1 lux 이하에서 플래시 없이 촬영 가능… 연간 1조원 수입 대체 효과현재 이미지센서를 대표하는 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)가 아닌 제3의 이미지센서가 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 상용화를 앞둔 이 이미지센서 칩은 기존 CCD나 CMOS와는 전혀 다른 기술로서 부품소재 분야의 원천기술을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다.물리학의 기초이론인 양자역학을 응용해 개발된 일명 ‘SMPD(Single Carrier Modulation Photo Detector) 이미지센서’는 새로운 수광 원리를 채택하고 나노기술을 접목시킴으로써 고집적의 고감도 센싱 기능을 구현했다.전자부품연구원(KETI, 원장 김춘호) 나노광전소자연구센터 김훈 연구팀이 개발한 이 고감도 이미지센서는 기존 이미지센서에 비해 최고 1/1000 수준의 빛을 감지할 수 있어 1 lux(촛불 하나의 밝기로부터 1m 떨어진 곳에 있는 조명도) 이하의 어두운 장소에서도 플래시 없이 사진이나 동영상 촬영이 가능하다.김훈 박사는 “양자역학을 응용하여 광자(photon, 빛 알갱이) 하나로 수천 개 이상의 전자를 만들어서 선명한 영상 신호(carrier)를 발생시키는 원리를 이용해 사람 눈의 망막세포와 동일한 기능을 하는 나노 이미지센서를 개발했다”고 밝혔다. 즉, 이 원리를 적용하면 광자 수천 개면 수백만 개의 전자를 만들어낼 수 있기 때문에 저조도에서도 고감도 촬영이 가능해지는 것이다. 지금까지 이미지센서는 최소 100만 개의 광자가 투입되고 같은 수의 전자가 방출되어야 기능을 발휘하는 것으로 알려졌다. 하지만, 김박사는 극단적으로 광자 하나만으로도 영상을 만들어낼 수 있다고 보았던 것이다.김박사는 “개발된 나노 이미지센서 칩은 디지털카메라, CCTV 등에 적용되는 CCD 이미지센서와 휴대전화 카메라 모듈 등에 적용되는 CMOS 이미지센서에 비해 크기는 절반 밖에 안되지만 500배 이상의 감도를 실현시켰고, 영상 신호 증폭 등에 들어가는 비용을 최소화해 비용절감 효과를 가져와 생산단가를 1/100 수준으로 낮출 수 있다”고 밝혔다. 전력 소모도 적어서 향후 IT 분야 외에 의료, 군사, 자동차, 산업용 기기, 환경산업 등 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 전망된다.KETI의 연구팀으로부터 지난 2003년 기술을 이전받아 상용화를 추진하고 있는 플래닛82(Plnnet82)의 윤상조 대표는 “현재 소니, 샤프 등 일본 업체가 연간 7조원에 육박하는 이미지센서 칩 시장의 90% 이상을 장악하고 있다는 점을 감안할 때, 국내에서만 연간 1조원 이상의 수입 대체 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.플래닛82는 이 이미지센서 칩 원천기술을 각 분야 수요 기업에 이전하고, 이를 통해 조기 상용화를 이룰 계획이다. 이 회사는 이번에 시연한 30만 화소급 제품에 이어, 내년 2분기 중에 130만 화소급 제품을 선보일 계획이다.이미지센서의 새로운 표준 제시지난 11월 10일 열린 SMPD 이미지센서 칩 시연회에서, 실제 20 lux 하에서 CMOS 센서는 반응을 보이지 않았고 CCD는 물체의 형상만 구분할 수 있을 정도였다. 10 lux 하에서는 CCD 센서도 사물의 형상만 구분할 뿐 피사체 식별이 불가능했지만, SMPD 센서는 30프레임의 동영상을 확실히 포착했다. 그러나 1 lux 하에서는 SMPD 센서만이 움직이는 장난감 기차를 포착할 수 있었다(사진 2).김훈 박사는 “SMPD 이미지센서 칩을 8인치 웨이퍼로 제조하여 93%의 수율을 달성했다”면서 곧 상용화가 임박했음을 시사했다. 또 그는 연구를 더욱 진전시켜 단일 광자를 검출할 수 있는 센서를 개발하고 단일 광자 검출원리를 이론적으로 밝혀 낼 계획인 것으로 알려졌다.앞으로 나노 이미지센서 기술은 디지털전자 분야 외에도 국방, 의료, 자동차, 산업용 기기, 환경 등 광범위한 분야에 활용될 것으로 전망된다(표 3).
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