[정보/강좌]파나소닉, 유기 CMOS 이미지 센서를 개발 발표

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파나소닉은 2 월 3 일, 유기 박막을 이용한 CMOS 이미지 센서에 대한 기술 발표를했다. 글로벌 셔터와 넓은 동적 범위 기술을 개발. 모니터 차량용 카메라, 업무 방송용 카메라, 산업 검사 용 카메라, 디지털 카메라 등의 용도로 제안한다.

기존의 이미지 센서는 수광부의 실리콘 포토 다이오드, 금속 배선, 컬러 필터 온칩 마이크로 렌즈로 구성. 실리콘 포토 다이오드에서 광전 변환과 전하 축적을하고 있었다.

이 실리콘 포토 다이오드를 유기 박막 대신 한 것을 유기 CMOS 이미지 센서라고 부른다. 유기 박막은 광 흡수 계수가 크기 때문에 2 ~ 3μm 정도의 깊이가 필요했던 실리콘 포토 다이오드를 0.5μm까지 박막화 수 있다고한다.

파나소닉이 채용하는 유기 박막은 후지 필름 (주)의 것.

 

수광 효율의 향상으로 넓은 다이나믹 레인지

이 박막화의 이점 중 하나는 광선 입사각의 광각 화이다. 기존 30 ~ 40도까지 60도까지 벌어지는 때문에 비스듬히 빛을 효율적으로 수중에 넣을 수있게된다. 이에 따라 혼색이없는 충실한 색 재현성이 가능하다. 렌즈의 설계 자유도가 증가하여 카메라의 고성능화 · 소형화에도 이어진다.

또한 기존 CMOS 이미지 센서는 실리콘 포토 다이오드 이외의 회로 부분에 빛이 들어 가지 않도록 각 화소에 차광막을 형성 할 필요가 있었다. 이것이 수광 면적을 좁히는 요인이 있으며, 고감도 화질과 다이나믹 레인지의 성능에 영향을주는 것으로 알려져있다.

파나소닉의 유기 CMOS 이미지 센서는 유기 박막은 전면에 형성되어 회로부는 그 아래에 배치된다. 수광 면적은 화소의 전면에 퍼져 있으며, 센서 표면에서받는 빛을 수광 할 수 있다고한다. 이를 통해 기존 대비 1.2 배의 감도를 실현. 어두운 곳에서도 선명한 영상을 얻을 수 있다고한다.

01.jpg
유기 CMOS 이미지 센서와이면 조사 형 CMOS 센서의 차이

 

또한 유기 CMOS 이미지 센서의 특성으로는 광전 변환시의 특성을 자유롭게 설정할 수있는 것도들 수있다. 이것은 기존 CMOS 센서보다 회로 면적의 제한이 적어에서 실리콘 기판 위에 따라 고기능의 회로를 탑재 있기 때문이다. 예를 들어 이미지 센서의 축적 노드를 대용량화하여 빛으로부터 변환 된 신호 전하를 축적 넓은 다이나믹 레인지를 실현한다고한다.

또한 "명암 동시 촬상 구조」라고 부르는 기술은 1 화소의 명암 2 개의 민감도 셀을 갖춘 1 화소 2 셀 구성에 의한 것. 1 화소 내에 2 개의 감도 감도가 다른 2 개의 신호 전하 축적량 두 종류의 노이즈 캔슬 구조를 구현하는 것으로, 1 회 촬상에서 기존의 이미지 센서 대비 100 배의 다이나믹 레인지 128dB를 실현했다 한다.

글로벌 셔터도 실용화

유기 박막을 사용한 것으로, 촬상 소자에 의한 이른바 전자 셔터도 진화. 전자 셔터는 글로벌 셔터 (전체 화소 일괄 읽기)과 롤링 셔터 (부분 읽기)이 있지만, 기존 CMOS 이미지 센서는 롤링 셔터가 기본. CCD와 같은 글로벌 셔터를 실현하려면 화소에 메모리를 추가하고 부분 읽기 의한 롤링 왜곡되는 것을 방지 할 필요가 있었다. 메모리 회로가 수광 면적을 압박하고 포화 신호 량의 감소로 이어지고 있었다.

파나소닉이 개발 한 '광전 변환 제어 셔터 기술 "은 유기 박막에인가되는 전압을 조절하여 셔터 기능을 실현하는 것. 새로운 소자를 추가 할 필요가 없기 때문에 포화 신호 량이 감소한다는 특징을 가진다. 또한 화소 게인 전환 회로를 사용한 "고 포화 화소 기술 '과 결합하여 기존의 글로벌 셔터 기능 CMOS 이미지 센서의 약 10 배의 포화 신호 량을 실현한다고한다. 플래시 밴드와 LED 깜박임 (LED의 점등 주파수에 따라 LED의 발광이 사진에 찍히지 않은) 문제가 해소한다.

02.jpg
유기 CMOS 이미지 센서의 글로벌 셔터 화소 (오른쪽)

 

또한 유기 박막은인가 전압과인가 시간을 변화시킴으로써 감도를 바꾸는 것도 가능하다. 따라서 다중 노출시 감도를 바꾸어 촬영하는 「감도 가변 다중 노광 기술 '을 실현한다. 동체 속도에 따른 노광이 가능하며, 파나소닉은 움직임 감지와 움직임 방향의 센싱의 가능성을 말하고있다.

04.jpg
감도 가변 다중 노광 기술에 대해

 

또한 유기 CMOS 이미지 센서는 축적 전하를 완전히 읽을 수 없다는 문제가있다. 따라서 화소 리셋 리셋 노이즈의 영향을 받는다. 그래서 파나소닉에서 발생한 재설정 소음을 취소하는 "용량 결합 형 노이즈 제거 회로"를 개발. 열마다 마련한 부정적인 피드백 루프를 이용함으로써 화소마다 리셋 노이즈를 억제한다. 이외에도 용량 결합 형으로 부정적인 피드백 제어의 견고성을 향상. 리셋 노이즈를 1.6 전자까지 억제했다고한다.

출처 1  출처 2  출처 3

 

 

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fsajjflfdasyf님의 댓글

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