KETI-RD-2005066

카메라폰 광모듈 광학계 및 auto focusing

구동 메카니즘 기술지원

2005. 8.

지원기관 : 전자부품연구원

지원기업 : 방주광학(주)

산 업 자 원 부

관리번호:

종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 카메라폰 광모듈 광학계 및 auto focusing 구동 메카니즘 기술지원

지원책임자소속 : 전자부품연구원

성명 : 박광범지원기간

2004. 9. 1. 부터

2005. 8. 31. 까지

사업비 규모

총 260백만원

지원기관의

참여연구원

박광범 책임연구원

박효덕 수석연구원

박준식 책임연구원

정 부 출 연 금 : 130백만원

기업부담금현금 : 78백만원

현물 : 52백만원

부품ㆍ소재종합기술지원사업운영요령 제 18조의 규정에 의해 종합기술 지원사업

수행에 대한 기술지원 성과보고서를 제출합니다.

첨 부 : 기술지원성과보고서 5부

2005년 8 월 31 일

(작성자) 지 원 책 임 자 : 박 광 범

(지원기관장) 전자부품연구원 : 김 춘 호

(확인자) 방주광학(주)대표 : 정 연 훈

부품소재통합연구단장 귀하

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀하

본 보고서를 "카메라폰 광모듈 광학계 및 auto focusing 구동메카니즘 기술 지원"

(지원기간 : 2004. 9. 〜 2005. 8.) 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2005. 8. 31.

지원기관 : (기관명) 전자부품연구원

(대표자) 김 춘 호

지원기업 : (기업명) 방주광학산업(주)

(대표자) 정 연 훈

지원책임자 : 전자부품연구원 박 광 범참여연구원 : 전자부품연구원 박 효 덕참여연구원 : 전자부품연구원 박 준 식참여연구원 : 방주광학(주) 김 휘 운참여연구원 : 방주광학(주) 박 수 찬참여연구원 : 방주광학(주) 주 은 범참여연구원 : 방주광학(주) 박 영 수

기술지원성과 요약서

1. 사업목표

◎ 카메라폰 광학계 및 auto focusing 구동 메카니즘 기술 지원

-카메라폰 광학계 설계 지원

-Auto focusing을 위한 광학계 분석

-Auto focusing 구동 메카니즘 선진사 제품 분석 및 기술 지원

2. 기술지원내용 및 범위

o 카메라폰 광학계 설계 지원 및 auto focusing을 위한 광학계 분석

-고해상도 렌즈 광학계 설계기술 교육

-카메라폰 광학모듈에 적용을 위한 초소형 auto focusing 광학계 설계 지원

-렌즈모듈 설계지원 :

• 렌즈구조 : 2Plastic2Glass

• 렌즈모듈 크기 : Φ7.2mm x 6.5mm(높이)

o Auto focusing 구동 메카니즘 선진사 제품 분석 및 기술 지원

-국내외 논문 및 특허자료 분석 기술 개발 동행 조사

-선진사 제품의 auto focusing 및 줌 기능 구동 메카니즘 분석

-Auto focusing을 위한 구동을 위한 초소형 구동기설계 및 제작기술 지원

o 카메라폰 관련 기술동향 국내외 기술개발 동향 자료 지원

3. 지원실적

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

카메라폰 광학계 설계

지원광학계 설계 능력 미약

-메가픽셀급 렌즈설계 능력

향상

Auto focusing 을 위 한

광학계 분석

고정 초점용 메가 픽셀급

광모듈 생산에 국한됨

-AF기능 데가 픽셀급 렌즈

모듈 자체설계 생산능력 확

보

Auto focusing 구동 메

카니즘 선진사 제품 분

석 및 기술 지원

-경험없음

-AF 광학모듈 제품 생산

가능성 확인

-AF 구동기 설계 제작

4. 기술지원 성과 및 효과

1) 해당기술 적용제품

o 적용제 품명 : 2메가 픽셀급 auto focusing(AF) 광학모듈

o 모 델 명 : 2메가 픽셀급 auto focusing(AF) 광학모듈

2) 품질 및 가격

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 100% - 115% 상대 비율 표시

경쟁제품 대비 가격 100% - 115% 상대 비율 표기

3) 원가절감 효과

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 500백만원/년 ( %)

인건비 절감 100 백만원/년 ( %)

계 600백만원/년 ( %)

4) 적용제품 시장전망(매출성과)

구 분 당해 연도(2004)매출 차년도(2005) 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 20,085백만원/년 22,000백만원/년 10%

수 출 19,000 백만원/년 23,000백만원/년 21%

계 39,085백만원/년 45,000백만원/년 15%

5) 수입대체효과

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러/년 천달러/년 천달러/년

천달러/년 천달러/년 천달러/년

계 천달러/년 천달러/년 천달러/년

6) 해당기술의 기술력 향상 효과

메가 픽셀급 카메라폰의 광학모듈은 높은 정도의 기술설계 기술을 요구하고 있

으며, 특히 최근 들어서 단순한 고정 초점식의 광학모듈에서 벗어나 디지털 카

메라의 자동초점 및 줌 기능과 같은 고기능을 카메라폰의 광학모듈에 추가되는

것을 요구 하고 있다. 따라서 현재의 고정 초점식의 렌즈모듈 생산에서 자동초

점 기능을 갖는 메가 픽셀급 렌즈 모듈 기술과 초소형 구동기 기술을 확보함으

로써 보다 높은 부가가치 제품의 생산과 함께 시장경쟁력을 높이는 효과과 있

음.

