[머신비전 기초교육] 렌즈 수차의 종류

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안녕하세요. 와이씨 파크 입니다.

오늘은 수차(Aberration)에 대해 이야기해 보겠습니다.

수차(Aberration)는 광학 시스템에서 계산상의 성능에 도달하지 못하는 주축 원인입니다.

수차(Aberration)의 종류는 아래와 같습니다.

1. 물리적 수차
2. 구면수차
3. 색수차
4. 코마수차
5. 시야 곡률 수차

 

1. 물리적 수차

물리적 수차는 빛이 원인이 아닌 렌즈의 자체 원인의 수차입니다.

렌즈의 제작할 때의 재질이 균일하지 않아 빛의 굴절률이 달라지거나

제조 중 혹은 제조 이후 렌즈에 들러붙은 본드나 먼지 등이 물리적 수차라고 보면 됩니다.

 

2. 구면수차

<사진 1> 구면수차가 있는 렌즈 

<사진 1> 과 같이 구면수차가 있는 렌즈는 상대적으로 제조가 간편하기 때문에 보편적으로 사용됩니다.

하지만 머신 비전에서 사용할 때는 올바른 선택이 아닙니다.

중앙부 광선과 외부 광선의 초점이 맞지 않아 중앙부와 주변부의 초점 범위가 다릅니다.   

<사진 2> 비구면 렌즈 

<그림 2>와 같이 구면수차를 없애기 위해서 새롭게 렌즈 설계를 합니다. 

흔히 듣는 비구면 렌즈란 이런 것입니다. 

초점을 한 곳에서 맞출 수 있도록 까다롭더라도 새롭게 설계하여 중심부와 주변부의 초점을 한곳에 맞추게 됩니다.
 

3. 색수차

색수차는 우리가 어릴 적 교과서에서 한줄기 빛이 삼각형 프리즘을 지나면서

무지개색이 나오는 것을 봤을 것입니다.

그것은 파장에 따라 빛의 굴절률이 다르다는 것을 증명합니다. 

실제로 RED 조명으로 테스트하다가 BLUE 조명으로 바꾸면 초점이 흐려져 다시 맞춰야 하는데

이것이 색수차 때문입니다. 

아래와 같이 색수차는 2가지로 나누어집니다.

<그림 3> WD 방향의 종축 색수차

<그림 3> 과같이 파장에 따라 초점을 다시 맞춰야 하는 종축 색수차

<그림 4> 중심축 방향의 횡축 색수차 

  <그림 4> 와 같이 파장에 따라 중심에서 옆으로 번지는 횡축 색수차로 나뉩니다. 

 

4. 코마수차

빛은 표현하기 좋게 직선으로 표시하지만 실제로 여러 각도에서 들어옵니다.

<그림 5> 코마수차

<그림 5> 코마수차는 예를 들면 30도 각도의 같은 평행의 빛이 들어오면서

다른 위치에 초점을 맞추면서 발생합니다.

 

5. 시야 곡률 수차

시야 곡률 수차는 평행으로 렌즈에 도달하는 빛이 중심을 기준으로 곡선을 그리며 초점이 어긋나는 것을 말합니다.

<그림 6> 시야 곡률 수차

<그림 6> 을 보시면 조금 전 이야기했듯 모든 빛은 여러 각도에서 렌즈에 도달합니다.

이것은 빛의 파장이 원인이 아니며 빛이 들어오는 각도에 따라 초점 맞는 위치가 달라지는 것이 시야 곡률 수차입니다.

머신 비전 업계에 8년째 일하고 있지만

정말 이 글을 쓰면서도 새롭게 알게 되네요.

지금까지 수차(Aberration)에 대해 포스팅했습니다.

이해가 가시나요?

역시 그림으로 보니 이해하는데 더 좋은 것 같습니다.

다음에 더 좋은 내용으로 인사드릴게요.
 

 

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