육안검사를 대체하는 디지털 현미경 렌즈
광학현미경 렌즈랑 동일한 사양의 achromatic object lens 대물 렌즈를 사용하니까 화질이 좋습니다
Cmount 현미경 대물렌즈 microscope Achromatic Object Lens
디지털 현미경이 대세입니다. 특히 육안 검사를 대체하는 디지털 현미경. 종류도 많은 것 같은 데 어떤 렌즈를 장착한 현미경을 고르면 될까요? 제가 잘 아는 ViTiny 브랜드의 디지털 현미경 라인업을 가지고 설명해 보겠습니다. 이 글을 끝까지 보시면 다른 디지털 현미경도 고르실 때도 도움이 될 것입니다.
ViTiny 디지털 현미경의 라인업은 대략 5가지로 이루어져 있습니다.
- Cmount 현미경 대물렌즈 microscope achromatic object lens
- 수퍼 와이드 줌렌즈 Super wide zoom lens
- 고정 초점 줌렌즈
- 2D/3D 고정조점 줌렌즈
- USB현미경 렌즈
이중 1번 현미경의 대물렌즈로 가장 많이 사용되는 렌즈입니다. 다양한 배율로 구성되고 넓은 범용성을 지니고 있습니다.
관찰 대상과 렌즈와의 거리에 따라 배율이 달라지게 되며 다양한 분야에서 응용이 가능합니다.
현미경의 대물렌즈로 가장 많이 사용되는 렌즈입니다. 다양한 배율로 구성되고 넓은 범용성을 지니고 있습니다.
관찰 대상과 렌즈와의 거리에 따라 배율이 달라지게 되며 다양한 분야에서 응용이 가능합니다.
사진에서는 거꾸로 놓고 찍었지만 사실 반대로 세워 나사 부분을 돌려 끼워 장착하게 됩니다. ViTiny 디지털 현미경에는 기본 4X 렌즈가 끼워져 있습니다. 이 렌즈의 특성은 렌즈와 사물이 가까울 수 록 배율이 높아지게 되고 렌즈와 사물이 멀 수록 배율이 낮아지게 됩니다.
그래서 이 렌즈를 사용하시는 분들은 제품 설명에 나온 렌즈사양을 잘 참고하시면 이 현미경이 나에게 맞는 제품인지 금방 알아낼 수 있습니다. 실제 4X 렌즈를 장착하고 있는 UM20의 렌즈 사양을 보면 아래와 같습니다.
이 표의 의미는 렌즈 끝에서 물체와의 거리가 55mm가 되는 지점에서 초점을 맞추면 가로가 10mm 로 보이며, 이때 보이지 않지만 이미지처리 센서의 위치는 렌즈와 13위치 다르게 말해 1130 위치에 오게 된다는 것입니다.
렌즈 끝에서 물체와의 거리를 WD (working distance) 라고 부르며 가시구역 10mm 를 FOV (field of view) W (width) 값을 10mm라고 부릅니다.
간단히 정리하면 WD:55mm 일 때, FOV(W):10mm 가 화면에 보이며 이때 배율은 53.1배가 됩니다. 이 표가 24인치 모니터를 기준으로 작성된 것이므로 27인치나 32인치 모니터를 쓰는 분들은 디지털 확대 배율이 좀 더 크게 표시 될 수는 있으나 FOV(w)값은 변화가 없을 것입니다.
실제 위와 같이 31.5인치 커브드 모니터에서 1mm 가 약 70mm로 표현되는 것을 확인할 수 있습니다. 이것은 배율로 나타내면 70배 정도입니다. 그러므로 같은 현미경이라도 상대적으로 큰 디스플레이를 사용하면 배율이 좀 더 크게 표시될 것입니다.
비교적 넓은 범위의 배율을 커버하므로 다양한 분야에 응용가능
기본 렌즈는 위의 배율표에서 보듯, 약 10X-140X 사이의 비교적 넓은 배율을 커버합니다. 비교적 넓은 배율을 커버한다는 말의 의미는 사실 옳지 않습니다. 정확히 말하면 사람들이 가장 많이 관찰하는 배율을 커버한다고 해야 옳습니다.
