TFL 렌즈로 센서의 성능을 높이자
보다 정밀한 광학 부품을 설계하고 제조하는 능력은 항상 향상되고 있지만, 기본 렌즈 기술은 계속해서 대부분 유리로 빛을 굴절시키는데 의존하고 있습니다. 이제는 20메가 픽셀 이상의 해상도를 가진 산업용 센서를 합리적인 가격에 우수한 성능으로 모두 C-마운트 카메라에 조립하는 것이 일반적입니다. 그러나 이제 센서의 크기와 해상도가 계속 증가함에 따라, C-마운트는 APS-C 및 4/3″ 센서 크기와 관련하여 성능 한계에 도달하고 있습니다. F-마운트 및 M42 렌즈는 이러한 센서에 대한 가능한 솔루션을 제공하지만 단점이 있습니다. C-마운트와 F-마운트 사이의 간격을 해결하기 위해 TFL-마운트는 Atlas 카메라와 함께 사용됩니다. 센서가 해상도를 높일 수 있는 세 가지 방법이 있습니다. 센서의 픽셀 크기는 그대로 유지하면서 크기는 늘릴 수 있고, 픽셀 크기는 센서 크기는 그대로 유지하면서 더 작아질 수 있으며, 또는 둘 다 가능합니다. 하지만 이러한 각 방법에는 장단점이 있습니다. 일반적으로 더 작은 픽셀은 더 큰 픽셀에 비해 더 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 의미하는 경향이 있지만, 더 큰 센서는 더 비싼 경향이 있습니다. 그러나 일반적인 추세는 픽셀의 크기가 계속 감소하더라도 센서 크기가 증가하는 것을 보여줍니다. 머신 비전 산업은 현재 C-마운트가 물리적으로 수행할 수 있는 기능을 최대화하는 시기에 직면하고 있습니다. C-마운트는 후면 플랜지 거리(종종 플랜지 초점 거리 또는 간단히 플랜지 거리라고 함)가 17.526mm 인 25.4mm 나사산 마운트를 정의하는 카메라 표준입니다. C-마운트 하우징에서 광학 장치가 얻을 수 있는 최대 직경은 25.4mm임에도 불구하고 약 17mm입니다. 이는 렌즈가 메인 렌즈 배럴, 초점 내부 배럴 및 광학 장치를 제자리에 고정하는 리테이너를 수용해야 하는 자체 메커니즘을 가지고 있기 때문입니다. 이러한 각 단계는 렌즈 어셈블리에서 광학 요소의 사용 가능한 투명 조리개 크기를 줄입니다. 광학 장치의 크기가 줄어들면 빛이 렌즈에서 나오는 각도가 커집니다. 센서가 광학 장치의 크기보다 작은 경우 문제가 되지 않지만, 센서의 크기가 커짐에 따라 광학 장치가 C-마운트 내부의 센서와 잘 어울리기 어려워집니다. 이 각도가 증가하면 cos로 인해 이미지의 모서리가 훨씬 어두워집니다. 또한 이미지 센서 자체는 픽셀의 마이크로 렌즈 최적화 방법에 따라 롤오프가 있습니다. 이 때문에 광학 설계에서 이 각도를 최소화하는 것이 최우선 순위입니다. 이 모든 것이 기본적으로 1.1인치 형식(17.6mm 대각선)을 C-마운트 카메라에서 최상의 성능을 위한 실용적인 센서 크기 제한으로 만듭니다. Sony Pregius의 3세대 릴리스에는 APS-C 형식(27.9mm 대각선)의 31.4MP 센서인 IMX342가 함께 제공되었습니다. 이 센서는 C-마운트에 비해 너무 큽니다. 그러나 이 센서는 다음 크기인 F-마운트 (M42)에 비해 너무 작기 때문에 산업용 카메라 시장에서 흥미로운 시기에 있습니다. M42는 잠재적으로 논리적인 옵션이며, 카메라는 이미 M42 렌즈 마운트와 함께 존재하지만, 이 옵션을 실행하기 위해 카메라 업계에서 준수하는 일반적으로 허용되는 표준은 없습니다(다양한 플랜지 및 나사 피치 사용). 그러나 TFL은 APS-C 크기의 센서를 위한 완벽한 마운트이며, 일본 산업 이미징 협회(JIIA)의 렌즈 작업 그룹을 통해 표준화되었습니다. TFL 마운트는 M35x0.75mm이며 플랜지 거리는 17.526mm입니다. 이것은 C-마운트와 동일한 플랜지 거리입니다. 이 때문에 더 큰 직경의 C 마운트로 생각할 수 있습니다. 자, 그래서 TFL 마운트와 F 마운트의 차이점에 대해 더 알아보겠습니다. TFL 마운트는 APS-C 센서 크기에 대해 F 마운트보다 몇 가지 장점이 있습니다. 