바늘구멍 사진기

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 초기 핀홀 사진
- 2.2. 필름 및 적분 사진술 실험
3. 구조 및 원리
4. 제작
- 4.1. 재료 및 도구
- 4.2. 제작 과정
5. 활용
참조

1. 개요

바늘구멍 사진기는 빛이 작은 구멍을 통과하여 반대편에 상을 맺히게 하는 가장 단순한 형태의 카메라이다. 고대 그리스 시대부터 관찰되었으며, 1856년 데이비드 브루스터에 의해 처음으로 설명되었다. 구조는 빛이 새지 않는 상자에 작은 구멍을 뚫고, 반대편에 필름이나 감광 물질을 위치시키는 방식으로 이루어진다. 핀홀의 크기는 상의 선명도에 영향을 미치며, 노출 시간은 f-넘버에 따라 결정된다. 바늘구멍 사진기는 예술, 교육, 과학 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 솔라리그래피와 같은 특수한 사진 기법에 사용된다.

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바늘구멍 사진기

2. 역사

고대 그리스의 아리스토텔레스와 유클리드는 버들가지로 만든 바구니의 작은 홈을 통과한 빛이 바구니 안에 밖의 풍경을 상이 눈에 맺히기 때문에 사물을 볼 수 있다는 것을 깨달았으며, 이들의 이러한 관찰은 일종의 바늘구멍 사진기 시험이라고 할 수 있다.

기원전 5세기 무렵 고대 중국의 《묵자》에 이와 비슷한 현상을 언급한 부분이 있다.^[28]

2. 1. 초기 핀홀 사진

고대 그리스의 아리스토텔레스와 유클리드는 버들가지로 만든 바구니의 작은 홈을 통과한 빛이 바구니 안에 밖의 풍경을 상이 눈에 맺히기 때문에 사물을 볼 수 있다는 것을 깨달았으며, 이들의 이러한 관찰은 일종의 바늘구멍 사진기 시험이라고 할 수 있다.

기원전 5세기 무렵 고대 중국의 《묵자》에 이와 비슷한 현상을 언급한 부분이 있다.^[28]

바늘구멍 사진기에 대한 최초의 알려진 설명은 1856년 스코틀랜드 발명가 데이비드 브루스터가 쓴 책 ''스테레오스코프''에서 발견되며, "렌즈 없이, 바늘구멍만 있는 카메라"라는 설명이 포함되어 있다.

윌리엄 크룩스 경과 윌리엄 드 위벨슬리 애브니는 바늘구멍 기법을 시도한 초기 사진가들이다.^[9] 윌리엄 케네디 딕슨에 따르면, 토머스 에디슨과 그의 연구원들이 움직이는 그림에 대한 첫 번째 실험은 1887년경에 이루어졌으며, "원통형 쉘에 배치된 미세한 핀포인트 사진"을 포함했다. 원통의 크기는 그들이 움직이는 이미지와 음성 녹음을 결합하고자 했기 때문에 축음기 실린더와 일치했다. 뚜렷한 사진을 "엄청난 속도"로 기록하는 문제와 사진을 확대했을 때 사진 유제의 "거침"이 발생하여 미세한 핀포인트 사진은 곧 폐기되었다.^[10] 1893년에는 셀룰로이드 필름 스트립에 움직이는 그림이 담긴 키네토스코프가 소개되었다. 이미지를 기록하는 카메라는 '키네토그래프'라고 불렸으며 렌즈가 장착되었다.

외젠 에스타네브는 적분 사진술을 실험했으며, 1925년에 그 결과를 전시하고, ''라 나튀르''에 발표했다. 1930년 이후 그는 렌즈 스크린을 핀홀로 대체하는 실험을 계속했다.^[11]

2. 2. 필름 및 적분 사진술 실험

윌리엄 크룩스 경과 윌리엄 드 위벨슬리 애브니는 바늘구멍 기법을 시도한 초기 사진가들이다.^[9]

토머스 에디슨과 그의 연구원들은 1887년경 움직이는 그림에 대한 첫 번째 실험을 했다. 발명가 윌리엄 케네디 딕슨에 따르면, 이 실험은 "원통형 쉘에 배치된 미세한 핀포인트 사진"을 포함했다. 원통의 크기는 움직이는 이미지와 음성 녹음을 결합하고자 했기 때문에 축음기 실린더와 일치했다. 뚜렷한 사진을 "엄청난 속도"로 기록하는 문제와 사진을 확대했을 때 사진 유제의 "거침"이 발생하여 미세한 핀포인트 사진은 곧 폐기되었다.^[10] 1893년에는 렌즈가 장착된 '키네토그래프' 카메라를 통해 셀룰로이드 필름 스트립에 움직이는 그림이 담긴 키네토스코프가 소개되었다.

