프레넬 렌즈의 원리와 구조

등대는 앞바다를 항해하는 선박에 빛을 보냅니다. 빛을 모아서 멀리 보내려면 크고 밝은 광원과 빛을 모아서 보내는 큰 렌즈가 필요합니다. 그런데 그렇게 큰 렌즈는 만들 수 없습니다. '어떻게 하면 멀리까지 빛을 보낼 수 있는 등대용 렌즈를 만들 수 있을까?' 이 렌즈의 아이디어를 생각해 낸 것이 프랑스 물리학자 오귀스탱 장 프레넬입니다.

프레넬 렌즈의 구조

프레넬은 1822년에 그림과 같이 유리판에 톱니이빨 같은 들쭉날쭉한 단차를 붙인 렌즈를 고안했습니다. 이 렌즈는 발명자의 이름을 따서 '프레넬 렌즈'라고 이름 붙여졌습니다. 프레넬 렌즈는 렌즈의 표면을 미세하게 분해하여 평면에 배치한 것과 같은 단면을 하고 있습니다. 구면 렌즈의 표면 부분을 미세하게 분해하여 평면에 배치했기 때문에 렌즈의 두께가 얇아집니다. 마치 프리즘을 늘어놓은 모양이 됩니다.

프레넬 렌즈의 용도

이러한 렌즈는 망원경과 같이 물체를 관찰하기 위한 도구로는 사용할 수 없습니다. 왜냐하면 상을 깨끗하게 볼 수 없기 때문입니다.따라서 프레넬 렌즈는 빛을 모으는 데 자주 사용됩니다. 예를 들면, 카메라의 플래시 앞에 붙어 있는 들쭉날쭉한 투명한 판이 프레넬 렌즈입니다.

등대 프레넬 렌즈

등대와 같은 대형 프레넬 렌즈의 빛이 어떻게 진행되는지 살펴봅시다. 유리의 표면에 깎인, 하나하나의 들쭉날쭉한 요철이 프리즘과 같은 기능을 합니다. 모든 빛이 같은 방향으로 똑바로 진행되도록 렌즈의 중심 부분과 원주 부분에서 들쭉날쭉한 모양이 서로 다르기 때문에 빛의 진행 방식이 다릅니다. 외주부에서는 프리즘 내면에서 빛을 전반사시키고 있습니다.