7) 기술적 파급효과

-메가 픽셀급 렌즈모듈 기술 확보

.기존에 단순 렌즈모듈 생산에서 자체적으로 데가 픽셀급 렌즈설계 기술을 확보

함.

.자체 렌즈설계 기술 확보로 부가가치 높은 데가 픽셀급 렌즈모듈 제조

-AF 광학모듈용 구동기 개발

.자동초점 기능을 갖는 광학모듈 기술을 확보함으로써 기술 경쟁력 확보

.시장에서 요구하는 신제품 개발

5. 적용기술 인증, 지적재산권 획득여부

1) 규격, 인증획득

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

2) 지적재산권

종 류 명칭 번호발명자

(고안자)권리자 실시권자

비고

(등록, 출원)

6. 세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 11 건카메라폰 광학모듈의 및 광학계 및 구동기에 대

한 기술 습득 및 확보

시제품제작 2건 AF 광학모듈 설계 기술 확보

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 1건 카메라폰 메가 픽셀급 광학계 설계 기술 확보

기술마케팅/경영자문 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

지원기업 방문회수 23건 카메라폰 광학계 및 구동기 기술 지원

기 타 건

7. 종합의견

본 부품소재종합기술지원사업을 통해서 기술지원업체는 200만 화소급 렌즈모듈

을 설계할 수 있는 기술을 확보하였으며, 또한 자동초점 기능과 같은 광학기능

을 수행할 수 있는 초소형 구동기 기술을 확보함으로써 당업체의 현 생산 제품

의 생산성을 향상과 고 부가가치 있는 제품을 생산할 수 있게 되었다. 또한 기

술 및 시장경쟁력을 유지 및 향상시키기 위해서는 이와 같은 기술지원 및 기술

개발을 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

□ 연구과제(세부과제) 성과

1. 과학기술 연구개발 성과

□ 논문게재 성과

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

(11) 저자(12)

학술지명

(13)

Vol.

(No.)

(14)

국내외

구분

(15)

SCI

구분주저자

교신

저자

공동

저자

2. 사업화 성과

□ 특허 성과

o 출원된 특허의 경우

세부사항(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

o 등록된 특허의 경우

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

□ 사업화 현황

사업화 세부사항

(9)사

업화

명

(10)사업

화내용

(11) 사업화 업체 개요(12)

기 매출액

(백만원)

(13)

당해년도

매출액

(백만원)

(14)

매출액

합계

(백만원)

업체명 대표자 종업원수사업화

형태

주 11) 사업화 업체 개요의 사업화 형태는 1. 연구책임자 창업，2. 기술이전에 의

한 창업, 3. 창업지원, 4. 기존업체에서 상품화 중에서 선택하여 번호 기입

□ 고용창출 효과

고용창출 세부사항(9)

창업

(명)

(10)

사업체 확장

(명)

(11)

합계

(명)

주9) 창업의 경우는 “2. 사업화 성과”에서 사업화 현황의 종업원 수를 기입

10) 사업체 확장에 의한 고용창출은 국가연구개발사업을 통해서 기업체의 팀이나

부서의 신규 생성 및 확대에 의한 것을 의미하며 확인된 경우만 기입

□ 세부지원실적 증빙 내용

1. 기술정보제공 : 11 건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2004.10.06 AF module 분석 유

2 2004.10.25 메카픽셀폰 산업분석 유

3 2004.11.03 AF module 내부분석 및 구동 유

4 2004.11.11 Camera phone 광학계설계 유

5 2004.12.24 선진사 카메라폰 광 모듈 분석 유

6 2004.12.27 AF-Zoom lens unit 시장 전망 유

7 2005.01.06 초음파 모터 관련 논문 유

8 2005.01.14 렌즈 분석 및 VCM 설계 유

9 2005.05.04Camera phones and MMS (Japan's

Camera Phone Market)유

10 2005.06.15 2M급 렌즈모듈 설계도 유

11 2005.08.22 구동기 특성 및 AF 모듈 특성 Data 유

2. 시제품제작 : 2건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2005.07 AF 카메라폰용 구동기 제작 유

