KR101754108B1 - 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 비네팅 측정 시스템은 광원(100)에서 방사되는 빛을 포집하고 내부에서는 반복적인 반사로 빛의 균일한 분포를 가능하게 하는 것으로 저면에 출광 포트(102)를 구비하는 적분구(10)와, 상기 적분구(10)의 저면에 구비되는 출광 포트(102)의 하단에 설치되는 것으로 오토콜리메이터(120)가 수평으로 슬라이딩되도록 가이드하는 가이드부(11)와, 틸트 얼라인 및 포커싱 작업시에는 상기 출광 포트(102)측으로 진입하고 주변광 측정시에는 적분구(10) 외측으로 후퇴되도록 상기 가이드부(11)를 따라 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 것으로 일측에는 평행광이 출사되는 오토 콜리메이터(120)가 장착되고 타측에는 평행광(122)을 수직 하방으로 반사시키는 반사 프리즘(124)이 구비되는 오토콜리메이터 모듈(12)과, 이미지 센서(13)와, 데이터 처리부(14), 및 제어 컴퓨터(15)를 포함하여 이미지 센서(13) 면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 상기 오토콜리메이터(120)로 조정하여 균일 광원을 카메라 렌즈에 근접하게 위치시켜 비네팅을 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템{System for measuring vignetting caused by camera lenz}
본 발명은 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템에 관한 것으로 더 상세하세는 균일광 조사 광원(uniform light source)로부터의 입사광에 대하여 센서의 중심부와 주변부의 광량을 측정함으로써 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템에 관한 것이다.
렌즈의 경우처럼 입사되는 각(화각)이 커지게 되어 가까운 거리부터 먼 거리까지 전체적으로 선명한 이미지를 얻기 위해서는 조리개가 조여지고, 일반적인 촬영의 경우에는 사용되지 않는 렌즈의 테두리부분을 사용하게 된다. 이렇게 되면 렌즈의 테두리 부분으로 들어오는 빛의 양은 렌즈의 가운데 부분으로 들어오는 빛의 양에 비해 적어진다. 광각 렌즈로 촬영한 사진을 보면 이 같은 현상을 자주 볼 수 있는데 이를 비네팅(Vignetting)이라 한다. 즉, 비네팅 현상은 이미지 외곽부에 도달하는 광량이 중심부 광량보다 적은 광학적인 현상을 일컫는다. 비네팅은 렌즈가 필름과 가까울수록 이런 현상이 심하게 나타나므로 광각 렌즈에서 두드러지게 나타난다. 이는 렌즈가 곡면의 이미지를 형성하기 때문에 그 외곽부에 도달하는 광량이 급격히 줄어들어 발생하는 것이다.
비네팅 형상은 렌즈 자체가 비네팅을 갖는 경우와, 각종 컨버터나 필터 등의 악세사리를 장착했을 경우에 발생한다. 전자의 경우 렌즈를 통과한 빛은 원형의 상을 맺게 되는데, 이 상을 맺는 범위의 원을 이미지 서클이라 하며, 이러한 이미지 서클의 지름이 촬영 화면의 대각선 길이보다 짧아서 모서리 부분에 상이 맺히지 않게 됨에 따라 비네팅이 발생한다. 후자의 경우 대부분의 디지털 카메라에 나타나는 비네팅은 이러한 경우에 해당되는데 주로 초점거리가 짧은 광각측에서 발생하게 된다. 즉, 광각 쪽으로 갈수록 렌즈 중심부와 주변부와의 초점거리가 현저하게 차이가 나게 되어 비네팅이 발생하게 된다. 또한, 렌즈 후드를 긴 것으로 사용하거나 렌즈의 화각보다 좁은 후드를 사용하는 경우에도 가장자리 부분이 가려지게 된다.
이와 같은 비네팅 현상을 해결하기 위해서는 광학 기술을 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 사용되는 비네팅 현상을 해결하기 위한 렌즈는 적절한 렌즈의 조합으로 제작되는 경우가 많은데, 이로 인해 생기게 되는 렌즈 면적의 증가가 가져오는 색수차 문제 등의 문제점이 발생하게 된다. 이러한 비네팅이나 색 수차 등의 문제를 해결하기 위해서는 일반적으로 렌즈 구성의 조합으로 빛의 특성을 이용하는 경우가 일반적이다.
