응용 광학기기

소개글

응용 광학기기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

광학기기의 종류
렌즈
1.렌즈의 역사
2.수차

망원경
1. 망원경의 역사
2. 망원경의 원리
3. 망원경의 종류
1). 굴절망원경
2). 반사망원경
3). 반사굴절망원경
4. 접안렌즈
1).접안렌즈의 원리
2).접안렌즈의 시야
3).접안렌즈의 종류

현미경
1. 현미경의 역사
2. 현미경의 원리
3. 현미경의 한계와 해상력을 결정짓는 요인
4. 현미경의 용도
5. 구성장치

본문내용

현미경은 이런 볼록렌즈와 오목렌즈를 사용한 기기들이다.
2. 수차
렌즈는 사물을 확대하여 보는 물체로서 광학적으로 고유한 특성을 가지고 있다.
이를 수차(收差:Aberration)라고 하며 주로 렌즈의 형태와 빛에 의해 발생하는 현상이다. 종류는 모두 5가지이며 파장의 차이로 생기는 색수차를 제외한 수차를 구면수차라고 하는데 이는 렌즈의 형태에 의해서 나타나는 현상이다.
1). 색수차
렌즈에서만 발생되는 수차로 굴절 망원경에서 가장 중요한 문제로 반사망원경에는 거의 없다. 광학계에서 한 상을 맺을 때 한 점에서 나온 영상이 빛깔이 있어 보이거나 일그러지는 현상을 말한다.
빛이 렌즈를 통과할 때 빛의 각 파장에 따라 굴절율의 차이가 생기므로 굴절 결과 파장이 짧은 빛은 더 심하게 굴절하므로 초점이 각각 다르게 맺히게 되기 때문에 생긴다.
보정법으로는 굴절율이 서로 다른 유리를 이용하여 렌즈(프린트유리, 크라운유리)를 만들면 된다. 그러나 완전히 색수차를 보정하지는 못한다(98%). 이러한 색지움 렌즈로는 Achromatic Lens, Apocroamtic Lens등이 있다. 광학유리는 분산능이 약하고, 굴절율이 1.6이상인 크라운 유리(K)와 분산능이 세고, 굴절율이 1.6이상인 프린트 유리(F)로 나뉜다.
2). 구면수차(대칭수차)
망원경의 시야 중심에 별을 넣어 초점을 아무리 잘 맞추어도 별이 점상이 되지 않고 어느 정도의 크기를 가진 원형으로 보여 별이 확실하게 보이지 않는 현상을 구면수차라고 한다.
원인은 광축에 대해서 평행으로 들어온 빛이 렌즈의 중심을 통과했을 때와 바깥을 통과 했을 때 각기 다른 초점에 모이는 경우에 구면수차가 생긴다. 이 구면수차가 생기면 점상의 빛이 둥근 테를 이루게 된다. 이 구면 수차는 렌즈의 구경이 작고 초점거리가 길수록 작아진다.
보정법은 렌즈의 경우는 렌즈의 조리개를 작게 하거나 프린트 유리를 사용한 오목렌즈를 조합시켜 복합렌즈를 만들면 되고, 반사경은 반사면을 완전히 포물면으로 하면 된다. 잔존 구면수차는 구경이 같을 때 초점거리가 길수록 작아진다.
3). 코마 수차(Coma aberration:비대칭 수차)
코마란 혜성의 형상을 말하는 것으로 입사하는 광선이 광축과 평행하게 들어오지 않고 비스듬하게 입사하는 경우에 상이 혜성의 꼬리처럼 보이는 것이다. Coma 수차는 주로 시야의 가장자리에서 나타나는데 코마수차는 뉴튼식 반사망원경에 있어서 가장 큰 문제점이다
보정법은 구면 수차와 코마수차를 동시에 보정한 렌즈를 아프라나트(aplanat : 현재 사용중인 광학계의 대부분, 색수차까지 제거, 넓은 화각의 범위내에서 색수차까지 제거, 다만 반사망원경에 대해서만은 구면수차와 색수차는 제거되나 코마수차가 제거되지 않는다.)라 한다. 뉴튼식 반사망원경의 경우는 촛점 거리를 길게 한다. 카세그레인식이나 슈미트식 혹은 막스토브식은 이러한 수차를 거의 제거 할 수 있다.
