완벽한 픽셀: Sony Pregius S 픽셀 기술

고해상도와 고화질을 모두 지원하는 소형 에어리어 스캔 카메라에 대한 시장의 요구에 맞춰 JAI는 Sony의 최신 CMOS 이미지 센서 Pregius S 시리즈를 선택했습니다.

4세대 Sony CMOS 센서는 머신 비전 애플리케이션을 위한 최첨단 픽셀 기술의 집합체입니다.

자세히 살펴보도록 하겠습니다.

후면 조명
Pregius S의 "S"는 "stacked"를 의미하지만 Pregius S 픽셀의 스택 디자인이 제공하는 "sensitivity(감도) 및 speed(속도)"의 의미도 포함됩니다.

기존 이미지 센서는 배선과 회로가 포토다이오드의 위쪽 레이어에 위치해 있었습니다. 그 결과 입사광이 포토다이오드를 때리고 "픽셀 우물"을 채우기 위한 입사각이 다소 좁았습니다.

Pregius S 구조의 경우, 배선 및 회로 레이어가 포토다이오드 아래에 스택 됩니다. 마치 센서를 뒤집어서 포토다이오드 후면을 통해 광을 캡처하는 것처럼 생각할 수 있습니다. 따라서 이를 "후면 조명"(BSI)이라고 부릅니다. 배선을 치우고 포토다이오드를 마이크로 렌즈에 더 가깝게 이동하면 훨씬 더 넓은 입사각으로 입사광을 캡처할 수 있습니다. 결과적으로 BSI 픽셀은 기존의 "전면 조명" 픽셀보다 높은 감도를 제공합니다.

Sony는 이 BSI 설계를 다양한 방법으로 활용했습니다. 우선, BSI를 통해 2.74 µm의 작은 픽셀 크기로 훨씬 더 큰 픽셀에서 기대할 수 있는 감도를 제공할 수 있게 되었습니다. 또한 판독 노이즈를 이전 세대의 Pregius(2.1 e-)보다 낮은 수준으로 줄이는 방법을 찾았습니다. 이를 통해 신호 대 노이즈 비율, 채도 및 전체 이미지 품질이 크게 향상되었습니다. 마지막으로, 배선 영역에 광이 픽셀에 도달하기 위한 개구부를 만들 필요가 없었기 때문에 Sony는 추가 공간을 사용하여 더 높은 프레임 속도와 추가 신호 처리 기능을 제공하는 새롭고 더 빠른 센서 인터페이스(SLVS-EC)를 설계했습니다.

그 결과 다양한 비전 시스템에서 사용할 수 있는 차세대 JAI 머신 비전 카메라를 위한 픽셀 설계가 완성되었습니다.

글로벌 셔터
기존에는 롤링 셔터가 탑재된 센서에서만 Sony의 BSI 기술을 사용할 수 있었습니다. 저렴한 롤링 셔터 센서를 사용하면 카메라 비용을 줄일 수 있지만 이러한 카메라를 움직이는 물체에 사용하는 경우 "비뚤어진" 이미지를 생성하기 때문에 많은 유형의 머신 비전 애플리케이션에 적합하지 않습니다. Pregius S 시리즈는 BSI 기술과 글로벌 셔터를 결합하여 많은 움직임이 포함된 모든 유형의 애플리케이션에서 카메라가 선명하고 왜곡되지 않은 이미지를 캡처할 수 있도록 지원합니다.

높은 해상도, 작은 광학 서클(optical circle)
2.74µm 픽셀 크기는 Pregius S 센서가 탑재된 카메라가 물리적으로 더 작은 센서 크기에 더 높은 해상도를 담을 수 있음을 의미합니다. 즉, 실리콘 제곱 밀리미터당 픽셀 수가 더 많아집니다. 따라서 센서의 메가픽셀당 비용이 더 낮아지게 되어 카메라 비용이 낮아지게 됩니다.

이는 시스템 설계자에게 다음과 같은 몇 가지 옵션을 제공합니다.

