요즘 들어 핀홀카메라에 대하여 관심을 가지시는 분들이 적지 않은 것 같다.
몇몇 카메라 관련사이트를 가보아도 그렇고 또 사진관련잡지에도 가끔씩 핀홀카메라에 대한 이야기가 실리는 것을 보면 나름대로 세인들의 관심속에 인기를 끌고 있는 것 같은데 요즘 출시되어지는 카메라들의 경우 일일히 초점링을 조절하지 않더라도 쳐다보기만 하면 자동으로 초점을 맞추어준다는 시선입력기능이나 색(칼라)는 물론 색온도까지도 파악하여 노출을 보다 정확하게 제어하여 준다는 RGB센서 및 초당 최고 10프레임까지 촬영가능하다는 최신, 최첨단 기능들을 가지는 현실에서 보면 렌즈는 물론 조리개나 필름이송장치 등의 아무런 장치도 없는 지극히 단순하고 단순한 핀홀카메라가 관심을 끄는 것을 보면 조금은 아이러니칼 하기도 하달까.
하지만 이러한 관심과는 달리 핀홀카메라에 대한 자료를 구하기란 그리 쉽지 않은 실정이며 또 핀홀카메라라면 막연히 어렵게 생각하는 게 엄연한 현실인것 같다. 사실 그 원리를 알고나면 그리 어렵고 복잡한 것 만은 아닌데...
그러면 핀홀카메라의 역사와 그 광학적 원리 그리고 간단한 핀홀카메라 제작법에 대하여 알아보기로 하자.
1. 핀홀카메라의 역사
1-1. Pinhole camera와 Camera obscura
핀홀카메라(pinhole camera)란 렌즈 없이 사진촬영이 가능한 '바늘구멍 사진기'로 렌즈대신에 작은 구멍을 통하여 선명한 상을 얻을수 있는데 흔히들 이 핀홀카메라를 르네상스시대부터 사실적인 원근감을 표현하기 위하여 화가들이 그림을 그리는데 사용하였던 카메라옵스큐라(camera obscura)와 같이 생각하거나 카메라옵스큐라의 일종으로 생각하기도 한다.
물론 사진사를 보면 카메라옵스큐라와 핀홀카메라의 경우, 거의 같이 발전해 왔고 또 뗄래야 뗄수없는 밀접한 관계이지만 엄밀하게 분류하자면 카메라옵스큐라는 그림을 그리는 보조도구로 출발하였고 렌즈가 장착되어 있는데 비하여 핀홀카메라의 경우 렌즈 없이 선명한 사진을 얻고자 하는 목적에서 개발되고 제작되었다는 점에서 약간의 차이가 있다.
1-2. Pinhole camera의 역사
사진사를 살펴보면 조금은 의외지만 사진과 카메라의 발전은 금속활자의 발명에 따른 인쇄술의 발전과 관련이 있다는 것을 알게된다. 얼핏 생각하기에는 사진과 인쇄술이 무슨 관련이 있느냐고 조금은 의아하게 생각할지도 모르지만 인쇄술의 발전에 따라 서적의 보급이 활발해지면서 안경의 보급도 활발해지고 이에 따라 자연히 렌즈를 가공하고 조합하는 기술도 발전하면서 현미경이나 망원경이 발달함에 따라 자연스럽게 카메라도 발전하게 한 것을 생각하면 충분히 그럴것도 같은 이야기이다.
