렌즈의 수차

 

 

 

 

1850년대 독일의 수학자 Seidel 이 밝힌 수차 ,즉 '자이델의 5수차'라를 밝혔다.

 

 

 

1. 색 수차

색 수차란 빛이 렌즈를 통과해서 초점에 모일 때 파장이 짧은 빛이 파장이 긴빛보다 굴절이 크게 일어나기 때문에

 

똑같이 한 점에 모이지 않고 색깔별로 분산되어 나타나는 현상이다.

 

반사 망원경에서는 대물렌즈가 일종의 프리즘 역할을 하기 때문에 색 수차가 생기지 않지만,

 

굴절 망원경에서는 대물렌즈가 프리즘의 역할을 하기 때문에 빛의 분산으로 색 수차가 일어난다.

 

파장이 짧은 파란색은 렌즈를 통과할 때 빨간색 빛보다 굴절이 더 크므로 한 점에 모이지 않고

 

별 주위에 붉고 푸른 색깔이 번지듯이 일어난다.

 

색수차는 망원경의 성능을 떨어뜨리며 별상을 흐리게 하는데 색 지움 대물렌즈를 사용하면 제거할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

2. 단색 수차 (자이델의 5수차)

 

① 구면 수차

 

대물렌즈나 반사경은 빛이 어느 부분으로 들어오든 정확하게 한 점으로 모여야한다.

 

구면 수차가 있는 대물렌즈나 반사경은 빛이 어느 위치로 들어오느냐에 따라서 초점의 위치가 서로 다르다.

 

광축에 멀리 떨어진 광선 일수록 더 크게 굴절하거나 반사하게 되는데,

 

이 때문에 렌즈 중심을 지나는 빛과 가장자리를 지나는 빛이 한 점에서 모이지 않고 퍼지게 된다.

 

구면 수차가 있는 망원경은 바늘끝처럼 예리한 별상을 만들지 못하고 별상이 부풀어오른 듯 보인다.

 

굴절이든 반사이든 거의 모든 망원경에 발생하는 수차로서 망원경을 설계할 때 세심하게 주의를 기울이면 제거할 수 있다.

 

뉴턴식 반사 망원경에서 주 반사경을 단순한 구면이 아닌 포물선으로 만드는 것도 구면 수차를 제거하기 위해서이다.

 

 

 

 

 

 

② 코마 수차

 

천체를 관측하다 보면 별에 꼬리가 달린 것처럼 늘어져 보이는 경우가 있다.

 

이는 코(COMA)수차 때문인데 대물렌즈나 반사경에 정면으로 입사하지 않고 비듬이 기울어져 입사하는 빛 때문에 일어난다.

 

코마가 있는 망원경은 모든 광선이 정확히 한점에 모이지 않고 따로따로 분산된다.

 

따라서 시야에 보이는 별상은 가장자리로 갈수록 점상이 아닌 특유의 혜성의머리(코마)모양으로 부풀어 오른다.

 

 

 

 

 

 

③ 비점수차

 

밝은 별을 맞춘 후 서서히 접안부를 밀어 넣으면 별상이 수평한 타원으로 찌그러지면서 초점이 맞는다.

 

초점을 지나서 계속해서 밀어 넣으면 이번에는 별상이 상하 타원으로 찌그러진다.

 

전형적인 비점 수차의 모습이다.

 

비점 수차는 대물렌즈나 반사경의 결함으로 생기는데 사람 눈으로 보면 난시에 해당하는 수차이다.

 

비점 수차가 있는 망원경은 초점에서 별상이 부풀어 오르고 초점을 전후해서는 타원으로 찌그러진다.

 

달을 관측해 보면 달이 이중 삼중으로 겹쳐 보이기도 한다.

 

비점 수차는 적절한 광학계의 설계로 제거할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

④ 상면 만곡

 

상면 만곡이란 상면이 휘어지는 수차인데 특히 천체 사진을 찍을 때 문제가 된다.멀리 나무한그루가 있다고 가정하자.

 

대물렌즈(반사경)는 나무의 상을 맺을 때 도화지 같이 평평한 면이 아니라 둥그렇게 굽은 면에 나무의 상을 맺는다.

 

평평한 필름으로 그 영상을 찍으려고 하니 당연히 문제가 된다.

 

상면 만곡이 심한 망원경은 시야 주변에 있는 별과 중앙에 있는 별의 초점이 동시에 맞지 않기 때문에

 

시야 중앙에 초점을 맞추면 주변에 있는 별이 부풀어 오르고, 주변의 별에 초점을 맞추면 중앙의 별이 부풀어 오른다.

 

정도가 심하지 않으면 안시 관측에서는큰 문제가 되지 않으나

 

정도가 심하면 눈에도 안 맞을 뿐아니라 사진 촬영도 하기 힘들다.

 

 

 

 

 

 

⑤ 왜곡 수차

 

왜곡 수차는 시야를 왜곡시키는 수차를 말한다.

 

쌍안경에서는 흔히 나타나는 현상으로, 왜곡 수차가 발생하면 시야속의 천체나 풍경이 실제와 다르게 일그러져보인다.

 

가까이 있는 건물의 모서리나 전선(직선물체)을 쌍안경으로 관측하면

 

모서리를 천천히 시야 주변부로 가게 하면 직선이던 모서리가 약간 휘어져 보인다.

 

이것이 바로 쉽게 확인해 볼수 있는 왜곡 수차 현상이다.

 

왜곡 수차의 모양에는 통형과 표창형 두 가지가 있다.