K8 사이언티픽 CMOS 카메라

CMOS는 이미지 센서의 유형을 의미합니다. 오늘날 카메라에서 일반적으로 사용되는 두 가지 이미지 센서는 CCD(전하 결합 소자)와 CMOS(상보형 금속 산화 반도체)입니다. 두 센서 모두 2차원으로 배열된 픽셀을 사용하며, 각 픽셀은 이미지의 다른 영역에 있는 빛의 양을 기록합니다. CCD 센서와 CMOS 센서는 서로 다른 전자층을 가지며, 각 센서 유형에 따라 특성 또한 다릅니다. 몇 년 전만 해도 CCD 센서의 이미지 품질이 더 나아 사이언티픽 이미징 분야에서 주로 사용되었습니다. 하지만 최근 CMOS 센서 설계가 개선되면서 CCD 센서에 필적하는 고품질 이미지 캡처가 가능해졌을 뿐 아니라 추가적인 성능적 이점도 제공하게 되었습니다.

센서에서 가장 중요한 특성은 카메라의 감도, 픽셀 수(해상도) 및 프레임 속도를 결정하는 잡음 수준과 양자 효율(QE)입니다. 이러한 속성은 모두 상호 연결되어 있으며 이미지 센서의 아키텍처에 의해 결정됩니다. 리드 노이즈 수준은 각 픽셀의 데이터를 처리하는 리드아웃 노드 속도를 높입니다. 센서 해상도 또는 프레임 속도를 높이면 리드아웃 속도가 증가하여 잡음 수준이 높아지고 감도가 감소합니다. CCD 센서는 일반적으로 단일 리드아웃 노드를 포함하는 반면 CMOS 센서는 수천 개를 포함합니다. 프레임 속도가 증가함에 따라 발생하는 고유의 병목 현상으로 인해 CCD 센서의 리드 노이즈도 증가합니다. CMOS 센서 아키텍처에서는 매우 낮은 리드 노이즈를 유지하면서 높은 프레임 속도로 더 많은 픽셀을 읽을 수 있기 때문에 이러한 병목 현상이 발생하지 않습니다. 최근 CMOS 설계가 발전하면서 양자 효율성이 향상되었으며, CCD 센서에 비해 잡음이 적어지고, 개선된 프레임 속도, 해상도 및 동적 범위를 제공합니다.

CMOS 센서는 실리콘 웨이퍼로 만들어집니다. 빛이 실리콘에 부딪칠 때 광전 효과(PV) 효과라고 하는 프로세스에 의해 전하가 쌓입니다. 광자는 실리콘에 몇 미크론만 침투할 수 있으므로 태양광 전하는 실리콘 표면에 축적됩니다. 이 전하를 리드아웃 노드로 이동하려면 얇은 전자 레이어가 필요합니다. 센서를 제조하려면 광감성 표면에 전자 레이어를 적용해야 하지만, 이로 인해 일부 빛이 실리콘에 도달하지 못할 수 있습니다. 마이크로 렌즈는 전면 조명 센서의 QE를 증가 시켜 최대 QE 값을 약 80%까지 높일 수 있습니다. 후면 박막화, 즉 후면 조사 방식(BSI) 센서는 센서 뒤쪽의 과도한 실리콘 센서의 두꺼운 레이어를 폴리싱하여 센서를 둥글게 뒤집어 센서의 "후면"이 빛에 노출되도록 하여 이 한계를 극복합니다. 실리콘은 매우 얇기 때문에 다른 쪽의 전자는 누적된 전하를 리드아웃 노드로 이동시킬 수 있습니다. 후면 박막화 센서에는 더 이상 감광 실리콘과 들어오는 조명 사이에 전자 레이어가 없으므로 QE가 95%까지 증가하며 감도가 크게 향상됩니다.