외젠 에스타네브는 적분 사진술을 실험했으며, 1925년에 그 결과를 전시하고, 그 결과를 ''라 나튀르''에 발표했다. 1930년 이후 그는 렌즈 스크린을 핀홀로 대체하는 실험을 계속했다.^[11]

3. 구조 및 원리

바늘구멍 사진기는 두 개의 상자로 구성된다. 겉 상자에 작은 구멍을 뚫어 빛을 받아들이고(집광부), 속 상자에 필름을 넣어 촬영한다. 속상자를 앞뒤로 움직여 초점 거리를 조절하고, 셔터는 손으로 가리거나 마개를 사용한다. 바늘구멍 사진기는 조리개가 없어 가능한 한 작은 구멍을 뚫는다.

A pinhole camera made from an oatmeal container, wrapped in opaque plastic to prevent light leaks; a box of photographic paper; tongs and dishes for developing film; bottles of film developing chemicals — 빛샘을 막기 위해 불투명한 플라스틱으로 감싼 오트밀 용기로 만든 핀홀 카메라, 사진 용지 상자, 필름 현상용 집게와 접시, 필름 현상 화학 약품 병

사진작가가 특정 목적을 위해 직접 만들 수도 있다. 가장 간단한 형태는 빛이 새지 않는 상자에 한쪽에는 핀홀, 다른 쪽에는 필름이나 감광 물질을 놓는 방식이다. 빈 원통형 캔을 사용하고, 한쪽 끝에는 필름을 넣기 쉽도록 탈착식 뚜껑, 다른 쪽 끝에는 핀홀을 만든다. 코닥(Kodak)은 126 필름 카트리지나 빈 캔을 사용한 제작 지침을 발행했다.^[13] 핀홀은 바늘이나 작은 비트로 알루미늄 호일이나 얇은 알루미늄, 황동 시트에 구멍을 뚫어 만든다. 이 조각은 상자 내부 구멍 뒤에 테이프로 붙인다. 접착 테이프로 경첩 처리된 판지 조각을 셔터로 쓴다.^[13] 효과적인 핀홀 카메라 내부는 빛 반사를 막기 위해 검은색으로 칠한다.^[13]^[14]

필름과 핀홀 사이 거리를 조절하는 슬라이딩 필름 홀더나 뒷면을 사용하여 제작할 수도 있다. 초점 거리를 변경하여 화각과 유효 f-stop 비율에 영향을 준다. 필름을 핀홀에 가까이 하면 넓은 화각과 짧은 노출 시간, 멀리하면 망원 또는 좁은 화각과 긴 노출 시간을 얻는다.

기존 카메라 렌즈 어셈블리를 핀홀로 교체하여 만들 수도 있다. 특히 렌즈와 초점 어셈블리가 손상된 소형 35mm 카메라는 셔터와 필름 감기 메커니즘을 유지하며 재사용할 수 있다. f-number가 크게 증가하므로, 밝은 조명에서 빠른 필름을 써야 한다. 일안 반사식 카메라(SLR)나 미러리스 렌즈 교환식 카메라 렌즈 대신 핀홀을 쓸 수도 있다. 디지털 SLR과 함께 쓰면 시행착오를 통해 측광 및 구성을 할 수 있고, 개발 비용이 거의 없어 널리 사용된다.^[15]

피사체 각 점에서 난반사된 빛 중 핀홀 한 점에 도달하는 광선만 통과시켜 상을 얻는 단순한 방식이다. 실용적 렌즈 개발 전부터 있던 카메라로, 초기 카메라 옵스큐라 원리와 같다.

상자(빛을 투과하지 않는 재료, 불필요한 구멍이 없어야 함) 한 면 중앙에 핀홀을 뚫으면 된다. 반대면에 트레이싱 페이퍼 등을 붙인 창을 만들면 관찰할 수 있다. 상이 어둡기에 최소한 바이저 형태 후드나 대형 카메라에서 쓰는 가리개 천(관포)이 있으면 좋다. 상자 내부는 반사 방지 처리하여 내부 반사를 억제한다.

사진을 얻으려면 사진 필름 등 감광 재료나 이미지 센서를 놓고 상을 얻는다. 상이 어두워 노출 시간을 충분히 확보해야 하며, 삼각대 등 고정 방법을 고려해야 한다.

즉석 카메라용 감광 재료(즉석 필름)를 쓰면 현장에서 결과를 얻어 노출 시간을 조절해 다시 촬영할 수 있다. 후지필름 instax ("체키")는 뒷면 조사이므로 그대로 상을 얻는다. 전통적 사진 재료는 인화지를 쓰는데, 밀착 인화(컨택트 프린트)로 반전시켜야 정립된 상을 얻는다.

렌즈 교환식 카메라가 있다면, 렌즈 대신 덮개(바디 캡)를 가공하여 간단히 만들 수 있다.

렌즈를 쓰지 않아 일반 카메라 초점 매개변수는 없다. 화각은 초점 거리와 동일하다. 사진 렌즈 논의에서 이상적 렌즈 중앙이 핀홀 위치이며, 핀홀에서 필름면까지 거리가 초점 거리이다.

선명한 상을 위해 핀홀 크기를 작게 해야 하며(일반 카메라는 정도), 상이 어두워 긴 노출 시간이 필요하다. 1초에서 수 시간, 때로는 1일까지도 걸린다. 대광량 플래시를 쓰기도 한다.

