소니 이미지센서 엑스모어 RS 230 출시!! 그런데, 엑스모어가 뭐야?

소니, 새로운 이미지 모듈, 엑스모어 RS 230 출시!

그런데.. 엑스모어 RS 이미지 모듈이 뭐지??

소니 엑스모어 RS 230 출시!! 근데 그게 뭐야?

 소니가 스마트폰 등에 사용되는 새로운 카메라 모듈, 엑스모어 RS 230 (Exmor RS 230)을 내놓았다. 유효 화소수 2,100만에 적층형 CMOS 이미지 센서다. 위상차 AF 신호처리 기능을 한층 강화하여 빠르게 움직이는 피사체도 놓치지 않는다. 또한, 역광 등 명함 차이가 큰 환경에서도 선명한 사진을 얻을 수 있다. 이 이미지 센서는 2015년 4월부터 순차적으로 발송된다고 한다. 다시 말하면 이쯤 나오는 스마트폰에 적용될 가능성이 높다는 이야기다.

 대충 읽어보니 뭔가 좋아진 모양인데, 무슨 말인지 하나도 모르겠다. 만약 적층형 CMOS나 위상차 AF 등의 외계어를 완벽히 이해한다면 이 글을 읽을 필요가 없다. 또한, 사과 같은 내 얼굴만 잘 나오면 된다는 분에게도 그다지 필요없는 글이다. 오늘은 소니가 만들고, 아이폰6나 삼성 갤럭시노트4 등 다양한 제품에 쓰이고 있는 소니 엑스모어 이미지센서에 대한 이야기를 해보려 한다. 딱히 필요는 없지만, 호기심으로 가득 찬 나같은 사람을 위한 글이다.

소니의 엑스모어 (Exmor)

 먼 옛날, 디지털카메라에 쓰이는 이미지 센서에는 CCD와 CMOS가 있었다. 그리고 이 둘 가운데 승자는 오랫동안 CCD였다. 그러나 기술의 발달로 CMOS의 화질이 크게 개선되었고, 저전력과 고속 촬영이라는 특징을 앞세워 현재는 CCD를 훨씬 앞서는 활용 범위를 갖게 되었다. 소니는 CCD를 생산하는 대표 기업 가운데 하나였는데, 최근에는 CMOS 연구에 힘을 쏟고 있는 모양이다.

최초의 엑스모어 (Exmor)는 적은 불빛 아래서도 흔들림 없는 환한 사진을 얻기 위해 고감도와 저노이즈를 위해 연구되었다. 일반적으로 감도 (ISO)를 높이면 어두운 환경에서도 비교적 환한 사진을 얻을 수 있고 흔들림도 줄어들지만, 노이즈가 생기는 탓에 화질이 상당히 떨어진다. <참고.1>

 소니는 이에 대한 대안으로 ‘열병렬A/D 변환 회로’ (列並列A/D変換回路)를 채택하여 빠른 속도를 얻는 동시에 노이즈를 상당히 줄일 수 있었다. 이 회로가 도대체 무슨 회로인지 궁금한 분이 있을텐데, 그냥 ‘머리 좋은 사람들이 빠른 속도와 노이즈를 줄이기 위해 탄생시킨 결과물’ 정도로 이해하자.

 무책임하다고? CMOS 이미지 센서는 아날로그(A)와 디지털(D)의 두 회로를 동일 칩상에 얹을 수 있는 것이 특징이다. 이 A/D 변환기를 화소의 수직열마다 병렬로 배치한 것을 열병렬A/D, 혹은 ‘컬럼A/D’ 방식이라 부른다. 이 방식은 수직 신호선에서 읽어낸 아날로그 신호를 각 라인의 A/D 변환기로 직접 전송할 수 있다. 그 덕분에 아날로그 전송 중의 생성되는 노이즈를 최대한 억제하는 것과 동시에, 10.39프레임/s (12비트)의 고속 신호 판독 (전체 화소 판독 모드)가 가능하다. 또한!! ……. 슬슬 지겹지 않은가? 그러니, 그냥 넘어가자..^^;

 그 이후 소니는 엑스모어를 조금 더 개량하여 조사형 구조를 채용한 CMOS, 엑스모어 R (Exmor R)을 내놓는다. CMOS 센서의 회로를 포토 다이오드 (수광소자)의 뒷면에 배치 시킨 구조를 말한다. 빛을 받아들이는 부분을 센서 맨 위에 배치하여 조금이라도 많은 빛을 모을 수 있도록 설계한 구조를 말한다. 덕분에 이전 CMOS에 견줘 밝은 사진을 얻을 수 있고 흔들림도 줄어들었다.

 2012년 8월, 소니는 이전 엑스모어 R을 한층 발전시킨 엑스모어 RS (Exmor RS)를 내놓는다. 기존의 RGB(적·녹·청) 픽셀에 W(화이트) 픽셀을 추가한 녀석이다. 이 기술을 이용해 신호를 처리하는 방식을 RGBW 코딩이라고 한다. 이 기술은 화질을 손상시키지 않고 감도를 끌어올릴 수 있으며, W화소의 사용유무를 기준으로 노출을 설정해 HDR 사진을 얻어낼 수 있다.

 또한, 엑스모어 RS는 적층형 CMOS라고도 불리는데, 회로의 지지기판 위에 화소센서와 회로를 얹어놨던 이전과는 다르게, 회로 위에 화소 센서를 올리는 방식을 사용했기 때문이다. 회로기판이 차지하는 자리를 처리했으니 이전보다 더욱 작은 센서를 만들 수 있는 것이다.

