[첨단 헬로티]
LCD/OLED, 반도체 검사에 최적화
고해상도 카메라에 대한 시장의 반응이 뜨겁다. LCD/OLED 검사 분야에서는 라인스캔 카메라를 이용하던 검사방식에서 에어리어 스캔 방식으로의 전환이 이루어지고 있으며, CMOS 센서의 성능이 높아지면서 CCD 센서를 대체할 것으로 예상되고 있다. 그럼 라온피플에서 개발한 50Megapixel Camera를 통해 어떤 기술들이 적용되는지 알아보겠다.
[응용분야 1] OLED/LCD 표면 검사
LPMVC-CL50M
• 우수하고 균일한 저조도 영상
• 고해상도(50Megapixel)
• 기존 CCD 제품에 비해 월등히 빠른(2배 이상) Frame Rate 지원(최대 15fps)
▲ 사진 1. LPMVC-CL50M
우수하고 균일한 저조도 영상
OLED/LCD 표면 검사를 위해서는 조도 특성에 강건하고 균일한 영상 특성이 요구된다. 특히 OLED/LCD 검사에서는 저조도 특성이 중요하다. 이런 저조도 영상에서도 가장 큰 골치거리 중의 하나가 Vertical Noise다. 아래의 그림1과 같이 Vertical Noise가 발생되면 비전 검사가 불가능하다. 반면 그림2와 같이 우수한 영상이 제공된다면 더 좋은 비전 검사 장비를 만들 수 있다. 라온피플의 LPMVC-CL50M은 이미지 전처리를 통해 Vertical Noise를 완벽하게 제거하며, 우수하고 균일한 저조도 영상을 제공한다.
▲ 그림 1. 기존 제품 Vertical Noise 현상
▲ 그림 2. 이미지 전처리 영상(LPMVC-CL50M)
‘고해상도 + 빠른 Frame Rate’ = ‘Tact Time이 현저히 감소된다’
넓은 범위의 표면을 정밀하게 검사하기 위해서는 고해상도 카메라가 필요하다. 고해상도를 이용하면 여러 대의 카메라를 사용하던 환경에서 하나(또는 적은 수)의 카메라로 비전 검사가 가능하다. 또한, OLED/LCD에서 발생될 수 있는 여러 가지 불량(Dot, Bit, Back Light, Bruise, LCD Clipping, Mura, 이물)을 검사하는데 있어서 고속 Frame Rate 적용으로 획기적인 Tact Time 감소를 경험할 수 있다. (기존의 CCD 카메라 대비 2배 이상 빠른 Frame Rate 적용 및 그로 인한 2배 이상의 Tact time 감소 효과)
▲ 그림 3. LCD 불량 : 이물
▲ 그림 4. LCD 불량 : Mura
[응용분야 2] 반도체 관련 검사 (PCB, 웨이퍼 등)
반도체 웨이퍼 및 PCB 제조 공정은 높은 생산성을 갖는 장비를 필요로 한다. 비전 검사(표면 검사)를 위한 카메라도 다른 공정들에 병목현상을 일으키지 않도록 고속 영상을 제공해야 한다.
고화소로 제공되는 픽셀 시프트 카메라의 경우 진동에 취약하고 저속 동작이라는 단점이 있으며, CCD 센서도 CMOS 센서보다 저속 동작이라는 문제점이 있었다. 라온피플의 50Megapixel 카메라는 최신 CMOS 센서를 적용, 최고의 성능을 이끌어 냄으로써 높은 생산성을 갖는 장비를 위한 고속/고화소 영상을 제공한다.
▲ 그림 5. 웨어퍼 검사용 프로브 카드 불량
▲ 그림 6. 반도체 패키지 외관 불량
비전 검사에 적합한 화질 개선 기능
라온피플의 LPMVC-CL50M 은 Fixed Pattern Noise Correction, Lens Shading Correction, Defect Pixel Correction, 등의 화질 개선을 통해 선명한 검사 영상을 제공한다.
① Fixed Pattern Noise Correction
먼저 Fixed Pattern Noise Correction(PRNU, DSNU)은 화질 개선을 위해 가장 필요한 기능이다. 고정된 패턴의 노이즈가 비전 검사 환경에 악영향을 주기 때문이다. 그래서 이런 노이즈들은 제거되어야만 한다.
