가변 조리개 원리: 블레이드 6장이 4.6mm 구멍을 3스톱으로 여닫는 구조

스마트폰의 가변 조리개는 렌즈 안에서 빛이 지나는 구멍의 지름을 바꾸는 기구입니다. 위키백과의 F-number 항목 기준으로 f값 N은 초점거리 f를 입사동(entrance pupil, 렌즈계가 빛을 받아들이는 유효 구멍) 지름 D로 나눈 값, 즉 N = f/D입니다. 초점거리는 그대로 두고 D만 줄이면 N이 커지고, 상면 조도는 f값의 제곱에 반비례해 떨어집니다.

애플 뉴스룸에 따르면 iPhone 18 Pro는 이 기구를 레이저 커팅된 6장의 블레이드와 로터(회전자)로 구현해 ƒ/1.48·ƒ/1.8·ƒ/2.8·ƒ/4.0 네 단계를 제공합니다. 원리는 DSLR의 아이리스 조리개와 같지만, 얻는 실익은 조건에 따라 크게 갈립니다. 셔터 각도를 고정해야 하는 영상에서는 조리개가 사실상 유일한 광학적 노출 수단이고, 밝은 주광 사진에서는 GSMArena 측정처럼 개방과 조임 사이에 유의미한 선명도 차이가 나타나지 않습니다.

기구의 크기 전제도 함께 봐야 합니다. iFixit 분해에 따르면 최대 개방 구경은 4.6mm이고, Capture magazine은 메인 카메라의 물리 초점거리를 6.8mm로 설명합니다. 손가락 한 마디보다 작은 공간에서 블레이드가 머리카락 두께여야 하는 이유가 여기서 나옵니다.

한 줄 요약: 6장의 블레이드가 4.6mm 구경을 여닫아 ƒ/1.48~ƒ/4.0 약 3스톱을 만들지만, 6.8mm 초점거리와 1/1.28형 센서라는 전제 때문에 심도 이득은 풀프레임 환산 ƒ/5.2~5.6에 머물고 조일수록 에어리 원반이 화소 피치 1.22µm보다 크게 불어나 심도가 해상력과 교환됩니다.

사진: Alexey Demidov / Pexels

가변 조리개는 무엇을 해결하려는 기술인가?

고정 조리개 렌즈가 묶여 있던 타협점 하나

스마트폰 카메라는 오랫동안 조리개가 고정된 단초점 렌즈였습니다. 구멍 지름이 하나로 고정되면 밝기는 센서와 노출 시간, 그리고 연산 처리로만 조절할 수 있습니다. 설계는 저조도와 해상력 사이의 타협점 하나에 묶입니다.

밝기를 센서·노출 시간·연산으로만 조절하던 구조

전자신문 보도에서 업계 관계자는 “소프트웨어만으로 저조도 성능을 개선하는 데는 한계가 있다”며 물리적 가변 조리개 재도입이 필요하다고 말했습니다. 연산과 물리 소자가 역할을 나누는 구조는 노이즈 캔슬링 원리: 마이크 두 개가 나눠 맡는 일과 50µs라는 지연 예산에서 다룬 문제와 같은 종류입니다.

동작점을 둘 이상으로 나눈다는 것의 의미

렌즈는 개방할수록 주변부 수차가 커집니다. DPReview의 갤럭시 S9+ 측정에서 F1.5는 F2.4보다 특히 코너가 더 무르게 나왔습니다. 가변 조리개는 어두울 때 빛을 더 받는 장치이면서, 동시에 빠른 렌즈의 개방 수차를 필요할 때 조여 덮는 장치입니다 — 고정 조리개가 타협점 하나에 묶여 있던 설계 문제를 두 개 이상의 동작점으로 분리한 것입니다.

블레이드 6장은 어떻게 한 번에 여닫히나?