하지만 pinhole camera의 역사는 이보다 훨씬 이전인 기원 전으로 거슬려 올라가는데 기원전 15세기경 중국의 한 책자에서 '빛은 반사되고 작은 구멍을 통과한 빛은 상하가 바뀌어진 상을 벽에 비춘다'라고 하여 이미 핀홀카메라의 광학적인 기본원리를 언급하였으며 기원전 4세기경 아리스토텔레스는 핀홀을 이용하여 태양의 일식을 관측하였으며 '태양빛이 사각형의 구멍을 통과하여도 원형의 상이 생긴다'라고 언급하였고 르네상스시대를 전후하여서는 핀홀카메라의 원리를 천문학(특히 일식관측)에 이용하기도 하였다. 이후 1940년대에는 핵물리학의 연구에서 레이져 플라즈마같은 고에너지를 촬영하기위하여 활용되기도 하였으며 1950년대에는 우주항공 분야에서도 응용하기도 하였는데 1960년대 초에는 태양의 형태를 X선과 감마선으로 촬영하는데 이 핀홀카메라의 원리를 응용하기도 하였었다.
참고로 '핀홀 카메라'라는 명칭을 처음 사용한 사람은 영국의 과학자인 David brewaster로 1856년 자신의 저서인 에서 'pinhole camera' 또는 'pin-hole camera'라는 단어를 처음 사용하였다.
2. Pinhole camera의 원리와 제작
Pinhole camera의 기본적인 형태는 한쪽에는 바늘구멍이 뚫린 작은 구멍이 있으며 그 반대편에는 필름이나 인화지가 있는 간단한 상자형태인데 바늘구멍에 의한 노출과 화면의 크기에 따른 화각 등 간단한 몇가지 기본적인 원리만 이해하면 작게는 필름통을 이용한 것부터 크게는 냉장고나 콘테이너, 빌딩의 사무실등 다양한 크기와 모양의 핀홀카메라를 제작할 수 있다.
그러면 먼저 Pinhole camera의 광학적 원리에 대하여 간단히 알아보기로 하자.
2-1. Pinhole camera의 특징과 광학적 원리
핀홀카메라의 가장 기본적인 광학적인 원리는 '핀홀의 직경'과 '핀홀에서 필름면까지의 거리'라는 2가지 변수로 이들 2가지 변수에 의하여 렌즈의 f값이 결정되어진다는 점에서는 일반적인 카메라에 적용되어지는 f값=(초점거리)/(유효구경)이라는 공식이 적용되어지지만 기존의 카메라와는 몇가지 점에서 약간의 차이를 보이는데 핀홀카메라의 특징을 살펴보면 다음의 사항들을 이야기할수 있을 것이다.
A. Pinhole camera의 특징
* 핀홀카메라에 의한 사진의 경우 렌즈를 이용하는 카메라와 비교시 훨씬 부드러운면서 독특한 사진을 나타내는데 특히 색감의 경우 칼라사진을 비교해보면 광학렌즈를 이용하는 일반카메라와 비교시 색수차에 대한 영향을 많이 받는 관계로 독특한 색감을 나타낸다고 한다.
* 피사계심도가 대단히 깊다는 점도 이 핀홀카메라의 특징으로 조리개의 F값이 일반 카메라와 비교시 상당히 어두운편이며 이에 따라 노출시간도 상대적으로 길어진다. 우리가 흔히 사용하는 35mm렌즈의 경우 최소조리개값은 f22-f32정도, 중대형카메라의 경우도 f45-64정도이다.
하지만 핀홀카메라의 경우 조리개의 f값을 계산해보면 세자리수가 넘는 경우가 대부분으로 렌즈를 이용하는 카메라와 비교시 조리개값이 상당히 어두운 편이므로 근거리에서 무한대에 이르기까지 거의 모든 초점거리에서 초점이 맞아들어가는 상대적으로 심도가 깊은 사진을 얻을수 있는데 오늘날 일부에서 핀홀카메라를 사용하는 이유중의 하나가 일반카메라로는 도저히 불가능한 깊은 피사계심도를 가지기때문이기기도 하다.
하지만 핀홀카메라의 경우에도 핀홀의 직경이 너무 작을 경우, 빛의 회절현상으로 오히려 상이 흐려진다.
