흑백 작업에서 하늘은 눈으로 보는 것보다 밝게 찍히는 경우가 많다. HP5 Plus나 Tri-X 같은 판크로매틱 유제는 청색과 자외선에 대한 잔류 과민성을 지니고 있어서, 파란 하늘은 창백하게 기록되고 구름은 그 속으로 사라져버린다. 흔히 쓰는 해결책은 컬러 대비 필터다. Wratten 8(K2) 황색 필터나 25 적색 필터처럼 청색을 흡수해 어둡게 만드는 방식이다. 편광 필터는 전혀 다른 메커니즘으로 비슷한 결과에 도달한다. 파장이 아니라 빛의 진동 방향으로 빛을 선택하는 것이다. 바로 이 차이가 컬러 필터가 도움이 되지 않는 상황에서 편광 필터를 유용하게 만들고, 편광 필터가 언제 효과를 발휘하는지를 결정한다.

필터의 실제 구성

사진용 편광 필터는 크리스탈 덩어리가 아니라 늘려진 플라스틱 시트다. 당시 19세의 하버드 대학교 학부생이었던 Edwin Land는 1929년에 최초의 합성 이색성 시트 편광자 특허를 취득했으며, 오늘날 필터에 여전히 사용되는 우수한 H-sheet는 1938년에 뒤따라 나왔다. H-sheet는 요오드를 함침시킨 폴리비닐알코올(PVA) 필름을 길이의 수 배로 늘린 것으로, 이를 통해 긴 요오드-폴리엔 사슬이 평행한 전도성 실로 정렬된다. 전기장이 이 사슬과 평행하게 진동하는 빛은 사슬을 따라 전자를 구동시켜 강하게 흡수되고, 수직으로 진동하는 빛은 그러지 못해 그대로 통과한다. 필터는 한 방향의 빛을 반사해 내보내는 것이 아니다. 흡수하는 것이다. “한 방향으로 진동하는 빛만 통과시킨다”는 말은 실제로는 선택적 흡수를 가리키는 축약 표현이다.

편광 필터가 하늘을 어둡게 만드는 원리

하늘빛은 산란되기 때문에 편광이 된다. 공기 분자는 가시광선 파장보다 훨씬 작아서 레일리 산란이 지배적이며, 각각의 분자는 태양빛을 진동하는 전기 쌍극자로 재방사한다. 쌍극자는 자신의 축 방향으로는 복사를 내보낼 수 없으므로, 입사 광선과 90도 방향으로 산란된 빛은 산란 평면에 수직인 방향으로 강하게 편광된다. 따라서 편광은 태양에서 90도 떨어진 띠에서 최대가 되고, 태양을 향하거나 태양 반대 방향을 볼 때는 0에 가까워진다.

이 띠는 결코 완전히 편광되지는 않는다. 다중 산란과 에어로졸로 인해 맑은 날에도 최대 편광도는 약 70~80퍼센트에 그치고, 안개가 낀 날에는 더 낮다. 이것이 편광 필터 단독으로 하늘을 얼마나 어둡게 렌더링할 수 있는지에 대한 물리적 상한선을 설정한다. 필터의 투과축을 하늘빛의 주요 편광 방향과 교차하도록 회전시키면, 편광 성분 대부분이 제거되어 하늘이 더 어둡게 기록된다. 단, 이는 오직 그 90도 띠에서만 적용된다. 태양이 바로 등 뒤나 정면에 있는 상태에서 촬영하면 필터를 어떻게 돌려도 거의 변화가 없다.

색조 균형이 유지되는 이유

컬러 필터에 비해 편광 필터가 갖는 장점은 편광 필터가 건드리지 않는 부분에 있다. 나뭇잎, 바위, 피부, 그 밖에 대부분의 무광 표면에서 난반사된 빛은 대체로 비편광 상태이므로 방향과 무관하게 그대로 통과한다. 선택적으로 제거되는 것은 방향성 있는 편광 성분, 즉 산란된 하늘빛과 정반사 광원뿐이다. 하늘은 어두워지지만, 녹색, 갈색, 피부색의 렌더링은 거의 중립 상태를 유지한다.

반면에 Wratten 25 적색 필터는 프레임 전체에 걸쳐 청색이 나타나는 모든 곳에서 청색을 흡수해 하늘을 어둡게 만들며, 이와 동시에 붉은 피사체는 밝아지고 파란 피사체는 어두워진다. 편광 필터는 색상을 기준으로 구별하지 않기 때문에 어떤 색상 관계도 바꾸지 않는다. 두 도구는 잘 어울린다. 컬러 필터는 스펙트럼 대비를 위해, 편광 필터는 눈부심 제거를 위해 사용하는데, 이 둘은 빛의 서로 독립적인 특성에 작용하므로 필터 배수가 스톱 단위로 단순히 더해진다. 약 1.5스톱의 편광 필터와 3스톱의 25 적색 필터를 겹치면 약 4.5스톱, 즉 결합 배수는 22에 가까워진다. 겹쳐 쓸 때 두 가지 불이익에 주의해야 한다. 28mm보다 넓은 렌즈에서는 모서리에 기계적 비네팅이 생길 수 있으며, 동일한 광각 렌즈에서는 하늘 어두워짐이 고르지 않을 수 있다. 90도 편광 띠가 그렇게 넓은 화각의 일부에만 걸쳐 있어, 하늘이 프레임 전체에서 어두운 쪽에서 밝은 쪽으로 그라데이션되기 때문이다.

