최초의 렌즈는 어떤 것이었을까요 현대는 렌즈의 발달로 보이지 않는 미시세계부터, 저 멀리 펼쳐져있는 천체까지도 관찰하며 살고 있습니다 이러한 발전의 시작은 빛의 굴절하는 성질을 알게 되고 또 활용하면서 큰 발전을 이루게 되었습니다 지금도 과학자들은 자연에서 나타나는 현상을 보면서 자연을 모방하기도 하고 응용하기도 하면서 많은 기술을 개발하고 있는데 과연 렌즈는 어떠한 과정을 거쳐서 지금의 모습에 이른 걸까요
렌즈가 처음 만들어져 오늘 날에 이른 과정과 렌즈의 원료, 그리고 렌즈가 만들어지는 과정까지 알아보겠습니다
최초의 렌즈
아침의 이슬을 자세히 보면 볼록렌즈처럼 주변의 풍경을 투영해서 보여줍니다 또한 물 컵 속에 젓가락을 넣으면 젓가락이 더 커 보이는 것을 볼 수 있습니다 고대의 사람들도 이러한 현상을 이용하여 볼록렌즈처럼 사용하였다고 합니다
1세기의 로마 철학자였던 세네카는 글을 읽을 때마다 물을 가득채운 동그란 유리구체를 글자 위에 놓고 읽었다고 하며 AD1000년 경의 성직자들은 주로 이러한 방법으로 글을 읽었다고합니다
그러나 더 이 전, 기원 전 8세기 경에 렌즈의 용도로 사용한 것 같은 유물이 발굴됐는데 수정으로 만든 암석결정체이며 렌즈로서의 완성도는 없지만 햇빛에 초점을 맞출 수 있었기 때문에 빛을 모아 불을 만드는 용도로 사용되었을 가능성도 있으며 가운데 부분이 두꺼운 구조이라서 글자를 3배 정도 크게 보이게 하는 확대경의 용도였을 수도 있다고 합니다
그리이스에서는 물을 동그란 용기에 담고 태양빛을 한 점에 집중시켜 열을 발생시켜서 상처를 소독하기도 했고 전쟁에서 사용한 화경(공격용에 쓰인 불)에 불을 붙이는 데 사용하기도 했다고 하며 이 시대의 철학자이며 물리학자인 이븐 알하이삼(965~1040)은 빛의 반사와 굴절, 무지개, 대기의 굴절, 눈의 구조와 같은 주제를 논문을 발표하기도 했다고 합니다
인류의 역사는 어떤 우연한 발견으로 늘 발전해 왔는데 11~12세기 경 베니스에서 크리스털 돌이 작은 물체나 글씨를 확대해서 보여준다는 것을 발견한 사람들이 크리스털을 연마해서 글을 읽을 때 사용했으며 녹주석이나 수정, 차돌이라 불리는 석영등과 같은 보석류를 갈아 사용하기도 했다고 합니다 중국인들도 그을린 수정을 선글라스로 사용하기도 하였는데 중국에서 발명된 것은 아니고 아랍을 통해 들어갔을 가능성이 많다고 합니다
최초의 공식적인 안경은 피렌체의 수도사 알렉산드로 다 스피나가 1284년 발명했고 1604년에는 요한네스 케플러는 렌즈의 작용에 대해 1604년 광학에 관한 논문을 발표했다고 합니다
렌즈의 기본 원리는 빛의 직진하는 성질과 어떤 매질로 인해 굴절되는 성질을 이용하는 것인데, 매질의 특성에 따라 굴절률이 높기도 하고 낮기도 합니다 빛이 동일한 매질을 통과하는 동안에는 직진하다가 다른 특성을 가진 매질을 만나면 굴절되며 항상 두꺼운 쪽으로 방향을 바꾼다고 합니다
