스트렐 비 (Strehl Ratio)
쉽게 풀면
렌즈나 거울로 빛을 한 점에 모으려고 해도 실제로는 완벽하게 모이지 않고 살짝 퍼지게 됩니다. 스트렐 비는 "완벽하게 모았을 때의 밝기"와 "실제로 모은 밝기"를 비교한 점수라고 생각하면 됩니다. 값이 1에 가까울수록 렌즈가 이상적인 성능에 가깝다는 뜻이고, 값이 낮을수록 수차나 오차 때문에 빛이 많이 퍼졌다는 뜻입니다. 사진을 찍을 때 초점이 살짝 흐려진 정도를 숫자로 표현한 것과 비슷합니다.
왜 중요한가
망원경, 카메라 렌즈, 리소그래피 장비처럼 상의 선명도가 핵심인 시스템에서는 광학계의 성능을 하나의 숫자로 비교할 필요가 있습니다. 스트렐 비는 파면 오차(wavefront error)와 직접 연결되어 있어서, 설계 단계에서 광학계가 실용적으로 쓸 만한 품질인지 판단하는 기준으로 널리 쓰입니다. 적응광학(adaptive optics) 시스템의 보정 성능을 평가할 때도 대표적인 지표로 사용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
적응광학 보정 장치를 적용한 뒤 광학계의 상 품질이 이론적 한계에 가까워졌다는 것을 스트렐 비 수치로 보여주는 예문입니다.
광학 설계 과정에서 화면 가장자리까지 일정 수준 이상의 상 품질을 유지하도록 최적화했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
스트렐 비는 근사적으로 파면 오차의 제곱평균제곱근(RMS) 값과 지수적인 관계를 가지는 것으로 알려져 있으며, 오차가 작을 때는 마레샬 근사(Maréchal approximation)라는 근사식으로 표현되기도 합니다. 실제 측정은 간섭계로 파면을 측정한 뒤 계산하거나, 점상강도분포(PSF)를 직접 측정해 구하는 방식이 사용됩니다. 일반적으로 스트렐 비가 0.8 이상이면 회절한계에 근접한 것으로 평가됩니다.
주의할 점
스트렐 비는 수차가 비교적 작은 경우에 유효한 지표이며, 수차가 매우 큰 광학계에서는 정확도가 떨어질 수 있습니다. 또한 단일 숫자이기 때문에 수차의 종류나 분포 형태까지는 알려주지 못한다는 한계가 있습니다.