파동 광학에 따르면, 이상적인 점 모양 핀홀이라도 빛 회절에 의해 에어리 원반이 된다. 광학계 해상도에 한계가 있다.

피사체가 무한대일 때, 빛 파장 λ, 핀홀 반지름 r, 초점 거리 b라면,

:

\mathbf{b} = \frac{r^2}{\lambda}

일 때 가장 선명한 이미지가 된다.

근거리 피사체는 다음 공식이다. c는 초점 거리, u는 핀홀에서 피사체까지 거리이다.

:

\mathbf{c} = \frac{u b}{u - b}

λ를 400nm로 하면, 핀홀 직경(mm)과 초점 거리(mm) 관계는 다음과 같다.

핀홀 직경 (mm)	초점 거리 (mm)
0.2	25
0.3	56
0.4	100
0.5	156
0.6	225
0.7	306
0.8	400
0.9	506
1.0	625

브로니 필름이나 시트 필름 등 큰 감광 재료를 쓰면 상은 어둡지만 해상도는 높다. 초소형 비디오 카메라는 상 해상도는 낮지만 밝다.

태양 관측 전용으로 초점 거리 4m, 핀홀 직경 2.6mm인 경우가 있다.

렌즈를 쓰지 않아 팬 포커스 묘사, 렌즈 특성 수차가 없는 것이 매력이지만, 핀홀 구경에 의한 흐릿함, 회절 한계, 긴 노출 시간으로 인한 "피사체 흔들림"은 불가피하다.^[2]

코사인 4승 법칙에 의한 주변 광량 저하는 이론대로 발생, 핀홀 주변 두께에 의한 구경식으로 주변 광량이 더 저하될 수 있다.^[2]

3. 1. 핀홀의 크기와 상의 관계

바늘구멍 사진기의 구멍은 완벽한 원에 가까워 상의 왜곡이 없다. 착란원이 형성되지 않는 정확한 상을 얻기 위한 구멍의 크기와 초점 거리에 대해서는 요세프 페츠발이 처음으로 계산하였으나 오늘날에는 존 윌리엄 스트럿 레일리의 계산식을 사용한다.^[16]

:

d=1.9\sqrt{f \lambda}

:d=구멍의 직경, f=초점거리, λ=파장

550nm 파장에 대응하는 표준 흑백필름의 경우 위 계산식에 대입하면 가장 알맞은 구멍의 직경은 구멍과 필름의 거리가 1인치라면 구멍의 직경은 0.22mm, 구멍과 필름의 거리가 5cm라면 구멍의 직경은 0.32mm가 된다. 이러한 크기를 손으로 제작하기는 어렵기 때문에 전문적인 사진을 찍을 경우 레이저를 이용해 구멍을 낸다.

어느 정도까지는 구멍이 작을수록 이미지가 더 선명해지지만, 투사된 이미지는 더 어두워진다. 최적의 경우, 조리개의 직경은 조리개와 투사된 이미지 사이의 거리의 1/100 이하가 되어야 한다.

제한된 범위 내에서, 얇은 표면에 작은 바늘구멍을 내면 더 선명한 이미지 해상도를 얻을 수 있는데, 이는 이미지 평면에서 투사된 혼란 원이 바늘구멍과 거의 같은 크기이기 때문이다. 그러나 극도로 작은 구멍은 빛의 파동 특성 때문에 상당한 회절 효과와 덜 선명한 이미지를 생성할 수 있다.^[16] 또한, 구멍의 직경이 구멍이 뚫린 재료의 두께에 접근함에 따라 비네팅이 발생하는데, 이는 구멍의 측면이 90도가 아닌 다른 각도로 들어오는 빛을 가로막기 때문이다.

가장 좋은 바늘구멍은 완벽하게 둥글고(불규칙성은 고차 회절 효과를 유발하기 때문에) 극도로 얇은 재료에 뚫려 있어야 한다. 산업적으로 생산된 바늘구멍은 레이저 에칭의 이점을 활용하지만, 취미로 바늘구멍 사진기를 만드는 사람도 사진 작업에 충분한 품질의 바늘구멍을 만들 수 있다.

최적의 바늘구멍 직경을 계산하는 방법은 1857년 요제프 페츠발에 의해 처음 발표되었다. 이미지 점의 가능한 가장 작은 직경, 따라서 가능한 가장 높은 이미지 해상도와 가장 선명한 이미지는 다음과 같이 주어진다:^[17]

:

d=\sqrt{2f\lambda}=1.41\sqrt{f\lambda}

:는 바늘구멍 직경

:는 바늘구멍에서 이미지 평면까지의 거리 또는 "초점 거리"

:는 빛의 파장

문제에 파동 이론을 적용한 최초의 사람은 1891년 레일리 경이었다. 그러나 몇 가지 부정확하고 임의적인 추론으로 인해 그는 다음과 같은 결과를 얻었다:^[18]^[19]

:

d=2\sqrt{f\lambda}

따라서 그의 최적 바늘구멍은 페츠발의 것보다 약 41% 더 컸다.

