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바코드 판독을 변화시킬 리퀴드 렌즈 기술

Liquid Lens Autofocus Technology Banner

최신 리퀴드 렌즈는 자동 포커스 조정이 간편하며 광범위한 머신비전 문제에 있어 현재로써 최상의 솔루션으로 꼽힙니다. 이 기술은 바코드 판독, 포장물 분류, 품질 검사, 자동화를 비롯한 그 밖의 용도에 사용하기 적합합니다.

적합한 렌즈 선택에서 고려할 사항

바코드 판독 애플리케이션을 설정할 때 해당 애플리케이션에 가장 적합한 렌즈를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 조명 조건, 거리, 영상 처리에 필요한 크기, 그 밖의 다양한 변수에 따라 한 애플리케이션에 적합한 렌즈가 다른 애플리케이션에서는 성능이 크게 떨어질 수 있습니다.

렌즈는 물체 또는 관심 영역으로부터 반사된 빛을 이용해 카메라 센서에서 초점을 맞춥니다. 물체에서 빛의 점이 카메라 센서에서 가능한 가장 작은 영역이 되면 더할 나위 없이 완벽한 정초점이 맞춰진 것입니다.

렌즈마다 모양과 굴절률에 따라 빛의 세기가 다르고 빛이 휘는 정도에서 차이가 납니다. 이는 물체가 정초점이 되었을 때 렌즈와 이미징 센서 사이의 거리인 초점 길이에 영향을 줍니다. 렌즈를 선택할 때는 작동 거리, 시야각, 카메라 센서의 크기와 해상도 간의 균형을 고려해야 합니다.

작업이 바뀔 때 렌즈도 교체해야 합니다.

애플리케이션에서 필요한 시야각과 작동 거리가 일정하다면 고정 초점 길이를 가진 카메라가 가장 좋습니다. 하지만 대부분의 경우, 둘 중 하나 또는 두 가지 모두가 때로는 연속해서, 때로는 개별 단계마다 다를 수 있습니다. 그 때마다 초점을 변경해야 하며, 그렇지 않으면 이미지가 허용할 수 없는 수준으로 저하됩니다.

초점 변경은 머신비전 분야에서 고질적인 문제입니다. 과거에는 이를 해결하기 위한 방법으로 물리적으로 렌즈를 이동해 초점 길이를 변경하고 그에 따라 시야각과 초점을 맞췄습니다. 또 다른 해결책으로는 단순하게 한 렌즈에서 특정 초점 길이의 다른 렌즈로 전환하는 것입니다.

최근 곡률을 변경하는 리퀴드 렌즈를 채택한 자동 포커스 기술 덕분에 개별 카메라의 기능이 개선되고, 복잡한 기계장치의 수가 줄어들며, 광범위한 산업 및 기타 애플리케이션의 혁신 등 변화가 나타나고 있습니다.

자동 포커스 기술이란 무엇이고, 이 기술이 어떤 점에서 유용할까요?

카메라는 다양한 방법을 이용해 적절한 초점을 찾습니다. 수동적 방법은 상 감지, 대비 감지를 포함한 여러 종류의 알고리즘을 통해 표적 이미지를 분석합니다. 능동적 방법은 레이저 또는 초음파를 통해 표적까지의 거리를 직접 측정하는 외부 센서를 이용합니다. 방법의 선택은 특정 환경에 따라 좌우됩니다.

물체가 초점을 벗어나거나 거리가 변화하는 신호에 대응하여 물체의 초점이 다시 맞춰질 때까지 카메라가 초점 길이를 변경합니다.

자동 포커스는 개인 카메라와 휴대폰에서 확실히 작동하며, 머신비전에서 널리 이용됩니다. 하지만 더 간단하면서 보다 유연한 식으로 초점을 변경하는 것이 오랜 숙원이었으며, 이제는 그 해결책이 마련되었습니다. 바로, 모양 뿐 아니라 빛의 굴곡 기능을 바꿀 수 있는 리퀴드 렌즈입니다.

리퀴드 렌즈가 어떻게 작동할까요?

리퀴드 렌즈는 독립적인 광학 등급 오일 셀로, 일렉트로웨팅(electrowetting)이라고 하는 효과를 통해 정밀 렌즈에 맞게 형상을 바꿉니다. 즉, 전기 전류가 바뀔 때 예측가능한 방식으로 곡률을 변경합니다. 초점 길이와 작동 거리를 바꾸는 이 곡률의 변화는 수 밀리초 안에 발생하여 초점을 맞추며, 이후에는 충전되지 않은 원래 형태로 돌아갑니다.

