1 약한 조명(소수의 광자)에서 대량의 전기 신호를 취득할 수 있는 포토다이오드. 대출력 신호는 광전 변환층에서 생성되는 광전자를 증배시켜 얻을 수 있다.
2 증배 기능이 없는 이미지 센서와 비교(2016년 2월3일 파나소닉 자체 연구 결과)
파나소닉이 새로 내놓은 이미지 센서는 광전자 증배를 통해 어두운 곳에서도 노출 시간을 늘릴 필요 없이 세밀한 계조의(high-gradation) 컬러 이미지를 구현해 고감도 영상을 촬영할 수 있도록 해준다.
이와 함께 촬영 시 조도에 따라 APD에 적용된 전압을 변경해 광전자 증배를 빠르게 제어할 수 있으며 이로써 밝은 곳에서 어두운 곳까지 다양한 조도에서 이미지를 촬영할 수 있다.
이 솔루션은 넓은 다이내믹 레인지(dynamic range)의 컬러 영상 촬영이 필요한 감시 카메라, 초고감도 영상이 요구되는 산업용 카메라 등의 제품에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 개발은 다음과 같은 이점을 제공한다.
· 고감도 컬러 영상:
4000만/lux·초·μm2 (일반 장치 대비 1만 배)
· 넓은 다이내믹 레인지: apply
100 dB (일반 CMOS 이미지 센서 대비 40 dB이상)
이번 개발은 다음과 같은 기술을 기반해 실현됐다.
· 광전 변환부에 애벌란치 포토다이오드와 충전 스토리지를 결합해 생성된 색상 정보를 포함한 광전자를 증배하는 동시에 축적하는 APD 화소 설계 기술
· APD에 적용된 전압을 제어함으로써 1/1000 초 안에 증배를 제어, 조도 변경에 따라 변화하는 30-fps의 동영상 촬영을 구현하는 가변 감도 기술
기존 이미지 센서의 경우 어두운 곳에서 영상을 촬영하는 동안 광전 변환된 광전자가 잡음 레벨 이하로 떨어질 수 있으며 이로 인해 달빛(조도 0.1lux) 정도의 조건에서만 영상을 촬영할 수 있었다.
근적외선 광원을 조명으로 한 촬영과 광전 증배관을 사용한 촬영이 이뤄지는 이유가 여기에 있다.
하지만 근적외선 광원은 컬러 촬영을 할 수 없고 광전자 증배관은 대용량 전원공급이 필요해 카메라 크기가 커진다는 단점이 있다.
이번 개발 결과는 2016년 2월 1일 샌프란시스코에서 개최된 ‘2016 국제고체회로학회’(2016 International Solid-State Circuits Conference)를 통해 발표됐다.