이러한 비네팅 현상을 해결하기 위해서는 렌즈에서 어떤 분포로 어느 정도의 비네팅이 생기는지를 측정 및 분석할 것이 요구된다 할 것이다. 대한민국 등록특허 10-0769724호에는 카메라 모듈의 광축 검사 방법 및 비네팅 검출 방법이 개시되어 있다. 상기 공개 특허에 따르면 카메라 모듈을 통해 시험 영상을 취득하는 입수(Obtain) 단계와, 상기 시험 영상에서 가장 밝은 부위인 클러스터 중심(Cluster Center)을 찾는 탐색(Search) 단계, 및, 상기 클러스터 중심과 상기 시험 영상의 광축 중심(O.A.C:Optical Axis Center)을 비교하여 상기 카메라 모듈의 광축 불량을 판단하는 판별 단계를 포함하는 카메라 모듈의 광축 검사 방법과, 카메라 모듈을 통해 시험 영상을 취득하는 입수(Obtain) 단계와, 상기 카메라 모듈의 광축 중심을 지나는 적어도 하나 이상의 직선을 기준으로 상기 시험 영상을 적어도 이등분 이상으로 나누는 분할 단계, 및 상기 분할된 시험 영상 부분을 서로 비교하여 상기 광축의 기울어짐을 판단하는 판별 단계를 포함하는 카메라 모듈의 비네팅 검출 방법이 개시되어 있다.
하지만, 일반적인 카메라용 렌즈는 렌즈로부터 1.5 ~ 3 미터 거리 정도로 이격된 물체에 포커싱되도록 설계된다. 이와 같이 긴 거리에 대하여 균일 광원을 제공하기 위해서는 균일광을 제공하는 적분구의 직경이 커지게 되어, 측정을 위한 환경이 지나치게 넓게 요구된다는 문제점이 있다. 따라서, 작은 면적의 균일광으로도 주변광을 측정할 수 있도록 하는 장치가 요구된다.
본 발명에 이루고자 하는 기술적 과제는 적분구 저면의 출광 포트 부근에서 수평으로 슬라이딩되는 오토 콜리메이터를 적용하여 작은 면적의 균일광 조사 광원(uniform light source)을 사용하면서도 이미지 센서의 중심부와 주변부의 광량을 측정함으로써 카메라 렌즈에 의한 비네팅 측정이 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템은, 광원(100)에서 방사되는 빛을 포집하고 내부에서는 반복적인 반사로 빛의 균일한 분포를 가능하게 하는 것으로 저면에 출광 포트(102)를 구비하는 적분구(10)와;
상기 적분구(10)의 저면에 구비되는 출광 포트(102)의 하단에 설치되는 것으로 오토콜리메이터(120)가 수평으로 슬라이딩되도록 가이드하는 가이드부(11)와;
틸트 얼라인 및 포커싱 작업시에는 상기 출광 포트(102)측으로 진입하고 주변광 측정시에는 적분구(10) 외측으로 후퇴되도록 상기 가이드부(11)를 따라 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 것으로 일측에는 평행광이 출사되는 오토콜리메이터(120)가 장착되고 타측에는 평행광(122)을 수직 하방으로 반사시키는 반사 프리즘(124)이 구비되는 오토콜리메이터 모듈(12)과;
다수 개의 픽셀로 이루어져 상기 오토콜리메이터 모듈(12)로부터 반사된 평행광인 입사광을 감지하는 이미지 센서(13)와;
상기 이미지 센서(13)의 픽셀 좌표별 입사광량을 측정하여 픽셀 좌표별 입사광량을 구하는 데이터 처리부(14); 및
상기 오토콜리메이터 모듈(12)의 진입 및 후퇴 제어, 테스트 렌즈(L)의 포커싱을 위한 포커싱 스테이지 스캔 제어, 및 적분구(10) 광원의 온오프 제어를 수행하는 모듈 제어부(150)와, 이미지 영역의 사이즈를 선택하고 상기 데이터처리부(14)에 의하여 측정된 픽셀 좌표별 입사광량을 기초로 선택된 이미지 영역에 대한 필드별 기준광 세기(RI: Reference Intensity) 데이터 및 그래프를 도출하여 필드별 스펙 미달시 불량을 판정하는 판정부(152)를 구비하는 제어 컴퓨터(15);를 포함하여,
이미지 센서(13) 면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 상기 오토콜리메이터(120)로 조정하여 균일 광원을 카메라 렌즈에 근접하게 위치시켜 비네팅을 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템은 적분구 저면의 출광 포트 부근에서 수평으로 슬라이딩되는 오토 콜리메이터를 적용하여 작은 면적의 균일광 조사 광원을 사용하면서도 이미지 센서의 중심부와 주변부의 광량을 측정함으로써 카메라 렌즈에 의한 비네팅 측정이 가능하다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템의 구조를 나타낸 블록도,
