6월 202011
 

후지 센서출처: http://www.dpreview.com/news/1008/10080505fujifilmpd.asp
소니 센서1 출처: http://www.freepatentsonline.com/20110063484.pdf
소니 센서2 출처: http://www.freepatentsonline.com/EP2330449A1.pdf

현재 제가 접해본 촬상면 위상차 검출에 대한 기술/특허가 후지 1개, 소니 2개인데, 이들 기술에 대한 간략한 고찰과 내용의 차이점을 잘 모르지만 살짝 기술해보겠습니다.

<후지 촬상면 위상차 검출 센서>
2010년 8월 발표 내용입니다. 거의 1년 전이죠… 이 기술은 이미  후지 F300 EXR 과 Z800 EXR 똑딱이에 이미 이용되고있는 상용화된 기술입니다.

아래 그림을 봐주십시오.

위의 그림은 각 촛점의 상태에 따라 상이 위상차 검출 센서 상에 맺히는 모습입니다.
첫번째 그림은 센서 앞에서 촛점이 맺혀져, 피사체에서 나온 빛이 렌즈를 둘러 상이 맺히는데, 촛점이 맞지 않아 좌우로 빛이 갈라진 모습이 보입니다.

두번째 그림은 센서에 정확히 촛점이 맺혀져, 피사체에서 나온 빛이 렌즈를 둘러 상이 맺히는데, 촛점이 맞은 상태로 하나의 상이 맺혀졌습니다.

세번째 그림은 센서 뒤에  촛점이 맺혀져, 피사체에서 나온 빛이 렌즈를 둘러 상이 맺히는데, 촛점이 맞지 않아 좌우로 빛이 갈라진 모습이 보입니다.

여기서 주목할 점은 상이 앞에 맺히느냐 뒤에 맺히느냐에 따라 상이 맺히는 형상에 따라 렌즈가 앞으로 움직여야 할지 뒤로 움직여야 할지를 판단할 수 있다는 것입니다. 바로 이점이 콘트라스트 AF가 가질 수 없는 위상차 센서의 최대 장점입니다.

이렇게 대충 이해가 되셨다면, 본격적으로 후지의 촬상면 위상차 센서의 모습을 보시겠습니다.

여기서 가장 큰 주안점은 과연 어떻게 피사체에서 나온 빛을 렌즈 반쪽을 통과한 빛 만을 받아들이냐는 것입니다. 
이를 해결하기 위해 가장 수월하게도 하나의 픽셀 반쪽에 마스킹을 쒸었습니다. 그리고 마이크로 렌즈를 통해 들어오는 빛의 반만을 인위적으로 걸러내게 되어있습니다. 한 픽셀에 렌즈의 반쪽에서 오는 이미지를 받아들이고, 다른 픽셀에는 렌즈의 반대쪽 이미지를 받아들여 이를 분석하여 위상차를 검출하는 구조입니다. 
이를 위해 위상차 검출 픽셀은 서로 인접해 있는 모습을 보이고 있습니다.

후지 똑딱이는 이 위상차를 이용하기는 하나 중앙의 측거점만을 지원하고 있습니다.

<소니의 위상차 검출 센서 – 1>

이 특허는 올 3월 17일에 공개된 특허입니다. (특허 취득은 2008년 2월 28일입니다. ㄷㄷㄷㄷ)

위 그림을 보시면, 후지의 특허와는 좀 다른 모습이 보이죠.
바로 마스킹을 2개의 층으로 배치하고 이를 통해 빛이 들어오는 슬릿을 좀더 정밀하게 제어하는 모습을 보입니다.

기본적으로 원리는 후지 센서와 같습니다.  Qa는 렌즈 좌측을 통해 들어온 빛이고, Qb는 렌즈 우측의 빛입니다.
이를 픽셀 두개를 이용해서 결과적으로 Qa에 들어온 빛이 OPa에 맺히고, Qb에서 들어온 빛은 OPb에 맺히게 됩니다.
이 두 센서의 스펙트럼을 분석하면 그림 <소니센서 1-2>에서 보이는 것처럼 정보를 보이고 이 둘의 매치 여부에 따라 위상차가 검출되게 됩니다.

