자이델의 5수차

 

  자이델의 5수차는 렌즈의 불완전성으로 발생하는 화상의 휘어짐이나 흐려지는 현상을 말하는 것으로 1850년경 독일의 수학자인 자이델(Seidel)이 이론적으로 밝혀냈습니다. 렌즈의 형태에서 오는 설계상의 문제로 렌즈가 중심과 주변의 두께가 다른 점과 렌즈 제작시 들어가는 물질의 불완전성으로 발생 되는 것입니다. 이러한 오차를 수차(Abberation) 라고 하는 데 수차의 종류에는 구면수차, 왜곡수차, 상면만곡수차, 비점수차, 코마수차 가 있습니다.

  구면수차(spherical aberration)

  구면수차는 광축에 평행으로 입사된 빛이 렌즈를 투과할 때, 렌즈의 주변 부를 통과한 빛이 렌즈의 중심부를 통과한 빛보다 더 짧은 거리에 초점을 맺는 현상입니다. 렌즈의 두께 차이로 생기는 빛의 굴절 차이에서 오는 것으로 구면 수차는 빛이 어느 위치로 들어오느냐에 따라서 초점의 위치가 서로 다르게 나타납니다. 조리개를 조여 렌즈의 주변부 사용을 최대한 억제하면 이것을 해결 할 수 있습니다.

  왜곡수차(distortion of image)

  렌즈가 구면이기 때문에 렌즈를 통해 맻힌 상의 직선이 휘어보이는 현상으로 초점과 관계없이 일어납니다. 광각렌즈에서의 왜곡수차와 망원렌즈에서의 왜곡수차는 각각 다르게 왜곡이 일어나는데 각각 통형 실패형으로 일그러집니다. 초점거리가 짧은 광각으로 갈수록 왜곡은 심하게 나타납니다.

 

  상면만곡수차(curvature of image field)

  이 수차는 비점수차와 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 렌즈의 중심부에 상이 맞으면 주변부의 상이 흐려지고 반대로 주변부에 상이 맞으면 중심부의 상이 흐려지는 현상을 말합니다. 이것은 렌즈가 구면이고 상을 맺는 면은 평면이기 때문에 발생 합니다.

  비점수차(astigmatism)

  경사지게 입사한 빛이 좌우나 상하로 번져 수직방향과 수평방향의 상의 초점이 일치하지 않는 현상을 말하는데 사람 눈으로 보면 난시에 해당하는 수차입니다. 렌즈의 중앙에서 떨어져 있는 상이 완전한 점이 되지 않고 고리 모양 또는 방사상으로 흐릿해지는 현상입니다. 이것은 조리개를 조이면 줄일 수 있는데 최근 사용되는 대부분의 카메라의 렌즈에는 이 수차가 보정되어 있습니다.

  코마수차(comatic aberration)

  경사지게 입사한 빛이 초점면에서 하나로 모이지 않고 혜성 모양으로 흐려져 맺히는 현상으로, 렌즈의 주변부분을 통과하는 광선은 중심을 통과하는 광선보다 심하게 굴절되어 상이 점으로 맺히지 않고 혜성의 꼬리처럼 흐려지는 현상으로 콘트라스트가 저하됩니다. 대구경렌즈에서 많이 발생하며, 이것또한 조리개를 조임으로써 해결 할 수 있습니다.

  이러한 렌즈의 여러 수차들은 비구면 렌즈의 사용으로 줄일 수 있으며 정확한 초점이 맺혀지므로 구면 렌즈 보다 선명한 사진을 얻을 수 있습니다. 또한 렌즈를 만들 때 1매로 만들지 않고 여러개의 렌즈를 겹쳐 사용하는 것도 수차를 줄이기 위한 한가지 방법 입니다. 대구경 렌즈에서는 소구경 렌즈보다 수차가 적게 일어납니다. 이것은 구경이 클수록 구면의 곡률 반경이 커지기 때문입니다. 수차를 전혀 없애는 법은 현재까지 나와있는 광학적 기술로는 부족하여 힘듭니다. 조리개를 줄이는 등 수차를 조금씩 줄여 방지하는 것이 선명하고 올바른 상을 얻을 수 있는 최선의 방법일 것 입니다.