산업용 머신 비전에서 렌즈 선택은 카메라가 측정, 검사 및 인식을 위해 충분히 안정적인 이미지를 생성할 수 있는지 여부에 직접적인 영향을 미칩니다. 소비자 등급 렌즈 또는 부적합한 줌 렌즈는 초점 설정이 변경될 때 시야, 초점, 배율 또는 왜곡이 변경될 수 있습니다. 이러한 변화로 인해 교정이 복잡해지고 연속 작동 중에 측정 일관성이 저하될 수 있습니다.

고정 초점 거리 렌즈는 초점 거리를 지속적으로 변경하는 대신 특정 광학 구성을 중심으로 설계되었습니다. 초점 거리, 센서 형식, 작동 거리 및 필요한 시야가 올바르게 일치하면 렌즈는 자동화된 검사, 정밀 측정, 로봇 비전 및 물체 인식을 위한 반복 가능한 이미징 형상을 제공할 수 있습니다.

그러나 산업용 구매자의 경우 고정 초점 렌즈 선택이 가격만으로 시작되어서는 안 됩니다. 초점 거리, 센서 크기, 해상도, 왜곡, 조리개, 작동 거리, 광학 코팅, 기계적 인터페이스 및 맞춤 요구 사항 모두 이미징 성능과 최종 고정 초점 렌즈 가격에 영향을 미칩니다.

산업용 비전에서 고정 초점 거리가 중요한 이유

고정 초점 거리 렌즈는 정의된 하나의 초점 거리에 최적화되어 있습니다. 이를 통해 특정 범위의 작동 거리, 센서 형식, 이미지 서클 및 시야 요구 사항을 중심으로 광학 시스템을 설계할 수 있습니다.

예를 들어 검사 카메라는 고정된 설치 거리에서 폭이 100mm인 구성 요소를 감시해야 할 수 있습니다. 이미지를 조정하기 위해 줌 메커니즘에 의존하는 대신 카메라 센서와 필요한 FOV를 기반으로 적절한 고정 초점 거리를 선택할 수 있습니다. 일단 설치하고 보정하면 광학 기하학이 일관되게 유지됩니다.

이는 카메라가 유사한 위치에 있는 구성 요소를 반복적으로 검사하는 자동 검사 라인에서 특히 유용합니다.

중요한 점은 고정 초점 거리가 렌즈를 하나의 물리적 거리에서만 사용할 수 있다는 의미는 아니라는 것입니다. 다양한 작동 거리와 대상 크기에 따라 다양한 고정 초점 길이를 사용할 수 있습니다. 초점 거리가 짧을수록 일반적으로 더 넓은 시야를 제공하는 반면, 초점 거리가 길수록 카메라 위치와 센서가 비슷한 경우 더 좁은 시야를 제공합니다.

이러한 관계를 통해 머신 비전 엔지니어는 초점 거리를 별도의 사양으로 처리하는 대신 실제 검사 형상에 따라 렌즈를 선택할 수 있습니다.

고정 초점 거리 렌즈를 선택하는 방법

가장 중요한 매개변수는 연결된 광학 시스템으로 평가되어야 합니다.

초점 거리, 센서 크기 및 시야각

초점 거리는 렌즈의 각도 범위를 결정하는 반면, 센서 크기는 투사된 이미지 중 카메라가 캡처하는 이미지의 양을 결정합니다.

유용한 단순화된 관계는 다음과 같습니다.

FOV ≒ 센서 치수 × 작동 거리/초점 거리

이는 완전한 광학 설계 방정식은 아니지만 선택 논리를 보여줍니다. 센서와 작동 거리가 동일한 경우 초점 거리를 늘리면 일반적으로 시야가 줄어듭니다. 초점 거리를 줄이면 일반적으로 적용 범위가 늘어납니다.

