소니는 지난 2월 DRAM을 적층한 3층 구조의 적층형 CMOS 이미지 센서를 개발했다고 발표했다. 고속 판독을 실현하고 풀HD 사이즈로 초당 최대 1000프레임이라는 슈퍼 슬로우 모션 동영상 촬영을 가능하게 했다.
소니는 그동안 뒷면 방사형 화소 부분과 신호 처리 회로 부분을 적층하는 2층 구조의 CMOS 이미지 센서를 공급해왔다. 이번에는 화소부 및 회로부 사이에 용량이 1G비트의 DRAM을 추가해 3층 구조로 개발했다. 소니 관계자는 “DRAM을 적층한 3층 구조의 CMOS 이미지 센서는 소니가 업계 최초”라고 주장했다.
이번 개발품은 촬영한 화상의 출력을 고속으로 하기 때문에 화소 부분에서 읽어 낸 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환하는 회로를 기존의 2단에서 4단 구조로 늘렸다. 또한 읽어 낸 신호를 일단 DRAM에 저장해 업계 표준 인터페이스 규격에 대응한 속도로 신호를 출력할 수 있도록 했다. 3층에 각각 탑재된 회로 간의 노이즈를 저감하는 연구도 실시하는 등 고기능화와 함께 높은 품질과 신뢰성도 확보했다.
▲ 왼쪽은 기존의 적층형 CMOS 이미지 센서, 오른쪽은 DRAM을 적층한
3층 적층형 CMOS 이미지 센서의 구조 이미지
▲ DRAM을 적층한 3층 적층형 CMOS 이미지 센서의 단면 구조
개발한 이미지 센서의 주요 사양은 유효 화소수가 2120만 화소(5520×3840화소), 이미지 크기는 대각선 7.73mm(1/2.3인치), 단위 셀 크기는 1.22×1.22μm이다.
▲ 그림 3. 왼쪽은 읽기 속도 30분의 1초 촬상 이미지, 오른쪽은 읽기 속도
120분의 1초를 실현 한 개발품의 촬상 이미지
이러한 연구로 1930만 화소의 정지 영상이라면 1장당 120분의 1초 속도로 읽을 수 있다. 기존보다 약 4배의 고속 판독을 실현한 것이다. 이는 기계식 셔터를 갖추지 않은 스마트폰의 카메라 모듈 등으로 빠르게 움직이는 피사체를 촬영한 경우에도 포컬 플레인 변형을 억제한 사진 촬영이 가능하다.
고속 판독 기술은 동영상 촬영시에도 유용하다. 풀HD(1920×1080화소) 사이즈로 초당 최대 1000프레임(기존 대비 약 8배)의 슈퍼 슬로우 모션 동영상을 촬영할 수 있다. DRAM에 축적된 고속 촬영 데이터와 일반 속도로 촬영한 동영상 데이터를 출력하고, 외부의 화상 처리 회로(ISP)에서 신호 처리하면 일반 동영상과 슈퍼 슬로우 모션 동영상을 원활하게 연결한 독특한 동영상 작품을 스마트폰으로 촬영할 수도 있다. 피사체의 급격한 변화를 감지하고 고속 촬영을 자동으로 시작하는 설정도 가능하다고 한다.
정가현 기자 (npnted@hellot.net)
