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드디어 기다리고 기다리던 유기 센서 기술이 발표되었습니다.

아직은 기술에 대한 내용만 있고 상용화에 대한 얘기가 없는데 근시일 내에 새로운 마포 센서가 나오길 희망해봅니다.


기사 내용을 대충 발번역해봤습니다.

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파나소닉이 새로운 센서 기술을 발표했다. 다음은 보도 전문이다.


근적외선 감도를 컨트롤 가능한 세계 최초의 유기 CMOS 이미지 센서


이 기술은 컬러 이미지와 근적외선 이미지를 프레임별로 바꿀 수 있게 한다. 게다가 글로벌 셔터에 의한 fine motion 센싱이 가능해졌다.


일본 오사카, 파나소닉 주식회사는 오늘 유기 CMOS 이미지 센서의 동일 픽셀에 대한 근적외선 감도를 전기적으로 컨트롤할 수 있는 신기술을 개발하였다고 발표했다. 유기 필름에 직접 쌓이는 유기센서의 모든 픽셀들에 대한 감도는, 유기 필름에 걸리는 전압을 변경함으로써 동시에 제어된다.

이 기술은 컬러 이미지와 근적외선 이미지를 일반적인 이미지 센서에서 필요한 기계적 적외선 컷 필터 없이 프레임 단위로 바꿀 수 있게 해준다.
이 기술을 통해 카메라 시스템을 소형화하고 견고함을 향상시키는데에 기여할 수 있다. 이 기술을 통해 글로벌 셔터 동작이 가능해진다. 따라서, 이는 빠르고 정확한 검사/인식이 필요한 머신비전이나 지능형 교통 시스템과 같은 다양한 산업 분야에 적용할 수 있다.


이 기술은 다음과 같은 장점이 있다.

해상도의 손실 없이 컬러 이미지 모드와 근적외선 이미지 모드를 프레임 단위로 전환할 수 있다.


이는 다음과 같은 기술에 기반하여 개발되었다.

1. 광전자 변환부와 리드아웃 회로부를 독립적으로 설계할 수 있게 하는 유기 CMOS 이미지 센서 기술

2. 광전자 변환부에 걸리는 전압을 변경하여 컬러 이미지 모드와 근적외선 이미지 모드를 전환할 수 있게 해주는 감도 제어 기술


파나소닉은 이 기술을 기반으로 94개의 일본 특허와 68개의 해외 특허(심사중인 특허 포함)를 보유하고 있다.

파나소닉은 2월 5일~9일까지 샌프란시스코에서 열리는 국제 아카데믹 컨퍼런스(ISSCC 2017)에서 이러한 기술의 일부를 발표할 예정이다.


이 기술들에 대하여

1. 유기 CMOS 이미지 센서 설계 기술: 광전자 변환부와 리드아웃 회로부가 각각 독립적으로 설계될 수 있다.

유기 CMOS 이미지 센서에서는 광전자 변환부가 signal charge accumulation을 수행하는 동안 유기 필름에 의해 동작하며 시그널 리드아웃은 유기 필름 아래에 붙어 있는 실리콘 기반 회로에 의해 동작한다. 이 필름과 회로는 독립적으로 설계될 수 있기 때문에 유기 CMOS 이미지 센서는 다음과 같은 특징을 가지게 되었다: 고감도, 넓은 다이나믹 레인지, 글로벌 셔터. 이 새롭게 개발된 기술은 가시광선에서 근적외선에 이르는 이미지 센서의 스펙트럼 감도를 확장하기 위해 현실회되었다. 그리고 또한, 위에서 언급한 유기 CMOS 이미지 센서의 고유 특징을 잃지 않으면서 근적외선 감도를 제어할 수 있게 한다.


2. 감도 제어 기술: 유기 레이어에 걸리는 전압을 변경하여 프레임 단위로 컬러 이미지와 근적외선 이미지를 전환할 수 있다.

