파나소닉이 각 화소에 애벌란치 포토다이오드(avalanche photodiodes, APD)1를 적용한 CMOS 이미지 센서(APD-CMOS)를 개발했다고 발표했다. 이 회사는 수광부(photodetector)에서 생성된 광전자를 APD로 증배해 1만 배 증폭된 전기 신호를 얻는 데 성공했다.
이는 조도 0.01룩스(lux) 정도인 별빛 아래나 이와 비슷한 정도의 어두운 장소에서도 선명한 컬러 영상을 촬영할 수 있도록 해준다.
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 촬영시 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 개발을 통해 ▲4000만/룩스·초·㎛2(일반 장치 대비 1만배)의 고감도 컬러 영상 ▲넓은 다이내믹 레인지 ▲100㏈(일반 CMOS 이미지 센서 대비 40㏈ 이상) 등의 이점을 제공한다.
또한 이번 개발은 ▲광전 변환부에 애벌란치 포토다이오드와 충전 스토리지를 결합해 생성된 색상 정보를 포함한 광전자를 증배하는 동시에 축적하는 APD 화소 설계 기술 ▲APD에 적용된 전압을 제어함으로써 1/1000초 안에 증배를 제어, 조도 변경에 따라 변화하는 30fps의 동영상 촬영을 구현하는 가변 감도 기술 등 기반으로 해 실현됐다.
기존 이미지 센서의 경우 어두운 곳에서 영상을 촬영하는 동안 광전 변환된 광전자가 잡음 레벨 이하로 떨어질 수 있으며 이로 인해 달빛(조도 0.1룩스) 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.
