도식이며, 실제 카메라의 구조나 치수 자체를 나타내지는 않습니다.

마지막 장면은 렌즈에서 핀홀로 돌아갑니다. 햇빛이 작은 구멍을 직진하여 통과하고 상자 안쪽을 비춥니다. 태양의 방향이 바뀌면 빛이 닿는 위치와 면도 바뀝니다. 관찰하는 대상은 상자 안에 투영된 빛입니다. 태양을 직접 보거나 구멍을 통해 태양을 들여다보지 마세요.