Oil Spaced와 Air Spaced 렌즈
TMB의 석장짜리렌즈나 다까하시 TOA의 경우에는 3장 짜리렌즈를 사용하고 있는데, 세장의 렌즈는 각각 공극, 즉 공기중에 떨어 뜨려 놓은 Air spaced 설계이고, 크리스틴 삼중렌즈로 유명한 미국의 아스트로피직스의 망원경이나, 최근의 TEC의 APO시리즈의 망원경은 같은 세장을 사용하더라도 공기중에 띄워 놓지 않고 렌즈 사이에 특수한 오일을 발라 겹쳐 놓은 방식으로 Oil spaced 렌즈라 하고 있습니다.
오일을 채움으로서 얻는 이점은 3개의 렌즈가 만나는 면(4개의 면이 되겠죠)에 충분한 광내기와 AR코팅을 하지 않아도 되기 때문에 비용도 절감할 수 있을 뿐더러 AR코팅면 보다 투과율이 높기에 렌즈 전체의 총 투과율도 증가하고 더불어 콘트라스트 향상 효과가 있습니다. 공기와 만나는 면은 2면 뿐이고 그 곳에만 AR코팅을 하기 때문입니다. (Aired의 경우엔 6면)
그렇다고 구면 정밀도를 상관안하고 대충 연마하는 것과는 의미가 다르다는 것에 주의해야 합니다.
또하나의 장점은 3장이 붙어 있기 때문에 온도적응 시간이 다른 삼중렌즈에 비해 짧습니다. (약 30분 -5인치 기준) 렌즈셀의 설계와 제작도 용이하겠군요..
충진한 오일도 아주 미량이지만 역시 두께가 있고 오일의 고유 굴절율이 있기에 수차 수정 등의 렌즈 설계에 영향을 미칩니다만, 렌즈초자에 따라 분해능이 변하지 않는 것처럼 오일 첨가 여부는 분해능과는 상관이 없겠죠.
렌즈가 맞닿는 2곳(4면)은 각각의 곡률반경이 동일하게 설계를 하게 되고 그런 두면을 포개 놓게 되므로 그 사이에 들어가는 오일의 양은 아주 미량입니다. (아마 얼굴에 흐르는 개기름 보다 적을 겁니다.^^;) 정확히 같은 곡률반경으로 연마된 렌즈면에 오일을 발라 2장을 겹치므로 그 표면장력(맞나요?)의 힘으로도 좀 처럼 두장이 떨어지질 않게 됩니다. 물론 오일이 줄줄 흘러내리지도 않는 것은 당연하답니다.
그렇지만 조심해야 할 것은 렌즈면의 강한 스트레스나 열적 쇼크입니다. 특히 렌즈의 소재가 다른 두면 사이에 오일이 있으므로 급격한 온도 변화는 누유의 위험이 있습니다. 열적 쇼크에 약하므로 헤어드라이기를 전면에 대고 오래 사용하거나 난로등을 이용하여 서리나 이슬을 말리는 것을 삼가해야 합니다.
(어떻게 아냐고 물어보는 것은 저를 두 번 죽이는 겁니다. 130EDF 사이에 있는 오일을 빼내어서 후라이에 쓰려고 분해한 아픈 기억이 있기에… ^^)
또하나, 우리 아마추어들 사이에서 논란의 대상이 되는 것은 과연 Air spaced가 좋으냐, Oil spaced가 좋으냐는 것입니다. Air Spaced로 하게 되면 Oil보다 적어도 2면 이상의 광학면 설계를 자유롭게 할 수 있습니다. (Oiled는 2면이 붙은 것이 2곳이므로) 또 공극의 거리를 자유로이 할 수 있습니다. (TOA처럼 렌즈 사이를 많이 띄움) 따라서 설계만 잘 한다면 광학수차를 이상적으로 제거 할 수 있게 됩니다. 그 반면에 Oiled로 하면서 이상적인 수차보정을 구현하려면 자유도가 감소하므로 Aired보다 설계가 더 어렵게 됩니다. 따라서 좀더 좋은 소재를 써야 하고 경우에 따라서는 AP와 같이 한 면을 비구면으로 가공해야 합니다. (비구면 가공은 아주 힘듭니다.) 따라서 형식만을 가지고 어느것이 좋으냐를 구분하기는 어렵다는 결론입니다.
현미경에 사용되는 오일렌즈의 원리를 보고 망원경의 Oil spaced가 분해능을 증가시킨다고 하셨지만..
