렌즈의 특성
렌즈는 사물을 확대하여 보는 물체로서 광학적으로 고유한 특성을 가지고 있다.
이를 수차(收差:Aberration)라고 하며 주로 렌즈의 형태와 빛에 의해 발생하는 현상이다. 종류는 모두 5가지 이며
파장의 차이로 생기는 색수차를 제외한 수차를 구면수차라고 하는데 이는 렌즈의 형태에 의해서 나타나는 현상이다.
현미경으로 시료를 관찰할 때 상이 흐려져 보이거나 굴곡져서 보이는 것은 수차 현상 때문이기도 하다.
수차의 종류:
1)구면수차 (球面收差:Spherical Aberration)
-비점수차 (非點收差:Astigmatism)
-왜곡수차(歪曲收差:Distortion Abberation)
-Coma
-상면 만곡 (像面彎曲: curvature of image field )
2)색수차( 色收差:Chromatic Aberration)로 나뉜다
각각의 수차에 대해서 알아보자.
1. 구면수차 (球面收差:Spherical Aberration)
통상 현미경에 쓰이는 렌즈는 형태가 양쪽으로 배가 나온형상이기 때문에 두께가 두꺼운 부분과 앏은부분이 공존하게 된다. 따라
서 두꺼운 부분과 앏은 부분을 통과한 빛의 굴절률 또한 달라지며 이런 이유로 아래의 그림과 같이 빛이 한점에서 초점을 맺는 것이 아니라 다른곳에도 초점을 만들게 되어 상이 뿌옇게 보이게 된다. (Blurring Effect)
2. 비점 수차 (非點收差:Astigmatism)
렌즈의 주축 (중간 부분)으로부터 떨어져 있는 부분을 지나 맺혀지는 결상점이 주축의 수직부분에서 맺히는 결상점과 다른위치에 생기기 때문에 일어나는 현상이다. 아래의 그림과 같이 결상점이 렌즈의 끝부분을 지날 때와 주축부분을 지날 때의 결상점의 위치가 다르다.
3. 왜곡 수차(歪曲收差:Distortion Abberation)
광축 (Optical Axis)로부터 각각 떨어진 곳에서 출발한 광로가 결상점에서 왜곡된 현상을 일으키는 것을 말한다.
그림3)과 같이 광축에서 떨어진부분에서 배율을 확대할 경우 결상점의 상이 그림의 (a)와 같이 Pincushion 형태를 나타내며 반대로 배율을 낮출 경우 그림의 (c) 와 같이 Barrel distortion 형태를 나타낸다.
④Coma 수차
Coma 수차는 결상점의 이미지가 마치 혜성 (Commet)과 비슷하여 붙여진 이름이다. 그림과 같이 광축에서 결상점이멀어질 때 나타나는 현상이며 보통 돋보기로 햇볕을 통과시킬 때 일직선상이 아닌 돋보기가약간 비스듬하게 놓일 경우 통과된 빛이 마치 혜성과 같은 모습을 하고 있다.
⑤상면 만곡 (像面彎曲: curvature of image field )
평평한 시료를 확대시킨 렌즈의 초점 이미지는 렌즈가 이루고 있는 렌즈의 곡면 구조와 닮아있다. 이는 렌즈 양면의 곡률에 의하여일어나는 현상인데 가령 현미경을 통해서 시료를 관찰할 때 같은 초점위치에서 이미지의 중앙 부분이나 가장자리 부분중 한부분이 뿌옇게 보이는 것을 발견할 수 있다. 이것이 바로 렌즈가 이루고 있는 곡률 때문에 발생하는 현상이다.
아래그림에서 a)부분과 b)부분의 초점이 거의 맞았다고 봤을 때 a) 부분에서는 가장자리가, b)부분에서는 가운데 부분이 뿌옇게 보이게 된다.
현미경에서 가장 흔히 발견할 수 있는 현상이다.
⑥색수차( 色收差:Chromatic Aberration)
빛은 프리즘을 통해서 보면 빨강~보라색까지 여러 가지의 빛으로 분광된다. 각각의 빛은 고유의 굴절률을 가지고 있고 렌즈를 통과한 각각의 빛이 맺히는 위치도 다르다. 빨강색에 가까운 파장의 빛일수록 렌즈에서 멀리, 보라색에 가까운 파장의 빛일수록 렌즈에서 가까이 초점이 맺혀서 일어나는 현상이며 이로 인해 상이 흐릿하게 보이게 된다.
그림으로 설명해 보면 다음과 같다.
*참고:이상과 같이 렌즈의 특성에 대하여 알아보았는데 이를 인위적으로 제거하기 위해 카메라나 현미경의 렌즈에는 조리개를 장착하여 렌즈의 가장자리부분으로 들어오는 빛을 차단하여 구면수차를 제거하거나 한쪽면을 평평하게 가공하여 만들어 구면수차를 제거하는 방법이 사용되고 있다. 색수차를 없애기 위해서는 특정된 빛의 파장만을 통과시키는 필터를 사용하기도 한다.
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