[스크랩] [용어] 디지털카메라 이미지센서인 CCD와 CMOS의 차이점

디지털카메라 이미지센서인 CCD와 CMOS의 차이점

 

1. CCD

CCD는 Charge Coupled Device의 약자로 센서가 빛에 반응해서 빛에 상응하는 전류를 흘리는 이미지 센서입니다. 결국 센서의 최종 출력값은 이 전류입니다. (전류-전압 변환 회로를 모듈화 한 경우가 대부분이긴 합니다만)

장점
1). 센서의 특성상 Dynamic Range가 좋습니다. (색상 표현력이 뛰어납니다.)
2). 노이즈가 적습니다.

단점
1). 전력소모가 큽니다.
2). 센서부가 별도의 공정을 통해서 생산되므로 디지털 데이터를 얻기 위해서는 ADC, DSP, Clock Generator등의 부가회로가 필요합니다.
3). 생산 단가가 CMOS에 비해서 상대적으로 비쌉니다.


2. CMOS

CMOS는 Complementary Metal Oxide Semiconductor의 약자로서 CMOS 공정으로 제작된 이미지 센서를 말합니다. 회로가 내장되어있기 때문에 최종 출력 값은 디지털 데이터입니다.

장점
1). 일반 반도체 공정을 사용하기 때문에 이미지 센서와 주변회로를 원칩으로 만들수 있습니다. (크기가 작아지고 관리가 쉬워집니다.)
2). 전력소모가 작습니다. (CCD의 1/10~1/100 수준입니다.)
3). 반응 속도가 매우 빠릅니다.

단점
1). 색표현력이 떨어집니다.
2). 노이즈가 상대적으로 큽니다.
3). CMOS생산 과정을 따르기 �문에 개발기간이 길어집니다. (18개월/cycle 정도로 보고있습니다. CCD는 8개월/cycle)


3. CCD vs CMOS

CCD는 센서의 특성상 CMOS보다 나은 색상 표현력과 낮은 노이즈 레벨을 가지고 있습니다. 보급형 디카 시장과 초기의 DSLR들이 CCD를 탑제한 이유도 바로 이 때문이죠. 이에 반해 CMOS는 낮은 생산 단가를 바탕으로 WebCam이나 장난감등에 많이 쓰였습니다.

CMOS의 경우 원칩화 할 수 있다는 장점과 일반 CMOS 반도체 기술을 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있습니다. 이를 바탕으로 CCD 수준의 이미지를 얻기 위해서 다음과 같은 기술들이 사용됩니다.

1) APS(Active Pixel Sensor)를 이용하여 Dynamic Range를 높입니다. CCD센서보다 Dynamic Range가 부족하기 때문에 CMOS의 센서 바로 뒷단에 Amplifier를 달아서 Range를 높이는 방법입니다.

2) Micro Lens를 사용합니다. CMOS의 경우 Fill Rate가 낮은데요 이는 센서 전체가 이미지 쎌인 CCD와 달리 센서 내부에 부가회로 때문에 이미지 쎌이 차지하는 비율이 100% 이하가 되는데요 그래서 같은 크기의 센서의 경우 광량이 줄어들게 됩니다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 각각의 쎌(CMOS의 경우 Photo Site라 불리웁니다.) 위에 렌즈를 달아 빛은 센서쪽으로 모아줍니다.

3) CMOS 센서의 가장 큰 단점인 불규칙한 노이즈를 제거하기 위해서 케논의 경우 셔터가 열리기 직전 전사식 셔터를 날려 노이즈 커런트를 제거하고 값을 기억한 다음 셔터가 열리고 들어온 값과 비교헤서 노이즈를 찾아 제거하는 방법을 사용한다고 합니다.

결국 캐논의 고급형에 탑제되는 CMOS 센서의 경우 CCD보다 싸지 않습니다. 장기적인 안목으로 대부분의 이미지 센서 메이커들이 대형의 경우 CMOS로 갈것으로 보입니다만 포베온의 X3같은 CCD도 나와있고 후지의 Honey-Comb방식의 CCD도 나와있으니 아직은 불투명하다고 볼 수 있겠네요.


1990년대 중-후반까지 Image Sensor에 대한 특성을 상대-비교하면 다음과 같다.

특성                   Charge Coupled Device(CCD)                   CMOS Image Sensor(CIS)  
Power*               50mW                                                        30 ~ 100 mW  
Voltage               5V, -9V, 15V -> 12V, 5V, -6V                       5V, 3.3V  
System 집적도      Bad                                                         Good  
Noise                  Very Good                                                 Bad  
Sensitivity           25 uV/e-                                                    CCD > CMOS

출처 : 푸른이™의 사진첩...

글쓴이 : 푸른이™ 원글보기

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