수차

6. 수차(Aberration)

수차란 상을 맺을 때 한점에서 나온 빛이 광학계를 통한 다음 한점에 모이지 않아 영상이 빛깔이 있어 보이거나 일그러지는 현상이 나타나는 것을 말한다. 이러한 수차들이 나타나는 원인에 따라 다음과 같이 나뉜다.

① 색수차

유리의 굴절율이 빛의 각 파장에 따라 다르기 때문에 나타나는 수차로 프리즘이 바로 이 색수차를 이용것이다. 렌즈 역시 빛을 받으면 프리즘 역할을 하게 되어 파란색의 초점과 빨간색의 초점이 다르게 나타난다. 그래서 물체가 색깔별로 번져 보이게 된다. 그러므로 색수차는 굴절 현상을 이용한 렌즈메만 있고 mirror에는 존재하지 않는다.

색수차를 보정하기 위한 방법으로, 쌍안경 등에서 가장 많이 사용되는 것으로 flint 유리(굴절율이 크다)와 crown 유리를 조합하여 사용하는 방법이 있다<그림 21>. 그러나 이 렌즈로도 색수차를 완전히 제거하지는 못한다. 그러므로 색수차를 줄이기 위해 렌즈가 프리즘의 역할을 못하도록 f수가 큰 것을 사용하게 된다. 이것이 바로 굴절 망원경이 구경에 비해 초점거리가 매우 긴 이유다.

<그림 20> 렌즈에 의한 색수차

<그림 21> 두장의 렌즈로 색수차를 제거한다

② 구면수차

렌즈가 구면으로 되어 있어서 점의 상이 점으로 모이지 않고 어느 정도 크기를 가진 원형의 상으로 모이는 경우를 말한다. 즉, 렌즈의 중심부를 지나는 광선과 주변부를 지나는 광선이 하나의 초점에 모이지 않기 때문에 생기는 수차로, 아무리 초점을 맞추어도 별이 흐리게 보인다.
이 구면수차를 줄이기 위해 렌즈는 flint 유리의 오목렌즈를 조합시켜 면을 완전한 포물면으로 만들면 된다.

<그림 22> 구면 수차

③ 코마수차

광축을 벗어난 입사광선에서 중심과 가장자리를 지나는 빛이 일치하지 않아 혜성과 같이 꼬리를 늘인 것과 같은 모습일 경우를 말한다. 코마수차는 뉴톤식 망원경의 가장 큰 문제점이기도 하다.
코마수차를 제거하기 위해 카세그레인식, 슈미크식 등의 망원경이 개발되어 이 수차는 거의 제거되었다.

④ 비점수차

렌즈가 완전한 구면이 아닌 약간 원통형으로 연마되어서 생기는 수차를 말한다. 주로 렌즈의 가공 불량, 재료 불량, 비틀림 등이 원인이 된다.

⑤ 만곡수차

물체의 중심부와 주변부 빛의 초점 거리가 같지 않고 상이 곡면을 그리는 수차이다.

⑥ 왜곡수차

확대경으로 방안지를 볼 때 가로, 세로 선이 주변부에서 구부러져 보이는 수차이다.

7. 참고 자료

Sam Brown, All about TELESCOPES (3rd Edition), Edmund Scientific Co.(1976)
, 동아리 Seminar 자료(1993년)
, 동아리 Seminar 자료(1994년)
, 동아리 Seminar 자료(1997년)