[테마특강] 카메라모듈의 변천과 현재

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　오늘날 카메라폰은 모바일 통신기기를 대표하는 생활의 동반자처럼 느껴지고 있다. 카메라폰은 10년 남짓한 매우 짧은 역사를 가지고 있는데도 도저히 믿기 어려운 폭발적인 확산력을 보여주고 있다.

　IDC에 따르면 2008년 전 세계 휴대폰 생산량이 11억대를 웃돌 것으로 예상되는데, 이 중 카메라폰은 약 65%에 이르는 7억3000만대에 이를 것으로 추산된다.

　카메라 모듈은 휴대폰에 새로운 기능을 찾고자 하는 노력에 힘입어 지난 2000년 11월 일본에서 첫선을 보였다. 처음 탄생한 카메라폰에는 10만화소급이 채택됐으며, 이때부터 카메라 모듈의 기본 발전방향은 모바일기기 부품 특성에 따라 ‘소형화’였다. 이를 위해 당시 디지털카메라에 적용되던 기계적 셔터, 자동초점 등 대부분의 부가기능을 제외한 고정형 카메라가 채택됐다.

　◇카메라 모듈 시장 급격 확대=국내에서는 2002년 30만화소 제품을 효시로 카메라폰 시장이 열리기 시작했으며, 당시에는 주로 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 선호했다. 대부분의 카메라폰은 일본에서 카메라 모듈을 수입해 적용하는 방식으로 개발됐고, 이후 가격 경쟁력이 있는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 모듈로 전환되면서, 카메라 모듈 시장은 급격히 확대됐다. 2003년 말에는 국내 휴대폰의 80%가 카메라폰일 만큼 가히 폭발적으로 대중화가 이뤄졌다.

　카메라 모듈은 기본적으로 모바일기기에 맞는 소형화 개발을 기본으로 하면서, 현재 최대 1200만화소 이상 디지털카메라의 모든 고급 기능들을 포함하기 위한 노력을 꾸준히 하고 있다.

　초창기 카메라폰에서는 ‘CCD인가 아니면 CMOS인가?’ ‘모듈의 화소수가 얼마인가?’가 카메라폰 고사양의 기본 척도가 됐었다. 실제로 저조도 상에서의 노이즈 특성 및 동적 레인지와 같은 화질은 CCD급과 CMOS급 카메라가 매우 상이하게 나타났을 뿐 아니라, 10만화소급 카메라가 대부분이었던 시절, 촬영된 이미지를 PC 모니터 상에서 확대했을 때 해상도가 매우 떨어지는 것을 확연이 느낄 수 있었다. 이에 카메라 모듈은 고화소 경쟁이 치열하게 이뤄지며 2005년 200만화소급 카메라 모듈이 개발됐고, 고기능을 위한 자동초점(AF) 모듈이 시장에 선보이기 시작했다.

　2005년 초 카메라 모듈 업계에서는 이런 추세가 이어져 2005년 이후 메가급 이상의 고화소 카메라 모듈이 대세를 이룰 것이며, 이와 병행해 고기능에 해당하는 2메가 픽셀 매크로 또는 2메가 픽셀 자동초점(AF) 및 3메가 픽셀 이상의 줌 카메라 모듈 시장이 빠르게 다가올 것으로 예상했었다.

　그러나 모토로라의 레이저폰이 슬림폰의 강점을 앞세워 단일 모델로는 최고 판매량을 기록했고, 이 영향으로 전 세계 카메라폰 개발 트렌드가 슬림화로 전환됐다. 당시 개발되던 많은 2메가 이상의 고화소 AF 카메라 모듈들이 슬림폰 영향으로 고정형 슬림 모듈로 전환됐으며 화소수도 VGA 및 1.3메가급 카메라 모듈이 주를 이루게 됐다.

　◇VGA 및 1.3메가 모듈이 롱런=현재까지도 카메라 모듈 시장은 많은 전문가가 예측했던 것과는 달리 VGA 및 1.3메가 시장이 지속되는 양상을 보이고 있다. 이는 고급형 카메라의 대표적 특징으로 생각되는 고화소보다는 디자인 및 실용성 측면에서의 슬림폰이 대세가 되면서 카메라 모듈이 5㎜ 이하를 보장해야 하고, 저가폰에도 카메라 장착이 기본 사양으로 들어가면서 VGA급 카메라 모듈이 계속 사용되기 때문이다. 또 3세대(G) 폰으로의 전환기를 맞아, 고사양 카메라폰에서 영상통화용 VGA급 카메라와 이미지 촬영을 위한 고화소 카메라 모듈이 동시에 사용돼, VGA급 카메라 모듈의 수요가 줄지 않고 있어 VGA 및 1.3메가 모듈이 롱런하고 있다.

　그렇지만 결국 카메라 모듈 기술 개발의 기본 방향은 800만화소급 이상까지도 가능한 디지털카메라에 고급 기능인 고화소, 줌, 자동초점, 제논 플래시, 조리개, 셔터 등을 갖추는 방향으로 가게 될 것이다.

　이미 고급형 카메라폰 시장에서는 3메가, 5메가 자동초점 기능의 카메라 모듈들이 장착되는 추세다. 슬림폰 경향이 고기능 AF 적용을 위해 포기되기보다는 슬림하면서도 AF 기능이 가능하도록 하는 구동계의 기술력 확보가 이를 가능하게 하고 있다.

