코마수차 현상의 원인_Coma Aberration

 

▷자이델 5대 수차_ 코마수차 편◁

 

광학에서 수차는 간단히 말해서 이상적인 상에서 벗어나는 현상이라고 말할 수 있다.

구면수차는 한번 포스팅한 적이 있었는데 이때 수차의 분류에 대해 다뤘었다.

 

2020/05/15 - [꿀나리의 광학 페이지] - 비구면 렌즈가 비쌀 수밖에 없는 이유_구면수차 편

비구면 렌즈가 비쌀 수 밖에 없는 이유_구면수차 편

 

기하광학을 배웠다면 자이델의 5대 수차는 필수적으로 알아야 한다고 생각해서 정리해보려고 한다.

( 색수차는 가장 마지막에 다뤄보기로 하자. )

그중에서 오늘은 자이델 5대 수차, 두 번째 순서 '코마수차'에 대해 알아보자.

 

Coma Aberration

그림을 보면 빛이 theta 만큼 광축에서 벗어나게 진행한다.

즉, 코마수차는 비축의 한 점에서 빛이 진행하여 렌즈를 통과하는 데,

이렇게 되면 렌즈를 통과할 때 위치에 따라 굴절률이 달라지기 때문에 스크린 상에 하나의 초점이 맺히지 못하게 된다.

스크린상에 맺힌 점들의 결상 형태를 보면 마치 혜성의 꼬리 같다 하여 Comet = 혜성 수차라고 부른다.

 

이전에 했던 구면수차와 비교해보면

구면수차의 경우 광축 위에서 초점이 맺히는 위치가 달라지기 때문에 스크린 상의 결상 형태가 원이지만

코마수차는 광축에서 벗어나 스크린에 결상 형태가 꼬리 형태로 나타나는 게 차이점이다.

 

비구면 렌즈를 사용하거나 조리개를 사용하여 구면수차를 제거하면 광축상의 물점에 대한 상은 이상적일 지라도

광축 밖의 물점에서 나온 빛에 의해 생기는 코마수차 문제가 생긴다. 코마수차 역시 조리개를 조여서 개선이 가능하다.

 

 

+심화과정

계산해보진 않을 것이지만

코마의 모양을 계산할 수 있다.

Coma Circle, Shape

코마의 Tangential과 Sagital의 관계,  코마 원의 반지름, 코마 모양의 치수는 다음의 식으로 주어진다.

 

$$C_{\tau }=3Cs$$

$C_s=\frac{j{h}^2}{f^3}(G_p+W_q)$  Where   $G=\frac{3}{4n}(2n+1)$  and   $W=\frac{3(n+1)}{4n(n-1)}$

$y=C_s(2+2cos\psi )$  and  $z=C_s(sin2\psi )$

 

이외에도 깊게 들어가면 렌즈를 설계할 때 구면수차와 코마수차를 최소화하기 위한 계산도 있고,

구면수차와 코마수차가 제거된 광학계로  Aplanatic  렌즈에 대한 이야기도 있다.

 

자이델 5대 수차_ 코마 수차 편