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[머신비전 제품을 선정하는 방법] Case2 : 패턴 검사를 위한 제품을 선정하라!

앤비젼 — Mon, 12 Oct 2026 08:39:13 +0900

[의뢰사항]

검사할 제품은 패턴이 있는 가로 90mm, 세로 200mm의 PCB입니다. 제품이 올려진 Stage는 400mm/s로 이동 가능하고, 제품 표면에 약간의 휘어짐이 있을 수 있으니 놓치지 않아야 합니다. 검출은 5μm 이상의 불량을 검출하려고 하니, 1.5μm 해상도로 우선 검토해봅시다.

일단 제품의 폭이 90mm이고, 1.5μm의 해상도로 검사를 한다면 필요한 해상도는 90,000μm/1.5μm = 60,000pixel이니 16k 카메라를 사용한다면 60,000/16,384 = 3.67이므로 4번 Scan으로 촬영이 가능하고, 이송 속도가 400mm/s이므로, 필요한 Line rate는 이송 속도/픽셀당 해상 도 = 400,000μm/1.5μm = 266,666Hz = 267kHz의 속도면 문제 없을 것입니다.

Line sensor를 가진 일반 라인 스캔 카메라와 TDI 카메라 중에 선택하면 될 것 같은데 1.5μm의 해상도로 봐야 하니 더 높은 감도 (Responsivity)를 가진 카메라가 필요합니다. 그럼 밝기를 높이기 위해 더 많은 Line을 가지고 중첩을 할 수 있는 TDI 타입의 카메라를 사용해야겠지요?

카메라에 사용할 렌즈의 배율을 계산하면 카메라 픽셀 크기/픽셀당 해상도 = 5μm/1.5μm = 3.33x인 배율을 갖고, 카메라의 센서 길이인 82mm를 커버할 수 있는 렌즈만 찾으면 됩니다.

이미지 서클이 82mm이고, 3.25~3.4x까지 지원하니 이 렌즈로 살펴볼까요?
단렌즈의 경우 일반적으로 카메라와 렌즈 사 이를 이어주는 경통의 정보를 같이 제안해야 합니다. 우리는 쉽게 앤비젼 홈페이지에서 WD와 경통 계산을 해주는 계산기 서비스를 이용하여, 설치 공간에 문제가 없는지 확인할 수도 있습니다.

이제 조명을 검토해봅시다.

조명은 렌즈가 Beam splitter 타입으로 되어있으니 라이트 가이드와 소스 타입 컨트롤러를 사용해야 되겠죠.

추가로 말하자면 조명 파장에 따라 패턴 이미지가 다르게 보일 수 있으니, RGB와 White, UV, IR 등 다양한 파장의 소스로 테스트해 보고 검사에 가장 적합한 조명을 찾는 것도 좋은 방법이죠.

그런데 한가지 더, 아까 시료에 Warp가 있다는걸 기억하시나요? 3.33x의 고배율 렌즈를 사용해야 해서 DOF가 짧아 Focus에 문제가 있을 것 같은데 좋은 방법이 있을까요?

제품에 휘어짐이 있다면 AF를 사용하는 것이 좋습니다. AF는 시료의 높이에 따라 자동으로 초점을 Z축 위치로 조절해 주기 때문에 제품 휘어짐으로 인해 높이가 달라지더라도 렌즈 심도 내에서 Working Distance를 유지하여 정확한 초점을 맞출 수 있어요. 이 기능을 통해 검사 정확도를 높일 수 있죠. AF 사양을 확인해 보고, AF와 결합하여 설치를 진행하면 좋을 것 같아요.

이 게시글의 전문은 출판도서 ⌜머신비전 비밀노트⌟ 에서 만나보실 수 있으며, 무단으로 복사해 게재할 경우 민,형사상의 불이익이 있을 수 있습니다.

필진 소개

이성일, Denny
앤비젼 어플리케이션 엔지니어

머신비전 최적의 조합을 찾아내는 어플리케이션 전문가

[머신비전 제품 선정 방법] Case1 : 스크래치와 이물 검출을 위한 제품을 선정하라!

앤비젼 — Tue, 6 Oct 2026 08:29:28 +0900

[의뢰사항]

우선 어떤 카메라를 사용하면 될지 선정을 해볼까요?

한면의 길이가 90mm를 보는 영역을 한 픽셀당 50μm로 본다는 거니까 몇 픽셀짜리 카메라가 필요한지 알 수 있을 것 같아요. 그럼 90mm를 μm로 변환하면 90×1000 = 90,000μm가 되고, 이를 50μm로 나누면 몇 픽셀의 카메라인지 알 수 있겠죠?

실제 봐야 하는 영역은 제품보다 큰 FOV를 가져야하니 계산된 해상도보다 큰 카메라를 선정하면 되겠네요. 90,000μm를 50μm로 나누면 1800개의 Pixel이 필요하니까 최소 1,800 ×1,800 이상 되는 카메라가 필요하겠네요. 즉, 3.2M(3.2Mega pixel, 3,200,000개의 픽셀 수) 이상의 카메라 중에서 확인해 봐야겠어요.

카메라의 가로 해상도와 세로 해상도가 다른 경우가 많기 때문에 해상도를 주의해서 확인하면 좋을 것 같아요. 이제 대략적인 해상도는 구해졌으니 필요한 Frame rate를 확인해 볼까요?

분당 600개를 검사해야 한다고 했으니, 초당 10개, 즉 1초에 10장을 찍을 수 있는 카메라, 최소 10fps 이상 촬영이 가능한 제품이 필요하겠네요.

