분광광도계를 위한 카메라 솔루션 구축사례
분광광도계(Spectrophotometers)는 가시광선/UV/IR 빛의 투 과율과 반사율을 정량적으로 측정하는 등 중요한 역할을 한다. 이 들은 정확한 스펙트럼 분석을 용이하게 하여 정제된 DNA, RNA 등의 농도를 결정하는 동시에 다운스트림에 민감한 반응 또는 분 석 응용 분야에 사용하기 전에 순도를 확인한다.
기포는 측정 정확도에 영향을 줄 수 있으므로 재앙이 될 수 있 다. 광선은 샘플 용액 대신 공기를 통과하여 잘못된 흡수를 초래 한다. 아주 적은 양을 분석하는 경우 샘플 크기가 작아 기포 감지 가 어려워진다. 따라서 임베디드 카메라 솔루션은 스펙트럼 분석 을 시작하기 전에 샘플을 이미지화하고 기포를 분석하여 도움을 줄 수 있다.
e‑con Systems(www.e‑consystems.com)의 카메라 솔루션 은 고객들에게 이러한 문제에 대한 해답을 제시해주고, 많은 성공 사례를 통해 높은 수준의 품질을 유지할 수 있도록 하는 데에 큰 도움을 주고 있다.
이번 기사에서는 최근에 한 고객이 e‑con Systems의 카메라솔루션을 성공적으로 구축한 사례에 대해 알아보고자 한다. 이 고객은 과학 서비스 분야의 세계적 리더이며 더 나은 생명 과학 연구, 환자 진단 개선 등을 가능하게 하는 수년간의 경험을 가진 Fortune 500대 기업으로 알려져 있는 기업이다.
주요 과제 및 고객의 기대
고객은 분광광도계 애플리케이션이 결함을 분석하기 전에 테스 트 샘플의 결함(기포)을 식별하기 위한 카메라 솔루션을 찾고 있 었다. 테스트 샘플의 크기(약 2㎜)를 감안할 때 그들은 이미지에 서 작은 특징을 추출하기 위해 높은 선명도 수준으로 정확하게 초 점을 맞출 수 있는 소형 카메라가 필요했다. 이는 제품의 기능을 구동하는 데 필수적이었다.
이에 5MP 해상도의 소형 카메라, 매크로 이미징(25㎜ 작동 거 리), FOV 55°의 저왜곡 렌즈, 기계 설계에 쉽게 통합할 수 있도록 연장된 카메라 케이블(70㎜) 등에 대한 조건을 원했다. 처음에는 e‑con Systems의 5MP 자동 초점 카메라 모듈이 소 형 폼 팩터와 자동 초점 기능을 고려할 때 최적의 솔루션으로 평 가되었다. 그러나 특정 자동 초점 관련 문제로 인해 대체 솔루션 을 제안했다.
사용 가능한 AF 솔루션의 몇 가지 과제는 다음과 같 았다.
• VCM AF 모듈의 범위는 최소 100㎜ 거리에서의 이미징에만 적 합했다.
• 내부 VCM 이동으로 인해 시간이 지남에 따라 VCM 스프링이 마모되어 더 많이 사용하면 초점이 부정확해질 수 있다.
• 소비 전력과 열 발산을 증가시키는 초점의 선명도를 확인하기 위해 추가 알고리즘을 호스트에서 실행해야 한다.
• 액체 렌즈 모듈이 너무 커서 고객의 기계 설계와 호환되지 않고 솔루션 비용이 증가했다.
• 자동 초점 솔루션을 위해 물체의 초점을 다시 맞추는 것은 시간 이 많이 걸리는 과정이다.
e-con Systems의 솔루션 설계 및 제공
e‑con Systems는 올바른 광학 장치와 필요한 케이블 길이(70 ㎜)로 설계된 맞춤형 5MP 카메라 모듈로 구성된 솔루션을 제안 했다. e‑con은 정확하고 일관된 이미징을 보장하기 위해 필요한 작동 거리에 대한 렌즈의 초점 및 장착을 처리했다.
솔루션 설계의 핵심 영역
클로즈업 이미징을 위한 광학 장치 선택: 매크로 이미징에는 왜곡 이 적은 미니어처 M6 렌즈를 식별하는 것과 같은 고유한 문제가 있었다. 따라서 최적의 성능을 위해 렌즈와 이미지 센서 호환성을 보장하면서 폼 팩터 요구 사항을 충족하고 고품질 이미지를 얻는 것이 중요했다. 광학 해상도와 이미지 해상도도 일치시켜 이미지 선명도를 최대화하고 언더샘플링으로 인한 이미지 아티팩트를 방지했다.
또한 제조 공차를 수용할 수 있는 우수한 피사계 심도 를 달성하는 것도 중요했다. 일반적으로 M6 렌즈는 f‑스톱이 작 아서 큰 피사계 심도를 제공하지 않는다. 여러 테스트를 거친 후 e‑con Systems는 클라이언트의 모든 광학적 요구 사항을 충족 하기 위해 조리개가 F2.8인 M6 렌즈로 마무리했다.
까다로운 요구를 충족하는 고품질 제조: 가장 큰 제조상의 문제는 이러한 카메라 모듈이 연간 약 2만개 단위로 대량 생산될 때 일 관된 성능을 유지해야 한다는 것이었다. 이것은 고정 초점 카메 라 모듈이기 때문에 모든 카메라 모듈에서 25㎜ 작동 거리에서 최상의 초점을 위해 렌즈를 장착하고 조정해야 했다. F2.8 렌즈의 경우 피사계 심도(DoF)는 약 2㎜에 불과했고 2㎜ 크기의 물체는 오류의 여지가 없었다.
이는 선명한 고품질 이미지를 생성하기 위 해 모듈의 초점이 완벽해야 함을 의미했다. e‑con의 제조 및 엔 지니어링 팀은 공차가 0.5㎜ 미만인 렌즈의 미세 조정을 위한 제 조 JIG 및 소프트웨어를 설정하기 위해 협력했다. 적절한 검증 도 구를 사용하여 고객이 높은 생산 수율을 달성하도록 도왔다.
수율의 일관성을 생성하는 핵심 기술: 작은 움직임에도 초점 거리 가 바뀔 수 있기 때문에 렌즈를 접착하여 초점 안정성을 확보했으 며, 이 과정을 거친 후 완벽한 초점을 맞추기 위해 카메라를 다시 테스트했다.
• 렌즈 마운트 및 초점 조정이 가능하도록 Custom Test JIG로 카 메라 고정
• 렌즈 조정을 위해 카메라를 맞춤형 SFR 초점 차트 쪽으로 향하 게 한다.
• 진단 소프트웨어로 최상의 초점 위치를 고정하기 위한 이미지 선명도 측정
• 방습성 접착제로 렌즈와 렌즈 마운트를 접착하고 UV 광으로 경화
비즈니스 이점
e‑con Systems의 신뢰할 수 있는 고품질 카메라는 제품의 중요 한 부분이 되었다. 일관된 제조 품질을 가능하게 하여 높은 수율 과 정시 배송을 달성하는 데 도움이 되었다. 결과적으로 클라이언 트는 높은 정확도로 결과 데이터를 생성하여 세계 수준의 품질 일 관성 유지, 운영 효율성 향상, 반복 분석을 피함으로써 시간 절약, 인력 생산성 향상 등과 같은 비즈니스 이점을 활용할 수 있다.
자료제공: e-con Systems(www.e-consystems.com)
