3D 센싱과 자율주행 카메라 센서
[테크월드=선연수 기자] 스마트홈, 스마트빌딩, 스마트팩토리 등 모든 것을 IoT화하려는 움직임이 계속되고 있다. 이런 환경을 조성하기 위해서는 사람의 눈을 대체할 각종 센서들을 곳곳에 설치해야 한다. 늘 함께하는 스마트폰부터 도어락의 지문 인식, 보안 카메라 등 기계의 눈이 공간을 틈 없이 살피게 될 것이다. 인터넷과 연결되는 커넥티드 디바이스 중에서도 이미지 센서는 필수적이며, 작년 반도체 산업이 전반적으로 침체기를 겪었음에도 이미지 센서 산업만은 유독 고성장세를 이어갔다. IC인사이츠에 의하면 2018년 전 세계 이미지 센서 시장 예상 매출액은 155억 달러로, 전년 대비 약 11% 성장할 것으로 전망된다. 이에 2020년 이미지 센서가 핵심이 될 산업과 기술을 살펴봤다.
3D 센싱 기술 장악한 소니
스마트폰 카메라 기능 경쟁이 계속되는 한, 이미지 센서에 대한 경쟁도 이어질 것으로 예상된다. 도시바가 소니에 CIS(CMOS Image Sensor) 사업을 매각한 이후, 현재까지 소니가 압도적인 시장 점유율을 보이고 있다. 이베스트투자증권 리서치센터에 의하면 2018년 기준 소니는 이미지센서 시장 점유율 49.9%를 기록했으며, 삼성전자는 19.5%로 2위를 차지했다.
스마트폰의 3D 센싱 기능에는 주로 ToF(Time of Flight) 기술이 활용되고 있다. 이는 물체에 비춘 광원이 반사돼 돌아오는 시간을 측정하고 심도를 계산하는 방식으로, 스마트폰에서는 아이폰 Ⅹ에서 안면인식 잠금 기능으로 처음 활용된 기술이다. 심도를 측정할 수 있는 거리가 길어 소형 제품에 적합한 기술이지만, 해상도와 정밀도가 비교적 떨어진다는 단점을 가진다.
이외에도 두 영상의 대응점의 차이를 계산해 넓은 범위를 인식해내는 스테레오 비전(Stereo Vision) 기술과 점, 라인, 면 형태의 패턴을 투사해 심도를 측정하는 구조광(SL, Structured Light) 방식이 있다. 스테레오 비전 기술은 광범위한 거리를 인지할 수 있으나 소형화가 어려워 스마트폰에 적용하기 어렵고, 구조광 방식은 정밀도는 높으나 인지 거리가 짧아 카메라 용도로 사용하기는 어려워 주로 보안·인식 영역에서 많이 사용된다.
이외에도 국내에서는 ToF 관련 기술 기업으로는 IR 필터 업그레이드 버전 부품을 납품하는 옵트론텍, 애플의 카메라 모듈을 제공하는 LG 이노텍이 있다. 특히, 옵트론텍의 경우 광학줌 기술에 핵심인 프리즘 부품과 어셈블리 모듈을 생산하는데, 광학줌이 전망이 긍정적인 기술이라 성장이 기대되고 있다. 현재 전 세계에 프리즘 부품과 어셈블리를 같이 생산하는 업체는 3곳뿐이며, 국내에선 옵트론텍이 유일하다. 시장조사업체 TSR에 의하면 LG 이노텍의 경우도 2017년에 시장 점유율 15.1%로 시장 1위를 차지했으며, 센서와 카메라 모듈을 전략적으로 결합하는 방식을 통해 경쟁력을 확보할 것으로 기대된다.
그러나 ToF의 센서 칩이나 핵심 알고리즘과 같은 부분에선 소니가 압도적으로 우수하며, 국내는 가격적인 측면에서만 유리한 상황이다. 이에 삼성전자는 아이소셀(ISOCELL)이라는 독자적인 이미지 센싱 기술을 발표하며, 이를 통해 2030년까지 이미지 센서 시장 1위를 차지할 것이라는 포부를 밝혔다. 아이소셀은 픽셀의 크기가 작아질수록 늘어나는 빛 손실량을 최소화하는 기술로, 같은 화소에서도 더 높은 화질을 구현할 수 있다고 삼성전자는 설명했다.
차량 1대당 카메라만 8대
앞으로는 자동차에 약 30여 종, 200여 개의 센서가 탑재될 것으로 예측된다. 미국 교통부 도로교통 안전국은 2018년 5월부터 생산되는 자동차에 후방 카메라 장착을 의무적으로 시행토록 하고 있다. 이처럼 안전을 위한 전장 시스템이 제도화됨에 따른 수요도 무시할 수 없다.
자동차용 이미지 센서는 차량 주변의 물체 정보를 감지해 차선 유지, 추돌 방지, 보행자 보호 등의 기능을 지원해, 화각이나 해상도 등에 대한 고사양이 요구된다. 또한, 고온 다습한 내부 환경을 견딜 수 있을만큼 강하고, 안정성 기준 또한 충족해야 한다. 욜 디벨롭먼트(Yole Développement)에 의하면, 최근 시장의 자동차 출하대수는 약 1억대로 스마트폰 출하량에 비하면 1/15 수준이지만, 차량용 이미지 센서 가격이 스마트폰 대비 3배 정도 높고 대수별 탑재량이 많은 상황이라, 차량용 이미지 센서 시장이 스마트폰 이미지 센서 시장에 맞먹을 정도로 커질 것이라고 분석했다. 미국 자동차 공학회가 정의한 자율주행 기술 6단계에 따르면, 레벨4부터는 자율주행차에 카메라만 8대가 탑재될 것이라고 기술돼 있다.
TSR의 2017년 자동차 카메라 모듈 시장점유율 분석에 따르면, 1위는 캐나다의 마그나(16%), 2위와 3위가 일본의 파나소닉(12%)과 소니(9%)가 차지했으며, 한국의 엠씨넥스가 7%의 점유율을 보이며 5위에 올라있다. 아직 차량용 카메라와 이미지 센서 분야는 절대적인 강자가 존재하지 않아 새로운 시장으로 높은 기대를 모으고 있다.
국내 이미지 센서 기술, 내수 산업에서도 밀려
일본은 이미 센서와 로봇을 차세대 혁명 키워드로 잡고 Society 5.0을 추진하고 있다. 그러나 한국의 센서 시장은 이미지 센서 외에는 큰 강점이 없으며, 이미지 센서 또한 일본과 같은 해외 기업에 기술력으로 후순위를 차지하고 있다. 기술력과 생산력에서 분명한 격차를 보이나 가격 경쟁력이나 적용범위 확대를 통한 새로운 돌파구를 찾는 것도 주요할 것으로 예상된다. 이미지 센서는 이제 사물의 눈이자 나의 눈과도 같은 필수적인 역할을 맡게 될 것이다. 적극적인 M&A나 마케팅을 통해 거래처를 확대하고, 기술력을 확보하는 방안을 적극적으로 강구해야 할 것이다.
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 1월 호에 게재된 기사입니다.
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