X: 1800 이상 Y: 1800 이상 되는 Sensor에 최소 10fps 이상이 되는 카메라를 찾아보니 A7500MG20E 카메라가 적합하네요.

다음으로 적합한 렌즈와 조명을 찾아볼까요?

필요한 배율을 살펴보면, 배율 = Pixel size/픽셀당 해상도인데, 카메라의 픽셀 사이즈가 3.45μm니까 3.45/50를 계산하면 0.069x네요. 그리고 검토했던 카메라의 Mount는 C-mount이고, Sensor의 대각선 길이가 2/3″이니, 2/3″ Image circle을 가지고 있는 C-mount 렌즈를 찾아볼게요.

이 중에서 제품 표면이 어두울 수 있으니 최대한 밝기를 확보하기 위해 F/#가 작은 렌즈, 즉 밝은 렌즈를 우선적으로 선별하면 F/2를 가진 렌즈가 좋을 것 같아요.

이제 설치를 위한 공간을 고려해야 하니, WD(Working Distance, 작동거리) 조건에 맞는지도 확인을 해야 해요. 계산 공식을 통해 대략적인 WD를 알 수 있는데, WD = 초점거리×(1+1/배율)로 계산할 수 있어요.

200~300mm 공간이라고 했으니, WD 250mm에서 우선 계산해보면, 250 = 초점거리×(1+1/0.069)이므로, 초점거리는 16.1이 나오네요. 16mm 렌즈 중에서 선정하면 될 것 같아요. 하지만 계산된 WD는 실제 렌즈 설계치에 따라 조금씩 달라질 수 있으니 반드시 Datasheet를 통해 확인해 봐야해요. 사용 가능한 16mm 렌즈 자료를 보니, WD는 약 220mm가 되네요.

렌즈와 카메라를 선정했으니, 이제 조명을 검토해 볼까요?

제품의 상부 표면을 검사해야 하므로 Bright field 조명이면 될 것 같고, 이물 검사와 스크래치 검사를 위해서는 조명의 조사 각도가 중요할 수 있으므로 Dark field 조명이 더 적합할 수도 있겠네요. 전체 FOV를 커버할 수 있는 조명을 찾아봐야겠어요. 조명의 종류 중에 링조명과 사각 바조명이 우선 테스트가 가능할 것 같아요.

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이성일, Denny
앤비젼 어플리케이션 엔지니어

머신비전 최적의 조합을 찾아내는 어플리케이션 전문가

조명 데이터시트 쉽게 이해하기

앤비젼 — Mon, 28 Sep 2026 08:34:50 +0900

밝기 분해능은 선택할 수 있는 밝기의 범위를 말해요. 즉, 1부터 최대값까지 설정할 수 있어요. 1024는 밝기를 1024단계로 조절할 수 있다는 뜻이에요. 밝기를 더 세밀하게 조정할 수 있게 됩니다.

광 파이버 직경은 광 파이버가 꽂힐 수 있는 구멍의 크기를 말해요. 광파이버는 빛을 적절히 옮겨주는 도파관이라서, 정확한 규격이 맞지 않으면 빛의 손실이 발생할 수 있어요. 배광각은 빛이 퍼지는 정도를 의미합니다. 즉, 얼마나 넓은 영역에 빛이 퍼지는지를 나타내는 것이죠.

LED의 기대 수명은 LED가 사용될 때 밝기가 얼마나 떨어지는지를 기준으로 결정됩니다. LED는 시간이 지나면서 밝기가 저하되지만 완전히 꺼지지는 않고 어두워지게 되죠.

Source 교체는 조명의 교체나 수리 방법을 의미합니다. 일반적으로 수리 방법에 관한 내용이죠. 냉각 방식은 조명 장비가 사용될 환경에 따라 중요한 요소입니다. 예를 들어 진동이 있는 환경에서는 특정 냉각 방식을 사용할 수 없을 수도 있습니다. 그럼 나머지들도 가볍게 다뤄보도록 할게요.

Peak Wavelength는 White가 아닌, Red/Green/Blue LED 적용시 중 심파장을 이야기합니다. 스펙트럼 상에서 가장 강한 밝기를 갖는 파장을 의미하죠. 보통 White 색상은 Peak랄게 딱히 없어서 표기하지 않습니다. 넓은 파장대역을 커버하고 있는 White는 색온도를 언급하여 특성을 이야기하기도 합니다. Channel은 소스 조명일 때, 몇 가지 색상을 제어 가능한지에 대한 것으로 한 색깔을 제어 가능하면 1채널(1ch), Red/Green/Blue 세 색상을 제어 가능하면 3채널(3ch)이라고 할 수 있습니다.

구동 방식은 정전류인지 정전압인지 스트로브 방식인지를 의미하는데요.

조명에 전류를 어떻게 인가하는지 알려주는 방법으로 컨트롤러의 특성으로 볼 수 있습니다. 컨트롤러를 포함하고 있는 소스 조명 등의 제품 경우 조명의 특성에 포함시키기도 하나 다이렉트 조명의 경우에는 특성에 포함될 수 없겠죠.

외부 제어는 PC나 다른 제어장치를 통해 조명을 제어할 수 있도록 하는 것이고, PC와의 연결 규격을 의미합니다. 외부 제어를 위해서는 보통 Ethernet이나 RS-232C 같은 Serial 연결을 많이 사용해요. 이를 통해 PC나 다른 제어장치에서 조명을 원격으로 제어할 수 있습니다. 참고로 Parallel & Ethernet & RS-232C는 모두 통신 규격입니다.

