천체망원경용 접안렌즈의 적색광 투과율 비교

1. 서론

  천체망원경에서 집광력이 가장 중요하기에, 접안렌즈의 투과율은 망원경의 성능을 얼마나 제대로 발휘해 주는지에 대한 매우 중요한 요소입니다. 이미 기존에 어떤 접안렌즈가 투과율이 좋고 나쁜지에 대한 경험적인 정보는 있지만, 이를 실험으로 확인해보고 싶었습니다.

  마침 학교에 간단한 광학실험실이 있어서, 시간나면 해보고 싶었던 접안렌즈 투과율 실험을 해 보았습니다. 보통 렌즈의 투과율은 재질에 따라 다르며, 여기서 코팅에 따라 또 달라집니다. 이 실험은 650nm 파장의 단색 레이저를 이용하였으므로, 우리 눈이 가장 민감한 녹색광의 투과율과 다르다는 점을 유념하셔야 합니다. 다만 발광성운의 주요 파장인 656.3nm의 H-alpha와 매우 가깝다는 점에서 중요한 의미가 있을 수 있습니다.

 

2. 방법

2-1 검출기

  검출기는 약 1제곱cm 정도 크기의 정사각형 모양으로, 소자가 무엇인지는 모릅니다. 하지만 단색의 레이저를 쓰며, 레이저가 접안렌즈를 통하였을 때와 통하지 않았을 때, 그리고 레이저 마저 껐을 때의 값을 통하여 투과율을 계산하므로, 검출기의 소자를 몰라도 문제가 없다고 보고 진행하였습니다

2-2 레이저 출력의 안정성

  레이저 출력이 안정적인지에 대해서 알아볼 방법이 없습니다. 하지만 아래 표에서 레이저와 검출기의 위치를 고정했을 때 접안렌즈를 통과하지 않은 경우의 값들이 매우 일정함에 따라, 레이저 출력이 검출기가 주는 값의 소수점 셋째자리까지는 안정적인 것으로 볼 수 있습니다.

2-3 실험 방법

  학교 광학실험실에 있는 650nm의 레이저가 접안렌즈를 통과할 때와 접안렌즈 없었을 때의 광검출기에서의 값을 비교하여 투과율을 구했습니다. 실험은 형광등을 하나 켜놓고 했기에, 매 번 레이저 없을 때의 검출기 값, 레이저를 접안렌즈 없이 쏘았을 때의 값, 레이저를 접안렌즈를 통하여 쏘았을 때의 값을 각각 측정하였습니다. 당연히 접안렌즈의 방향은, 우리가 관측할 때 눈의 방향에 검출기가 오도록 하였습니다.

2-4 9mm 접안렌즈들

  9mm 접안렌즈들은 접안렌즈에 의해 확대된 레이저의 빛 다발의 크기가 광검출기 안에 간신히 들어오는 정도로, 광 검출기에 미처 포함되지 못한 빛들이 있을 수 있습니다. 따라서 아래 표에 '최소값'이라고 표시된 접안렌즈들은 적어도 이보다는 투과율이 높을 것으로 생각해야 합니다.

 

3. 결과 

4. 해석

  위 표에는 플뢰슬 나글러 Type 6, 스카이워쳐 울트라와이드앵글 (올리본 울트라 와이드 앵글) 세 가지 접안렌즈가 있습니다. 이 중 플뢰슬이 투과율이 가장 높고 울트라와이드앵글이 투과율이 가장 낮음을 알 수 있습니다.

4-1 플뢰슬끼리의 비교

  같은 플뢰슬 타입의 접안렌즈 중에서는 GS 플뢰슬이 650nm 파장에서 투과율이 가장 높습니다. 징후아 (맥스비젼) 플뢰슬이 셀레스트론 플뢰슬보다 투과율이 높다는 것은, 셀레스트론의 물건들이 대개 스카이워쳐 OEM이라고 보았을 때 징후아 플뢰슬이 스카이워쳐 플뢰슬보다 투과율이 높은 것으로 보입니다. 따라서 실험결과만으로 보자면, 중국 혹은 대만의 플뢰슬 접안렌즈의 650nm에서의 투과율은 GS > 징후아 (맥스비젼) > 셀레스트론 (스카이워쳐) 순으로 볼 수 있습니다.