4). 비점 수차(Astigmatism)
비점 수차는 렌즈의 가공시의 가공 불량이나 혹은 렌즈나 반사경 재료의 불량과 같은 근본적인 것과 렌즈나 반사경의 비틀림 변형등의 외부적인 요인의 의해 생기는 것이다. 망원경의 시야에 별을 넣고 촛점에서 앞, 뒤로 핀트를 흐리게 맞추어 볼 때 별이 둥근 원호상으로 커졌다 다시 작아지지않고 그림과 같이 변화되는 것을 의미한다.
이는 렌즈나 반사경이 정확하게 연마 되어 있고 그 고정 방법이 적절하다면 별 문제없이 제거된다.
5). 상면 만곡 ( curvature of image field )
물체의 축상에 있는 부분적 초점거리와 축 외에 있는 부분적 초점거리가 동일 평면상에 있지 않고 만곡되어 있는 것으로 카메라에서는 중요한 수차이지만 망원경에서는 구경비가 크기 때문에 별 영향을 미치지 못한다.
현미경에선 평평한 시료를 확대시킨 렌즈의 초점 이미지는 렌즈가 이루고 있는 렌즈의 곡면 구조와 닮아있다. 즉 렌즈에 의해 맺힌 상은 평면이 되어야 하나 곡면을 이루게 된다.
이는 렌즈 양면의 곡률에 의하여 일어나는 현상인데 가령 현미경을 통해서 시료를 관찰할 때 같은 초점위치에서 이미지의 중앙 부분이나 가장자리 부분 중 한부분이 뿌옇게 보이는 것을 발견할 수 있다. 이것이 바로 렌즈가 이루고 있는 곡률 때문에 발생하는 현상이다.
옆의 그림에서 a)부분과 b)부분의 초점이 거의 맞았다고 봤을 때 a) 부분에서는 가장자리가, b)부분에서는 가운데 부분이 뿌옇게 보이게 된다. 현미경에서 가장 흔히 발견할 수 있는 현상이다. 이를 보정하기 위해서 볼록렌즈와 볼록렌즈 사이에 오목렌즈를 사용하게 된다.
6). 왜곡 수차
쌍안경을 멀리 수평선을 볼 때 시야의 중앙은 수평으로 보이나 시야의 상하에서는 곡선상으로 보이는 것이다. 천체 망원경에서는 별 문제가 되지는 않는다. 현미경에서는 그림3)과 같이 광축에서 떨어진부분에서 배율을 확대할 경우 결상점의 상이 그림의 (a)와 같이 Pincushion 형태를 나타내며 반대로 배율을 낮출 경우 그림의 (c) 와 같이 Barrel distortion 형태를 나타낸다.
망원경
1. 망원경의 역사
1608년 네덜란드의 안경 제조업자인 리프세이 (Hans Lipershey)의 두 아들은 우연히 두 개의 렌즈를 적당한 간격으로 두었을 때 멀리 있는 물체를 확대해 볼 수 있다는 사실을 발견하게 된다. 이 사실을 전해들은 갈릴레이는 볼록렌즈와 오목렌즈를 조합한 망원경을 제작하게 된다.(1609년)
갈릴레이 이후 망원경은 급속도로 보급되는데 그가 처음 만들어 사용하던 망원경은 앞서 언급한 것처럼 볼록렌즈와 오목렌즈를 합성한 것으로 이를 갈릴레이식 망원경이라 부른다. 이는 정립상 즉 사물을 보이는 그대로 볼 수가 있지만 시야가 좁은 단점이 있었다.
이와는 달리 대물렌즈와 접안렌즈 모두 볼록렌즈로 된 망원경이 1611년 케플러에 의해 제안되는데 이를 케플러식 망원경이라 한다. 그러나 그는 단지 그의 저서에 망원경의 설계도를 제시했을 뿐 실제 제작하지는 않았다. 이 망원경은 갈릴레이식 보다 더 넓은 시야를 볼 수 있지만 도립상이 생기는 단점이 있다.
이후 1668년에 뉴튼에 의해 종전과 다른 방식의 망원경이 개발

키워드

망원경,   현미경,   응용과학,   광학기기,   조사자료