3점 구속: 바깥 구멍에서 회전, 중앙 슬롯에서 미끄러짐, 가장자리 노치가 걸림

iFixit에 따르면 블레이드는 가장 바깥쪽 둥근 구멍을 축으로 회전하고, 가운데 슬롯에 끼워진 핀을 따라 미끄러지고, 가장자리 노치가 구동 기구에 걸립니다. 블레이드 하나하나에는 구동 기구의 핀과 맞물리는 작은 슬롯과 구멍이 뚫려 있습니다.

로터의 회전운동이 동기화된 반경 방향 이동으로 바뀐다

로터가 회전하면 핀이 슬롯을 밀어 6장이 동시에, 같은 양만큼 안쪽으로 파고듭니다. 이 ‘회전운동 → 동기화된 반경 방향 이동’ 변환이 아이리스 조리개의 핵심 원리입니다. 그래서 구멍은 크기가 변하는 동안에도 광축 중심을 유지한 채 원에 가까운 육각형을 유지합니다.

구동력은 자기력 — 자석만 가까이 대도 움직인 이유

iFixit은 지지 하드웨어를 모두 떼어낸 상태에서 자석을 조리개 근처에 가져가기만 해도 블레이드가 열리고 닫히는 것을 확인했습니다. 구동부가 전자석과 자성체 쌍으로 이루어져 있고, 전류의 방향과 크기로 로터의 회전 각도를 정한다는 뜻입니다.

전자석 로터와 형상기억합금(SMA), 또 하나의 구동 경로

SMA 액추에이터는 다른 구동 경로입니다. Cambridge Mechatronics의 기술 설명에 따르면 SMA(Shape Memory Alloy, 형상기억합금) 와이어는 전이온도 이상으로 가열되면 결정 구조가 재배열되며 수축하고, 냉각되면 원래 길이로 돌아갑니다. 별도 위치 센서 대신 와이어의 저항을 반복 측정해 길이를 역산하는 폐루프 제어를 쓰므로 홀 센서가 필요 없습니다. 와이어 지름은 20~30µm, 구동 주파수는 10Hz 이상이며, 자석·코일·홀 센서가 없어 VCM과 달리 전자기 간섭을 만들지 않습니다.

왜 6장인가: 구멍의 둥글기와 야경의 6갈래 광선

구멍의 둥글기는 블레이드 수의 함수입니다. 직선 블레이드는 다각형 구멍을, 곡선 블레이드는 더 둥근 구멍을 만들고, 구멍이 둥글수록 초점 밖 영역의 흐림이 부드럽고 자연스러워집니다. 동시에 블레이드의 각 변은 점광원에서 회절 스파이크를 만드는데, 짝수면 마주 보는 변의 스파이크가 겹쳐 블레이드 수만큼(6장 → 6갈래)만 보이고, 홀수면 겹치지 않아 2배(5장 → 10갈래)가 보입니다. 부품 하나가 밀리미터 단위 공간에 들어가며 설계가 뒤집히는 사례는 전원 버튼 터치ID 원리: 감지 거리 250μm가 센서를 버튼 속으로 밀어 넣었다에서도 같은 형태로 나타납니다.

구멍을 조이면 빛은 얼마나 줄어드나?

N = f / D — 6.8mm 초점거리와 4.6mm 구경이 만드는 ƒ/1.48

f값 계산 방법은 나눗셈 한 번입니다. 초점거리를 입사동 지름으로 나누면 끝이고, iPhone 18 Pro의 경우 물리 초점거리 6.8mm에 최대 개방 구경 4.6mm가 짝을 이룹니다. 사양표의 24mm는 환산 화각이지 실제 초점거리가 아닙니다. 즉 ‘광각 ƒ/1.48’이라는 값은 지름 5mm도 안 되는 구멍에서 나옵니다.

조도는 f값의 제곱에 반비례한다

상면 조도는 f값의 제곱에 반비례합니다. 같은 초점거리라면 ƒ/2는 ƒ/4보다 4배 많은 빛을 모읍니다. 구멍의 면적이 지름의 제곱에 비례하기 때문입니다.

