Flashlight Story 6 -밝기 비교에 대해서-

 

Flashlight Story 6

- 밝기 비교에 대해서 -

 

현재 우리 주변에는 매우 다양한 형태의 플래시라이트를 볼 수 있는데,

대개의 플래시라이트들은 소형이든 대형이든 나름대로의 용도별로 존재합니다.

 

하지만 같은 크기의 플래시라이트라도 여러 메이커의 다양한 상품들이 있으므로 그 우열을 가리려면 상대적인 비교를 통해서 가능합니다.

 

그러한 비교의 기준으로 제일 먼저 생각하는 것이 밝기이고,

조명 기기인 이상 플래시라이트의 성능을 비교하는데 있어 가장 중요한 것이 밝기입니다.

또한 밝기 다음으로 생각하는 것은 사용시간인데,

이 역시도 어느 정도의 밝기라는 단서가 붙게 되므로 밝기라는 것은 플래시라이트를 비교하거나 구입시에 가장 먼저 살펴 보아야 할 사항입니다.

 

밝기를 가늠할 수 있는 수치는 여러 가지가 사용되고 있는데,

현재는 거의 루멘으로 통일되었습니다.

이는 슈어파이어 라이트의 영향이기도 하겠지만,

그만큼 루멘이라는 단위에 대한 신뢰도가 높다는 의미도 됩니다.

 

그렇다고 다른 단위가 나쁘다는 것은 아닙니다.

다른 단위들도 모두 어떠한 필요에 의해서 만들어진 것이고,

플래시라이트의 밝기 비교에는 적합지 않다고 하더라도 다른 용도로는 루멘보다 더 많이 사용되고 있기 때문입니다.

 

또한 루멘이라는 단위가 본격적으로 사용되기 시작한 것은 LED 라이트의 보급과도 관계가 있는 문제이며,

루멘이 플래시라이트의 밝기 측정에 있어서 표준이라고 할지라도 실제로는 다른 단위들도 사용되고 있다는 것을 감안하여 간략하게나마 총체적으로 살펴 보도록 하겠습니다.

 

먼저 각 단위에 대한 간단한 설명입니다.

 

루멘 :

광속(光束)의 단위.

단위기호는 ㏐.

모든 방향으로 균등한 광도(光度) 1㏅를 지닌 광원(光源)이 단위입체각 1㏛ 내에 방출하는 광속을 1㏐으로 한다.

 

칸델라 :

광도 단위.

국제단위계(SI) 기본단위로, 기호는 ㏅이다.

지금의 계량법으로는＜10만 1325㎩(파스칼) 압력에서 백금 응고점에 있는 흑체(黑體)의 1/60만㎡의 평평한 표면의 수직방향의 광도＞라고 정의되었다.

그러나 이것은 1948년 국제도량형 총회의 정의이며,

1979년 ＜주파수 540×10 ㎐인 단색복사(單色輻射)를 방출하는 광원의 복사강도가 1/683W/㏛인 방향에서의 광도＞라고 개정되었다.

 

럭스 :

국제 단위계(SI)의 조명도의 단위.

기호 ㏓.

1㎡의 넓이에 11m의 광속이 균등하게 입사했을 때의 조명도로서 광도가 1㏅인 점광원으로부터 1m의 거리에서 빛의 방향에 수직한 면의 조명도에 해당된다.

이들 설명은 모두 백과사전의 설명으로 이렇게만 본다면 전혀 이해가 가지 않을 정도로 난해한데,

(특히 저처럼 수학, 물리 등과 담쌓은 사람에게 있어서는 말로는 전혀 이해가 되지 않습니다)

그래도 대충 읽어 보면 루멘은 빛의 양, 칸델라는 빛의 세기, 럭스는 빛의 면적과 관계가 있는 내용임을 알 수 있습니다.

 

럭스는 보통 조명 상가나 카메라 촬영 등에서는 많이 사용하는 말이기는 하나 플래시라이트에서는 거의 사용하지 않는 단위로 개인들이 직접 측정을 하기 위해 가끔 사용하기도 합니다만, 시판되는 플래시라이트의 밝기 표기와는 상당한 거리가 있습니다.

 

칸델라 역시 현재는 플래시라이트의 밝기 단위로 사용하지 않고 오히려 그 전에 사용되었던 캔들파워(candelpower)라는 단위를 사용하는 것은 가끔 볼 수 있습니다.

