디지털카메라의 이미지 센스 CCD와 CMOS의 이해와 차이
디지털 카메라 역사에서 이미지 센서의 중요성을 빼놓을 수 없다. 이미지 센서는 디지털 카메라와 카메라폰 모듈 등에 탑재해 외부에서 빛을 받아들여 전기적 신호로 전환하는 기능을 하는 반도체 소자다. 이미지 센서는 크게 출력부까지 전송되는 방식에 따라 ‘전하결합소자(CCD)’와 ‘상보성금속산화물 반도체(CMOS)’ 이미지 센서로 나뉜다.
첫 이미지 센서는 CCD였다. 67년부터 개발을 시작해 70년 벨연구소에서 개발한 것으로 전해진다. 1호 CCD는 흑백이었는데 75년 코닥 엔지니어였던 스티브 세손(Steve J Sasson)이 흑백 100×100 픽셀 초기형 CCD를 장착해 시제품 카메라가 출시된 이후 CCD 개발은 활기를 띠었고, 80년대 후반에는 일본에서 CCD 이미지 센서 관련 특허 출원이 급증해 전체 특허 건수가 급격히 늘어났다. 본격적인 상업화에 돌입한 것이다.
반면 CMOS 아이디어가 나온 것은 1960년대 후반이지만 실용화는 미세가공 기술이 보편화한 1990년대 이후다. CCD는 저잡음에서 신호 출력이 가능하며 화소간 균일성을 유지해 CMOS에 비해 고화질을 구현할 수가 있다.
하지만 최근 CMOS 센서가 반도체를 포함한 여러 가지 부품을 하나의 칩에 집적하는데 유리하다는 장점을 내세워 시장을 넓혀 가고 있다. ‘원칩’화뿐 아니라 CCD 이미지 센서 대비 가격도 절반 수준이고 양산에도 유리하다. CCD 제품에 비해 저소비 전력을 구현할 수 있다.
CCD칩 업체는 소니·샤프·파나소닉이,
CMOS 업체 군에는 소니·마이크론·옴니비전·캐논·산요 등이 포진해 있다.
그런데 최근 고급형(하이엔드) 콤팩트 디지털 카메라에 탑재되는 이미지 센서가 ‘CCD’에서 ‘CMOS’타입으로 점차 옮겨가고 있다. 그동안 CMOS는 DSLR에서, 콤팩트 제품에는 CCD 타입이 대세였다. 그러나 최근 프리미엄 제품을 중심으로 CMOS를 사용하는 사례가 크게 늘고 있다.
후지필름은 2010년 디카 라인업을 발표하면서 처음으로 CMOS를 탑재한 하이엔드 제품을 선보였다. 후지필름 이경훈 팀장은 “카메라 사용자가 고속과 연속 촬영 기능을 사용하는 경우가 많아졌다”며 “이 때문에 CCD에 비해 빠른 반응속도를 보이는 CMOS를 채택했다”고 말했다.니콘 콤팩트 카메라 역시 하이엔드 모델 ‘P100’에 CMOS를 탑재하기 시작했다.
디지털 카메라 시장에 CCD가 대세였던 이유는 화질이 앞섰기 때문이다. 노이즈도 적었다. 때문에 CMOS는 주로 휴대폰용과 저가 디지털 카메라의 몫이었다. 이랬던 것이 90년대 말부터 바뀌었다. 당시 카메라 사용자들은 연속· 고속 촬영 기능에 목말라했다. 그 결과, 데이터를 불러들이는 속도가 상대적으로 빠른 CMOS에 시선이 모였다. 기술 발전에 따라 화질 열세가 극복됐고 가격도 이전보다 저렴해졌다. 발열량이 적어 전력 소비도 줄어들었다는 장점도 개발자가 CMOS를 다시 바라보는 요인이었다.
이에 캐논은 독자 기술을 기반으로 CMOS 센서 양산을 시작했다. 캐논 CMOS 센서는 초당 약 10프레임을 촬영하는 고속 연사가 가능하기 때문에 사용자의 욕구를 충족시켜 줄 수 있었던 것. CCD와 CMOS 생산 기술을 동시에 보유한 소니도 CMOS에 집중하는 추세다.
소니 DSLR 중 ‘알파 450’ 이상 제품에는 CMOS가 탑재됐다. 한편 보급형 콤팩트 카메라는 여전히 CCD가 강세다. DSLR과 달리 캐논의 콤팩트 카메라에는 대량생산이 쉽고 노이즈가 적어 CCD 센서를 사용하고 있는 것이다.
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by 레몬박기자