Young(1971)이 제안한 또 다른 최적 바늘구멍 크기는 원형 조리개 뒤의 프라운호퍼 근사를 사용하며,^[20] 결과는 다음과 같다.

:

d=\sqrt{2.44}\sqrt{f\lambda}=1.562\sqrt{f\lambda}

이것은 다음과 같이 단순화될 수 있다:

d=0.0366\sqrt{f}

, 여기서 와 는 밀리미터 단위로 측정되고 는 가시광선의 중앙(노란색-녹색) 파장에 해당하는 550 nm로 가정한다. 바늘구멍에서 필름까지의 거리가 약 2.54cm인 경우, 이는 직경이 0.233mm인 바늘구멍이 된다. = 50mm의 경우 최적 직경은 0.259mm이다. 이에 해당하는 조리개 값은 f/193이다.

피사계 심도는 기본적으로 무한대이지만, 이것이 광학적 흐림이 발생하지 않는다는 의미는 아니다. 무한대 피사계 심도는 이미지 흐림이 물체 거리와 관련이 없고 조리개에서 필름 평면까지의 거리, 조리개 크기, 광원의 파장, 피사체 또는 캔버스의 움직임과 같은 다른 요인에 달려 있음을 의미한다. 또한, 바늘구멍 사진은 헤이즈의 영향을 피할 수 없다.

초점 거리(이미지 거리)에 따른 핀홀 카메라의 분해능 한계를 나타낸 그래프

1970년대에 영(Young)은 핀홀 직경에 따른 핀홀 카메라의 분해능 한계를 측정하여^[20]^[21], 나중에 ''The Physics Teacher''에 튜토리얼을 게재했다.^[22] 그는 두 개의 정규화된 변수, 즉 정규화된 분해능 한계

\frac{RL}{s}

와 정규화된 초점 거리

\dfrac{f}{\left ( \frac{s^2}{\lambda} \right )}

를 정의하고 그래프로 나타냈는데, 여기서

:은 분해능 한계

:는 핀홀 반지름(/2)

:는 초점 거리

:는 빛의 파장으로, 일반적으로 약 550 nm이다.

그래프의 왼쪽 부분(정규화된 초점 거리가 0.65보다 작은 경우)에서 핀홀은 크고, 기하 광학이 적용된다. 정규화된 분해능 한계는 약 1.5로 일정하며, 이는 실제 분해능 한계가 정규화된 초점 거리에 관계없이 핀홀 반지름의 약 1.5배임을 의미한다. (가짜 분해능은 기하 광학 한계에서도 관찰된다.)

오른쪽 부분(정규화된 초점 거리가 1보다 큰 경우)에서 핀홀은 작고, 프라운호퍼 회절이 적용된다. 분해능 한계는 그래프에 표시된 원거리장 회절 공식에 의해 주어지며, 와 가 일정하다고 가정할 때 핀홀 크기가 감소함에 따라 증가한다.

:

RL = \frac{0.61 \cdot \lambda f}{s}

영이 발표한 이 공식 버전에서는 핀홀의 지름 대신 반지름이 사용되므로 상수는 일반적인 1.22가 아닌 0.61이다.

그래프의 중앙(정규화된 초점 거리가 0.65에서 1 사이)은 근거리장 회절(또는 프레넬 회절) 영역이며, 핀홀은 빛을 약간 초점하고, 정규화된 초점 거리가 1과 같을 때 분해능 한계가 최소화된다. 즉, 실제 초점 거리 (핀홀과 필름 평면 사이의 거리)는

\frac{s^2}{\lambda}

와 같다. 이 초점 거리에서 핀홀은 빛을 약간 초점하고, 정규화된 분해능 한계는 약 2/3이다. 즉, 분해능 한계는 핀홀 반지름의 ~2/3이다. 이 경우 핀홀은 단일 구역을 가진 프레넬 존 플레이트와 동등하다. 값 ²/는 일종의 핀홀의 자연 초점 거리이다.

관계식 = ²/는 최적 핀홀 직경 = 2를 생성하므로 실험 값은 위에서 페츠발의 추정치와 약간 다르다.

파동 광학에 따르면, 이상적인 (지름이 무한히 작은) 점 모양의 핀홀이라도, 그 핀홀을 통과한 빛이 만드는 상은 점이 아니라, 빛의 회절에 의해 에어리 원반이 된다. 따라서, 핀홀 카메라를 비롯한 각종 광학계에서는, 이상적인 경우에도 해상도에 한계가 있다.

피사체는 무한대라고 가정하고, 빛의 파장을 λ, 핀홀의 반지름을 r, 초점 거리를 b라고 하면,

:

\mathbf{b} = \frac{r^2}{\lambda}

의 관계에 있을 때, 가장 선명한 이미지가 된다 (이 논의에서는 생략했지만, 계수가 존재해야 하며 그 값에 대해서는 논의가 있을 것으로 생각된다. 정말 이상적인 핀홀 지름을 실제로 구하려면, 실험적으로 해야 할 것이다. 그러나, 핀홀 지름과 "초점 거리" 사이에는, 이러한 제곱 (역측에서 보면 제곱근)에 비례한다는 관계가 있다는 점에 대해서는 확실하다고 봐도 좋다).