마지막으로 전압은 조명의 Typical Voltage를 의미합니다. 소스 조명에서는 보통 언급하지 않고요. 컨트롤러와 함께 쓰일 다이렉트 조명에 필요한 스펙입니다. 주 구동 Voltage를 알아야만 컨트롤러의 Voltage level을 선택할 수 있죠. 보통 5V/12V/24V입니다. 높다고 더 좋거나 낮다고 어둡거나 한것은 보통 아닙니다. LED array의 구동 범위와 연결되죠. 마지막으로 Length는 Bar 조명과 같이 매우 반복적으로 다수 제작되는 조명의 경우 제작 가능한 길이를 스펙으로 정하기도 합니다. 링 조명은 지름과 조사각도로 특성화가 가능할 것입니다.

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정용범, Billy
앤비젼 조명 엔지니어

밝고 활기찬 빛을 다루는 조명 전문가

조명의 제어 방법 – 컨트롤러

앤비젼 — Mon, 21 Sep 2026 09:01:10 +0900

조명을 켜기 위해서는 전기가 들어가야 합니다. 보통 머신비전 조명은 LED로 사용되고 있기 때문에 SMPS(직류전원 공급 장치, Switching Mode Power Supply)를 사용해서 직류로 LED에 전원을 공급합니다. 목적에 따라 전기를 다양하게 조절 할 수 있는 방법이 몇 가지 있죠.

주로 많이 쓰이는 조절 방법은 PWM, 정전류, 스트로브 방식인데, 우선 PWM부터 설명드릴게요.

[PWM 방식]

PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로, 우리말로는 ‘펄스 폭 변조’라고 해요. 이는 전압을 일정하게 유지하면서도 밝기를 조절할 수 있는 아주 유용한 방식이죠.

PWM 방식에서는 조명에 공급되는 전압은 항상 일정하지만, 전압을 켜고 끄는 시간을 조절해서 밝기를 조절합니다. 쉽게 말해, 일정한 전압을 주기적으로 켜고 끄는 거죠. 더 자세히 설명하자면 조명에 적합한 특정 전압(ex. 5V, 12V, 24V 등)을 On 상태로 하여 밝기 조절은 Pulse의 폭의 길이로 하는 구동 방식입니다. On/Off를 반복하지만, On 상태의 전압이 일정합니다. 정전류 방식에 비해 상대적으로 회로 구성이 간단하여 쉽게 구성이 가능한 점이 장점입니다. 어떻게 밝기를 조절할까요? ‘듀티 사이클’이라는 개념으로 조절해요.

듀티 사이클은 한 주기 내에서 전압이 켜져 있는 시간의 비율을 말해요. 예를 들어, 듀티 사이클이 50%라면, 한 주기 중 절반의 시간 동안만 전압이 켜져 있는 거죠. 듀티 사이클이 높을수록 LED가 더 오랜 시간 켜져 있 어서 더 밝아지고, 듀티 사이클이 낮을수록 LED가 더 짧은 시간 켜져 있어 서 더 어두워집니다. 전압은 일정하지만, 커져 있는 시간의 비율로 밝기를 조절하는 것이지요.

이 방식의 장점은, 전압이 항상 일정하기 때문에 LED가 받는 전기적인 스트레스가 줄어들고, 회로 구성이 상대적으로 간단하다는 점이에요. 이 때문에 많은 머신비전 시스템에서 PWM 방식을 사용하고 있죠.

하지만 단점도 있어요. 만약 카메라의 노출 시간이 PWM 주기보다 충분히 길지 않으면, 카메라에 전달되는 빛의 양이 불규칙해질 수 있습니다. 예를 들어, 한 노출 시간 내에 세 개의 펄스가 걸릴 때와 네 개의 펄스가 걸릴 때, 카메라는 밝기를 다르게 인식할 수 있어요. 이는 이미지의 일관성을 떨어뜨릴 수 있죠. 그래서 카메라의 노출 시간과 PWM 주기를 잘 맞춰야합니다.

[정전류 방식]

정전류 방식은 Line scan 방식에서 선호되는 방식입니다. 이 방식은 일련의 LED를 정전류로 공급하여 세밀한 밝기 조절이 가능합니다. 예를 들어, 밝기 제어를 256단계로 가정하면, 0에서는 조명에 전류가 흐르지 않고, 255에서는 최대 전류가 흐르도록 설정할 수 있습니다. 이는 조명의 밝기를 매우 세밀하게 조절할 수 있게 해줍니다. 그리고 PWM 구동에 있던 밝기 편차 문제점이 없습니다. 그러나 정전류 방식에도 몇 가지 단점도 있습니다. 조명을 지속적으로 켜놓을 경우, LED가 발생하는 열을 효과적으로 배출하지 못할 경우 LED에 부하가 생기게 되어 밝기가 시간이 지남에 따라 급격히 떨어질 수 있습니다. 따라서 이 방법을 사용할 때는 적절한 방열 설계가 중요합니다.

[스트로브(Strobe) 방식]

셋째로, 트리거를 사용하여 동작하는 스트로브 동작 방식입니다.

스트로브는 매우 짧은 시간 동안 강력한 빛을 발산하는 방식으로, 산업 현장에서는 더 빠른 검사 속도를 요구할 때 매우 유용합니다. 이 방법은 카메라가 더 빠르게 이미지를 촬영할 수 있도록하며, 조명은 주어진 노출 시간 동안만 켜도록 제어됩니다.

참고로 산업현장에서는 역사적으로 시간이 지남에 따라 더 빠른 검사를 요구하고 있죠. 그래서 카메라는 더 빠르게 찍을 수 있어야 했죠.

