1972년 이태리 베니스에서 J. F. Asmus에 의해 레이저를 이용한 석재 문화재 표면 세정의 가능성을 확인한 후, 많은 연구자들은 실험 및 검증의 과정을 통해 레이저 세정 기술이 기존의 기계적, 화학적 표면 세정 방법들과 비교해 여러 경우에 우수한 특성을 발휘한다는 사실을 인지하게 되었다. 이러한 인식의 확산으로 최근 유럽에서 레이저를 이용한 문화재 복원 연구가 활발히 진행되고 있으며, 석재, 유화, 스테인드글라스, 종이, 가죽 및 금속 문화재 복원에 있어 실질적 성공 사례들이 속속 보고되고 있다. 그러나 우리나라를 비롯한 동양에서는 이에 대한 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 문화재 복원을 위한 레이저 세정 기술에 대한 전반적 이해를 돕고, 실제 응용 사례 연구를 통한 기술의 유용성을 설명해 보기로 하겠다. 논문의 내용은 크게 세 부분으로 나누어, 첫 번째로 레이저의 원리 및 레이저 빔의 특성에 관해 설명하였고, 두 번째로 레이저 세정 기술의 발전사 및 고유특성에 관해 서술하였으며, 마지막으로 문화재 유형별 세정 원리 및 다양한 실제 응용 사례를 제시하였다.
1972년 이태리 베니스에서 J. F. Asmus에 의해 레이저를 이용한 석재 문화재 표면 세정의 가능성을 확인한 후, 많은 연구자들은 실험 및 검증의 과정을 통해 레이저 세정 기술이 기존의 기계적, 화학적 표면 세정 방법들과 비교해 여러 경우에 우수한 특성을 발휘한다는 사실을 인지하게 되었다. 이러한 인식의 확산으로 최근 유럽에서 레이저를 이용한 문화재 복원 연구가 활발히 진행되고 있으며, 석재, 유화, 스테인드글라스, 종이, 가죽 및 금속 문화재 복원에 있어 실질적 성공 사례들이 속속 보고되고 있다. 그러나 우리나라를 비롯한 동양에서는 이에 대한 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 문화재 복원을 위한 레이저 세정 기술에 대한 전반적 이해를 돕고, 실제 응용 사례 연구를 통한 기술의 유용성을 설명해 보기로 하겠다. 논문의 내용은 크게 세 부분으로 나누어, 첫 번째로 레이저의 원리 및 레이저 빔의 특성에 관해 설명하였고, 두 번째로 레이저 세정 기술의 발전사 및 고유특성에 관해 서술하였으며, 마지막으로 문화재 유형별 세정 원리 및 다양한 실제 응용 사례를 제시하였다.
Since the feasibility for the application of laser to the conservation of artworks had been demonstrated by John F. Asmus at 1972 it was known from many experiments that laser cleaning technology Provided superior characteristics over conventional cleaning methods based on mechanical and chemical ac...
Since the feasibility for the application of laser to the conservation of artworks had been demonstrated by John F. Asmus at 1972 it was known from many experiments that laser cleaning technology Provided superior characteristics over conventional cleaning methods based on mechanical and chemical actions. Then, the research and development of the cleaning technology was carried out strongly in Europe and many successful cleaning applications such as stone, painting, stained glass, paper, leather, and metal have been reported. However this is not familiar as a cleaning tool in the restoration of artworks in oriental countries including Korea. Therefore, this article aims to introduce a laser cleaning technology and its characteristics for the applications to art restoration. The contents in this article include general principles and characteristics of laser, the introduction of laser cleaning technology, and real laser applications for artwork restoration.
Since the feasibility for the application of laser to the conservation of artworks had been demonstrated by John F. Asmus at 1972 it was known from many experiments that laser cleaning technology Provided superior characteristics over conventional cleaning methods based on mechanical and chemical actions. Then, the research and development of the cleaning technology was carried out strongly in Europe and many successful cleaning applications such as stone, painting, stained glass, paper, leather, and metal have been reported. However this is not familiar as a cleaning tool in the restoration of artworks in oriental countries including Korea. Therefore, this article aims to introduce a laser cleaning technology and its characteristics for the applications to art restoration. The contents in this article include general principles and characteristics of laser, the introduction of laser cleaning technology, and real laser applications for artwork restoration.