카메라가 제한된 장착 위치 내에서 상대적으로 큰 구성 요소를 검사해야 하는 공장 자동화 애플리케이션을 생각해 보십시오. 전체 대상을 캡처하려면 더 짧은 초점 거리가 필요할 수 있습니다. 물체가 더 작고 카메라가 더 멀리 설치되는 정밀 측정 응용 분야에서는 초점 거리가 길수록 더 적절한 이미지 스케일을 제공할 수 있습니다.

따라서 올바른 질문은 단순히 "어느 초점 거리가 더 좋습니까?"가 아닙니다. 그것은:

선택한 센서에 대해 충분한 해상도와 허용 가능한 왜곡을 제공하면서 사용 가능한 작동 거리에서 필요한 FOV를 생성하는 초점 거리는 무엇입니까?

작동 거리 및 설치 형상

자동화 장비에서는 사용 가능한 설치 공간이 미리 결정되는 경우가 많기 때문에 작동 거리가 특히 중요합니다.

작동 거리를 고려하지 않고 선택한 렌즈는 카메라 위치를 강제로 변경하거나, 필요한 시야각을 변경하거나, 조명 통합을 더욱 어렵게 만들 수 있습니다.

따라서 로봇 비전 및 자동 검사의 경우 렌즈는 카메라 위치, 물체 크기, 조명 배열 및 기계적 장착 구조와 함께 평가되어야 합니다.

해상도 및 카메라 매칭

고해상도 카메라는 고해상도 검사 결과를 자동으로 생성하지 않습니다.

렌즈는 카메라 센서에 대한 충분한 공간적 세부 사항을 해결해야 합니다. 광학 해상도가 부적절할 경우 카메라 픽셀 수를 늘리면 렌즈가 이미징 체인의 병목 현상을 일으키기 때문에 실질적인 개선이 제한될 수 있습니다.

이는 정밀 측정, 전자 부품 검사, 치수 확인 및 미세한 표면 검사에 특히 중요합니다.

따라서 적절한 평가에서는 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 센서 해상도

• 픽셀 크기

• 렌즈 광학 해상도

• 대상 피처 크기

• 필요한 측정 정확도

• 작동 거리

• 조명 조건

목표는 고 메가픽셀 카메라를 선택하고 전체 시스템이 자동으로 더 높은 디테일을 제공한다고 가정하는 대신 렌즈의 광학 해상도를 카메라의 실제 기능과 일치시키는 것입니다.

왜곡 및 측정 정확도

치수 검사에 렌즈를 사용할 경우 왜곡이 더욱 중요해집니다.

배럴 또는 핀쿠션 왜곡은 이미지 전체에 걸쳐 특징의 겉보기 위치를 변경할 수 있습니다. 객체 인식의 경우 애플리케이션에 따라 어느 정도 왜곡이 허용될 수 있습니다. 그러나 정밀 측정의 경우 이미지 형상이 측정 결과와 교정에 직접적인 영향을 미치기 때문에 왜곡 제어가 훨씬 더 중요해집니다.

이것이 정밀 측정용 렌즈가 일반적인 물체 감지에 사용되는 렌즈와 다르게 평가되어야 하는 이유입니다.

조리개와 피사계 심도

조리개는 빛의 투과와 피사계 심도 모두에 영향을 미칩니다. 조리개가 넓을수록 더 많은 빛이 센서에 도달할 수 있지만 일반적으로 피사계 심도가 감소합니다. 조리개가 작을수록 센서에 도달하는 빛의 양이 줄어들기는 하지만 허용 가능한 초점을 유지하는 물체 위치의 범위가 늘어날 수 있습니다.

자동 검사의 경우 대상 표면이 완벽하게 평평하지 않거나 생산 중에 부품 높이가 변하는 경우 피사계 심도가 중요합니다.