Q. 여기서 문제! 카메라가 빨라질 때 조명은 어떻게 켜놓는 것이 제일 좋을까요?

A. 이럴 때는 스트로브를 사용하는 것이 제일 좋지 않을까요?

Q. 만약 정전류 방식으로 조명을 계속 강하게 켜놓는다면 어떻게 될까요?

A. 계속 전기를 가하니까 열이 많이 발생해서 조명이 타지 않을까요?

네 맞아요! 스트로브 방식이 효과적인 이유에 대해 자세하게 설명 드릴게요. 보통 TDI카메라에서는 크게 관계가 없지만 Line scan이나 Area camera의 경우 Frame 간의 시간적인 갭이 필요해요. 즉, 한 주기 안에서 노출 시간이 주기 전체 시간보다 짧아야 하는데요.

예를 들면 주기가 1ms이고 노출 시간이 0.5ms인 경우를 생각해 봅시다. 밑의 그림에서 얘기하고자 하는 걸 설명 드리려고 해요. 이때 노출 시간을 제외한 0.5ms 동안은 조명을 켜도 물체의 정보를 카메라가 전혀 얻지 못합니다. 즉 노출 시간 동안 전달되는 빛만이 유효합니다. 반대로 생각하면 조명도 그 시간만큼만 켜면 되겠죠. 주기 중 켜는 시간을 Pulse on time이라고 한다면 지금 케이스는 Pulse on time이 주기의 50%이면 되는 것이 지요. 그런데, 보통 조명은 특정 시간동안 들어간 전력과 시간의 곱의 합산만큼 밝습니다. 즉, 1W를 1ms 구간 동안 계속 켜놓는 것과 5W를 0.2ms 동안 켜놓는 것은 비슷할 수 있다는 얘기입니다. Overdrive strobe는 노출 시간에 맞추어 짧은 시간동안 LED를 평소보다 훨씬 더 가혹하게 켜는 것을 얘기하죠.

0.5ms가 노출 시간이라면 1W를 1ms 동안 켜놓는 것보다 5W를 0.2ms 동안 켜는 것이 밝게 보일 거예요 그래서 스트로브 조명을 사용하게 되는거죠.

스트로브 조명을 사용할 때 유의해야할 점에 대해 설명드릴게요. 보통 대상물이 빠르게 움직이는 동안에 촬영이 이뤄질 경우에는 너무 빠르게 움직이다 보니 움직인 자국까지 같이 찍힐 수도 있습니다.

이는 Blur라고 부르는데요. 이를 개선하기 위해서는 노출 시간이 짧으면서도 충분히 밝게 조명을 켜야 합니다.

Exposure Time과 동일하게 쏘아야 더 밝은 이미지를 얻는 것은 맞지만 Blur를 줄이려면 무한정 길 수 없다는 것이 한계겠죠. 짧으면 짧을수록 Blur가 생기지 않기 때문에 적정한 밝기와 Blur가 생기지 않는 지점을 찾아야합니다.

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정용범, Billy
앤비젼 조명 엔지니어

밝고 활기찬 빛을 다루는 조명 전문가

조명은 어떻게 구분할까?

앤비젼 — Mon, 14 Sep 2026 10:08:17 +0900

그럼 LED로 만든 머신비전 조명들을 보면서 이야기를 나눠볼까요?

여기 보이는 선은 라이트 가이드(Light guide)라고 하는데, 빛을 전달하는 장치입니다. 이 장치는 보통 광섬유(Optical Fiber), 원통형 렌즈(Cylindrical Lens), 막대 렌즈(Rod Lens) 등으로 만들어집니다. 특히 광섬유(Optical Fiber)가 자주 쓰여서 그냥 ‘fiber’라고 부를 때도 있어요. 라이트 가이드를 사용해서 물체에 빛을 비추는 조명을 소스 조명이라고 하고, 라이트 가이드 없이 직접 빛을 비추는 조명은 다이렉트 조명이라고 합니다.

[소스(Source) 조명]

소스 조명은 보통 매우 강한 빛을 발산합니다. 라이트 가이드를 통해 빛을 검사할 대상에 전달한다고 했죠? 주로 강한 빛이 필요한 경우, 소스 조명과 라인 가이드를 함께 사용합니다. 라이트 가이드는 다양한 모양이 있는데, 긴 줄 모양의 라인 가이드, Dark field 검사용 가이드, 동그란 모양의 Ring guide 등이 있어요.

또한 소스 조명의 빛이 나오는 부분은 다양한 Light guide와 연결할 수 있도록 보통 동그란 모양을 가지고 있습니다. 소스 조명은 보통 소스 조명을 조절하는 컨트롤러 보드, 열을 식히기 위한 쿨링팬과 히트싱크가 함께 포함된 완제품으로 나옵니다. 최근에는 조명을 제어하는 컨트롤러 보드와 전원을 따로 분리한 새로운 형태의 헤드 분리형 소스 조명도 출시되고 있어요.

[다이렉트(Direct) 조명]

다음으로 다이렉트 조명에 대해 설명드릴게요. 다이렉트 조명은 빛이 직접 물체 측에 조사됩니다.

보통은 컨트롤러를 외부에 놓고 케이블로 연결하여 사용합니다. 길고 좁은 바 형태의 바 조명, 평평하고 넓은 형태의 면 조명, 둥그렇고 가운데가 빈 형 태의 링 조명, 반구 모양의 돔 조명 등 다양한 형태로 만들어질 수 있습니다. 참고로 다이렉트 조명뿐만 아니라 소스 조명도 라이트 가이드 - 파이버 구성에 따라서 링, 바 형태로 빛을 물체에 전달할 수 있습니다. 다이렉트 조명은 사용자 입장에서 컨트롤러에 끼우기만 하면 되니 간편한 구성이 장점이고, 다양한 구조를 구현하는데에 소스 조명 – 파이버 조합보다 유리합니다.