도 3은 도 1 및 도 2의 시스템에 구비되는 오토콜리메이터 모듈의 구조의 일 예를 나타낸 도면, 및
도 4는 도 1 및 도 2의 시스템을 사용하여 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 주요 과정을 설명하기 위한 흐름도.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템의 구조를 블록도로써 나타내었다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템은,
광원(100)에서 방사되는 빛을 포집하고 내부에서는 반복적인 반사로 빛의 균일한 분포를 가능하게 하는 것으로 저면에 출광 포트(102)를 구비하는 적분구(10)와,
상기 적분구(10)의 저면에 구비되는 출광 포트(102)의 하단에 설치되는 것으로 오토콜리메이터(120)가 수평으로 슬라이딩되도록 가이드하는 가이드부(11)와,
틸트 얼라인 및 포커싱 작업시에는 상기 출광 포트(102)측으로 진입하고 주변광 측정시에는 적분구(10) 외측으로 후퇴되도록 상기 가이드부(11)를 따라 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 것으로 일측에는 평행광이 출사되는 오토콜리메이터(120)가 장착되고 타측에는 평행광(122)을 수직 하방으로 반사시키는 반사 프리즘(124)이 구비되는 오토콜리메이터 모듈(12)과,
다수 개의 픽셀로 이루어져 상기 오토콜리메이터 모듈(12)로부터 반사된 평행광인 입사광을 감지하는 이미지 센서(13)와, 상기 이미지 센서(13)의 픽셀 좌표별 입사광량을 측정하여 픽셀 좌표별 입사광량을 구하는 데이터 처리부(14), 및 제어 컴퓨터(15)를 구비한다. 적분구(10)의 직경은 300 mm 정도가 바람직하고 적분구(10)의 출광포트(102)에서 측정 대상 렌즈(L)까지의 거리는 대략 50 mm 정도가 바람직하다.
상기와 같은 렌즈에 의한 비네팅을 측정하고 분석하는 시스템은 카메라 센서를 무한(infinite)에 포커싱한 상태에서 렌즈로부터 50 mm 떨어진 균일 광원으로부터의 입사광에 대하여 이미지 센서(13)의 중심부와 주변부의 광량을 측정 평가한다.
적분구 광원은 루미네슨스 레인지가 x1,000 cd/m2에서 10, 20, 30, 40이고 색온도는 3000K, 구 직경은 30cm, 출광포트(exit port) 직경은 10cm인 랩스피어 인코포레이티드(Labsphere Inc.)의 모델명 USS1200S를 사용할 수 있으며, 적용 시료 기준은 렌즈 화각 90도로 설정한다. 이미지 센서(13)는 바슬러(Basler)사의 1인치 5M CMOS 소자를 사용하였다.
제어 컴퓨터(15)는 모듈 제어부(150)와 판정부(152)를 포함하며, 모듈 제어부(150)는 오토콜리메이터 모듈(12)의 진입 및 후퇴 제어, 테스트 렌즈(L)의 포커싱을 위한 포커싱 스테이지 스캔 제어, 및 적분구(10) 광원의 온오프 제어를 수행한다.
판정부(152)는 이미지 영역의 사이즈를 선택하고 상기 데이터처리부(14)에 의하여 측정된 픽셀 좌표별 입사광량을 기초로 선택된 이미지 영역에 대한 필드별 기준광 세기(RI: Reference Intensity) 데이터 및 그래프를 도출하여 필드별 스펙 미달시 불량을 판정한다.
도 3에는 도 1 및 도 2의 시스템에 구비되는 오토콜리메이터 모듈의 구조의 일 예를 나타내었다. 도 3을 참조하면, 오토콜리메이터 모듈(12)은 광원(300), 필터(302), 콘덴서 렌즈(304), 디퓨저 렌즈(306), 대물 십자선(308 : Object Reticle), 빔 스플리터(310), 대물 렌즈(312), 및 카메라(320)로 이루어진 오토콜리메이터(120)와, 오토콜리메이터(120)로부터 출사된 평행광을 수직 하방으로 반사시키는 반사 프리즘(124)으로 이루어진다.
