밀착형 이미지센서

평판 스캐너의 CIS

밀착형 이미지센서(Contact image sensor, CIS)는 복수의 광전 소자와 등배(等倍) 렌즈에 의해서 화상 정보를 1대1로 판독하는, 빛에서 전기로 변환하는 판독 장치이다.

개요

밀착형 이미지센서 또는 밀착형 화상 감지기는 스캔할 물체와 거의 직접 접촉하는 평판 스캐너에 사용되는 이미지 센서이다. 스캐너에 자주 사용되는 다른 종류의 센서인 전하결합소자(CCD)는 거울을 사용하여 고정된 센서에 빛을 반사시킨다. CIS를 사용하는 스캐너는 CCD를 사용하는 스캐너보다 훨씬 작고 일반적으로 10분의 1의 전력을 사용하며 특히 USB를 통해 전원이 공급되는 저전력 및 휴대용 애플리케이션에 적합하다.

CIS는 일반적으로 초점 렌즈로 덮여 있고 측면에는 조명용 빨간색, 녹색, 파란색 LED가 있는 선형 감지기 배열로 구성된다. LED를 사용하면 CIS의 전력 효율성이 높아져 USB 연결을 통해 공급되는 최소 라인 전압을 통해 스캐너에 전원을 공급할 수 있다. CIS 장치는 일반적으로 CCD 장치에 비해 이미지 품질이 낮다. 특히 피사계 심도가 크게 제한되어 완벽하게 평평하지 않은 재료에 문제가 발생한다. 그러나 CIS 밀착형 센서는 CCD 라인 센서에 비해 크기가 작고 가벼우며, 필요한 모든 광학 요소를 컴팩트한 모듈에 담을 수 있어 스캐너 내부 구조를 단순화하는 데 도움이 된다. CIS 밀착형 센서를 사용하면 스캐너의 높이가 약 30mm에 불과해 휴대가 가능하다. CIS는 스캐너(특히 휴대용 스캐너), 전자사진기, 바코드 판독기, 광학 식별 기술에 널리 사용되는 핵심 부품이다.

원리

밀착형 이미지 센서는 센서 표면에 들어오는 빛을 직접 감지하는 구조로, 광학계를 간소화하면서도 고해상도 이미지를 구현할 수 있다. 전통적인 이미지 센서는 렌즈를 통해 빛을 집광한 후 센서에 도달하게 되지만, 밀착형 이미지 센서는 별도의 렌즈 없이 피사체에서 나오는 빛을 그대로 받아들인다.

이러한 밀착형 방식은 다음과 같은 물리적 원리로 작동한다.

• 빛의 직접 감지: 센서 표면에 바로 빛이 들어와 각 화소에서 디지털 신호로 변환된다.
• 초소형화: 광학계를 배제하거나 간소화함으로써 이미지 센서 시스템의 크기를 최소화할 수 있다.
• 해상도 극대화: 빛이 렌즈를 거치지 않고 직접 센서에 도달하기 때문에, 렌즈에 의해 발생할 수 있는 왜곡이나 손실이 줄어들어 고해상도 이미지를 구현할 수 있다.

주요 구성 요소

CIS는 복잡한 광학 시스템을 배제하면서도 효율적으로 작동하기 위해 여러 주요 구성 요소로 이루어져 있다. CIS의 핵심 구성 요소는 다음과 같다.

• 포토 다이오드: 이미지를 형성하는 각 화소를 구성하는 부분으로, 빛을 전기 신호로 변환하는 역할을 한다.
• LED 광원: CIS에서 빛을 제공하는 부분으로, 피사체에 균일한 빛을 비춰 이미지를 더 선명하게 만든다.
• 마이크로렌즈 배열: CIS에서 각 화소가 효율적으로 빛을 감지할 수 있도록 돕는 미세한 렌즈들이 배열된 구조로, 광 수집 효율을 극대화한다.
• ADC(Analog-to-Digital Converter): CIS에서 감지된 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하여 이미지를 생성하는 데 사용된다.