2 2005.082Mega급 AF 카메라폰 렌즈

제작유

3. 시험분석 : 5 건

NO. 일자 구체적 내용 증빙 유무

1 2004. 10. 01 AF module X-ray 내부 검사 유

2 2004. 11. 02선진사 카메라폰 광 모듈 X-ray 내부

검사유

3 200. 06. 이 초소형 초음파 모터 내부 검사 유

4 2004. 12. 12선진사 AF 카메라폰 구동기 구동

특성 분석유

5 2005.02. 12 시작품 AF 구동기 구동특성 분석 유

목 차

제1장 서론

제1절 기술지원 필요성

제2 절 기술지원 목표

제3 절 기술지원 내용

제2장 본론

제1절 기술지원 성과

1. 렌즈 모듈 설계 지원

2. Auto focusing(AF)을 구동기 기술 지원

3. Auto focusing(AF) 선진사 제품 분석 기술 지원

제2절 기술지원 수행

1. 기술정보 지원

2. 선진사 카메라폰 제품의 AF 광학 모듈 분석 지원

3. 광학계 설계 및 구동기 기술 지원

제3장 결론

부 록

1. 기술지원일지

2. 카메라폰 특허분석

3. 국제학회참석요약

4. 기술동향 자료

5. 선진사 제품분석

제1장 서론

제1절 기술지원 필요성

휴대폰의 기술 발전은 정보화 사회로의 변화속에서 급속하게 발전이 이루어지고 있

는 분야이다. 휴대폰은 초기에 음성 정보의 전달에서 문자 정보 전달로 발전했으며

최근에는 문자 정보에서 고화질의 정지화상 및 동영상 정보까지 전달할 수 있게 되

었다. 이와 함께 휴대폰은 카메라 기능이 포함된 카메라폰이 등장하게 되었으며, 초

기의 카메라폰은 휴대폰과 카메라 모듈이 분리되어 필요에 따라 결합하여 사용하는

방식의 흑백 GVGA급 정도의 정지 화상 정보를 저장하는 수준이었다. 그러나 현재

의 카메라폰의 화상 정보 수준은 수메가급 이미지를 처리할 수 있는 수준까지 와

있다.

카메라폰의 발전 방향은 얼마 전까지만 해도 이미지의 해상도를 증가시키는데 중점

을 두고 발전해 왔다. 그러나 카메라폰의 화소가 메가급 해상도에서는 더 이상 단

순한 이미지의 해상도 증가에 따른 제조 비용의 증가 보다는 기존 디지털 카메라가

갖고 있는 자동초점(autofocusing), 줌(zoom) 및 셔터 기능과 같은 보다 다양한 광

학적 기능을 갖는 카메라 폰의 기술 개발이 진행되고 있다. 현재 상용화 되고 있는

자동초점 및 줌 기능을 갖고 있는 카메라폰 광학 모듈의 핵심기술로는 고해상도에

화상을 담을 수 있는 렌즈모듈 설계 기술과 렌즈모듈에 자동초점과 줌 기능을 수행

할 수 있게 하는 초소형 구동기 기술이 있다.

본부품 소재 종합기술지원사업을 통해서 기술지원업체가 렌즈 모듈 설계 기술과 초

소형 구동기 기술을 확보함으로써 현재 생산중에 있는 렌즈 모듈의 생산성 향상과

함께 보가 부가가치가 높은 제품 생산을 할 수 있게 함으로서 국내외적으로 시장경

쟁을 높일 수 있을 것으로 기대되어진다.

제 2 절 기술지원 목표

제 3 절 기술지원 내용

o 카메라폰 광학계 설계 지원 :

- 기존 카메라 폰의 광학계를 분석지원,

- 현재 생산중인 제품에 적용 타당성을 파악한 다음, 자체 광학계 설계를 위한 자

료 및 기술을 지원

- 지원기업에서 카메라폰에 적용 가능한 광학계를 설계 지원

o Autofocusing(AF)을 위한 광학계 설계지원 :

- AF를 위한 광학계 설계 기술 지원

- 카메라 폰에 AF 기능 적용된 선진사 기술 분석 지원

o Auto focusing(AF) 구동 메카니즘 선진사 제품 분석 및 기술 지원

-AF 구동 메카니즘에 관한 기술자료(논문, 특허) 분석 및 기술지원

-AF 기능과 관련된 선진사 제품 분석 지원

제2장 본론

제1절 기술지원성과

1. 렌즈 모듈 설계 지원

현재 메가 픽셀급 카메라폰의 이미지 해상도는 100만 ~200만 화소급이 주종을 이

루고 있다. 카메라폰의 광학 모듈에 들어가는 렌즈모듈은 공간의 제약조건 때문에

초소형화해야 하며 이러기 위해서는 가능한 렌즈 매수를 최소화해야 한다. 또한 렌

즈모듈이 자동초점 및 줌 기능과 같은 고기능을 수행하기 위해서는 초소형 액추에

이터로 구동할 수 있는 경량화된 무게로 렌즈 모듈이 제작되어야 한다.