도 4에는 도 1 및 도 2의 시스템을 사용하여 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 주요 과정을 설명하기 위한 흐름도를 나타내었다. 도 4를 참조하면, 도 1 및 도 2의 시스템을 사용하여 비네팅을 측정 분석하기 위해서는 먼저 틸트 얼라인먼트(S40)가 선행된다. 틸트 얼라인먼트 과정(S40)에서는 이미지 센서면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 렌즈 안착부의 틸트를 조정한다. 이를 위하여 렌즈 안착부에는 이미지 센서(130) 면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 상기 오토콜리메이터(120)로 조정하여 균일 광원을 카메라 렌즈에 근접하게 위치시켜 비네팅을 측정할 수 있도록 포커싱 스테이지 및 틸트 조절부(미도시)를 포함한다. 포커싱 스테이지는 자동으로 조절하도록 구성하는 것이 바람직하고, 틸트 조절부는 수동으로 조절하도록 하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음으로, 오토콜리메이터 모듈(12)을 출광 포트측으로 진입(S42)하고, 포커싱 작업(S44)이 이루어진다. 포커싱 작업을 위해 측정 대상 렌즈(L)의 포커스 스캔이 수행되며 분해능은 1 ㎛, 스트로크는 10 mm 정도가 바람직하다. 포커스 스캔에 의하여 측정 대상 렌즈의 위치를 온 포커스 위치로 설정한다.
포커싱 작업(S44)이 완료되면, 오토콜리메이터 모듈(12)을 출광 포트의 외측으로 후퇴(S46)시킨다. 이제, 균일 광원을 온(S47)하고, 주변광 측정(S48)이 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 따른 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템은 적분구 저면의 출광 포트 부근에서 수평으로 슬라이딩되는 오토 콜리메이터를 적용하여 틸트 얼라인 및 포커싱 작업시에는 출광 포트 측으로 오토콜리메이터 모듈을 진입시키고, 비네팅 측정시에는 적분구 외측으로 오토콜리메이터 모듈을 후퇴시키는 구조와, 이미지 센서(13) 면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 상기 오토콜리메이터(120)로 조정하여 균일 광원을 카메라 렌즈에 근접하게 위치시켜 비네팅을 측정할 수 있도록 이루어진 구조로 이루어짐으로써, 비교적 작은 사이즈의 적분구에 의한 작은 면적의 균일광 조사 광원을 사용하면서도 이미지 센서의 중심부와 주변부의 광량을 측정함으로써 카메라 렌즈에 의한 비네팅 측정이 가능하다.
10 : 적분구
100 : 광원 102 : 출광 포트
11 : 가이드부
12 : 오토콜리메이터 모듈
120 : 오토콜리메이터 124 : 반사 프리즘
13 : 이미지 센서 14 : 데이터 처리부
15 : 제어 컴퓨터
150 : 모듈 제어부 152 : 판정부

Claims (1)

  1. 광원(100)에서 방사되는 빛을 포집하고 내부에서는 반복적인 반사로 빛의 균일한 분포를 가능하게 하는 것으로 저면에 출광 포트(102)를 구비하는 적분구(10);
    상기 적분구(10)의 저면에 구비되는 출광 포트(102)의 하단에 설치되는 것으로 오토콜리메이터(120)가 수평으로 슬라이딩되도록 가이드하는 가이드부(11);
    틸트 얼라인 및 포커싱 작업시에는 상기 출광 포트(102)측으로 진입하고 주변광 측정시에는 적분구(10) 외측으로 후퇴되도록 상기 가이드부(11)를 따라 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 것으로 일측에는 평행광이 출사되는 오토콜리메이터(120)가 장착되고 타측에는 평행광(122)을 수직 하방으로 반사시키는 반사프리즘(124)이 구비되는 오토콜리메이터 모듈(12);
    다수 개의 픽셀로 이루어져 상기 오토콜리메이터 모듈(12)로부터 반사된 평행광인 입사광을 감지하는 이미지 센서(13);
    상기 이미지 센서(13)의 픽셀 좌표별 입사광량을 측정하여 픽셀 좌표별 입사광량을 구하는 데이터 처리부(14); 및
    틸트 얼라인 및 포커싱 작업을 위한 오토콜리메이터 모듈(12)의 진입 제어 및 주변광 측정을 위한 오토콜리메이터 모듈(12)의 후퇴 제어와, 렌즈 안착부에 안착되는 테스트 렌즈(L)의 포커싱을 위한 포커싱 스테이지 스캔 제어, 및 적분구(10) 광원의 온오프 제어를 수행하는 모듈 제어부(150)와, 이미지 영역의 사이즈를 선택하고 상기 데이터처리부(14)에 의하여 측정된 픽셀 좌표별 입사광량을 기초로 선택된 이미지 영역에 대한 필드별 기준광 세기(RI: Reference Intensity) 데이터 및 그래프를 도출하여 필드별 스펙 미달시 불량을 판정하는 판정부(152)를 구비하는 제어 컴퓨터(15);를 포함하여,
    이미지 센서(13) 면에 렌즈(L)의 촛점이 일치하도록 상기 오토콜리메이터(120)로 조정하여 균일 광원을 카메라 렌즈에 근접하게 위치시켜 비네팅을 측정할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈에 의한 비네팅을 측정하는 시스템.
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