√2의 거듭제곱으로 늘어선 스톱 열의 근거

표준 스톱 열이 f/1, 1.4, 2, 2.8, 4처럼 √2의 거듭제곱으로 늘어서는 이유도 같은 관계에서 나옵니다. 지름을 1/√2로 줄이면 면적이 정확히 절반이 되므로, 한 스톱마다 빛이 반씩 줍니다.

ƒ/1.48에서 ƒ/4까지, 약 3스톱이라는 폭

Capture magazine은 ƒ/4가 최대 개방 대비 약 3스톱을 버리는 설정이라고 설명합니다. 애플의 구현은 기본적으로 4단계 프리셋입니다. 카메라 앱은 네 값만 고르게 하고, 애플은 그 사이 값을 “개발자에게 조리개 구간 전체에 대한 더 세밀한 제어”를 여는 API로 제공한다고 밝혔습니다. 기구 자체는 연속적으로 움직일 수 있지만 기본 UI는 표준 스톱 위치로 이산화해, 사용자가 고를 값을 줄이고 자동 노출 로직을 단순하게 유지한 설계입니다.

표시값과 실제 투과량의 차이: T스톱

f값은 구멍과 초점거리만으로 정해지는 기하학적 값이고, 투과율을 반영한 T스톱은 T = N / √(투과율)로 정의됩니다. 실제 렌즈의 투과율은 100%보다 낮으므로 T스톱 값은 언제나 f값보다 큽니다. 기구가 표시하는 ƒ/1.48과 센서에 실제로 닿는 광량은 일치하지 않으며, 그 차이는 렌즈 요소와 코팅의 손실에서 나옵니다.

조일수록 선명해지지 않는 지점은 어디인가?

에어리 원반 지름은 2.44λN — f값에 정비례해 커진다

조리개 회절 한계는 조임 쪽 이득에 물리적 상한을 둡니다. 위키백과의 회절 한계 항목 기준으로 에어리 원반 크기, 즉 첫 암환까지의 지름은 2.44λN이고 반지름은 1.22λN입니다. f값에 정비례하므로, 조리개를 조이면 심도는 깊어지지만 한 점이 센서 위에 퍼지는 크기 자체가 커집니다. 같은 문서의 예시로 ƒ/8·녹색광 0.5µm에서 스폿 지름은 9.76µm입니다.

화소 피치 1.22µm와 번지는 스폿이 만나는 자리

이 상한이 스마트폰에서 특히 빨리 걸리는 이유는 화소가 작기 때문입니다. iPhone 18 Pro 메인 센서는 1/1.28형에 개별 화소 피치 1.22µm(쿼드 픽셀 결합 시 2.44µm)입니다. ƒ/4에서는 ƒ/1.48 대비 f값이 약 2.7배 크고, 에어리 원반도 그만큼 커져 한 점의 빛이 여러 화소에 걸쳐 번집니다.

반대쪽 대가: 개방에서 무너지는 주변부 수차

반대쪽 끝에도 대가가 있습니다. 앞서 본 갤럭시 S9+ 측정처럼 개방에서는 주변부, 특히 코너의 해상력이 떨어집니다. 한쪽 끝은 수차가, 다른 쪽 끝은 회절이 화질을 깎는 구조입니다. 그래서 조리개를 더 조여 팬포커스를 만드는 선택은 그 자체로 해상력과의 거래가 됩니다.

8년 전 갤럭시 S9과 지금의 구현은 무엇이 다른가?

두 고정 위치에서 네 단계 프리셋 + 개발자 API로

DPReview에 따르면 2018년 갤럭시 S9+는 실제 블레이드로 F1.5와 F2.4 두 고정 위치만 오갔고 중간값이 없었으며, 두 값의 차이는 약 1과 1/3 스톱이었습니다. 저조도에서는 “ISO를 한 스톱 이상 낮게 유지할 수 있다”는 실익이 확인됐지만, 배경 흐림 차이는 밝은 단초점 렌즈와는 다른 수준이었습니다.