• PRNU(Pixel Response Non-Uniformity): 각 픽셀들은 빛에 반응하는 양에 차이가 발생한다. 이 때문에 발생하는 노이즈가 PRNU 형태다. PRNU를 보정하기 위해서는 카메라에서 이미지 밝기를 조정하여 획득한 이미지를 이용해 보정데이터를 구해야 한다. 복잡한 공식을 대입해서 나온 PRNU 보정 데이터와 입력되는 픽셀간 연산을 통해 보정 데이터를 산출한다. 그리하여 보정된 이미지는 원본 이미지의 PRNU 잡음들이 제거되어 균일한 특성을 갖는 이미지를 갖게 된다. (PRNU 보정 전: 세로 방향으로 불균일한 노이즈 존재)
• DSNU(Dark Signal Non-Uniformity): 빛이 없는 어두운 상태에서도 불균일한 값을 갖는 픽셀들이 발생한다. 픽셀 크기와 특성, 주변 회로의 영향 때문이다. 어두운 상태에서 이미지를 여러 장 촬영 후 그 값의 평균을 취하면 이러한 현상을 보정할 수 있다. 이미지의 평균을 이용하는 이유는 다른 노이즈의 영향을 제거하기 위해서다. 그렇게 얻어진 보정 데이터는 현재 입력되는 이미지에 적용함으로써 DSNU가 보정된 이미지를 획득한다.
② Defect Pixel Correction
LCD TV에도 간혹 불량 픽셀이 있듯이 카메라 이미지 센서에도 불량 픽셀이 존재할 수 있다. Dead Pixel수준은 아니지만 완전하게 동작하지 않는 픽셀 불량이 있을 수도 있고, 최초에는 정상 픽셀이었지만 사용 시간이 증가되면서 불량 픽셀로 바뀔 수도 있다. 고화소 카메라에는 더 많은 픽셀이 존재하므로, 더 많은 불량 픽셀이 존재할 가능성이 높다. 이러한 Defect Pixel은 Correction되어야 한다. Defect Pixel Correction을 적용하면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
③ Lens Shading Correction
렌즈의 굴곡 때문에 중심점으로부터 멀어질수록 점점 어두워지는 현상이다. (비네팅 효과)
비네팅 효과가 발생하는 원인은 렌즈 크기에 따른 굴곡에 따라 광량의 편차가 발생하기 때문이다. 이를 해결하기 위해서는 ‘가운데를 기준으로 주변부로 갈수록(거리가 멀어질수록) Weight를 주어 Pixel value에 적용해준다’라는 논리로 접근하면 된다. 쉽게 이야기하면 주변부에서 점점 어두워지는 왜곡을 보정해주는 처리가 되겠다.
▲ 표 1
▲ 표 2
CameraLink 다양한 옵션 지원
① Full mode, Medium mode, Base mode 모두 지원
CameraLink는 여러가지 어플리케이션을 처리하기 위해 세 가지 계층의 대역폭 구조를 가지고 있다. 카메라의 용도가 변경되면 옵션을 바꾸어서 사용할 수 있다.
② 다양한 Frame Rate를 지원
Mode 및 픽셀 비트에 따른 다양한 frame Rate를 지원한다.
더욱 안정적인 환경에서
산업용 카메라는 적용되는 환경이 매우 다양합니다. 일반 카메라도 사용환경이 중요하지만, 산업용 카메라는 더욱 정확하고 안정적인 구동이 가능해야 산업 현장에서 광범위하게 사용될 수 있다.
① 저전력 설계
카메라의 발열은 노이즈를 유발시키는 주범이다. 발열 = 노이즈 공식이 성립한다고 보면 된다. 그래서 저전력 설계가 필요하다. LPMVC-CL50M은 저전력 설계를 통해 발열 시 발생하는 화질 열화 및 불안정성을 해결했다.
② Fanless 구현
카메라의 팬은 애물단지다. 성능이 좋지 않은 팬은 최초부터 소음을 유발하며, 좋은 성능의 팬도 시간이 지나며 소음을 발생한다. 팬으로부터 발생되는 진동 또한 무시하지 못할 문제점이다. 카메라의 촬영 이미지가 의도치 않게 흔들릴 수 있기 때문이다. 마지막으로 팬은 교체가 필요한 부품으로 유지 관리가 불편하다. LPMVC-CL50M 은 Fanless로 구현되어, 진동/소음 문제가 없고 팬을 교체해야 하는 수고를 덜어준다.
㈜라온피플
