원뿔 반각(CHA)은 광축과 수렴 또는 발산하는 광선 원뿔의 가장자리 광선(가장 바깥쪽 광선) 사이에 형성되는 최대 각도입니다. 이는 광선이 광학 부품으로 들어가거나 나갈 때의 각도 제한을 정의합니다.
기하 광학에서 이는 집속된 광선의 "기울기" 또는 "확산"에 대한 기본적인 측정값으로 사용됩니다. 집속된 광선을 원뿔로 시각화하면 CHA는 해당 원뿔의 중심에서 가장자리까지 측정된 각도입니다.
CHA는 단독으로 사용되는 경우가 거의 없으며, 광 수집 능력에 대한 두 가지 가장 일반적인 산업 측정 기준인 개구수(NA) 및 f-수(f/#)와 수학적으로 연결되어 있습니다.
다른 광학 측정 기준과의 관계
CHA는 단독으로 사용되는 경우가 거의 없으며, 광 수집 능력에 대한 두 가지 가장 일반적인 산업 측정 기준인 개구수(NA) 및 f-수(f/#)와 수학적으로 연결되어 있습니다.
1. 개구수(NA)
개구수는 현미경 대물렌즈 및 광섬유의 표준 측정 기준입니다. 이는 CHA에서 직접 파생됩니다.
- 공식: NA = n * sin(θ)
-
여기서:
- NA = 개구수
- n = 매질의 굴절률(공기의 경우 약 1.0)
- θ= 원뿔 반각
계산: 공기 중 알려진 NA에서 CHA를 찾으려면:
- theta = arcsin(NA)
2. f-수(f/#)
카메라 렌즈 및 사진 촬영에서 렌즈의 "속도"는 f-수로 설명됩니다.
- 근사값: f/# ≈ 1 / (2 * tanθ)
구별: CHA vs. 입사각(AOI)
원뿔 반각과 입사각은 특히 광학 필터를 선택할 때 중요하며, 이는 서로 다른 조명 조건을 설명하기 때문입니다.
- AOI(입사각): 평행 광선(평행 광선)이 법선에 대해 단일의 특정 각도로 표면에 부딪히는 것을 의미합니다. 예를 들어, 거울을 45° 기울이면 모든 광선에 대해 45° AOI가 생성됩니다.
- CHA(원뿔 반각): 비평행 광선(원뿔)을 의미합니다. 이 시나리오에서는 광학 부품이 0°(중심)에서 최대 세타(가장자리)에 이르는 광선을 동시에 경험합니다.
광학 필터에 미치는 영향
원뿔형 광선(0이 아닌 CHA) 내에서 박막 간섭 필터(밴드패스 필터 등)를 사용할 경우, 광선 각도의 변화로 인해 평행 광선에 비해 성능 저하가 발생합니다.
다른 광학 측정 기준과의 관계
CHA는 단독으로 사용되는 경우가 거의 없으며, 빛을 모으는 능력에 대한 가장 일반적인 두 가지 산업 측정 기준인 개구수(NA) 및 F-넘버(f/#)와 수학적으로 연결되어 있습니다.
개구수(NA)
개구수는 현미경 대물렌즈 및 광섬유의 표준 측정 기준입니다. CHA에서 직접 파생됩니다.
- 수식: NA = n * sin(θ)
- 여기서:
- NA = 개구수
- n = 매질의 굴절률(공기의 경우 약 1.0)
- θ= 원뿔 반각
계산: 공기 중 알려진 NA에서 CHA를 찾으려면:
- theta = arcsin(NA)
F-넘버(f/#)
카메라 렌즈 및 사진 촬영에서 렌즈의 "속도"는 F-넘버로 설명됩니다.
- 근사치: f/# ≈ 1 / (2 * tanθ)
구분: CHA 대
원뿔 반각과 입사각은 서로 다른 조명 조건을 설명하므로 특히 광학 필터를 선택할 때 이 둘을 구별하는 것이 중요합니다.
- AOI(입사각): 법선에 대해 단일의 특정 각도로 표면에 부딪히는 평행광(평행 광선)을 나타냅니다. 예를 들어, 거울을 45° 기울이면 모든 광선에 대해 45° AOI가 생성됩니다.
- CHA(원뿔 반각): 비평행광(원뿔)을 나타냅니다. 이 시나리오에서는 광학 부품이 0°(중심)에서 최대 θ(가장자리)까지의 광선을 동시에 받습니다.
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- 블루 시프트: 필터의 중심 파장(CWL)이 더 짧은 파장으로 이동합니다.
- 대역폭 확장: 원뿔에는 다양한 각도의 광선이 포함되어 있으므로 결과 스펙트럼은 여러 시프트된 스펙트럼의 가중 평균입니다. 이러한 "번짐" 효과는 통과 대역을 넓히고 피크 투과율을 감소시킵니다.
경험 법칙: CHA가 5°~7°를 초과하면 신호 손실을 방지하기 위해 고NA 환경용으로 설계된 특수 필터가 종종 필요합니다.
실용적인 예
고출력 현미경 대물렌즈
현미경 대물렌즈는 종종 NA가 매우 높아 원뿔 반각이 가파릅니다.
- 구성 요소: 40x 대물렌즈
- 사양: NA = 0.65
- 매체: 공기 (n ≈ 1.0)
계산:
- theta = arcsin(0.65)
- CHA ≈ 40.5°
중요성: 이 광 경로에 표준 광학 필터를 배치하면 광선이 최대 40.5°의 각도로 필터를 때리기 때문에 극심한 블루 시프트를 경험할 것입니다.