광학실험 기하광학 Paraxial ray optics cloaking

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목차

Ⅰ. 서론 (Introduction)
1. 색수차
2. 색수차 보정 - Achromatic doublet
3. 색수차 보정 – Spaced Doublet
4. 색수차 보정 – Apochromatic
5. Cloaking 구현하기

Ⅱ. 실험 결과 (Results and Discussion)
1. 굴절력과 곡률
2. Lens Drawing Conditions, Lens Data
3. 단렌즈의 경우
4. Achromat doublet
5. Apochromat - Double Lens
6. Huygens eyepiece
7. 기성 제품 렌즈 재현하기
8. Cloaking
9. 결과 분석

Ⅲ. 결론 (Conclusion)

Ⅳ. 참고문헌 (Reference)

본문내용

서론 (Introduction)
색수차에 대해서 공부를 하면서 간단하게 설계한 ‘Single lens’, ‘Achromat’, ‘Apochromat’ 렌즈에 따라 어떻게 왜곡이 줄어드는지 ‘oslo edu’ 프로그램을 통해 직접 확인해보고 싶었다. 또, 집에 있는 카메라 렌즈의 왜곡의 정도는 어떻게 되는지 궁금했으며, 논문 ‘Paraxial ray optics cloaking’에서 만든 ‘4-lens 클로킹’을 재현해 보고 싶었다. 하지만, 기하광학을 듣지 않아서 그런지 이론을 이해하기가 쉽지 않았다.

1) 색수차
프리즘에서 광선 경로가 이탈하는 정도는 아래 식으로 나타낼 수 있다.
θ(λ)≈[n(λ)-1]ϕ (1)

따라서, 파장에 따라 굴절되는 각도가 달라진다. 따라서, 렌즈에서도 아래의 그림처럼 색수차가 발생한다.

[그림 1] 색수차를 강하게 나타내기 위해 설계한 렌즈

[그림 2] Chromatic Aberration의 종류
[그림 2]처럼 색수차가 얼마나 일어나는지 확인하는 여러가지 방법이 있지만, oslo edu에서 쉽게 확인할 수 있는 것은 ‘Lateral Chromatic Aberration’ 이므로 이를 이용해 색수차의 정도를 확인할 것이다. [그림 1]에서 나타난 종방향 색수차와 횡방향 색수차의 정도는 아래와 같다.

[그래프 1] Chromatic Lateral Shift

[그래프 2] Chromatic Shift

위 그래프의 범례에 ‘0.5, 0.7, 0.85’의 경우는 파장을 말한다. 따라서, 시간이 지나며 이 색수차를 줄이는 여러가지 방법을 고안했는데, 대표적인 것이 ‘Achromat’, ‘Apochromat’이다. 색수차를 보정하기 위해서는 단렌즈에서의 색수차에 대한 공식을 확인하고 이를 보정하기 위해 계산을 해야 할 것이다. 따라서 일단 얇은 렌즈의 경우에서 계산을 해보자.

참고 자료

Yi-Chin Fang, et al, “Eliminating chromatic aberration in Gauss-type lens design using a novel genetic algorithm”, (2007)
Kyu-Tae Lee, 기하광학 강의노트 “Chapter7. Introduction to aberrations”
Wikipedia : http://en.wikipedia.org
Hyperphysics : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/
Refractive index database : https://refractiveindex.info/
SCHOTT : https://www.schott.com/
Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS : https://www.telescope-optics.net/
THORLABS : https://www.thorlabs.com/
Joseph S. Choi and John C. Howell, “Paraxial ray optics clocking”