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비전 검사에 활용되는 빛의 특성 (시리즈 #1)
2021.10Hit. 391

서론

한국에서 초창기에는 주로 디스플레이 패널의 검사 용도로 사용되던 머신 비전 기술은 점점 더 다양한 분야로 그 적용 범위가 확장되어 왔습니다. 최근 들어 머신 비전 시스템은 반도체, 이차전지, PCB, 모바일 기기 등의 제조 공정을 포함한 대부분의 첨단 제조업에서 스마트 팩토리 구축을 비롯한 생산성 혁신 활동을 위해 사용되고 있습니다. 또한 기존에 단순히 더 작은 크기의 불량을 검사해야 하는 필요에서 벗어나서 근래에는 훨씬 더 다양하고 복잡한 종류와 형태의 불량을 검사하려는 수요가 증가하고 있습니다.


기존의 머신비전 검사의 목적 최근의 머신비전 검사의 목적
더 작은 불량의 검사 나노 미터 단위의 미세한 불량 검사
더 빠른 불량의 검사 매우 얇은 박막 코팅 검사
  여러 겹의 코팅 두께 검사
  표면 안쪽의 이물 검사
  가시광선에서 보이지 않는 이물 검사
  반사가 심한 표면의 3D 단차 검사

이렇게 기술적 수요가 변화 발전함에 따라 머신 비전 시스템에서 사용하는 검사 방법도 고객의 다양한 니즈에 맞춰서 발전하게 됩니다. 우리는 이번 뉴스레터를 통해 비전 검사에 사용할 수 있는 다양한 빛의 특성들을 확인하고 이를 활용하는 사례를 소개하려고 합니다. 이와 같은 접근을 통해 단순히 2D, 3D로 구분되어 있는 현재의 머신 비전 기술을 좀더 광학 중심적으로 들여다보고 다양한 니즈에 적합한 검사 방법을 찾을 수 있기를 기대해 봅니다.

빛의 특성

지금까지 머신 비전에서 주로 사용돼 왔던 검사는 렌즈를 통해 우리가 보고자 하는 불량을 검출하는 형태가 대부분이었습니다. 이와 같은 검사는 빛의 밝기 차이를 이용한 것으로 빛이 가지고 있는 여러가지 특성 중 일부분만을 이용한 것입니다. 실제로 빛은 밝기라는 특성 외에도 아래와 같은 다양한 특성들을 가지고 있습니다.


빛의 특성 설명
밝기 (Intensity) 광량의 변화로 contrast가 발생함.
파장 (Wavelength) 여러가지의 파장으로 인해 UV, 가시광선, IR이 발생함.
편광 (Polarization) 빛의 전자기파는 반사/투과하는 물체와 상호작용하여 다양한 방향으로 진동한다.
방향 (Vector) 빛은 물체의 표면 굴곡에 따라 다양한 방향으로 반사한다.
위상 (Phase) 빛은 대표적인 전자기파로 다양한 시작점을 가진다.

이와 같이 다양한 빛의 특성들은 그 하나하나가 모두 특정 목적의 검사에 사용될 수 있습니다. 이제부터는 이러한 각각의 빛의 특성들이 어떻게 검사에 사용되고 이를 활용한 검사 솔루션들이 어떤 것들이 있는지 확인해 보도록 하겠습니다.

빛의 밝기 (Intensity)


위의 이미지는 1826년 프랑스의 화학자 Joseph Nicéphore Niepce에 의해 촬영된 최초의 사진입니다. 지금의 기준으로 보면 사물도 뚜렷하게 구분되지 않고 음영의 균일도도 좋지 않습니다. 다만 최초의 사진은 위에서 확인할 수 있다시피 순수하게 밝기 차이만을 이용해서 영상을 얻었습니다. 이처럼 빛의 밝기는 물체를 표현하는 데에 가장 기본적이고 가장 오래 사용된 특성입니다.

빛의 밝기를 검사에 이용하기 위해서는 검사하고자 하는 불량에서 반사되는 밝기 차이를 얻어야 합니다. 이러한 밝기 차이를 콘트라스트(contrast)라고 합니다. 기존의 검사 기술은 대부분 동일한 불량에서 얼마나 더 큰 밝기 차이, 즉 contrast를 얻을 수 있는가에 집중하였습니다. 이를 위해 빛의 검사 한계인 레일리 조건(Rayleigh Criterion)을 고민하고 이 검사 한계에 근접할 수 있는 광학계를 만들기 위해 노력했습니다.