주요 응용 분야

밀착형 이미지 센서는 그 독특한 특성 덕분에 여러 분야에서 유용하게 사용되고 있다. 특히 소형화된 이미지 처리 장치가 요구되는 응용 분야에서 주로 사용된다.

• 의료용 장치: 밀착형 이미지 센서는 소형화된 내시경, 피부 스캐너, 의료 진단 장비 등에서 활용된다. 이 기술은 렌즈 시스템이 들어갈 공간이 부족한 경우에도 고해상도의 이미지를 얻을 수 있어 매우 유용하다.
• 지문 인식: 지문 스캐너는 밀착형 이미지 센서를 통해 지문 패턴을 직접적으로 감지하여 높은 정확도의 생체 인식을 제공합니다. 기존의 광학식 지문 인식보다 더 얇고 정확한 스캐너 제작이 가능하다.
• 반도체 검사: 반도체 제조 공정에서 웨이퍼의 표면을 검사하는 데 밀착형 이미지 센서가 사용된다. 이는 고해상도 이미지를 제공하여 미세한 결함도 정확하게 탐지할 수 있게 한다.
• 디스플레이 통합형 카메라: 스마트폰과 같은 기기에서 화면 아래에 카메라를 배치하여 표면 전체를 디스플레이로 사용할 수 있게 하는 기술에도 응용된다.

기술적 한계 및 문제점

밀착형 이미지 센서는 여러 장점을 제공하지만, 기술적 한계도 존재한다.

• 거리 한계: 센서가 피사체에 매우 가까워야 하기 때문에, 원거리 촬영에는 적합하지 않다. 따라서 밀착형 이미지 센서는 가까운 거리에서의 고해상도 이미징에 특화된 기술이다.
• 빛의 왜곡: 별도의 광학 렌즈가 없는 상태에서 빛을 바로 감지하기 때문에, 특정 각도나 조건에서 빛이 왜곡될 가능성이 있다. 이는 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있으며, 이 문제를 해결하기 위한 보정 알고리즘이나 추가적인 기술 개발이 필요하다.
• 저조도 성능: 전통적인 이미지 센서에 비해 저조도 환경에서의 성능이 떨어질 수 있다. 렌즈가 빛을 집광해주는 역할을 하지 않기 때문에, 센서가 충분한 빛을 감지하지 못할 수 있다.

기술 발전 및 전망

밀착형 이미지 센서는 지속적으로 발전하고 있으며, 특히 소형화된 전자 기기나 생체 인식 기술에서 그 가능성이 크게 주목받고 있다. 향후 기술 발전 방향은 다음과 같이 예상된다.

• 소형화 및 고해상도화: 센서 기술의 발전으로 점점 더 작은 크기의 고해상도 센서를 개발할 수 있게 될 것이다. 이는 웨어러블 기기, 사물 인터넷(IoT) 기기 등에서 활용될 가능성이 크다.
• 다양한 센서 통합: 밀착형 이미지 센서는 다른 형태의 센서(예: 온도 센서, 압력 센서)와 결합되어 다양한 데이터를 동시에 수집할 수 있는 통합 센서로 발전할 가능성이 있다.
• AI와의 결합: 인공지능(AI) 기술과 결합하여 이미지 분석을 더욱 정교하게 처리할 수 있는 시스템이 개발될 것이다. 이를 통해 단순한 이미지 획득을 넘어, 실시간으로 고차원적인 정보 추출이 가능해질 것이다.

