주광선 (Chief Ray)
쉽게 풀면
사진을 찍을 때 화면 중앙에 있는 물체뿐 아니라 화면 가장자리에 있는 물체에서도 빛이 렌즈로 들어옵니다. 이렇게 광축에서 벗어난 물체에서 나온 빛 중에서, 조리개의 정확히 중심을 지나가는 광선을 주광선이라고 부릅니다. 주광선은 그 물체점이 상 평면의 어느 위치에 상을 맺을지를 대표하는 기준 광선 역할을 합니다.
왜 중요한가
주광선은 화면 가장자리 물체의 상의 위치와 밝기, 그리고 비네팅이나 왜곡 같은 시야 관련 수차를 분석하는 데 핵심적으로 사용됩니다. 광각렌즈나 넓은 시야를 가진 광학계를 설계할 때는 주광선이 조리개를 어떻게 통과하는지가 화면 전체의 화질 균일성에 큰 영향을 주기 때문에 반드시 고려해야 하는 요소입니다. 주광선의 경로는 광학계의 텔레센트릭(telecentric) 설계 여부를 판단하는 기준이 되며, 조리개 위치에 따라 주광선이 광축과 이루는 각도가 달라져 상면 조도 분포에도 영향을 줍니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
화면 가장자리 물체의 밝기 저하를 주광선 추적을 통해 확인하는 대표적인 서술입니다.
주광선이 실제로 도달하는 위치와 이론적 위치의 차이로 왜곡을 정량화하는 방법을 설명합니다.
조금 더 깊게 보면
주광선이 조리개를 지나는 경로는 입사동과 출사동의 위치 관계를 정의하는 데도 사용되며, 시야가 넓어질수록 주광선의 경로가 광축에서 더 크게 벗어나 비점수차나 코마 수차 같은 시야 관련 수차의 영향을 더 많이 받습니다. 주광선은 축외 물점에서 나와 조리개(개구조리개) 중심을 통과하는 광선으로 정의되며, 결상면에서의 주광선 위치가 상의 높이와 왜곡수차(distortion)를 결정하는 기준선 역할을 합니다. 조리개를 렌즈의 앞쪽 초점에 두어 상측 주광선이 광축과 평행하게 나가도록 설계하면 상측 텔레센트릭 광학계가 되어, 상면 위치가 약간 어긋나도 상의 크기가 변하지 않는 장점을 얻을 수 있습니다.
주의할 점
주광선은 조리개 중심을 지나는 광선으로, 조리개 가장자리를 지나는 주변광선과는 서로 다른 역할을 하는 별개의 대표 광선이므로 구분해서 이해해야 합니다. 주광선은 조리개 중심을 지나는 단 하나의 광선이므로 왜곡이나 배율 색수차 같은 주광선 관련 수차는 잘 보여주지만, 구면수차처럼 개구 전체에 걸친 광선 분포에 좌우되는 수차는 주변광선(marginal ray) 추적을 함께 해야 평가할 수 있습니다.