다음으로, 근거리 피사체에 대해서는, 다음 공식이 된다. 이 공식에서, '''c'''는 초점 거리, '''u'''는 핀홀에서 피사체까지의 거리로 한다.

:

\mathbf{c} = \frac{u b}{u - b}

λ를 400nm로 하면 (이것은 상당히 짧다. 이론적으로는, 시각에 주는 영향이 크다고 여겨지며, 양쪽 끝인 빨강과 보라의 중간인 녹색 파장으로 계산할 수도 있다), 핀홀의 직경(mm)과 초점 거리의 길이(mm)의 관계는 다음과 같다.

핀홀 직경 (mm)	초점 거리 (mm)
0.2	25
0.3	56
0.4	100
0.5	156
0.6	225
0.7	306
0.8	400
0.9	506
1.0	625

3. 2. 노출

바늘구멍 사진기는 조리개가 없어 매우 긴 노출 시간을 필요로 한다. 일반적인 카메라에 비해 매우 긴 노출 시간이 필요한데, 전형적인 노출 시간은 1초에서 수 시간, 경우에 따라서는 1일 정도까지 노출하기도 한다.^[25] 또는 대광량 플래시를 사용하는 기술도 있다.

바늘구멍 사진기의 f-넘버는 바늘구멍에서 이미지 평면까지의 거리(초점 거리)를 바늘구멍의 직경으로 나누어 계산한다. 예를 들어, 직경이 0.5mm이고 초점 거리가 50mm인 카메라의 f-넘버는 50/0.5, 즉 100(''f''/100)이 된다.

바늘구멍 사진기는 f-넘버가 크기 때문에, 노출 시 종종 상호 효과 실패를 겪게 된다.^[23] 필름의 경우 약 1초, 종이의 경우 30초를 초과하는 노출 시간에서는 필름/종이의 조명 강도에 대한 선형 응답이 깨지므로 더 긴 노출 시간을 사용하여 보정해야 한다.

현대의 감광성 사진 필름에 투사된 노출은 일반적으로 5초에서 수 시간까지 다양하며, 바늘구멍이 작을수록 동일한 크기의 이미지를 생성하는 데 더 긴 노출이 필요하다. 바늘구멍 사진기는 긴 노출을 필요로 하기 때문에, 셔터는 바늘구멍을 덮고 열 수 있는 불투명한 재료로 만든 덮개와 같이 수동으로 작동할 수 있다.

사진 필름 등의 감광 재료나 이미지 센서 등을 놓고 상을 얻는다. 그러나 상이 어둡기 때문에 노출 시간을 충분히 확보해야 하며, 삼각대 등 튼튼하게 고정하는 방법을 고려해야 하는 점이 렌즈를 통해 고속 셔터 속도를 얻는 카메라 제작과의 차이점이다.

즉석 카메라용 감광 재료(즉석 필름)를 사용하면, 현장에서 결과를 얻을 수 있으므로 노출 시간을 조절하여 다시 촬영할 수 있어 편리하다.

3. 3. 수차 및 구경식

바늘구멍 사진기의 구멍은 완벽한 원에 가까워 상의 왜곡이 없다. 착란원이 형성되지 않는 정확한 상을 얻기 위한 구멍의 크기와 초점 거리에 대해서는 요세프 페츠발이 처음으로 계산하였으나 오늘날에는 존 윌리엄 스트럿 레일리의 계산식을 사용한다.^[1]

:

d=1.9\sqrt{f \lambda}

:d=구멍의 직경, f=초점거리, λ=파장

550nm 파장에 대응하는 표준 흑백필름의 경우 위 계산식에 대입하면 가장 알맞은 구멍의 직경은 구멍과 필름의 거리가 1인치라면 구멍의 직경은 0.22mm, 구멍과 필름의 거리가 5cm라면 구멍의 직경은 0.32mm가 된다.^[1] 이러한 크기를 손으로 제작하기는 어렵기 때문에 전문적인 사진을 찍을 경우 레이저를 이용해 구멍을 낸다.^[1]

렌즈를 사용하지 않기 때문에 팬 포커스 묘사와 렌즈의 특성에 기인하는 수차가 없는 것은 바늘구멍 사진기의 큰 매력 중 하나이다. 물론 절대적으로 이상적인 것은 아니며, 핀홀 구경에 기인하는 흐릿한 상이 되는 것은 불가피하며, 앞서 언급한 바와 같이 회절에 의한 한계도 있다. 또한, 긴 노출 시간 때문에 정지된 피사체가 아니라면 "피사체 흔들림"도 있다.^[2]

수차가 없다는 특성 때문에, 상당히 광각까지 통형 왜곡 없이 촬영할 수 있다는 것도 매력이지만, 원리적으로 코사인 4승 법칙에 의한 주변 광량 저하는 이론대로 발생하므로 한계가 있다. 게다가, 핀홀 주변에 두께가 있으면, 그로 인해 일종의 구경식처럼 되어 더욱 주변 광량이 저하된다. 따라서 "핀홀스러운" 초광각 촬영을 노리는 경우에는, 핀홀의 원의 아름다움뿐만 아니라, 주변의 두께에 대해서도 신경을 써야 한다.^[2]

4. 제작

바늘구멍 사진기는 렌즈 없이 빛이 통과하는 아주 작은 구멍(바늘구멍)을 통해 빛이 들어와 필름에 상을 맺히게 하는 방식으로 작동하며, 조리개가 없기 때문에 되도록 작은 구멍을 뚫어야 한다.

