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캐논, DR과 저조도 사진에 좋은 듀얼픽셀 BSI 이미지센서 특허를 내다 본문

사진정보/카메라

캐논, DR과 저조도 사진에 좋은 듀얼픽셀 BSI 이미지센서 특허를 내다

썬도그 2020. 12. 10. 12:32
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캐논은 듀얼픽셀 CMOS AF 기술이 없었다면 어땠을까요? 아주 끔찍했을 겁니다. 사진에서 동영상으로 기울기가 기울어지고 있는 요즘에 동영상 AF 기술이 이전 방식인 콘트라스트 AF나 하이브리드 AF 방식에 머물렀다면 캐논 카메라를 외면하는 사람들이 많았을 겁니다. 그나마 사진은 위상차 AF라서 취미 사진가들에게는 영향이 없지만 동영상 촬영을 주로 하는 브이로거, 유튜버 분들에게는 외면을 받았을 겁니다.

빠르고 정확한 라이브뷰, 동영상 AF 방식 캐논 듀얼픽셀 CMOS AF 

캐논은 후면 LCD를 보고 촬영하는 라이브뷰와 동영상 촬영시에 듀얼픽셀 CMOS AF라는 AF 방식을 사용합니다. 이 방식은 워낙 뛰어나서 캐논의 핵심 기능이라고 칭송할 정도로 아주 좋습니다. 최근에는 기술이 더 좋아져서 어두운 곳에서도 AF를 기가막히게 잘 잡아냅니다. 그래서 캐논 카메라 사면 꼭 듀얼픽셀 CMOS AF가 들어간 카메라르 사라고 합니다. 

그럼 캐논 카메라에 듀얼픽셀 CMOS AF가 없는 카메라도 있냐?고 물으시면 있다고 대답할 수 있습니다. 현재 판매 중인 캐논 미러리스와 DSLR은 모두 캐논 듀얼픽셀 CMOS AF가 들어갔지만 캐논 파워샷 G3, G5, G7, G9 X 시리즈는 여전히 콘트라스트 AF를 사용합니다. 단 G1 X Mark3는 듀얼픽셀 CMOS AF를 사용합니다. 

캐논의 듀얼픽셀 CMOS AF 기술은 위상차 AF 기술을 응용한 기술입니다. 기존의 위상차 AF는 위상차 센서가 카메라 하단에 달려 있어서 부피가 있었습니다. 그래서 주로 DSLR에 달려 있었습니다. 이 위상차 AF는 2개의 각기 다른 위상 센서에 맺힌 상을 렌즈를 돌려서 초점 거리를 조절하면 2개의 상이 똑같이 겹쳐 보일 때 AF가 맞았다고 판단을 합니다. 

이 2개의 위상 센서 역할을 이미지센서의 기본 소자인 포토다이오드에 심어 넣습니다. 원래 CMOS 이미지센서는 포토다이오드 1개에 1개의 픽셀을 담당하는데 듀얼픽셀 CMOS AF가 들어간 이미지센서는 2개의 포토다이오드가 1픽셀(화소)을 담당합니다. 2개 중 1개는 사진 기록용이고 나머지 1개는 위상차 센서의 역할을 합니다. 

예를 들어서 4개의 포토다이오드가 있으면 1,4번째는 위상 센서 역할만 하고 2,3번째 포토다이오드가 사진기록용입니다. AF를 작동하면 1,4번 포토다이오드가 렌즈 앞에 있는 피사체 상을 살펴보면서 1,4번째 포토다이오드가 바라본 피사체가 똑같이 보일 때 렌즈 초점링이 멈춥니다. 띠릭하고 AF가 맞으면 그때 2,3번째 사진 기록용 포토다이오드에 전기가 공급되면서 기동을 합니다. 그리고 우리가 녹화 버튼이나 셔터버튼을 누르면 동영상이나 사진으로 기록합니다. 

