주평면 (Principal Plane)
쉽게 풀면
여러 장의 렌즈가 겹쳐 있는 복잡한 광학계라도, 바깥에서 보면 마치 하나의 얇은 렌즈처럼 동작하는 지점이 있습니다. 주평면은 "여기서 빛의 방향이 꺾인다"고 간주할 수 있는 기준 위치입니다. 실제로 빛이 그 평면에서 정확히 꺾이는 것은 아니지만, 입사광선과 출사광선을 연장했을 때 만나는 지점을 기준면으로 잡아 계산을 단순하게 만드는 것입니다. 복잡한 여러 겹의 렌즈군을 하나의 가상 렌즈로 요약해서 다루는 도구라고 볼 수 있습니다.
왜 중요한가
여러 개의 렌즈로 구성된 실제 광학계의 초점거리나 배율, 상의 위치를 계산할 때마다 모든 면을 하나씩 추적하는 것은 번거롭습니다. 주평면과 이에 대응하는 초점을 정의하면, 복합 렌즈계를 하나의 등가 얇은 렌즈처럼 취급해 계산을 단순화할 수 있어 광학 설계와 카메라, 망원경 등의 시스템 분석에서 기본적으로 사용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
여러 렌즈로 구성된 시스템의 전체 특성을 주평면 개념으로 요약해서 계산하는 예입니다.
주평면의 위치가 광학계의 물리적 설계(소형화)에도 영향을 준다는 것을 보여주는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
주평면에는 물체 쪽의 전측 주평면(front principal plane)과 상 쪽의 후측 주평면(rear principal plane)이 있으며, 이 두 평면과 각각의 초점 사이의 거리가 등가 초점거리가 됩니다. 근축 근사 안에서 정의되는 개념으로, 렌즈 조합의 두께와 굴절률, 곡률 등을 이용해 계산됩니다.
주의할 점
주평면은 실제로 빛이 꺾이는 물리적 위치가 아니라 계산을 위한 등가적 기준면이라는 점에 주의해야 하며, 렌즈 구성에 따라 광학계 바깥쪽에 위치할 수도 있습니다.