카메라의 옵션별 기능과 특징

Teledyne lumenera

애플리케이션에 가장 적합한 카메라를 결정하려면 여러 가지 요소를 살펴봐야 한다. 응용 분야에 따라 카메라의 성능을 향상시키기 위해 선택할 수 있는 여러 표준 옵션이 있다.

본문에서는 Teledyne Lumenera 카메라 주문 옵션 즉 유리 없음(–WOG), 덮개 유리 없음(–WOCG), 과학 유리(–SCI), 적외선 필터 포함(–WIR), 적외선 필터 미포함(–WOIR), 및 공 초점 코팅(–CC) 등에 대해 설명한다. 또한 특정 애플리케이션 분야에 대한 고유한 장점을 강조하고 예를 제공한다.

-WOG(WITHOUT GLASS, 유리 없이)

-WOG 주문 옵션에서 유리는 센서와 렌즈를 분리하는 보호 유리(optical window, 광학 창) 또는 추가 광학 장치가 없는 경우 직사광선을 말한다. 광학 창이 코팅된 카메라의 경우 IR/AR(적외선/반사 방지) 또는 AR/AR 종류가 있다. IR 필터 층은 더 높은 파장을 제거하고 가시 스펙트럼에 더 잘 초점을 맞추기 위해 사용된다.

AR 코팅은 빛이 유리와 접촉할 때 발생하는 반사 손실을 줄이기 위해 사용된다. 광학 창을 제거하면 센서로의 직접적인 광학 경로가 가능하다. 이것은 다중 반사를 야기할 수 있는 광학 창로부터의 광학 간섭이 적기 때문에 빔 프로파일링과 같은 고정밀 애플리케이션을 개선할 수 있으며 양자 효율(QE, quantum efficiency)이라고 하는 광전류로 변환된 광자의 양을 약간 향상시킨다.

빛이 재료와 접촉하여 다중 반사가 발생한다. 빛이 표면을 통과하면 그림1.1과 같이 재료의 굴절률에 특정한 각도로 굴절된다. 이 경우 광학 창의 전면 및 후면과 커버 유리는 입사광의 일부가 반사되지 않도록(코팅되지 않은 경우 각 표면에서 약 4%) AR 코팅으로 완화된다. 유리 표면의 먼지와 같은 오염 물질은 재료의 예상 방향에서 벗어난 빛의 추가 산란을 유발한다. 후면을 통과할 때 굴절 된 빛은 추가적인 반사 손실을 갖게 된다.
 

그림1.2 에서와 같이 광학 창을 제거하면 유리를 제거할 때 양자 효율이 약간 증가하여 센서가 더 민감 해진다. –WOG 옵션의 또 다른 이점은 사용 가능한 스펙트럼을 제한할 수 있는 광학 창의 코팅이 제거된다는 것이다. 유리를 제거하기 때문에 초점 거리 에 영향을 주는 후면 초점 거리가 약간 영향을 받는다. 또한 유리를 제거할 때 센서를 보호하지 않을 위험이 있으므로 먼지가 쌓이고 커버 유리에 물리적인 손상을 고려해야 한다.

–WOCG(WITHOUT COVER GLASS, 커버 글래스 제외)

–WOCG 옵션을 선택하면 카메라는 광학 창 없이 –WOG 옵션과 유사하다. 그러나 모든 센서에 일반적으로 설치되는 얇은 덮개 유리 층도 제거되어 QE가 약간 향상된다. 이는 반사가 문제가 되는 레이저 빔 애플리케이션에서 중요할 수 있다.

–WOCG 옵션이 있는 카메라를 선택할 때는 카메라가 작동할 환경을 고려해야 한다. 먼지와 기타 입자가 쌓여 센서에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 빔 프로파일링 애플리케이션에는 커버 글래스를 제거해야 한다. 이 애플리케이션에서 커버 유리 또는 광학 창의 문제점은 센서에 접근할 때 빛이 여러 번 반사될 수 있다는 것이다.

빛이 커버 유리의 표면에 닿으면 그림2.1과 같이 일부 빛이 여러 방향으로 반사된다. 광학 창과 덮개 유리의 경우 카메라의 두 지점에서 여러 번의 반사가 발생한다. 카메라에서 유리를 제거하면(그림 1.1 및 2) 센서에 들어오는 빛을 위한 명확한 광학 경로가 있다.

커버 유리는 일반적으로 센서의 픽셀에 맞는 작은 렌즈인 마이크로 렌즈와 함께 제공된다. 대부분의 애플리케이션에서 이러한 마이크로 렌즈는 이미지의 초점을 맞추는 데 도움이 되지만 유리의 두께는 빛의 흡수에 비례하며 이 흡수는 UV의 경우 훨씬 더 높다. 카메라의 –WOCG 옵션을 선택할 때 UV 광원은 일반적으로 인클로저 내부에 있는 유리의 영향을 받지 않으므로 이미지 품질이 향상된다.
 

센서를 보호하는 모든 유리 층을 제거하면 빛과 먼지와 같은 입자가 직접 닿게 된다. 센서의 민감한 표면이 손상되는 것을 방지하기 위해 예방 조치를 취해야 한다.

–SCI(Scientific Glass, 과학 유리)

–SCI 카메라 옵션은 Teledyne Lumenera의 산업용 카메라에서 제공되는 유리보다 훨씬 높은 표면 품질을 제공한다. 현미경과 같은 시준된 광원(collimated  light  source)을 사용하는 애플리케이션의 경우 유리에 불순물이 있으면 이미지가 손상될 수 있다.