• 시스템당 필요한 카메라 수를 줄여 비용을 절감할 수 있습니다. 예를 들어, 12 메가픽셀 카메라 2대가 필요한 검사 시스템은 24 메가픽셀 카메라 1대만 있으면 충분합니다.
• 또는 카메라 수를 유지하면서 시스템의 해상도를 2배로 늘리는 경우 더 작은 결함을 식별하거나 더 넓은 FOV를 검사할 수 있어 시스템 가치를 높일 수 있습니다.

마지막으로, 작은 픽셀은 F-마운트, M42-마운트 또는 크고 무겁고 값비싼 기타 렌즈 형식으로 전환하지 않고도 더 높은 해상도를 지원할 수 있음을 의미합니다. JAI의 Pregius S 기반 카메라는 1/1.8"~1.2"의 광학 형식 및 5~24 메가픽셀의 해상도를 지원합니다. 즉, 최고 해상도 모델에서도 C-마운트 렌즈를 사용할 수 있어 크기, 무게 및 비용을 줄일 수 있습니다.

종횡비 선택
다양한 종횡비로 제작된 Pregius S 센서를 통해 카메라는 다양한 애플리케이션 유형에 효율적으로 해상도를 적용할 수 있습니다. 애플리케이션 예시:

추가 온 센서 기능
위에서 언급했듯이, Pregius S "스택" 아키텍처로 인해 만들어진 추가 회로 공간을 통해 JAI 카메라에 몇 가지 온 센서 신호 처리 기능을 더 추가할 수 있습니다. 다음은 2가지 예시 기능입니다:

그라데이션 압축 – 매우 밝은 영역이 몇 포함된 장면의 경우 카메라는 이 기능을 통해 전체 12bit 음영 차이를 캡처한 후 출력을 8bit 이미지로 압축하여 프레임 속도를 높이고 파일 크기를 줄일 수 있습니다. 사용자는 적용할 압축 크기와 12 비트 범위 중 시작 위치를 정의할 수 있습니다.

플로팅 디퓨전(Floating diffusion) 비닝 – JAI의 흑백 Pregius S 카메라는 카메라의 FPGA에서 수행되는 1x2, 2x1 및 2x2 비닝 외에도 센서에서 바로 수행되는 2x2 비닝을 제공합니다. 이 "FD2x2 ​​비닝" 모드는 1개 플로팅 디퓨전 노드를 통해 4개 픽셀의 판독을 결합하는 판독 전략을 사용합니다. 이를 통해 판독 노이즈를 낮춰 더 향상된 다이나믹 레인지와 이미지 품질을 제공할 수 있으며 FPGA 기반 비닝 모드에 비해 프레임 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

컬러 모델의 데시메이션 기능, 멀티 ROI 기능 및 기타 여러 카메라 기능 역시 Pregius S 센서의 온 센서 기능을 통해 지원할 수 있습니다.

Pregius S 기술을 활용해 보세요
Sony Pregius S 센서 기술은 JAI의 경제적이며 안정적인 소형 머신 비전 카메라 Go-X 시리즈의 일부 모델에 탑재되어 있습니다. 현재 CoaXPress 인터페이스가 탑재된 12개 모델과 GigE Vision(1000BASE-T) 인터페이스가 탑재된 12개 모델 등 총 24개의 Pregius S 기반 모델이 제공되고 있습니다. 추후 GigE Vision 5GBASE-T 인터페이스가 탑재된 12개 모델이 추가로 출시될 예정입니다.

더 자세한 내용을 확인하시려면 Go-X 시리즈 웹페이지를 방문하거나 JAI 카메라 선택 가이드를 다운로드하여 Go-X 시리즈 섹션의 제품 표에서 "Pregius S"를 찾아보시기 바랍니다. Go-X 시리즈에는 IMX547, IMX546, IMX545, IMX542, IMX541 및 IMX540 Pregius S 센서가 탑재되어 있습니다.

자세한 내용은 Go-X 시리즈 페이지(www.jai.com/kr/go-x-series)를 참조하시기 바랍니다.