VGA급 카메라 렌즈모듈에서는 렌즈의 매수가 1~2매 정도면 충분히 설계 제작이

가능하였지만 100-200만 화소급의 렌즈 모듈에 들어가는 렌즈의 매수는 최소한

3~4매 정도가 사용된다. 메가 픽셀급 렌즈모듈의 구성은 3P(plastic)1G(glass),

2P2G, 3P 등으로 구성되어진다. 일반적으로 많이 사용되는 구성은 2P2G이로써 색

수차 보정, 이미지 선명도 개선 등에서 장점을 갖고 있다. 본 기술 지원에서는 200

만 화소급 광학 모듈에 적용될 수 있는 2P2G 구조의 렌즈모듈에 대해 설계기술을

지원하였다.

200만 화소급 렌즈 모듈 설계 사양을 표1에 나타내었다. 광학 모듈에 사용되는 이

미지센서의 크기는 1/3.2" CMOS image sensor(CIS)를 사용하는 것으로 하였으며,

AFV(angular field of view)는 64°, 이미지 왜곡은 ±1% 이내, MTF는 180line/mm

에서 30%(at 95%field) 이상으로 설정하였다.

렌즈모듈 설계는 CODE V를 사용하였으며, 렌즈모듈 설계의 최적화를 수행하였다.

그림 1에 200만 화소급 이미지 구현을 위한 2P2G로 구성된 렌즈계의 최적화된 렌

즈 형상을 나타내었다. 최적화된 렌즈모듈의 MTF, 수차, 이미지 왜곡, 색수차의 결

과를 그림 2, 3, 4, 5에 나타내었다.

플라스틱 비구면 렌즈를 제작하기 위한 제작된 테스트 사출 금형을 그림 6에 나타

내었다. 사출 금형에는 대칭 2cavities 구성되어 있으며, 사출된 플라스틱 비구면

렌즈의 모습을 그림 7에 나타내었다. 제작된 플라스틱 비구면 렌즈에 대한 형상 측

정 결과를 그림 8, 9, 10, 11에 나타내었으며, 사출된 렌즈의 형상오차가 모두 양

호한 결과를 나타내었다.

그림 12에 제작된 플라스틱 및 유리 렌즈와 함께 렌즈를 정밀 조립하기 위한 렌즈

기술물과 제작된 AF 모듈을 나타내었다.

표 1. 2M급 렌즈모듈 설계 사양

그림 1. 2M급 렌즈 모듈의 최적화된 렌즈 형상

그림 2 2M급 최적화된 렌즈 모듈의 MTF

그림 3 최적화된 렌즈 모듈의 구면수차， 상면만곡 및 왜곡수차

그림 4 최적화된 렌즈모듈의 정방형 패턴의 이미지 왜곡 결과

그림 5 최적화된 렌즈 모듈의 색수차

그림 6 제작된 플라스틱 비구면렌즈 사출테스트금형

그림 7 사출된 플라스틱 비구면 렌즈

그림 8 플라스틱 비구면 렌즈S1 면의 형상측정과 형상오차

그림 9 플라스틱 비구면 렌즈 S2면의 형상측정과 형상오차 측정

그림 10 플라스틱 비구면 렌즈 S3면의 형상측정과 형상오차 측정

그림 11 플라스틱 비구면 렌즈 S4면의 형상측정과 형상오차 측정

그림 12 제작된 렌즈들과 렌즈모듈 구성 기구물들

2. Auto focusing(AF)을 위한 구동기 기술지원

AF 구동기로 사용되는 구동 방식에는 스템모터, VCM(voice coil motor), 초음파모

터 둥이 사용되고 있다. 스템모터의 경우 정확한 위치 제어의 장점과 고가격의 단

점을 갖고 있으며, VCM은 저가격 및 단순한 동작원리의 장점과 짧은 동작거리의

단점을 갖고 있다. 그리고 초음파 모터는 정확한 위치 제어의 장점과 고가격 및 내

구성에 단점을 갖고 있는 것으로 알려졌다. 본 기술지원에서는 짧은 거리에서도 AF

기능이 가능한 VCM 구동기를 이용한 AF 구동 기술지원을 수행하였다.

AF구동에 사용되는 VCM구 동기는 원형 판 스프링 이상하로 결합되는 구조를 갖고

있으며, 원형판 스프링이 결합된 구 동기에서 발생할 수 있는 진동 모드들을

ANSYS틀 사용하여 분석하였다. 원형판 스프링이 결합된 구 동기에서 발생할 수 있

는 여러 형태의 진동 모드중 대표적인 진동 모드들에 대한 거동을 그림 13, 14,

15, 16에 나타내었다. 그림 13, 14, 15, 16에서 구동기진 진동모드의 주파수는 각

각 55.8 Hz, 1228.7Hz, 1230 Hz, 1797. 1Hz로 나타났다. 그림 13의 진동 모드는

구동기가 구조물 중심축을 따라 상하로 정확히 움직이고 있는 것으로 나타났다. 이

러한 정확한 상하 움직임은 카메라폰에서 렌즈 모듈을 광축을 따라 정확하게 상하

로 움직이게 함으로써 정상적인 AF 기능을 수행할 수 있게 한다. 그림 14와 그림

15는 구동기가 구조물 중심축을 따라 움직이는 것이 아니라 좌우로 지그재그로 엇

갈려서 움직이고 있는 것을 나타낸 것이다. 그리고 그림 16은 구동기가 구조물 중

심축에 직교하는 가로축으로 좌우로 움직이는 것을 나타낸 것이다.

