1. 개요
chromatic aberration · 色收差빛의 파장별로 굴절률이 달라 발생하는 광학 수차.
2. 상세
카메라에 사용되는 렌즈 등은 모두 빛의 굴절을 이용하여 빛을 모으거나 퍼뜨린다.그런데 굴절률은 매질의 특성에서도 발생하지만 빛 자체의 파장에 따라서도 그 차이가 발생하게 된다. 그것을 볼 수 있는 간단한 실험이 백색광을 프리즘에 통과해보는 것이다.
그림과 같이 적색광, 즉 파장이 증가할수록 빛은 덜 굴절되는 것을, 청색광, 즉 파장이 감소할수록 빛은 더 굴절되는 것을 알 수 있다. 따라서 빛의 파장이 감소될수록 굴절률은 증가한다.
3. 분산의 척도
물질의 분산을 가늠하는 척도로 아베수(Abbe number)이란 것이 있다.아베수가 증가할수록 낮은 분산을 띄며, 즉, 청색광과 적색광 사이의 굴절률 차이가 미미함을 나타낸다.
광학 유리로 많이 사용되는 플린트 유리는 55보다 작은 수를, 크라운 유리는 65보다 큰 수를 갖게 된다. 즉, 플린트 유리가 더 높은 분산력을 가짐을 알 수 있다. 다만, 굴절률은 플린트 유리가 1.6-1.9 정도로 가져 높은 반면, 크라운 유리는 1.5-1.6 정도로 낮다. 이를 정리하면 아래와 같다.
| 특성 | 플린트 유리 | 크라운 유리 |
| 굴절률 | 높음 | 낮음 |
| 아베수 | 낮음 (분산력이 큼) | 높음 (분산력이 작음) |
가장 이상적인 유리는 굴절률도 높고 분산력이 낮은, 즉 아베수가 큰 유리이나 아쉽게도 자연은 그런 것을 허락해주지 않았다.
4. 렌즈
렌즈의 경우에도 색분산이 발생한다. 다음 그림을 참조하라.5. 이미지 품질
이 색수차는 이미지의 경계면에 강렬한 원색이 남음으로써 이미지 품질을 떨어뜨리게 된다.| |
| 색수차가 나타난 사진 |
다행히도 이 색수차는 피사체의 색과 구별되므로 소프트웨어적으로 충분히 보정가능하다.
제조사들의 경우 이 색수차를 줄이기 위한 연구를 지속해왔으며, 대체적으로 다음과 같다.
- 성질의 다른 구면 렌즈를 겹치거나 여러개 배열하여 색수차를 감소시키는 방법.
- 형석렌즈나 저분산렌즈 등을 채용하여 색분산을 획기적으로 줄인 유리를 사용하는 방법.
- 특정 파장대를 보정하는 광학 소자를 사용하는 방법.
- 프레넬 렌즈를 사용하는 방법.
6. 색지움 렌즈
작금의 시대는 광학 물질의 획기적인 발전으로 색수차를 효과적으로 컨트롤 할 수 있지만, 옛날의 경우에는 이러한 물질의 발견이 더뎠고, 그 연구 또한 지지부진했으며, 결과적으로 해당 소자를 적용하는 것이 아주 비싼 일이었기 때문에 고전적인 색수차를 억제하는 렌즈를 사용하였는데, 그것이 앞에도 언급한 색지움 렌즈이다.색지움 렌즈의 경우 위와 같이 아크로매틱 렌즈와 아포크로매틱 렌즈 두 가지가 있으며, 그 형태도 다양하나, 일단 대중적으로 많이 쓰는 것으로 제시하였다.
이것은 성질이 다른 두 종류의 유리 소재를 이용하여 렌즈를 겹치거나 여러개 배치함으로써 색수차를 억제한다.
다만, 아크로매틱 렌즈의 경우 녹색광까지는 색수차를 억제하지 못하며, 아포크로매틱 렌즈의 경우 모든 광의 색수차를 억제한다.
하지만 이것을 적용하는 입장에서는 렌즈 요소가 늘어나므로 광학계가 길어지고, 복잡해진다는 단점이 있으며, 또 그것에 따른 수차를 억제하기 위한 추가 렌즈계 설계가 필요하다는 단점이 있다.
그래서 요즘에는 저분산렌즈를 채용하여 광학계를 단순화시키고, 그 설계 비용또한 감소시키고 있다.
7. 기타
- 일부 비디오 게임에서 특유의 분위기를 내기 위해 일부러 색수차 효과를 주는 그래픽 옵션도 존재한다. 대표적으로 톰 클랜시의 디비전, 디비전 2가 있다.