30초 만에 얼음 사르르…삼성전기의 히팅 카메라모듈 기술

영하 30도에도 1분 만에 녹는 히팅 카메라모듈 개발

발수 코팅 기술로 시장 제품 보다 6배 이상 긴 수명

IT 카메라 핵심 기술로 전장용 카메라에도 초격차 기술 성과

삼성전기 전장광학팀장 곽형찬 상무가 전장용 카메라 모듈을 소개하고 있다.ⓒ삼성전기

삼성전기가 시장 최고 성능의 발수 코팅 기술과 히팅 기능이 탑재된 사계절 전천후(Weather Proof) 전장용 카메라 모듈을 소개했다. 이 전장용 카메라 모듈은 연내 양산된다.

삼성전기는 지난 14일 서울 중구 삼성전자 기자실에서 '제품학습회 SEMinar'를 갖고 새롭게 개발한 전장용 카메라 모듈을 설명하는 시간을 가졌다.

설명을 맡은 곽형찬 전장광학팀장 상무는 먼저 전장 카메라 기술 고도화가 왜 중요한지에 대해 언급했다. 최근 일어난 자동차 사고 일부는 자율주행센서가 트럭 흰색과 하늘색을 구별하지 못하거나, 악천후에 제대로 작동하지 못해 발생하는 등 기술 부족에 기인했다.

이같은 문제를 극복하기 위해서는 먼거리를 정확하게 식별하면서 끊김없는 센싱 기술이 필요하다. 눈, 성에, 안개 등 외부 환경 변화에 따라 기능이 저하되는 문제 해결도 마찬가지다.

삼성전기는 ▲유리와 플라스틱을 합친 하이브리드 렌즈 ▲발수 코팅 ▲렌즈 히터 ▲광량 조절용 조리개(IRIS) 기능을 두루 갖춘 전장용 카메라를 개발함으로써, 시장의 우려를 해소할 수 있게 됐다고 밝혔다.

성능과 안정성 확보한 전장용 하이브리드 렌즈

자동차용 카메라에 주로 사용하는 유리 렌즈는 빛을 잘 투과하고 굴절률이 높다. 렌즈 표면이 강해 흠집이 잘 나지 않기에 오랜 사용이 가능하며, 온도 안정성이 높아 열에 강하다는 특징이 있다.

하지만 무겁고, 충격에 약한 소재로 쉽게 깨질 수 있어 파손 위험이 있다. 또한 연마를 통한 가공으로 생산성이 낮고, 제품 단가도 높은 것이 단점이다.

스마트폰 카메라에 주로 사용하는 플라스틱 렌즈는 사출성형 방식의 제조 공법으로 대량 생산이 가능하고 가격 면에서도 유리 소재보다 유리하다.

뿐만 아니라 소재 자체의 무게도 적게 나가 경량화·소형화·형상자유도가 가능하다. 반대로 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 온도 변화에 의한 수축·팽창이 커 굴절률이 변화면서 성능 저하가 일어난다. 특히, 자동차와 같이 가혹한 외부환경에서 신뢰성 확보가 어렵다.

이러한 두 렌즈의 장점을 결합하고 단점을 보강한 제품이 하이브리드 렌즈다. 성능은 좋지만 비싸고 깨지기 쉬운 글라스 렌즈와 저렴하고 가볍지만 변형 가능성이 큰 플라스틱 렌즈의 장점을 살린 것이 특징이다. 삼성전기는 자사가 개발한 하이브리드 렌즈가 자동차 시장에서 후방/서라운드뷰모니터링 등 차량용 카메라로 탑재될 것으로 기대했다.

삼성전기 전장용 카메라 모듈ⓒ삼성전기

6배 이상 긴수명…세계 최고 성능 발수 코팅

자동차용 카메라에 물방울이 계속 남아 있으면 차선 변경, 움직임 감지 등 주행안정성을 감소시킬 수 있다. 따라서 렌즈에 물방울이 맺혀있을 때 빠르게 제거하는게 중요하다.

삼성전기가 개발한 발수 코팅 기술은 발수각을 최대화해, 물방울이 렌즈에 접촉하는 면적을 최소화해 물방울이 쉽게 날아갈 수 있도록 했다.

이러한 코팅은 햇빛 및 자외선에 노출되면 마모가 된다. 삼성전기가 자체 개발한 재료기술로 코팅한 발수 코팅 렌즈는 기존 시장에 있는 제품보다 수명이 약 6배 이상 길며, 흙먼지, 주차시 긁힘 등에 의한 마모가 되지 않도록 유지하는 성능은 약 1.5배 이상 수준이다.

곽형찬 상무는 "마모를 버티는 것이 관건인데 자사 제품은 시장 제품(6~7개월)과 달리 3년 이상을 버틸 수 있는 것이 특징"이라고 말했다.