삼성이 S20에서 뺀 이유는 광학이 아니라 모듈 두께와 원가였다

전자신문에 따르면 삼성이 갤럭시 S9·S10에 넣었던 가변 조리개를 S20부터 뺀 이유는 광학적 실패가 아니라 카메라 모듈 두께 증가와 높은 생산 원가였습니다. 같은 보도는 삼성전기가 2026년 하반기 중국 프리미엄 스마트폰용 가변 조리개 카메라 모듈 공급을 추진한다고 전했습니다. 기술의 복귀를 가른 축은 광학이 아니라 두께와 원가였습니다.

샤오미가 2단에서 연속 가변으로 넘어간 경로

SoyaCincau에 따르면 2023년 Xiaomi 13 Ultra는 1인치 센서 메인 카메라에 ƒ/1.9와 ƒ/4.0 두 단계를 붙였고 그 사이 ƒ/2.0~ƒ/3.5는 선택할 수 없었습니다. 후속 Xiaomi 14 Ultra는 구간 전체를 무단계로 조절하는 연속 가변으로 개선됐습니다.

메인 카메라에만 들어가는 이유

가변 조리개는 메인 카메라에만 들어갑니다. 애플 기술 사양 문서 기준으로 iPhone 18 Pro의 망원은 100mm ƒ/2.8, 초광각은 13mm ƒ/2.2로 여전히 고정 조리개입니다. 기구 부피와 원가가 붙는 부품이므로, 입사 구경이 가장 크고 저조도·노출 제어의 이득이 가장 큰 모듈 하나에만 배치하는 것이 현재 설계의 전제입니다.

세대별 가변 조리개 구현 방식 비교

구분	갤럭시 S9+ (2018)	Xiaomi 13 Ultra (2023)	iPhone 18 Pro (2026)
조리개 단계와 값	F1.5·F2.4 두 고정 위치	ƒ/1.9·ƒ/4.0 두 단계	ƒ/1.48·ƒ/1.8·ƒ/2.8·ƒ/4.0 네 단계
중간값 제어	불가	ƒ/2.0~ƒ/3.5 선택 불가	개발자 API로 구간 전체 제어 개방
단계 간 광량 폭	약 1과 1/3 스톱	두 단계 사이만 이동	ƒ/1.48~ƒ/4.0 약 3스톱
결합된 메인 센서	자료 미기재	1인치	1/1.28형
이후 경로	S10까지 유지 후 S20에서 제외(두께·원가)	14 Ultra에서 무단계 연속 가변으로 개선	메인만 적용, 망원 ƒ/2.8·초광각 ƒ/2.2는 고정

어떤 상황에서 제값을 하고, 어떤 조건에서 통하지 않나?

셔터 각도 180도를 지켜야 하는 영상

셔터 각도 180도는 24/25fps에서 셔터를 1/48·1/50초로 고정하라는 제약입니다. 이 조건에서는 노출을 셔터로 조절할 수 없고 감도나 조리개, ND 필터로만 잡아야 합니다. ƒ/4가 흡수하는 약 3스톱은 이 구간에서 조리개가 맡는 몫이지만, Capture magazine은 한낮 직사광을 상대하기에는 부족해 ND 필터가 필요하다고 봤습니다. 장노출 사진도 같은 이유로 ƒ/4의 수혜 대상입니다.

주광에서는 개방과 조임의 선명도 차이가 사실상 없다

GSMArena는 밝은 주광 야외에서 극단적이지 않은 초점거리라면 개방과 조임 사이에 “유의미한 선명도 차이가 없다”고 평가했습니다. 차이가 가장 크게 나타날 조건인 최소 초점거리 17.5cm에서조차 ƒ/1.48과 ƒ/1.8의 결과 차이가 흔히 무시할 수준이라고 했고, 결론적으로 “적어도 이 구현에서는 실질적 이득이 제한적”이라고 봤습니다.

