[반도체] 삼성전자, 플래그십 이미지센서 솔루션 3종 공개 > IT

스마트폰 카메라에 대한 소비자들의 눈높이가 높아짐에 따라 메인 카메라뿐만 아니라 초광각, 망원 등 서브 카메라의 화질, 성능 향상에 대한 요구가 높아지고 있다.

삼성전자는 스마트폰의 메인 카메라와 서브 카메라에 다양하게 적용할 수 있는 첨단 이미지센서 3종을 통해 카메라 화각에 상관없이 일관된 사용자 경험을 제공한다는 계획이다.

업계 최초 망원용 2억 화소 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 HP9’

‘아이소셀 HP9’은 0.56㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개를 1/1.4"(1.4분의 1인치) 옵티컬 포맷에 구현한 망원용 이미지센서 제품이다.

※ 옵티컬 포맷(Optical Format): 이미지 센서 규격으로 카메라 모듈에서 외부 렌즈가 영상을 맺히게 하는 영역의 지름(Diagonal size)을 인치(Inch)로 변환한 값

아이소셀 HP9은 삼성전자가 신규 소재를 적용해 독자 개발한 고굴절 마이크로 렌즈를 활용해 빛을 모으는 능력을 향상시켜 각 컬러 필터에 해당하는 빛 정보를 더욱 정확하게 전달할 수 있다.

※ 고굴절 마이크로 렌즈: 외부로부터 들어온 빛을 모으는 역할을 하는 마이크로 렌즈의 집광 능력을 향상시켜 각 컬러 필터를 통과하는 빛 정보를 적은 손실로 정확히 포토다이오드에 전달 가능

이를 통해 전작 대비 약 12% 개선된 감광 능력(SNR 10)과 약 10% 향상된 ‘자동초점 분리비(AF Contrast)’ 성능으로 더욱 선명한 색감 표현이 가능하다.

※ SNR 10(Signal-to-Noise Ratio): 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)가 10이 되는 조도(lux) 값

※ 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio): 하나의 픽셀에서 생성된 신호 대비 각종 Noise의 양을 수치화한 값으로, Noise에 의해 손실되지 않는 순수한 신호의 강도. SNR이 큰 이미지 센서일수록 이미지의 품질이 향상됨

※ 자동초점 분리비(AF Contrast): 위상차 검출 자동초점 방식(Phase Detection Auto Focus, PDAF)을 위한 픽셀 좌·우측 광신호의 분리 비율

특히 아이소셀 HP9은 저조도 환경에서 상대적으로 취약한 망원 카메라의 감도를 개선했으며, 인접 픽셀 16개(4x4)를 묶은 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra2pixel)’ 기술을 적용해 12Mp(Megapixel) 빅픽셀(2.24㎛) 인물 모드에서 저조도 감도 향상뿐만 아니라 드라마틱한 아웃포커싱 효과인 보케(Bokeh)를 경험할 수 있다.

※ 테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra2pixel): 조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 묶어 수광 면적을 확대하는 기술. 이 기술을 통해 어두운 날씨 또는 실내와 같은 저조도 환경에서도 선명한 사진 촬영이 가능함

※ 보케(Bokeh): 이미지의 아웃 포커스 부분에 미적인 블러 효과를 만들어내는 표현 방법으로 사진이나 영화에서 몽환적이고 예술적인 흐림 효과를 만드는 데 사용됨

프리미엄 스마트폰의 광각 카메라 옵티컬 포맷이 대형화되면서 1/1.4" 이미지센서 또한 망원 모듈로 실장될 수 있고, 리모자이크 알고리즘 기반 2배 또는 4배의 센서 자체 줌(In-Sensor Zoom) 모드를 지원해 3배 망원 모듈에 탑재시 최대 12배 줌까지 선명한 화질 구현이 가능하다.

아이소셀 HP9은 화질, 자동 초점, HDR(High Dynamic Range) 및 FPS(Frames Per Second) 측면에서도 프리미엄 광각 센서에 준하는 성능으로, 망원 카메라로 활용 시 모든 배율에서 더욱 선명한 화질 경험을 선사할 것으로 기대된다.

※ HDR(High Dynamic Range): 여러 장의 이미지를 다른 노출로 촬영해 합성하는 기술

새로운 픽셀 기술의 집약체, 이미지센서 ‘아이소셀 GNJ’

‘아이소셀 GNJ’는 1/1.57"(1.57분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 1.0㎛ 픽셀 5000만 개를 구현한 ‘듀얼 픽셀’ 제품이다.