 

이는 국제표준이 칸델라로 바뀌었지만 미국/일본 등에서는 촉광이라고 하여 캔들파워, 풋캔들 등을 사용했던 잔재가 아닐까 합니다만,

국내에도 플래시라이트 광고 등을 보면 CP 등의 단위를 아직도 사용하고 있음을 볼 수 있습니다.

 

앞서 말씀드린 것처럼 이러한 단위들은 각각의 용도에 의해 고안된 것으로 실제 적용 예도 다른데,

이를 함께 엮어서 단위가 다른 것을 억지로 비교하려는 경우가 발생하게 됩니다.

 

그래서 먼저 각 단위의 측정 방법에 대하여 살펴 보도록 하겠습니다.

위 그림을 보면 광원(빛을 내는 원천이므로 여기서는 플래시라이트가 됩니다)

F에서 조사되는 빛을 C라고 하겠습니다.

사실 빛을 육안으로 한가닥씩 나눌 수는 없겠지만 물리적으로는 가능한가 봅니다.

어쨌든 이러한 빛줄기 하나하나를 루멘이라고 합니다.

그래서 광원에서 방사되는 빛줄기 하나하나의 합을 모두 더한 것이 전광속, 즉 루멘이 되는데, 이 빛줄기가 150개라면 150루멘이 됩니다.

(단 우리말로는 그냥 루멘이라고 표기하는데 영어로는 복수 표기를 하므로 150루멘이라면 150 Lumens라고 합니다)

 

그리고 광원에서 사방으로 뻗어 나가는(실제로는 180도 이하겠지만) 빛줄기를 한 방향의 특정한 지점 P에서 센서를 통해 측정한 밝기가 칸델라(또는 캔들파워)라고 합니다.

 

이에 비하여 한 방향의 특정한 지점에서 측정한다는 것은 같지만,

수직인 방향에서의(여기서는 편의상 수평으로 하였습니다) 일정 면적 L 에서의 밝기를 측정한 것이 럭스 단위를 사용하는 조명도가 됩니다.

 

이렇게 각각 측정법이 다른 이유는 그렇게 측정하는 것이 해당 용도 맞기 때문이라고 할 수 있습니다.

럭스는 조명도의 단위로 흔히 산업시설, 독서실, 가정 조명, 촬영시의 조도를 측정할 때 사용하며 이는 수직으로 떨어지는 빛방사에 대한 일정면의 밝기를 재는 것인데,

그 빔이 균등하게 조사될수록 정확하다고 볼 수 있으며 면적을 수반해야 합니다.

 

 

다시 럭스의 측정을 살펴 보면 광원 B에서 수직으로 방사되는 빛이 닿은 일정면적 A의 밝기를 재는 것이 되며,

가정 조명을 생각해 보아도 형광등처럼 빛이 고르게 퍼져야 효과적인 조명이 이루어지는 것을 생각하면 되겠습니다.

 

이에 비해 칸델라나 캔들파워는 빛의 도달 거리와 관계있는 것이어서 럭스가 플러드빔(균일하게 떨어지는 확산형 광선)을 계측하기 위한 것이라면 캔들파워는 스팟빔(집광되는 조사폭이 좁은 집광형 광선)을 계측하기 위한 것입니다.

그러므로 캔들파워는 써치라이트, 무대 조명 등을 비교하기에 적합하며 여기에는 거리라는 요소가 필요합니다.

 

측정 방법이나 단위에 있어서 또한 적용 방법에 있어서 비록 차이는 있을지라도 럭스나 캔들파워는 광원에서 방사되는 빛의 일부를 측정한다는 공통점이 있는 반면

빛의 총량을 측정하는 루멘은 빛의 전부를 측정하게 되므로 거리/면적/방향과 관계없이 일정한 값을 지니게 됩니다.

 

즉 럭스,캔들파워는 방향, 면적, 거리에 따라 그 측정치가 다르게 나올 수 있지만

(이로써 어느 정도의 조작이 가능합니다)

루멘은 이와 관계없이 항상 일정한 측정값이 나오게 됩니다.

 

그래서 루멘은 플래시라이트의 절대적인 성능을 평가하기 위하여 필요하며 이를 사용하여 해당 제품의 출력을 알 수 있는 것이며 대략이나마 외형적 비교가 가능합니다.

그런데 가끔 해외리뷰 등을 보면 중심점과 주변부의 밝기를 럭스로 측정하는 경우가 있는데,

이는 그만큼 럭스 측정이 상대적으로 쉽다는 것입니다.

