입사동 (Entrance Pupil)

한 줄 정의: 광학계 내부의 조리개(구경)를 물체 쪽 공간에서 렌즈를 통해 바라봤을 때 만들어지는 그 상을 말합니다.

쉽게 풀면

카메라 렌즈 안에는 빛의 양을 조절하는 조리개가 들어 있는데, 이 조리개는 대개 렌즈들 사이 안쪽에 숨어 있습니다. 우리가 렌즈 앞쪽에서 카메라를 바라볼 때 보이는 "동그란 구멍"은 실제 조리개가 아니라, 앞쪽 렌즈들을 통해 확대되거나 축소되어 보이는 조리개의 상입니다. 이 겉보기 구멍을 입사동이라고 부릅니다. 즉 입사동은 밖에서 보았을 때 빛이 들어가는 통로처럼 보이는 가상의 창이라고 할 수 있습니다.

왜 중요한가

입사동의 크기와 위치는 광학계에 실제로 들어오는 빛의 양(F수)과 시야에 따른 밝기 변화(비네팅)를 결정하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 카메라, 망원경, 현미경 등 어떤 광학기기를 설계하든 입사동의 위치와 크기를 정확히 파악해야 조리개 값이나 밝기, 심도를 올바르게 계산할 수 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"입사동의 위치를 물체 측 첫 번째 렌즈 부근으로 이동시켜 비네팅을 최소화하였다."

입사동의 위치 조정이 시야 가장자리의 밝기 저하 문제와 직접 연관됨을 보여주는 예문입니다.

"조리개를 통해 정의된 입사동의 지름을 이용해 시스템의 F수를 산출하였다."

입사동의 크기가 광학계의 밝기 지표인 F수 계산에 사용되는 사례입니다.

조금 더 깊게 보면

입사동은 실제 조리개(구경조리개, aperture stop)를 그보다 물체 쪽에 있는 렌즈군을 통해 결상시킨 상으로 정의되며, 렌즈군의 배율에 따라 실제 조리개보다 크거나 작게, 또는 다른 위치에 나타날 수 있습니다. 반대로 조리개를 상 쪽 렌즈군을 통해 본 상은 출사동이라고 부릅니다. 입사동은 실제 조리개(aperture stop)가 그보다 앞쪽에 있는 렌즈군을 통해 물체 공간 쪽에서 결상된 상이며, 조리개 자체와 크기나 위치가 다를 수 있습니다. 입사동의 위치와 크기는 시스템이 받아들이는 광선속의 입체각, 즉 조리개수(F-number)와 개구수(NA)를 결정하고, 비네팅(vignetting) 발생 여부를 좌우합니다.

주의할 점

입사동은 실제 물리적인 구멍이 아니라 광학적으로 만들어지는 가상의 상이므로, 렌즈 앞면에 보이는 동그란 모양의 실제 크기와 위치를 혼동하지 않도록 주의해야 합니다. 입사동을 출사동(exit pupil)과 혼동하기 쉬운데, 출사동은 조리개가 상 공간 쪽에서 결상된 상으로 서로 다른 렌즈군을 기준으로 정의되므로 설계 단계에서 반드시 구분해 다뤄야 합니다.