유기 CMOS 이미지 센서의 스펙트럼 감도는 두 개의 유기 레이어를 쌓아서 가시광선 영역에서부터 근적외선 영역까지 확장될 수 있는데 한 개의 레이어는 가시광선을 흡수하고 다른 하나의 레이어는 근적외선을 흡수한다. 하지만, 단순히 두 개의 레이어를 쌓거나 섞는다고 해서 가시광선 신호에서 근적외선 신호를 구별할 수 있는 것은 아니다. 이런 신호를 구별하기 위해서 전통적인 방법으로는 전극, 박막 트랜지스터 등과 같은 추가 요소가 필요하며 결과적으로 이로 인해 픽셀의 크기가 커지게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 우리는 고저항 비율의 두 유기 레이어가 직접 쌓이는 구조를 도입했다. 이러한 구조에서는 두 레이어에 걸리는 전압을 다르게 분배할 수 있다. 다시 말하자면, 동일한 전압원을 사용하여 상대적으로 높은 전압이 하나의 유기 레이어에 걸려 있는 동안 상대적으로 낮은 전압을 다른 하나의 유기 레이어에 걸 수 있다는 것이다. 유기 CMOS 이미지 센서에는 빛에서 신호 정보를 얻기 위하여 임계점 이상의 전압이 걸려야 하는데 이러한 특징 때문에 저전압에서는 두 레이어 모두 감도를 갖지 않고 중전압에서는 하나의 레이어만 감도를 가지고 고전압에서는 두 개의 레이어 모두 감도를 갖는 구조가 가능해졌다. 즉, 이러한 구조를 통해 다른 추가 요소 없이 가시 광선에만 반응하는 (그림1 좌측 참조) 컬러 이미지 모드와 가시광선과 근적외선에 반응하는 (그림1 우측 참조) 근적외선 이미지 모드를 전기적으로 전환하는 것이 가능해졌다.





다음은 이러한 유기 CMOS 이미지 센서 설계 기술과 감도 제어 기술에 대한 적용 분야이다.


감시 카메라를 위한 야간 시야

근적외선 이미지 모드를 통해 인간의 눈에는 아주 어두운 상황에서도 깨끗한 이미지를 얻을 수 있다. 이를 통해 야간 감시 카메라의 성능을 높일 수 있다. 그리고 또한, 근적외선 감도를 OFF하여 컬러 이미징 모드를 통해 RGB 컬러 정보를 얻을 수 있다. 이러한 모드 전환은 동일 픽셀에 걸리는 전압을 변경함으로써 이루어지고 이로 인해 유기 CMOS 이미지 센서는 적외선 차단 필터가 필요 없어지게 된다.





(그림2. 컬러 이미지 모드의 사진(좌측)과 근적외선 이미지 모드의 사진(우측))


비파괴 검사에 활용

적외선 차단 필터 없이 컬러 이미지와 근적외선 이미지를 모두 얻어내는 전통적인 이미지 센서들은 베이어 배열 내에 근적외선 통과 필터를 녹색 통과 필터로 대체하는 컬러 필터를 가지고 있다.이는 근적외선 이미지의 픽셀 수가 전체 이미지 센서의 픽셀 수의 1/4가 됨을 의미한다. 반면에, 유기 CMOS 이미지 센서 기술은 근적외선 이미지 모드에서 이미지 센서 전체의 픽셀을 사용할 수 있게 해준다. 따라서 유기 CMOS 이미지 센서에 의해 촬영되는 근적외선 이미지는 해상도의 저하가 없다. 이러한 특징을 통해 근적외선을 사용하여 제품 내부나 뒷면의 정보를 얻는 비파괴 검사의 정확성을 향상할 수 있다.




(그림3. 컬러 이미지 모드의 사진(좌측)과 근적외선 이미지 모드의 사진. 근적외선 이미지 사진을 통해 간장이 담긴 수조 너머로 병에 씌여진 글을 읽을 수 있다.)


기계 시야에 활용

이 이미지 센서는 기계 시에에도 활용될 수 있다. 어떤 물건이 눈으로 볼수 없는 스펙트럼 영역에서 고속으로 움직이고 있더라도, 이 이미지 센서를 통해 깨끗한 이미지를 얻을 수 있다. 전기적으로 이미지 센서의 감도를 제어함으로써 프레임별로 다른 스펙트럼의 이미지를 촬영할 수 있다. 이러한 특징을 통해 단 하나의 프레임을 번갈아가면서 가시광선 스펙트럼과 근적외선 스펙트럼의 기계 시야가 가능해진다.




(그림4. 컬러 이미징 모드와 근적외선 이미지 보드가 센서의 유기 레이어에 걸리는 전압 변화에 의해 변경되는 동안 촬영된 회전하는 테이블 위에 있는 병에 대한 프레임별 이미지. 특정 링크로 연결되는 QR 코드라도 다른 스펙트럼에서 촬영되면 다르게 동작할 수 있다. 테이블이 회전하고 있더라도 유기 이미지 센서는 QR 코드의 이미지를 깨끗하게 캡처할 수 있다.)


이러한 우리의 신기술을 야간 시야, 비파괴 검사, 기계 시야 등과 같은 다양한 분야에 활용할 수 있다.