[레일리 조건 Rayleigh Criterion]


이러한 검사 성능에 만족할 수 있는 렌즈는 높은 NA를 가진 동시에 낮은 수차를 가지고 있어야 하기 때문에 고성능의 high contrast 렌즈들의 개발이 주를 이루게 됩니다.


[ 고성능 렌즈의 예 : Schneider Kreuznach사의 Xenon-Diamond 시리즈 렌즈 ]


다만 이러한 성능의 렌즈들은 이론값에 근접하는 성능을 구현하기 위해 매우 정밀하게 제작되었기 때문에 매우 높은 수준의 광학 설계와 제조 공차를 갖고 있습니다. 이런 특성으로 인해 고성능 렌즈들은 가격이 매우 높고 전 세계적으로도 고성능 기준에 부합하는 성능을 갖는 렌즈를 제작할 수 있는 렌즈 가공 업체는 손에 꼽을 수 있을 정도로 제한적이게 됩니다.


빛의 파장 (Wavelength)

[Monochrome 이미지]

[Color 이미지]

위의 이미지는 푸른색 가죽 표면에 붉은색 펜으로 표시된 선을 흑백과 컬러로 촬영한 이미지입니다. 물론 흑백 이미지에서도 붉은색 선이 흐릿하게 보이기는 하지만 컬러 이미지에서 붉은색 선이 푸른색 배경과 대비되어 더 잘 보입니다. 이처럼 빛이 가지고 있는 파장 특징은 기존의 밝기 만을 이용하는 이미지와 비교하여 더 많은 정보를 가지고 있고 특정 샘플에서는 파장의 변화가 밝기 변화보다 더 뚜렷하게 보이는 경우가 있습니다. 이처럼 빛의 파장을 이용할 경우 더 많은 샘플의 정보를 얻을 수 있으며 검출할 수 있는 빛의 파장이 많으면 많을수록 기존의 밝기 변화만으로는 알 수 없는 다양한 정보들을 확인할 수 있게 됩니다.



이 때문에 근래에 들어 물체에 반사 또는 투과된 빛의 파장 변화를 검사에 이용하려는 시도들이 점차 늘어나고 있습니다. 이와 같이 검출하고자 하는 파장의 개수를 증가시키며 검사하는 방법을 multispectral 또는 hyperspectral imaging이라고 합니다. 일반적으로 multi spectral imaging은 검출하는 다수의 파장이 서로 끊어져 discrete한 검사 방법을 말하고 hyperspectral Imaging은 파장이 끊어짐 없이 continuous한 검사 방법을 의미합니다.

이와 함께 가시광선 영역을 벗어난 파장도 검사에 사용됩니다. 가시광선보다 짧은 파장을 가진 자외선 UV (Ultra Violet)와 반대로 가시광선보다 파장이 긴 적외선 IR (Intra Red)이 그 예입니다. UV와 IR은 가시광선과 비교하여 다른 특징이 있습니다.

일반적으로 UV는 가시광선으로 볼 수 없는 더 작은 물체를 보거나 UV의 특정 파장에 반응하는 물체를 검사하기 위해 사용됩니다. 이 때문에 아주 작은 물질을 검사해야 하는 반도체 분야나 UV의 형광 특성을 활용할 수 있는 의학 분야 등에 많이 사용됩니다.


[UV 파장의 적용 분야]


이와 반대로 IR은 가시광선보다 긴 파장을 가지고 있어서 높은 투과율을 지니고 있습니다. 이로 인해 가시광선이 투과하지 못하는 특정한 물질을 투과하여 검사할 때 많이 사용합니다. 대표적으로 Wafer와 같은 silicon 물질을 투과하기 위해 IR 파장을 주로 사용합니다.


