CMOS 이미지 센서의 원리와 발전

CMOS 이미지 센서의 원리

CMOS 이미지 센서의 원리는 1960년대 후반에 발명되었습니다. 그러나 상용화된 반도체 소형화 기술이 고도화된 것은 90년대 이후입니다. 현재 디지털카메라와 휴대폰에 탑재되는 이미지 센서는 대부분 CCD 이미지 센서나 CMOS 이미지 센서입니다. 

둘 다 '전자 눈'인 동일한 반도체이며 포토 다이오드를 사용하지만 제조 공정과 신호를 읽는 방법이 다릅니다. 초기에는 감도와 화질이 우수한 CCD 이미지 센서가 대세였으나 2004년 CMOS 이미지 센서의 다양한 개량으로 출하량이 역전되었습니다. 

 

CCD 이미지 센서는 전극에 순차적으로 전압을 인가하고 최종적으로 증폭시켜 릴레이 방식으로 전하를 전달하는 방식입니다. 즉, 버킷 릴레이 방식으로 순차적으로 각 요소를 외부로 홀딩하는 픽셀 변 전화를 빼내는 방식입니다. 

이에 반해 CMOS 이미지 센서는 CMOS. 트랜지스터를 사용하는 포토다이오드와 스위치로 각 픽셀이 구성되며, 픽셀마다 신호가 증폭됩니다. 

또한 격자 모양으로 배치된 포토다이오드마다 스위치를 설치한 구조로 되어 있으며, 이 스위치를 차례대로 전환하여 화소별로 직접 읽기를 수행함으로써 고속 전송을 실현합니다. 또한, 단위 셀마다 증폭기를 구비함으로써, 광 변환된 전기 신호를 읽어내어 전기적인 노이즈가 발생하는 것을 억제하는 특징도 있습니다. 

 

CMOS 이미지 센서는 일반적인 반도체 제조 장치를 우회할 수 있기 때문에 CCD 이지미 센서보다 저렴하고 제조가 용이한 장점이 있습니다. 또한 고전압 아날로그 회로를 탑재한 CCD 이미지 센서에 비해 CMOS 이미지 센서 소자가 작아 전력 소모가 적고, 원칙적으로 번짐 및 백화 현상을 일으키지 않는 장점도 있습니다. 또한 CMOS 이지미 센서는 동일한 제조 공정에서 논리 회로를 내장하기 위해 온칩 이미지 처리 회로를 갖고 있으며, 이미지 인식 장치 및 인공 시각 장치에 대한 응용이 연구되고 일부는 사용화되고 있습니다.