용도에 맞는 내시경 렌즈를 선택하는 방법

내시경 렌즈는 어려운 작업을 수행합니다. 조명과 위치가 엄격하게 제한된 공간에서 짧은 거리에서 유용한 이미지를 생성하는 동시에 좁은 장비에 맞아야 합니다.

따라서 내시경 렌즈를 선택하는 것은 단순히 사용 가능한 가장 작은 직경이나 가장 넓은 시야를 선택하는 문제가 아닙니다. 넓은 장면을 포착하는 렌즈는 물체당 세부 묘사가 덜 나타날 수 있습니다. 특정 작동 거리에 최적화된 디자인은 허용 가능한 초점에 훨씬 더 가깝거나 더 먼 물체를 유지하지 못할 수도 있습니다. 기계적 한계는 설계자가 사용할 수 있는 광학 구성을 제한할 수도 있습니다.

응용 분야가 의료 영상, 산업 검사 또는 다른 형태의 내부 시각화인지 여부에 관계없이 가장 좋은 출발점은 카메라가 표시해야 하는 내용과 조건을 정의하는 것입니다.

1. 검사 업무 및 대상 정의

내시경이 관찰해야 할 사항을 설명하는 것부터 시작하십시오. 표면에 흠집이 있는지 검사하고, 구멍을 검사하고, 작은 특징을 식별하고, 내부 공간에 대한 전반적인 뷰를 제공하는 것이 목표입니까? 대상과 작업에 따라 가장 중요한 이미지 특성이 결정됩니다.

결함 검사 시스템의 경우, 가능한 가장 넓은 장면을 캡처하는 것보다 작은 세부 사항을 구별하는 능력이 더 중요할 수 있습니다. 공동이나 파이프를 통한 탐색의 경우 더 넓은 적용 범위가 유용할 수 있습니다. 일부 애플리케이션에는 두 가지가 모두 필요하므로 타협하거나 다른 카메라 아키텍처가 필요할 수 있습니다.

또한 타겟 물질과 표면에 대해서도 기술하십시오. 반사율이 높거나 투명하거나 어둡거나 질감이 있는 물체는 동일한 조명 하에서 다르게 동작할 수 있습니다. 내시경이 액체나 보호창 뒤에서 작동하는 경우에는 이를 미리 언급하십시오. 광학 경로가 반드시 일반 공중 기반 설정과 동일하지는 않습니다.

대상의 사진, 사용 가능한 공간의 스케치, 허용 가능한 이미지와 허용되지 않는 이미지의 예가 짧은 사양만 제시하는 것보다 더 도움이 되는 경우가 많습니다.

2. 시야각: 렌즈는 얼마나 볼 수 있습니까?

시야각(FOV)은 렌즈가 포착한 장면의 각도 범위를 나타냅니다. 내시경 응용 분야에서 넓은 FOV는 사용자가 기기를 많이 움직이지 않고도 주변 영역을 더 많이 볼 수 있도록 도와줍니다.

그러나 적용 범위가 넓다고 자동으로 더 좋아지는 것은 아닙니다. 센서 해상도가 고정되어 있으면 장면이 클수록 작은 형상에 더 적은 수의 픽셀이 남을 수 있습니다. 매우 넓은 각도의 디자인은 왜곡을 유발할 수도 있으며, 이는 시각적 방향으로는 허용될 수 있지만 형상을 정확하게 평가해야 하는 경우에는 적합하지 않습니다.

FOV를 지정할 때 요구 사항이 수평, 수직, 대각선인지 명확히 하세요. 동일한 렌즈라도 센서 치수가 다르면 적용 범위가 다를 수 있으므로 센서 형식이나 모델을 명시하십시오. 대상이 정의된 거리의 이미지 내에 맞아야 하는 경우 대상 크기와 작동 거리도 제공하십시오.

렌즈 팁, 대상 및 필요한 가시 영역을 보여주는 간단한 그림은 광학 설계자가 제안된 시야가 적절한지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

3. 피사계 심도와 작동 거리가 연결됩니다.