* 벨로우즈를 이용하는 대형카메라와 같이 핀홀에서 필름면까지의 거리에 비례하여 이미지가 커지고 화각은 상대적으로 좁아지므로 이 거리를 이용하면 원하는 화각이나 크기의 이미지를 얻을 수 있는데 일반 광학렌즈와 비교시 하나 특이한 점은 초점거리에 따른 원근감의 변화가 없다는 점인데 일반 광학렌즈들의 경우 광각렌즈에서는 원근감이 강조되고 망원에서는 원근감이 압축되지만 핀홀카메라의 경우 초점거리에 따른 원근감의 변화는 거의 없으며 눈으로 보는 것과 유사한 적당한 원근감으로 표현되어지는데 하나 재미있는 것은 초점거리보다는 중심에서 주변부로 갈수록 원근감의 차이가 생긴다는 점이다.
* 초점거리가 길어질수록 f값이 커지므로 노출시간은 상대적으로 길어지게 되는데 핀홀과 필름면사이의 거리가 변하더라도 피사계심도가 깊은 관계로 초점(이미지의 선명도)에는 거의 변화가 없다.
B. Pinhole camera의 광학적 원리에 대하여
핀홀카메라의 경우 일반카메라와 마찬가지로 *렌즈의 밝기(f값)= 핀홀의 크기(렌즈의 유효구경)/초점거리(핀홀에서 필름면사이의 거리)에 의하여 결정되어진다는 점에서는 그 기본적인 원리는 동일하지만 엄밀한 의미에서는 일반카메라와는 약간의 차이점을 보인다.
먼저 일반카메라에서의 초점거리(Focal Length)란 무한대에 촛점을 맞추었을 때 렌즈의 제2주점에서 필름면사이의 광축상의 거리를 의미하는데 핀홀카메라의 경우, 무한대의 거리까지 피사계심도를 가지므로 초점거리를 따지기가 좀 그렇는데 일반적으로 핀홀카메라에서의 초점거리란 일반카메라의 경우와는 달리 간단히 핀홀면에서 필름면까지의 거리라고 생각하면 되는데 따라서 핀홀카메라의 경우 초광각에서 초망원에 이르기까지 다양한 초점거리를 가지는데 하나 유의하여야 할 점은 핀홀카메라에 의하여 만들어지는 상의 경우 원주상의 이미지인데 비하여 대부분의 핀홀카메라들의 경우 필름이 평면상으로 위치하므로 중심에서 주변부로 갈수록 노광의 차이가 생기며 또 핀홀카메라 특유의 왜곡이 생기는데 이런 현상은 초점거리가 짧을수록 더 두드러지게 나타난다.
그리고 핀홀의 크기의 경우, 렌즈의 유효구경에 해당하는 것이 핀홀의 직경이라고 생각하면 되는데 일반적으로 그 직경이 작을수록 보다 선명한 사진을 촬영할수 있지만 그 직경이 작아짐에 따라 F값이 어두워지므로 노출시간이 길어지며 또 너무 작을 경우 회절현상으로 오히려 상이 더 흐려지기도 하는데 핀홀카메라에서 초점거리가 정해진 상태에서 최적의 핀홀직경을 구하는 공식은 다음과 같은데 핀홀의 직경을 정확하기 측정하기 곤란한 경우에는 핀홀을 뚫는데 이용한 바늘의 직경으로 핀홀값을 계산하기도 한다.
D= (f28)의 제곱근 (D는 핀홀의 직경, f는 핀홀에서 필름면까지의 거리이며 28이라는 값은 불변의 상수이며 여기서의 단위는 mm이다)
2-2. 간단한 pinhole camera의 제작법
핀홀카메라를 제작하는 방법에는 여러 가지 다양한 방법이 있지만 그리 큰 어려움이나 부담없이 주위에서 손쉽게 구할수 있는 도구나 재료들을 이용하여 간단하게 핀홀카메라를 만드는 방법에 대하여 알아 보기로 하겠다.