  플뢰슬 타입 접안렌즈는 매우 고전적인 디자인이므로 광학적인 문제로 볼 수 없으며, 가격대로 볼 때 단정짓기는 어렵지만 렌즈의 재질 문제로 보기에는 어려운 점이 있습니다. 따라서 반사 방지 코팅의 문제를 가장 의심해볼 수 있습니다.

4-2 나글러 Type 6

  이 접안렌즈는 이 실험에서 사용된 접안렌즈들 중 가장 많은 매수의 렌즈를 쓰고 있으므로, 당연히 가장 낮은 투과율을 보여야 정상입니다. 이 접안렌즈는 배율이 어느 정도 있어서, 렌즈에 의해 확대된 레이저 빛 다발이 검출기 안에 들어오도록 하는데 간신히 성공했습니다. 따라서 96.9%라는 투과율은 최저치로, 실제 투과율은 이보다 높을 가능성이 상당히 있습니다. 비슷한 예가 GS plossle끼리 혹은 Celestron Plossle끼리는 0.5% 이내의 투과율 차이밖에 보이지 않는 반면 스카이워쳐 울트라와이드 앵글의 경우15mm와 9mm가 무려 3%의 차이를 보이는 것을 주목해야 합니다. 만일 더 저배율의 나글러였다면 98%에 가까운 투과율을 보였을지도 모릅니다.

  또한 고작 4장의 렌즈를 쓰는 셀레스트론 (스카이워쳐) 플뢰슬 타입에 비하여 나글러 type 6 9mm는 훨씬 많은 렌즈매수 (7장) 를 쓰고 있음에도 더 높은 투과율을 보이고 있습니다. 이는 이 접안렌즈의 코팅이 스카이워쳐보다 월등히 뛰어나며, 아마도 GS나 징후아 (맥스비젼)의 코팅과 적어도 비슷하거나 더 뛰어나다는 근거로 볼 수 있습니다.

4-3 울트라와이드앵글 접안렌즈

  울트라와이드앵글의 경우, 극심한 고스트 현상이 관측자들로부터 여러차례 보고된 바가 있으므로, 여러 관측자들로부터 알려진 기존의 주관적인 관측경험들과 실험 결과가 잘 일치합니다. 실제로 이 접안렌즈는 투과율이 상당히 떨어지는 것으로 판단할 수 있어 보입니다.

4-4 난반사 방지 처리와의 관계 및 가정

  이 실험에서는 빛 투과율을 실험하였기에, 내부 난반사 방지 처리와는 상관이 없이 렌즈 매수와 코팅이 투과율을 나타냄을 고려해야 합니다. 내부 난반사가 심할 경우, 투과율이 실제로 나빠도 다소 투과율이 높도록 왜곡할 수 있기 때문입니다. 하지만 레이저를 이용한 실험이기에, 내부 난반사 방지 처리가 이 실험에 큰 영향이 없다고 가정하였습니다.

4-5 단초점 접안렌즈

  레이저라고 해도 약간의 면적이 있어서, 배율이 높은 단초점 접안렌즈의 경우 이 레이저의 빛을 지나치게 확대해 버렸습니다. 때문에 또 다른 텔레뷰의 나글러 type 6 3.5mm와 특히 코팅기술로 유명한 XO 5mm의 투과율을 조사할 수 없었습니다.

 

5. 결론

  650nm 파장에서의 접안렌즈의 투과율을 조사한 결과입니다.

  (1) 플뢰슬 방식 중에서는 GS 플뢰슬이 투과율이 가장 뛰어나며, 셀레스트론의 것이 가장 떨어집니다.

  (2) 나글러 type 6 9mm는 투과율의 최소값으로 여겨지는 값을 기준으로 해도, 많은 7장의 렌즈를 쓰고 있음에도 불구하고 렌즈 매수가 4장 뿐인 셀레스트론 (스카이워쳐) 플뢰슬 접안렌즈들에 비하여 투과율이 크게 쳐지지 않습니다.

  (3) 스카이워쳐 울드라와이드앵글 접안렌즈는 심각하게 투과율이 떨어집니다. 적어도 발광성운 관측용으로는 적합하지 않으며, 제조사에는 코팅의 보완이 필요한지 여부를 검토하길 권합니다.