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문제 정의
레이저를 이용한 그림 복원의 기본 원리를 쉽게 이해하기 위해, 위 3가지 복원 영역 중 첫 번째인 그림 표면의 오염물질 제거를 예로 들어 보자. Fig.
만일 아주 연약하고 깨지기 쉬운 모재표면 위에 오염입자들이 강하게 부착되어 있다고 하자. 성공적인 세정의 모습은 취약한 모재의 어떠한 손상 없이 표면의 오염입자들만을 제거하는 것이다.
본고에서는 아직 국내에서는 생소한 레 이저세정 기술을 소개하고자 한다. 상기 기술의 이해를 돕고자 레이저의 기본 원리 및 특성을 먼저 설명하였고, 세정을 목적으로 한 레이저 기술의 역사적 변천 및 검증과정, 그리고 기존의 세정 방법과의 비교를 통한 차이점 및 장점을 서술하였으며, 마지막으로 문화재의 유형별 실제 응용 사례를 통해 레이저 표면 세정공정의 메카니즘 및 그제거 특성을 기술하였다
석재 복원에 있어서 레이저 세정의 기본 원리 및 대표적 성공사례를 살펴보자.
가설 설정
이는 레이저가 가진 고유특징인 단색성에 기인한다. 만일 모재와 오염층의 물성 차이가 크지 않고 레이저 빔의 흡수능(absorptivity)이 모 재보다 오염 층에서 크다고 가정한다면 (예로 white marble 위의 black encrustation), 레 이 저 빔 조사 시 오염 층 표면은 효과적인 레이저 에너지의 흡수로 빠른 온도 증가가 발생하며, 오염물질의 증발 온도 이상으로 온도가 상승하면 오염층의 제거가 발생한다. 표면 오염층의 제거 후 다시인입되는 레이저 빔은 모 재가 갖는 작은 흡수능으로 인해 대부분의 레이저 에너지는 단순히 표면으로부터 반사되며, 흡수된 레이저 에너지는 모재 표면에서 미약한 온도의 증가를 가져온다.
제안 방법
이때 그는 이와 같은 조각물의 3차원 영구기록 영상을 남기기 위해, 당시 첨단 기술인 레이저 홀로그램(hologram)을 이용한 조각물의 3차원 사진을 만드는 프로젝트를 수행하고 있었다. 그 옆에서 홀로그램 기록 작업을 보고 있던 한 석재 복원가가 기존의 석재표면 피복방법 (surface-divestment tool)인 화학적 및 마모적 방법을 이 레이저가 대신해 줄 수 없느냐는 제안을 하였으며, 사실상 단순한 3차원 영상의 보존보다, 빠르고 안전한 표면 피복 방법을 이용한 문화재의 구제(sal.,ation)가 보다 적극적인 대처 방법이라는 동의하에 곧바로 시험 시편을 이용한 테스트에 들어가게 되었다.
기술을 소개하고자 한다. 상기 기술의 이해를 돕고자 레이저의 기본 원리 및 특성을 먼저 설명하였고, 세정을 목적으로 한 레이저 기술의 역사적 변천 및 검증과정, 그리고 기존의 세정 방법과의 비교를 통한 차이점 및 장점을 서술하였으며, 마지막으로 문화재의 유형별 실제 응용 사례를 통해 레이저 표면 세정공정의 메카니즘 및 그제거 특성을 기술하였다
빛의 증폭은 전기 신호의 증폭과 달리, 빛을 거울 사이에서 지속적으로 반사 시킴으로써 실현된다. 잘 연마된 거울을 마주 놓고, 그 사이에서 발생한 유도 방출광을 왕복 운동시킴으로써 들뜬 원자의 수를 증폭하고, 지속적 인들뜬 원자의 자극을 통해 새로운 레 이저 광을 방출시켜 증폭해 간다. 이를 광증폭(light amplification)이라 하며, 이렇게 증폭된 레이저광은 한쪽의 부분 투과 거울을 통해 강력한 레 이저 광으로 방출된다.
지금까지 문화재 복원에 있어 레이저 세정 기술의 이해를 위해 레이저의 기본 원리 및 특성, 레이저 세정 기술의 발전 배경 및 기존 세정 방법과의 차이점, 그리고 본 기술을 이용한 대표적 응용 사례 고찰을 통해 레이저 복원의 원리 및 특성을 살펴보았다. 위에서 제시된 복원 사례 이외에 스테인드글라스, 상아, 양피지 (parchment), 종이, 뼈 등의 표면 세정 성공 사례가 보고 되고 있으며 , 현재 상당한 연구가 유럽을 중심으로 이루어 지고 있다.