리퀴드 렌즈 설명 다이어그램

기존의 광학 렌즈처럼 리퀴드 렌즈는 단일 광학 요소이며, 단독으로 사용되기보다는 여러 요소로 구성된 어셈블리에 속해 있습니다. 단일 렌즈에서는 렌즈의 여러 지점에서 초점이 달라지거나, 간섭 색, 각양각색의 왜곡이 발생하는 등 일탈이라고 하는 다양한 결함을 가진 이미지가 생성됩니다. 광학 설계자는 하나 이상의 추가 렌즈를 이용해 특정 애플리케이션에 따라 이와 같은 광학 문제를 해결합니다. 애플리케이션에 따라 리퀴드 렌즈는 렌즈 스택의 여러 지점에 배치됩니다.

리퀴드 렌즈의 장점은 무엇일까요?

자동 포커스는 이미지 기반 바코드 리더기에서 핵심 요소로서, 다양한 거리, 각양각색의 물체, 시야각 변화 요구 사항에 맞게 물체의 초점을 즉시 조정할 수 있습니다. 리퀴드 렌즈는 속도와 사용 편이성 면에서 다른 어떤 방법보다 훨씬 뛰어난 성능을 제공합니다.

또한 리퀴드 렌즈는 동급 사양일 때 기계식 렌즈보다 크기가 더 작고 가볍습니다. 초점을 맞추기 위한 기계 장치를 비롯해 초점 변경을 위해 물리적으로 렌즈를 이동할 필요를 없앰으로써 카메라 크기를 축소하고 무게를 줄일 수 있습니다. 리퀴드 렌즈가 탑재된 카메라는 공간 제약이 있는 제조 라인 및 우편물 처리 애플리케이션과 같이 기존의 카메라를 설치할 수 없는 분야에 사용할 수 있습니다.

산업 환경에서는 충격과 진동이 이미지 품질을 크게 저하시킬 수 있어 종종 재배치나 재보정이 필요합니다. 리퀴드 렌즈에는 움직이는 기계 부품이 없습니다. 마모의 영향이 없을 뿐만 아니라 충격과 진동에 훨씬 더 내구성이 튼튼합니다. 약간의 움직임으로 렌즈 초점이 벗어난 경우, 즉각적으로 반응할 수 있습니다.

또한 기존의 렌즈 어셈블리보다 훨씬 더 수명이 깁니다. 모터와 기계식 가이드가 사용된 기계식 초점 조절 시스템은 약 100,000회 사이클 후에 마모가 발생하지만, 움직이는 부품이 없는 리퀴드 렌즈는 최대 500만 사이클까지 지속이 가능합니다.

리퀴드 렌즈는 소음이 전혀 없습니다. 산업 분야에서는 그다지 중요하지 않을 수 있지만, 임상 환경에서 사용할 때는 장점이 될 수 있습니다.

리퀴드 렌즈의 특정 용도

리퀴드 자동 포커스 렌즈는 현대의 고속 라인에서 많은 문제를 해결합니다. 물체의 크기가 각기 다르고 여러 방향에 코드가 표시되어 있는 2D 코드 판독의 경우, 포장물이 이동할 때 초점이 빠르게 바뀔 수 있습니다.

리퀴드 렌즈 가변 스캔

인쇄회로기판(PCB)의 경우, 결함의 크기가 작아 PCB의 육안 검사가 어려울 수 있고 그러한 결함으로 최적의 초점이 바뀌게 됩니다. 리퀴드 렌즈는 PCB의 일정 부분을 검사해야 할 때마다 초점을 다시 맞출 수 있습니다. 리퀴드 렌즈는 복강경 검사 카메라, 무인 케이블카, 레이저와 같은 광범위한 분야에서 사용되고 있습니다.

혁신적인 기술, 리퀴드 렌즈

자동 포커스 기능을 갖춘 리퀴드 렌즈는 영상 구현에 필요한 카메라 수를 줄이고 수명을 늘려주어 광범위한 애플리케이션에서 바코드 리더기의 효용을 높여줍니다. 코그넥스 기술에 관해 자세히 알아보려면 바코드 리더기 제품 가이드를 다운로드하십시오.

 

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