럭스 측정은 손 바닥만한 계측기로도 가능한데 아무래도 측정면적이나 개별편차의 차이는 시험연구원 등에서 사용하는 기기와 비교하면 차이가 있을 것이며 이는 어디까지는 조도면의 밝기이며 면적을 수반하는 단위이므로 플래시라이트 밝기 비교로 보자면 루멘이나 캔들파워를 비교하는 것이 더 낫다고 봅니다.

 

하지만 오히려 최근에 와서는 럭스 측정이 실제로 이해가 더 쉬운 경우가 있는데 이에 대해서는 후에 설명하도록 하겠습니다.

 

 

루멘 측정은 위 그림처럼 하단의 광원에서 방사된 빛줄기를 구형 측정기 내부에서 전방향으로 방사시켜 그 총량을 측정하게 됩니다.

 

광속측정기

 

실제로 광속측정기는 위 사진처럼 구형이며 조그만 통로에 라이트의 헤드 또는 전체를 집어 넣고 이를 측정하게 되므로 거리, 방향, 면적 등에 영향을 받지 않습니다.

그래서 플래시라이트 메이커들 중에 광량에 자신이 있는 업체들은 루멘을 표기하게 되는데,

루멘을 가지고 빔의 형태를 알 수도 없고 실제로 육안으로 보이는 것과 생각한 것이 다른 경우가 매우 많다고 해도 개별 제품에 모두 대응하려면 해당 라이트가 방사하는 빛의 총량을 표기하는 것이 가장 보편적인 방법이 됩니다.

 

과거에는 주로 사용하였던 캔들파워는 일부부만을 측정하는 단위이므로 최근에 와서는 점차 사용빈도가 줄고 있지만,

광량은 적으나 집광 위주의 제품들은 아직도 캔들파워를 사용하고 있는 것을 볼 수 있는데,

그 적용예를 살펴 보겠습니다.

 

루멘과 캔들파워 측정치의 비교

 

위 도표를 보면 루멘과 캔들파워 측정치를 쉽게 비교할 수 있는데,

 

우선 A는 집광형의 제품으로 쓰로우는 강력하나 사이드 스필은 지리멸렬입니다.

B는 쓰로우와 사이드스필 모두 강력한 확산형 제품으로 루멘에서는 큰 차이가 있으나 두 제품의 캔들파워는 동일합니다.

 

즉 방사되는 빛의 총량이 높다고 하더라도 빔의 각도와 집광을 조절함으로써 캔들파워 수치는 동일하거나 더 높게도 만들 수 있다는 것이며,

루멘은 사용시간과 관계가 있는 것이므로 A 제품의 사용시간이 더 길다는 결론이 나오게 됩니다.

그리고 같은 반사경과 같은 건전지, 같은 구동회로, 같은 헤드 직경을 가지고 있는 제품들이라면 몰라도 대부분은 외형적인 요소가 너무 다르기 때문에 이를 잘 살펴 보아야 하는데,

여기에는 또 하나의 고려 사항이 있습니다.

 

루멘은 거리, 면적, 방향에 관계없이 동일한 측정치가 되겠지만 캔들파워는 거리에 특히 영향을 받게 됩니다.

(물론 방향도 작용하지 않은 것은 아니지만 대개의 플래시라이트는 광원의 중심으로부터 수평 또는 수직으로 방사되는 광선이 제일 강하게 되므로 플래시라이트의 캔들파워에서 방향은 큰 고려대상이 되지 않습니다)

 

만약 집광성이 무지무지하게 좋은 라이트가 있다면(조사범위는 매우 좁아지므로 슈어파이어의 KL3 등의 형태일 것입니다).

이 제품은 보통 제품보다 더 먼 거리에서 캔들파워를 측정해도 높은 값이 나오게 될 것이며, 이를 제품 광고에 활용할 수 있을 것입니다.

 

실제로 덩치가 크고 헤드가 크며 반사경도 큰 제품들은 루멘 수치보다는 캔들파워 수치에서 더 강세를 보일 수 있는데,

이러한 제품들은 시험연구원 등에 측정 의뢰시 되도록 원거리에서의 측정을 요청하는 경우가 많다고 합니다.

극단적인 예를 들면 다음과 같습니다.

광량은 낮지만 집광성이라는 면에서는 따라올 수 없는 것이 레이저인데 이 레이저의 캔들파워는 근거리나 원거리나 그 차이가 그렇게 크기 않을 것입니다.

