CMOS Image Sensor

CMOSimage sensor은 CMOS(상보성금속산화 막반도체)을 이용한 고체촬상 소자. CCDimage sensor와 같이, 포토다이오드(photo diode)(PD)을 사용하지만, 제조 프로세스와 신호의 읽어 냄 방법이 다르다.

역사
CMOSimage sensor의 원리가 고안된 것은 1960년대 후반과 낡지만, 실용화된 것은 반도체미세가공 기술이 고도화한 1990년대이후다.

특징
단위 셀마다 증폭기를 가지는 것으로, 빛변환된 전기신호의 읽어 냄에 의한 전기 노이즈의 발생을 누를 수 있다라고 하는 특징을 가진다. CMOS로직LSI제조 프로세스의 응용으로 대량생산이 가능하기 때문, 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCDimage sensor와 비교해서 저렴해서, 소자가 작은 것부터 소비 전력도 적고, 원리적으로 【스미아】나 blooming이 발생하지 않는다라고 하는 장점이 있다.

또, 로직 회로를 동일제조 프로세스에서 짜 넣을 수 있는 것부터, 화상처리 회로를 온 칩화해서 화상인식 디바이스, 인공시각 디바이스에의 응용이 연구되고 있어, 일부는 상용화되어 있다 (인공망막 팁이라고도 불릴 것이 있다).

image sensor를 픽셀마다 3층을 적층 하고, 빛의 파장에 의한 투과의 차이를 이용해서 RGB을 분별하는 Foveon X3도 존재한다.

약점
CCD에 대하여 메리트가 있는 반면, 저조도 상황에서는 소자 바로 그것이 불안정해지기 쉽고, 촬영한 화상에는 노이즈가 많아지는 경향이 있다. 또, 화소마다 고정한 증폭기를 할당할 수 있기 때문, 각증폭기의 특성차이에 의해 고정 패턴의 노이즈를 가지는 성질이 있어, 이것을 보정하는 회로가 필요하게 된다. 최근에서는 PD의 고출력화·저잡음화, PD로부터 증폭기에의 전하전송 효율의 향상, PD의 受빛면적을 상대적으로 확대하기 위한 트랜지스터의 복수화소간에서의 공용화등 여러가지 개량 수단에 의해, S/N비가 각별히 향상해 왔다.

또, 전하화를 동시에 실시할 수 없다라고 하는 구조상의 문제로, 고속에 움직이는 것을 촬영했을 때에 진행 방향을 향해서 상이 비뚤어지는 것도 약점과 해 줄 수 있다. 이것은 1장의 CMOS를 블록화 함으로써 보충할 수 있다.

단, 이것들의 기술적 어프로치에 의해 손질을 가하는 것으로 CMOS가 유리한 점인 염가라고 하는 면이 상쇄되는 것도 많기 때문, 컴팩트형의 디지탈 카메라에 탑재되는 소형의 촬상 소자에서는 CMOS의 탑재는 진행하지 않고 있다. 디지털 SLR등에서 채용되어 있는 APS-C사이즈등, 대형의 촬상 소자에 관해서는 CCD는 소비 전력등에 있어서 상당한 불리한 점을 가지기 위해서, CMOS를 이용할 수 있는 것도 있다.

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