[re] 파면 오차에 대하여

어쩌다 보니 박병우님 글에 자꾸 딴지를 걸게 되는데 다른 마음은 없으니 통촉하여 주시기 바랍니다.

박병우님은 파면 오차를 상면에 맺힌 에어리 디스크가 이론치에서 벗어나는 크기를 빛의 파장 단위로 나타 낸 값이라고 하셨는데, 제가 본 책에서는 그렇게 설명하고 있는 책은 없었습니다.  Star Testing Telescopes 책에 따르면, 파면 오차의 정의는 다음과 같습니다.

무한히 먼 점광원에서 발원된 빛의 파면들은 평행하게 진행합니다. 이 파면들이 광학계를 지나면서 꺾이어 동심 구면을 이루면서 진행하다가 초점면에서 한 점에 모이게 되는데, 광학계가 완벽하고 수차가 전혀 없다 면 빛의 파면들은 완전한 구면이 될 것입니다. 그러나 수차가 있다면 파면이 완전한 구면이 아니라 일그러진 형태가 될 것입니다.  

여기까지는 박병우님이 설명하신 것과 같습니다. 그런데 제가 본 정의에서는 파면 자체의 일그러짐의 정도를 파면 오차라고 한다고 되어 있으며, 에어리 디스크에 대한 언급은 전혀 없습니다. 파면에 오차가 있을 때 에어리 디스크의 형상이 어떻게 바뀌는지, 혹은 파면의 오차가 에어리 디스크 형상의 오차와 같게 되는 것인지 등을 설명한 자료는 제가 본 적이 없습니다. 혹시 박병우님이 그런 자료를 보셨다면 알려 주시면 감사하겠습니다.

참고로  이하는 제가 이해하고 있는 반사경의 정밀도에 대한 용어 정의입니다.

반사경의 표면이 완벽한 포물면이라면 반사된 파면도 완벽한 구면이 될 것입니다. 그러나 반사경의 표면에 h 만큼 움푹 들어간 곳이 있다면 그 곳에서 반사된 파면의 일부는 같은 파면의 다른 부분보다 조금 늦게 진행하게 되고 따라서 파면이 완벽한 구면에서 벗어나게 됩니다.

P-V 오차는 반사경 전체를 통틀어서 가장 많이 들어간 부분과 가장 많이 튀어나온 부분의 차이를 나타낸 것입니다. (peak-to-valley)  만일 반사경이 완벽한 포물면에서 1/8 람다만큼 오차가 있다면 반사된 파면은 1/4람다만큼의 오차를 가지게 됩니다. 전자를 surface P-V, 후자를 wavefront P-V 라고 부릅니다.  반사경 spec 을 읽을 때 P-V 오차가 surface 인지 wavefront 인지를 잘 따져야겠지만 이를 제대로 표시하는 메이커가 잘 없더군요.

P-V 오차는 반사경 전체에서 최대 오차를 만든 것이므로 반사경의 대부분이 완벽한 포물면이고 아주 작은 한 곳에서만 푹 들어간 곳이 있어도 오차가 아주 큰 값으로 나옵니다.  따라서 이보다는 반사경 전체의 오차를 평균을 내는 것이 좋은데 이것이 RMS 입니다. 역시 surface RMS 와 wavefront RMS 를 따질 수 있습니다.

반사경이 울퉁불퉁한 부분이 없고 전체적으로 매끈하다면 P-V 1/4 람다가 RMS 1/14 람다와 같다고 합니다.