작동 거리는 렌즈 또는 명확하게 지정된 기준점에서 대상까지의 거리입니다. 피사계 심도(DOF)는 정의된 조건에서 이미지가 허용 가능한 선명도를 유지하는 물체 거리의 범위를 나타냅니다.

이 두 매개변수는 함께 논의되어야 합니다. 좁은 거리 범위에 최적화된 렌즈는 의도한 검사 지점에서 강력한 세부 정보를 제공할 수 있지만 대상이 더 가까워지거나 멀어지면 유용성이 떨어집니다. 피사계 심도가 클수록 거리 변화에 대한 내성이 향상될 수 있지만 결과는 광학 설계, 조리개, 센서 해상도 및 허용 가능한 선명도를 정의하는 데 사용되는 기준에 따라 달라집니다.

내시경의 경우 공칭 작동 거리, 가장 가까운 예상 대상 거리, 사용 가능한 가장 먼 거리를 제공하는 것이 도움이 됩니다. 장비가 가까운 표면과 더 넓은 캐비티를 모두 검사해야 하는 경우 선호하는 거리를 하나만 제공하는 대신 그렇게 하십시오.

실제 작동 범위를 설명하지 않고 "큰 DOF"를 요구하지 마십시오. 수치적 거리 범위 또는 몇 가지 대표적인 대상 위치를 통해 요구 사항을 더 쉽게 평가하고 테스트할 수 있습니다.

4. 광학 매체가 중요한 이유

공기 중에서 사용하도록 설계된 광학 시스템은 물이나 액체가 채워진 환경과 같은 다른 매체에서 사용될 때 다르게 작동할 수 있습니다. 주변 매체의 굴절률은 빛이 광학 인터페이스에서 구부러지는 방식을 변경하고 초점, 겉보기 시야 및 기타 이미징 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

이는 내시경이 수중 검사 또는 전면 광학 표면이 공기와 다른 매체와 접촉하는 다른 용도로 사용되는 경우 특히 중요합니다. 공기 중에서 렌즈를 테스트하는 것만으로는 의도한 환경에서의 최종 동작을 완전히 예측할 수 없습니다.

용도를 설명할 때 렌즈가 공기 중에서, 물 속에서 또는 투명한 보호 창 뒤에서 작동하는지 지정하십시오. 알고 있는 경우 창 재질과 두께를 포함합니다. 시스템이 물에 잠기는 경우 관련 작동 거리와 이미지 품질을 평가해야 하는 조건을 정의합니다.

적절한 테스트 설정은 최종 애플리케이션을 최대한 실제적으로 반영해야 합니다. 전문 프로젝트의 경우 샘플 승인 전에 광학 팀과 고객이 기준 매체, 대상 거리, 초점 절차 및 이미지 품질 허용 기준에 동의해야 합니다.

5. 직경과 기계 설계로 인해 광학 솔루션이 제한될 수 있습니다.

내시경 렌즈는 종종 까다로운 크기 제약 하에서 작동합니다. 사용 가능한 외부 직경과 총 길이는 수용할 수 있는 광학 요소 수, 렌즈 조립 방법, 이미지 센서 및 주변 하우징과 인터페이스하는 방법에 영향을 미칩니다.

더 작은 직경은 고립된 대물렌즈가 아닙니다. 시야, 이미지 품질, 피사계 심도, 조명 및 제조 가능성과 균형을 이루어야 합니다. 기술적으로 가능한 설계에도 성능, 조립 복잡성 또는 비용 측면에서 절충이 필요할 수 있습니다.

최대 외경, 사용 가능한 길이, 센서 위치, 장착 인터페이스 및 전면 팁에 대한 제한 사항을 제공합니다. 내시경에 조명 섬유 또는 LED가 포함된 경우 해당 위치와 이를 위해 예약된 공간을 포함합니다. 이러한 구성 요소는 기계적 레이아웃과 대상에 도달하는 빛에 영향을 미칠 수 있습니다.

