볼렌즈

Ball lens
볼렌즈를 통해 찍은 사진

볼 렌즈는 구 모양의 광학 렌즈입니다.공식적으로, 그것은 양면의 곡률반경이 동일하고, 곡률반경의 2배에 해당하는 직경을 갖는 쌍볼록 구형 렌즈입니다.다른 렌즈와 동일한 광학 법칙을 적용하여 영상 특성을 분석할 수 있습니다.

렌즈는 굴절률(n)이 공기(n > 1.00)보다 큰 물질의 투명한 구가 빛의 평행선을 초점으로 구부립니다.대부분의 유리질 재료의 경우 초점은 공의 표면을 약간 벗어나 광선이 들어간 곳과 반대쪽에 있습니다.볼 렌즈는 기존 렌즈에 비해 많은 양의 코마와 필드 곡률을 포함하여 매우 높은 광학 수차를 가지고 있습니다.

볼 렌즈 또는 "렌즈볼"은 사진작가들이 참신한 광각 사진을 찍는 데 사용됩니다.

광결합

초록색 레이저 포인터 위에 루비 볼 렌즈.520 nm 빛은 적색 형광으로 흡수되고 방출되며 렌즈가 어떻게 빛을 원뿔 안에 집중시키는지 보여줍니다.볼 렌즈는 광섬유를 광원에 연결하는 데 자주 사용됩니다.

최초의 렌즈들은 아마도 물로 채워진 구형 혹은 원통형 유리 용기였는데, 사람들은 이것이 빛을 집중시키는 능력을 가지고 있다는 것을 알아차렸습니다.단순한 볼록 렌즈는 구면의 작은 부분인 표면을 가지고 있습니다.볼 렌즈는 표면의 곡률 반경이 렌즈 자체의 반경과 같은 단순한 렌즈일 뿐입니다.

볼 렌즈는 표면과 주변 사이의 계면에서 빛을 굴절시킵니다.시준된 소스의 빛은 수렴하는 원뿔로 구부러집니다.광선은 렌즈 내에서 직선으로 이동하다가 빠져 나갈 때 다시 휘어져 일반적으로 공 바로 바깥에 있는 초점으로 수렴합니다.

볼 렌즈의 초점 거리는 굴절률과 지름의 함수입니다.볼 렌즈의 유효 초점 거리(EFL)는 렌즈 후면에서 초점까지의 거리인 백 초점 거리(BFL)보다 훨씬 큽니다.볼 렌즈는 (구면 렌즈의 경우) 주어진 렌즈 직경에 대해 가능한 가장 짧은 초점 거리를 가집니다.광학적 불변성으로 인해 시준된 빔의 빛이 다른 구면 렌즈로 얻을 수 있는 것보다 작은 직경으로 초점이 맞춰질 수 있습니다.마찬가지로 초점에 배치된 광원은 렌즈의 반대쪽에서 나오는 시준된 빔을 생성하며, 렌즈의 초점 거리에 대한 직경 비율이 크기 때문에 다른 구면 렌즈에서 가능한 것보다 더 많은 빛을 포착할 수 있습니다.이를 통해 볼 렌즈는 레이저에서 광섬유 케이블 또는 검출기로, 또는 광섬유 케이블에서 다른 케이블로, 또는 마이크로 광학 시스템에 빛을 연결하는 데 특히 적합합니다.또한 볼 렌즈는 전방향성으로, 필요한 것은 모든 것의 중심을 유지하는 것뿐이기 때문에 다른 유형의 렌즈에 비해 광학 커플링의 정렬을 용이하게 합니다.광학 커플링을 위한 볼 렌즈는 일반적으로 5 밀리미터부터 110 마이크로미터까지 작고, 초점 거리는 100에서 250 마이크로미터까지입니다.그것들은 고품질의 광학 유리 또는 굴절률이 1.5에서 1.8인 석영 유리, 붕규산 유리 또는 합성 사파이어와 같은 결정으로 만들어지는 경향이 있습니다.지수가 높을수록 지정된 [1]크기의 공에 대해 더 짧은 초점 거리를 생성합니다.

광섬유

볼 렌즈는 광섬유에 자주 사용됩니다.짧은 초점 거리와 레이저 빔에서 생성되는 작은 허리 직경 때문에 레이저에서 나오는 거의 모든 빛을 광섬유 코어에 집중시키기에 이상적입니다.섬유와 렌즈의 개구 수가 일치해야 합니다.섬유는 보통 공과 직접 접촉하여 정렬을 용이하게 할 수 있습니다.

또한 광섬유 케이블의 출력 측에 볼 렌즈를 사용하여 출력물을 빔으로 다시 시준할 수 있습니다.이런 식으로, 뒤로 배치된 두 개의 렌즈는 두 개의 케이블을 [2]서로 연결하는 데 사용될 수 있습니다.

