자율주행차량이란 운전자의 개입 없이 스스로 주행할 수 있는 차량입니다. 자율주행차량은 주변 환경을 인식하고 판단하고 제어하는 기능을 갖추어야 하는데요. 이를 위해 다양한 센서들이 필요합니다. 그중에서도 카메라는 자율주행차량의 ‘눈’ 역할을 하며, 렌즈는 카메라의 핵심 부품입니다. 렌즈는 빛을 굴절시켜 이미지 센서에 모아주는 역할을 하며, 렌즈의 품질에 따라 카메라의 화각, 선명도, 색상 등이 결정됩니다. 이번 글에서는 자율주행차량에서 렌즈가 어떤 원리로 작동하고, 어떤 역할을 하는지 알아보겠습니다. 또한 국내에서 렌즈 관련 기업들이 어떤 사업을 하고 있는지 소개하겠습니다.
자율주행차량의 렌즈, 어떤 역할을 할까요?
자율주행차량은 운전자의 개입 없이 스스로 주행할 수 있는 차량입니다. 자율주행차량은 주변 환경을 인식하고 판단하고 제어하는 기능을 갖추어야 하는데요. 이를 위해 다양한 센서들이 필요합니다. 그 중에서도 카메라는 자율주행차량의 ‘눈’ 역할을 하며, 렌즈는 카메라의 핵심 부품입니다. 렌즈는 빛을 굴절시켜 이미지 센서에 모아주는 역할을 하며, 렌즈의 품질에 따라 카메라의 화각, 선명도, 색상 등이 결정됩니다. 자율주행차량에서 렌즈는 어떤 원리로 작동하고, 어떤 역할을 하는지 알아보겠습니다.
렌즈의 원리
렌즈는 빛의 굴절률이 다른 두 가지 매질의 경계면에 있는 투명한 물체입니다. 빛은 매질의 굴절률에 따라 방향이 바뀌는데요. 렌즈는 이러한 빛의 굴절을 이용하여 물체의 이미지를 만들어냅니다. 렌즈는 볼록렌즈와 오목렌즈로 나뉘는데요. 볼록렌즈는 가운데가 두꺼운 렌즈로, 빛을 한 점으로 모으는 특징이 있습니다. 오목렌즈는 가운데가 얇은 렌즈로, 빛을 흩어지게 하는 특징이 있습니다. 카메라에서는 주로 볼록렌즈를 사용합니다. 볼록렌즈는 물체로부터 들어오는 평행한 빛을 한 점인 초점으로 모으는데요. 이때 초점의 거리를 초점거리라고 합니다. 렌즈의 초점거리는 렌즈의 곡률과 굴절률에 따라 달라집니다. 렌즈의 곡률이 커지거나 굴절률이 높아지면 초점거리가 짧아집니다. 반대로 렌즈의 곡률이 작아지거나 굴절률이 낮아지면 초점거리가 길어집니다. 렌즈의 초점거리는 물체의 이미지의 크기와 위치에 영향을 미치는데요. 렌즈의 초점거리가 짧으면 물체의 이미지가 크고 멀리 생기고, 렌즈의 초점거리가 길면 물체의 이미지가 작고 가까이 생깁니다. 또한 물체의 거리도 물체의 이미지에 영향을 미치는데요. 물체가 렌즈에 가까우면 물체의 이미지가 크고 멀리 생기고, 물체가 렌즈에 멀면 물체의 이미지가 작고 가까이 생깁니다. 이러한 물체의 이미지의 크기와 위치는 렌즈방정식으로 표현할 수 있습니다.
여기서 f는 렌즈의 초점거리, do는 물체의 거리, di는 물체의 이미지의 거리입니다. 또한 물체의 이미지의 크기와 물체의 크기의 비율은 유사삼각형의 성질에 의해 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
여기서 hi는 물체의 이미지의 높이, ho는 물체의 높이입니다. 이렇게 렌즈는 빛의 굴절을 이용하여 물체의 이미지를 만들어내는 원리로 작동합니다.
렌즈의 역할
자율주행차량에서 렌즈는 카메라의 핵심 부품으로, 다양한 역할을 수행합니다. 렌즈는 물체의 이미지를 만들어내는 것 외에도 다음과 같은 기능을 합니다.
화각 조절: 화각이란 카메라가 볼 수 있는 시야의 범위를 말합니다. 화각은 렌즈의 초점거리에 따라 달라지는데요. 초점거리가 짧은 광각렌즈는 넓은 화각을 가지고, 초점거리가 긴 망원렌즈는 좁은 화각을 가집니다. 자율주행차량에서는 주변 환경을 넓게 인식하기 위해 광각렌즈를 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어 후방카메라나 전방카메라는 광각렌즈를 사용하여 차량의 뒤나 앞에 있는 물체나 장애물을 인식할 수 있습니다. 반면에 망원렌즈는 멀리 있는 물체나 세부적인 정보를 인식하기 위해 사용됩니다. 예를 들어 운전자 인식 카메라는 망원렌즈를 사용하여 운전자의 얼굴이나 눈동자의 움직임을 감지할 수 있습니다.
초점 조절: 초점이란 렌즈가 물체의 이미지를 선명하게 만들어주는 거리를 말합니다. 초점은 렌즈의 위치나 모양을 조절하여 변경할 수 있습니다. 자율주행차량에서는 다양한 거리에 있는 물체를 인식하기 위해 초점을 조절하는 기능이 필요합니다. 예를 들어 ADAS (Advanced Driver Assistance System) 카메라는 차선이나 표지판, 신호등 등을 인식하기 위해 초점을 조절하여 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 또한 DMS (Driver Monitoring System) 카메라는 운전자의 상태를 인식하기 위해 초점을 조절하여 운전자의 얼굴이나 눈동자의 움직임을 감지할 수 있습니다.
