결상(結像)이란, 어떤 물체에서 나온 광선 따위가 반사, 굴절한 다음 다시 모여서 그 물체와 닮은꼴의 상을 만들어내는 것을 말한다. 여기서 상(像)이란, 렌즈나 거울을 통하여 표면에 맺힌 물체의 형상을 말하는데, 이때 실제 빛의 경로상에 있는 상을 실상이라고 하고, 가상의 경로상에 있는 상을 허상이라고 한다. 이를 이해하기 위해서는 먼저 광축에 대해 알아야 한다. 광축(Optical axis)이란, 광학계에서 여러 가닥의 광선의 진행을 살펴볼 때 그 방향과 위치의 기준을 삼는 선을 일컫는다. 광선은 "빛살"이라는 용어로 불리기도 한다. 이러한 구조에서 물체의 한 점에서 출발한 빛이 볼록렌즈나 오목거울에 의해서 한 점으로 다시 모이게 되면 그 점에서는 상이 맺히게 되는데, 이때의 상을 실상(real image)이라고 한다.
오목렌즈나 볼록거울을 사용하게 되면 빛은 한 점으로 모이지 않고 발산하게 되는데, 이 광선의 연장선을 그리게 되면 연장선이 한 점에서 모이게 되고, 이때 그 한 점으로 모이는 곳에 앞서 언급한 허상이 생기게 된다. 허상은 광학계를 지난 뒤에 광선이 한곳에 모이지 않고 퍼져 나가지만, 그 광선의 방향에서 직접 바라보게 되면 그 광선이 가상의 물체에서 나오는 것처럼 보이게 된다. 이때 그 가상의 물체를 허상(virtual image)이라고 하는 것이다. 그렇다면 허상이 아닌 실상을 얻기 위해서는 빛이 한 점으로 모여야 하므로 빛을 모으는 역할을 하는 볼록렌즈나 오목거울을 사용해야 하는데, 이때 물체가 초점거리 바깥에 있어야 한다. 초점거리는 렌즈나 거울의 두께에 따라서 그 길이를 나타내고 정의하는 방식이 달라질 수 있지만, 일반적으로 일컫는 초점거리(focal length)는 물체 측이나 상측에서 광축과 평행하게 입사한 광선과 광축과의 교점을 초점(focal point)이라 할 때 해당 초점까지의 거리를 말한다. 초점거리는 정의하는 방식에 따라서 그 종류가 다양한데 일반적으로 우리가 말하는 초점거리는 유효초점거리(effective focal length)이다. 이 외에도 후 초점거리와 전 초점거리가 존재하는데, 광학계의 구조가 어떠한 구조인지 모르는 상태에서 우리가 광학계를 바라보게 된다면 우리는 출사한 광선을 뒤로 연장한 부분에서 빛이 나온다고 생각할 수 있다. 그 연장선 및 광축과 평행하게 입사한 광선이 만나는 점들을 모두 이으면 "가상의 면"이 생기게 되는데 이를 주면이라고 한다. 기본적으로 좌측, 즉 물체 측에 있는 면을 제1주요 면이라 하고, 우측, 즉 상이 있는 곳의 면을 제2주요 면이라고 한다. 이때 각각의 주요면 이 광축과 만나는 점을 주요점이라고 한다.
우리가 결상광학에서 사용하는 광학계는 대부분이 렌즈나 거울이며, 이러한 렌즈나 거울은 각각의 곡률을 가지고 있다. 곡률(curvature)이란, 곡면 또는 곡선의 휨 정도를 나타내는 비율로, 이 값은 곡률반경의 역수로 나타내는 데, 곡률반경(curvature radius)이란 간단히 말해 반지름을 말한다. 곡률은 일반적으로 기호 c로 나타내며 바로 앞에서 말한 것처럼 그 값은 곡률반경(반지름) r의 역수이다. 글 초반에서 결상은 물체에서 나온 광선이 광학계를 거쳐 굴절, 반사하고 난 후 다시 모여 그 물체와 닮은꼴의 상을 만드는 것이라고 하였는데, 이때 물체와 상의 크기는 시야의 정의에서 알아낼 수 있다. 시야(Field)란, 현미경, 망원경, 사진기 따위의 렌즈로 볼 수 있는 범위로 물체와 상이 얼마나 큰지를 수치로 지정하여 주는 것이다. 시야는 물체 각과(입사각) 물체의 높이 그리고 상의 높이로 설정하는데 이때 물체 각을 시야각 혹은 화각이라고 한다. 어떤 물체에서 나온 광선이 상을 형성하는 과정에서 물체에서 나온 광선의 양 즉, 빛의 양은 조절할 수 있다. 이처럼 광학계에서 실제로 빛을 차단하는 유효개구를 "조리개"라고 한다. 조리개에는 4가지 종류가 있는데 이를 순서대로 소개해 보겠다.
먼저 개구조리개(aperture stop)이다. 개구조리개는 광학 면의 유효구경을 나타내는 개구부로 광량을 조절한다. 따라서 물체에서 출사한 광선들을 제한하는 것이 개구조리개의 역할이다. 이때 만약 개구조리개로써 사용되고 있는 조리개가 빛의 렌즈에서 나오는 빛의 양을 조절하지 못하고 그 크기가 렌즈보다 커지게 된다면 이때는 더 이상 개구조리개라고 할 수 없다. 따라서 그러한 경우엔 렌즈가 개구조리개가 되는 것이다. 다음 시야조리개(field stop)는 상 또는 광학계를 통해 볼 수 있는 물체의 크기를 제한하는 개구부로, 시야 범위를 조절한다. 시야 조리개는 경우에 따라 센서가 될 수도 있고 카메라 등의 필름이 될 수도 있다. 개구조리개를 지나 통과한 광선들은 이 스크린에서 한 점에 모여 상을 맺히게 되는데 이때, 시야조리개의 크기에 따라서 상이 잘리기도 하고 다 보이기도 하는 등 시야의 크기가 조절된다. 따라서 시야조리개로는 우리가 볼 수 있는 물체의 크기를 조절할 수 있다. 또한 이 스크린에 맺히는 상은 개구조리개에 의해서 빛이 조절되어 들어온 광선들이 모이기 때문에 이 상의 세기, 즉 밝기는 떨어질 수가 있다.
다음은 눈조리개(eye stop)이다. 눈조리개는 그 이름에서도 알 수 있듯 우리의 눈, 즉 동공을 뜻한다. 마지막 차광판(baffle)은 우리의 일상생활에서도 쉽게 접할 수 있다. 차광판은 카메라의 경통 내부에서 발생하는 산란광이나 잡음 광들을 차폐하기 위한 개구이다. 이때 차폐(shielding)란, 공간의 어느 영역에 대해 외부로부터의 전기장, 자기장 등의 영향을 차단하는 것인데, 빛 또한 전자기파이기 때문에 이러한 영향을 차단하기 위한 차광판, 즉 차폐라는 용어를 사용하기도 한다. 차광판을 사용할 경우 경통 내부에 들어오는 빛들이 부딪히면서 발생하는 산란광에 의해 상이 맺혀질 때 질이 떨어지게 되는데, 차광판을 설치할 경우 이러한 산란광들이 통과하지 못하도록 하여 상의 질을 높이고, 카메라를 예시로 들 때 우리는 뚜렷하고 깔끔한 이미지를 얻을 수 있는 것이다.
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