렌즈 데이터 시트 읽는 방법

[광학 기술 백서 #6] 렌즈 데이터 시트 읽는 방법

 

   렌즈를 선택할 때 혹은 구매 후 사용할 때 그 렌즈의 데이터 시트(사양 설명서)를 이용하면 여러 가지 정보를 얻을 수 있습니다. 언뜻 보면 매우 복잡하고도 조잡해 보이는 데이터 시트들 이지만, 하나하나 확인해 보면 생각보다 어렵지 않게 파악이 가능합니다. 오늘은 렌즈 제조사의 데이터 시트를 보면서, 어떤 정보를 찾을 수 있는지 보겠습니다. 

• 예시 렌즈: Qioptiq(큐옵틱, (구)리노스)사의 Inspec x L 렌즈 (f/5.6, 105mm, 0.33x)

1. Working distance 및 경통 길이 찾기 

 

 

  이전 포스팅(2014/06/26 - [머신비전 기술 백서/광학] - 렌즈의 분류 방법)에서 설명한 것과 같이 산업용 단렌즈는 한 개의 배율을 가지고 있어 물체로부터 정해진 거리에 렌즈와 카메라를 위치시켜야 합니다. 데이터 시트에는 아래와 같이 도면과 함께 Working distance(물체-렌즈) 및 경통 길이(렌즈-센서)를 구할 수 있게끔 몇 가지 수치들이 표시되어 있습니다. (혹은 직접 Working distance와 물체-센서의 거리가 명시되어 있기도 합니다.)

 

 

아래와 같은 표의 opt B’로 표시되어 있는 각 배율에서 free W.D를 통해 Working distance, AL+7.5mm를 통해 경통의 길이를 쉽게 찾을 수 있습니다. 

 

하지만 상황에 따라서 위 0.33x의 렌즈를 이용해 0.2x에서 검사해야 할 경우 Working distance와 경통 길이는 어떻게 찾을 수 있을까요? 

이때 위 그림과 표의 수치들을 이용하면 간단히 구할 수 있습니다. 

① 먼저 정의에 따라 Object-H 의 거리인 Working distance는 f’*(1+1/mag) 이므로 105.4*(1+1/0.2) = 632.4mm 이며, H’-sensor거리인 Back focal length는 WD*mag = 632.4 * 0.2 = 126.48mm 로 찾을 수 있습니다. 

②위 그림에서 H’-sensor는 (D)+AL 이므로 경통의 길이가 아닙니다. 홈이 파져 있는 V-mount부터 센서까지의 거리는 Back focal length – (D) + 7.5 이므로 126.48 – 41 + 7.5 = 92.98mm로 구할 수 있습니다. ((D)의 값은 약 41로 유추)

 

참고)

   f’ = 초점거리

   mag = 배율

   H = 제1기준면

   H’ = 제2기준면

   Working distance = 초점거리 x (1+1/배율)

   Back focal distance = Working distance x 배율 = 초점거리 x (1+배율)

   Total track = 초점거리 x (2+배율+1/배율)

 

 

 

 

 

 

2. 성능 시트 읽기

     

  데이터 시트에는 위와 같은 도면뿐 아니라 아래와 같이 렌즈의 성능을 나타내는 그래프들이 있습니다.

 

	MTF   지난 포스팅(2014/08/08 - [머신비전 기술 백서/광학] - MTF 그래프의 해석)에서 설명한 것과 같이 가로축은 이미지 크기, 세로축은 contrast이고 4개의 선들은 각각 line pair의 주파수를 나타냅니다. 이 렌즈는 72lp/mm (7um선폭)에서 약 50%의 contrast를 보이게 설계되었습니다.
	Light falling    통상 vignetting이라고 알려져 있는, 중심대비 외곽에서의 밝기 변화 그래프 입니다. 가로축은 이미지 크기, 세로축은 -1, -2, -3으로 올라갈 때마다 50%로 줄어드는 스케일 입니다. 확대해 보면 f/8로 한 stop조이면 이론적 최고의 uniformity인 에 근접하게 됩니다.
	Distortion    이미지의 찌그러짐을 나타내는 왜곡 수치입니다. 마찬가지로 가로축은 이미지 크기, 세로축은 중심 0을 기준으로 위쪽은 핀쿠션 왜곡, 아래쪽은 배럴 왜곡입니다. 그래프에서 보다시피, 1x근처로 갈수록 왜곡이 좋아짐을 볼 수 있습니다.
	종 색수차    빛은 파장의 길이에 따라 굴절률이 달라져 백색광을 사용하는 경우 초점이 퍼지는데, 왼쪽은 그 퍼지는 정도를 나타낸 그래프 입니다. 그래프상 약 450nm, 540nm에서 초점이 정확하게 맞으며 그 외의 파장대에서도 초점은 정위치로부터 약 0.1mm내에 들어오게 설계 되어 있습니다.

 

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필진 소개

 

정세영, Sam Jung (앤비젼 제품 기획팀/광학 담당) 광학에 관한 이론은 간단하게, 현상은 조금 더 깊게, 복잡한 것들은 더 쉽게 설명하는 Optic Solution manager