　5메가 AF 카메라모듈이 장착된 카메라폰은 고기능 고가폰 위주로 만들어지고 있으며, 카메라 쪽 고기능으로는 자동초점 기능을 기본으로 하고, 손떨림 보정기능, 영상내 얼굴 인식기능, 제논 플래시 장착 등의 기능들을 주요 특징으로 내세우고 있다. 이러한 기능이 떠오르는 데는 여러 가지 이유가 있으나, 기본적으로는 소형화와 고화소가 핵심이다.

　◇사용자들 고화소 카메라에 기대감 높아=사용자들은 고화소 카메라는 당연히 좋은 화질을 확보할 것이라는 막연한 기대감을 갖고 있다. 그러나 아이러니하게도 고화소 카메라 모듈이 작은 크기로 구현되면, 이미지 센서 내 동일 면적에 많은 화소를 만들어야 하고, 각 화소의 크기가 작아져야 한다.

　따라서 촬영 시 저화소급 픽셀보다 빛을 받을 수 있는 절대 면적이 줄어들어 저조도 화질 특성에서는 오히려 불리한 측면이 있을 수 있다. 저조도 특성 개선을 위해 셔터를 오래 여는 방식을 선택하게 되면 영상 데이터가 많은 5메가 모듈에서는 초당 프레임 수가 많아지게 되고, 사용자가 촬영 시 손을 떠는 것에 영향을 받아 샤프니스가 떨어지거나 심하면 영상이 왜곡되기까지 하는 현상을 보일 수도 있다.

　따라서 고화소면서도 좋은 화질을 확보하기 위해서는 충분한 광량이 필요하며, 느린 촬영 프레임 속에서도 좋은 샤프니스를 유지해야만 한다. 이에 AF 기능을 기본으로 하면서 손떨림 보정 기능과 정확한 AF를 하기 위한 영상 내 얼굴 인식기능을 채택하려는 움직임과 더불어, 퀵 AF 적용을 적극 검토하고 있다. 또 어두운 곳에서도 좋은 영상을 얻기 위해 LED보다 광량이 상대적으로 충분한 제논 램프를 적용하기도 한다.

　제논 램프 및 광학 줌의 기능은 기존 디지털 카메라에서는 많이 사용되던 것이었으나 높은 전압을 사용하거나, 구동을 위한 주변회로가 많아 휴대폰에 적용하는 것은 실제로 어려운 실정이었다.

　◇카메라 모듈 진화 계속 돼=그러나 현재의 휴대폰 개발 추세는 베이스 밴드 칩 처리속도가 향상되고 다양한 성능이 발달하면서 멀티미디어 기능이 강화되고 MP3, DMB 등의 영향으로 전체 부품이 차지하는 공간이 작아졌다. 또 최근 사용자인터페이스(UI)를 위한 키패드도 터치스크린 방식 적용이 활발히 검토되고 있어, 기존 폰보다는 공간 활용도가 매우 높아졌다. 따라서 동일한 기능을 구현하면서도 좋아진 단말기 내 공간 활용도는 제논 플래시, 3배 광학 줌 카메라 등의 새로운 부가기능을 구현할 수 있는 환경을 만들어주고 있다. 실제로 이미 모바일기기에 제논 램프가 장착된 5메가 AF 카메라 폰들이 속속 출시되고 있다.

　이 외에도 카메라 모듈은 카메라폰에 국한되지 않고 멀티미디어 시대에 걸맞은 진화를 거듭하고 있다. 차량용 전후방 카메라와 CCTV, ATM 장비 내 감시카메라, 일반 가정 내 비디오폰 등이 그 예다. 특히 차량용은 사각지역의 시야각 확보 외에도 차량 주행의 안전성과 편리성을 고려한 차선 인식 및 사이드 미러 부분에 장착돼 주변 차량의 접근을 센싱하는 분야와 심지어는 무인 자동주차 기술 확보에 이르기까지 응용분야 및 활용분야가 무궁무진하다.

　한편, 카메라모듈 소형화와 가격 경쟁력 확보에 힘입어 일반 영상촬영용이 아닌 광센서, 지문인식센서, 가스·전기 무인 검침 센서와 같은 영상 센서로까지 발전을 거듭하고 있다.

　현재 카메라폰 시장은 기술 경쟁이 심화되면서도 하루가 다르게 성장하고 있다. 시장에서 요구하는 가격 경쟁력 있는 소형, 고화소, 고기능의 기술 개발을 위해 국가적 차원에서 관련 원천기술 분야를 집중 육성하게 된다면 이는 향후 휴대폰 시장에서 성장엔진으로 작용할 카메라모듈 업계뿐 아니라, 국가 전체의 경쟁력을 한 차원 끌어올릴 수 있는 좋은 밑거름이 되리라 기대한다.

　leader@mcnex.com

　

◆민동욱 엠씨넥스 사장 약력

1998년: 동국대학교 전기공학 학사

1997∼2001년: 현대전자 휴대폰 개발 연구원

2001∼2005년: 팬택앤큐리텔 선임 연구원

2005년 6월∼현재: 엠씨넥스 대표이사

2006년: 전자의 날 대통령 표창

2007년 4월∼현재: 중소기업진흥공단 최고경영자클럽(SBC CEO Club) 서울수도권 지부장