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과학

얇은 렌즈 방정식

얇은 렌즈 방정식과학
영어
Thin-lens equation
식
1/f=1/d_o+1/d_i
횡배율
m=−d_i/d_o
주요 근사
얇은 렌즈와 근축 광선
얇은 렌즈 방정식은 근축 근사에서 물체거리 d_o, 상거리 d_i, 초점거리 f를 1/f=1/d_o+1/d_i로 연결하는 식이다. 두께를 무시할 수 있는 렌즈와 일관된 거리 부호 규약을 가정한다.

부호를 먼저 정하기

실물체를 렌즈 앞에 둔 기본 상황에서 d_o를 양수로 잡는다. 렌즈 반대편에 생기는 실상은 d_i>0이고 물체 쪽의 허상은 d_i<0이다. 수렴 렌즈는 f>0, 발산 렌즈는 f<0으로 두는 규약을 여기서 사용한다.

실상의 계산

f=12 cm인 수렴 렌즈 앞 36 cm에 물체가 있으면 1/d_i=1/12−1/36=1/18이어서 d_i=18 cm다. 횡배율은 −18/36=−1/2이므로 상은 거꾸로 서고 크기는 절반이다. 모든 거리에 같은 단위를 써야 한다.

허상의 계산

같은 렌즈에서 물체를 8 cm에 두면 d_i=−24 cm다. 상은 물체 쪽의 허상이고 배율은 +3이다. d_i의 음수는 상을 찾지 못했다는 계산 오류가 아니라 정한 부호 규약에서 위치를 나타내는 값이다.

식의 한계

물체가 초점면에 있으면 이상적인 모형에서 나가는 광선이 평행해 유한한 상거리가 나오지 않는다. 두꺼운 렌즈나 넓은 각도의 광선, 수차가 큰 상황에는 이 식만으로 충분하지 않다. 배율의 크기와 부호도 각각 크기 비율과 방향을 따로 읽어야 한다.

관련 문서

렌즈 / 초점거리 / 스넬의 법칙 / 굴절 / 빛 / 구면거울 / 레일리 기준 / 기하광학