예를 들어, 높이가 다른 부품을 검사하는 표면 검사 시스템에서는 관련 기능을 허용 가능한 초점 내에 유지하기 위해 충분한 피사계 심도가 필요할 수 있습니다. 대조적으로, 제어된 물체 위치를 갖춘 정밀 측정 시스템은 넓은 피사계 심도 범위보다 해상도와 왜곡에 더 중점을 둘 수 있습니다.

따라서 올바른 조리개는 조명, 노출, 필요한 피사계 심도, 센서 성능 및 광학 해상도 간의 상호 작용에 의해 결정됩니다.

머신 비전의 고정 초점 거리 렌즈 애플리케이션

다양한 산업 응용 분야에서는 광학 매개변수에 서로 다른 우선순위를 둡니다.

공장 자동화에는 반복 가능한 이미징 형상과 고정된 카메라 장착 위치와의 호환성이 필요한 경우가 많습니다. 올바르게 선택된 고정 초점 렌즈는 교정을 단순화하고 반복적인 검사 주기 동안 일관된 배율을 유지할 수 있습니다.

자동 검사에는 일반적으로 해상도, FOV, 왜곡 및 피사계 심도 간의 균형이 필요합니다. 렌즈는 결함 감지를 위한 충분한 세부 사항을 유지하면서 필요한 검사 영역을 포착해야 합니다.

정밀 측정에서는 왜곡, 해상도, 기하학적 일관성 및 카메라 일치가 더욱 강조됩니다. 넓은 FOV를 가진 렌즈는 치수 평가에 필요한 이미지 스케일이나 왜곡 성능을 희생한다면 적합하지 않을 수 있습니다.

로봇 비전에는 카메라와 렌즈가 움직이는 로봇 시스템에 장착될 수 있으므로 작동 거리, FOV, 피사계 심도 및 기계적 호환성의 조합이 필요할 수 있습니다.

객체 인식은 인식 알고리즘과 대상 특성에 따라 극도로 낮은 왜곡보다 충분한 이미지 범위와 안정적인 대비에 더 중점을 둘 수 있습니다.

이러한 차이점은 보편적인 "최고의" 고정 초점 거리 렌즈가 없는 이유를 보여줍니다. 적절한 사양은 머신 비전 시스템의 광학적, 기계적 조건에 따라 달라집니다.

고정초점렌즈 가격은 어떻게 결정되나요?

고정초점렌즈 가격은 겉보기에는 유사해 보이는 제품마다 크게 다를 수 있습니다. 주된 이유는 산업용 렌즈의 가격이 초점 거리만으로 결정되지 않기 때문입니다.

센서 형식

더 큰 센서를 커버하도록 설계된 렌즈에는 충분히 큰 이미지 서클과 해당 이미지 영역 전체에서 성능을 유지할 수 있는 광학 설계가 필요합니다. 따라서 더 큰 센서 형식을 지원하면 광학적 복잡성과 제조 요구 사항이 증가할 수 있습니다.

해상도 및 왜곡 제어

더 높은 광학 해상도와 더 엄격한 왜곡 요구 사항은 일반적으로 더 정밀한 광학 설계, 부품 제조, 조립 및 검사를 요구합니다.

고해상도 검사 시스템의 경우, 적절한 광학 성능을 갖춘 렌즈에 비용을 지불하는 것은 단순히 최저가 렌즈를 선택하는 것보다 더 의미가 있을 수 있습니다. 렌즈가 카메라 센서를 완전히 활용할 수 없는 경우 카메라의 해상도 기능 중 일부가 사용되지 않은 채로 남아 있을 수 있습니다.

조리개 및 작동 거리

더 넓은 조리개, 특수한 작동 거리 또는 비정상적인 FOV 요구 사항에는 추가적인 광학 최적화가 필요할 수 있습니다. 이러한 사양은 렌즈 디자인과 제조 비용 모두에 영향을 미칠 수 있습니다.

