- 이면조사형·이면조사적층형 센서로 카메라 시장 이끌어

[디지털데일리 이민형기자] 디지털카메라의 눈이라고 할 수 있는 이미지센서는 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 신호로 변환해주는 장치다. 필름 카메라의 필름과 같은 역할을 한다. 이러한 이미지센서는 사진의 화질을 결정하는 핵심 요소로 디지털카메라와 함께 발전해왔다.

이미지센서의 성능 개선은 미러리스 카메라의 확산으로 이어졌다. 미러리스 카메라는 고성능 이미지센서의 채용으로 디지털일안반사식(DSLR) 카메라 수준의 성능을 갖추면서도 빛을 반사시키는 ‘거울’이 없어 크기와 무게를 줄였다. 최근에는 DSLR 카메라에서 내세우던 풀프레임은 미러리스 카메라도 속속 등장하고 있는 추세다.

현재 이미지센서와 미러리스 카메라 시장을 선도하고 있는 업체는 소니다. 소니의 이미지센서는 세계 디지털 이미징 시장 50% 이상의 압도적인 점유율을 차지하고 있다. 최근 발표된 소니의 회계연도 2분기(7~9월) 실적도 이미지센서가 견인했다.

또 소니는 이미지센서 부품 연구 및 개발을 위한 추가 투자와 지속적인 R&D를 진행하고 있다. 얼마전 도시바의 이미지센서 사업을 인수했으며 시장의 수요에 부합하고자 월간 이미지센서 생산량을 2016년 9월까지 30% 더 늘릴 계획이다.

소니는 이미지센서 성능 고도화를 위해 다양한 시도를 진행했다. 이미지센서를 키우는 것은 기본이다. 특히 빛을 보다 많이 받아들일 수 있게 포토다이오드의 위치를 조정하거나(이면조사형 이미지센서), 보다 빠른 이미지 처리를 위해 이미지센서에 디램(DRAM)을 쌓기도(적층형 이미지센서)했다.

아울러 능동적으로 초점을 잡기 위해 이미지센서에 AF(Auto Focus) 모듈을 탑재하기도 했다. 이러한 시도는 소니의 디지털카메라가 동급 최고 수준의 성능을 자랑하는 이유 중 하나다.

소니의 대표적인 풀프레임 렌즈교환식 미러리스 카메라 A7RII는 이면조사형 이미지센서가 장착됐다. 엑스모어(Exmor) R이라고 불리는 이미지센서는 4240만 화소를 갖췄고 35mm 풀프레임 화각을 지녔다. 풀프레임 이면조사형 이미지센서가 미러리스에 탑재된 것은 이번이 처음이다.

앞에서 언급된 이면조사형 이미지센서는 기존의 이미지센서들이 채택해온 전면조사방식과 완전히 상반되는 설계법이다. 빛을 받아들이는 포토다이오드를 상단에 배치해 집광도를 높이고, 신호처리회로를 알루미늄에서 구리로 변경해 이미지 정보처리 성능을 높였다. 포토다이오드를 상단(웨이퍼 이면)에 적용했다고 해서 이면조사형이라 부른다.

집광렌즈와 포토다이오드의 거리가 짧아지면서 이미지센서의 크기를 키우지 않더라도 단위화소의 면적이 늘어나는 효과를 얻을 수 있게 된다. 즉, 어두운 곳이나 실내에서도 밝은 이미지를 얻을 수 있다. 이와 더불어 집광을 위해 비워뒀던 공간을 배선에 모두 할애할 수 있어 보다 빠른 데이터 전송이 가능해져 고해상도 이미지 처리에도 적합하다.

또 A7RII는 신형 이미지 프로세서 ‘비온즈 엑스(BIONZ X)’를 탑재해 디테일이 풍부하고 빛이 분산되는 회절현상을 최소화하고 영역별 노이즈 감쇄 기술 등을 통해 최대 감도 범위 ISO 10만2400까지 지원하며 고감도에서도 디테일이 살아있는 저노이즈 이미지를 실현했다.

또 다른 강점은 하이브리드 AF 시스템이다. 위상차 AF와 콘트라스트 AF를 결합했다. 위상차 AF는 별도로 AF 센서를 두는 대신에 이미지센서와 결합시켰다. 이에 따라 399개의 위상차 AF 포인트를 확보할 수 있게 됐다. 위상차 AF를 보조하기 위해 25개의 영역을 갖춘 콘트라스트 AF도 넣었다. 빠르고 정확한 하이브리드 AF 시스템은 신속하게 움직이는 피사체를 놓치지 않고 정확하게 포착할 수 있다.

소니의 대표적인 하이엔드 카메라인 RX10II와 RX100IV는 소니의 이면조사적층형 이미지센서 ‘엑스모어 RS’가 장착됐다. 이면조사적층형 이미지센서는 기존 이면조사형 이미지센서에 정보처리를 위한 디램(DRAM)을 삽입한 것이다. 픽셀 영역 후면에 신호 처리 회로를 설계하고 DRAM칩을 탑재해 기존 RX 시리즈 대비 5배 빠른 정보 처리 성능을 실현했다.

DRAM 채택으로 이미지센서의 이미지 처리능력윽 획기적으로 빨라졌다. 렌즈일체형 카메라임에도 1/32000의 초고속 셔터스피드를 실현했고, RX10II는 1초당 14연사를, RX100IV의 경우 1초당 16연사의 고속 촬영 기능을 제공하는 등 우수한 성능을 자랑한다.

또한 0.09초의 초고속 AF 성능을 통해 빠르게 움직이는 피사체를 놓치지 않고 정확하게 포착할 수 있다. 특히 최대 960fps 40배 슬로우 모션 촬영 기능을 지원해 인간의 눈으로 볼 수 없는 극적인 순간까지도 생생한 영상으로 담아낼 수 있다.

<이민형 기자>kiku@ddaily.co.kr