정리를 하자면 소스 조명은 매우 강한 빛을 발산할 수 있어서 실제 더 강한 빛을 요구하는 솔루션에서는 다이렉트 라인 바 조명보다는 소스 조명이 더 좋죠. 반면 다양한 구조를 원하거나 간편하게 사용하려면 다이렉트 조명이 더 좋을 수 있습니다.

여기에 조명들은 다이렉트 조명이에요. 하나하나 설명 드릴테니 형태들을 잘 봐두세요.

동축(Coaxial) 조명

이 조명은 가장 많이 쓰이는 조명 형태 중 하나입니다. 동축 조명이라고 부르죠. 렌즈의 주 광축과 동일한 각도로 빛이 조사되는 형태입니다. 나중에 자세하게 설명드릴게요.

링(Ring) 조명

이건 링 조명이라고 불러요. 반지처럼 생겼죠? 렌즈를 중심에 놓고 사용하게 됩니다. LED의 조사각도, LED의 개수, 링의 직경 등 다양한 배치를 할 수 있습니다.

바(Bar) 조명

이 형태는 바 조명이에요. 직선 형태이므로 물체의 특성에 맞추어 적절한 위치에 놓는 것을 쉽게 상상할 수 있을 겁니다.

돔(Dome) 조명

돔 조명은 간접 조명으로 그림자 없는 선명한 이미지를 생성할 수 있는 조명으로 여러 방향에서 간접광을 비추기 때문에 형태가 고르지 않은 대상물에 부드러운 확산광을 고르게 비출 수 있습니다. 따라서, 표면 상태를 고르게 유지하여 검사 지점의 명암비를 선명하게 할 수 있습니다.

백 라이트(Backlight) 조명

백 라이트 조명은 오브젝트의 윤곽을 명확하게 만듭니다. 그래서 투명 혹은 반투명한 대상체의 불투명부 경계선을 또렷하게 볼 수 있어요. 그리고 불투명한 대상체의 Edge 검사 시에도 또렷한 이미지를 얻을 수 있습니다.

스팟(Spot) 조명

스팟 조명은 부분만을 강조하여 빛을 비춰주는 조명으로, 특정 부분을 강조하거나 특정 색을 강조할 수 있는 조명입니다.

관찰하는 대상이 잘 보여질 수 있도록 하기 위해서는 조명을 어떤 각도로 놓는지도 중요합니다.

브라이트필드(Bright field) 조명

Bright field 조명입니다. Bright field는 정반사 각도가 렌즈 NA에 들어가는 형태, 물체 입장에서는 높은 곳에서 빛이 들어오는 형태를 말하죠.

다크필드(Dark field) 조명

다음은 Dark field 조명입니다. Dark field는 정반사 각도가 렌즈 화각에 들어가지 않는 형태, 물체 입장에서는 낮은 곳에서 빛이 들어옵니다. 평평한 표면보다는 울퉁불퉁한 부분을 보고 싶을 때 필요합니다.

동축(Coaxial) 조명

다음은 머신비전에서 흔히 많이 쓰고 중요한 동축 조명입니다. 동축 조명은 렌즈 수직으로 빛이 입사되는 구성입니다. 정반사 각도가 NA에 당연히 들어가므로 때에 따라 Bright field 검사용 조명이라고 일컬어지기도 합니다. 그런데 엄밀하게는 동축 조명과 Bright field는 다른 것이 맞습니다.

그리고 아래 그림과 같이 목적에 따라 한 번에 여러 개를 달아놓기도 합니다.

제가 설명드린 머신비전에서 쓰이는 조명들은 왜 그렇게 만들어졌는지, 왜 그 자리에 놓여졌는지, 어떤 목적 혹은 성능을 타겟으로 만들어졌는지에 따라 다양합니다. 또한, 머신비전 조명들도 색을 바꿀 수도 있습니다.

조명업체에서는 보통 White/Red/Green/Blue 등의 가시광선대역과 UV/IR 대역들의 제품을 보유/판매하고 있어요. 물체의 스펙트럼을 알고 적절한 스펙트럼을 갖는 색상을 선택해야 하죠. 더 작은 대상물을 보기 위하여 파장이 짧은 Blue나 UV를 사용하는 경우도 있고, 얇은 막을 투과하여 안쪽 특성을 보기 위하여 IR을 사용하는 경우도 있습니다.

그래서 보통 조명을 선정할 때에는 소스/다이렉트 조명을 고르고, 색상을 고르고, 조명 조사 각도/형태를 고르면 됩니다. 이렇게 하면 적절한 조명을 선택할 수 있습니다.

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정용범, Billy
앤비젼 조명 엔지니어

밝고 활기찬 빛을 다루는 조명 전문가

조명을 선정할 때 고려해야 할 점

앤비젼 — Mon, 7 Sep 2026 09:04:06 +0900

머신비전에서 조명이 하는 역할은 카메라가 물체를 더 잘 볼 수 있도록 돕는거예요!

조명을 잘 선정하기 위해서는 빛의 특성, 물체의 특성, 이미지 결과를 면밀히 고려해야 합니다. 그리고 주변 환경을 염두해서 적절히 배치해야 하죠.

[빛의 특성]

그 중에서 가장 중요한 ‘빛의 특성’에 대해 먼저 이야기해 보도록 하죠!

