【CES 2023 イノベーションアワードを受賞】ISOCELL HP3、驚くほどのディテールをもつ2億画素イメージセンサー

サムスン電子は、モバイルでの撮影写真の経験を向上させるため、超高画素の製品と関連技術の開発に取り組んでいる。このような努力の結果である2億画素イメージセンサーのISOCELL HP3は、高品質の写真と映像撮影のための設計でCES 2023デジタルイメージングおよび写真部門でイノベーションアワードを受賞した。 より多くの消費者に超高解像度の経験を提供 センサーアーキテクチャチームのシン・スンチョル氏は「2019年に0.7μm画素、2021年に0.64μm画素を開発した微細画素技術をベースに、業界で初めて0.56μm画素の開発に成功し、1/1.4インチフォーマットの2億画素イメージセンサーを開発した。これにより、より多くの消費者が超高解像度の写真を経験することができるだろう」と述べた。 ISOCELL HP3は先端微細画素技術を通じて0.56μm画素のパフォーマンスを最大化する。新しいDTI技術は4つの同じカラーの画素のフォトダイオード間の隔壁を除去することでより多くの光情報を捕捉し、保存することができる。このようにパフォーマンスが高まった超高解像度のイメージセンサーは、写真のディテールを向上させるだけでなく、ズーム倍率の範囲を広げるというメリットもある。

DSLR用の光学ズームレンズとは異なり、スマートフォンカメラの光学ズームは単一焦点距離のみで作動する。デジタルズームは範囲が広いが、超高解像度をサポートしない場合には画像の品質が落ちてしまう。センサーアーキテクチャチームのコ・ジュヒョン(常務)は「サムスン電子は2019年に3倍無損失ズームのための1億8百万画素イメージセンサーを、2022年は4倍無損失ズームのための2億画素イメージセンサーを開発、写真の品質を損なうことなくズーム倍率の範囲を広げた」と語った。 超微細画素でより速いオートフォーカスのための「スーパーQPD」 超微細画素での高速で正確なオートフォーカス機能の実現は解決すべき大きな課題だった。コ・ジュヒョン(常務)は「画像の品質を保ちつつズームするためには優れたオートフォーカス機能が必須だ。従来は2PD構造のデュアル画素技術を使用したが、これは1.0μmより小さい微細画素には適用することができないため、新しいスーパーQPD技術を開発した。」と説明した。

ISOCELL HP3は、スーパーQPD技術を通じて全画素を活用し、位相差を検出する。スーパーQPDは隣接した4つの画素に1つのレンズを使用して縦と横の両方から位相差を検出、高速で正確なオートフォーカスができる。 低照度写真の品質のための超微細画素技術

今まで小さい画素サイズは低照度に不適切だという偏見があった。ISOCELL HP3は、先端微細画素技術で画素パフォーマンスを最大化する一方、低照度の環境で微細画素が大きい画素のように作動する先端画素ビニング技術である「テトラスクエアド技術」が適用された。これにより、様々な照明条件下で最適化された品質をサポートする3つのモードで動作する。明るい環境で超高解像度を具現する0.56㎛ 2億画素、一般環境で高品質の画像を得ることができる1.12㎛ 5,000万画素、そして、暗い環境でも鮮明できれいな画像を得ることができる2.24㎛ 1,250画素モードで動作させることができる。 「テトラスクエアド画素構造にスーパーQPD技術を適用するために、新しいアルゴリズムを開発し、業界で初めて0.56μm画素に安定的に適用することに集中した。また、低照度という条件下で画像の品質を改善するために、あらゆるシミュレーションと実験を行い、ノイズを最適化した。」と、シン・スンチョル氏は述べた。 向上した色表現のための先端技術 センサーアーキテクチャチームのキ・ミョンオ氏は「複雑な照明条件下でも直接目で見るような色表現を具現するため、様々なHDR(High Dynamic Range)を適用した。」と語った。ISOCELL HP3は、お互い異なる露光時間で撮影した3つの画像を結合し、最終画像を作るスタッガードHDRを支援する。それに加えて、スマートISOプロ(iDCG)技術を適用、画素に蓄積された電荷が電圧に変換される過程で、2種の異なる変換比率を適用して得た情報を併合しダイナミックレンジを増加させる。 キ・ミョンオ氏は「また、Smart-ISO Proでセンサーは12ビットの画素に比べ64倍多い色相である4兆個以上の色相で画像を表現することができる14ビット画像を生成する。ISOCELL HP3は撮影環境に応じてSmart-ISO ProまたはスタッガードHDRを選んで活用することができるため、ユーザーの要望に応える高品質のHDR画像を生成することができる。」と述べた。

カメラエクスペリエンスを新しくするイメージセンサー 消費者は、基本に忠実ながらも速いオートフォーカスと優れた低照度パフォーマンスを支援するカメラパフォーマンスを要求する。CIS TDチームのチェ・ソンス氏は、イノベーションアワードの受賞の原動力に関する質問について「ISOCELL HP3はスーパーQPD技術を通じて高速かつ正確なオートフォーカスパフォーマンスとテトラスクエアド技術を通じた優れた低照度機能を提供し消費者のニーズに応える。特に、0.56μmサイズの微細ピクセルを活用し、スリムなスマートフォンで超高画素を実現し、より多くのユーザーが超高画素を経験することができるだろう」と述べた。 シン・スンチョル氏は「最も小さい0.56μmの開発することで、より小さいセンサーサイズで2億画素の超高解像度を実現することができた。イメージセンサーが人間の視力を超えた可能性を示す革新技術として評価されたと思う」と述べた。 未来のイメージセンサーの革新に向けた計画 コ・ジュヒョン(常務)は「System LSI事業部は2億画素がフラッグシップスマートフォンカメラの主流として位置づけられるよう製品技術の開発を継続していく予定で、0.5μm未満の微細ピクセル技術はもちろん、画素パフォーマンスとアルゴリズム向上などのアップグレードを続ける予定だ」と述べた。また、「ユーザーエクスペリエンスの向上こそがセンサー市場での競争力であり、今回のCESイノベーションアワードの受賞によって、消費者により優れたエクスペリエンスを提供していることを認められたようで、チームの皆がやりがいを感じている」と述べた。