ND 필터

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1. 개요
2. 작동 원리
- 2.1. 광학 밀도와 투과율
3. 활용
4. 종류
5. 등급
6. 주의사항
- 6.1. 색수차
- 6.2. 자외선 및 적외선 차단
참조

1. 개요

ND 필터는 빛의 양을 줄여주는 광학 필터로, 사진, 레이저 실험, 천체 관측 등 다양한 분야에서 활용된다. ND 필터는 광학 밀도에 따라 투과율이 결정되며, 사진 촬영 시 셔터 속도 조절이나 피사계 심도 감소를 위해 사용된다. 다양한 종류와 등급이 있으며, 색수차 및 자외선, 적외선 차단에 대한 주의가 필요하다. 용접공용 유리를 대안으로 사용할 수도 있다.

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필터는 사진술에서 이미지의 색상, 대비, 특수 효과를 조절하기 위해 특정 파장의 빛을 선택적으로 통과시키거나 차단하는 장치이며, 렌즈 보호, 색온도 조절, 빛의 양 조절 등 다양한 목적으로 활용된다.

ND 필터
개요
다양한 크기의 중성 농도 필터
종류	광학 필터
기능	빛의 강도 감소
응용 분야	사진술 비디오 촬영 천문학 분광법
상세 정보
작동 원리	빛의 파장을 균등하게 감쇠시킴
재료	유리 플라스틱
ND 값	0.1 ~ 3.0 이상 (빛 투과율 조절)
형태	원형 필터 사각형 필터 가변 ND 필터
활용
사진 촬영	밝은 환경에서 조리개 개방 장노출 효과
비디오 촬영	얕은 심도 유지 부드러운 움직임 표현
기타	망원경 레이저 용접
추가 정보
주의 사항	품질이 낮은 필터는 색수차 유발 가능
관련 용어	편광 필터 UV 필터 IR 필터

2. 작동 원리

ND 필터는 빛의 강도를 줄여주는 역할을 한다. 필터의 광학 밀도에 따라 필터를 통과하는 빛의 비율이 달라지며, 이는 특정 공식을 통해 계산할 수 있다.^[1]

2. 1. 광학 밀도와 투과율

ND 필터의 광학 밀도가 ''d''일 때, 필터를 통과하는 빛의 세기 비율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

:'''투과율''' Transmittance|트랜스미턴스^영어

\frac{I}{I_0} = 10^{-d}

여기서 ''I''는 필터를 통과한 후의 빛의 세기이고, ''I''₀는 필터에 닿기 전의 빛의 세기이다.^[1]

3. 활용

ND 필터를 풍경 사진에 사용한 결과 비교. 첫 번째 사진은 편광 필터만 사용했고, 두 번째 사진은 편광 필터와 1000× ND 필터(ND3.0)를 사용했는데, 두 번째 사진은 노출 시간을 훨씬 길게 하여 움직임을 부드럽게 처리했다.

ND 필터는 사진뿐만 아니라 다양한 분야에서 활용된다. 사진용 반사 굴절 렌즈에서 노출을 제어하는 데 사용되는데, 이는 전통적인 아이리스 조리개를 사용하면 중심 장애물의 비율이 증가하여 성능이 저하되기 때문이다. 또한 정밀 레이저 실험이나 달, 행성과 같이 너무 밝은 천체를 관측할 때도 ND 필터가 사용된다.

3. 1. 사진 촬영

ND 필터를 사용하면 사진작가는 회절 한계 내 또는 그 이하의 더 큰 조리개를 사용할 수 있다. ND 필터는 최대 셔터 속도 제한으로 인해 불가능한 경우 이미지의 피사계 심도를 줄이는 데 사용될 수 있다 (더 큰 조리개를 사용할 수 있도록 하여).

사진작가는 빛을 제한하기 위해 조리개를 줄이는 대신 ND 필터를 추가하여 빛을 제한하고, 원하는 특정 움직임 (예: 물의 움직임 흐림)과 필요에 따라 설정된 조리개 (최대 선명도를 위한 작은 조리개 또는 얕은 피사계 심도를 위한 큰 조리개(피사체 초점 및 배경 흐림))에 따라 셔터 속도를 설정할 수 있다. 디지털 카메라를 사용하면 사진작가는 이미지를 즉시 보고, 캡처할 장면에 사용할 최상의 ND 필터를 선택할 수 있다. 셔터 속도는 피사체의 움직임에서 원하는 흐림을 찾아 선택한다. 카메라는 수동 모드로 설정된 다음, 조리개나 셔터 속도를 조정하여 전체 노출을 어둡게 조정하여 원하는 노출이 되도록 하는 데 필요한 스톱 수를 기록한다. 그 오프셋은 해당 장면에 사용해야 하는 ND 필터에 필요한 스톱의 양이 된다.

중성 농도 필터는 느린 셔터 속도로 모션 블러 효과를 얻는 데 자주 사용된다.

ND 필터 사용 예시는 다음과 같다.