이상의 해석된 여러 진동모드들 중에서 구동기의 구조물이 중심축을 따라 상하로

진동하는 경우가 가장 낮은 진동 주파수를 갖는 것으로 나타났다, 이것은 카메라

폰의 자동 초점 기능이 저주파 대역에서 이루어지는 것을 감안한다면 구 동기의 구

조물에 적용되는 외력이 측면 방향으로만 가해지지 않는다면 설계된 원형판 스프링

이상하로 결합된 AF구동기의 움직임은 정확히 상하로 움직이게 된다는 것을 나타

내는 것이다.

그림 13 AF 구동기 1차 진동 모드(55.8Hz)

그림 14 AF 구동기 4차 진동 모드(1228.7Hz)

그림 15 AF 구동기 3차 진동 모드(1230.0Hz)

그림 16 AF 구동기 4차 진동모드(1797.1Hz)

앞서 ANSYS를 사용하여 AF 구동기의 진동 모드를 분석 및 설계하였다. 제작된 AF

구 동기에 제작된 렌즈 모듈이 결합된 모습을 그림 17에 나타내었다. AF 구동기는

13mm(가로)x13mm(가로)x7.5mm(높이) 크기로 제작되었다. 그림 17a는 윗면에서

본 그림이며, 그림 17 b는 아래쪽에서 본 그림이다.

제작된 AF 광학 모듈을 평가하기 위해 사용으로 판매되고 있는 Micron사의 2M 테

스트 이미지 보드를 사용하였다(그림 18). 테스트 이미지 보드에 제작된 A.F 광학

모듈을 장착한 모습을 그림 19에 나타내었다. 제작된 AF 광학 모듈을 평가하기 위

해 광학 모듈로부터 원거리에 있는 물체(책)와 근거리(-10crn)에 있는 물체(볼펜,

명함)에 대해서 각각 선명한 이미지를 얻을 수 있는지 평가하였다.

그림 20a는 제작된 광학 모듈의 구동기를 동작시키지 않은 상태에서 원거리에 있

는 물체에 대해서 선명한 이미지를 얻은 것이며, 그림 20b는 구동기를 동작시켜 근

거리에 있는 물체에 대해서 선명한 이미지를 얻은 것이다, 그림 20의 결과는 제작

된 AF광학 모듈이 정상적으로 잘 동작하고 있음을 나타낸 것이다.

그림 17 제작된 AF 광학모듈(a)정면 (b)배면

그림 18 제작된 광학모듈을 테스트하기 위한 이미지 보드

그림 19 제작된 광학모듈이 장착된 이미지 보드

그림 20AF광학 모듈 동작 평가(a) 구동기 동작 안됨(원거리 이미지) (비구동기

동작됨(근거리 이미지)

3. Auto focusing 선진사 제품 분석 기술 지원

현재 판매되고 있는 AF 및 줌(zoom)기능이 지원되는 카메라폰에서 광학 모듈 부분

에 대한 광학계 및 구동 메카니즘에 대한 분석 기술 지원을 수행하였다.

가. Shape

a)V601SH

V601SH는 200만 화소급 카메라폰으로써 광학 기능으로 자동초점 기능이 있으며,

광학 줌 기능은 지원이 되지 않으며 디지털 줌 기능이 지원된다. V601SH의 광학

모듈은 그림 21과 같이 덮개 부분에 위치하고 있으며, 백색LED을 사용한 램프가

함께 위치하고 있다. 그림 22에 광학 모듈만을 분리하여 나타낸 것으로 모듈의 크

기는 14.5mm(가로)x13.0mm(세로)x7.7mm(높이) 정도이며, AF 구동기에 렌즈 모듈

이 결합되어 있는 구조를 하고 있다. 광학 모듈은 렌즈&구동기모듈, 이미지센서 모

듈, 고정대로 그림 23과 같이 이루어졌다. 구동기는 원형 voice coil motor(VCM)방

식을 이용하고 있으며, 렌즈 모듈은 원형 VCM 구동기 중앙에 조립되는 형태로 이

루어졌다. 렌즈 모듈이 결합된 VCM 구동기의 크기는 13mm(직경) x 5.8mm(높이)

이다. 원형 VCM 구동기에의 이동자는 그림 23와 같이 상하 원형판 스프링으로 지

지대되어 외부 입력 신호에 의해서 렌즈 모듈을 상하로 움직일 수 있도록 되어 있

다.

그림 24는 x-ray 비파괴검사장비를 사용하여 V601SH광학 모듈의 내부구조를 측면

과 정면에서 확인한 그림이다. 측면의 그림에서 PCB기판에 실장된 이미지센서와

함께 렌즈 모듈이 결합되는 이동자가 상하 원형판 스프링에 의해 지지대고 있음이

명확히 나타나 있다. 또한 원형 VCM구동기는 외부에 원형 영구 자석이 위치하고

있으며, 그 안쪽에 렌즈 모듈이 결합되는 이동자에 코일이 여러 층으로 감겨져 있

음을 확인할 수 있다. 이동자는 영구 자석에서 형성되는 자기장 방향과 원형코일에

흐르는 전류 방향에 의해 상하로 움직이게 된다.