참고자료

• 〈밀착형 이미지 센서〉, 《위키백과》
• 〈밀착형 이미지 센서〉, 《전자용어사전》

같이 보기

• 이미지센서
• 광전소자
• 스캐너

이 밀착형 이미지센서 문서는 반도체에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체 □■⊕, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지, 전기, 소재, 원소, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물, 토지 반도체 AP • CCD • CIS • CPU • DDI • DDR • DDR SD램 • D램(DRAM) • DSP • EEP롬(EEPROM) • EP롬(EPROM) • GPU • HBM • IC카드 • IDM • LED • MCU • MPU • NAND • NOR • PMIC • RD램(RDRAM) • SD램(SDRAM) • SSD • S램(SRAM) • 개별소자 • 게이트 턴오프 사이리스터 • 계산기 • 광개별소자 • 광다이오드(포토다이오드) • 광전소자 • 광전자 • 광학반도체 • 그래픽 메모리 • 낸드메모리 • 노어메모리 • 다이오드 • 도체 • 디스플레이 • 디지털IC • 디지털 신호처리장치(DSP) • 램(RAM) • 로직IC • 롬(ROM) • 마이크로 컴포넌트 • 메모리 • 메모리 반도체 • 밀착형 이미지센서(CIS) • 반도체 • 반도체산업 • 반도체소자 • 부도체 • 비메모리 반도체 • 사이리스터 • 센서 • 소자 • 스트레처블 디스플레이 • 시스템 반도체 • 아날로그IC • 열복사 다이오드 • 이미지센서 • 인쇄회로기판(PCB) • 전자계산기 • 중앙처리장치(CPU) • 진공관 • 집적 • 집적도 • 집적회로(칩, IC) • 컴퓨터 • 트랜지스터 • 파운드리 • 팹 • 팹리스 • 플래시메모리 반도체 제조 1나노 • 2나노 • 7나노 • 9나노 • AC테스트 • DC테스트 • EDS • ET테스트 • EUV • GAA • OSAT • PCB • WBI • 간섭현상 • 감광액(포토레지스트) • 건식산화 • 건식세정 • 건식식각 • 건조 • 고순도 • 공정 • 극자외선 • 금속배선 • 금속선 • 기능테스트 • 기판 • 나노미터 • 노광 • 노광장비 • 누설전류 • 다이아몬드 톱 • 도포 • 돌기 • 돌기부착 • 드라이아이스 • 레이저 • 리드프레임 • 몰딩 • 물리적 기상증착법(PVD) • 미세공정 • 박막 • 반도체 공정 • 반도체 설계 • 반도체 제조 • 반도체 회로 • 방진 • 방진마스크 • 방진복 • 방진설비 • 배선 • 범프 • 베어웨이퍼 • 베어칩(다이) • 보호막 • 부식 • 분진(에어로졸) • 불량 • 불량품 • 불순물 • 불화수소 • 산화 • 산화공정 • 산화규소 • 산화막 • 선연결 • 세정 • 세정장비 • 소자분리 • 솔더볼 • 수선 • 수율 • 순도 • 습식산화 • 습식세정 • 습식식각 • 식각 • 식각장비 • 실리콘 • 실리콘 웨이퍼 • 아르곤 에어로졸 • 아우터리드 • 양품 • 연마 • 연마액 • 연마장비 • 열산화 • 열처리 • 온도테스트 • 와이어 • 와이어링 방식 • 웨이퍼 • 웨이퍼절단 • 이온 • 이온주입 • 잉곳 • 잉킹 • 자외선 • 잔류물 • 전공정 • 전기신호 • 전도 • 전도막 • 절연 • 절연막 • 정밀도 • 정확도 • 증착 • 증착장비 • 질화막 • 층(레이어) • 칩접착 • 클린룸 • 테스트 • 파기 • 파이널테스트 • 파티클 • 테스터 • 패키지테스트 • 패키징 • 편차 • 평탄도 • 평탄화 • 포장 • 포토리소그래피 • 포토마스크 • 표면연마 • 플라즈마 • 플립칩 방식 • 현상액 • 화학적 기상증착법(CVD) • 회로 • 회로층 • 회로패턴 • 후공정 반도체 회사 AMD • ASML • SK하이닉스㈜ • SMIC • TSMC • UMC • 글로벌파운드리스 • 라피더스 • 마이크론 • 미디어텍 • 브로드컴 • 삼성전자㈜ • 엔비디아(NVIDIA) • 우한신신 • 인텔 • 퀄컴 • 텍사스 인스트루먼트(TI) • 하이실리콘 • 화웨이 • 화홍반도체(화훙반도체) 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반