초록 ▼

연구개요
일반적인 동영상용 카메라는 60 frame/s (fps) 정도의 속도를 갖는다. 스포츠 중계를 위해 사용하는 고속 카메라는 300fps 이며, 이 경우 날아가는 야구공의 궤적을 보여 줄 수 있다. 그러나 대부분 CCD(Charge Coupled Device) 를 이용하여 만들기 때문에 일반 휴대폰에는 가격이 비싸 사용하기 어렵다. 널리 알려진 CIS(CMOS Image Sensor) 는 현재 Full HD(200만 화소)급 해상도에서 약 100fps 의 속도가 최고로 알려져 있다. 따라서 CIS 로 UHD(3,000만

연구개요
일반적인 동영상용 카메라는 60 frame/s (fps) 정도의 속도를 갖는다. 스포츠 중계를 위해 사용하는 고속 카메라는 300fps 이며, 이 경우 날아가는 야구공의 궤적을 보여 줄 수 있다. 그러나 대부분 CCD(Charge Coupled Device) 를 이용하여 만들기 때문에 일반 휴대폰에는 가격이 비싸 사용하기 어렵다. 널리 알려진 CIS(CMOS Image Sensor) 는 현재 Full HD(200만 화소)급 해상도에서 약 100fps 의 속도가 최고로 알려져 있다. 따라서 CIS 로 UHD(3,000만 화소)급 해상도에서 300fps 이상의 속도를 구현하면, 일반 휴대폰으로 누구나 쉽게 초고속 영상을 즐길 수 있게 된다. 본 연구과제 는 400fps 의 동작속도와 UHD 급 CIS의 개발을 목표로 한다.

연구 목표대비 연구결과
스포츠 중계가 가능한 휴대폰용 카메라는 초고속 CIS를 필요로 하며, UHD급 해상도에서 400fps 이상의 Frame rate를 가져야 한다. 이는 1frame에 2.5ms의 시간이 필요하고, Column Parallel ADC 형태의 CIS는 한 Row의 변환속도가 2.3μs가 되어야 하며, pixel에서 신호를 처리하는 시간 1~1.5μs를 제외하면 A/D 변환기에서 신호를 처리하는 시간은 대략 800ns, 1.25MS/s이상의 변환속도를 가져야 한다. A/D변환기에 들어가는 신호는 공정상의 오차에 의해서 pixel마다 동일한 빛이 인가되어도 약간의 다른 전압 값이 A/D 변환기에 인가가 된다. 이것은 CIS의 성능을 저하시키므로 이것을 보정 하기위해서 필요한 것이 Correlated Double Sampling(CDS)이며, 이를 수행하기 위해서 비교기가 필요하게 된다.
위의 제안한 연구 목표를 만족하기 위해 CDS를 정밀하게 설계하였으며, A/D 변환기 내의 비교기를 고속으로 설계 하기 위해 새로운 구조의 fully differential 형태의 op-amp를 제안하였다. 여기서 고려해야할 점은 Common-mode Feedback(CMFB) 회로를 붙여 offset 발생 시의 문제점을 해결해야 했는 데, 이를 위해 소면적의 회로를 추가하였다. 그리고 회로의 안정적인 동작을 위해 공정상의 변화나 온도에 따른 변화에도 안정적인 전류원을 공급해줄 수 있는 Bandgap Reference(BGR)를 설계 완료하였다. 안정적인 전원전압을 공급하여 성능저하가 발생하지 않도록 Switching-mode Power Supply(SMPS) 도 추가적으로 설계 하였다 한다. 이러한 회로들을 바탕으로 고속 고정밀의 CIS 설계를 완료하였고, 칩을 직접 제작하였으며, 칩의 측정결과 원하는 사양을 만족하였다.

연구개발결과의 중요성
본 과제는 차세대 초고속 고해상도 CIS 의 개발이다. CIS는 반도체 공정으로 만들어지기 때문에 CCD에 비해서 가격이 무척 저렴하다. 따라서 초고속 CIS를 설계한다면 기존의 고해상도, 고속의 센서를 이용해야하는 분야에서 CCD 대신 CIS를 활용할 수 있게 된다. 또한 휴대폰등에 본 연구를 통해 개발된 CIS 가 장착된다면, 누구나 쉽게 고속 동작의 영상을 볼 수 있게 되므로 큰 경제적 부가가치도 발생할 것으로 기대된다. 실제로 2018년 현재 초고속 카메라가 휴대폰에 장착되어 출시된 바 있으며, 본 과제는 차세대 초고속 카메라의 사양과 일치하므로 본 과제의 기술이 차세대 초고속 카메라에 적용될 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 2.1 1차년도 연구 성과 ... 3
• 2.2 2차년도 연구 성과 ... 5
• 2.3 3차년도 최종 연구 성과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 10
• 5. 연구성과 ... 12
• 끝페이지 ... 13