4. 1. 재료 및 도구

바늘구멍 사진기는 사진 작가가 특정한 목적을 위해 직접 제작할 수 있다. 가장 간단하게는 한쪽에 바늘구멍을 뚫고 다른 쪽에 필름이나 인화지와 같은 감광 물질을 넣은 빛이 새지 않는 상자로 만들 수 있다. 126 필름 카트리지나 빈 캔을 사용하여 만들 수 있는 바늘구멍 사진기 제작법을 코닥에서 발행하기도 하였다.^[13] 바늘구멍은 바늘이나 작은 지름의 비트를 사용하여 알루미늄 호일 조각 또는 얇은 알루미늄이나 황동 시트를 통해 뚫거나 구멍을 낼 수 있다. 이렇게 만든 구멍은 빛이 새지 않는 상자의 안쪽에서 상자 한쪽 끝에 뚫린 구멍 뒤에 테이프로 붙인다. 접착 테이프로 경첩 처리된 바늘구멍을 덮는 판지 조각을 셔터로 사용할 수 있다.^[13] 효과적인 바늘구멍 사진기를 만들기 위해서는 상자 내부를 검은색으로 칠해 빛 반사를 막아야 한다.^[13]^[14]

필름과 바늘구멍 사이의 거리를 조절할 수 있도록 슬라이딩 필름 홀더나 뒷면을 사용해 만들 수도 있다. 이렇게 하면 초점 거리를 조절하여 화각과 유효 f-stop 비율을 변경할 수 있다. 필름을 바늘구멍에 더 가깝게 하면 화각이 넓어지고 노출 시간은 짧아진다. 반대로 필름을 바늘구멍에서 멀리하면 망원 효과를 얻을 수 있고 노출 시간은 길어진다.

일안 반사식 카메라(SLR)나 미러리스 렌즈 교환식 카메라의 렌즈 대신 바늘구멍을 부착하여 사용할 수도 있다. 디지털 SLR과 함께 사용하면 시험 촬영을 통해 측광 및 구성을 할 수 있으며, 필름을 현상할 필요가 없어 널리 사용되는 방법이다.^[15]

4. 2. 제작 과정

바늘구멍 사진기는 대개 두 개의 상자로 이루어져 있다. 겉 상자에 작은 구멍을 뚫어 집광부의 역할을 하게 한다. 속상자에는 필름을 놓아 촬상한다. 초점 거리는 속상자를 앞뒤로 이동하여 조정하며 셔터는 손으로 가리거나 적당한 마개를 사용하기도 한다. 바늘구멍 사진기는 조리개가 없기 때문에 되도록 작은 구멍을 뚫는다.

핀홀 카메라는 사진 작가가 특정 목적으로 직접 만들 수 있다. 가장 간단한 형태는 한쪽에 핀홀이 있고 다른 쪽에 필름이나 다른 감광 물질이 있는 빛이 새지 않는 상자로 구성된다. 적합한 용기에는 빈 원통형 캔이 포함되며, 한쪽 끝에는 필름 로딩을 용이하게 하기 위해 탈착식 뚜껑이 있고 다른 쪽(닫힌) 끝에는 핀홀이 있다. 126 필름 카트리지나 빈 캔을 사용한 핀홀 카메라 제작 지침은 코닥(Kodak)에서 발행했다.^[13] 핀홀은 바늘이나 작은 지름의 비트를 사용하여 알루미늄 호일 조각 또는 얇은 알루미늄이나 황동 시트를 통해 뚫거나 구멍을 낼 수 있다. 이 조각은 빛이 새지 않는 상자의 내부, 상자 한쪽 끝을 통해 잘리거나 구멍을 뚫은 구멍 뒤에 테이프로 붙인다. 접착 테이프로 경첩 처리된 핀홀을 덮는 판지 조각을 셔터로 사용할 수 있다.^[13] 효과적인 핀홀 카메라의 내부는 내부의 빛 반사를 억제하기 위해 검은색으로 칠한다.^[13]^[14]

필름과 핀홀 사이의 거리를 조정하기 위해 슬라이딩 필름 홀더 또는 뒷면을 사용하여 제작할 수 있다. 이를 통해 초점 거리가 효과적으로 변경되어 화각과 유효 f-stop 비율에 모두 영향을 미친다. 필름을 핀홀에 더 가깝게 이동하면 넓은 각도의 시야와 더 짧은 노출 시간이 된다. 필름을 핀홀에서 더 멀리 이동하면 망원 또는 좁은 각도 시야와 더 긴 노출 시간이 된다.

