12mm 액체 렌즈, 무한대 초점 조절 가능, 로지스틱스 분야의 문제 해결
Optotune
옵토튠과 VS 테크놀로지의 협업으로 개발된 고해상도 1.1” 센서용 첫 번째 광각 12mm 액체 렌즈는 20msec안에 100mm 부터 무한대까지 초점 조절이 가능해 로지스틱스나 로보틱스 분야에 최적의 솔루션을 제공한다.
비전시스템은 이러한 자동화 솔루션, 즉 물류 포장물들을 분류하고 적재하거나 수납하는데 핵심적인 역할을 담당한다. 하지만 그동안 많이 사용되어 왔던 고정초점 광학계 렌즈들은 이러한 자동화작업을 수행하기 위해 요구되는 넓은 working distance 범위에 대응하기엔 DOF가 부족한 것이 현실이었다.
이를 극복하기 위해서는 높은 f-number를 갖도록 조리개를 더 조여야했는데, 이로 인해 필요이상으로 더 밝은 광량의 조명시스템을 설치해야 하는 등 전체적인 퍼포먼스가 떨어지는 결과가 나타났다.
이에 대한 대안으로 그간 복잡하고 때때로 불안정한 기계적 초점 초절 시스템이나 값비싼 멀티 카메라 시스템들을 사용해왔지만 산업계의 요구를 모두 만족시키기에는 불충분한 요소들이 많았다. 인더스트리 4.0의 공장 환경은 더 높은 모듈화, 속도, 그리고 유연성을 요구한다.
매일 지구상에서 2억5천 만개의 물류 포장물들이 운송되고 있는데, 이는 곧 더 높은 신뢰도와 스루풋 그리고 높은 판독률이 ‘빠르고 정확한 배송’이라는 목표를 달성하는데 핵심적 요소라는 것을 말해준다. 이를 위해선 빠르고 유연하지만, 정확하고 신뢰도 있는 포커싱 시스템이 필수적으로 뒷받침돼야 한다.
이 12mm렌즈가 바코드 인식에 최적화되어 있기는 하지만, 고정밀도를 요구하는 제어 어플리케이션 용도로도 훌륭하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇기반의 검사 시스템 등을 더 유연하고 효율적으로 동작하게 도와줄 수 있다.
먼 거리(예를 들어 1m)에서 촬영된 이미지는 전체적인 오버뷰를 제공하고, 근접한 WD(예를 들어 200mm)에서 촬영하면 더 고배율의 이미지를 얻을 수 있다. 이 5배 줌은 하나의 비전시스템으로 매우 넓은 범위의 FOV를 검사할 수 있게 해줌으로서 시스템에 최대의 유연성을 제공할 수 있다.
빠르고 유연하게
새로운 12mm 렌즈는 기존의 고정 초점 렌즈들이 근본적으로 갖고 있는 DOF, WD 제약사항들을 극복할 수 있게 해준다. 렌즈의 핵심부분에 내장되어 있는 옵토튠의 EL-16-40 액체 렌즈는 정전류 제어방식으로 렌즈의 곡률을 변화시켜 초점거리를 조절한다. 이때 초점거리 변화는 20ms의 짧은 시간 안에 이루어지고 이는 기존 기계적인 초점조절 시스템에 비해 한자리수 이상 매우 빠른 시간이다.
또한 채용된 액체렌즈의 핵심 기술들은 기존 기계적 시스템들에서 발생할 수 있는 마모의 문제를 피하면서 WD를 조절할 수 있게 함으로서, 수십 억회 이상 조절 가능한 높은 신뢰성을 제공한다. 결과적으로 빠르고 신뢰할 수 있는 오토포커스, 이미지 스태킹 기능을 제공하면서 동시에 자동화된 온도보상시스템을 통해 반복 초점조절 정도가 주어진 DOF 내에 들어가도록 함으로써 최초 한 번의 캘리브레이션 후에 지속적인 오픈루프 동작을 가능하게 한다.
고해상도와 넓은 FOV 제공
새로운 12mm 액체 렌즈는 1.1” 포맷 이미지 센서까지 지원하기 위해 디자인된 첫 번째 렌즈로 HFOV 73°에 달하는 넓은 FOV를 제공한다. 액체렌즈의 초점 조절기능은 일종의 줌 효과로 인한 장점-예를 들어 WD 250mm부터 1000mm까지 초점을 변화시키는 경우, HFOV는 73°에서 67°까지 감소하는데 결과적으로 가장 긴 WD(일반적으로 배율이 가장 작게 되는 WD)에서도 고해상력을 제공하는–을 함께 제공한다.
이 렌즈의 광학성능은 1m의 WD–일반적으로 컨베이어벨트위에 적재된 작은 포장물까지의 전형적인 거리–에 최적화되어 있고, 이는 필요한 전 범위에 최소 2.4um의 픽셀크기를 지원할 수 있는 정도이다. 이 렌즈의 최적화된 디자인은 일반적으로 액체렌즈의 약점으로 평가되는 중력으로 야기되는 수차를 최소화함으로서, 광축이 가로방향일 때에도 그 성능을 유지할 수 있게 해준다.
카메라 인터페이스
현재 이러한 새로운 기술들은 머신비전 어플리케이션들에 급속도로 확산되고 있는데, 이를 제어하기 위한 여러가지 옵션들이 존재한다. 옵토튠의 USB 기반 드라이버나 GigE Vision compliant를 지원하는 Gardasoft의 임베디드 드라이버뿐만 아니라, 카메라가 직접 UART나 I2C를 통해 직접 제어할 수 있도록 하는 내장 제어 옵션도 존재한다. EMVA(European Machine Vision Association) 산하의 OOCI 워크그룹이 GenlCam 프레임워크 내에 액체렌즈 시스템를 포함시키는 표준안 제정을 추진하고 있다.
결론적으로, 이 새로운 12mm 렌즈는 기존 물류 어플리케이션뿐만 아니라 넓은 FOV와 가변 WD 범위가 필요한 기타 모든 영역의 비전 시스템 분야에서 게임체인저 역할을 할 수 있다. SI와 엔드유저 모두 이 액체렌즈를 채용함으로서 공간, 시간과 비용을 절감하는 이익을 누릴 수 있다.
자료 제공: Optotune(www.optotune.com)
