이미지 센서 챕터 개요
이 챕터는 현대 CMOS 이미지 센서(CIS) 픽셀의 광학적 구조와, 입사 광자가 측정 가능한 신호로 변환되는 일련의 물리 현상을 설명합니다.
이미지 센서 픽셀이란
CIS 픽셀은 실리콘 광다이오드 위에 적층된 광학 스택입니다. 위에서 들어온 빛은 마이크로렌즈, 평탄화층, 컬러 필터, 반사 방지층(BARL)을 차례로 거쳐 실리콘으로 들어가 흡수되며, 전자-정공 쌍을 생성합니다. 수집된 전하가 픽셀 신호로 읽혀 나옵니다.
COMPASS의 레이어 순서(아래 → 위):
silicon → BARL → color filter → planarization → microlens → air빛은 −z 방향(공기 → 실리콘)으로 진행하며, z = 0은 실리콘 바닥에 위치합니다.
이 챕터에서 다루는 내용
| 페이지 | 주제 | 핵심 내용 |
|---|---|---|
| 이미지 센서 광학 | BSI 구조, 마이크로렌즈, CFA, BARL, DTI | 광학 스택의 해부와 각 레이어의 역할 |
| 픽셀 광학 효과 | CRA, CFA 분광 응답, BARL, 실리콘 흡수, DTI, 각도/편광 응답 | QE와 크로스토크를 좌우하는 설계 트레이드오프 |
| 양자 효율 | QE 정의, 계산 방법, 크로스토크 | 대표 지표와 COMPASS의 측정 방식 |
| 신호 체인 | 광원 → 장면 → 렌즈 → 센서 신호 | 시뮬레이션된 QE가 라디오메트릭 픽셀 값으로 변환되는 과정 |
| 색 재현과 색공간 | Camera RGB, CIE XYZ, Lab, sRGB, CCM, 색차 | 분광 센서 응답이 표준 색 지표로 변환되는 과정 |
| 노이즈, SNR, 다이나믹 레인지 | 샷/읽기/암전류/FPN 노이즈, FWC, DR, PTC, 응답도, 선형성 | 모든 신호 체인 예측의 기저 노이즈 모델 |
| EMVA 1288 특성화 | EMVA 1288 파라미터 세트, SNR 곡선, 품질 등급 | 센서 특성화 표준 보고 형식 |
| 해상도, MTF, 픽셀 스케일링 | 픽셀 개구 MTF, 광학 회절, 나이퀴스트, 피치 스케일링 | 공간 주파수 응답과 피치 트레이드오프 |
주변 페이지와의 경계
| 주변 페이지 | 차이점 |
|---|---|
| 픽셀 해부학 | 같은 스택을 초보자용으로 따라가는 안내입니다. 이 챕터는 더 압축된 기술 모델입니다. |
| 광학 | 파동 광학 법칙을 정의합니다. 이 챕터는 그 법칙을 센서 구성 요소에 대응시킵니다. |
| 시뮬레이션 | 전자기장과 흡수 전력을 계산하는 수치 방법을 설명합니다. |
읽는 방법
- 픽셀의 광학적 설계만 궁금하다면 이미지 센서 광학으로 충분합니다.
- 센서 성능을 평가한다면 픽셀 광학 효과와 양자 효율까지 이어 보세요.
- 색 정확도, SNR 등 엔드-투-엔드 화질을 예측하려면 신호 체인, 색 재현과 색공간, 노이즈, SNR, 다이나믹 레인지를 읽으세요.
- 외부 표준에 대해 보고한다면 EMVA 1288 특성화를 참고하세요.
- 픽셀 피치를 선택하거나 선명도를 평가한다면 해상도, MTF, 픽셀 스케일링을 보세요.
사전 지식
이 챕터는 광학 챕터에 익숙하다고 가정합니다 — 최소한 굴절률, 흡수, 편광 정도는 알고 있어야 합니다.