주변광선 (Marginal Ray)
쉽게 풀면
렌즈로 들어가는 빛은 조리개의 중심부터 가장자리까지 다양한 경로로 들어옵니다. 그중에서 조리개의 맨 끝 가장자리를 지나는 빛의 경로를 주변광선이라고 부릅니다. 렌즈가 빛을 얼마나 많이 모을 수 있는지, 즉 렌즈의 밝기나 구경 크기와 관련된 특성을 확인할 때 이 가장자리를 지나는 광선을 기준으로 계산합니다.
왜 중요한가
주변광선은 조리개 가장자리를 지나기 때문에 렌즈의 곡률 차이에 의한 영향을 가장 크게 받아, 구면수차와 같은 수차를 평가하는 데 중요한 기준이 됩니다. 또한 주변광선이 초점을 맺는 위치는 렌즈의 실제 F수와 초점 심도를 결정하는 데 사용되므로, 광학 설계에서 반드시 추적해야 하는 대표 광선 중 하나입니다. 주변광선이 광축과 다시 만나는 위치는 상의 위치(초점)를, 상 공간에서 광축과 이루는 각도는 F수와 개구수를 결정하므로, 렌즈 설계에서 주변광선 추적(marginal ray trace)은 구면수차나 초점심도를 계산하는 기본 절차입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
주변광선의 초점 위치가 이상적인 근축 초점과 얼마나 다른지를 통해 수차를 측정하는 방법을 보여줍니다.
실제 설계 소프트웨어에서 주변광선이 다른 광선들과 함께 추적되어 상 품질 평가에 쓰이는 사례입니다.
조금 더 깊게 보면
주변광선은 흔히 자오면(meridional plane) 위에서 조리개의 위쪽 또는 아래쪽 가장자리를 지나는 광선으로 정의되며, 근축광선과 비교했을 때 나타나는 초점 위치의 차이가 구면수차를 나타내는 대표적 척도로 사용됩니다. 주변광선(marginal ray)은 광축 위의 물체점에서 출발해 조리개(입사동)의 가장자리를 지나는 광선으로, 시야 가장자리의 물체점에서 출발해 조리개 중심을 지나는 주광선(chief ray)과 짝을 이루어 광학계의 결상 특성을 기술하는 두 가지 기준 광선 중 하나입니다.
주의할 점
주변광선은 광축 위의 물체점을 기준으로 정의되는 광선으로, 광축 밖의 물체점에서 조리개 중심을 지나는 주광선과는 서로 다른 개념이므로 혼동하지 않아야 합니다. 1차 설계 단계의 주변광선은 근축 근사(paraxial approximation) 아래서 추적되므로, 실제 광선이 조리개 가장자리 부근에서 겪는 구면수차 등 고차 수차는 실광선 추적으로 별도 평가해야 합니다.