마운트 및 기계적 요구 사항

공통 인터페이스는 통합을 단순화할 수 있지만 맞춤형 기계적 치수, 장착 구조, 스레드 구성 또는 환경 요구 사항은 개발 및 제조 비용을 증가시킬 수 있습니다.

광학 재료, 코팅 및 맞춤화

광학 유리 선택, 코팅 요구 사항, 스펙트럼 범위 및 맞춤형 광학 구성도 가격에 영향을 미칠 수 있습니다. 표준 생산 렌즈와 특정 카메라, FOV, 작동 거리 또는 검사 대상을 중심으로 설계된 렌즈는 동일한 비용 구조를 가질 것으로 예상해서는 안됩니다.

따라서 조달팀의 경우 더 유용한 비교는 단순히 다음과 같은 것이 아닙니다.

렌즈 A는 렌즈 B보다 가격이 저렴합니다.

대신 다음을 평가하세요.

렌즈 + 카메라 호환성 + 조명 + 장착 + 보정 + 필수 광학 성능

이는 총 머신 비전 시스템 비용에 대한 보다 현실적인 관점을 제공합니다.

ECOPTIK: 산업용 비전을 위한 맞춤형 광학 솔루션

ECOPTIK은 이미징 기하학, 해상도, 왜곡 및 카메라 호환성을 함께 고려해야 하는 머신 비전 응용 분야를 위한 산업용 고정 초점 렌즈와 맞춤형 광학 솔루션을 제공합니다.

ECOPTIK은 광학 부품 제조 기술 분야에서 15년의 경험을 바탕으로 돔 렌즈, 구면 렌즈, 미세 광학 부품, 원통형 거울, 필터, 프리즘 및 창을 포함한 정밀 광학 제품을 제조합니다. 사용 가능한 재료에는 Schott, CDGM 및 Corning의 유리뿐만 아니라 Sapphire, CaF₂, MgF₂, Fused Silica, Si, ZnSe 및 ZnS가 포함됩니다. 이 회사는 또한 렌즈 조립 서비스도 제공합니다.

광학 검증 및 제품 보고를 위해 ECOPTIK은 ZYGO 레이저 간섭계, ZEISS CMM Spectrum 및 Agilent Cary 7000 UMS를 포함한 장비를 사용합니다.

머신 비전 고객의 경우 이 제조 및 테스트 기능은 고정 초점 렌즈 개발에 대한 보다 맞춤화된 접근 방식을 지원합니다. 초점 거리나 카탈로그 가격만으로 렌즈를 선택하는 대신 센서 크기, FOV, 작동 거리, 해상도, 왜곡, 조리개 및 기계적 통합을 포함하여 대상 응용 분야에 대한 광학 구성을 고려할 수 있습니다.

올바른 고정초점렌즈 결정 내리기

고정 초점 거리 렌즈를 선택하는 것은 궁극적으로 실제 머신 비전 작업에 광학 매개변수를 일치시키는 연습입니다.

대상 크기와 필요한 FOV부터 시작한 다음 사용 가능한 작동 거리와 센서 크기를 결정합니다. 여기에서 적절한 초점 거리를 선택하고 렌즈 해상도가 카메라 센서와 일치하는지 확인하세요. 다음으로 검사 목적에 따라 왜곡, 조리개, 피사계 심도, 기계적 마운트, 조명 조건을 평가합니다.

조달의 경우 고정초점렌즈 가격에도 동일한 원칙이 적용됩니다. 렌즈로 인해 해상도 제한, 보정 문제, 과도한 왜곡 또는 카메라 호환성 문제가 발생하는 경우 초기 렌즈 가격이 낮다고 해서 시스템 비용이 낮아지는 것은 아닙니다.

자동 검사, 정밀 측정, 로봇 비전 및 공장 자동화를 위해 가장 실용적인 고정 초점 렌즈는 단순히 구매 가격이 가장 낮은 렌즈가 아니라 광학 설계가 전체 이미징 시스템과 일치하는 렌즈입니다.