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Liquid Lenses in Imaging

신속한 자동 초점 조절 및 시야의 한계 극복

 

이미징 어셈블리에 liquid lens를 통합하면 신속한 자동 초점 가능

 

다양한 피사체의 크기와 작동 거리 보정

 

고속 머신 비전 시스템의 처리량 증가

 

바코드 판독, 고속 자동화 시스템, 패키지 분류 및 보안에 적합

기존의 렌즈를 사용할 경우에는 신속한 초점 재조절이 필요한 고속 혹은 고정밀 어플리케이션에서 선명하면서도 정확한 이미지를 캡처하는 데 어려움이 따릅니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 liquid lens를 이용하면 빠른 초점 조절이 가능해져 다양한 작동 거리에 위치하거나 높이가 서로 다른 피사체를 손쉽게 촬영할 수 있습니다. Liquid lens는 전류나 전압이 가해지면 자체 형태가 바뀌는 광학 등급의 액상을 함유한 소형의 셀(cell)입니다. 이러한 형태의 변화는 수 밀리 초 내로 일어나며 렌즈에 광학적 파워를 발생시켜 초점 거리와 작동 거리가 이동하게끔 합니다. 이미징 시스템에 liquid lens를 결합하면 고속의 초점 조절, 다양한 심도와 작동 거리를 수용해야하는 어플리케이션에 이상적인 솔루션이 됩니다.

머신 비전 용도의 LIQUID LENS

대량의 어셈블리 라인과 같은 머신 비전 용도에는 높은 처리량을 보장하기 위해 고속의 정밀 측정이 필요합니다. Liquid lens를 결합하면 다양한 거리에서 신속한 포커싱이 필요할 때 경제적이면서도 콤팩트한 솔루션을 제공할 수 있게 됩니다.

그림 1 (우측): 빠르게 움직이는 컨베이어 벨트를 통과하는 서로 다른 높이의 피사체를 이미징하기 위해 작동 거리 조절이 가능한 liquid lens. 기존의 이미징 렌즈는 높이가 다른 피사체마다 초점의 기계적 재조절이 필요한 반면, liquid lens는 기계적인 움직임 없이도 초점을 재조절할 수 있습니다.
Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective

생명 과학 용도의 liquid lens

머신 비전 용도 이외에도 liquid lens의 다양한 기능은 현미경과 안과 검사에서의 포커스 스태킹(focus stacking)을 포함한 다수의 생명 과학 용도에서 유용성을 발휘합니다. 포커스 스태킹 혹은 z-스태킹은 서로 다른 초점 거리에서 촬영한 이미지를 결합하는 작업입니다. 현미경 내에서 튜브 렌즈나 무한 공간에 liquid lens를 결합하면 다양한 피사체의 면에서 정밀하고 신속하게 초점을 맞출 수 있습니다.

Liquid lens는 깊은 심도 조절이 필요한 안질환 검사와 같이 안과 용도로도 흔히 사용됩니다. 기존의 여러 개의 렌즈를 liquid lens 한 개로 교체하면 검진 시간을 단축하고 굴절검사기(phoropter)와 광간섭단층촬영장치(OCT system) 같은 안과 장비의 크기를 줄일 수 있습니다.

Size Comparison of an Ultra-Compact Microscope Objective with a Standard Microscope Objective
그림 2: 현미경 시스템에 liquid lens를 결합하면 포커스 스태킹이 수월해져 초점 조절을 통해 차이가 크지 않은 작동 거리에서도 이미지를 연속해서 캡처할 수 있습니다.

Liquid lens 기술의 이해

Liquid lens는 일렉트로웨팅, 전류 구동 폴리머 또는 사운드 압전기와 같이 근소하게 다른 몇 가지 프로세스를 거쳐 작동합니다. 전기적으로 초점을 조절하는 liquid lens(electrically-focused liquid lens)는 광학 액체로 채워진 컨테이너와 주변을 둘러싼 고분자막으로 구성됩니다. 전류 구동 작동기(current-driven actuator)는 가장자리에 압력을 가해 렌즈의 곡률을 변경시키면서 광학 파워를 조절합니다. 전기적으로 초점을 조절하는 튜너블 렌즈(electrically-focused tunable lens)는 수 밀리초 이내로 초점을 맞추고 낮은 작동 전압으로 작동합니다. Liquid lens는 편광 상태를 바꾸지 않고 대개 laser damage threshold가 높으며 광학 수차 유도를 최소화합니다.

Electrically-focused liquid lens technology.
그림 3: Electrically-focused liquid lens의 기술

아래의 영상은 높이가 서로 다른 피사체의 검수에서 liquid lens 기술이 어떻게 사용되는지를 보여줍니다.

이미징 용도에서의 Liquid Lens

Liquid lens의 용도, 특징 및 기술에 관한 정보는 당사의 어플리케이션 노트에서 자세히 다룹니다.

에드몬드 옵틱스의 liquid lens

자주 묻는 질문(FAQ's)

FAQ   Liquid lens는 서로 다른 초점 위치 사이에서 얼마나 빨리 바뀔 수 있나요?
Liquid lens는 서로 다른 작동 거리에서 밀리초 만에 초점을 변경할 수 있습니다.
FAQ  에드몬드 옵틱스에서 취급하는 liquid lens는 어떠한 구경 크기를 갖습니까?

Variable Focus Liquid Lenses의 구경 크기는 2.5-3.9mm 범위로 출시되고 Optotune Electrically Focus-Tunable Lenses의 구경 크기는 3-26mm의 범위로 출시됩니다.

FAQ   Liquid lens를 fixed focal length lens와 같은 다른 유형의 렌즈와 결합할 수 있나요?

네, 가능합니다. 맞춤 제작 요청 시 liquid lens를 기타 유형의 렌즈와 결합해드릴 수 있습니다. 또한 liquid lens, 고정 조리개 및 내부용 필터 홀더와 같은 교체식 부품을 결합할 수 있는 모듈식 Cx Series Fixed Focal Length Lenses도 취급합니다.

FAQ   C-Mount Focus Tunable Lens를 fixed focal length lens assembly와 어떻게 결합해서 사용하면 될까요?

Thread adapter를 이용해 C-Mount Focus Tunable Lens를 fixed focal length lens assembly의 필터 thread에 직접 연결할 수 있습니다. 기타 자세한 내용은 Using C-Mount Focus Tunable Lens 사용에 관한 어플리케이션 노트를 참고하십시오.

관련 자료

어플리케이션 노트

이론적 설명, 연관 공식, 그래픽 삽화 등 기타 내용을 포함한 기술적 정보와 어플리케이션.

Liquid lens에 관한 소개
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이미징 용도에서의 Liquid Lens
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C-Mount Focus Tunable Lens 사용하기
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동영상

간단한 조언부터 어플리케이션을 기반으로 제품의 이점까지 보여주는 데모 영상.

Understanding Liquid Lens Technology
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기술 보도자료

에드몬드 옵틱스가 산업 간행물에 저술한 기술 기사와 EO 엔지니어 팀과 주요 관리 부서에서 기고한 기술 자료 링크 모음

"Electrically Tunable Lenses in Imaging and Machine Vision" by Boris Ecker - Inspect
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