색상 보정: 색상 보정이란 빛의 색온도나 환경의 조명에 따라 달라지는 색상을 원래의 색상으로 복원하는 기능을 말합니다. 색상 보정은 렌즈의 코팅이나 필터를 통해 이루어집니다. 색상 보정은 카메라가 물체의 색상을 정확하게 인식하고, 적절한 알고리즘을 적용하기 위해 필요합니다. 예를 들어 낮과 밤, 흐린 날과 맑은 날 등의 다양한 조명 상황에서도 자율주행차량은 도로의 색상이나 표지판의 색상을 올바르게 인식해야 합니다. 또한 적외선 카메라나 열화상 카메라는 물체의 온도나 열을 색상으로 표현하기 위해 색상 보정이 필요합니다.
이렇게 렌즈는 자율주행차량의 카메라에서 화각 조절, 초점 조절, 색상 보정 등의 다양한 역할을 수행합니다. 렌즈의 품질이 높아야 카메라가 선명하고 정확한 이미지를 얻을 수 있으며, 이는 자율주행차량의 인식과 판단과 제어에 영향을 미칩니다. 따라서 렌즈는 자율주행차량의 성능과 안전성을 결정하는 중요한 요소입니다.
국내 렌즈 관련 기업들
자율주행차량의 렌즈 시장은 전 세계적으로 성장하고 있는데요. 국내에서도 렌즈 관련 기업들이 활발하게 연구개발과 사업을 진행하고 있습니다. 국내 렌즈 관련 기업들은 대형주와 중소형주로 나누어 볼 수 있는데요.
대형주 :
대형주는 삼성전자, LG전자, SK하이닉스 등의 IT 대기업들이 있습니다. 이들 기업들은 자체적으로 카메라 모듈을 개발하고 있으며, 렌즈도 자체 생산하거나 외부 업체로부터 공급받고 있습니다. 이들 기업들은 자율주행차량뿐만 아니라 스마트폰, 태블릿, 노트북, CCTV 등 다양한 분야에서 카메라 모듈을 사용하고 있습니다.
세코닉스는 광학기술을 바탕으로 스마트폰, 차량용 카메라 렌즈 모듈 등을 생산하는 회사입니다. 광학기술을 바탕으로 디스플레이나 광전자 응용 부품 분야 또한 진출해 있긴 하나 주력은 스마트폰과 자동차 분야입니다.
세코닉스는 1988년 세키노스코리아로 설립되어, 2002년 세코닉스로 사명을 변경했으며, 2001년 코스닥시장에 상장했습니다. 현재 본사가 있는 동두천 외에 평택, 아산 국내 공장과 베트남, 중국, 폴란드에 해외 법인을 운영하고 있습니다.
세코닉스는 2006년부터 차량용 카메라로 사업을 다변화한 세코닉스는 2007년에 처음으로 차량용 카메라 렌즈를 개발했습니다. 2009년에는 수익성이 더 좋은 카메라 모듈로 사업을 확대했습니다. 차량 헤드램프의 핵심 부품도 생산합니다. 광원에서 나오는 빛을 제어하기 위해 반사경, 차광판, 비구면 렌즈를 조합한 모듈입니다.
세코닉스는 현대차, 기아, 삼성전자 등의 국내 대기업뿐만 아니라 미국, 유럽 등의 글로벌 기업들에도 렌즈와 모듈을 공급하고 있습니다. 특히 XR (증강현실, 가상현실, 혼합현실) 분야에서도 렌즈와 모듈을 개발하고 있으며, 삼성전자의 VR 제품이나 미국 스타트업인 뷰직스의 AR 글래스에도 투사기 모듈을 납품하고 있습니다.
회사관계자는 “자율주행차로의 전환이 지연되고 있지만, 신(新)기능 차량의 카메라 수요는 점점 늘고 있어 회사도 자연스레 성장할 것으로 보고 있다”며 “오븐·냉장고 등 백색 가전이나 증강현실(AR)·가상현실(VR)을 결합한 혼합현실(MR) 제품 등에도 중장기적으로 카메라 모듈 응용 범위가 넓어질 것이기 때문에 이에 대한 기술 개발에 박차를 가하고 있다”라고” 말했습니다.
중소형주:
중소형주는 코스닥에 상장된 렌즈 전문 기업들이 있습니다. 이들 기업들은 자율주행차량을 위한 렌즈뿐만 아니라 의료, 산업, 보안 등의 분야에서도 렌즈를 제공하고 있습니다. 예를 들어 옵티팜은 자율주행차량의 ADAS 카메라를 위한 광각렌즈를 개발하고 있으며, 옵티머스는 자율주행차량의 DMS 카메라를 위한 망원렌즈를 개발하고 있습니다. 또한 코스모신소재는 렌즈의 코팅을 위한 소재를 제공하고 있습니다.
이상으로 자율주행차량의 렌즈에 대한 블로그 원고를 작성해 드렸습니다.. 렌즈는 자율주행차량의 ‘눈’ 역할을 하며, 다양한 기능을 수행합니다. 또한 국내에서도 렌즈 관련 기업들이 성장하고 있습니다. 자율주행차량의 렌즈에 대해 더 궁금하신 점이 있으시면 댓글로 남겨주세요. 감사합니다.