그림 21 카메라폰 V601SH(샤프社)

그림 22 카메라폰 V601SH 광학 모듈

그림 23 카메라폰 V601SH 광학 모듈 분리

그림 24 V601SH 광학모듈 x-ray 내부 구조 (a)측면 내부(b) 정면 내부

b)V602SH

샤프 V602SH는 200만 화소급 카메라폰으로써 자동초점 및 광학 2배 줌 그리고 디

지털 줌이 지원되고 있다. 그림 25에 V602SH의 모습을 나타내었으며, 광학 모듈은

카메라폰 본 체 뒤면에 백색 LED 조명과 함께 장착되어 있다.

광학 모듈의 외형을 그림 26에 나타내었다. V602SH 광학 모듈의 크기는 22mm(가

로) x 22mm(세로)x 1.4mm(높이) 정도이며 FPCB에 구동 1C 등이 함께 조립되어

있다. 그림 27에 분해된 V602SH의 광학 모듈의 모습을 나타내었다. 구동부와 렌즈

모듈이 결합된 기구물과 이미지 센서 모듈로 나누어지며 구동부와 렌즈 모듈이 결

합된 구조물의 크기는 15mm(가로)x9mm(폭)x15mm(높이) 정도이며, 렌즈 모듈은

모터와 결합된 나사 홈이 형성된 스크류와 가이드 핀에 결합되어 상하로 이동할 수

있도록 되어있다. 그림 28에 V602SH의 렌즈 모듈과 분해된 구동부의 모습을 나타

낸 것으로 구 동부는 모터, 감속기어, 스크류형 렌즈가이드로 이루어졌으며, 렌즈

모듈은 렌즈가이드를 따라 상하로 이동하며 자동초점과 줌 기능을 수행하도록 되어

있다.

그림 25 샤프 카메라폰 V602SH

그림 26 V602SH 광학모듈

그림 27 V602SH 광학모듈 분해

그림 28 V602SH의 렌즈모듈과 분해된 구동부

나. 삼성전자

a) SCH-S200

삼성의 SCH-S200는 200만 화소급 카메라폰으로써 광학기능으로 자동초점과 광학

2배 줌 기능을 갖는 광학 모듈을 장착하고 있다. 광학 2배 줌은 연속 줌이 아니라

1배 줌에서 2배 줌으로 2단계로 이루어지며 2배 줌 이상에서는 디지털 줌을 사용

하고 있다. 그림 29에 카메라폰의 외형 모습과 카메라 광학 모듈이 부착된 내부 모

습을 나타내었다. 광학 모듈은 LED 조명 모듈과 함께 그림 30과 같이 조립되어 있

으며 SCH-S200 기종에 사용된 카메라 폰 광학 모듈은 샤프 V602SH에 사용되었

던 광학 모듈과 동일한 렌즈 모듈과 구동기를 사용하고 있음을 확인하였다. 차이는

단지LED 조명 모듈을 추가로 결합하여 사용하고 있다. 구동기의 움직임에 따른 가

이드 핀에 부착된 렌즈 모듈의 움직임을 그림 31에 나타내었다.

그림 29 SCH-S200 외형과 광학모듈

그림 30 카메라폰 광학모듈과 LED 조명 모듈

그림 31 SCH-S200 광학모듈 AF/zoom 구동기 움직임

b) SCH-V490

SCH-V490은 200만 화소급 카메라폰으로써 광학기능으로는 자동초점 기능만을 갖

는 광학 모듈을 내장하고 있다. 그림 32에 SCH-V490의 외형과 카메라폰 광학 모

듈 외형을 나타내었다. 광학 모듈은 카메라폰 본체 뒷면에 LED 조명 모듈과 함께

부착되어 있다. 그림 33에 본체 뒷면에 부착된 광학 모듈과 LED 조명 모듈 모습을

나타내었으며, 그림 34에 광학 모듈만을 분리하여 나타내었다. SCH-V490에 사용

된 광학 모듈은 샤프 V601 SH기종에 사용되었던 자동초점 기능을 갖는 광학 모듈

과 동일한 렌즈 모듈과 구동기를 사용하고 있음을 확인하였다. 광학 모듈은 이미지

센서 모듈, 렌즈 모듈과 결합된 구 동기로 나눌 수 있다. SCH-V490의 광학 모듈

에 사용한 구동기는 VCM(voice coil motor)방식을 사용하여 자동초점 기능을 수행

하게 된다.