–SCI Teledyne Lumenera가 장착된 카메라를 구입하면 카메라에 사용된 유리가 100% 깨끗하다. Teledyne Lumenera는 카메라 유리에 내부 먼지 축적, 물리적 문제 또는 기타 문제가 없는지 확인한다.
 

시준된 광원을 사용하는 애플리케이션은 광학 창 및 커버 유리의 표면 품질 문제에 더 민감하다. 일반적으로 혈액 샘플 이미징과 같이 현미경을 사용하는 애플리케이션에서는 주문에 –SCI를 추가하면 이미지 품질이 향상된다.
 

이 옵션은 Teledyne Lumenera의 INFINITY 현미경 카메라에 표준으로 제공된다. 그러나 –SCI는 Teledyne Lumenera LtX45R 카메라 시리즈와 같은 Teledyne Lumenera의 많은 카메라에도 사용할 수 있다.

–WIR(With IR Filter, IR 필터 사용)

광학 창에 IR 필터를 추가하는 것은 컬러 카메라의 표준이지만 흑백(모노) 카메라에도 적용할 수 있다. 그림3은 IR 필터가 장착된 Teledyne Lumenera Lt29056H 컬러 카메라를 보여준다. 모노 카메라에는 반사를 줄이는데 도움이 되는 양쪽에 광대역 AR 코팅이 제공되지만 모노 카메라로 –WIR을 선택하면 카메라가 가시광선이 센서에 도달하면서 근적외선(NIR) 빛을 차단할 수 있다.
 

따라서 –WIR 주문 옵션은 해상도가 높아야 하는 애플리케이션에 도움이 될 수 있다. 가시광선과 다른 지점에 초점을 맞추는 NIR이 차단되므로 고화질 이미지가 만들어진다. 카메라를 선택할 때 사양이 다를 수 있으며 카메라가 광학 창에 코팅이 되어 있는지 확인하기 위해 검토해야 한다.

–WOIR(Without IR Filter, IR 필터 없이)

컬러 카메라는 일반적으로 장착 고정구 내의 광학 창에 IR 코팅으로 제작된다. 유리의 후면에는 반사를 줄이기 위해 AR 코팅이 코팅되어 있다. IR 코팅이 제거되어 유리가 양면에 AR 코팅된다. 모노 카메라는 일반적으로 –WOIR이기 때문에 컬러 카메라의 옵션이다.
 

야간 감시 또는 모니터링에 필요한 카메라는 –WOIR 주문 옵션에 적합하다. IR 코팅이 없으면  그림 4.1에서 볼 수 있듯이 어두운 곳에서도 카메라의 가시성(visibility)이 향상된다. 이는 지능형 교통 시스템(예: 번호판 인식)과 같은 애플리케이션에 유용하므로 카메라는 더 넓은 범위의 빛을 받거나 NIR 광원으로 조명된 피사체를 인식할 수 있다. 모터식 및 전자식 IR 필터 또는 이중 및 삼중 대역 통과 필터를 사용하여 자체 필터 전략을 제어하려는 고객에게 –WOIR 옵션은 유용하다.

IR 필터는 실외 애플리케이션에 중요하지만 실내에서는 인공조명을 사용하면 IR이 동일한 문제를 일으키지 않는다. 백열등과 형광등 전구는 보드 스펙트럼을 갖지만, LED 조명 시스템은 일반적으로 더 좁은 대역을 가지며 보다 전문화된 광대역 LED를 제외하고는 점점 일반화되고 있다.

실내조명 시스템의 스펙트럼에 대한 일반적인 비교는 그림4.2에서 볼 수 있다. 빨간색 LED는 공통 LED 소스에서 사용되는 파장 범위가 얼마나 작은지를 보여준다. 실외 애플리케이션에는 모든 파장이 존재하기 때문에 애플리케이션과 환경을 고려해야 한다. 그러나 실내 환경은 LED에서 발견되는 절연 스펙트럼으로 인해 다양한 감광성 애플리케이션에 미치는 영향을 최소화 할 수 있다.

–CC(CONFORMAL COATING, 컨 포멀 코팅)

Teledyne Lumenera 카메라의 전기 회로 기판에 폴리머 코팅을 적용할 수 있다. 이 코팅은 보호 층 역할을 하여 카메라 내부의 구성 요소를 결로로 인한 습기 축적으로부터 보호한다.
 

그림5에 도시된 컨 포멀 코팅은 방수 장치가 카메라에 물이 들어가지 않도록 설계되지 않았기 때문에 방수를 보장하지 않는다. 따라서 결로로 인해 물이 손상 될 수 있는 애플리케이션에 대해 고려해야 한다. 예를 들어, 카메라가 고도를 변경하는 항공기에 있는 경우 대기 조건은 카메라의 수분 수준에 영향을 미친다.
 

컨 포멀 코팅 옵션을 추가하면 카메라를 물로부터 더 잘 보호할 수 있다. 또한 내부 고장을 일으킬 수 있는 부식 가능성이 줄어든다.

결론

이미징 애플리케이션에 적합한 카메라를 선택할 때 카메라에 필요한 이미지 결과를 제공할 수 있는 많은 옵션이 있다. Teledyne Lumenera 산업용 및 과학용 카메라는 소규모 수정부터 규격별 솔루션에 이르기까지 특정한 애플리케이션 요구에 맞게 조정할 수 있다.

자료 제공: Teledyne lumenera(www.teledynelumenera.com)