A. 기존의 카메라를 이용하는 방법
우선 가장 간단하고 손쉽게 핀홀카메라를 만드는 방법은 기존의 카메라 바디를 그대로 이용하는 것이다. 35mmSLR, 중형카메라 또는 대형카메라등 다양한 카메라를 이용하여 핀홀카메라를 제작할수 있는데 이 방법의 경우 모든 카메라에서 가능한 방법이 아니라 렌즈교환이 가능한 카메라에서만 가능한 방법으로 별도의 작업없이 카메라바디에서 렌즈를 분리한후 대신 구멍을 뚫은 바디 캡을 장착하는 방법인데 핀홀카메라에 있어 가장 중요한 작업이 얇은 금속판에 구멍을 뚫는 것으로 핀홀카메라에서 핀홀은 렌즈에 해당하기 때문이다.
이 경우 사용하는 금속판의 재질은 경우에 따라서는 은판이나 동판 또는 합금판등을 사용하기도 하지만 알루미늄캔을 이용하는 것이 제일 무난하고 손쉬운 방법이다.
그러면 35mmSLR카메라를 기준으로 바디캡에 구멍을 뚫는 방법에 대하여 알아보면 바디캡에다 바늘을 이용하여 바로 구멍을 뚫어도 되지만 이보다는 알루미늄 캔에다 구멍을 뚫은 후 이를 바디캡에다 장착하는 것이 더 좋은데
* 먼저 카메라의 body cap에 4∼6mm정도의 구멍을 뚫은 다음,
* 주위에서 쉽게 구할 수 있는 알루미늄 캔(특히 맥주캔이 좋다)을 15∼20mm정도의 크기로 사각으로 자르고,
* 바늘을 이용하여 0.2∼0.5mm의 구멍을 뚫는다. 이때 루페와 자(가급적 1/10mm 이하의 눈금를 가진자가 좋다)이용하여 핀홀의 크기를 확인하면서 그 모양이 眞圓인가를 체크한 후,
* 표면이 매우 고운 사포를 이용하여 핀홀을 마감처리한 후 빛의 난반사를 막기위하여 검정색으로 무광처리-그리 어렵게 생각할 필요없이 간단하게 검정색의 유성매직으로 칠하면 된다-한 다음,
* 이 알루미늄 캔조각을 바디캡에다 고정시킨 후 이 바디캡을 카메라의 마운트에 장착하면 작업끝인데 하나 유의할 점은 알루미늄판에 구멍을 뚫을때나 캡 안쪽에 이를 부착할때 구겨지지 않도록 주의하여야 한다.
이렇게 만든 핀홀카메라의 경우, 카메라의 노출 및 초점과 관련된 일부 기능을 제외하고는 카메라의 기능을 그대로 이용할수 있으므로 별다른 불편없이 사용할수 있다는 장점은 있지만 핀홀카메라의 특성상 F값이 상당히 어두운편이라 노출시간이 상대적으로 길어질수 밖에 없으므로 촬영시 삼각대는 필수적이며 케이블릴리즈와 시계도 필요하다.
그리고 노출의 경우 핀홀의 직경과 핀홀에서 필름면까지의 거리(수동카메라의 경우 필름면의 위치를 표시하므로 자를 이용하면 이 거리를 정확하게 측정가능하다)를 알면 f=(초점거리)/(핀홀의 직경)이라는 공식에 이용하여 f값을 구한후 여러 데이터를 참조로 노출시간을 결정하면 AE기능이 지원되는 카메라 중 일부기종(35mm카메라중에서 핀홀카메라를 만들때 특히 좋은 기종이 펜탁스 LX나 올림푸스 OM2이라고 하는데 핀홀카메라의 경우 조리개 F값이 엄청 어두운 관계로 보통의 카메라에서는 노출측광이 불가능하지만 LX와 OM2의 경우, 측광방식이 다이렉트 측광방식-필름면에서 측광이 이루어지므로 미러가 올라간 후에도 계속적으로 측광이 이루어지다가 적정노출이 되면 셔터가 닫힌다-이므로 핀홀카메라로는 이상적이라고 한다)의 경우 간편하게 카메라의 기능에 맡기기도 하는데 이때 하나 유의하여야 할 것은 노출시간이 수십초정도로 길어지는 경우 '상반칙불궤의 법칙(reciprocity low failure)'이 적용되기도 하므로 별도의 노출보정을 해 주어야 하는 경우도 있으므로 브라케팅으로 여러번 촬영하여 자신만의 데이터를 가지도록 한다.