그림 32 카메라폰 SCH-V490

그림 33 SCH-V490의 본체에 부착된 광학 모듈

그림 34 SCH-V490외 광학 모듈

다. 엘지전자

a) LG-SB120

LG-SB120은 200만 화소급 카메라폰으로써 광학기능은 자동초점 기능을 지원하고

있으며, 광학 줌은 지원하지 않는다. 그림에 35에 LG-SB120의 의형을 나타내었으

며, 그림에서와 같이 카메라폰 광학 모듈이 본체 또는 커버 내에 장착되어 있는 구

조가 아니라 본체와 커버 사이에서 연결고리 구조로 광학 모듈이 구성되어 있다.

LG-SB120광학 모듈과 모듈의 구성 부품들을 그림 36과 그림 37에 나타내었다. 자

동 초점을 위한 구동기는 직선 운동이 가능한 구조의 초음파 모터를 사용하고 있으

며, 렌즈 사이에 기계식 셔터가 부착되어 빛을 단속할 수 있도록 되어 있다.

그림 35 LG-SB120의 (a)외형, (b)광학모듈확대

그림 36 LG-SB120 광학모듈

그림 37 LG-SB120 광학모듈의 구성품

라. 팬택 & 큐리텔

a)HS-7000

HS-7000은 AF 기능만을 갖는 200만 화소급 키메라폰이며, 그림 38과 그림 39에

광학모듈이 카메라폰 커버쪽에 고휘도 LED와 함께 부착된 모습을 나타내었다.

HS-7000 기종에 부착된 카메라 광학 모듈을 그림 40에 나타내었다. 광학 모듈은

그림 41 과 같이 크게 구동부와 렌즈 모듈 그리고 커버로 3부분으로 이루어졌다.

AF 구동부는 모터와 웜기어를 사용한 감속 구조 기구물로 이루어졌으며, 렌즈 모듈

은 가이드 핀을 따라 모터에 의해 상하로 구동될 수 있도록 되어 있다. 또한 광모

듈 기구물에는 광 interrupter가 함께 구성되어 있어 렌즈모듈이 이동할 수 있는 최

대 이동변위의 제한을 설정할 수 있도록 되어있다.

그림 38 카메라폰 HS-7000 외형

그림 39 카메라폰에 부착된 광학모듈

그림 40 HS_7000 광학모듈

그림 41 HS-7000 광학 모듈 분해

(b)PH-M4000L

PH-L4000L은 200만 화소급 카메라폰으로써 지원 가능한 광학기능은 자종초점과

광학 줌 기능을 갖고 있으며, 광학 모듈은 본체 부착되어 있으며 그림 42에 카메폰

의 외형 그림을 나타내었다. 자동초점은 수동과 자동기능이 있으며, 광학 줌은 2배

줌으로써 1 배 줌과 2배 줌 2단계로 이루어지며, 2배 줌 이상에는 디지털 줌 기능

으로 동작한다. 광학 모듈은 그림 43과 같이 카메라폰의 본체에 장착되어 있으며

그림 44에 광학 모듈이 본체에서 분리된 모습을 나타내었다. 광학모듈은 외부 진동

과 전기적 절연을 위해 모듈전체를 고무 패키징으로 감사고 있다. PH-L4000L에

사용된 광학 모듈을 그림 45에 나타내었다. PH-L4000L에 사용된 광학 모듈은 샤

프 V602SH와 삼성전자 SCH-S200에 사용되었던 광학 모듈과 동일한 광학 모듈이

적용되었음을 확인할 수 있다.

그림 42 팬택 & 큐리텔의 PH-L4000L

그림 43 PH-L4000L에서 분리된 광학모듈

그림 44 PH-L4000L의 광학 모듈 장착 모습

그림 45 PH-L4000L에 장착된 광학 모듈

제2절 기술지원 수행

1. 기술정보 지원

카메라폰 관련하여 특허 77건 및 마이크로 구동기 관련하여 기술논문을 수집 분석,

카메라폰 기술개발 관련 국내외 기술 동향 자료 수집 및 분석 자료들을 지원하였

다.

2. 선진사 카메라폰 제품의 AF 광학 모듈 분석 지원

국내외 선진사 카메라폰 광학 모듈을 입수하여 광학현미경 등을 사용하여 모듈의

외형 분석과 x-ray 투영기를 사용하여 비파괴 내부 분석을 실시하여 광학 모듈의

렌즈모듈과 구 동기의 구조를 분석하고 구동원리를 파악하여 기술지원을 하였다.

분석 지원에 사용된 국내외 선진사 카메라폰들의 광학기능은 크게 자동초점만 지원

하는 경우와 자동초점과 함께 광학 줌이 지원되는 두 가지 종류로 나눌 수 있다.

또한 자동 초점 기능이 지원되는 카메라인 경우 200만 화소급 이상의 이미지센서

가 장착되어 있었으며, 마찬가지로 자동초점과 광학 줌이 지원되는 카메라폰의 경

우도 200만화소급 이상의 이미지센서가 장착되는 것으로 나타났다.

