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  1. 2014.10.16 렌즈 데이터 시트 읽는 방법 (1)
  2. 2014.07.18 렌즈와 초점거리 사이의 거리

[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.



 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


Posted by 비전만

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  1. 2018.02.19 13:14  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

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[광학 기술 백서 #3]렌즈와 초점거리 사이의 거리


  렌즈를 구분할 때 흔히 광각 렌즈, 표준 렌즈, 망원 렌즈라는 말을 많이 씁니다.
  그러면 이러한 렌즈의 성질은 무엇으로 구분을 하는 것일까요?
  그리고 렌즈의 종류에 따라 나타나는 특징은 무엇이 있을까요?
  오늘은 렌즈의 종류를 구분하는 방법과 이에 따른 특징들을 살펴보도록 하겠습니다
.


렌즈란 무엇인가?

  

  렌즈는 외부의 빛을 카메라 뒤쪽의 필름이나 센서에 도달할 수 있도록 모아주는 장치를 말합니다.

  렌즈는 흔히 플라스틱이나 유리를 이용하여 제작을 하게 되고 이런 렌즈를 통과하는 빛은 렌즈 내부에서 굴절을 한

후 일정한 거리에서 한점에서 만나게 됩니다. 이 때 이렇게 빛이 만나는 점을 초점거리(f)라고 하며 이 초점 거리에 따라 렌즈의 중요한 특징들이 결정되어집니다.

초점 거리에 따른 렌즈의 구분

  

  먼저 초점 거리에 따라 렌즈를 어떻게 구분할 수 있는지 알아보도록 하겠습니다.
렌즈마다 약간씩의 차이는 있겠지만 보통 렌즈는 초점 거리의 길이에 따라 다음과 같이 구분됩니다.


표준렌즈: 50 또는 55mm의 초점 거리
광각렌즈: 17, 28, 35mm의 초점 거리
망원렌즈: 85, 135, 300mm 또는 그 이상의 초점거리
줌렌즈: 초점거리를 임의로 조절할 수 있는 렌즈

  

  표준렌즈의 초점 거리가 50mm로 되어 있는 이유는 이 초점 거리에서 렌즈를 통해 볼 수 있는 상이 사람의 눈으로 보는 것과 가장 비슷하기 때문입니다.


렌즈 구분의 원리

  
  그러면 광각 렌즈와 망원 렌즈는 어떻게 구분을 할까요?

  이미 눈치를 채신 분들도 있겠지만 광각렌즈는 표준렌즈보다 초점거리가 짧은 것들을, 망원렌즈는 표준렌즈보다 초점 거리가 긴 것을 의미합니다.

  이제 초점 거리에 따라 왜 이렇게 렌즈의 구분이 바뀌는지 알아보도록 하겠습니다.


  위의 그림에서 붉은 선은 표준 렌즈의 초점을 나타내고 있습니다. 


  보시는 바와 같이 표준 렌즈는 광축(점선)에 평행한 광선이 렌즈를 지나 한점에 모입니다
. 이때 빛이 모이는 점을 앞으로 이동시킨다고 생각하면 렌즈로 향하던 평행한 빛은 초점의 이동에 따라 바깥쪽으로 퍼지게 됩니다.(파란색 실선) 바로 이것이 광각 렌즈입니다. 렌즈로 들어오는 빛을 우리가 렌즈를 통해 볼수 있는 시야의 범위라고 하면 광각렌즈의 시야는 표준렌즈보다 넓어지게 됩니다.


  같은 방법으로 이번에는 표준렌즈의 초점을 뒤쪽으로 이동시켜 보겠습니다. 이때에는 광각렌즈와는 반대로 렌즈를 통과하는 빛이 좁아지게 됩니다.(녹색 실선) 이 렌즈가 바로 망원 렌즈입니다. 망원 렌즈는 표준렌즈보다 더 좁은 시야 범위를 가지고 있습니다.


  이처럼 초점거리에 따라 렌즈를 통해 볼 수 있는 시야의 범위가 넓어지거나 좁아지는데 바로 이를 통해 광각렌즈와 표준렌즈, 그리고 망원렌즈를 구분할 수 있습니다.

  이렇게 시야각이 달라지더라도 상이 맺히는 센서나 필름의 크기는 일정하기 때문에 같은 거리에서 찍은 사진을 통해서 나타나는 물체의 크기는 광각렌즈->표준렌즈->망원렌즈의 순서로 커지게 됩니다.

실제 사용 예시


  그러면 각각의 렌즈가 실제로 어떻게 사용되고 있는지 실제 촬영한 사진을 통해 알아보도록 하겠습니다.



  위의 사진은 같은 거리의 물체를 초점거리가 다른 렌즈를 사용하여 촬영한 예입니다. 이미 설명했던 바와 같이 초점거리가 길어질수록 물체의 크기가 커지는 것을 알 수 있습니다.



  또한 초점거리에 따라 렌즈에서 표현되는 원근감도 차이가 나게 됩니다. 이 원리에 대해서는 앞서 설명한 "Telecentric 렌즈의 원리"에서 언급하였으니 생략하도록 하겠습니다.

  이처럼 렌즈는 초점 거리에 따라 그 성질과 효과에 차이가 나게 됩니다.
  그러므로 렌즈의 이러한 성질을 잘 알고 용도에 맞게 쓸 수 있도록 주의해야 하겠습니다
.


 필진 소개



박강환, Benjamin Park

(앤비젼 제품 기획팀/광학 담당)

광학에 대한 무한 열정으로 제품을 넘어 고객의 솔루션을 만드는 Optic Specialist



Posted by 비전만

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