Sony DepthSense 3D 센서 소개
ToF(Time of Flight) 기술은 이미 몇 년 동안 산업용으로 사용되어 왔지만, 소니 IMX556 DepthSense ToF 센서의 출시는 3D 감지의 정확성과 정밀도를 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 고유한 DepthSense 픽셀 구조를 사용하는 소니의 ToF 센서는 보다 세밀하고 빠른 프레임 속도로 실시간으로 3D로 물체를 보다 안정적으로 재구성할 수 있습니다. 자체 카메라 기술과 결합된 Sony의 DepthSense 센서는 산업용으로 최대한의 잠재력을 제공합니다. 그럼 ToF 기술에 대해 좀 더 알아보겠습니다. Time of Flight 기술은 광원에서 빛이 이동하여 장면에서 반사되어 센서로 들어오는 시간 지연을 측정하여 작동합니다. Sony IMX556 CMOS 센서가 사용하는 특정 유형의 비행시간을 '연속파(CW) 변조'라고 하며, 이를 CW 위상 편이 또는 간접 비행시간이라고도 합니다. 단일 광 펄스의 시간 지연을 측정하는 대신, 이 카메라는 지속적으로 변조된 빛을 방출하고 이 방출된 빛과 반사된 빛 사이의 위상 편이를 사용하여 거리를 계산합니다. 위상 편이를 정확하게 계산하기 위해 IMX556은 방출된 광 변조와, 동시에 들어오는 광을 샘플링하는 전류 보조 광 복조기(CAPD) 픽셀 구조를 사용합니다. CAPD는 각 픽셀의 포토 다이오드 내부에 교류 전압을 허용합니다. 교류 검출기 접합으로 전자를 나누고 끌어당기는 드리프트 필드를 생성합니다. 변조된 빛은 VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 다이오드에서 방출됩니다. 빛은 다시 픽셀 포토 다이오드로 반사되어 전자로 변환되고 교차하는 검출기 접합 사이에서 분할됩니다. 이것은 더 나은 집광 효율을 허용합니다. 광자가 포토 다이오드 내에서 전자로 변환되면 카메라가 위상 편이를 정확하게 계산하기 위해 검출기 접합부를 향해 빠르게 당겨야 합니다. 각 감지 접합부에는 포지티브(p+) 및 네거티브 영역(n+)이 있습니다. 드리프트 필드를 생성하기 위해 전류가 유입되면 전자 홀(h+)은 최저 전압 p+ 영역으로 이동하고, 전자(e-)는 최고 전압 영역(n+)을 향해 반대 방향으로 이동합니다. CAPD는 매우 빠르고 효과적입니다. 매우 높은 복조 콘트라스트를 생성하는 드리프트 필드 극성을 빠르게 전환할 수 있습니다. 높은 명암비는 더 많은 전자가 반환 시간을 기준으로 오른쪽 접합으로 향하므로 더 높은 품질의 위상 편이 계산이 가능합니다. 결과적으로 DepthSense 센서의 정확도와 정밀도가 향상됩니다. 게다가, CAPD의 드리프트 필드는 검출 접합을 향해 가능한 한 많은 전자를 가속하는 포토 다이오드 깊숙이 도달할 수 있습니다. 이것은 소니의 후면 기술과 결합되어 850nm에서 57%의 높은 양자 효율을 생성하는 데 도움이 됩니다. 결과적으로 이 카메라는 1m 카메라 거리에서 5mm 미만의 정확도와 2mm 미만의 정밀도를 달성할 수 있습니다. CAPD의 속도를 통해 IMX556은 각 깊이 프레임에 대해 4개의 서로 다른 위상으로 들어오는 빛을 샘플링할 수 있습니다. 마이크로 프레임이라고도 하는 각 샘플은 90°(0°, 90°, 180°, 270°) 단계적으로 단계별로 진행되며, 각 샘플은 리셋, 통합 및 판독의 3단계로 구성됩니다. 리셋 단계에서 픽셀 전압은 다시 베이스 라인으로 리셋됩니다. 통합 단계는 드리프트 필드가 전류에 의해 도입되어, 전자를 감지 접합 쪽으로 향하게 할 때 발생합니다. 판독 단계 동안 모든 픽셀 데이터는 센서에서 판독됩니다. 