머신비전 시스템에서 빛의 밝기는 항상 일정해야 합니다. 만약 조명의 빛이 밝아지거나 어두워지면 우리가 검사하는 물체의 결함으로 인식될 수 있기 때문이죠. 그래서 밝기가 일정한 조명을 선정하는 것이 중요합니다.

머신비전에서는 LED를 주로 사용해요. 다른 종류의 조명에 비해 더 강하고 안정적인 밝기를 제공해요. 그리고 빛의 색깔도 적절하게 바꿀 수 있고, 유지 보수 측면에서도 빠르게 켜고 끌 수 있습니다. 하지만 LED에는 여러 종류가 있어서, 각각의 특성과 용도가 달라요. 머신비전에서는 어떤 특성을 갖는 LED가 더 유리할까요? 일상생활에서 사용하는 LED와 어떤 차이점이 있을까요?

머신비전에서 사용하는 LED와 일반 가정에서 사용하는 LED는 중점적으로 고려하는 특성이 다른데요. 조명의 색온도, 스펙트럼 특성, 밝기의 균일성 등이 머신비전에서 중요한 요소입니다.

머신비전용 LED는 특정 색 온도와 파장을 가지도록 설계되어 있어서 검사하는 물체의 특성을 더 명확하게 볼 수 있게 해줍니다. 밝기의 균일성을 유지하여 검사의 정확도를 높일 수 있고, 특정 파장의 빛을 이용해 제품을 검사할 때 더 유리하도록 바꾸기도 합니다.

이제 빛의 밝기를 어떻게 측정하는지 알아볼까요?

루멘과 룩스

먼저, 빛의 밝기를 표시하는 단위부터 알아두면 좋겠어요. 여러 단위가 있지만, 가장 빈번하게 사용하는 것은 룩스(Lux)와 루멘(Lumen)입니다.

루멘은 조명에서 방출하는 전체 빛의 양을 나타내요. 쉽게 말해, 조명이 얼마나 밝게 빛나는지를 측정하는 단위입니다. 예를 들어, 손전등이나 전구 중에 더 밝은 것을 찾으려면 루멘값(lm or lumen)을 비교하면 됩니다. 반면, 룩스는 빛이 특정 면적에 얼마나 밝게 비추는지를 측정하는 단위(lx or lux)예요. 예를 들어, 책상 위에 전등을 켰을 때, 전등이 책상을 얼마나 밝게 비추는지 알고 싶다면 룩스값을 확인하면 됩니다.

한번 더 정리하자면 특정 위치에서 조명의 밝기를 확인하고 싶다면 룩스, 조명의 전체 적인 밝기를 비교하려면 루멘을 사용합니다.

실제로 어떻게 측정하는지 예시를 들어 설명해볼까요?

룩스 측정 시에는 측정 기준이 동일한 것이 중요합니다. 조명과 측정기 간 거리, 각도가 달라지면 측정의 반복성을 보장할 수 없죠.

예를 들어 한 층에 10mm인 계단 양 측에 조명을 수평으로 올려놓고, 룩스 측정기는 바닥에 놓은 상태로 측정하는 것을 가정해 보겠습니다. 조명을 계단의 한 층 위/아래에 위치시킴에 따라서 측정되는 룩스는 어둡고/밝게 되는 것이죠. 또한 절대값인 루멘이 동일한 조명이라고 해도 조명의 형태, 빛이 퍼져나가는 각도 등을 고려 시 룩스는 위치에 따라 다 달라지게 됩니다. 그래서 룩스만으로 혹은 루멘만으로 조명을 선정하기는 생각보다 쉽지 않습니다.

밝기뿐만 아니라 조명의 색깔, 방향, 지향성, 균일도 등을 고려해야 합니다.

예를 들어, 색깔은 빛의 파장을 의미하며 조명이 나오는 빛의 파장을 적절하게 선택하여 대상물의 반사 스펙트럼에 맞춰야 합니다.

방향은 빛이 어디로 비추는지를 말하며, 지향성은 빛이 퍼지는 정도를 의미합니다. 균일도는 조명이 비추는 영역에서 밝기가 일정한지를 나타냅니다.

[물체의 특성]

두번째로 물체의 특성에 대해 얘기해 볼까요? 보통 어떤 물체에 빛이 닿으면 반사, 투과, 흡수가 동시에 일어납니다.

즉, 우리가 보는 빛은 반사된 빛, 투과된 빛, 흡수된 빛의 합이라고 볼 수 있습니다. 물체의 밝기와 어둡기는 아래와 같은 반사율, 투과율, 흡수율 같은 특성들로 예측할 수 있죠. 반사율 R은 우리가 관심 있는 주된 특성입니다. 반사되는 비율이 높다면 카메라에서 밝게 보입니다. 투과율 T는 유리 와 같이 빛이 투과하는 특성입니다. 굴절광도 포함됩니다. 투과율이 높다면 카메라에서 어둡게 보입니다. 흡수율 A는 빛이 조사될 때 흡수되는 특 성입니다. 흡수율이 높다면 카메라에서 어둡게 보입니다.

반사율이 높은 대상물은 밝은 물체이기 때문에 조명 선택에 제약이 적습니다. 어두운 조명을 써도 되고, Strobe와 같은 순간적으로 빛을 내는 조명을 쓰기에도 좋죠. 그렇기 때문에 더 빠르게 검사할 수도 있게 됩니다.

표면 거칠기

물체의 표면 거칠기도 살펴보도록 하죠. 물체에 거친 정도에 따라 빛이 반사되는 방식이 달라집니다. 보통 정반사, 난반사로 나눠지는데요.

