머신비전 광학의 오해와 진실 #1

 

LED light source와 Fiber와의 관계

 

 

 

 

머신비전은 카메라, 프레임그래버, 렌즈, 조명, 케이블, 소프트웨어와 같은 여러 요소들이 애플리케이션에 적합하게 구성되어 영상을 얻게됩니다. 적합한 영상을 얻기 위해서 각각 요소들이 중요한 역할을 하지만 머신비전의 조명과 렌즈는 그 중요성에 비해 알려진 부분이 적고, 잘못 알려져 있는 부분도 있습니다. 앤비젼은 앤비젼 솔루션레터를 통해 2011년 10월부터 5회에 걸쳐 머신비전 광학에 대해서 일반적으로 가지고 있는 생각과, 그 생각의 진실에 대해서 파헤쳐 보고자 합니다.

 

 

LED의 특징

 

 

 

일반적으로 fiber optic에서 LED를 광원으로 사용하는 LED lamp는 LED cell의 확산 특성으로 인해 광학계를 이용하여 LED에서 나오는 빛을 모아주어야 합니다. 이러한 이유로 대부분의 LED 조명은 왼쪽의 그림과 같이 LED 전면에 별도의 렌즈를 설치합니다.

이렇게 렌즈를 사용하여 LED 조명은 기존의 조명들과 다른 특징을 보여줍니다. 바로 렌즈의 곡률과 광학적인 특징에 따라 LED조명은 다양한 발산각을 가지게 된다는 것입니다.

 

 

 

 

위의 그림과 같이 다양한 발산각을 가지고 있는 LED 조명들은 빛을 받아들이는 fiber의 지름에 따라 상당한 밝기 차이를 보입니다. 그 간단한 원리에 대해 아래 그림을 보며 알아보도록 하겠습니다.

 

 

LED와 fiber와의 관계

 

1. LED의 발산각보다 Fiber 지름이 작을 경우

 

 

 

 

위의 그림에서 확인할 수 있듯이 특정한 발산각을 가지고 있는 LED는 발산각과 fiber의 지름을 맞추는 것이 중요합니다. 만약 fiber 지름이 발산각보다 작게 될 경우에는 하단의 그림과 같이 LED에서 나오는 모든 빛이 fiber를 통과하지 못하게 되어 LED를 100% 활용하지 못하게 됩니다.

 

 

2. LED의 발산각보다 Fiber 지름이 클 경우

 

 

 

 

일반적인 LED 조명의 경우 위의 그림과 같은 profile을 나타냅니다. 따라서, LED 조명의 발산각은 LED에서 나온 빛이 fiber를 통과하여 균일한 광량을 낼 수 있을 수준의 발산각으로 제한시킵니다.

하지만 상단 그림의 푸른색 사각형으로 지정한 LED의 발산각보다 큰 fiber 지름을 사용하면 fiber에 불균일한 LED 조명이 모두 입사하게 되어 fiber의 조명이 불균일하게 됩니다.

 

 

Active diameter

앞에서 설명한 두 가지의 이유로 인해 LED 조명에서 발산각과 fiber의 지름을 맞추는 일이 다른 조명보다 중요해졌습니다. 그러므로 LED 조명은 그 특징에 따라 fiber를 맞춰 사용해야 합니다.

LED 조명은 Active Diameter라는 항목을 통해 이렇게 대응 가능한 fiber 지름을 표기해 놓습니다.

만약 Active diameter가 8mm인 LED 조명은 빛이 입사하는 부분의 지름이 8mm인 fiber를 사용할 경우 가장 좋은 광효율을 가지게 됩니다.

 

 

 

 

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