판독 단계 후 센서는 전력을 줄이고 열 수준을 낮추기 위해 유휴 시간에 들어갑니다. 깊이를 계산하려면 0° 및 90° 마이크로 프레임만 있으면 됩니다. 물체의 거리가 변하면 0° 및 90° 마이크로 프레임의 b1 및 b2 값이 변경됩니다. b1에서 b2의 값을 빼면 주변 광도 쉽게 제거됩니다. 그러나 수집된 광자가 b1과 b2에 대해 동일하더라도 항상 약간의 변동이 있습니다(광자에서 전자로 변환 및 전자에서 전압으로 변환하는 동안 발생). 이러한 변동과 b1 및 b2 값에 미치는 영향을 제거하는 것이 중요합니다. 0° 및 90°에서 180° 오프셋 된 2개의 추가 마이크로 프레임 (b1 및 b2의 역할을 효과적으로 반전함)과 b1 및 b2의 값을 반대쪽 180° 마이크로 프레임에 추가하여 (그리고 vis- 반대로) 카메라는 각 픽셀에서 이러한 변동을 상쇄합니다. CAPD는 포토 다이오드 내부의 전자를 복조하고 수집하는 효과적인 방법을 제공하지만 , 반사된 빛은 먼저 장애물 없이 센서의 포토 다이오드에 도달해야 합니다. 소니의 후면 조명 (BSI) 기술은 광 다이오드에 도달하는 최대 빛의 양을 보장합니다. 기존의 전면 CMOS 센서 설계와 달리 후면 조명 센서는 배선 레이어를 포토 다이오드 아래에 배치하여 광 감도를 향상합니다. 이 배치는 들어오는 빛의 일부를 차단할 수 있는 모든 배선 또는 회로 장애물을 제거합니다. 원하지 않는 이미지 아티팩트를 줄이는 것은 IMX556의 또 다른 이점입니다. IMX556은 CMOS 센서이기 때문에 CCD ToF 센서에 비해 스미어링 및 블루밍에 대해 더 나은 성능을 발휘합니다. 번짐 및 블루밍은 잘못된 3D 데이터를 유발할 수 있으며 전하가 픽셀 웰 용량을 초과하여 인접 픽셀로 흘러넘칠 때 생성됩니다. 이는 일반적으로 강렬한 광원 또는 반사 표면으로 인해 발생합니다. 많은 ToF 사용 사례에서 이러한 요소를 최소화하는 것이 중요합니다. 이 카메라에 사용되는 IMX556 CMOS는 이러한 이미지 아티팩트를 줄이는데 훨씬 더 관대합니다. 거리 계산에 사용되는 방출된 빛은 ToF 카메라의 성능에 매우 중요합니다. 안정적인 성능을 보장하기 위해 이 카메라는 4개의 수직 캐비티 표면 방출 레이저 (VCSEL)를 사용하여 변조된 빛을 방출합니다. VCSEL은 850nm에서 높은 피크 전력과 빠른 상승 및 하강 시간으로 협대역 빛의 맞춤형 빔 모양을 방출합니다. 높은 변조 대비를 생성하는 것 외에도 850nm의 좁은 방출 대역은 시스템의 다른 2D 카메라를 방해할 수 있는 가시 스펙트럼 (380 ~ 740nm) 빛을 방출하지 않습니다. 에지 방출 레이저와 달리 VCSEL은 일관성이 낮아 얼룩이 없는 이미지를 제공합니다. 더 높은 피크 전력은 더 많은 광자로 장면을 비추어 노이즈를 줄이고 주변 광에 대한 내성을 높여 거리 계산의 정확도를 높입니다. Sony의 IMX556 DepthSense ToF 센서는 안정적이고 정확하며 정밀한 3D 측정을 가능하게 합니다. 혁신적인 CAPD 드리프트 필드 기술과 후면 조명 CMOS에 대한 소니의 전문 지식이 결합된 DepthSense 센서는 산업용 카메라 통합을 위한 탁월한 선택입니다. 또한 IMX556 센서가 탑재된 이 카메라는 4개의 VCSEL Emitter에서 나오는 고대비 장면 조명이 있는 산업용 강도의 카메라를 사용자에게 제공합니다. 현재 사용할 수 있는 다른 ToF 솔루션이 있지만 산업용으로 가장 적합한 것은 이 카메라로, IMX556이 5mm 미만의 정확도 (물체 거리에서 0.3m ~ 1.5m)와 2mm 미만의 정밀도에 도달할 수 있습니다. 어때요, 한번 적용해 보시겠어요?