선형이냐 원형이냐: 유일하게 중요한 선택

필름 사진가에게 중요한 단 하나의 구매 결정은 선형이냐 원형이냐이며, “원형”은 형태가 아니라 광학적 특성을 가리킨다. 원형 편광 필터는 일반적인 선형 편광 필터에 사분파장판을 뒤에 접합한 것이다. 실제 작용은 선형 소자가 담당하며, 사분파장판은 필터 후면을 빠져나오는 빛을 다시 무작위화하여, 이후 광경로에 있는 편광 감응성 빔 스플리터가 혼동되지 않도록 한다. 많은 SLR 카메라는 TTL 측광기와 자동 초점 센서에 빛을 분배하기 위해 반도금 거울이나 프리즘을 사용하는데, 이런 빔 스플리터는 편광에 따라 달라지는 비율로 빛을 반사한다. 선형 편광 필터만 앞에 놓으면, 씬과는 아무 관련 없는 이유로 필터를 돌릴 때마다 측광값이 흔들린다.

규칙은 단순하다. 완전 수동 카메라인 Leica M이나 뷰 카메라에 핸드헬드 노출계를 사용한다면, 저렴한 선형 편광 필터가 올바른 선택이며 아무것도 잃지 않는다. TTL 측광을 사용하는 빔 스플리터 내장 SLR이라면 원형을 구입하라.

물과 유리 표면의 반사 억제

동일한 선택성이 눈부심을 제거한다. 유전체(비금속) 표면—물, 유리, 젖은 나뭇잎, 도장된 목재—에서 반사된 빛은 반사 시 편광이 되며, 브루스터 각에서 그 편광은 완전해진다. 브루스터의 법칙은 표면 법선으로부터의 각도를 θ_B = arctan(n2/n1)으로 제시한다. 공기-유리(n=1.5)의 경우 약 56도, 공기-물(n=1.33)의 경우 약 53도다. 이 각도는 표면 자체가 아니라 표면에 수직인 법선으로부터 측정된다는 점에 주의하라. 브루스터 각에서 반사된 빛은 입사 평면에 수직인 방향으로 완전히 편광되므로, 교차 배치된 편광 필터가 이를 완전히 소거하여 연못 아래 바위나 쇼윈도 너머 상품을 드러낼 수 있다. 금속 표면은 반사 시 빛을 편광시키지 않는다. 도체에서의 반사에는 브루스터 성분이 생기지 않기 때문에, 편광 필터는 크롬이나 무도장 강철의 하이라이트에는 영향을 미치지 못한다.

실제 사례, 그리고 그 대가

HP5 Plus로 호수를 촬영한다고 가정하자. 태양이 왼쪽 어깨 위에 있다. 먼 산비탈과 그 위의 하늘이 90도 띠 안에 있다. 파인더에서 하늘이 가장 어두워질 때까지 필터를 돌린 다음 노출을 측광하라. 편광 필터는 씬과 무관하게 일정한 양의 빛을 손실시킨다. B+W 또는 Hoya 원형 편광 필터의 경우 약 1.5스톱(필터 배수 약 2.5~4)이며, 고투과율의 Hoya HRT는 이보다 적다. 기본 손실은 비편광 빛의 한 방향을 차단하는 것에서 비롯되며 회전해도 변하지 않는다. 회전에 따라 달라지는 것은 이미 편광된 빛을 제거하는 씬 의존적인 더 작은 양뿐이다. 따라서 각도를 설정한 뒤에 측광하라, 그 이전이 아니라. 어두워진 하늘이 존 V로 측광된다면, 존 III에 배치하는 노출은 2스톱 내려 구름을 선명한 하이라이트로 남긴다. 그런 다음 카메라를 법선에서 약 53도 각도로 수면 쪽으로 기울이고 다시 회전하면 표면의 눈부심이 사라지고 물속 바위가 나타난다. 단, 새로운 방향에서 재측광해야 한다.

거의 검은 하늘을 원한다면 편광 필터에게 모든 것을 맡기지 마라. Ansel Adams는 The Negative(1981)에서 깊은 Wratten 필터링—25 적색 또는 29—으로 하늘을 어둡게 만든 뒤, 편광 필터에만 의존하지 않고 암실에서 프린팅 다운으로 마무리했다. 편광 필터가 줄 수 있는 것은 하늘의 한 띠를 70~80퍼센트 정도 어둡게 만드는 것이지, 검게 만드는 것이 아니다. 마지막 단계는 노출, 현상, 그리고 프린트다.

이미지: Ansel Adams, “Evening, McDonald Lake, Glacier National Park,” Montana, 1933–1942. National Archives (NARA 519861). 퍼블릭 도메인.