물의 움직임 흐림 (예: 폭포, 강, 바다).
매우 밝은 빛 (예: 일광)에서 피사계 심도 감소.
초점면 셔터가 있는 카메라에서 플래시를 사용할 때, 노출 시간은 최대 속도 (최대 )로 제한된다. ND 필터가 없으면 ''f''/8 이상을 사용해야 할 수 있다.
회절 한계 이하로 유지하기 위해 더 넓은 조리개 사용.
움직이는 물체의 가시성 감소.
피사체에 모션 블러 추가.
연장된 장시간 노출.

3. 2. 레이저 실험

ND 필터는 정밀 레이저 실험에서 레이저의 출력을 조절하는 데 사용된다. 레이저 빛의 다른 속성(예: 빔의 콜리메이션)을 변경하지 않고는 레이저의 출력을 조정할 수 없기 때문이다. 또한, 대부분의 레이저는 작동할 수 있는 최소 출력 설정이 있다. 원하는 감쇠를 달성하기 위해 하나 이상의 ND 필터를 빔 경로에 배치할 수 있다.

3. 3. 천체 관측

대형 망원경으로 달과 행성을 관측하면 너무 밝아서 대비가 떨어질 수 있다. 이때 ND 필터를 사용하면 밝기를 줄이고 대비를 높여서 이러한 천체들을 더 쉽게 관측할 수 있다.

4. 종류

ND 필터는 모든 파장의 빛의 강도를 동일하게 줄이지는 않아 완벽하지 않다. 저렴한 필터는 이미지에 색상 왜곡을 일으킬 수 있다. 대부분의 ND 필터는 가시광선 영역에서만 지정되며, 자외선이나 적외선은 제대로 차단하지 못한다. 따라서 태양이나 고온의 금속 등 강렬한 보이지 않는 방사선을 방출하는 광원을 ND 필터로 보면 눈이 손상될 위험이 있어 특수 필터가 필요하다.^[1]

전문 ND 필터의 저렴한 대안으로 용접공용 유리를 사용할 수 있다. 용접공용 유리의 등급에 따라 10 스탑 필터의 효과를 낼 수 있다.^[1]

4. 1. 그라데이션 ND 필터

그라데이션 ND 필터는 필터 표면 전체에서 농도가 다르다는 점을 제외하면 일반적인 ND 필터와 유사하다. 이는 일몰 사진처럼 이미지의 한 영역은 밝고 나머지는 그렇지 않은 경우에 유용하다.^[1]

전환 영역 또는 가장자리는 다양한 변형(소프트, 하드, 감쇠기)으로 제공된다. 가장 일반적인 것은 소프트 에지이며 ND 쪽에서 투명한 쪽으로 부드럽게 전환된다. 하드 에지 필터는 ND에서 투명한 부분으로의 전환이 날카롭고, 감쇠기 에지는 필터의 대부분에서 점진적으로 변화하므로 전환이 덜 눈에 띈다.^[1]

4. 2. ND 필터 휠

ND 필터 구성의 또 다른 유형은 ''ND 필터 휠''이다. ND 필터 휠은 두 개의 구멍이 뚫린 유리 디스크로 구성되는데, 각 디스크 면의 구멍 주위에 점차적으로 더 조밀한 코팅이 적용되어 있다. 두 개의 디스크가 서로 반대 방향으로 회전하면 100% 투과율에서 0% 투과율로 점차적이고 균일하게 전환된다. 이러한 필터는 반사 굴절 망원경과 최대 각 분해능에서 작동해야 하는 시스템에 사용된다. 일반적으로 이러한 시스템은 최대 개구율에서 작동해야 한다.^[3]

4. 3. 가변 ND 필터

가변 ND 필터는 두 개의 편광 필터로 구성되며, 이 중 최소한 하나는 회전할 수 있다. 뒤쪽 편광 필터는 한 평면의 빛을 차단하며, 앞쪽 편광 필터는 회전하여 빛의 양을 조절한다. 앞쪽 필터를 회전시키면 카메라 센서에 도달하는 빛의 양이 줄어들어, 빛의 양을 거의 무한대로 제어할 수 있다.

이 방식은 부피와 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있지만, 두 개의 요소를 함께 사용하고 두 개의 편광 필터를 결합하므로 이미지 품질이 저하된다는 단점이 있다.

4. 4. 익스트림 ND 필터

물결이 몽환적으로 보이거나 물 또는 다른 움직임이 극도로 흐릿한 풍경과 바다 풍경을 만들기 위해서는 여러 개의 ND 필터를 겹쳐서 사용하는 것이 필요할 수 있다. 가변 ND의 경우와 마찬가지로, 이는 이미지 품질을 저하시키는 결과를 가져온다. 이를 해결하기 위해 일부 제조업체에서는 고품질의 익스트림 ND 필터를 생산했다. 일반적으로 이 필터는 10스톱 감소로 평가되어 비교적 밝은 환경에서도 매우 느린 셔터 속도를 허용한다.

