조명의 기초
사람은 상쾌하고 원활하게 활동하려면 사람에게 알맞은 공기와 조명환경이 필요합니다. 20~25℃의 온도, 시간당 30㎥의 환기량, 1cc 중 약 1천 개 이하의 먼지, 40~70%의 상대습도가 있는 깨끗한 공기를 유지함으로써 쾌적한 공기 환경이 얻어진다고 합니다. 그리고 물체를 보기 쉬운 밝은 환경과 시각적으로 안락한 분위기를 조성함으로써 쾌적하고 건강한 조명환경을 얻을 수 있게 됩니다.
시각은 우리들에게 물체의 형태를 파악하고, 색채와 밝음의 정도 및 운동을 알려주며, 우리들이 받는 지식의 약 85%를 차지하고 있습니다. 이러한 시각에 좋은 조명환경은 자연채광이나 인공조명을 적절하게 사용하여 얻을 수 있습니다.
인류는 오랜 세월 자연계에 적응되어 왔으므로 주광조명이 가장 자연스럽고 이롭지만, 주광이 부족할 때 인공조명을 주광의 양과 질에 가까운 조명으로 보충한다면 밝음이 변화하는 주광조명을 기능을 능가할 수도 있습니다. 이러한 인공조명은 주로 전등으로 이루어져 있으며, 전등의 종류는 백열전구부터 형광등, 나트륨램프, 메탈핼라이드램프, 반도체 소자를 사용한 조명등으로 발전되어 긴 수명과 높은 효율, 우수한 광색의 광원으로 발달되고 있습니다. 이러한 빛을 실제로 적용하는 여러 가지 조명방식이 우리 생활을 더욱 편리하고 쾌적하게 돕고 있는 것입니다.
빛의 본질
방사 에너지를 설명하기 위한 이론으로는 뉴턴이 주장한 입자 이론 맥스웰에 의하여 발전된 전자파 이론, 프랑크에 의하여 발전된 입자 이론의 현대적 형태인 양자이론과 드브로이와 하이젠베르크에 의하여 제안된 통일이론 등이 있습니다. 조명공학에 관계되는 방사 에너지를 설명하는 경우에는 양자이론과 전자파 이론이 많이 사용되고 있습니다.
방사란 전자파나 입자에 의하여 에너지가 방출 또는 전달되는 현상입니다. 파장에 따라 각각 특유한 성질을 가지고 있으며, 이를 교류전력파, 반송파, 적외선, 광선, 자외선, X선, 감마선등으로 구별됩니다.
빛의 감각을 일으키는 방사의 파장은 380~760nm의 범위에 있으며 이를 가시광선이라 합니다. 이보다 파장이 짧은 자외선은 1~380nm의 방사로서 화학, 살균 및 형광작용 등을 합니다. 가시광선보다 파장이 긴 적외선은 760nm~1mm의 범위로 온열효과를 나타냅니다.
빛은 파동성과 입자성의 이중 성질을 가지고 있으며, 편광, 회절, 간섭 등의 현상은 빛을 파동이라고 보고 광전효과는 입자라고 보면 됩니다. 또한 빛을 불연속의 미소한 파동의 입자 집단이라고 보고 이를 광양자라고도 합니다.
빛과 시각
사람의 눈의 구조와 기능은 카메라와 비교할 수 있습니다. 눈의 수정체는 카메라의 렌즈와 비교되며, 홍채는 조리개, 망막은 필름에 각각 비교됩니다.
망막에는 시세포가 분포되어 있는데, 이는 다시 추상체와 간상체로 구별되고 있습니다. 추상체는 망막 중심의 우묵해진 곳에 밀집하고 밝은 곳에서 동작하며 밝음과 색감을 일으키고, 간상체는 망막의 주변부에 분포되어 있으며 조도가 0.03lx 이하의 어두운 곳에서만 동작하게 됩니다.
눈에서 수정체를 둘러싸고 있는 모양체를 변화시켜서 수정체의 두께를 변화시켜 망막에 영상을 맺게 하고, 홍채는 동공의 면적을 변동시켜서 눈에 들어오는 빛의 양을 조절하게 됩니다.
망막에 빛이 투사되면 광학적 반응을 일으키면서 전기적 충격을 발생시켜서 신경이 흥분되고 신경섬유를 거쳐서 뇌로 전달되어 시각이 발생됩니다. 눈에서 빛으로 느껴지는 전자파는 380~760nm의 파장 범위이며, 파장 555nm에서 최대 감도를 갖습니다.
방사 에너지에 의한 밝음의 느낌은 파장과 개인에 따라서 다르지만 많은 사람들에게 각 파장의 분광 방사가 같은 밝음을 느끼게 하는 데 필요한 에너지의 역수로 그 정도를 표시하고, 이를 시감도라 합니다.
시력이란 물체의 형상을 식별하는 눈의 능력으로서 5m의 거리로부터 지름 7.5mm 굵기와 잘린 폭이 각각 1.5mm인 Landolt ring을 식별할 수 있는 시력을 1.0의 단위로 합니다. 정상적인 한국인의 시력은 표준조도 200lx에서 1.2~1.5입니다.
사람은 어두운 곳에서는 세밀한 것을 보기 힘든 반면에, 밝은 곳에서는 보기 쉬습니다. 그 이유는 밝기에 따라서 시력이 변화하기 때문입니다. 그러나 조도가 10,000lx 정도가 되면 시력은 그 이상 증가하지 않습니다. 또한 0.03lx 정도에서 시력이 급격하게 줄어드는데, 이 지점을 경계로 낮은 조도에서는 망막의 간상체에 의한 시력, 높은 조도에서는 추상체에 의한 시력이라고 합니다.
정지하고 있는 눈에 보이는 범위의 넓이를 시야라고 합니다. 동양인은 좌우로 약 100º, 상하의 방향은 그리 넓지 않은 50~70 º의 넓이를 가지고 있습니다.
동양인과 서양인들 사이에는 코의 높이와 눈 주위의 형태의 차이로 시야가 달라지는데, 서양인들은 눈이 움푹 들어가 있고, 코가 높기 때문에 동양인들보다 시야가 좁습니다.
밝은 곳에서 어두운 곳으로 들어가면 처음에는 컴컴하게 느껴지며 보는데 부자유스럽지만, 점차 익숙해지며 주위의 모습이 보이게 됩니다. 이것은 어두운 곳에서 동공을 확대하여 눈에 들어오는 빛을 증가시키는 것으로는 부족하기 때문에 생기는 현상입니다. 반대로 어두운 곳에서 밝은 옥외로 나오면 수 초간 눈이 부시지만 잠시 후에 밝음에 익숙해지게 됩니다. 이것은 눈에 들어오는 빛이 극히 적거나 전혀 없을 경우에는 눈의 감광도가 대단히 높아지고, 반대로 눈에 들어오는 빛의 양이 많으면 감광도가 떨어지게 되는데, 이러한 현상을 명암순응이라고 합니다.
망막에는 밝음에 따라서 감광도가 변화하는 기능이 있으며, 어두운 곳으로 들어가서 망막의 감광도가 높아지는 경우를 암순응, 반대로 밝은 곳으로 나와서 감광도가 낮아지는 경우를 명순응이라고 합니다.