듀얼 픽셀은 모든 픽셀이 두 개의 포토다이오드를 탑재해 초점을 맞추는 동시에 색 정보도 받아들일 수 있어 화질 손상 없이 빠르고 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 센서 자체 줌(In-Sensor Zoom) 모드 동작 시 비디오 모드에서 한층 선명한 화질 촬영과 함께 이미지 캡쳐 모드에서도 잔상과 모아레(Moire) 현상이 없는 선명한 해상력을 제공한다.

※ 모아레(Moire) 현상: 특정 주파수에서 반복되는 두 가지 이상의 패턴 간 상호 간섭으로 인해 시각적으로 왜곡되는 현상

※ 해상력: 동영상/이미지가 얼마나 자세하게 표현될 수 있는지를 나타내는 척도

특히 프리뷰 모드에서는 전작 대비 약 29%, 비디오 모드에서는 4K 60fps 기준 약 34%의 소비 전력이 개선됐다.

아이소셀 GNJ는 ‘고굴절 마이크로 렌즈’와 함께 삼성전자가 신규 개발한 ‘고투과 ARL’ 소재를 적용해, 어두운 부분에도 선명한 화질을 제공하도록 개선했다.

※ 고투과 ARL(Anti-Reflective Layer): 컬러 필터를 투과한 입사광을 최대화하기 위해 반사 또는 산란하는 광량을 줄이고 투과율을 높이는 기술

또한, 아이소셀 GNJ는 픽셀과 픽셀 사이 격벽 DTI 물질을 폴리 실리콘(Poly Si)에서 산화물(Oxide)로 변경해 투과된 빛의 손실을 줄이고 픽셀 간 간섭 현상을 줄여 더욱 선명한 이미지를 구현했다.

※ DTI(Deep Trench Isolation): 픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시켜 픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 기술

모든 화각에서 일관된 카메라 경험 선사하는 ‘아이소셀 JN5’

‘아이소셀 JN5’는 1/2.76"(2.76분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 0.64㎛ 픽셀 5000만 개를 구현한 제품이다.

아이소셀 JN5는 ‘Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate)’ 기술을 도입해 픽셀에 들어온 빛이 변환된 전하의 전송 능력을 높이고 극저조도에서의 노이즈 특성을 대폭 개선해 어두운 곳에서도 한층 선명한 화질을 선사한다.

※ Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate): 포토다이오드에서 회로로 전자를 이동시키는 수직 구조의 게이트를 2개 배치해 전자 신호 전달 효율을 극대화하는 기술

그뿐만 아니라 좌·우, 상·하의 위상차를 모두 이용하는 위상차 자동 초점 기술인 ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’ 기술을 적용해 빠르게 움직이는 피사체의 작은 디테일까지도 흔들림 없이 포착할 수 있다.

아이소셀 JN5는 HDR 기능을 강화한 ‘듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)’ 기술도 적용됐다.

‘듀얼 슬로프 게인’ 기술은 픽셀에 들어온 빛의 아날로그 정보를 서로 다른 2개의 신호로 증폭하고 이를 디지털 신호로 변환해 하나의 데이터로 합성하는 기술로, 센서가 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혀 준다.

이 밖에도 하드웨어 리모자이크 알고리즘을 적용해 카메라 촬영 속도가 향상됐고, 프리뷰와 캡쳐 모드에서 실시간 줌 동작이 가능하다.

※ 하드웨어 리모자이크 알고리즘(Hardware Re-mosaic Algorithm): 컬러 픽셀을 재정렬해 디테일을 살리는 기술로, 픽셀을 기존 RGB 패턴으로 다시 맵핑해 풍부한 디테일을 살려내는 알고리즘

아이소셀 JN5는 1/2.76"의 얇은 옵티컬 포맷으로 범용성이 매우 높아 광각과 초광각 카메라는 물론, 전면(Front)과 망원 카메라에도 채용될 수 있어 모든 화각에서도 일관된 카메라 경험을 선사한다.

삼성전자 시스템LSI사업부 Sensor 사업팀 이제석 부사장은 “전통적인 이미지센서의 성능을 고도화하는 것은 물론, 메인과 서브 카메라의 격차를 줄여 모든 화각에서 일관된 촬영 경험을 선사하는 것이 업계의 새로운 방향으로 자리 잡고 있다”며 “삼성전자는 최신 기술이 집약된 새로운 모바일 이미지센서 라인업을 통해 업계 표준을 리드하고, 센서 혁신 기술 개발을 지속해 한계를 돌파해 나갈 것”이라고 밝혔다.