단순한 가정용 재료 대신, 기존 카메라의 렌즈 어셈블리를 핀홀로 교체하여 제작할 수도 있다. 특히, 렌즈와 초점 어셈블리가 손상된 소형 35 mm 카메라는 셔터와 필름 감기 메커니즘을 유지하면서 핀홀 카메라로 재사용할 수 있다. f-number가 엄청나게 증가한 결과, 유사한 노출 시간을 유지하려면 사진 작가는 직사광선이나 기타 밝은 조명 조건에서 빠른 필름을 사용해야 한다. 홈메이드 또는 상업용 핀홀은 일안 반사식 카메라(SLR) 또는 미러리스 렌즈 교환식 카메라의 렌즈 대신 사용할 수도 있다. 디지털 SLR과 함께 사용하면 시행착오를 통해 측광 및 구성을 할 수 있으며, 개발이 사실상 무료이므로 핀홀 사진을 시도하는 데 널리 사용되는 방법이다.^[15]

5. 활용

바늘구멍 사진기는 다양한 분야에서 활용된다.

바늘구멍 사진기의 이미지는 실시간으로 보기 위해 반투명 스크린에 투영될 수 있으며(일식의 안전한 관찰에 사용), 종이에 이미지를 따라 그릴 수도 있다. 그러나 반투명 스크린 없이 바늘구멍 구멍 반대편 표면에 사진 필름 또는 사진 용지를 놓고 바늘구멍 사진을 찍는 데 더 자주 사용된다.

바늘구멍 사진은 장기간에 걸쳐 태양의 움직임을 포착하거나, 예술적인 이유로 사용된다. 또한 학생들이 사진술의 기초를 배우고 실험할 수 있도록 교육적인 목적으로도 사용된다.

전하 결합 소자(CCD)가 장착된 바늘구멍 카메라는 탐지하기 어렵기 때문에 감시에 사용되기도 한다.

관련 카메라, 이미지 형성 장치 또는 개발로는 프랑크의 광각 바늘구멍 카메라, 핀스펙 카메라, 핀헤드 미러 등이 있다.

현대 제조 기술로 고품질 바늘구멍 렌즈^[12]를 생산할 수 있게 되었으며, 이는 디지털 카메라와 함께 사용할 수 있다.

바늘구멍 사진기 효과는 때때로 자연적으로 발생할 수 있다. 겹쳐진 나뭇잎 사이의 틈새로 형성된 작은 "바늘구멍"은 평평한 표면에 태양의 복제 이미지를 생성한다. 일식 동안, 이것은 부분 일식의 경우 작은 초승달 모양을, 금환 일식의 경우 속이 빈 고리 모양을 만든다. 디스코 볼은 자연적인 반사형 바늘구멍 사진기(일명 핀헤드 미러)로 기능할 수도 있다.^[24]

5. 1. 예술

바늘구멍 사진의 이미지는 실시간으로 보기 위해 반투명 스크린에 투영될 수 있으며(일식의 안전한 관찰에 사용), 종이에 이미지를 따라 그릴 수도 있다. 그러나 반투명 스크린 없이 바늘구멍 구멍 반대편 표면에 사진 필름 또는 사진 용지를 놓고 바늘구멍 사진을 찍는 데 더 자주 사용된다.

바늘구멍 사진은 장기간에 걸쳐 태양의 움직임을 포착하는 솔라리그래피에 사용되거나, 예술적인 이유로 사용된다. 또한 학생들이 사진술의 기초를 배우고 실험할 수 있도록 교육적인 목적으로도 사용된다.

구두 상자로 만든 소화전 바늘구멍 사진기로 촬영한 사진. 사진 용지에 노출하여 네거티브 이미지(상단)를 생성했다. 포지티브 이미지(하단)는 네거티브 이미지에서 디지털 방식으로 생성되었다. 노출 시간은 40초였다. 카메라 상자 안에 들어오는 외부 빛 때문에 이미지의 오른쪽 하단 모서리에 눈에 띄는 플레어가 발생했다.

5. 2. 교육

바늘구멍 사진기는 대한민국 초등학교 과학 교과에서 교육용으로 설명되고 있다. 바늘구멍 사진기의 이미지는 실시간으로 보기 위해 반투명 스크린에 투영될 수 있으며(일식의 안전한 관찰에 사용), 종이에 이미지를 따라 그릴 수도 있다. 반투명 스크린 없이 바늘구멍 구멍 반대편 표면에 사진 필름 또는 사진 용지를 놓고 바늘구멍 사진을 찍는 데 더 자주 사용된다.

바늘구멍 사진은 예술적인 이유로 사용되지만, 학생들이 사진술의 기초를 배우고 실험할 수 있도록 교육적인 목적으로도 사용된다.

