Focus Lab

초점은 점이 아니라 면입니다

렌즈는 한 거리에 있는 점만 상면(센서) 위의 한 점으로 모읍니다. 그 거리에 놓인 모든 점이 이루는 얇은 면이 초점면입니다. 초점 링을 돌리면 렌즈 알이 앞뒤로 움직이며 이 면이 가까워지거나 멀어집니다. 가까이 맞출수록 렌즈는 센서에서 멀어집니다(앞으로 나옵니다).

흐림은 원반입니다 — 착란원

초점면보다 가까운 점의 빛은 센서 뒤에서, 먼 점의 빛은 센서 앞에서 모입니다. 그래서 센서에는 점 대신 작은 원반이 맺힙니다. 이 원반이 착란원이고, 원반이 클수록 흐립니다. 원반이 허용치(풀프레임 기준 0.03 mm)보다 작으면 선명하다고 봅니다.

원반 지름 = f² ÷ (N × (s − f)) × |s − d| ÷ d
f 초점거리 · N f값 · s 초점 거리 · d 물체 거리

조리개를 조이면 선명 범위가 깊어집니다

조리개는 렌즈 가운데의 구멍입니다. f값이 클수록 구멍이 작아 빛의 원뿔이 가늘어지고, 모든 원반이 f값에 반비례해 작아집니다. 그만큼 허용치 안에 드는 거리, 즉 선명 범위(심도)가 깊어집니다. 과초점 거리 H = f² ÷ (N × c) + f에 맞추면 H의 절반부터 무한대까지 선명합니다.

책상처럼 가까운 거리에서는 f/16으로 조여도 선명 범위가 수십 cm에 그칩니다. 가까이 찍을수록 심도가 얕아지는 이유입니다.

조리개는 밝기도 바꿉니다

f값이 √2배가 될 때마다 구멍의 넓이가 절반이 되어 빛이 1스톱 줄어듭니다. f/2에서 f/16까지는 6스톱, 빛의 양으로 64분의 1입니다. 같은 밝기를 얻으려면 셔터를 64배 길게 열거나 ISO를 올려야 합니다. 그래서 풍경은 f/11처럼 조여 깊게, 인물은 f/2처럼 열어 배경을 흐리게 찍습니다.

가정과 한계

얇은 렌즈 모델입니다. 수차와 비네팅, 회절은 다루지 않습니다. 실제로는 f/16 이상에서 회절 때문에 전체가 다시 조금 흐려집니다. 사진의 흐림은 픽셀마다 위 공식으로 계산한 원반 크기만큼 주변을 모으는 방식이라, 물체 가장자리에서는 실제 렌즈와 조금 다를 수 있습니다.

참고: Ryan Sael, The Plane of Focus — 초점면을 눈에 보이게 만든다는 아이디어에서 출발했습니다.