렌즈의 수차 #2, #3: 코마수차 & 비점수차

[머신비전 광학 기술 백서 #8] 렌즈의 수차: 코마 수차&비점 수차

  오늘은 구면 수차에 이어서 자이델의 5수차 중 두 번째, 세 번째 단색 수차인 코마 수차와 비점 수차에 대해 설명하도록 하겠습니다.  

 

 

 

 

1. 코마 수차

 

  코마 수차는 비축(광축에서 벗어난 곳)의 한 점에서 진행해온 빛이 렌즈를 통과할 때 각 위치에 따라 적용되는 굴절률이 달라 한 점으로 초점이 맺히지 않고 아래 그림과 같이 혜성의 꼬리처럼 맺히는 수차입니다. 구면 수차는 렌즈의 곡률에 의해 광축 위에서 초점이 맺히는 위치가 달라지는 것이기 때문에 점이 원으로 나타나는 것인데 비해, 코마 수차는 점을 혜성의 꼬리 형태로 결상하기 때문에 Comet(혜성) 수차라고 부릅니다. 이 코마 수차는 구면 수차와 마찬가지로 조리개를 조임으로써 개선이 가능합니다. 

<출처>Wikipedia

 

2. 비점 수차

  

  위에 설명한 코마 수차는 비축상의 한 점이 렌즈의 한 단면에서 굴절률의 차이로 인해 길죽하게 맺히는 현상이라면, 비점 수차는 이 한 단면과 수직인 면과의 초점 차이로 생기는 이미지 흐림현상 입니다. 아래 그림을 보시면 쉽게 이해할 수 있습니다. 

 

 

  위 그림에서 비축의 한점 P에서 나온 빛다발은 파란색 단면(자오면, Meridional plane 혹은Tangential plane), 즉 이 점과 광축이 만드는 단면을 통과하면서 이에 수직인 단면(구결면, Sagittal plane)을 통과하는 빛다발 보다 먼저 초점을 맺습니다. 각각의 면을 통과하여 생긴 초점의 중간에서 원반 형태의 초점이 생길 것이고, 앞 뒤에서 길쭉한 타원형태로 초점이 맺어지겠지요. 

 

  이러한 비점 수차는 광축에서 멀어질수록 심하게 나타나고, 렌즈의 성능을 저하시키는 큰 원인이 됩니다. 지난 번에 살펴본 MTF 그래프에서도 확인을 할 수가 있습니다. 

 

 

 

 위 그래프에서 X축은 이미지 서클, Y축은 MTF 값을, 각각의 색깔은 line pair의 주파수를 말합니다. 그런데 각 주파수별 MTF값이 실선(S, sagittal point)과 점선(T, tangential)으로 나뉘어 있는데 그 갈라진 정도가 비점수차를 나타냅니다. 즉, 파랑색인 36lp/mm를 보시면, 이미지 서클 0mm, 즉 광축 상에서는 당연히 비점 수차는 없을 것이고(렌즈는 대칭이기 때문에 광축에서는 자오면, 구결면의 굴절률 차이가 없음), 이미지 외곽으로 갈수록 갈라져 초점이 다름을 말해주고 있습니다. 

 

copyright 2014 (주)앤비젼 Inc. all rights reserved

이 게시글을 무단으로 복사해 게재할 경우 민, 형사상의 불이익이 있을 수 있습니다.

 

 

필진 소개

 

정세영, Sam Jung (앤비젼 제품 기획팀/광학 담당) 광학에 관한 이론은 간단하게, 현상은 조금 더 깊게, 복잡한 것들은 더 쉽게 설명하는 Optic Solution manager