이미지 센서 설계는 고객이 어떻게 사용할지 고려해야
 
이미지 센서를 설계할 때, 가장 중요한 단계는 소자의 사용법을 완전히 이해하는 것이다. 소자가 장착된 제품이 고객들이 어떻게 운용해야 하는지 설명해 주어야 한다.
 
고객들이 소자를 주로 고프레임률이나 저조도 환경에서 사용하기를 원하는지, 저전력이나 낮은 판독 잡음에서 최적화 하기를 원하는지 등 고객이 원하는 질문은 무궁무진하다. 완성된 제품이 한 가지 이상의 방식대로 사용되는 것은 당연하지만 신제품이 사용될 사례들이 설계를 원하는 방향과 반대로 한다면 복잡한 일이 생길 수 있다.
 
온세미컨덕터가 최근에 출시한 KAL-09001 이미지 센서를 예로 들면, 기존의 KAF-09000와 마찬가지로, 이 풀 프레임 CCD는 디지털 방사선 시스템에서 이미지를 캡쳐 하는데 필요한 고품질을 제공한다. 두 소자 모두 X-Ray 노출을 제한하면서 중요한 디테일을 캡쳐 할 수 있는 고감도, 높은 동적 범위 및 낮은 이미지 왜곡 기능 등을 제공하는 9 메가 픽셀의 해상도를 12 마이크론 픽셀의 크기로 제공한다.
 
그러나 이 KAF-09001의 경우 추가적인 사용 사례를 더 지원할 수 있다. 즉, 디지털 방사선 시스템이 최종적인 고해상도의 캡쳐를 하기 전에 환자의 위치를 미리 확인시켜주는 고감도 비디오 모드를 제공하는데 이를 통해 (상대적으로) 짧은 노출 시간에도 소자의 감도를 더욱 증가시켜 정보를 실시간으로 제공함으로써 데이터 판독 속도도 향상시켜주는 결과를 가져온다.  
 
언뜻 보기에 이 두 사용 사례들은 복잡해 보인다. 판독 속도를 낮게 유지하기 위해 사용자들은 이 기기를 낮은 속도에서 작동하기 원하지만 비디오 모드를 지원하기 위해서는 매우 빠른 속도가 필요하다. 또한 비디오 모드를 지원하는 충분한 광민감도를 얻기 위해서는 픽셀 크기도 키워야 한다. 이를 위해서 최종 이미지 캡쳐를 위해 화소를 가능한 줄이거나 가격을 높여야 한다.
 
이를 해결하기 위해선 좀 더 창의적인 기술이 필요했다. 그래서 온세미컨덕터는 기존의 저소음 증폭 설계를 변경하지 않고 속도를 높이기 위해 먼저 소자의 출력을 1개에서 4개로 늘렸다. 또한 최대 수평 클럭 속도 증가를 지원하기 위해 CCD의 수평 레지스터 전하 용량도 수정했다. 그 결과 소자는 여전히 낮은 속도에서 작동되면서도 비디오 모드에서 작동할 때에는 추가적인 대역폭을 제공한다.
 
마지막으로 이미징 감도를 향상시킬 뿐 아니라 비디오 모드를 위해 데이터 전송량을 줄이면서 2 x 2와 3 x 3 비닝 모두에 새 소자를 최적화 할 수 있는 픽셀 수를 약간 조정했다.
 
그 결과 판독 옵션이 매우 다양하고 유연한 이미지 센서가 가능했다. 비디오 이미징의 경우 픽셀은 저장될 수 있으며 최대 속도에서 센서가 작동하면서 초당 최대 10 프레임의 속도로 1메가 픽셀 이미지 스트림이 생겨난다.
 
최종 이미지를 불러와야 할 경우 비닝을 꺼서 출력 속도를 줄일 수 있다. 따라서 이 애플리케이션을 위해 중요한 세부 사항들을 그대로 유지하면서 낮은 왜곡률을 가진 풀 해상도의 이미지 캡쳐가 가능해졌다.
 
즉, 이 솔루션은 의사의 지시에 따라 두 가지 사용 사례에 맞도록 최적화된 이미지 센서이다. 

(출처= 온세미컨덕터 블로그, by 마이클 데루카)