카메라 성능 중에 가장 중요한 기능 중 하나가 AF입니다. 자동 초점이라는 이 기능이 있기에 우리는 오늘도 초점 스트레스에서 벗어날 수 있습니다. 자동초점이 없고 오로지 수동으로 초점을 맞춰야 하던 시절에는 초점 링을 돌려서 초점을 맞춰야 했습니다. 그래서 사진 초보자들은 초점 나간 사진을 많이 촬영했고 카메라 조작법이 어려웠습니다.
AF 기술은 정말 많은 발전을 했습니다. 그리고 그 방식도 다양합니다. 컴팩트 디지털카메라 초기에는 AF가 아주 느린 콘트라스트 AF가 많이 사용되었고 DSLR은 우리 눈이 초점을 맞추는 방식인 두 눈이 본 시야 차이로 정확하게 초점 거리를 측정하는 위상차 AF를 많이 사용했습니다.
위상차 AF는 2개의 위상 센서가 본 시야각의 차이로 거리를 측정하는데 삼각 측량법과 비슷합니다. 한 변과 양끝의 각도를 알면 거리를 정확하게 측정할 수 있는 것과 같죠. 위상차 AF는 AF 속도가 빠르다는 것이 가장 큰 장점입니다. 콘트라스트 AF는 워블링이라고 해서 초점을 맞추기 위해서 렌즈를 앞으로 뒤로 움직이다가 초점을 맞추기에 AF가 느리다 못해 화나게 합니다. 반면 위상차 AF는 바로 1번에 초점을 맞춥니다. 이는 초점이 앞에 맞았는지 뒤에 맞았는지를 인지할 수 있어서 렌즈를 바로 초점이 맞는 위치로 이동한 후 멈춥니다.
스마트폰의 AF는 어떨까요? 초기에는 컴팩트 카메라에서 사용하는 콘트라스트 AF를 사용했지만
최근에는 위상차 AF를 사용하고 있습니다. 대신 DSLR 하단에 있던 위상 센서 대신 CMOS 이미지센서 곳곳에 위상차 센서를 박아서 초점을 맞춥니다.
옴니비전 스마트폰용 CMOS 이미지센서 전체에 위상차 AF를 넣다
스마트폰 이미지센서 시장을 보면 1위가 소니, 2위가 삼성전자 그리고 3위가 중국 기업인 옴니비전(OmniVision)입니다.
시장 조사 기관인 스트레터지 애널리틱스에 따르면 2020년 상반기 시장 점유율이 소닉 44%로 1위, 2위가 삼성전자로 32%로 엄청 따라잡았습니다. 그리고 3위가 옴니비전으로 9%입니다.
이 옴니비전이 스마트폰용 이미지센서에 촬상면 위상차 AF인 PDAF를 이미지센서 일부가 아닌 전체에 박은 100% PDAF 옴니비전 OV50A 이미지센서를 개발했다고 하네요. 이 새로운 옴니비전의 이미지센서 화소수는 5천만 화소입니다.
삼성전자가 1억 8백만 화소의 아이소셀 HM1을 갤럭시S20 메인 카메라에 넣었지만 AF가 느리다는 문제가 발생했고 이를 개선해서 갤럭시 S21에 넣었다고 하죠. 아무래도 고화소와 뛰어난 AF를 동시에 제공하기는 어려운 듯합니다.
그러나 삼성전자도 5천만 화소인 아이소셀 GN1에는 PDAF를 넣어서 AF 문제는 없습니다.
옴니비전의 OV50A는 5000만 화소의 고화소에 1.0 미크론 픽셀의 크기와 1/4 위상 검출 AF인 QPD AF 기술을 통해서 센서 전체의 이미지 영역에서 2 x 2 위상차 자동초점인 QPD를 구현했습니다.
기존 PDAF 촬상면 위상차 AF 방식은 이미지센서에 마이크로 렌즈 및 하프 실드로 3~6%만 AF 센서로 사용했습니다. QPD 기술은 이미지센서 100%를 사용합니다. 이 방식은 캐논에서 사용하는 듀얼 픽셀 CMOS AF와 비슷하네요. 줄여서 DPAF라고 하는 듀얼픽셀 CMOS AF는 포토 다이오드 반을 위상차 AF 센서로 사용해서 AF 영역 전체에서 AF를 잡을 수 있고 AF 속도와 정확성이 좋습니다. 대신 빛을 수광하는 수광 면적이 작은 것이 단점이라면 단점이었죠.
100% PDAF가 가능한 QPD AF 기술은 플래그십 스마트폰 메인 카메라와 초광각 카메라에 사용할 수 있을 것으로 보입니다. AF만 빠른 것은 아니고 저조도 성능도 향상되었습니다. 또한 HDR 사진 사이의 최적 균형을 이용해서 뛰어난 HDR 사진도 제공할 수 있습니다.
옴니비전 OV50A 이미지센서는 5천만 화소의 사진 , 8K 동영상 촬영이 가능하며 둘 다 QPD AF 기술을 사용할 수 있습니다. 8K는 30 fps, 4K는 60 fps, FHD에서는 1초에 240 fps 슬로모션 촬영도 가능합니다.
이미지센서 쪽도 중국이 많이 따라오고 있네요. 중국이 미래 먹거리로 반도체를 선정하고 국가에서 전폭적으로 지원을 해주니 성장 속도가 무척 빠르네요.