이러한 장점은 비용, 플랜지 거리 및 렌즈가 카메라의 렌즈 마운트에 고정되는 방식입니다. F-마운트 렌즈는 TFL-마운트 렌즈에 비해 더 큽니다. 이는 대부분 훨씬 더 큰 센서(대각선 43.3mm 대 APS-C 27.9mm 대각선)를 커버하기 위한 것이기 때문입니다. 렌즈의 크기가 커지면 더 비싸게 됩니다. 대략적인 경험 법칙은 단일 렌즈 요소의 비용이 반경 제곱에 따라 증가한다는 것을 나타냅니다. 여러 요소에 대해 외삽하면 더 큰 렌즈가 얼마나 더 비싼지 쉽게 알 수 있습니다. F-마운트 설루션에 비해 TFL-마운트 설루션의 또 다른 주요 장점은 플랜지 거리입니다. 위에서 언급했듯이, TFL 마운트는 17.526mm의 동일한 플랜지 거리를 공유하기 때문에 더 큰 직경의 C 마운트로 생각할 수 있습니다. F-마운트의 플랜지 거리는 46.5mm입니다. F-마운트의 긴 플랜지 거리는 사용할 수 있는 광학 설계 형태의 유형을 제한합니다. 이것은 특히 더 짧은 초점 거리 렌즈의 경우에 해당되며, 후방 초점 거리가 더 짧은 경향이 있습니다(BFL, 플랜지 거리와 혼동하지 말 것, 후방 초점 거리는 마지막 광학 요소에서 이미지 평면까지의 거리 임). 긴 BFL로 짧은 초점 거리를 만들면 렌즈는 역 망원으로 설계됩니다. 즉, 초점 거리가 렌즈의 전체 길이보다 짧은 렌즈입니다. 렌즈를 이 디자인 패러다임에 적용하는 것은 본질적으로 해상도 측면에서 디자인과의 절충을 야기합니다. 이는 특정 상황에서 후방 돌출부가 더 큰 렌즈로 극복할 수 있습니다. 즉, 렌즈가 카메라 하우징으로 돌출되어 있음을 의미합니다. 그러나 후방 돌출이 많은 렌즈는 카메라 본체 내부에 적절하게 장착하기 위해 직경을 크게 줄여야 하는 경향이 있습니다. TFL의 더 짧은 플랜지 거리는 전체적인 시스템 단축에 기여할 뿐만 아니라 광학 엔지니어가 렌즈의 해상도를 극대화하도록 설계할 때 훨씬 더 많은 자유를 제공합니다. 이 더 작은 플랜지 거리는 TFL 렌즈가 더 작은 센서용으로 설계되어, 필드 의존적 수차의 영향을 덜 받는다는 사실과 결합되어 TFL 마운트 카메라 용으로 설계된 렌즈가 더 작은 패키지 크기에서 더 높은 성능을 발휘할 수 있음을 의미합니다. 비용면에서 더욱 효율적이라는 것이죠. F 마운트는 나사산 또는 나사 마운트가 아닙니다. 오히려 Bayonet 마운트입니다. Bayonet 마운트는 카메라 사용자가 다양한 시나리오에 맞게 렌즈를 빠르게 교체 할 수 있고, 시계 메커니즘이기 때문에 전자 기능(홍채 / 초점 제어)을 쉽게 통합할 수 있으므로 사진 촬영에 적합합니다. 그러나 머신 비전의 대부분의 애플리케이션에서 이러한 이점은 실제로 이점이 아닙니다. 렌즈는 거의 교체되지 않으며 교체되는 경우 시간에 민감하지 않습니다. 조리개 제어는 코너 케이스 응용 분야에서 유용하지만 일반적으로 고정되어 있으며, 움직이는 부품이 있는 서보 모터 / 마이크로 모터에 의존하여 공장 환경에서 렌즈의 초점을 수백만 번하면 부품이 마모될 수 있습니다. 그러나 Bayonet 마운트에도 단점이 있습니다. 센서의 크기가 커짐에 따라 광축에 대한 센서의 허용 기울기가 작아집니다. 특히 고해상도 애플리케이션에 필요한 낮은 f / # s에서 높은 광학 성능을 보장하려면 기울기 수를 작게 유지해야합니다. Bayonet 마운트는 이미징 시스템에서 더 많은 기울기를 허용하며 렌즈와 카메라를 최적의 방식으로 함께 연결하지 않습니다. 이는 주로 Nikon F 마운트의 공차가 게시된 수치가 아니기 때문에, 광학 회사가 설계에 대한 공차가 무엇인지 추측할 수 있기 때문입니다. 반대로 나사산 나사 장착 플랜지는 단단한 금속 조각으로 가공되며 매우 평평하게 만들 수 있습니다. 또한 나사산 스크루 마운트의 클램핑력은 총검보다 훨씬 강합니다. 렌즈 플랜지와 카메라 플랜지는 렌즈 크기에 관계없이 진동이나 중력이 있어도 흔들림이나 처짐 없이 서로 같은 높이를 유지합니다. TFL은 또한 게시된 표준 및 나사산 마운트입니다. 즉, 카메라와 렌즈 회사 모두 가장 효율적인 방식으로 함께 작업할 수 있도록 설계해야 할 사항을 정확히 알고 있습니다.