영하 30도 극저온에도 1분 만에 사르르…능동적으로 온도 제어하는 렌즈 히터

겨울철에 김서림이나 성애 등으로 카메라가 오동작할 수 있기 때문에 이런 부분에 대한 방지책으로 히팅 카메라 기술이 요구된다.

삼성전기가 개발한 기술은 렌즈 부분을 데워 상시 항온을 유지한다. 카메라 모듈에 눈, 성에 등이 맺혀 있으면 1분 이내 녹고 히팅 동작할 때 일정한 온도를 유지하는 기술을 개발해 소모전류를 최소화 했다.

곽형찬 상무는 "영하 30도에서도 빠른 속도로 눈·성에를 제거할 수 있다"고 말했다.

실제 삼성전기를 실험을 통해 자사의 렌즈 히터 기능을 선보였다. 냉각스프레이를 렌즈에 대고 뿌리자 렌즈 전체 금새 얼어붙었다. 이후 중앙을 중심으로 서서히 냉각제가 사라지더니 불과 30초 만에 원래 상태로 돌아갔다.

냉각스프레이를 뿌렸을 당시 열화상카메라에는 영하 온도였으나 30초 만에 온도가 80도까지 상승했다. 회사측은 "히팅모듈 온도를 60~80도 수준을 유지하고 있으며, 온도가 올라가더라도 80도를 초과하지 않는다"고 설명했다.

삼성전기 전장용 카메라 모듈ⓒ삼성전기

세계 최초 자동차용 IRIS(조리개) 탑재 카메라모듈 개발

삼성전기는 세계 최초로 빛의 양을 조절하는 조리개를 탑재한 전장용 카메라 모듈도 개발했다.

조리개는 렌즈를 통화하는 빛의 양을 조절해 사진의 밝기를 조절하는 장치로 F값으로 수치를 표현한다. F값이 크면 조리개를 닫아 빛이 들어오는 양이 적어지고, 반대로 F값이 작아질수록 조리개를 열어 빛을 많이 받아들인다. 조리개는 빛의 양을 오차없이 조리개를 열었다 닫았다하는 정밀한 기구 설계 기술이 필요하다.

모바일용 카메라 모듈의 탑재한 조리개의 경우 대부분 실온에서 작동하지만 전장용의 경우 영하 40도, 영상 50도 등 가혹한 환경에서도 이상없이 작동해야 한다. 삼성전기는 핵심부품의 내재화 및 독자적인 기구 설계 기술 바탕으로 신뢰성이 확보된 전장용 IRIS 카메라 모듈을 세계 최초 개발했다.

삼성전기의 렌즈 히팅 기술을 시연하는 모습. 냉각스프레이를 뿌리자 30초 만에 원래의 모습을 회복했다.ⓒ데일리안 조인영 기자

IT 카메라 핵심 기술로  전장용 카메라에도 초격차 기술 성과

카메라모듈은 스마트폰, 자동차 등 다양한 분야에서 활용되며, 고화질, 소형/슬림화 및 저전력화, 고강성 등 높은 수준의 기술력이 필요하다. 삼성전기는 렌즈설계 및 금형기술, 고성능 엑츄에이터 제조 등 카메라모듈에 필요한 핵심기술을 바탕으로 주요 스마트폰 업체에 카메라모듈을 공급하고 있다.

특히 렌즈, 엑츄에이터등 핵심부품을 직접 설계, 제작하는 독자적인 기술력으로 고객이 원하는 차별화된 제품을 공급한다. 삼성전기는 모바일에서 축적한 기술을 토대로 고신뢰성의 전장용 카메라모듈을 개발/양산하며, 글로벌 자동차 업체와도 거래를 확대하고 있다.

글로벌 시장조사기관인 콘세직 비즈니스 인텔리전스에 따르면 전장용 카메라 모듈 시장 규모는 2023년 31억 달러에서 2030년 85억 달러로 연평균 약 13.8% 성장할 전망이다. 전장용 센싱 카메라의 사양과 탑재 개수가 늘어나는 추세에, 동사의 전기차용 카메라 모듈 매출과 비중 또한 꾸준히 성장 중이기 때문이다.

전장용 카메라 모듈 시장은 자율주행 기술이 발전함에 따라 고성장(차량 한대당 카메라 모듈 4~5개 → 20개까지 적용, 탑재량 지속적인 증가)이 예상되는데, 삼성전기는 IT용 카메라 모듈 기술력(Big Sensor, 가변조리개, 폴디드줌)을 바탕으로 전장용 카메라 모듈 시장에서도 ‘핵심 플레이어’가 될 준비를 마쳤다고 강조했다.

전장용 카메라 모듈 시장 성장이 예상되는 요인은 ▲ 안전 규제 법제화 ▲ ADAS/AD 고도화 ▲ 주차지원 등 안전과 편의 추구 ▲ 카메라 모듈의 고화소/고성능화 등이다.