바늘구멍 사진기

바늘구멍 사진기의 원리

바늘구멍 사진기( - 寫眞機), 혹은 핀홀 카메라는 렌즈를 사용하지 않고 작은 구멍을 통해 빛을 받아 들여 촬영하는 사진기이다. 간단하게 제작할 수 있어 교육용으로 쓰인다. 바늘구멍 사진기를 이용하여 사진을 촬영하는 사진작가도 있다.

구조와 촬영

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 뚫어 노출 시간만으로 촬상을 조정한다. 최초의 사진기 역시 바늘구멍 사진기였으며 최초의 사진기로 찍은 사진은 8시간 동안 촬상한 것이다.

앵무조개의 눈이 바늘 구멍 사진기의 원리이다.

바늘구멍 사진기의 발명

고대 그리스의 아리스토텔레스와 유클리드는 이미 버들가지로 만든 바구니의 작은 홈을 통과한 빛이 바구니 안에 밖의 풍경을 비추는 것을 관찰하였다. 고대 그리스인들은 눈에서 빛이 나와 사물에 닿기 때문에 사물을 볼 수 있다고 생각하였으나 이러한 관찰은 빛이 우리 눈에 들어와 사물의 상이 눈에 맺히기 때문에 사물을 볼 수 있다는 것을 깨닫게 해 주었다. 이들의 이러한 관찰은 일종의 바늘구멍 사진기 시험이라고 할 수 있다.

기원전 5세기 무렵 고대 중국의 묵가 사상가였던 묵경은 자신의 저서에서 "바늘구멍을 통과하여 맺힌 상은 거울을 보는 듯 뒤집혀 보인다"고 기록하고 있다. 송나라의 학자 심괄은 처음으로 카메라 옵스쿠라의 특성에 대해 기하학적이고 정량적인 시험을 하였다. 13세기 무렵 로저 베이컨 역시 바늘구멍 사진기에 대해 언급하고 있으며 이븐 알 하이삼도 카메라 옵스큐라를 통과한 상이 뒤집혀 보인다는 기록을 남겼다. 바늘구멍 사진기는 일식을 안전하게 관찰하는 방법으로 널리 사용되었다.

구멍의 크기와 상

바늘구멍 사진기로 찍은 풍경

바늘구멍 사진기의 구멍은 완벽한 원에 가까워야 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.

$d=1.9\sqrt{f \lambda}$ 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.

교육

바늘구멍사진기는 초등학교 과학 교과에서 교육용으로 설명되고 있다.