5. 등급

ND 필터는 다양한 등급으로 표기되며, 각 등급에 따라 빛의 감소율, f-스톱 감소, 투과율 등이 달라진다. 다음은 ND 필터의 등급 표기법과 그에 따른 특성을 정리한 표이다.

표기법				렌즈 개구부, 전체 렌즈의 비율	f-스톱 감소	투과율
광학 밀도	ND1번호	ND.번호	ND번호	렌즈 개구부, 전체 렌즈의 비율	f-스톱 감소	투과율
0.0				1	0	100%	1
0.3	ND 101	ND 0.3	ND2	1/2	1	50%	0.5
0.6	ND 102	ND 0.6	ND4	1/4	2	25%	0.25
0.9	ND 103	ND 0.9	ND8	1/8	3	12.5%	0.125
1.2	ND 104	ND 1.2	ND16	1/16	4	6.25%	0.0625
1.5	ND 105	ND 1.5	ND32	1/32	5	3.125%	0.03125
1.8	ND 106	ND 1.8	ND64	1/64	6	1.563%	0.015625
2.0		ND 2.0	ND100	1/100	6+2/3	1%	0.01
2.1	ND 107	ND 2.1	ND128	1/128	7	0.781%	0.0078125
2.4	ND 108	ND 2.4	ND256	1/256	8	0.391%	0.00390625
2.6			ND400	1/400	8+2/3	0.25%	0.0025
2.7	ND 109	ND 2.7	ND512	1/512	9	0.195%	0.001953125
3.0	ND 110	ND 3.0	ND1024 (ND1000이라고도 함)	1/1024	10	0.1%	0.001
3.3	ND 111	ND 3.3	ND2048	1/2048	11	0.049%	0.00048828125
3.6	ND 112	ND 3.6	ND4096	1/4096	12	0.024%	0.000244140625
3.8		ND 3.8	ND6310	1/6310	12+2/3	0.016%	0.000158489319246
3.9	ND 113	ND 3.9	ND8192	1/8192	13	0.012%	0.0001220703125
4.0		ND 4.0	ND10000	1/10000	13+1/3	0.01%	0.0001
5.0		ND 5.0	ND100000	1/100000	16+2/3	0.001%	0.00001

제조사별 ND 필터 표기 방식은 다음과 같다.^[3]

호야(Hoya), B+W, 코킨(Cokin): ND2, ND2x 등
리(Lee), 티펜(Tiffen): 0.3ND 등
라이카(Leica): 1×, 4×, 8× 등

6. 주의사항

ND 필터 사용 시 주의해야 할 점은 다음과 같다.

저가형 ND 필터는 모든 파장의 빛을 균일하게 줄이지 못해 이미지에 색 번짐(색수차)을 유발할 수 있다.^[1] 대부분의 ND 필터는 가시광선 영역에만 맞춰져 있어 자외선, 적외선 등 다른 파장의 빛은 제대로 차단하지 못하므로, ND 필터를 통해 태양이나 고온의 금속, 유리 등 강렬한 복사열을 방출하는 물체를 보면 눈에 보이지 않더라도 눈이 손상될 위험이 있다.^[1] 이러한 광원을 안전하게 관찰하려면 특수 필터를 사용해야 한다.^[1]

6. 1. 색수차

저가형 ND 필터는 모든 파장의 빛을 균일하게 줄이지 못해 이미지에 색 번짐(색수차)을 유발할 수 있다.^[1] 대부분의 ND 필터는 가시광선 영역에만 맞춰져 있어 자외선, 적외선 등 다른 파장의 빛은 제대로 차단하지 못한다.^[1] 따라서 ND 필터를 통해 태양이나 고온의 금속, 유리 등 강렬한 복사열을 방출하는 물체를 보면 눈에 보이지 않더라도 눈이 손상될 위험이 있다.^[1] 이러한 광원을 안전하게 관찰하려면 특수 필터를 사용해야 한다.^[1]

6. 2. 자외선 및 적외선 차단

대부분의 ND 필터는 스펙트럼의 가시광선 영역에서만 지정되며, 자외선 또는 적외선 방사의 모든 파장을 비례적으로 차단하지 않는다. 따라서 ND 필터를 사용하여 태양이나 고온의 금속 또는 유리와 같이 강렬한 보이지 않는 방사선을 방출하는 광원을 보면 위험할 수 있다. 필터를 통해 보았을 때 광원이 밝게 보이지 않더라도 눈이 손상될 수 있기 때문이다. 이러한 광원을 안전하게 보려면 특수 필터를 사용해야 한다.

참조

_[1] 서적 Filter-Faszination
_[2] 웹사이트 ANSI Z87.1-2003: Practice for Occupational and Educational Eye and Face Protection, 29 https://archive.org/[...] 2003
_[3] 웹사이트 CAMERA LENS FILTERS http://www.cambridge[...] 2014-06-12

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