그외에도 대형카메라(특히 view camera)를 이용하여 핀홀카메라를 만들수도 있는데 그 제작법은 위 35mm SLR카메라와 거의 유사하지만 35mm카메라와는 달리 벨로우즈의 길이를 임의대로 조절할수 있으므로 원하는 초점거리를 선택할수 있다는 점이 특징이랄까.
B. 필를통을 이용한 '핀홀카메라' 제작법
그외에도 간단하게 핀홀카메라를 만드는 방법중의 하나가 사용하고 남은 필름통을 이용하는 것인데 이 경우 하나 유의하여야 할점은 사용하는 필름통의 경우 외부에서 전혀 빛이 들어가지 않은 제품이어야 하는데 검정색으로 플라스틱으로 된 코닥제품(일반적으로 볼수 있는 칼라네가용 필름통의 경우 캡은 회색-코닥필름통의 회색은 노출에 있어서 기본이 되는 18% Gray이므로 유사시 노출의 기준으로 사용할수 있다-이지만 일부 슬라이드필름의 경우 통은 물론 캡도 검정색이므로 가급적 이를 이용하면 좋다)을 사용하여야 한다는 것이다.
그러면 필름통을 이용하여 핀홀카메라를 만드는 방법을 알아보면
* 먼저 필름통의 가운데 부분을 칼을 이용하여 약간 잘라낸 후,
* 알루미늄 캔에다 바늘로 구멍을 뚫은 다음(자세한 방법은 위에서 설명한 제작법을 참조)
* 이 알루미늄 캔조각이 필름통의 가운데로 가도록 고정시키고는
* 필름통안에 필름을 고정시키기 위하여 성냥이나 나무젓가락 접착제를 이용하여 붙이는데 이때 나무젓가락 사이의 간격은 필름을 넣었을때 필름이 따로 돌거나 구겨지지 않도록 35mm에 맞추도록 한다.
* 암실이나 다크빽을 이용하여 필름을 넣어주면 된다.
필름통을 이용한 핀홀카메라의 경우 앞의 SLR카메라를 이용한 핀홀카메라와는 달리 한장씩밖에 촬영이 안되므로 한번 작업시에 여러개를 만들어 사용하도록 한다.
참고로 35mm필름통을 이용한 핀홀카메라의 경우 초점거리는 약 35mm이며 중심부와 주변부간에 약간의 노출차이와 상의 왜곡이 생긴다.
2-3. 핀홀카메라에 사용하는 감광유제
일반카메라의 경우와는 달리 핀홀카메라에서 사용가능한 감광유제는 일반 필름은 물론 폴라로이드필름이나 인화지등 용도에 따라 다양한 감광유제를 사용할수 있지만 일반인들이 칼라네가 또는 칼라리버셜필름을 사용하는 경우 노출에 있어서의 관용도문제와 색수차에 의한 칼라발란스 문제등으로 생각보다는 그 사용이 까다로운 편이므로 가급적 흑백필름을 사용하기를 권하는데 핀홀의 조리개값(f값)이 커진다는 점을 감안하면 가급적 ISO 400정도의 고감도 필름을 사용하는 것이 좋다.
그리고 감광유제로 필름대신 인화지(물론 흑백인화지이다)를 사용하는 경우에는 핀홀카메라내에서의 난반사문제도 있으므로 광택지보다는 반광택지나 무광지를 사용하기를 권한다.