망원경의 색수차에 대한 이해와 촬영법(Televue Renaissance101 경통의 예)

볼록렌즈를 사용하는 굴절식 망원경에서 피할 수 없는 수차 중의 하나가 색수차이다. 특히 천체를 대상으로 오랜 시간동안 노출을 주어 촬영하는 천체사진 촬영에서는 주간사진보다 더 큰 영향을 미치는 골치 아픈 현상이다.

얼마전 1984년 즈음에 제작된 텔레뷰사의 르네상스101 경통을 얻게 되었는데 황동을 사용한 화려한 몸체와 최초로 팻츠발 형식을 적용하여 풀 프레임에서도 별상이 왜곡되지 않는 의미가 있는 경통이었다. 사실 당시에는 디지털 카메라가 출시되기 전이기 때문에 필름카메라에 대응하도록 제작됐을 테니 이는 당연한 결과일 수 도 있다. 현재에는 제작비용상 작은 CCD 칩을 사용하는 디지털 이미징 장비들이 많아졌지만...

그러나 첫 촬영하면서 놀란 것은 생각보다 색수차가 심하게 나타났다는 것이었다. 느낌 좋은 망원경을 사용하기 위한 몇 가지 방안을 찾아 이들을 비교해 보고 풀프레임 CCD에 사용이 가능하다는 결론을 얻었다. 다소 불편함은 있지만 30년 된 경통을 현재의 풀프레임 CCD에 사용할 수 있고 물리적인 수차가 거의 없다는 장점이 있다는 것은 그 정도의 불편함은 감수 할 수 있으리라 생각된다.

색수차가 심한 저렴한 경통을 구입하여 협역 밴드 필터를 사용하여 좋은 이미지를 만드는 외국의 사례를 보더라고 색수차는 촬영방법을 다양화하면 극복하거나 피해갈 수 있는 것으로 판단된다.

위 결과를 비교해 볼 때 William Optics의 VB 필터를 사용하여 색수차를 다소 제거하고 B채널 촬영 시 초점을 다시 맞춘 결과 이런 조작을 하지 않았을 때와 B채널의 이미지에서 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다.

 

렌즈 색수차의 발생원인과 초점 재조정

이론적으론 색수차는 파장이 다른 빛의 굴절각의 차이로서 나타나는 현상으로 청색계열의 빛에만 국한 되는 현상은 아니다. 아래 그림에서와 같이 초점을 이디에 맞추느냐에 따라서 다양한 색의 색수차가 나타날 수 있다.

그림에서와 같이 청색파장 빛의 굴절각이 가장 크고 적색파장 빛이 가장 작게 나타나는데 초점을 중간 값인 녹색파장에 맞출 경우 적색과 청색의 초점이 맞지 않는 현상이 나타나는데 청색파장의 경우 포커스가 뒤쪽으로 아웃되어 중심으로부터 바깥쪽으로 적색파장은 안쪽으로 번지는 효과를 나타내기 때문에 일반적인 경우 색수차는 청색의 테두리(halo)로 강조되어 나타난다.

이런 현상을 고려하여 바깥쪽으로 번져나가는 파장영역에 해당하는 빛을 차단하는 VB 필터가 색수차 제거용 필터로 사용되며 초점을 청색파장에 맞게 조금 앞쪽으로 당겨서 초점을 재정렬할 경우 색수차의 영향을 크게 감소시킬 수 있게 된다.

이런 현상을 물리적으로 광로를 조정하는 보정렌즈를 사용하여 색수차를 줄인 렌즈군을 아포(Apochomatic)렌즈라고 하며 볼록렌즈와 오목렌즈를 적절하게 조합하여 파장별 굴절각을 조정한 렌즈군을 의미한다. 아래그림은 아크로매트와 아포렌즈에 적용된 색수차 보정에 관한 것이다..