아래에 올려 놓은 현미경의 오일방식 대물렌즈는 본 적이 없으나 추측컨데 망원경에서의 Oil Space와는 설계개념이 다릅니다. 오일렌즈 현미경도 대물 렌즈 사이에 (안에) 오일을 넣지는 않을 것이고 Numerical Aperture를 증가시키기 위해 시료나 시료를 덮는 유리 덮개와 대물렌즈 사이를 오일로 채워 넣는 구조로 생각됩니다. 이 오일은 매번? 자주? 갈아주는 것일 거고 그 덮게 유리나 대물렌즈의 굴절률등 광학설계와 매칭이 잘 되는 것으로 해야겠죠. 현미경에서 분해능을 높이려면 고배율 대물렌즈로 시료를 최대한 렌즈와 가까이해서 봐야할거고 이때 시료에서 나온 광선이 첫번째 대물렌즈로 많이 들어오기위해 (NA를 크게하기 위해) 공기보다는 오일이 효과적이란 이야기겠죠.
차정원님께서 말씀하신
“커버글라스 위로 조금 떨어져서 크기를 정해놓은 대물렌즈를 그리면 지금의 상태로는 커버글라스 윗면에서 꺽여서 빛이 나가지만 굴절률 1.5의 기름을 그 사이에 넣으면 빛이 꺽이지 않고 직진하므로 대물렌즈에 더 많은 광선이 들어가므로 광량도 많아지고 NA값도 커진다는 것입니다.”는 말이 오일렌즈현미경을 잘 설명하는 것 같습니다.
비유가 될지는 모르지만 아마도 그런 분해능 증가 효과를 망원경에서 내려면 렌즈 사이에 오일을 채우는 것이 아니라 목성과 지구 사이를 오일로 채워야 하지 않을까 합니다. (그래도 NA는 증가하진 않겠죠?)
딴 이야기이지만 현미경에서 분해능을 높이려면 관측 파장을 짧게 하는 것도 있겠네요. 천체는 고유 파장이 있으므로 변경 불가지만 현미경 시료는 쪼이는 빛의 파장을 바꿀 수 있으므로 (보라색 쪽으로 하면 ) 분해능 증가 효과가 있을 거 같단 추측입니다.
무한광원으로 부터오는 빛을 수렴하는 망원경은… 코 앞에 가까이 놓고 보는 현미경의 설계와는 달라야 하지 싶습니다. 무한 광원을 볼 때 렌즈사이에 (혹은 앞에) 오일을 바른다고 분해능이 증가하지는 않을 거란 생각입니다. 망원경의 무한광원에서 주 요소는 구경Aperture 만으로 충분하단 생각입니다.
TMB의 석장짜리렌즈나 다까하시 TOA의 경우에는 3장 짜리렌즈를 사용하고 있는데, 세장의 렌즈는 각각 공극, 즉 공기중에 떨어 뜨려 놓은 Air spaced 설계이고, 크리스틴 삼중렌즈로 유명한 미국의 아스트로피직스의 망원경이나, 최근의 TEC의 APO시리즈의 망원경은 같은 세장을 사용하더라도 공기중에 띄워 놓지 않고 렌즈 사이에 특수한 오일을 발라 겹쳐 놓은 방식으로 Oil spaced 렌즈라 하고 있습니다.
오일을 채움으로서 얻는 이점은 3개의 렌즈가 만나는 면(4개의 면이 되겠죠)에 충분한 광내기와 AR코팅을 하지 않아도 되기 때문에 비용도 절감할 수 있을 뿐더러 AR코팅면 보다 투과율이 높기에 렌즈 전체의 총 투과율도 증가하고 더불어 콘트라스트 향상 효과가 있습니다. 공기와 만나는 면은 2면 뿐이고 그 곳에만 AR코팅을 하기 때문입니다. (Aired의 경우엔 6면)
그렇다고 구면 정밀도를 상관안하고 대충 연마하는 것과는 의미가 다르다는 것에 주의해야 합니다.
또하나의 장점은 3장이 붙어 있기 때문에 온도적응 시간이 다른 삼중렌즈에 비해 짧습니다. (약 30분 -5인치 기준) 렌즈셀의 설계와 제작도 용이하겠군요..
충진한 오일도 아주 미량이지만 역시 두께가 있고 오일의 고유 굴절율이 있기에 수차 수정 등의 렌즈 설계에 영향을 미칩니다만, 렌즈초자에 따라 분해능이 변하지 않는 것처럼 오일 첨가 여부는 분해능과는 상관이 없겠죠.
렌즈가 맞닿는 2곳(4면)은 각각의 곡률반경이 동일하게 설계를 하게 되고 그런 두면을 포개 놓게 되므로 그 사이에 들어가는 오일의 양은 아주 미량입니다. (아마 얼굴에 흐르는 개기름 보다 적을 겁니다.^^;) 정확히 같은 곡률반경으로 연마된 렌즈면에 오일을 발라 2장을 겹치므로 그 표면장력(맞나요?)의 힘으로도 좀 처럼 두장이 떨어지질 않게 됩니다. 물론 오일이 줄줄 흘러내리지도 않는 것은 당연하답니다.
