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광학분야에서 큰 업적 남긴 3인방 - 현미경 만든 칼 자이스쪾광학물리학의 아베 박사쪾유리화학 쇼트 …
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칼자이스… 초기 현미경 광학적 문제 해결, 광학렌즈산업 발전 장본인
아베박사… 광학물리학 이론과 유리에 의한 빛의 분산 이론 기초 확립
쇼트박사… 아베 박사와 일정한 굴절률과 빛 분산 작은 개량렌즈 개발

 
1980년대만 하더라도 우리나라 안경산업 업종과 관련된 사업소의 명칭에는 유독(惟獨) ‘독일’이란 명칭을 많이 사용하였다. 예를 들어 한독알프광학을 비롯하여 서독안경원쪾독일안경원쪾한독안경원쪾 한독당 안경원 등의 간판이 전국적으로 우후죽순(雨後竹筍)처럼 많이 걸렸다.

이러한 상호가 남용되었던 이유는 독일제 안경렌즈의 품질이 우수하고, 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 독일 광학산업의 명성이 범세계적으로 알려져서 소비자가 독일 제품을 선호했기 때문이라고 생각된다.

이렇게 되기까지에는 독일이 낳은 광학분야의 위대한 업적을 남긴 칼자이스(Carl Zeiss, 1816~1888), 에른스트 칼 아베(Ernst Karl Abbe, 1840~1905), 오토 쇼트(Otto Schott, 1851~1935)가 있다. 현미경을 만들던 Carl Zeiss, 광학물리를 연구하고 발전시킨 Ernst Abbe, 그리고 유리화학을 전공한 Otto Schott. 이들 세 사람이 칼자이즈 재단을 세우고 광학렌즈 산업을 발전시킨 위대한 족적은 오늘날까지 이어지고 있다. 리챠드 채핀의 글을 옮겨본다 (역자 주)

Zeiss는 변변찮게 시작해서 거대한 광학산업체의 하나가 되었다
에른스트 칼 아베(Ernst Karl Abbe). Abbe는 1840년 1월 23일 지금의 독일인 Saxe-Weimar-Eisenach의 Grand Duchy의 아니제나흐시에서 태어났다. Abbe의 아버지는 하루에 16시간씩 지역공장에서 방직공으로 일했는데 겨우 자기 가족을 부양할 수 있었다. 그러나 Abbe는 청년시절 자신의 장래가 유망한 직업을 가지게 될 운명으로 태어났다는 것을 입증하였다. Abbe 아버지의 고용주는 학교 교육을 통해 그가 자기의 길을 갈 수 있도록 도왔다.

Abbe는 예나대학(University of Jena)에서 장학금을 받으며 물리학과 수학을 전공했다. 1861년 21살 때 이미 괴팅겐 대학에서 열역학(thermodynamics)에 관한 논문으로 박사학위를 취득하였고, 1863년에는 물리학과 수학을 배웠던 예나대학의 교수로 임명되었다. 그가 발전시킨 광학물리의 이론과 유리와 같은 광학재료 (오늘날의 유기질재료)에 의한 빛의 분산은 오늘날 렌즈에 있어서 중요 요소며 관심사다.

Zeiss와 동업

1866년 Carl Zeiss는 예나의 현미경 제조업자였다. Zeiss는 Abbe의 예나대학에서의 연구활동과 연구업적에 대하여 알고 있었다. Zeiss는 현미경 제작에서 맞닥뜨리는 문제를 해결하기 위하여 Abbe의 도움이 필요했으며, 그를 Zeiss Optical Works의 연구책임자로 고용했다. 그들 사이에는 진정한 우정을 나누게 되었고, Zeiss는 Abbe에게 동업자가 되어 줄 것을 요청했다. Abbe는 렌즈의 성능을 설명하기 위한 이론을 발전시켰고, Zeiss를 위하여 초창기 현미경의 광학적 문제점을 해결하였다. 이러한 이론은 렌즈계에 대한 최초의 공식적인 광학적 설명의 기반을 세웠다. 더욱이 Abbe는 Zeiss의 현미경 렌즈를 만드는데 필요한 유리가 없다는 것을 알고 유리제조화학과 생산에 관심을 기울였다. Abbe는 100여 종류의 유리 제조 방법을 개발하였다.

성공적인 3인방 광학자의 운영 체제

1881년경 예나대학의 유리화학자였던 오토 쇼트 (Otto Schott)는 Zeiss와 Abbe로부터 결합할 것을 제의받았다. 그들은 예나에 Schott and Sons란 회사를 차렸다.