[Silicon Block을 완벽하게 투과하는 SWIR (Short Wavelength IR)]


>> 11월 뉴스레터에 “비전 검사에 활용되는 빛의 특성 시리즈#2” 연재 예정

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    • 이용자 접속 유형, 방문 시간, 접속 빈도, 이용형태 등을 분석하여 이용자에게 최적화된 정보제공을 위해 사용됩니다.
    • 각종 마케팅 서비스, 통계분석 등에 활용
  • 나. 쿠키 설정 거부 방법
    • 이용자는 쿠키 설치에 대한 선택권을 가지고 있습니다. 따라서, 이용자는 웹 브라우저에서 옵션을 설정함으로써 모든 쿠키를 허용하거나, 쿠키가 저장될 때마다 확인을 거치거나, 아니면 모든 쿠키의 저장을 거부할 수도 있습니다. 단, 이용자께서 쿠키설치를 거부하였을 경우 서비스 제공에 어려움이 있을 수 있습니다.
    • 쿠키 관련 설정 변경을 원하신다면, 웹 브라우저 상단의 도구 > 인터넷 옵션 > 개인 정보란을 확인해주십시오.

8. 개인정보 관리책임자

회사는 개인정보 취급에 관한 업무를 총괄해서 책임지고, 개인정보 취급과 관련한 정보주체의 불만처리 및 피해구제 등을 위하여 아래와 같이 개인정보 관리책임자를 지정하고 있습니다.

  • 개인정보 보호책임자
    • 성명 : 김종환 대표
    • 전화 : 02-424-8832
    • 팩스 : 02-6455-8832
    • 이메일 : alliovis@iovis.co.kr

※ 문의 주신 내용은 개인정보 관리담당부서로 연결되며, 회사는 이용자들의 민원 사항에 대해 신속히 응대하겠습니다.

9. 개인정보 안전성 확보 조치

회사는 개인정보보호법에 따라 개인정보를 취급함에 있어 개인정보가 분실, 도난, 누출 변조 또는 훼손되지 않도록 아래와 같은 안전성 확보 조치를 하고 있습니다.

  • 가. 정기적인 자체 감사 실시
    • 개인정보 취급 관련 안정성 확보를 위해 정기적으로 자체 감사를 실시하고 있습니다.
  • 나. 개인정보 취급 직원의 최소화 및 교육
    • 개인정보를 취급하는 직원을 지정하고 담당자에 한정시켜 최소화 하여 개인정보를 관리하는 대책을 시행하고 있습니다.
  • 다. 내부관리계획의 수립 및 시행
    • 개인정보의 안전한 처리를 위하여 내부관리계획을 수립하고 시행하고 있습니다.
  • 라. 해킹 등에 대비한 기술적 대책
    • 회사는 해킹이나 컴퓨터 바이러스 등에 의한 개인정보 유출 및 훼손을 막기 위하여 보안프로그램을 설치하고 주기적인 갱신·점검을 하며 외부로부터 접근이 통제된 구역에 시스템을 설치하고 기술적/물리적으로 감시 및 차단하고 있습니다.
  • 마. 접속기록의 보관 및 위변조 방지
    • 개인정보처리시스템에 접속한 기록을 최소 6개월 이상 보관, 관리하고 있으며, 접속 기록이 위변조 및 도난, 분실되지 않도록 보안기능 사용하고 있습니다.
  • 바. 개인정보에 대한 접근 제한
    • 개인정보를 처리하는 데이터베이스시스템에 대한 접근권한의 부여, 변경, 말소를 통하여 개인정보에 대한 접근통제를 위하여 필요한 조치를 하고 있으며 침입차단시스템을 이용하여 외부로부터의 무단 접근을 통제하고 있습니다.
  • 사. 문서보안을 위한 잠금장치 사용
    • 개인정보가 포함된 서류, 보조저장매체 등을 잠금장치가 있는 안전한 장소에 보관하고 있습니다.
  • 아. 비인가자에 대한 출입 통제
    • 개인정보를 보관하고 있는 물리적 보관 장소를 별도로 두고 이에 대해 출입통제 절차를 수립, 운영하고 있습니다.

10. 적용 개시일 및 변경 공지

이 개인정보처리방침은 2020년 9월 1일부터 적용되며, 법령 및 방침에 따른 변경 내용 발생 시 변경 사항의 시행 7일 전에 홈페이지 공지사항을 통해 공지할 것입니다.

동의합니다.