이 듀얼픽셀 CMOS AF의 장점은 위상차 AF 못지 않게 빠르고 정확한 AF를 제공한다는 점이고 단점은 2개의 포토다이오드를 엮어서 1화소를 만들다 보니 화소수를 크게 늘릴 수 없다는 단점이 있습니다. 그러나 작년에 나온 캐논 EOS M6 Mark2가 약 3250만 화소를 제공하는 걸 보면 이런 기술적 문제점도 넘겨 버렸네요. 그런데 이 캐논이 이 듀얼픽셀 CMOS AF가 들어간 이미지센서를 좀 더 진화시킬 예정입니다. 

BIS 기술이 들어간 듀얼픽셀 CMOS AF 특허를 출원한 캐논

이미지센서 중에는 BSI 센서가 있습니다. 이 BSI는 backside-illuminated의 약자입니다. 이미지센서는 포토다이오드가 빛을 받아들여서 기록을 합니다. 위 이미지 중 왼쪽을 보면 빛이 렌즈를 지나서 컬러 필터를 지납니다. 그리고 그 전선을 지납서 드디어 포토다이오드에 도착합니다. 이 전선이 문제입니다. 이 빛을 전기적 신호로 전환한 걸 전달하는 전선이 포토다이오드 앞을 지나다 보니 빛이 전선에 걸려서 덜 도착합니다. 

이 문제를 해결한 것이 BSI 이미지센서입니다. 오른쪽을 보시면 회로 전선부가 포토다이오드 뒤로 들어가니 더 많은 빛이 포토다이오드에 들어갈 수 있어서 수광률이 높아집니다. BSI의 장점은 DR(다이나믹레인지)이 넓어지고 저조도에서도 더 많은 빛을 받아들일 수 있어서 야간이나 실내 사진에서 발생하는 노이즈를 더 줄일 수 있습니다. 또한 판독 속도가 더 빨라집니다. BSI 이미지센서는 소니가 가장 먼저 개발했는데 지금은 삼성전자도 잘 만들고 있습니다. 그리고 캐논도 BSI 센서를 만들 듯하네요. 

캐논은 이미지센서를 자체 개발하는 몇 안 되는 카메라 제조사입니다. 캐논의 BSI 이미지센서 개발 루머는 2019년 1월부터 나왔지만 이번에는 특허를 신청할 정도로 좀 더 구체화 되었습니다. 

캐논이 낸 특허 도면

소니 카메라들이 센서빨이라고 하는 것이 다 이 BSI 센서의 영향이 큽니다. 소니 알파9이 완전 전자식 무음 촬영과 블랙 아웃 없이 엄청난 연사를 자랑할 수 있었던 것도 BSI-CMOS 센서 영향이 큽니다.  캐논이 제출한 특허를 보면 BSI라고 따로 적혀 있는 건 아니지만 도식을 보면 BSI 이미지센서와 상당히 유사합니다. 또한, 설명을 보면 더 많은 빛을 받아들일 수 있다는 부분이 딱 BSI의 장점과 일치합니다. 

캐논 카메라의 이미지센서가 사골이니 뭐니 하는 이유 중 하나가 BSI 같이 좀 더 진화된 이미지센서 기술을 넣지 않아서 많은 비난을 받았습니다. 반면 소니는 이미지센서 기술력이 좋아서 승승장구하던 것도 있었죠. 그런데 캐논이 BSI 기술을 집어 넣으면 이미지센서 대결이 본격적으로 일어날 수 있겠는데요. 왜냐하면 캐논은 EOS R5, EOS R6에서 BSI 이미지센서가 아님에도 꽤 질 좋은 이미지센서를 탑재했습니다. BSI 없이도 소니 풀프 미러리스와 대결을 하고 있는데 BSI 기술까지 넣어버리면 소니도 움찔 하겠는데요. 캐논이 BSI 기술을 넣은 이미지센서를 만들면 소니 알파7S III 같은 저조도용 카메라도 나올 수 있겠네요. 

참고 : www.canonnews.com/canon-patent-application-method-of-manufacturing-back-side-illuminated-dual-pixel-af-sensor

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