모노 냉각DSLR 개조연구

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흑백 냉각CCD카메라를 이용한 외장형 LRGB 필터를 통한 채널분리 촬영후 합성하여 칼라영상을 생성하는 방법이 현재 고품질 천체사진의 정석으로 자라잡은지 이미 오래되었습니다. 실제로 칼라이미지센서는  일반적으로 GreenGreenRedBlue의 Clolr Filter Array를 2×2픽셀단위를 바둑판 형태로 배열하고 있는데 이것은 칼라의 영상을 담아낸다는 장점이 있지만 센서에 도달한 빛의 아주 많은 양을 CFA에서 차단하여 버려지고 있으며 각 픽셀의 칼라값의 유효성을 확보하고 모아레를 제거하기 위해 사용하는 Optical Low Pass Filter는 이미지의 해상도를 떨어뜨리는 단점이 있습니다. 그래서 저조도 촬영분야에서 수광효율을 높이고 더 높은 해상도의 사진을 얻기위해서는 흑백이미지센서가 필수적으로 사용되고 있습니다.

최근 미국의 한 업체에서 DSLR의 칼라이미지센서의 마이크로렌즈와 칼라칠터어레이 층을 벗겨내어 흑백이미지센서로 만든 개조카메라를 판매하기 시작했습니다. 저희도 이러한 개조를 2012년 4월이후 여러차례 시도하였는데 상용화할만한 의미있는 결과를 얻지 못하였습니다.

우선 마이크로렌즈 층을 벗기려고 시도하였습니다.

1,첫번째의 시도는 캐논의 1000D CMOS의 sensor area에 에폭시본딩한후 마이크로 렌즈틍을 벗겨보려 하였지만 의외로 센서와 마이크로렌즈층의 결합이 훨씬 강하여 에폭시본딩면이 박리되고 마이크로렌즈층은 견고하게 CMOS 센서와 일체화된 상태를 유지하여 제거에 실패하였습니다.

2. 광학용 연마제를 이용하여 표면을 갈아내는 방법을 사용하였습니다.  캐논의 60D,  CMOS와 니콘의 D40 CCD, 코닥 8300CCD에 대하여 실험했는데 모든 경우에 효과적이었지만 연마의 두께를 정확하게 조절할 수 없기 때문에 마이크로렌즈층 또는 CFA층을 제거한 균질한 표면의 상태를 얻을 수 없고 쉽게 실리콘 웨이퍼에 상처를 낼 수 밖에 없었습니다.

 

3. 마이크로렌즈가 폴리카보네이트등의 소재로 되어있으며 CFA가 플라스틱소재라는 가정하에 유기용제에 장시간 담가놓았습니다. 이 실험에서는 캐논의 60D,  CMOS와 니콘의 D40 CCD,  코닥의 8300 칼라CCD에 대하여 실시했는데 흥미로운 사실은 코닥 8300 CCD는  마이크로렌즈와 필터층이 유기용제에 의하여 깨끗이 제거되어 microlens없는 mono CCD로 되었습니다. 확인 할 수 있었습니다. 니콘의 D40 CCD의 경우는 마이크로렌즈와 CFA가 역시 녹아 나왔지만  CCD웨이퍼와 세라믹베이스와의 부착에 사용되는 접착제까지 용해되어 CCD세라믹 베이스에서 실리콘웨이퍼가 박리되어 버렸습니다.
이에 반해 캐논 60D CMOS는 전혀 유기용제에 반응하지 않았습니다.

 

4. 칼날을 이용하여 얇게 포를 뜨는 시도를 하였는데 이 방법은 단번에 마이크로렌즈와 CFA층을 제거하는 효과적인 방법인데 육안으로 볼때 어느정도 균질한 CMOS표면 상태가 됩니다. 하지만 현미경으로 보면 칼이 지나간 흔적이 선명하게 남고 잠시 칼날이 먼추게 되면 그곳엔 실리콘웨이퍼를 상처내게 되었습니다.

5.센서표면 전체를 균질하게 박리하는 방법을 찾던중에 에칭을 생각하고 LCD생산공정에서 사용하는 속도가 느리게 진행하는 에칭용액에 센서를 처리해 보았습니다. 시간이 지나면서 마이크로렌즈층과 CFA층의 박리를 눈으로 확인 할 수 있었습니다. 그러나 이번에는 박리가 완료된 후에도 실리콘웨이퍼까지 계속하여 침식이 진행되어 모재의 손상을 피할 수 없었습니다.아울러 금배선과 외부단자도 에칭용액에 부식되어버렸습니다.

6. 약 7개월동안 다른 방법을 찾지 못하여 새로운 시도를 중단하였다가 최근에 우리는 웹상에서 포르투갈에 사는 아마츄어 천체사진가인 Luís Campos의 eos 350D의 CFA를 제거하는 흥미로운 유튜브 영상을 접하게 되었습니다.

youtube.com/watch?v=F8mKcMlf_Yo
http://www.flickr.com/photos/37419943@N08/with/11388859256/

여기에서 힌트를 얻어  대나무 젓가락을 이용하여 CMOS 마이크로렌즈와 CFA를 벗겨보았습니다. 상당히 힘을 가해야 했지만 의외로 실리콘웨이퍼에 상처를 내지않고 벗길 수 있었습니다.  물론 완벽하게 제거되지 않은 부분도 있었지만 중요한 것은 실리콘웨이퍼에 상처를 거의 내지 않고 CFA layer까지 제거 할 수 있다는 사실 이었습니다.

천천히 주의를 기울이면서 작업하여 약 4시간 정도만에  APS-C 크기의 이미지센서인 eos 60D의 CMOS에서 micro lens , CFA layer를 완전히 제거 할 수 있었습니다.
육안으로 보기에 99.5% 완전하게 제거되었습니다. 카메라 조립후 테스트 사진 촬영결과 약간의 표면 스크래치와 일부 덜 제거된 CFA 얼룩이 보이지만 이것은 극히 작은 부분으로서 전체적으로는 매우 의미있는 완성도의 결과를 얻었습니다.

실제 촬영에서도 상당히 의미있는 자료를 얻을 수 있으리라 기대가 큽니다.
앞으로 테스트 촬영하여 개조 전후 사진의 비교결과를 홈페이지에 올리겠습니다.