현미경법

볼 렌즈는 광학적 수차가 크기 때문에 이미징 용도로 거의 사용되지 않습니다.하지만 매우 짧은 초점 거리 때문에 아주 간단한 현미경을 만드는데 사용될 수 있습니다.3mm 볼 렌즈는 이미지를 100~200배 확대할 수 있고, 1mm 볼은 실제 [3]크기보다 200~350배 큰 이미지를 만들어낼 수 있습니다.또한, 볼 렌즈는 전방위이고 초점거리에 비해 큰 구경을 가지고 있기 때문에 그러한 이미지를 베셀 파면으로 변환하는데,[4] 이는 회절효과를 감소시켜 원거리는 물론 근거리에서도 이미지화가 가능합니다.1677년 안토니 반 리우웬후크는 작은 볼 렌즈를 사용하여 300배 배율의 단일 렌즈 현미경을 만들어 정자를 처음으로 관찰할 수 있게 했습니다.볼 렌즈는 전자 현미경에서 단일 렌즈 스마트폰 현미경,[5] 나노 현미경에 이르기까지 많은 마이크로 이미징 응용 분야에서 사용되고 있습니다.

전방향 렌즈

캠벨 스톡스 녹음기

다른 유형의 렌즈와 달리 볼 렌즈의 이미지 형성 특성은 전방향성(이미지화되는 방향과 무관함)입니다.이 효과는 구형 주위에 휘어진 종이 카드의 표면을 태워서 햇빛의 밝기를 기록하는 과학적인 도구인 캠벨-스토크스 기록기에서 활용됩니다.그 장치 자체가 고정된, 태양의 겉보기 움직임과 강도를 하늘을 가로질러 기록하고,[citation needed] 카드를 가로질러 태양의 움직임의 이미지를 태웁니다.

렌즈볼 사진

렌즈볼로 찍은 풍경사진

볼 렌즈는 사진작가들이 참신한 극광각 [6][7][8]사진을 찍는 데 사용됩니다.볼 렌즈는 카메라에 상당히 가까이 배치되어 있고 카메라 자체의 렌즈를 사용하여 이미지를 초점을 맞출 수 있습니다.빛은 공의 출력 표면의 작은 부분에 초점이 맞추어져 표면 바로 바깥쪽의 초점에 도달합니다.여기서 빛이 발산하여 오른쪽/왼쪽 및 위쪽/아래쪽 축을 모두 뒤집습니다.따라서 카메라가 볼 렌즈에 너무 가까이 있으면 볼 주변의 배경이 완전히 흐려집니다.카메라가 볼 렌즈에서 멀어질수록 배경이 더 [9]잘 맞춰집니다.

초굴절유리

굴절률이 2보다 큰 물질의 경우 무한대의 물체가 구 내부에서 이미지를 형성합니다.이미지에 직접 접근할 수 없습니다. 가장 가까이 접근할 수 있는 지점은 구의 표면에서 광원과 직접 반대쪽에 있습니다.렌즈 제작에 사용되는 대부분의 투명 고체는 1.4에서 1.6 사이의 굴절률을 가지고 있으며, 소수의 희귀 물질만이 2 이상의 굴절률을 가지고 있습니다(입방체 지르코니아, 질화붕소(c-BN & w-BN), 다이아몬드, 모이사나이트).그 몇 안 되는 것들 중 많은 것들은 너무 부서지기 쉬우거나, 너무 부드러우거나, 너무 딱딱하거나, 실용적인 렌즈 제작을 하기에는 너무 비쌉니다(컬럼바이트, 루타일, 탄탈라이트, 타우소나이트).굴절률이 정확히 2.0인 경우 [citation needed]구면 표면에 이미지가 형성됩니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Zappe, Hans (2010). Fundamentals of Micro-Optics. Cambridge University Press. pp. 256–257.
  2. ^ Al-Azzawi, Abdul (2007). Light and Optics: Principles and Practice. CRC Press. pp. 9-36–9-37.
  3. ^ Yang (2015). Ambient Diagnostics. CRC Press. p. 244.
  4. ^ Lin, Ming-Tzer; Furlong, Cosme; Hwang, Chi-Hung (2023). Advancements in Optical Methods, Digital Image Correlation, & Micro- and Nanomechanics. Vol. 4. Springer. pp. 1–10.
  5. ^ Skinner, Michael K. (2016). Encyclopedia of reproduction. Elsevier. p. 66.
  6. ^ Bond, Simon (22 December 2016). "Create glass ball landscapes". Lensball. Digital-photography-school. Retrieved 28 February 2020.
  7. ^ "Lensball photography". Refractique. Retrieved 2023-06-06.
  8. ^ "Lensball photography". lensball.com.au. Retrieved 4 March 2019.
  9. ^ "Seven tips for awesome lensball photography". Australian Photography. 31 March 2020. Retrieved 7 June 2023 – via australianphotography.com.