5. 3. 과학

바늘구멍 사진기의 이미지는 실시간으로 보기 위해 반투명 스크린에 투영될 수 있으며(일식의 안전한 관찰에 사용), 종이에 이미지를 따라 그릴 수도 있다. 그러나 반투명 스크린 없이 바늘구멍 구멍 반대편 표면에 사진 필름 또는 사진 용지를 놓고 바늘구멍 사진을 찍는 데 더 자주 사용된다.

바늘구멍 사진의 일반적인 사용법은 장기간에 걸쳐 태양의 움직임을 포착하는 것이다. 이러한 유형의 사진술을 솔라리그래피라고 한다. 바늘구멍 사진은 예술적인 이유로 사용되지만, 학생들이 사진술의 기초를 배우고 실험할 수 있도록 교육적인 목적으로도 사용된다.

전하 결합 소자(CCD)가 장착된 바늘구멍 카메라는 탐지하기 어렵기 때문에 감시에 사용되기도 한다.

관련 카메라, 이미지 형성 장치 또는 개발로는 프랑크의 광각 바늘구멍 카메라, 핀스펙 카메라, 핀헤드 미러 등이 있다.

현대 제조 기술로 고품질 바늘구멍 렌즈^[12]를 생산할 수 있게 되었으며, 이는 디지털 카메라와 함께 사용할 수 있다.

바늘구멍 사진기 효과는 때때로 자연적으로 발생할 수 있다. 겹쳐진 나뭇잎 사이의 틈새로 형성된 작은 "바늘구멍"은 평평한 표면에 태양의 복제 이미지를 생성한다. 일식 동안, 이것은 부분 일식의 경우 작은 초승달 모양을, 금환 일식의 경우 속이 빈 고리 모양을 만든다. 디스코 볼은 자연적인 반사형 바늘구멍 사진기(일명 핀헤드 미러)로 기능할 수도 있다.^[24]

5. 4. 감시

전하 결합 소자(CCD)를 장착한 바늘구멍 카메라는 탐지하기 어렵기 때문에 감시에 사용되기도 한다.^[12]

참조

_[1] 웹사이트 Worldwide Pinhole Photography Day http://pinholeday.or[...]
_[2] 웹사이트 CS194-26: proj2 https://inst.eecs.be[...] 2022-01-07
_[3] 웹사이트 Camera Obscura: Ancestor of Modern Photography {{!}} Encyclopedia.com https://www.encyclop[...] 2022-01-07
_[4] 서적 Global History of Philosophy: The Period of scholasticism (part one) https://books.google[...] Motilal Banarsidass Publ.
_[5] arXiv Claudius Ptolemy and Giambattista Della Porta: Two Contrasting Conceptions of Optics 2019-02-10
_[6] 웹사이트 Nick's pinhole photography http://idea.uwosh.ed[...] 2018-01-29
_[7] 서적 Lectures on select subjects in mechanics, hydrostatics, pneumatics, and optics with the use of the globes, the art of dialing, and the calculation of the mean times of new and full moone and eclipses https://books.google[...]
_[8] 서적 Physics: A World View Thomson Brooks/Cole
_[9] 웹사이트 Pinhole photography history http://photo.net/lea[...] 2018-01-29
_[10] 서적 History of the kinetograph, kinetoscope, & kinetophonograph [by] W. K. L. Dickson and Antonia Dickson. Arno Press
_[11] 서적 3D and Animated Lenticular Photography https://books.google[...] Walter de Gruyter GmbH & Co KG 2015-07-31
_[12] 웹사이트 Pinhole Pro Lens by Thingyfy https://thingyfy.com[...] 2018
_[13] 웹사이트 How To Make and Use a Pinhole Camera, publication no. AA-5 https://archive.org/[...] Consumer Markets Division, Eastman Kodak Company 1980-04
_[14] 웹사이트 How to Make and Use a Pinhole Camera http://www.kodak.com[...]
_[15] 웹사이트 V3 - digital transformation news, analysis and insight http://www.pcw.co.uk[...] 2018-10-18
_[16] 서적 Optics Addison-Wesley
_[17] 서적 Bericht über dioptrische Untersuchungen "{{GBurl|96E5AAAAcAA[...] Aus der Kais. Kön. Hof- und Staatsdruckerei, in commission bei Karl Gerold's Sohn 1857
_[18] 간행물 Some Applications of Photography 1891
_[19] 간행물 X. On pin-hole photography https://zenodo.org/r[...] 1891-02
_[20] 간행물 Pinhole Optics 1971-12-01
_[21] 간행물 Pinhole Imagery 1972-05-01
_[22] 간행물 The pinhole camera: Imaging without lenses or mirrors 1989-12
_[23] 웹사이트 Nancy Breslin's pinhole camera exposure tips http://www.nancybres[...] 2018-01-29
_[24] 간행물 Why every observatory needs a disco ball 2024-03
_[25] 웹사이트 作例としてこちらのページの最後を参照のこと https://web.archive.[...]
_[26] 웹사이트 ピンホールの適正径などについて https://web.archive.[...]
_[27] 웹사이트 Sunspot 4000 http://jpps.jp/web/e[...]
_[28] 문서 《묵자·경설(經說) 하》, "光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。"

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