표면이 매끄러울 때는 거울처럼 반사되는 정반사 방식, 표면이 거칠 때는 빛이 여러 방향으로 흩어지며 반사되는 경우는 난반사로 보면 됩니다.

또한, 정반사의 경우 입사각과 반사각이 같은 반사로, 빛의 파장보다 부딪히는 물체 표면의 조도가 작을 때 나타나요. 이러한 특성을 가진 물체는 표면에 반사된 빛의 대부분이 일정한 반사각으로 진행하기 때문에 적은 양의 빛으로도 검사가 가능합니다. 반면, 난반사는 입사각과 반사각이 다른 반사로, 빛의 파장보다 표면 조도가 높을 때 발생하며 평행한 빛을 비추어도 반사광은 서로 다른 방향으로 확산 반사가 일어나게 됩니다. 난반사 특성을 가진 물체는 빛이 표면에 닿은 후 넓은 각도로 퍼져버리기 때문에 렌즈나 카메라에 도달하는 빛의 양이 적어집니다. 따라서 충분히 강한 빛을 조사해야 검사가 가능하죠. 제품을 만드는 과정에서 설계에 맞게 잘 구현이 되었는지 머신비전 시스템을 통해 확인하려면 정반사, 난반사의 특성을 잘 파악해서 조명을 설치해야 합니다.

물체의 색

다음으로 물체가 갖고 있는 색이 조명에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. 물체 고유의 색은 물체의 반사/투과 시 파장별 반사/투과되는 정도인 반사/투과 스펙트럼이 중요합니다. 아래 예시를 봐볼까요? 나무의 빨간 사과열매는 빨간 조명으로 본다면 아무것도 보이지 않겠죠.

그만큼 적절한 색상 결정은 매우 중요합니다. 측정 대상의 파장별 반사율은 분광계를 통해 측정할 수 있습니다.

필진 소개

정용범, Billy
앤비젼 조명 엔지니어

밝고 활기찬 빛을 다루는 조명 전문가

Inside 360° 광학계?

앤비젼 — Mon, 31 Aug 2026 08:51:25 +0900

앤비젼에서 개발한 Inside 360 광학계예요. 이 광학계 역시 한장의 이미지로 여러 정보를 획득하는 솔루션입니다. 이차전지 시장이 커짐에 따라 4680, 2170 원통형 배터리를 타겟으로 만든 이미징 모듈인데요. 검사 니즈는 간단했습니다. 원통형 전지 내부의 이물과 덴트, 스크래치를 관찰하는 것이었습니다.

그런데 높이가 있는 원통형 전지를 검사할 때는 이전과 다른 문제가 있어요. 우리가 익숙한 일반적인 광학계를 사용한다면 전지의 바닥면만 검사할 수 있어요. WD가 정해져 있기 때문이죠. 우리 연구소에서는 렌즈를 직접 설계하고 제작해서 전지의 밑면도 초점이 맞고, 벽면도 초점이 맞게 디자인했답니다.

결과에서 확인할 수 있듯이 이 모듈로 찍으면 4680 원통형 배터리 윗부분에 있는 스크래치를 확인할 수 있고, 동시에 바닥면의 얼룩과 스크래치도 검사할 수 있죠. 이차전지 쪽에서는 유용하게 쓰일 수 있을거예요!

필진 소개

정세진, Jason
앤비젼 광학모듈 엔지니어

복잡한 광학 모듈도 예시를 통해 쉽게 설명해주는 전문가

상하면, 옆면을 동시에 보는 이미징 모듈?

앤비젼 — Tue, 25 Aug 2026 12:37:58 +0900

앤비젼이 보유한 다른 광학 솔루션들도 소개해보겠습니다. 자동초점 시스템과 레이저 산란모듈에서는 작아서 보이지 않던 것들을 보이게 해주는 것에 의의가 있죠. 그런데 사실 우리가 가진 문제점들이 모두 작은 것 때문에 생기는 것은 아닙니다. 바로 ‘비용’ 때문에도 문제가 생길 수 있어요. 앞으로 설명할 3면 광학계와 Inside 360 이미징 솔루션은 이 ‘비용’과 관련이 더 높습니다. 예를 들면, 카메라와 광학계 3개가 필요하던 상면+하면+측면 검사를 하나의 모듈로 해결하는 3면 광학계 솔루션으로 비용을 줄일 수 있습니다.

[3면 광학계]

3면 광학계의 니즈는 시료를 자를 때 생기는 결함에 있습니다. 큰 원장 Wafer를 자르거나, 패턴이 새겨진 PCB를 자를 때 그 단면이 깨끗하지 않을 수 있습니다. 혹은 자른 단면에 해당하는 측면을 검사하는 것 또한 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

3면 광학계는 상면, 하면, 측면을 동시에 Line scan으로 촬영하는 광학 솔루션이에요.

위 그림처럼 시료가 광학계를 통과할 때 카메라의 왼쪽부터 오른쪽으로 상면-측면-하면의 순서대로 이미지가 맺히게 됩니다.

그리고 아래 그림처럼 조명이 Optical Fiber를 통해 시료에 전달됩니다. 이후 시료에서 반사된 빛들이 다시 거울을 통해 광학계로 들어오게 되는데요. 이때 중요한 요인 중 하나는 측면으로 조사되는 조명의 세기입니다.

검사할 수 있는 시료 자체는 대체로 얇습니다. 측면광이 강해야 하는 근본적인 이유는 여기에 있습니다. 좁은 면적에 LED 광선을 쏘고 그 반사를 보기에는 에너지 밀도가 중요합니다(Flux의 개념). 시료에 따라 적정 광량이 다르겠지만 경험적으로 4,000lm 이상의 광량이 보장된 소스타입 조명을 추천하고 있습니다.

