오목렌즈

오목렌즈(Concave lens)

갖가지 오목렌즈의 모양. 왼쪽부터 오목 초승달, 평오목, 양오목 렌즈.

오목렌즈(Concave lens)는 중앙 부분이 가장자리보다 얇아 오목한 형태를 띠는 렌즈를 말한다. 오목렌즈는 큰 물체를 작아 보이게 하는 대신에 넓은 면적을 한번에 볼 수 있다.

볼록렌즈와는 반대로 빛을 퍼지게 하는 성질이 있다. 따라서 가까이 있는 것은 잘 볼 수 있지만, 멀리 있는 것을 잘 볼 수 없는 근시안(주로 청소년)의 교정에 주로 사용된다. 그리고 오목렌즈에서 퍼져 나간 빛은 마치 한 점에서 나온 것처럼 보인다. 생물학적으로 인체의 수정체가 렌즈 역할을 하는데, 수정체가 두꺼워지는 것은 볼록렌즈, 얇아지는 것은 오목렌즈와 같은 역할을 한다.

개요

오목렌즈는 가운데가 얇고 가장자리로 갈수록 두꺼워지는 렌즈이다. 빛을 발산하는 작용을 하므로 근시의 교정 따위에 쓴다.

오목렌즈는 투명한 유리나 플라스틱 또는 기름과 같은 물질로 만든 광학 소자로 들어오는 광선 다발을 퍼뜨리는데 쓴다. 렌즈를 지나 퍼져나가는 광선을 거꾸로 연장하면 그것이 마치 한 점에서 퍼져나오는 것처럼 보인다. 렌즈의 기본 특성은 렌즈의 지름 D, 초점거리 f 또는 그것의 역수인 굴절능 ϕ=1/f로 나타내며, 오목렌즈는 초점거리가(따라서 굴절능이) 음수이다. 오목 렌즈 양쪽 면의 모양에 따라서 오목 초승달, 평오목, 양오목 렌즈라고 한다.

오목렌즈의 작도

오목렌즈에서 물체에서 나오는 빛의 방향

양쪽의 오목한 정도가 같은 얇은 오목렌즈도 볼록렌즈와 마찬가지로 렌즈에 대칭적으로 초점이 렌즈의 앞뒤에 존재한다. 볼록렌즈의 경우와 마찬가지로 오른쪽에서 광축에 평행하게 들어오는 빛은 오른쪽의 초점을 중심으로 퍼져나간다.

왼쪽에 있는 물체를 광원으로 생각하면 충분히 얇은 오목렌즈에 대해서도 3가지 빛의 경로를 그릴 수 있다. 오른쪽 그림의 빨간 실선이 빛의 경로이고, 렌즈를 지나는 빛의 경로는 다음과 같이 작도한다.

• 왼쪽에서 광축과 평행하게 들어오는 빛은 왼쪽 초점과 일직선을 이루는 방향으로 퍼져나가도록 그린다.
• 왼쪽에서 오른쪽 초점을 향해 들어오는 빛은 광축과 평행하게 나아가도록 그린다.
• 렌즈의 중심을 통과하는 빛은 그대로 직진하게 그린다.

위의 작도를 바탕으로 실제로 진행하지 않은 빛의 경로(점선)에 대해서도 쉽게 작도를 할 수 있다.

• 왼쪽에서 광축과 평행하게 들어오는 빛의 실제로 진행하지 않는 광선은 왼쪽 초점을 향하도록 그린다.
• 왼쪽에서 오른쪽 초점을 향해 들어오는 빛의 실제로 진행하지 않는 광선은 광축과 평행하게 왼쪽으로 그린다.
• 렌즈의 중심을 통과하는 빛의 실제로 진행하지 않는 광선은 물체를 시작점으로 하고, 렌즈의 중심에 반대되는 방향으로 그린다.

오목렌즈를 통과하는 빛은 항상 퍼져나가기 때문에 단순렌즈와 물체 하나만 존재하는 광학계에서는 실상을 맺지 않는다. 위의 경우에는 물체의 위치에 관계없이 항상 축소된 정립 허상이 생긴다.

볼록거울

광학적으로 볼록거울은 오목렌즈와 동일한 역할을 한다. 다만 렌즈가 빛을 투과시키는데 비해 거울은 빛을 반사시키는데 그 차이가 있다. 볼록거울은 넓은 시야 확보가 필요한 자동차 백미러나 굽어진 도로에서 반대편 차선을 볼 수 있게 설치한 거울, 상점의 도난 방지용 거울 등에 사용된다.

볼록렌즈와 오목렌즈의 차이점

분류	오목 렌즈	볼록 렌즈
모양	렌즈 중앙이 가장자리보다 얇다.	렌즈 중앙이 가장자리보다 두껍다.
굴절방식	입사하는 빛을 퍼뜨림	입사하는 빛을 모음
초점거리	음수	양수
광축에 대한 빛의 굴절	광축에서 멀어질수록 빛이 더 많이 퍼진다.	광축에 가까울수록 빛이 더 많이 모인다.
용도	근시용 안경에 주로 사용	망원경, 카메라, 현미경, 원시용 안경, 자동차의 전조등

참고자료

• 〈렌즈〉, 《위키백과》
• 〈오목렌즈〉, 《두산백과》
• 〈오목렌즈〉, 《물리학백과》

같이 보기

• 렌즈
• 볼록렌즈
• 현미경
• 볼록거울

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