심도의 천장: 풀프레임 환산 ƒ/5.2~5.6

심도 제어는 홍보 문구에 자주 오르지만 가장 약한 이득입니다. Capture magazine은 6.8mm 초점거리와 1/1.28형 센서 조합 때문에 ƒ/1.48에서도 실효 심도가 풀프레임 환산 ƒ/5.2~5.6 수준이며, 1.2m 거리 인물 촬영에서 최대 개방으로도 쓸 만한 보케가 생기지 않는다고 지적했습니다(표본은 이 한 건의 실사용 평가입니다). 센서가 작고 초점거리가 짧아 애초에 초점이 맞는 범위가 넓다는 전제가 바뀌지 않기 때문입니다.

어두운 곳에서 조이면 오히려 나빠지는 역효과

어두운 조건에서 ƒ/4로 조이면 셔터와 ISO가 그만큼 올라가 화질이 오히려 나빠집니다. 조리개는 노출 삼각형의 한 변이므로, 한 변을 줄이면 다른 변이 그만큼 보상해야 합니다.

좁은 공차의 대가 — 고착되면 어셈블리 교체

iFixit은 개별 블레이드가 머리카락만큼 얇다고 설명했고, 분해 중 블레이드 한 장이 튀어나갔다고 밝혔습니다. 조리개가 고착되면 메인 카메라 어셈블리 전체를 교체하는 편이 현실적이라고 봤습니다(잠정 수리성 7/10).

자주 묻는 질문

가변 조리개는 스마트폰의 모든 카메라에 들어가나요?

아닙니다. 현재 구현은 메인 카메라 한 곳에만 들어가고 망원과 초광각은 고정 조리개입니다. 기구가 차지하는 부피와 원가가 카메라 수만큼 늘어나기 때문에, 구경이 가장 큰 모듈부터 적용하는 순서가 자연스럽습니다.

ƒ/1.48과 ƒ/1.8의 차이는 사진에서 눈에 보이나요?

GSMArena 평가로는 최소 초점거리에서도 흔히 무시할 수준이었습니다.

조리개를 조이면 왜 오히려 흐려질 수 있나요?

회절 때문입니다. 에어리 원반 지름 2.44λN은 f값에 정비례하므로, 어느 지점부터는 회절이 렌즈 수차보다 지배적인 제약이 됩니다. 위키백과의 예시인 ƒ/8·녹색광 0.5µm에서 스폿 지름 9.76µm는 스마트폰 화소 피치와 비교하면 대단히 큰 값입니다. 심도를 얻는 대신 점 하나의 크기를 내주는 거래라고 보면 됩니다.

야경 사진에서 빛이 6갈래로 갈라지는 이유는 무엇인가요?

블레이드의 직선 변이 점광원에서 회절 스파이크를 만들기 때문입니다. 블레이드가 짝수면 마주 보는 변의 스파이크가 같은 방향으로 겹쳐 블레이드 수와 같은 갈래만 남습니다. 홀수 블레이드 렌즈에서 5장이 10갈래를 만드는 것과 정반대의 계산입니다.

조리개가 고착되면 그 부분만 수리할 수 있나요?

부품 단위 수리는 사실상 어렵습니다. 블레이드 두께와 접착제 사용량 때문에 분해 과정 자체가 구조를 손상시킬 위험을 안습니다.

표시된 ƒ/1.48만큼 빛이 실제로 들어오나요?

그렇지 않습니다. f값은 구멍 지름과 초점거리로만 계산한 기하학적 값이고, 실제 투과량은 T = N / √(투과율)로 정의되는 T스톱에 가깝습니다. 투과율이 100%에 못 미치는 한 T스톱은 f값보다 큰 숫자가 됩니다.