상면만곡 (Field Curvature)
한 줄 정의: 평평한 물체를 촬영해도 렌즈가 만드는 선명한 상의 위치가 평면이 아니라 곡면을 이루어, 화면 중심과 주변부의 초점이 동시에 맞지 않는 수차입니다.
쉽게 풀면
카메라 센서나 필름은 평평한 판인데, 렌즈가 만들어내는 선명한 상의 위치는 그릇처럼 휘어진 곡면일 수 있습니다. 이렇게 되면 화면 중심에 초점을 맞추었을 때 가장자리는 흐려지고, 반대로 가장자리에 초점을 맞추면 중심이 흐려지는 문제가 생깁니다. 평면 스크린에 곡면의 상을 억지로 투영하다 보니 생기는 어긋남이라고 이해하면 됩니다.
왜 중요한가
상면만곡은 화면 전체를 고르게 선명히 담아야 하는 카메라 렌즈, 스캐너, 현미경 등의 설계에서 반드시 보정해야 하는 수차이기 때문에 광학 설계 논문에서 중요하게 다뤄집니다. 평면 센서를 사용하는 디지털 이미징 시스템이 보급되면서 그 중요성이 더욱 커졌습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"페츠발 조건을 만족하도록 렌즈군을 재배치하여 상면만곡을 최소화하였다."
렌즈 배치를 조정해 상면을 평면에 가깝게 만드는 설계 기법을 설명하는 예문입니다.
"화각별 최적 초점 위치를 측정하여 상면만곡의 정도를 정량적으로 평가하였다."
화면 위치에 따라 초점이 맞는 거리가 달라지는 정도를 측정해 상면만곡을 평가한 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
상면만곡은 페츠발 곡률이라는 개념으로 정량화되며, 렌즈군을 구성하는 각 요소의 굴절력과 굴절률의 조합으로 결정됩니다. 오목렌즈와 볼록렌즈를 적절히 조합하여 전체 페츠발 합을 줄이는 것이 상면만곡을 보정하는 대표적인 접근 방식입니다.
주의할 점
상면만곡은 비점수차와 함께 나타나는 경우가 많아 두 수차를 구분하지 않고 뭉뚱그려 이야기하면 원인을 잘못 짚을 수 있으므로 주의가 필요합니다.