캐논, SPAD 센서 개발 성공

캐논은 세계 최초의 SPAD 센서(100만 화소)를 개발했다고 공지했다.
SPAD는 획기적인 이미징 & AF 센서로서 현재는 AR 및 가상 현실 VR 초고속 프레임 레이트 로봇 자동화, 컴퓨터 비전, 자동차 등에서 기대를 하고 있다.

SPAD 센서(Single Photon Avalanche Diode)는 CMOS 센서와 원리부터 다르다. CMOS 센서는 일정 시간 화소에 빛의 양을 측정하지만 SPAD 센서는 화소에 들어온 빛 입자(광자 = 광자) 하나 하나가 셀 구조화된 것이다. CMOS 센서는 빛을 전기 신호로 읽을 때 일정한 시간 동안 화소에 모인 빛의 양을 측정하는 구조로 빛의 입자와 함께 화질의 저하 및 노이즈가 발생하지만 SPAD 센서는 전기적 노이즈가 발생하지 않고 보다 선명한 이미지를 얻을 수 있다고 한다.

SPAD 센서는 고화소 화가 어려운 것으로 알려져 왔으나 캐논은 CMOS 센서로 축척해온 기술을 응용한 독자적인 디바이스 구조를 채용하여 화소 크기에 의존하지 않고 100%에 육박하는 개구율에 성공했다. 덕분에 입사하는 광자를 빠짐없이 파악하는 것이 가능해졌다.

캐논이 개발 한 SPAD 센서는 뛰어난 시간 분해능을 지니며 매우 빠른 처리가 가능해 빛의 입자와 같은 고속으로 움직이는 물체의 움직임도 포착할 수 있다. 이런 빠른 응답 성을 살려 3차원 거리 측정과 같은 정밀 거리 측정이 가능해진다.

또한 SPAD 센서는 빛이 돌아올 시간을 나노(10 억 분의 1초) 이하 단위로 인식, 지금까지 광 센서로는 불가능했던 ToF(Time-of-Flight) 방식으로 측거가 가능하다.

| 이미지 센서로의 가능성, 글로벌 셔터 / 고속 촬영 24,000fps

이번에 개발한 SPAD이미지 센서는 고속 이동하는 피사체를 왜곡 없는 정확한 화면으로 동영상으로 기록하는 글로벌 셔터 기능도 갖추고 있다. 광 시간을 3.8 나노초 까지 단축할 수 있고 1bit 출력으로 최대 24,000fps라는 고속 촬영 환율을 실현했다.

덕분에 빠른 화학 반응, 번개 등의 자연 현상, 물체의 낙하 및 충돌시 모습 등을 상세하게 촬영할 수 있어 이미지 센서로서 폭 넓은 분야에서의 응용이 기대되고 있다.