유리컵 속의 물에 젓가락을 꽂았을 때 물이 시작되는 지점에서 젓가락의 방향이 크게 굴절되어 보이는 것은 빛이 공기 중에서 물로 들어갈 때 물이 공기보다 밀도가 높기 때문이라고 합니다 이러한 현상을 이용하여 가운데를 볼록하게 만들어 빛을 모으는 렌즈를 만들기도 하고 가장자리가 두꺼운 렌즈를 만들어 빛을 퍼지게도 합니다 이러한 기본적인 성질을 이용하여 여러 가지 렌즈를 만들어 복합함으로써 렌즈의 수차를 없애고 용도에 맞는 렌즈를 만드는 것입니다
가장 일반적으로 볼 수 있는 렌즈로는 안경인데 안경은 한 장의 렌즈를 사용하며 볼록렌즈와 오목렌즈이용합니다 볼록렌즈는 초점을 앞으로 당겨서 원시안경에 사용하며 오목렌즈는 촛점을 뒤로 옮겨서 근시안경으로 사용합니다 다초점렌즈는 렌즈 하나의 면에 위, 아래, 중앙, 좌, 우로 구분을 하여 각 위치마다 다른 초점을 넣는 기술을 말합니다
광학의 초기 단계의 카메라와 현미경도 렌즈를 하나만을 사용했는데 이러한 낱장 렌즈는 렌즈의 구조로 인하여오는 왜곡과 수차등, 여러 가지 보완할 점이 많기 때문에 어느 정도 고품질의 제품들은 오목렌즈와 볼록렌즈를 기본구조로 하여 여러 장의 렌즈를 조합해서 정확하고 선명한 상을 맺도록 제작하고 있습니다
렌즈의 원료
렌즈를 만드는 재료로는 판유리, 주물유리, 파이렉스 유리, 듀란유리, 제로듀어 유리 등이 쓰이는데 판유리는 큰 건물의 출입문등에 쓰이는 두꺼운 유리이며, 주물유리는 기포나 뒤틀림등이 많아서 광학의 재료로는 적당하지 않기 때문에 주로 보일러의 내부를 들여다볼 수 있게 한 시창 등에 쓰인다고 합니다 듀란 유리는 저온에서 변화가 적은 특성이 있어서 추운 지방에서의 반사경으로서 좋으며 , 파이렉스 유리는 화학적인 구조가 안정되어 있고 열에 강해서 정형 좋기 때문에 렌즈의 재료로 좋으나 구하기가 힘들고 가격이 비싸다고 합니다
제로듀어는 매우 단단하여 모래를 연마할 때 시간이 많이 걸리나 온도에 따른 변화가 거의 없으므로 정형 작업 시 냉각할 필요가 없고 광내기에 좋으므로 매우 좋은 재료라고 합니다
또한 요즘은 스마트폰에도 렌즈가 부착되어 나오므로 스마트폰에 들어가는 렌즈의 수요도 굉장히 많은데 스마트폰에는 '레진'이라는 수지가 사용되는데 레진은 강도가 탄탄하면서도 가벼운 고체이며 맑고 투명하며 광택을 띠고 있습니다 렌즈로 만드는 과정은 고체로 된 레진을 녹여 첨가물을 넣고 렌즈 모양대로 굳힌 뒤, 코팅 과정을 거치면 완성된다고 합니다
렌즈의 제조과정
렌즈를 만드는 유리는 석영 등을 갈아서 분말상태로 만든 다음 열처리로 덩어리로 만든 다음 이 원재료 먼저 만들고자 하는 크기로 커팅합니다
재료를 곡률 모양으로 커브제너레이터로 가공합니다→1차 연마를 거친 후 →2차 연마로 렌즈의 가공면을 투명하게 해 줍니다 →이후 세척→보호막 칠하기→검사→센터링→코팅의 순으로 만듭니다
이렇게 만들어진 렌즈는 우리 생활의 편리함을 주는 것을 넘어서 자연과 이 세상을 탐험할 수 있게 해 주고 미지의 세계를 드러내 우리 마음까지도 풍요롭게 만들어줍니다 자연 속의 자그마한 현상까지도 끝없는 탐구심으로 연구하고 개발하여 미래의 인류에게 풍요로움을 선사한 이 전 세대의 분들에게 박수를 드립니다