 이 정도면 소니에서 내놓는 CMOS 센서에 대해서는 대충 정리가 되었을 것이다. 절대 자세히 알아서는 안된다. 필요도 없거니와, 탈모의 원인이 될 우려가 있다. 우리가 알아둘 것은 ‘소니가 내놓는 CMOS는 크게 3종류가 있으며, 그 가운데 엑스모어 RS가 가장 최신 기술을 적용한 제품이다’ 정도다.

소니의 엑스모어를 품은 녀석들

 앞서 ‘다양한 제품이 소니의 CMOS’를 채용했다고 했다. 최근 삼성전자가 내놓은 갤럭시S5는 삼성전자가 자체적으로 개발한 ‘아이소셀’<참고.2>을 얹었다. 그리고 가장 최근에 출시한 갤럭시노트4도 국내 제품의 경우 대부분 ‘아이소셀’을 사용하였지만, 해외에 판매되는 갤럭시노트4의 경우 소니의 CMOS를 얹은 것으로 알려졌다.

 생각보다 많은 제품이 소니의 CMOS를 채용했다. 최근 제품들 가운데 소니의 이미지센서를 채용한 녀석들은 대부분 엑스모어 RS를 사용했다. 예를들어 애플의 아이폰6와 아이폰6 플러스도 소니의 모듈을 사용한다. 또한, 이전 아이폰4S부터 아이폰5C, 그리고 삼성전자의 갤럭시S3는 소니 엑스모어 R 모듈을 얹어놨다.

다양한 엑스모어, 그리고 머리아프게 많은 종류들..

 이번에 새로 발표한 엑스모어 RS 230을 보더라도 CMOS 모듈들은 이름으로 구별하기 상당히 어려운 녀석들이다. 엑스모어 RS 230은 짧게 줄여 IMX230으로도 부르는데, 뒤에 숫자의 크기와 성능은 전혀 관련이 없다.

 그래서 글을 마치기 전에, 몇 가지 센서의 명칭과 쓰인 기기들을 정리해보고자 한다. 물론 외울 필요도, 전부 알고 있을 필요도 없다. 더구나 센서가 같다고 해도, 소프트웨어의 처리능력, 렌즈의 품질에 따라서 화질은 달라질 수 있다는 점을 명심하자.

• IMX179 - 엑스모어 R
  3,264X2,448 해상도, 8메가 픽셀 센서다. 크기는 1/3.2”로 넥서스5에 탑재되었다.

• IMX214 - 엑스모어 R
  4,128 x 3,096로 13메가 픽셀 센서다. 크기는 1/3.06”로 넥서스6에 탑재되었고, 원플러스 원, 샤오미 Mi4 등에 탑재되었다.

• IMX134 - 엑스모어 RS
  3,280 x 2,464 해상도를 가진 8.08메가 픽셀 센서다. 크기는 1/4”로 소니 엑스페리아 L, 엑스페리아 Z 울트라 등에 쓰였다.

• IMX135 - 엑스모어 RS
  4,208 x 3,120 해상도의 13.13메가 픽셀. 크기는 1/3.06”로서 삼성 갤럭시S4, 갤럭시노트3, LG G3, 소니 엑스페리아 ZL 등 다양한 기기에 탑재되었다.

• IMX220 - 엑스모어 RS
  5,264 х 3,960, 20.7메가 픽셀, 보기드문 2천 만 화소다. 크기도 다른 센서에 견줘 다소 큰 1/2.4”다. 소니 엑스페리아 Z1, 엑스페리아 Z2, 엑스페리아 Z3 등에 쓰였고, 메이쥬 MX4에도 탑재된 것으로 알려졌다.

• IMX240 - 엑스모어 RS
  4,08 x 3,456해상도를 가진 16메가 픽셀 센서다. 크기는 1/2.6”으로 해외향 갤럭시노트4(스냅드래곤이 사용된 모델)에 사용된 것으로 알려졌다.

• IMX 230 - 엑스모어 RS
  가장 최근에 발표된 센서다. 크기는 1/2.4”로 IMX220보다 다소 작지만 해상도는 5,344 х 4,016, 21메가 픽셀로 더 크다. 2015년 4월부터 배송예정이니 그 시기에 출시되는 스마트폰에 탑재될 것으로 예상한다.

 이 밖에도 아직 거론하지 않은 센서가 훨씬 더 많다. 조금 더 자세한 정보를 얻고 싶다면 <링크>를 참조하자. 다양한 종류의 센서와 앞서 설명한 적용 기기에 대한 설명을 얻을 수 있다.

 지금까지 설명한 이미지센서의 종류는 카메라의 필름에 해당하는 부분이다. 필름에 따라서 사진의 질이 달라질 수는 있지만, 카메라의 성능이나 렌즈의 역할도 대단히 중요한 만큼, 센서 자체에 너무 집착하는 것은 옳다고 볼 수 없다.

 다만, 특정 제품에 적용된 센서 이야기가 나올 정확하지 않은 이야기가 오가는 경우가 많다. 가령, 엑스페리아 Z3에 적용된 센서가 IMX135라는 등의 이야기다. 이런 경우 센서에 대한 지식을 조금만 갖고 있다면 뭔가 이상하다는 점을 느낄 수 있다. 글에서 거론된 IMX135센서는 13.13메가 픽셀이기 때문이다. 엑스페리아Z2가 2,000만 화소의 카메라로 화제를 모았는데, 센서가 1,300만 화소라니 뭔가 이상하지 않은가? 따라서 이러한 정보를 한 번정도 머리 속에 정리해 놓는다면, 센서의 크기나 화소수로 모듈의 종류를 정확히 유추하는 것도 가능할 것이다.