변화하는 이득을 갖는 앞먹임 제어를 이용한 자동초점용 VCM 구동기의 동적응답특성 개선

Abstract

국 문 요 약

최근 디스플레이 산업이 발달하면서 대면적, 고해상도 등 높은 품질의 디스플레이 패널에 대한 대한 요구가 늘어남에 따라 해당 제품의 품질을 정확하게 검증할 수 있는 장비에 대한 연구가 대두되고 있다. 특히 A.O.I(Automated Optical Inspector)는 패널의 결함을 육안으로 관찰할 수 있는 장비로써 현재 LCD 검사수리 장비로 많이 활용되고 있다. A.O.I는 컴퓨터를 통해 패널의 표면을 볼 수 있다. 미세한 표면을 관찰하기 위해 높은 배율의 대물렌즈를 사용하는데, 이 때 대상과의 초점이 맞지 않을 경우 피사체의 형태가 명확하게 보이지 않기 때문에 결함의 정도를 알 수 없게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서는 자동초점조절장치(Automatic Focusing Module)가 필수적이다. 현재 디스플레이는 LCD, LED, OLED 등 다양한 디스플레이 제작 기술이 갖춰져 있고, 그 중에서 OLED의 수요가 가장 많으며 성장 잠재력이 가장 크다. 하지만 현재 A.O.I의 개발 속도는 디스플레이 개발 속도에 비해 느리며, 차세대 OLED 디스플레이의 품질 확보를 위한 기술 개발이 필요한 상황이다. 자동초점조절장치의 구동계로는 제어하기 쉽고, 가격 경쟁력을 가지고 있는 스텝모터(Step motor)를 주로 사용하고 있다. 하지만 해당 구동계 특성상 분해능이 낮고 반응속도가 느린 단점을 지니고 있기 때문에 고속, 고분해능을 필요로 하는 OLED용 자동초점조절장치에는 적합하지 않다. 그러므로 본 논문에서는 높은 분해능을 가지고 있음과 동시에 고속제어가 가능한 VCM(Voice Coil Motor)을 사용하여 차세대 OLED용 자동초점조절장치를 개발하였다. VCM을 제어하는 방법으로 기산업군에서 많이 활용되는 PID 제어가 아닌 외란과 비선형 동역학을 시간지연으로 추정하여 외부 입력에 대해 강인한 성능을 보이는 TDC(Time Delay Control)을 사용하였다. A.O.I는 대물렌즈의 무게와 자동초점조절로 인한 구동거리 변경으로 인한 외란이 빈번하게 일어나므로 TDC는 자동초점조절장치에 적합한 제어 알고리즘이라고 할 수 있다. TDC와 같은 고등제어를 적용함과 동시에 입력에 따라 제어기 Gain이 변화하는 Gain 스케쥴링(Gain Scheduling)알고리즘을 설계하여 구동계의 동적특성응답을 향상시켰다. 기존 제어는 Gain을 고정시켜 사용하는데, 이는 초기 제어기 입력에 큰 Error값과 Gain이 함께 들어가기 때문에 기준 입력값에 도달했을 때 큰 오버슈트와 긴 정착시간이 발생한다. 이는 구동계 위치를 정확하지 못하게 하며 높은 분해능을 확보할 수 없게 한다. 본 논문에서 개발한 알고리즘은 제어기 입력이 거리에 따라 변화하기 때문에 오버슈트를 없앨 수 있고, 위치결정시간을 앞당길 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구를 통해 외란과 동역학적 특성을 고려한 제어 알고리즘을 개발하였고 이는 차세대 OLED용 A.O.I에 적합한 제어법으로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.