- 구분
- 확대경
- 루페
- 광학현미경
- ViTIny 디지털현미경
- 배율
- 5배 이하
- 20배 이하
- 20배 이상
- 20배이상
- 비교
- 숙련필요
- 숙련필요 눈 피곤
- 숙련필요 눈 피곤
- 운용간단 눈 피곤 덜함
확대경이나 루페보다 정밀한 고배율 영역을 커버할 수 있는 현미경중에서 디지털 현미경. 특히 4배줌 렌즈 Cmount 대물 렌즈를 장착한 디지털 현미경은 육안검사에서 가장 많이 사용되는 20-50배의 영역에서 가장 훌륭한 화질을 보여 줍니다. 실제 상담을 해 보면 특히 엔지니어링 업계. 각종 부품 제조업체에서 가장 많이 사용하는 배율은 20-50배 사이임을 알게 됩니다. 이 배율의 범위에서 확대경이나 루페로 관찰. 검사시에는 여러가지 한계를 느끼게 됩니다. 특히 숙련된 검사자. 숙련된 사원이 모자랄 경우 검사 효율성에 문제가 생길 수 밖에 없습니다.
몇가지 검사 포인트만 숙지해도 차질 없는 전수 검사. 샘플 검사를 위해 20-50 배율 영역대를 커버하는 디지털 현미경이 매우 효과적입니다.
최적의 관찰 범위를 4X 기본장착 렌즈 배율표에서 노란색으로 영역을 표시해 보겠습니다.
제일 많이 관찰하는 범위에서 현미경과 물체와의 거리는 65-161mm 로 이격 거리가 충분해서 샘플을 넣거나 빼기가 좋고 두손이 충분히 작업을 할 수 있는 공간이 나옵니다. 작은 부품을 핸들링 하면서 여러가지 포인트의 검사를 할 수 있습니다.
FAQ. 혹시 3-10배 사이에서 좀 더 넓은 혹은 좀 더 큰 부품이나 기판을 관찰하려고 합니다. 4X 기본렌즈는 여기에 맞지 않은 것 같아요. 다른 렌즈가 있나요?
A. 2단원에서 소개할 수퍼 와이드 렌즈를 장착한 UM20-CSZ1236A 가 있습니다.
FAQ. 4배 줌 렌즈가 딱 관찰 범위에 좋은데 현장 상황상 이격 거리가 더 필요하면 어떻게 해야하나요?
A. WD를 2배로 연장시켜주는 4X 롱포커스 렌즈를 추천합니다
FAQ. 4배 줌 렌즈는 배율을 올리거나 내리면 초점 거리WD를 조절해 주어야 하는데 초점 거리를 고정시킬 수 는 없나요?
A. 3단원에서 소개할 고정초점 줌렌즈는 초점거리를 고정 시키고 배율을 조정하는 것이 가능합니다
관찰 대상과 렌즈간 거리에 따라 배율이 변화. 스탠드의 정밀도와 기동성이 중요
위의 표에서 보듯이 배율이 17.7 배일 때, WD는 161mm 인데 반하여 배율이 올라가서 48.3배가 되면 WD는 65mm 가 됩니다. 만일 고객이 목표로 하는 검사 포인트가 2군데 이상이며 각각 배율이 다르다고 한다면 현미경을 장착하고 있는 스탠드의 기동성(빠르게 현미경을 오르고 내릴 수 있어 목표하는 배율에 빨리 맞추는 것)과 정밀도(관찰의 중심점이 흔들리지 않고 안정적인 화면을 보여줌)가 뛰어나야 할 것입니다.
많은 경우 대개 사용하는 배율은 20-50배율 사이의 어느 한 곳인 경우가 많지만 검사할 부품의 크기와 모양이 다양할 경우 배율을 조정하기 쉬워야 할 것입니다. ViTIny 현미경에 사용된 Cmount 현미경 대물렌즈 및 수퍼와이드 줌렌즈를 탑재한 S107스탠드는 제품의 기본구성에 포함 되어 있으며 따로 구입할 필요가 없습니다.
빠르고 정밀하게 상하로 오르내리며 배율을 조정할 수 있습니다. 아래 동영상을 보시면 보다 직관적으로 제 설명을 이해하실 수 있습니다.
FAQ. 상하조정말고 좌우 조정이나 각도조정되는 스탠드는 없나요?
A. ViTiny 현미경 전용 S109스탠드를 권장합니다.
다양한 렌즈와 조명 기타 액세서리로 기능이 확장될 수 있다
초점거리가 6.2~10mm로 물체와 렌즈간의 거리가 매우 협소해 지지만 10X 렌즈를 4X렌즈 대신 갈아끼우는 것 만으로 배율이 231배에서 497배(24형 모니터기준)으로 늘어나게 됩니다. 대부분의 경우 4배줌 렌즈 하나로 충분한 경우가 많지만 학교나 연구실의 경우 단순한 검사를 넘어, 불량의 원인 분석과 증명에 고배율의 렌즈가 필요할 수 있습니다. 엔지니어링 업계 뿐 아니라 이 정도의 배율이라면 생물 Biology 계열에서 세포단위의 관찰을 할 때 도 충분히 활용할 수 있습니다.
