[Polarized Camera] Polarized Sensor 동작 원리

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[Polarized Camera] 편광 카메라 소개

Sony의 Polarized Sensor

소니는 Polarsens™ 기술을 적용한 최초의 편광 센서를 개발하여 기술력을 확장했습니다.

Pregius 5.0 MP IMX250 CMOS 센서를 기반으로 제작된 새로운 IMX250MZR (Mono) Polarsens 센서는

포토다이오드(photodiode) 위에 편광기 층(polarizer layer)이 통합되어 있습니다. 

편광기 배열 층(polarizer array layer)은 칩 위에 배치되며, 플레어링(flaring)과 고스팅(ghosting)을 억제하는 

반사 방지(anti-reflection) 물질로 코팅된 Air-gap nanowire-grid입니다. 

(불필요한 외부 요인을 최대한 줄이고 정교하게 설계했다는 의미입니다.)

※ Wire-grid에 대해서는 본문 하단을 참고해주세요.

이러한 온 칩(on-chip) 배치는 편광 간섭(crosstalk)을 감소시키고 소광비(extinction ratio)를 높입니다.

※ 소광비(Extinction Ratio)에 대해서는 본문 하단을 참고해주세요.

편광기 배열은 각 픽셀에 배치된 4개의 다른 각도의 편광기(90º, 45º, 135º, 0º)로 구성됩니다.

각 4픽셀이 하나의 블럭을 형성하며, 이는 계산의 단위가 됩니다.

이 혁신적인 4픽셀 블럭 디자인에서 서로 다른 방향을 가진 편광기간의 관계를 통해 

편광의 정도(degree)와 방향(direction)을 계산할 수 있습니다.

< 그림 : Sony의 Polarsens 4 픽셀 블럭 편광 디자인 >

소니의 IMX250MZR 4픽셀 블럭은 90º, 45º, 135º 및 0º가 아닌 모든 편광 각도의 선형 각도를 감지할 수 있습니다.

< 그림 : 90º, 45º, 135º 및 0º 픽셀은 각각 자신의 wire-grid 축에 대해 편광된 빛(회전하는 빨간색 선)을 측정합니다.

백분율은 광 전송(light transmisstion)의 상승 및 하강을 나타냅니다. (100%는 최대 전송을 의미합니다.)

각각의 픽셀을 서로 비교함으로써 센서는 선형 편광된 빛의 모든 각도를 검출할 수 있습니다. >

편광기 배열은 글라스(on-glass)가 아닌 칩(on-chip)에 배치됩니다.

편광기 배열의 위치가 칩(on-chip) 그리고 마이크로 렌즈(micro lens)아래에 있는 소니의 편광 센서는,

잘못된 픽셀에 의해 부정확하게 감지되는 편광각으로부터 간섭(crosstalk)을 줄일 수 있습니다.

< 그림 : 0º 편광 빛이 90º를 검출하기 위한 픽셀로 들어가고 있으며, 이 빛은 90º로 잘못 감지됩니다.

이 간섭(crosstalk) 오류는 편광 배열이 마이크로 렌즈 위에 놓여있기 때문에 발생합니다. >

< 그림 : 소니의 편광 센서는 칩(on-chip)에 편광기 배열이 위치하므로, 위와 같은 문제를 줄일 수 있습니다.

0º 편광 빛은 90º만 감지하는 픽셀로 들어갈 수 없습니다. >

Wire-grid Polarizer

Wire-grid 편광기는 wire-grid 라인(line)에 수직으로 빛을 편광합니다.

편광된 평행 광은 수직 광이 통과하는 동안 와이어에 의해 반사(reflect)되고 흡수(absorb)됩니다.

즉, 각 픽셀에 배치된 각도에 수직인 빛만 통과하는 것입니다.

소광비(Extinction Ratios)

소광비는 편광기를 통해 전달되는 편광 빛의 최대량과 최소량 사이의 관계를 나타냅니다.

선형 wire-grid 편광기의 경우, 편광된 빛의 최대 투과율은 wire-grid 축에 수직으로 발생합니다.

이러한 편광 수직 각도가 90º 회전함에 따라, wire-grid 축에 평행하게 발생하는  최소 전송 지점에 도달합니다.

완벽한 편광기는 없습니다. 최대 전송 각도에서 약간의 손실이 발생하고, 최소 전송 각도에서 원하지 않는 일부 각도가 전송됩니다.

높은 소광비는 다른 편광 각도가 혼용되지 않고 원하는 편광 각도를 더 잘 감지할 수 있습니다.

< 그림 : 최대 전송(T max)과 최소 전송(T min)은 소광비를 계산하는데 사용됩니다. >

참고 :

LUCID Vision Labs : 링크