치수가 표시된 도면이 이상적이지만 명확한 스케치가 초기 타당성 논의를 뒷받침할 수 있습니다. 광학적 절충이 필요한 경우 고정된 치수와 조정될 수 있는 치수를 식별합니다.

6. 해상도, 조명 및 이미지 대비

렌즈는 의도한 작업에 대해 충분히 유용한 세부 정보를 제공해야 하지만 센서와 조명도 최종 이미지에 영향을 미칩니다. 고해상도 센서는 불충분한 광학적 대비, 불량한 초점, 움직임 또는 부적절한 조명을 보상할 수 없습니다.

내시경 영상 촬영에는 종종 조명을 위한 제한된 공간이 필요합니다. 밝기는 장면에 따라 다를 수 있으며 반사 표면은 세부 사항을 모호하게 만드는 하이라이트를 생성할 수 있습니다. 따라서 렌즈, 센서 노출, 조명 기하학 및 이미지 처리를 하나의 시스템으로 평가해야 합니다.

이미지 품질을 정의할 때 해결해야 하는 특징, 대상 거리, 성능이 가장 중요한 이미지 영역을 설명합니다. 최소 형상 크기나 정의된 이미지 품질 테스트 등 측정 가능한 요구 사항이 있는 경우 이를 공유하세요. 그렇지 않다면 대표 이미지를 제공하고 현재 시스템이 보여주지 못하는 것이 무엇인지 설명하세요.

메가픽셀 라벨에만 의존하지 마세요. 생산용 렌즈를 승인하기 전에 의도한 센서, 조명 및 대상에 대한 실질적인 평가가 필수적입니다.

7. 렌즈 제조사에 문의하기 전 준비사항

생산적인 문의에는 완전한 안경 처방이 필요하지 않습니다. 신청서를 평가하려면 충분한 정보가 필요합니다.

가능한 경우 다음을 준비하십시오.

애플리케이션 및 대상 유형

센서 모델, 활성 치수 또는 데이터시트

필요한 수평, 수직 또는 대각선 FOV

공칭 및 허용 작동 거리 범위

필요한 피사계 심도 또는 최소 피처 크기

최대 렌즈 직경 및 사용 가능한 길이

작동 매체, 보호 창 및 환경 조건

조명 배열 및 파장(해당하는 경우)

시제품 수량, 예상 생산량, 목표 비용 및 일정

기존 내시경 모듈이 있는 경우 샘플 이미지나 실제 참조 자료를 통해 무엇을 변경해야 하는지 명확하게 알 수 있습니다. 현재의 강점과 한계를 식별하십시오. 이미지가 한 거리에서만 선명하거나 팁이 너무 크거나 장면 적용 범위가 충분하지 않을 수 있습니다.

이 정보는 기존 렌즈를 조정할 수 있는지 또는 맞춤형 광학 설계를 고려해야 하는지 결정하는 데 도움이 됩니다.

결론: 실제 검사 조건부터 시작하라

내시경 렌즈 선택은 광학 성능과 물리적 제약 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 시야각, 피사계 심도, 작동 거리, 주변 매체, 센서 특성, 조명 및 기계적 치수를 함께 정의해야 합니다.

가장 유용한 사양이 반드시 가장 긴 사양은 아닙니다. 엔지니어가 실용적인 솔루션을 평가할 수 있을 만큼 실제 검사 작업을 명확하게 설명하는 것입니다.

보시광학는 Shanghai Silk Optical Technology Co., Ltd.의 일부로서 맞춤형 내시경 관련 광학 장치를 포함하여 이미징 응용 분야용 광학 제품을 개발 및 제조합니다. 새 프로젝트의 경우 센서 정보, 기계적 엔벨로프, 작동 거리 범위, 대상 장면 및 의도된 작동 매체를 공유하십시오.

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