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능동 센서 정렬
능동 센서 정렬
이를 통해 비전 애플리케이션 설계자는 시스템을 확장할 때 원래 사양에서 과도하게 조정하거나 벗어날 걱정 없이 광학 사양을 신뢰성 있게 규정할 수 있습니다. 예를 들어 동일한 제품을 검사하는 동일한 비전 애플리케이션을 여러 대 구축할 때마다 카메라와 광학 설정을 매번 다른 사양으로 조정해야 하거나, 더 나아가 광학 사양이 허용 오차 범위를 벗어나 교체용 카메라를 반품하고 기다려야 하는 상황을 떠올려 보십시오. LUCID는 제조 공정 중 능동 센서 정렬을 적용하여 제품 간 편차를 최소화하고 모든 Triton 및 Atlas 카메라 각각에 대해 우수한 이미지 품질을 보장합니다. 미국 특허 11,402,726 B2 및 11,599,009 B2
목차
이상적인 환경에서는...
이상적인 환경에서는 센서의 광학 중심, 기울기, 회전, 후초점 거리(BFD)가 모든 카메라 제품에서 동일해야 합니다. 이러한 경우 센서 배치는 한 번만 규정하고 검증한 뒤 이후 제조되는 모든 제품에 동일하게 적용할 수 있습니다. 그러나 실제 환경에서는 카메라를 구성하는 각 부품에 미세한 차이가 존재하며, 여기에는 PCB 이미저 보드 위 센서 위치와 관련된 카메라 렌즈 배럴의 각도, 중심, 깊이 차이도 포함됩니다.
위: 모든 카메라 부품이 완벽하게 제작된다면, 센서는 모든 제품에서 정확히 동일한 위치에 배치될 수 있습니다.
위: 카메라 부품에서 발생할 수 있는 몇 가지 변수들을 과장하여 표현한 애니메이션입니다. 이는 카메라 내부에서 센서를 정확히 배치하는 데 있어 불일치를 초래합니다.
센서 배치의 과제
이미지 센서 아래 솔더 두께의 차이나 패키지 내부 이미지 센서 다이의 기울어짐처럼 부품 중 하나에 아주 미세한 차이가 있을 수 있습니다. 이러한 차이는 육안으로는 잘 보이지 않을 수 있지만 이미지 품질에는 영향을 미칩니다. 이는 센서 영역 전체에서 후초점 거리에 차이를 유발하며, 예를 들어 이미지의 한쪽 코너가 흐릿하게 보이게 만들 수 있습니다. 아래 애니메이션은 정렬이 잘못된 카메라 센서로 인해 비전 애플리케이션 설계자가 겪을 수 있는 몇 가지 문제를 과장해서 보여주는 예입니다.
왼쪽: 센서의 기울어짐은 센서 평면 전체에서 초점 위치의 차이를 유발합니다. 가운데: 규격에서 벗어난 센서 회전은 카메라 장착을 더 복잡하게 만들 수 있습니다. 오른쪽: 때때로 렌즈 배럴이 약간 중심에서 벗어나 코너가 어두워질 수 있습니다.
수동 센서 정렬
센서를 광학 경로에 맞추는 전통적인 방식은 카메라 부품의 엄격한 공차에 의존합니다. 카메라 제조업체는 여러 공급업체로부터 부품을 조달하며, 이 부품들이 요구 사양을 충족하는지 확인해야 합니다. 그런 다음 모든 것이 정확히 맞아떨어지기를 기대하며 카메라를 조립합니다. 이를 수동 정렬이라고 합니다.
수동 정렬에서는 출하 전에 불량 카메라를 걸러내기 위해 전통적으로 카메라 제조 후 이미지 품질 테스트를 수행합니다. 이 전략은 효과적일 수 있지만 시간과 비용이 매우 많이 듭니다. 이 테스트를 통과하지 못한 카메라는 이미 조립이 끝난 상태이므로, 제조업체는 해당 카메라를 다시 회수해 분해, 검사, 재제작 또는 폐기할지 결정해야 합니다. 또한 이러한 결함을 초래한 부품 배치를 추적하고 식별해야 합니다. 결국 이는 카메라 부품에 더 엄격한 공차를 요구하게 되어 비용 증가와 잠재적인 낭비로 이어집니다. 이러한 이유로 일부 카메라 제조업체는 검사 테스트를 아예 생략하거나, 품질을 희생하는 대신 비용 절감을 위해 카메라 공차를 넓혀 있는 그대로 출하하기도 합니다.
능동 센서 정렬: 근본적인 위치에서의 올바른 배치
올바른 센서 배치를 보장하는 훨씬 더 정확하고 효율적인 방법은 능동 센서 정렬이라고 합니다. 센서 배치 과정에서 배치 시스템은 이미지 중심, 회전, 기울기 및 후초점 거리를 측정하고, 시각적 측정에서 얻은 피드백을 바탕으로 센서 위치를 능동적으로 조정합니다. 이 시스템은 자동화된 6자유도(6DoF) 기계 유닛과 시각 검사 유닛으로 구성됩니다. 시각 검사 유닛은 센서 평면 위에 투영된 시각 패턴을 분석하고, 패턴 선명도의 균일성을 측정합니다. 예를 들어 시스템이 한쪽 코너가 약간 초점이 맞지 않는다고 측정하면, 초점이 맞을 때까지 센서의 기울기를 조정합니다. 센서 평면 전체에서 최대 수준의 선명도를 계산하면 모든 부품을 그 위치에 고정합니다.
왼쪽: 센서 위에 광 패턴이 투영됩니다. 기울기, 회전, 깊이에서 발생하는 어떠한 차이도 광 패턴을 왜곡시킵니다. 이러한 왜곡은 6DoF 시스템(오른쪽)을 사용해 센서를 이동시킴으로써 측정되고 보정됩니다. 이를 통해 센서는 실시간으로 올바른 위치로 조정됩니다.
30마이크로미터 코너 변위의 시뮬레이션 예
아래 이미지는 f2.8에서 6mm 렌즈를 사용한 12.3 MP Sony IMX304 CMOS 1.1” 센서의 시뮬레이션 예시입니다. 수동 정렬 예시 이미지는 30마이크로미터의 코너 변위를 적용해 시뮬레이션한 것입니다. 센서의 코너 변위는 센서 패키지 내부 또는 외부의 솔더 페이스트 양 차이 등 다양한 원인으로 발생할 수 있습니다. LUCID의 능동 센서 정렬 시스템은 이러한 의존성을 줄이기 위해 마이크로미터 수준의 정밀한 조정을 가능하게 합니다.
광학 경로의 단면을 보면, 능동 정렬은 센서 중심에서 가장자리까지의 거리가 동일하도록 하면서 센서가 올바른 초점 거리에 위치하도록 보장합니다.
결론
이 방법을 사용하면 마이크로미터 수준의 선형 정렬 및 기울기 해상도로 센서를 정확하게 배치할 수 있습니다. 작은 센서는 정밀한 중심 정렬의 이점을 크게 얻습니다. 중심이 조금만 벗어나도 카메라 장착 위치에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 큰 센서의 경우에는 기울기의 작은 변화만으로도 이미지 전체에 걸쳐 초점 위치에 큰 차이가 발생할 수 있습니다. 높은 수준의 카메라 정확도가 요구되는 비전 애플리케이션에서는 능동 센서 정렬이 기존 수동 정렬보다 더 정확한 이미지 선명도를 보장하는 중요한 제조 공정입니다.
모든 Atlas 및 Triton 카메라는 제조 과정에서 능동 센서 정렬을 적용합니다.
