삼성전자가 3차원(3D) 뎁스(Depth) 센서를 중저가 스마트폰에 탑재한다. 애플을 시작으로 중국 스마트폰 업계와 LG전자까지 이 기능을 적용한 스마트폰을 내놓은 데 이어 삼성전자도 판을 키우는 모양새다.

3D 감지 방식, 구조광(SL)에서 비행시간차(ToF)로

업계에 따르면 삼성전자는 갤럭시S10 5G에 이어 올해 3D 센싱 기능을 담은 스마트폰 1종 ‘갤럭시 R1’(가칭)을 상반기 출시하기로 했다. 이 기기를 시험작으로 삼아 소비자들의 반응을 살펴볼 계획이다.

방식은 비행시간차(ToF)로, 기구 설계를 독특하게 해 ToF 모듈 1개와 카메라 모듈 2개가 돌아가면서 하나씩 노출되는 형태의 스마트폰을 고안하고 있다. ‘갤럭시 R’은 갤럭시A의 파생 시리즈다.

3D 센서는 원거리에 있는 물체의 거리와 형태를 판별하는 역할을 한다. 스마트폰으로는 구글이 지난 2014년 ‘프로젝트 탱고’에 처음 도입했다.

3D 센서는 방식에 따라 ToF, 구조광(SL), 스테레오비전(Stereovision)으로 나뉜다.

ToF는 어레이(Array) 형태의 수직캐비티광방출레이저(VSCEL)에서 빛을 쏘고, 이 빛이 물체에 부딪혀 다시 기기로 들어오는 시간을 분석, 이미지와 결합한다. 10m 이상 떨어져 있는 물체도 감지할 수 있어 자동차의 라이다(LiDAR)도 ToF 방식을 활용한다.

SL은 수만개의 VCSEL로 특정 모양의 패턴을 만들어 물체에 쏘고, 물체의 모양에 따라 왜곡되는 패턴을 읽어 물체의 형태를 인식한다. 1m 이내 사물을 가장 높은 정확도로 인식할 수 있지만 물체와의 거리가 멀어질수록 정확도가 떨어진다.

스테레오 방식은 2개의 카메라를 활용해 각 카메라에서 찍은 이미지를 결합, 3D 이미지를 만들어낸다. 일정 거리 내에 있는 물체만 인식할 수 있고, 알고리즘도 복잡한 편이지만 기존 카메라를 활용한다는 점에서 부품 비용(BoM)을 아낄 수 있다.

현재 스마트폰에 적용된 3D 센서는 주로 안면을 인식, 기기의 잠금을 풀거나 결제 기능을 실행하는 데 쓰인다. 쌍둥이까지 판별할 수 있을 정도로 인식률을 높이는 건 SL 방식이 가장 유리하다. ToF 방식은 햇빛 아래서 신호 감도가 떨어지고, 물체가 가까이 있을수록 난반사 등으로 받는 영향이 크기 때문이다.

애플은 ‘트루뎁스’에 SL 방식의 3D 센서를 적용했는데, 초기 도트 프로젝터의 수율이 낮아 제품 수급에 어려움을 겪었다.

이에 후발주자들은 SL 방식 대신 ToF 방식을 택했다. ToF 3D 센서는 SL 방식의 3D 센서보다 단가가 저렴하고, 활용도가 높다. 애플도 올해 나오는 아이폰에는 SL 방식(전면)과 ToF 센서(후면)를 동시 적용할 계획이다.

ToF 방식, 앞에 넣을까 뒤에 넣을까?… 삼성 “원하는 대로”

ToF 센서는 원거리에 있는 사물의 형태도 인식할 수 있어 주변의 사물이나 환경을 기반으로 작동하는 혼합현실(XR)의 몰입감을 높일 수 있고, 물체를 3D 이미지로 만드는 데도 활용할 수 있다.

하지만 현재 출시된 스마트폰은 3D 이미지 센서를 모두 기기 전면부에 넣어 사용자 전방의 환경이나 물체를 인식할 수 없다. 그렇다고 뒤에 넣기에는 아직 XR 등 관련 애플리케이션(앱) 시장이 무르익지 않아 활용도가 떨어질 가능성이 컸다.

이를 감안, 삼성전자는 ToF 센서를 스마트폰 전·후면에서 모두 쓰는 방안을 택했다.

유력하게 검토된 건 이전 ‘애니콜’에 적용했던 것처럼 180도 회전하는 카메라 모듈을 넣는 것이었다. 스마트폰 상단에 카메라 2개와 ToF 모듈까지 총 3개를 원통형 모듈에 넣고, 이를 굴리면서 쓰고자 하는 모듈을 선택하는 식이다.

ToF 센서는 광원인 VCSEL과 이를 받아들이는 적외선(IR) 이미지센서로 구성된다. 아직 반도체 공급 업체는 확정되지 않았다고 반도체 업계 관계자는 설명했다.

앞서 처음으로 ToF 센서를 넣은 갤럭시S10 5G에는 ams와 오스람이 VCSEL을, 소니가 이미지센서를 공급하고 있다. 이번에도 같은 공급망을 활용할 가능성이 높다.

반도체 업계 관계자는 “해당 스마트폰은 삼성전자에게 시험작이 될 것”이라며 “소비자에 대한 장벽이 낮은 중저가 스마트폰에 적용한만큼 3D 센서를 안면 인식 이외의 기능에도 활용할 수 있는 가능성을 보겠다는 것”이라고 설명했다.