수차렌즈 및 곡면 거울과 같은 광학 시스템에서 렌즈를 통한 광선의 편차로 인해 물체의 이미지가 흐려집니다. 이상적인 시스템에서 객체의 모든 점은 이미지에서 0 크기의 점에 초점을 맞 춥니 다. 그러나 실제로는 각 이미지 포인트가 유한 크기와 비대칭 모양의 볼륨을 차지하므로 전체 이미지가 약간 흐려집니다. 수차가없는 이미지를 생성하는 평면 미러와 달리, 렌즈는 불완전한 이미지 생성기로, 광축에 평행 한 중심 (렌즈 표면에 수직 인 중심을 통과하는 선)을 통과하는 광선에만 이상적입니다. 구면을 갖는 렌즈에서 물체-이미지 관계를 위해 개발 된 방정식은 근사적일 뿐이며 근축 광선, 즉 광축과 작은 각도를 이루는 광선 만 처리합니다. 단일 파장의 빛만 존재하는 경우 구면 수차, 코마, 비점 수차, 필드 곡률 및 왜곡이라는 5 가지 수차가 고려됩니다. 렌즈에서 발견되는 6 차 수차 (거울은 아님), 즉 색수차는 빛이 단색이 아닌 경우 (한 파장이 아님) 발생합니다.
광학: 렌즈 수차
렌즈가 완벽하고 물체가 단색광의 단일 지점 인 경우 위에서 언급 한 것처럼
구면 수차에서, 구면을 갖는 렌즈의 광축상의 한 지점으로부터의 광선은 모두 동일한 이미지 지점에서 만나지 않는다. 렌즈 중심을 향하여 통과하는 광선은 림 근처의 원형 영역을 통과하는 광선보다 먼 곳에서 초점을 맞 춥니 다. 렌즈를 만나는 축 방향 물체 점으로부터의 모든 광선 원뿔에 대해, 원뿔 영역의 직경에 따라 길이가 다른 이미지 원점을 형성하기 위해 수렴하는 광선 원뿔이있다. 광축에 직각 인 평면이 원뿔과 교차하도록 만들어 질 때마다, 광선은 원형 단면을 형성 할 것이다. 단면적은 광축을 따라 거리에 따라 달라지며, 가장 작은 크기는 최소 혼동의 원으로 알려져 있습니다. 구면 수차가없는 이미지가이 거리에서 발견됩니다.
점 이미지가 혜성 모양으로 흐려져 소위 코마 (coma)는 축외 대상 지점의 광선이 렌즈의 다른 영역에 의해 이미지화 될 때 생성됩니다. 구면 수차에서, 광축에 대해 직각으로 평면 상에 떨어지는 축상 물체 점의 이미지는 형상이 원형이고, 다양한 크기이며, 공통 중심 주위에 중첩된다; 코마에서, 축외 오브젝트 포인트의 이미지는 원형이고, 다양한 크기이지만 서로에 대해 변위된다. 첨부 된 다이어그램은 두 개의 이미지가 과장된 경우를 보여줍니다. 하나는 중심 원추형 원뿔과 다른 하나는 림을 통과하는 원뿔형입니다. 코마를 줄이는 일반적인 방법은 다이어프램을 사용하여 광선의 외부 원뿔을 제거하는 것입니다.
구면 수차 및 코마와 달리 비점 수차는 렌즈의 단일 영역이 단일 축에서 비축 점의 이미지에 초점을 맞추지 못하기 때문에 발생합니다. 3 차원 개략도에 도시 된 바와 같이, 광축을 통과하는 서로 직각 인 2 개의 평면은 자오선 평면 및 시상면이며, 자오선 평면은 축외 객체 지점을 포함하는 평면이다. 경사면이라고하는 자오선 평면에없는 광선은 평면에있는 광선보다 렌즈에서 멀리 떨어져 있습니다. 두 경우 모두 광선이 점 초점에서 만나지 않고 서로 수직 인 선으로 만납니다. 이 두 위치 사이의 중간에 이미지의 모양이 타원형입니다.
필드의 곡률 및 왜곡은 서로에 대한 이미지 포인트의 위치를 나타냅니다. 렌즈 설계에서 이전의 세 가지 수차를 보정 할 수 있지만이 두 가지 수차가 남아있을 수 있습니다. 필드 곡률에서 광학 축에 수직 인 평면 객체의 이미지는 Petzval 표면 (헝가리어 수학자 József Petzval 이후)이라는 포물면에 놓입니다. 확대 용지 또는 프로젝션 스크린이 평평한 표면에 놓여있을 때 필름 평면 및 프로젝션을 일치시키기 위해 사진에서 플랫 이미지 필드가 바람직하다. 왜곡은 이미지의 변형을 말합니다. 렌즈에 존재할 수있는 두 종류의 왜곡이 있습니다: 축과의 거리에 따라 확대가 감소하는 배럴 왜곡과 축과의 거리에 따라 확대가 증가하는 핀쿠션 왜곡.
마지막 수차 인 색수차는 렌즈가 모든면에 동일한 평면에 초점을 맞추지 못하는 것입니다. 굴절률은 스펙트럼의 적색 끝에서 가장 낮기 때문에, 공기 중 렌즈의 초점 거리는 청색과 보라색보다 적색과 녹색에서 더 큽니다. 배율은 색수차의 영향을받으며, 광학 축을 따라 다르고 수직입니다. 첫 번째는 세로 색 수차, 두 번째는 측면 색 수차입니다.