FAQ. 10배 줌 렌즈는 렌즈와 사물간의 거리가 너무 협소해서 작업을 하거나 정렬을 하거나 또는 이격거리가 반드시 확보되어야 하는 경우 제약이 있는 것 같습니다. 대안이 없을까요?
A. 3단원에서 소개할 고정초점 줌렌즈는 초점거리를 고정 시키고 배율을 조정하는 것이 가능합니다
4X 롱포커스 렌즈 와 편광필터 편광렌즈세트
사물을 관찰할 때 초점거리를 2배로 연장해주는 롱포커스 렌즈와 표면의 반사가 심할 때 이를 상쇄하여 표면상태 관찰이 가능하게 해주는 편광렌즈. 편광필터 세트에 대해 알아보겠습니다.
렌즈와 사물간의 거리(WD)를 2배로 늘려주는 4X 롱포커스 렌즈
롱포커스 렌즈는 같은 배율이라도 좀 더 긴 작업거리를 확보하는 것이 가능합니다. 역시 렌즈를 갈아끼우는 것 만으로 편안하게 작업하는 것이 가능합니다. 단 기본렌즈의 FOV 가 가로 8.5-23mm / 배율 11.9-30X 인 곳에서 한정적으로 작동 합니다. 만일 좀 더 고배율에서 작업거리가 더 확보되어야 한다면 3단원에서 설명할 고정초점 줌렌즈를 사용해야 합니다. 간혹 이런 사실을 간과하고 모든 주변기기를 일습. 원세트로 구매하려는 관행이 있는데 필요하지 않는 것 까지 구매한다면 낭비라고 생각합니다.
FAQ. 10배 줌 렌즈는 롱포커스 렌즈가 없나요?
A. 3단원에서 소개할 고정초점 줌렌즈는 초점거리를 고정 시키고 배율을 조정하는 것이 가능합니다. 초점거리가 82mm 정도 되므로 작업거리가 확보됩니다.
표면 반사가 심한 부품을 위한 편광렌즈 와 편광 필터 세트
표면이 매끄러운 경면이거나 도금이나 기타 사유로 표면 반사가 심한 경우 편광렌즈와 필터세트를 거치면 좋은 화질의 화면을 얻을 수 도 있(고 없을 수도 있)습니다. 편광렌즈와 필터세트에서 편광렌즈의 사양은 4배줌 기본렌즈와 사양이 같고 편광기능이 탑재 된 것이 다릅니다. 반드시 편광 필터가 있어야 편광기능이 구현됩니다.
특히 도금 업체의 경우 이 기능이 필수적인지 물어보시는 경우가 많습니다. 반사광은 부품마다 매우 양상이 다릅니다. 어떤 경우는 편광렌즈와 필터로 간단하게 이슈가 해결되는 경우가 있지만 현미경이란 렌즈가 50% 라고 한다면 조명이 50%의 중요성을 갖고 있습니다. 따라서 여러가지 조명을 통하여 보이지 않던 것이 보이게 되는 경우가 많습니다.
디지털 현미경의 경우 렌즈의 품질이 뛰어나다고 하면 디지털 적인 후처리를 통하여 또는 적절한 조명의 사용을 통하여 고객이 검출하고자 하는 불량을 잡아낼 수 있습니다. 일단 기본적으로 ViTiny 의 경우 기본 4X 대물렌즈가 장착된 UM08A, UM20, UM08 plus, UM08 의 경우 30발의 LED 조명이 High angle 각도로 박혀 있어 음영구역을 최소화하고 있습니다.
조명은 사진처럼 정확히 연직방향이 아닌 조금 가운데로 경사져 있습니다.
렌즈로 안되면 디지털 효과를 넣어서 극복한다
휘도차가 큰 도금 부품 표면의 경우 WDR 기능을 활성화 해주면 편광렌즈나 필터를 꼭 의존하지 않아도 좋은 화질의 화면을 보여주고 표면의 미세한 흠집을 찾아낼 수 있습니다.
따라서 편광필터와 렌즈세트의 채택도 부품의 종류와 물성 표면 상황에 따라 결정되어야할 것입니다.
지금은 렌즈에 대하여 이야기 하고 있지만 조명에 대하여 또 따로 글을 마련하겠습니다.
이런 Cmount 현미경 대물렌즈 microscope achromatic object lens 를 장착하고 있는 현미경을 아래 소개합니다. 그럼 다음 글에는 디지털 현미경계의 팔방미인 2. 수퍼 와이드 줌렌즈 Super wide zoom lens 에 대하여 알아보겠습니다.