그렇지만 조심해야 할 것은 렌즈면의 강한 스트레스나 열적 쇼크입니다. 특히 렌즈의 소재가 다른 두면 사이에 오일이 있으므로 급격한 온도 변화는 누유의 위험이 있습니다. 열적 쇼크에 약하므로 헤어드라이기를 전면에 대고 오래 사용하거나 난로등을 이용하여 서리나 이슬을 말리는 것을 삼가해야 합니다.
(어떻게 아냐고 물어보는 것은 저를 두 번 죽이는 겁니다. 130EDF 사이에 있는 오일을 빼내어서 후라이에 쓰려고 분해한 아픈 기억이 있기에… ^^)
또하나, 우리 아마추어들 사이에서 논란의 대상이 되는 것은 과연 Air spaced가 좋으냐, Oil spaced가 좋으냐는 것입니다. Air Spaced로 하게 되면 Oil보다 적어도 2면 이상의 광학면 설계를 자유롭게 할 수 있습니다. (Oiled는 2면이 붙은 것이 2곳이므로) 또 공극의 거리를 자유로이 할 수 있습니다. (TOA처럼 렌즈 사이를 많이 띄움) 따라서 설계만 잘 한다면 광학수차를 이상적으로 제거 할 수 있게 됩니다. 그 반면에 Oiled로 하면서 이상적인 수차보정을 구현하려면 자유도가 감소하므로 Aired보다 설계가 더 어렵게 됩니다. 따라서 좀더 좋은 소재를 써야 하고 경우에 따라서는 AP와 같이 한 면을 비구면으로 가공해야 합니다. (비구면 가공은 아주 힘듭니다.) 따라서 형식만을 가지고 어느것이 좋으냐를 구분하기는 어렵다는 결론입니다.
현미경에 사용되는 오일렌즈의 원리를 보고 망원경의 Oil spaced가 분해능을 증가시킨다고 하셨지만..
아래에 올려 놓은 현미경의 오일방식 대물렌즈는 본 적이 없으나 추측컨데 망원경에서의 Oil Space와는 설계개념이 다릅니다. 오일렌즈 현미경도 대물 렌즈 사이에 (안에) 오일을 넣지는 않을 것이고 Numerical Aperture를 증가시키기 위해 시료나 시료를 덮는 유리 덮개와 대물렌즈 사이를 오일로 채워 넣는 구조로 생각됩니다. 이 오일은 매번? 자주? 갈아주는 것일 거고 그 덮게 유리나 대물렌즈의 굴절률등 광학설계와 매칭이 잘 되는 것으로 해야겠죠. 현미경에서 분해능을 높이려면 고배율 대물렌즈로 시료를 최대한 렌즈와 가까이해서 봐야할거고 이때 시료에서 나온 광선이 첫번째 대물렌즈로 많이 들어오기위해 (NA를 크게하기 위해) 공기보다는 오일이 효과적이란 이야기겠죠.
차정원님께서 말씀하신
“커버글라스 위로 조금 떨어져서 크기를 정해놓은 대물렌즈를 그리면 지금의 상태로는 커버글라스 윗면에서 꺽여서 빛이 나가지만 굴절률 1.5의 기름을 그 사이에 넣으면 빛이 꺽이지 않고 직진하므로 대물렌즈에 더 많은 광선이 들어가므로 광량도 많아지고 NA값도 커진다는 것입니다.”는 말이 오일렌즈현미경을 잘 설명하는 것 같습니다.
비유가 될지는 모르지만 아마도 그런 분해능 증가 효과를 망원경에서 내려면 렌즈 사이에 오일을 채우는 것이 아니라 목성과 지구 사이를 오일로 채워야 하지 않을까 합니다. (그래도 NA는 증가하진 않겠죠?)
딴 이야기이지만 현미경에서 분해능을 높이려면 관측 파장을 짧게 하는 것도 있겠네요. 천체는 고유 파장이 있으므로 변경 불가지만 현미경 시료는 쪼이는 빛의 파장을 바꿀 수 있으므로 (보라색 쪽으로 하면 ) 분해능 증가 효과가 있을 거 같단 추측입니다.
무한광원으로 부터오는 빛을 수렴하는 망원경은… 코 앞에 가까이 놓고 보는 현미경의 설계와는 달라야 하지 싶습니다. 무한 광원을 볼 때 렌즈사이에 (혹은 앞에) 오일을 바른다고 분해능이 증가하지는 않을 거란 생각입니다. 망원경의 무한광원에서 주 요소는 구경Aperture 만으로 충분하단 생각입니다.