이 특허의 특징은 <소니센서 1-3>에서 보는 것처럼 마스킹 슬릿을 조절함에 따라, 중앙측거점이 아닌 위치로도 옮길 수가 있다는 것입니다. 

<소니의 위상차 검출 센서 – 2>
특허 취득은 2008년 9월 24일입니다.

그림 1은 일반적으로 이미지를 촬영하는 픽셀입니다. 마이크로 렌즈 및에 배선층이 있고, 그 아래 포토레지스트가 있는 구조 입니다.

그림 2는 위상차 검출용 픽셀의 구조입니다.

이전의 것들과 가장 큰 차이점은 가장 아래층에 포토레지스트 (감광부)를 두개씩 배치했다는 것입니다. 이를 통해 더이상 마스킹을 필요로 하지 않으며, 픽셀하나에서 위상차 검출이 모두 이뤄진다는 것입니다. 즉 두개의 픽셀을 이용함으로써 발생할 수 있는 극히 미세한 오차도 제거했습니다.

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보시다시피 촬상면 위상차 검출 센서는 이미 후지에 의해 상용화 되었고, 후속 특허들이 계속 이뤄지고 있으며, 개선된 기술로 소개되고 있습니다.

현재 기술적인 문제는 거의 없어보이며, 시기만 조절하는 수준으로 보입니다.

왜 DSLR이 미러리스와 대결할 수 없는지 아시겠죠? 
왜 예전에 제가 댓글에서도 DSLT가 과도기적인 땜빵 기술이라고 하는지 이제 이해가 되시겠죠?

더 이상 펄럭거리는 미러도, 별도로 위상차 검출 센서를 둠으로 써 발생하는 각종 부품에 또 그로 인한 에러도 원천적으로 제거가 됩니다.

이 기술의 센서가 미러리스에 탑제되면 더이상 DSLR과 성능상 차이점은 없어진다고 봐도 됩니다. 오히려 블랙아웃은 훨씬 짧고, 연사력은 더 올라가겠죠. (물론 부가 출력 대역폭은 거기에 상응하게 늘어야겠지만 말입니다.)

이제 글로벌 전자셔터만 되면… 시스템 카메라는 완전히 전자제품이 됩니다.

그렇게 되면 블랙아웃도 없고, 항시 AF는 검출 중이며, 연사력의 제한도 없어지고….. 이게 몇년 걸릴 것 같습니까? ㅎㅎㅎ

  4 Responses to “[고찰] 후지, 소니의 촬상면 위상차 특허들 들여다보기”

  1. 좋은 정보 감사합니다. 한가지 궁금한게 있어서 글 남깁니다. 제가 알고있는 수준의 포토다이오드는 단순히 빛의 세기에 따라 일렌트론이 비례적으로 발생하는 소자… 정도인대, 어떻게 라인센서가 이닌 단일 포토다이오드(paired PD)가 위상차를 검출하나요??

    • 네… 생각해 보니 그렇네요. ^^;;
      저도 그부분에 대해선 깊게 생각해 보진 않았는데, 촬상면 위상차 검출은 그야말로 DSLR에서 위상차 검출하는 방식의 축소판이긴 한데, 그 아래 PD가 어떻게 한 픽셀로 반쪽 렌즈에서 들어온 빛의 분석은 어찌할지… ^^;;

      • DSLR처럼 초점면에 맺히는 상간의 거리가 아니라(continuous), 단순 ON/OFF형태로 동작하지는 않을까요?? 중간에 후지 특허 도면을 예로 추정을 해보면,
        후핀) PD에 빛이 들어옴 : ON –> 렌즈를 앞으로 움직임
        전핀) Mask에 빛이 들어옴 : OFF –> 렌즈를 뒤로 움직임
        초점) ON이 OFF로 바뀌는 점
        그럴듯 하지 않나요? ㅎㅎ

        • 네… 맞는 것 같습니다. 그러니까, 초점이 정확하게 맞으면, 어느 쪽의 PD에도 빛이 들어가면 안되는 구조로 만들어 놓은 듯 싶습니다. ^^

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