여기 보는 것처럼 실제로 실리콘 Wafer를 촬영하면 위 그림처럼 세 개의 면이 모두 촬영됩니다. 왼쪽에는 하면, 가운데는 측면, 오른쪽에는 상면 이미지가 촬영되게 되는 거죠.

필진 소개

정세진, Jason
앤비젼 광학모듈 엔지니어

복잡한 광학 모듈도 예시를 통해 쉽게 설명해주는 전문가

Barewafer를 검사하는 이미징 모듈?

앤비젼 — Tue, 18 Aug 2026 08:22:58 +0900

아마 ‘Bare wafer’라는 단어도 처음 들었을 것 같은데요. 반도체에 패턴이나 구조를 올리기 전 매끈한 상태의 Wafer라고 말할 수 있어요. Bare wafer에서의 이물 검사는 아무것도 없어야하는 Wafer 위의 먼지나 입자들이 있는지 확인하는 일이죠.

1μm보다 큰 이물은 충분히 상상할 수 있지만 그 크기가 작아질수록 이물의 밝기와 시료의 밝기값이 섞여진 형태로 나오게 될 것이에요.

이렇게 작은 크기의 이물검사는 다크필드 조명으로 검사하죠. LED로 다크 필드를 조사할 때보다 더 강한 빛을 조사할 수 있는 레이저를 사용한다면 더 강력한 검출력을 가질 수 있습니다.

[레이저 산란 이미징 모듈]

레이저 산란 이미징 모듈은 국책과제를 통해 개발된 제품이에요.

그래서 여러 개의 제품 조합으로 이루어져 있는데요. 레이저 산란 모듈은 작은 이물을 보기 위한 고배율 광학계가 필수적으로 필요해요. 그리고 고배율하면 떠오르는 솔루션인 AFM도 필요하겠죠. 그리고 동축 조명에서 결상력을 강화시킨 NCM조명계도 포함되었습니다. NCM 조명계는 Numerical Aperture, Chief Ray Angle Matching 조명계라는 뜻으로 렌즈의 최대 수용 각도인 NA(Numerical Aperture)와 조명계의 최대 발산 각도인(Chief Ray angle)을 동일하게 설계한 조명이에요. 원하지 않은 고각도 빛을 제거했기 때문에 이미지 퀄리티가 더 좋답니다. 그리고 라인 스캔을 위해 라인 레이저 조명시스템이 필요하구요. 생소할 수 있겠지만 파장별 Crosstalk이 없는 Multifield3 카메라도 사용합니다.

[파장별 Crosstalk?]

우선, 모듈이 사용되는 Bare wafer 검사 상황을 상상해봅시다. 아무 패턴이 없는 Wafer를 스캔하는데 다크 필드 레이저만 사용한다면, 촬영하고 있는 영역이 Wafer 위인지, 빈 공간인지 구분하기 불가능하겠죠? 또 레이저가 시료 위를 잘 초점을 잡고 있는지 확인하기 위해서도 동축 조명이 필요합니다. 그래서 동축 조명도 사용해야 하고 레이저 조명도 사용해야 합니다. 그려러면 여러번 스캔해서 이미지를 획득해야 하죠.

여기서 재미있는 솔루션이 있는데요. 빨간색은 레이저, 녹색은 또 다른 레이저, 파란색은 동축 조명을 사용하면 한번의 스캔만에 세가지 정보를 얻을 수 있겠죠. 그럼 이미지가 하얗게 나올거라고 생각하실 수도 있겠지만 Red, Green, Blue를 독립적으로 분리하면 서로 다른 세 가지 이미지를 동시에 획득할 수 있습니다. 여기서 Crosstalk의 개념이 등장하는데요. 만약 동축 조명으로 사용한 조명이 어중간하게 청록색이면 어떻게 될까요? 파란 빛은 동축으로 분류되겠지만 섞여있는 녹색 빛은 이미지가 동축 조명에 의한 것인지 레이저 때문인 것인지 구분하기 힘듭니다. 카메라에서도 이런 현상이 있는데 이것이 Crosstalk예요. Multifield3 카메라는 레이저 조명과 동축 조명을 정확하게 분리하기 위해 센서의 Crosstalk이 거의 없는 카메라라고 이해하시면 됩니다.

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정세진, Jason
앤비젼 광학모듈 엔지니어

복잡한 광학 모듈도 예시를 통해 쉽게 설명해주는 전문가

자동초점 시스템은 어떤 상황에서 사용하나요?

앤비젼 — Tue, 18 Aug 2026 08:21:12 +0900

[자동초점 시스템(AFM)은 왜 필요할까요?]

A. 시료의 높이가 일정하지 않을 때.

예를 들어 시료가 기울어져있어 검사해야할 면의 높이가 시간에 따라 달라질 때 사용합니다.

[그러면 모든 광학계에 AFM을 적용하는 것이 좋을까요?]

A. 꼭 그렇지는 않습니다.

촬영할 때 시료가 심도 범위 안에만 있으면 상관 없습니다.

물류 분야에서 택배 상자를 촬영할 때, CCTV를 목적으로 사용하는 렌즈들은 저배율이기 때문에 심도가 넓고 그만큼 AFM을 활용할 여지가 적습니다.

필진 소개

정세진, Jason
앤비젼 광학모듈 엔지니어

복잡한 광학 모듈도 예시를 통해 쉽게 설명해주는 전문가