자동 초점기능이 지원되는 광학 모듈에서 구동 메카니즘은 크게 감속기어를 사용하

는 모터 방식, voice coil motor(VCM) 방식과 초음파 모터 방식을 사용하는 경우로

나눌 수 있었다. 국내의 P사의 카메라폰 광학 모듈의 경우 웜 감속기어를 사용한

모터 방식을 사용하는 것으로 나타났으며, 국내의 S사는 일본 요사의 구동방식과

동일한 VCM 방식의 구동기를 사용하고 있는 것으로 나타났으며, 이것은 일본 S사

에서 사용된 카메라폰 광학 모듈의 구동기를 수입하여 사용하고 있음을 나타낸 것

이다.

광학 줌 기능이 지원되는 광학 모듈 분석결과 일본 S사와 국내 S사, P사의 광학

모듈의 구동메카니즘은 감소 기어에 나사 홈 스크류가 결합된 동일한 구조의 구동

기를 사용하고 있는 것으로 나났다. 이것은 국내의S사와 P사에서 판매되는 카메라

폰의 광학 줌 기능이 지원되는 광학 모듈을 일본으로부터 수입되어 사용되고 있는

것으로 확인되었다.

3. 광학계 설계 및 구동기 기술 지원

선진사 제품 분석을 통해 자동초점이 가능한 광학 모듈에 사용될 렌즈모듈 설계기

술과 구동 메카니즘 기술을 지원하였다. 렌즈모듈 설계 기술 지원에서 200만 화소

급 광학 모듈에 적용될 수 있는 렌즈설계 기술 지원은 CODE V 렌즈설계 전용 프

로그램을 사용하여 기술 지원이 이루어졌다.

렌즈 모듈에서 렌즈구성은 렌즈 제작 및 조립용이성과 광학특성을 함께 고려하여

2G(glass)2P(plastic)구조의 렌즈모듈 설계 지원이 이루어졌다. 렌즈 모듈은 입사

화각 640를 갖는 직경(0) 7.2mm x 높이 6.5mm 크기로 제작되었으며 구동기와 용

이하게 결합될 수 있는 구조로 이루어졌다. 렌즈 모듈에 들어가는 글라스 렌즈는

접합 렌즈로 제작되었으며, 2P 플라스틱 렌즈는 양면 비구면 렌즈로써 금형사출 방

식으로 제작되었다. 플라스틱 비구면 렌즈를 금형사출하기 위해 테스트 금형을 만

들어 렌즈 코어(core)의 배치, 원료 투입 조건, 사출온도 그리고 사출압력 등의 사

출조건 테스트하였다.

렌즈 모듈을 결합하여 자동 초점 기능을 갖도록 하기 위해 VCM 구동기를 설계 기

술지원이 이루어졌다. 구동기 설계를 위해 ANSYS를 사용하여 구동기의 진동 모드

를 분석하였으며, 이를 바탕으로 200만 화소급 렌즈 모듈이 결합이 가능한 VCM

구동기를 제작하였다. 제작된 VCM 구동기의 크기는 가로 13mmx세로 13mmx높이

7.4mm로 제작되었다.

제작된 렌즈모듈과 구동기모듈을 조립하여 상용으로 판매되고 있는 200만 화소급

테스트 이미지 보드에 장착하여 제작된 제작된 AF 광학 모듈을 평가하였다. 평가

결과 원거리와 근거리에 위치한 물체에 대해서 광학 모듈 동작 상태에 따라서 각각

선명한 이미지를 얻을 수 있음을 확인함으로써 AF 광학 모듈에 대한 광학계 설계

및 구동기 기술 지원 수행 하였다.

제 3 장 결론

카메라폰 분야에서 고해상의 이미지를 얻기 위한 기술 경쟁은 이제 단순한 고해상도의 이미

지 획득 기술에서 벗어나 자동초점, 광학 줌 및 셔터 기능 등과 같은 기존의 카메라에서 사

용되고 있는 광학 기능들을 휴대폰에 적용하는 기술로 발전해 나아가고 있다. 그럼으로 참여

기업이 현재 생산제품의 부가가치를 높이고 기술력 경쟁력을 향상시키기 위해서는 무엇보다

광학계 설계 기술력 확보 및 기반시설 구축이 중요하다고 판단된다. 이와 같은 기술력 확보

와 기반시설을 구축함으로써 새로운 시장경쟁에서 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

본 부품소재 종합기술지원을 통해서 지원기업은 200만 화소급 렌즈모듈 설계 기술

과 렌즈모듈과 결합하여 자동초점이 가능한 초소형 구동기모듈 기술을 확보할 수

있었다. 이러한 기술들을 확보함으로써 지원기업이 현재 보유하고 있는 생산기술

능력을 보다 높일 수 있는 계기가 되었으며 카메라폰 광학모듈 분야에서 기술 및

시장 경쟁력을 지속적으로 유지하고 높이기 위해서는 기술지원과 함께 기술개발이

추가로 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

주 의

1. 이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품ㆍ소재 종합기술지원사업의

기술지원보고서 이다.

2. 이 기술지원내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업자원부에서

시행한 부품ㆍ소재종합기술지원사업의 기술지원 결과임을 밝혀야 한다.