광학 렌즈의 기하학 이해하기

광학 설계자들이 광학 렌즈에 대해 논의할 때, 그들은 단일 렌즈 요소 또는 렌즈 요소들의 그룹을 의미합니다 (그림 1). 모노리스틱 렌즈의 예로는 평면 볼록 (PCX) 렌즈, 이중 볼록 (DCX) 렌즈, 비구면 렌즈 등이 있습니다. 구성 요소들의 예로는 텔레센트릭 영상 렌즈, 무한 교정 목적 렌즈, 빔 확장기 등이 있습니다. 각 조합은 특정 렌즈 기하학을 가진 일련의 렌즈 요소들로 구성되어 있으며, 각각 고유한 방식으로 빛을 제어합니다.

그림 1: 평면 볼록 렌즈 (왼쪽의 단일 요소)와 텔레센트릭 영상 렌즈 (오른쪽의 요소 조합)

스넬의 굴절 법칙

각 종류의 렌즈 기하학에 대해 자세히 살펴보기 전에, 먼저 광학 렌즈가 굴절 속성으로 어떻게 빛을 굽히는지 고려해 보십시오. 굴절은 빛이 매질에 진입하거나 이탈할 때 특정 양만큼 휘어지는 현상입니다. 이 편차는 매질의 굴절률과 표면 법선에 대한 빛의 각도의 함수입니다. 이 속성은 스넬의 굴절 법칙(방정식 1)에 의해 지배되며, 여기서 n1은 입사 매질의 굴절률, θ1은 입사 빛의 각도, n2는 굴절 매질의 굴절률, 그리고 θ2는 굴절된 빛의 각도입니다. 스넬의 법칙은 빛이 다양한 매질을 통과할 때 입사각과 전달각 간의 관계를 설명합니다(그림 2).

스넬의 굴절 법칙

각 종류의 렌즈 기하학에 대해 자세히 살펴보기 전에, 먼저 광학 렌즈가 굴절 속성으로 어떻게 빛을 굽히는지 고려해 보십시오. 굴절은 빛이 매질에 진입하거나 이탈할 때 특정 양만큼 휘어지는 현상입니다. 이 편차는 매질의 굴절률과 표면 법선에 대한 빛의 각도의 함수입니다. 이 속성은 스넬의 굴절 법칙(방정식 1)에 의해 지배되며, 여기서 n1은 입사 매질의 굴절률, θ1은 입사 빛의 각도, n2는 굴절 매질의 굴절률, 그리고 θ2는 굴절된 빛의 각도입니다. 스넬의 법칙은 빛이 다양한 매질을 통과할 때 입사각과 전달각 간의 관계를 설명합니다(그림 2).

그림 2: 스넬의 굴절 법칙