소니, 업계 최고 광자 검출 효율의 스마트폰용 SPAD 거리 센서 출시

소니 세미컨덕터 솔루션즈(Sony Semiconductor Solutions) 사업부가 업계 최고 광자 검출 효율을 지닌 dToF(Direct Time of Flight) 방식의 스마트폰용 SPAD(Single Photon Avalanche Diode) 거리 센서 IMX 611을 출시했다고 밝혔다.

IMX 611은 독자적인 SPAD 화소 구조를 기반으로 업계 최고인 28%의 광자 검출 효율을 실현한다. 이를 통해 피사체의 거리를 높은 정확도로 측정함은 물론, 시스템 전체의 전력 소비를 절감할 수 있다. 나아가 스마트폰에서 거리 정보를 활용한 기능이나 애플리케이션 등 새로운 가치 창출이 가능하다.

▲ ToF 방식의 스마트폰용 SPAD 거리 센서 IMX611
모델명 – 1/8.1형 (대각 2.2mm) / 약 2.3만 유효 화소 / ToF 방식의 SPAD 거리 센서 IMX611
예상 출시일 – 2023년 3월

일반적으로 SPAD 화소는 광원으로부터 피사체에 반사해 돌아올 때까지의 빛의 비행 시간을 검출하는 것으로 거리 정보를 취득하는 dToF 방식의 수광 소자로 활용된다. 독자적인 SPAD 화소 구조로 업계 최고 수준인 28%의 광자 검출 효율을 실현한 IMX 611은 광원으로부터 피사체에 반사되어 돌아온 미약한 광자도 검출해낸다. 이를 통해 피사체의 거리를 높은 정확도로 측정하며, 광원인 레이저 출력을 억제한 상황에서도 뛰어난 성능을 구현해 스마트폰 시스템 전체의 소비 전력 절감에 기여한다.

새롭게 출시한 거리 센서는 피사체와의 거리를 정확하게 측정해 가시성이 낮은 저조도 환경에서도 뛰어난 오토 포커스 성능을 구현한다. 또한 피사체 배경흐림(보케) 처리, 매끄러운 광각 및 망원 화각 전환 등 스마트폰 경험의 질을 한층 더 향상시켜준다. 나아가 3차원 공간 인식, AR 오클루젼(AR occlusion), 모션 캡처 및 동작 인식 등의 기능도 지원함으로써 향후 메타버스의 확산에 따라 수요가 증가할 것으로 예상되는 VR 헤드 디스플레이와 AR 글래스의 기능적 진화에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

▼ ToF 방식의 SPAD 거리 측정 센서를 활용한 애플리케이션 예시

IMX611 주요 특징

IMX 611의 주요 특징은 아래와 같다.

▲ 업계 최고 광자 검출 효율을 기반으로 높은 정확도의 측거 성능 및 저소비 전력 실현

IMX 611은 이면조사형의 SPAD 화소를 이용한 화소 칩(상부)과 거리 측정 처리 회로가 장착된 로직 칩(하부)를 Cu-Cu 연결로 적층하여 각 화소마다 전도한다. 화소 칩 하단에 회로를 배치해 개구율을 확보함과 동시에 SPAD로서 미세한 10μm의 화소 사이즈를 실현했다. 특히, 소니 세미컨덕터 솔루션즈 사업부는 빛의 입사면에 요철을 설치해 입사광을 회절 시키며 흡수율을 높이고, 나아가 화소 내 최적화된 Avalanche 설계 적용으로 더욱 효율적으로 증폭 현상을 구현했다.

IMX 611은 이 같은 독자적인 화소 구조로 스마트폰용 레이저 광원으로 널리 보급되어 있는 940mm의 파장 사용 시, 업계 최고인 28%의 광자 검출 효율을 실현하며 높은 거리 인식 정확도 및 시스템 전체 소비 전력 절감에 기여한다.

▲ 독자적인 신호 처리 기능으로 시스템 전체 개발 간소화

새롭게 출시된 센서는 로직칩에 독자적인 신호 처리 기능을 내장해 SPAD 화소로부터 확보한 RAW 정보를 거리 정보로 전환하고 출력하기까지의 과정을 모두 센서 내에서 구현한다. 이를 통해 후단 처리의 부담을 줄이고 전체 시스템 개발을 간소화할 수 있다.

※ ToF 기술에 상세 내용 확인
– https://www.sony-semicon.com/en/application/mobile/sensing.html
※ 모바일용 이미지 센서 ‘LYTIA’에 대한 정보 확인
– https://www.sony- semicon.com/ja/products/is/mobile/

◈ 다트크리에이티브 | 한재현 기자 wowhjh@gmail.com