이론/모형
기존의 금속 표면 세정방법으로는 스칼폘 (scalpel) 등과 같이 예리한 도구를 이용한 박피법 및 미소마모가루를 공기와 함께 분사해 오염 층을 제거하는 입자마모(air-abrasive) 방법을 사용한다. 현재 금속 유물 복원에 있어 레이저를 이용하는 방법에 대한 연구 및 보고가 미미한 실정 이다.
성능/효과
(1) 레이저의 단색성을 이용한 오염물질만의 선택적 제거가 가능하다.
(2) 아주 짧은 레이저 펄스(보통 Q-switched laser 사용)를 사용하므로 정밀한 오염층 제거가 가능하다.
(5) 레이저에 의해 유기된 고온 효과로 표면 위에 존재하는 유기물 박멸에 의한 표면 살균 효과가 있다.
15 참조). 결과적으로 복원하고자 하는 그림에 대한 충분한 이해 및 철저한 분석, 그리고 적절한 진단기술의 병행 사용 시, 수십㎛의 오염층 및바니쉬의 정밀 제거를 가능하게 된다.
8 정도이다. 결과적으로 오염층은 레이저에너지의 대부분을 표면에서 흡수함으로써 효과적인 온도 증가를 꾀할 수 있으나, 반사도가 작은 파티나 층과 대리석 층에서는 대부분의 레이저에 너 지가 표면으로부터 반사됨으로써 상대 적으로 미소한 온도 증가만이 이루어진다. 결과적으로, 이러한 큰 반사도의 차이는 대리석 모재(파티나 포함)의 손상 없이 선택적으로 표면 오염 층을 증발시켜 제거할 수 있게 된다(이때 물론 적절한 레이저 에너지의 선택 및 제어는 기본적으로 중요하다).
홀로그래피에 사용된 펄스파 루비레이저(pulsed ruby laser)를 이용해 표면세 정을 수행 하였으며 결과는 대성공, 즉 모재표면(surface texture and geometry)의 아무런 손상 없이 표면 오염 층만 의제 거가 선택적으로 이루어짐을 알 수 있었다 (Fig. 6참조). 곧이어 영국 런던의 Victoria & Albert 박물관 지붕 위에서는 기존의 기계적 및 화학적 세정처리를 한 석재 시편과 레이저 세정을 통해 얻은 시편과의 실제 환경영향 실험(environmental-exposure test)을 약 2년간 실시하였으며.
후속연구
15 이는 그림의 복원이 석재에 비해 쉽지 않았음을 의미하며, 그 이유로는 상대적으로 캔버스 위의 유화층과 그 상면의 오염층이 매우 얇아(micron order) 정밀한 제어가 필요하고, 석재와 같은 뚜렷한 'self-limiting natural'를 가지고 있지 않아 오염물의 선택적 제거가 쉽지 않기 때문이다. 결과적으로 레이저를 이용한 그림의 복원은 극도로 제어된 공정파라미터와 세정 공정의 감시 및 진단방법과 같은 고도의 기술 을 필요로 한다.1638
보통 표면 오염층의 두께는 수십|im에 이른다. 결론적으로 성공적인 그림의 복원을 위해서는 아주 얇은(micron order) 표면 오염층과, 이로 인해 오염된 약간의 바니쉬층을 제거하여야 하며, 결과적으로 극도의 정밀함이 요구되는 세정 도구(cleaning tool)가 요구된다.
그러나 동양문화권에서 레이저를 이용한 복원 사례 및 그 연구활동은 거의 전무한 실정으로, 향후 많은 노력과 상기연구에 대한 정책적 배려가 이루어 져야 한다고 본다. 특히 동양 문화재의 독특한 특성으로 인해 기존의 서양 문화재의 레이저 복원공정과는 다른 기술적 개발 및 접근이 무엇보다 중요하며, 향후 도래할 .문화경쟁 체제에서 우월한 위치 확보를 위해서도, 문화재 복원을 목적으로 한 레이저 세정기술의 응용 및 연구 개발은 매우 중요한 학술적, 기술적 분야라 사료된다.
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