Abbe는 Otto Schott 와 함께 굴절률이 일정하고 Abbe값 또는 빛의 분산이 작은 렌즈 공정을 개량하기 위하여 유리용해공정에서 함께 일하였다. ν (뉴) 값은 안경렌즈분야에서 잘 알려진 것처럼 Abbe 수 또는 Abbe 값( Abbe‘s Value)으로 알려졌다. Abbe의 연구는 굴절률이 작은 유리는 전형적으로 40 이상의 Abbe 값을 가져야 한다는 것을 발표하였다. 고굴절률유리는 전형적으로 20대와 30대의 작은 Abbe 수를 가졌다. 이러한 결과는 오늘날 플라스틱(유기질) 재료에도 적용된다. Abbe 값은 렌즈재질의 가장 중요한 척도의 하나가 되었다. Abbe의 렌즈 재료쪾시력에 미치는 영향과 안경광학에 대한 공헌은 오늘날에도 이어지고 있다.

칼 자이스 재단

1891년 Carl Zeiss 서거 후 Abbe는 그의 친구와 동료들에 대한 헌납(a tribute)의 뜻으로 칼 자이스재단(Carl Zeiss Foundation)을 설립했다. 자선기관재단으로서 예나대학과 Carl Zeiss 직원들에게 도움이 되었다. 이 재단은 과학연구와 사회적 향상에 기여했다. Abbe는 노사관계와 사회학에 관한 연구를 하였고, 1일 8시간 근무제쪾휴일 수당쪾병가 수당쪾연금 등의 제도를 도입하였다. 칼 자이스재단은 수년간 운영되어 왔고, 오늘날까지도 활동하고 있다.

Abbe 값이란 무엇인가?

Abbe 값은 빛의 분산을 나타내는 것으로 렌즈의 색채적 질 (chromatic quality)에 정비례한다. 가시광선은 다수의 파장으로 구성되어 있는데 그것은 각기 다른 색으로 만들어진 백색광이다. 이들 각기 다른 파장은 전형적으로 색수차를 일으키는 파장으로 분산된다. 그러한 경우 무지개처럼 각기 다른 색깔이 렌즈의 주변에 나타나거나 또는 어떤 경우에는 광원 주위에 광륜(光輪) 또는 Color fringe를 만든다. Abbe 값이 크면 클수록 색수차를 크게 줄여서 더욱 선명한 시각 이미지를 만든다. Abbe 값이 시력에 얼마나 중요한지는 개인적인 견해다. 광학렌즈의 이상적인 Abbe 값은 60이 되어야 한다. 크라운 유리와 CR-39 렌즈의 Abbe 값은 58로서 60에 근접한다.

Zeiss는 좋은 시력을 얻는데 요구되는 최소 Abbe 값을 결정짓기 위하여 임상실험을 하였다. 실험결과 뚜렷한 시력을 얻기 위해서는 안경렌즈의 Abbe 값이 최소한 40이 되어야 한다는 것을 밝혔다. 고굴절률유리와 폴리카보네이트와 같은 유기질재료의 Abbe 값 범위는 20~30으로 40 이하다. 이러한 작은 Abbe 값의 영향은 사람마다 각기 다르게 나타난다. 그러나 굴절력이 ± 4D 또는 그 이상의 굴절력을 갖는 렌즈는 시력감소를 초래한다. 고굴절률렌즈 재료로부터 가장 혜택을 보는 것은 4.0D 이상의 굴절절력을 갖는 렌즈다. 고굴절률렌즈로는 더 얇고 더 가벼운 렌즈를 만든다. 거기에는 미용적인 것쪾편안함쪾광학 사이에 “타협을 위한 실마리”가 있다. 역사적으로 고굴절률유리는 무겁게 만들기 위하여 납 성분을 넣었다. 그러나 오늘 날에는 티탄과 같은 더욱 가벼운 재료가 유리 제조에 이용되고 있다. 고굴절률 플라스틱렌즈는 유리 무게의 절반이거나 절반에 못 미친다. 빛의 분산 또는 색수차에 영향을 미치는 다른 요인은 렌즈의 사이즈쪾광학중심쪾프리즘이다. 이러한 모든 요인은 중요하다는 것이 입증되었다. 환자가 렌즈 재료를 교환할 때 Abbe 값에 대한 감도는 종종 나타난다. Abbe 값이 작은 렌즈는 시력교정을 했을 때 만족스러운 결과는 얻지 못한다.

유리렌즈이거나 또는 플라스틱 렌즈이던 간에 세 가지 주요한 특성을 가졌는데 첫째는 굴절률이고, 둘째는 Abbe 값, 셋째는 밀도이다. 이들 특성 중 하나가 변화되면 한쪽 또는 양쪽에 영향을 미친다. 고굴절률렌즈는 Abbe 값이 작고 밀도가 커짐을 의미한다.

시력측정

시력은 시력표와 몇가지 다른 검사방법으로 측정할 지라도 자각적 측정을 해야한다. 안경사가 측정한 20/20 시력은 최종 시력이 될 수 없다. 전형적으로 타각적 동적 망막증(dynamic retinopathy)과 자각적 시교정은 다르다. 그 설명은 각 개인의 뇌가 망막에서 뇌로 보낸 전기적 신호를 어떻게 해석하느냐에
 
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