그래서 특정한 수치만을 놓고 본다면 가격도 저렴하고 사용시간도 긴 훌륭한 제품이라고 생각할 수도 있으므로 보다 정확한 비교를 위해서는 여러 가지 측면에서 측정을 해야 할 것입니다.

그러나 실제로 연구소급의 설비를 갖추고 있지 않는한 이러한 비교는 어려우므로 육안으로 보는 것이 가장 손쉬운 방법이기는 합니다.

 

간혹 플래시라이트와 관련된 사이트등을 보다 보면 다음과 같은 질문 등을 보게 됩니다.

"루멘이 광량이라면 루멘 수치가 높을수록 더 밝다는 것은 알겠는데,

60루멘 램프를 사용하다가 120루멘으로 교체했으면,

밝기가 2배가 되어야 하는데 전보다 그렇게 밝아진 것 같지 않습니다."

물론 여기에는 라이트의 외형적인 디테일이 일치하여야 한다는 전제가 붙습니다만,

(슈어파이어의 제논 라이트처럼 옵션 램프 시스템라면 여기에 해당됩니다)

 

루멘 수치가 높아지는 것에 비례하여 밝기도 그만큼 높아진다는 원론적인 면에서 루멘과 밝기는 비례한다라는 것이 이상한 것은 아닙니다.

다만 루멘은 광원에서 방사되는 모든 방향의 빛줄기라고 생각해야 하므로 루멘 수치가 2배가 된다고 실제로 밝기는 2배가 되지 않는데 간략하게 도표를 통해 설명드리겠습니다.

1루멘을 빛줄기 하나라고 가정하고(물리적인 것입니다만) 구형인 광원 측정기 내부를 보기 쉽게 평면으로 펼쳐 버리면 25루멘이라는 것은 1루멘짜리 빛줄기 25개가 모인 것이 됩니다.(위 도표의 왼쪽 참조)

루멘 수치상 2배는 50루멘이지만 보기 쉽게 49루멘을 예로 들면 24개의 빛줄기가 더 추가된 셈이 되며 양적으로는 거의 2배가 늘어난 셈이 됩니다.

 

하지만 우리가 이를 비교할 때는 같은 거리에서 조사하는 방법이 일반적인데 그렇다면 단위 면적당 빛의 양이 2배 늘어야 밝기도 2배가 되어야 한다고 생각할 수 있습니다.

(물론 실제로는 매우 복잡한 수식을 생각해야 할 것입니다)

 

그러므로 밝기가 2배가 되려면 면적의 양축이 모두 2배가 되어야 합니다.

위 도표처럼 25루멘에서 49루멘이 되면 양축을 기준으로 5칸에서 7칸이 된 것이므로 약 30% 정도가 증가했다고 보아야 합니다.

가로, 세로 모두 100%씩 증가하려면 25루멘일 경우에는 각각 5칸씩 늘어야 하므로 가로,세로가 각각 10칸이 되어야 합니다.

그렇게 되면 위 도표의 오론쪽처럼 100루멘이 되며 이렇게 되어야 동일면적에 밀도가 2배로 늘어나게 되는 것이며 2배 밝다고 할 수 있습니다.

그래서 루멘 수치에 곱하기 4를 해야 2배 밝아진다는 것이 됩니다.

 

이상으로 대략 밝기의 단위 및 그 의의, 측정 방법, 적용 방법에 대하여 살펴 보았습니다.

 

그런데 최근 플래시라이트의 밝기 단위가 루멘으로 통용된다고 하여도 실제 적용시에는 매우 많은 변수가 있습니다.

우선 제논 라이트의 경우에는 대개 반사경만을 사용하며 굳이 집광/확산 등을 나눌 필요가 없으므로 빔패턴도 유사한 편이므로 루멘으로 밝기를 어림잡아 짐작하는 것도 가능합니다.

다만 고광량 LED의 출현부터는 같은 급의 LED를 사용하고 소비전류도 같음에도 반사경, 옵틱 등의 각종 광학적인 옵션에 의하여 스펙상의 밝기와 육안으로 느끼는 밝기와는 상당한 차이를 보이는 경우가 많습니다.

 

또한 동일 메이커의 제품이라면 그 설계가 비슷하며 스펙상의 표기가 통일되어 있으므로 그나마 비교하기에 용이한 편이나 여러 메이커의 제품을 스펙상으로 비교하기란 정말 어려운 일입니다.

그러므로 직접 눈으로 보고 제품을 평가하는 것이 기술적인 수치만으로 보는 것보다 나을 때가 많습니다.

 

츨처: http://www.ohled.com/20070502009  작성자: curse