이미지 센서(CMOS)에 대해 알아보자

 2021년 9월 2일 삼성에서 업계 최초로 2억 화소 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 HP1’를 발표하였습니다. 이미지 센서란 무엇인지? 어떤 원리로 작동하는지 알아봅시다. 

 

 1. 이미지 센서란? 
  

 디지털 카메라와 사물을 이미징 하는 데 사용하는 센서를 Image Sensor라고 합니다. 현재 널리 사용되고 있는 이미지 센서는 CCD와 CMOS 센서가 있습니다.

 

 사물에서 반사된 빛이 이미지 센서의 광다이오드에 닿으면 "빛"이 전기 신호로 변환되어 직렬 시프트 레지스터, 캐패시터 및 앰프 등 여러 내부 장치에 차례로 전달됩니다. 마지막으로 아날로그-디지털 변환이 이루어집니다. 그러면 전압 신호가 처리 및 저장할 수 있는 이진수(0과 1) 값으로 변환됩니다.

 

이미지 센서의 원리

▶CCD 이미지 센서 원리 바로가기 아래 Link 

https://cuplating.tistory.com/42

이미지 센서(CCD)에 대해 알아보자

2. CMOS의 원리 : 

 

CMOS는 CPU, 메모리 및 다양한 디지털 로직 칩을 제조하는 데 널리 사용되는 저전력, 고속의 장점을 가진 주류 반도체 공정인 Complementary Metal Oxide Semicondutor(보완 금속 산화물 반도체)의 약자입니다. 다음에 반도체 기초인 MOS 제조 공법에 대해서도 포스팅 하겠습니다. 오늘은 쉽게 반도체 제조공정에 CMOS가 있구나 라고 생각해 주세요.

 

CMOS 반도체로 만든 이미지 센서를 CMOS Image Sensor(CIS)라고 합니다 CMOS 공정을 기반으로 설계된 이미지 센서는 범용 반도체 공정, 특히 메모리 제조 공정과 90% 이상 유사합니다. CMOS 이미지 센서는 CMOS 스위치를 사용하여 각 포토다이오드의 신호를 전환하며, 아래와 같이 각 셀은 포토다이오드와 CMOS 스위치로 구성됩니다. (아래 이미지 참고) (쉽게 메모리는 0과 1을 저장하기 위해 트랜지스터가 많이 있는 거고 CMOS는 빛 에너지에서 전하로 전환하는 포토 다이오드가 많이 있는 반도체입니다.

 

 라인 구동 회로가 행을 선택하면 셀 출력 신호의 CMOS 스위치가 켜지고 나머지 행의 CMOS 스위치가 켜지지 않고 라인 셀의 광전 신호가 열 선택 멀티플렉서로 전송됩니다. 열 선택 멀티플렉서는 일련의 CMOS 스위치로 구성되며, 이 행의 신호 시퀀스를 출력에 연결하여 신호 열의 순차적 판독을 완료합니다.

 

CMOS 이미지 센서 원리

3. 이미지센서의 발전

 저도 카메라 모듈 개발에 경험이 있습니다. 당시 소니가 독보적인 1위였습니다. LSI 사업부?(기억이 가물가물하네요)에서 소니를 따라잡겠다고 엄청 푸시한 기억 있는데 현재 삼성전자에서 전 세계에서 1위 이고 앞으로 10년까지 이 자리를 지킬 것으로 예상됩니다. 중국에서 칭화유니와 같은 회사에서 무섭게 DRAM RAND 메모리 기술을 추격해 오고 있지만 미국의 제재로 힘든 상황입니다.

 

 반도체 제조 기술을 늘려 화소를 늘려가는 것도 중요하지만 개인적인 생각은 소프트웨어 개발 인력 확보와 센서들을 제어할 수 있는 AP 개발 기술이 더 중요하다고 생각합니다. 2억 화소의 데이터를 정확하고 오류 없이 빠른 시간 내 데이터 처리하는 소프트웨어 기술 확보도 중요합니다. 

 

 ☞ 2억 화소 아이소셀 HP1 자세한 내용은 아래 링크를 참고해주세요.

https://bit.ly/2YetNwF

삼성전자 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 GN5(’(왼쪽)과 ‘아이소셀 HP1(2억화소)’(오른쪽)