Camera Module

カメラモジュールは、スマートフォン等のモバイル機器及び自動車、スマート家電等において写真や映像を撮影する製品です。全ての応用分野において高画質や小型、スリム化及び省エネ化、高剛性が求められるため、高水準の技術が必要となります。サムスン電機はレンズ、アクチュエータ及びパッケージング技術の内製化を基に世界最高水準のカメラモジュールの設計及び製造に必要とされるコア技術を全て兼ね備えた唯一のメーカーです。

適用分野
スマートフォン、タブレット、ゲーム機、テレビ、自動車
  • Lens - Slim Bright Lens High CRA
  • SW - AF/OIS Image Examination Calibration
  • New Tech. - Multi Camera New Actuator New Lens
  • Manufacturing - Full Automation High Cycle & Assemble Low tilt PKG tech.
  • Synergy- PCB, Mold, Drive IC FA (Failure Analysis) tech.
  • Sensor - Evaluation Sensor Performance New Sensor Tech.
  • Zoom- High Performance Optical Zoom
  • OIS/AF- High Performance OIS/Closed Loop AF Ball Guiding Act.

サムスン電機のモバイルカメラモジュール製品のご紹介

サムスン電機はレンズ、アクチュエータ、PCB等の核心部品を直接設計及び製作しており、モバイル向けと車載向けのカメラモジュールを生産します。

Wide Camera Module

Wide Camera Module
108M OIS/AF Camera Module

108Mの高解像度撮影の可能なスリムなOIS/AFモバイル向けカメラモジュールです。一億画素のナノセンサーを適用することで低照度環境にも効果的に対応することが可能で、センサーサイズの増加による大口径レンズ適用時の大きさ及び重さ増加による耐衝撃及び信頼性を備えたアクチュエータが実装されています。

  • Module : 108M, FOV 100
  • Lens : Super Resolution Lens
  • OIS : Super OIS (Ball Guide)
  • Zoom : x1 ~ x4 (Crop Zoom)
108M OIS/AF Camera Module
Sensor Resolution 108M
Format 1/1.33”
Pixel Size 0.8um
Lens Constitution 7P
FOV 79.5°
F# 1.8
TTL 7.8mm
Actuator Type OIS/AF

Tele Camera Module - Vertical

Tele Camera Module - Vertical
13M 2x OIS/AF Camera Module

一般のモジュールタイプで、超小型の2倍光学ズーム及び手振れ補正機能(OIS)が搭載されたカメラモジュールです。

  • Module : 13M 2x OIS Module
  • Ball Guide Actuator
  • Sensor : 1/3.42”
  • OIS D-IC inside of Module Head
13M 2x OIS/AF Camera Module
Sensor Resolution 13M
Format 1/3.42"
Pixel Size 1um
Lens Constitution 6P
FOV 45°
F# 2.4
TTL 5.42mm
Actuator Type OIS/AF/Zoom

Tele Camera Module - Folded

Tele Camera Module - Folded
48M Folded Tele Camera Module

DSLR水準の高画質、高倍率光学ズーム機能をモバイル向けに実現するために、スリム・超小型テレズーム(望遠ズーム)機能を提供するFolded Typeのカメラモジュールです。世界で初めて2軸のPrism Tilt OISを適用し、高画質スリムレンズを使用し高さをスリム化しました。

  • Module : 48M, 6.9T, Folded Type
  • ZOOM : 4.1x Optical Zoom
  • OIS : Prism X, Y Tilting Stabilization
  • AF : Ball Guide Lens Moving
48M Folded Tele Camera Module
Sensor Resolution 48M
Format 1/2.0”
Pixel Size 0.8um
Lens Constitution 5P
FOV 23.5°
F# 3.5
TTL 18.51mm
Actuator Type OIS/AF/Zoom

Ultrawide Camera Module

Ultrawide Camera Module
12M Ultrawide AF Camera Module

一般のモバイル向けカメラ(75度)より広いスペースを画面に盛り込める広角カメラ(124.5度)モジュールで、自動フォーカス機能を通じ広い背景画面と鮮明な画質映像を提供します。

  • Module : 12M Ultrawide
  • Auto-Focus
  • FOV : 124.5°
  • 16.4mm Eq. Lens
12M Ultrawide AF Camera Module
Sensor Resolution 12M
Format 1/2.56"
Pixel Size 1.4um
Lens Constitution 6P
FOV 124.5°
F# 2.2
TTL 6.2mm
Actuator Type Ball guide AF

Lineup

様々なセンサー製品とOIS/AFとオプティカルズーム等の多様な機能と組み合わせが可能であるため多様な製品に適用することができます。

* ボックスをクリックすると製品の詳細情報を確認することができます。

12M Ultrawide AF Camera Module
Sensor Resolution
~12M 13M 16M 20M 48M 64M 108M
Single
Dual
Triple
Quad

カメラモジュールの主なコア技術

高画質、高倍率、スリム化を基に新しいユーザー経験の最大化

サムスン電機はカメラモジュールの核心部品であるレンズ、アクチュエータ、PCBの高精密設計技術及び量産技術を保有しています。高解像度のスリムレンズ技術、高性能の小型アクチュエータ技術、屈曲型PCB最適設計技術、モジュールパッケージング技術を用いて様々な機能のハイエンドカメラモジュールを提供致します。

アクチュエータ

アクチュエータはカメラモジュールの中のレンズを高速で上下左右に移動させフォーカスを合わせたり手振れ補正をする部品です。主な機能としては、AF、OIS、光学ズーム等があります。

AF (Auto-Focus)
レンズの位置を最適なフォーカスポイントに移動させる機能
OIS (Optical Image Stabilizer)
手振れの量を感知しレンズ位置を補正する機能

Advanced Ball Guide Actuator

サムスン電機のカメラモジュール製品にはボールガイド(Ball Guide)方式が適用されます。これを通してサスペンション又はスプリング支持方式と比べ高重量レンズ部品のAF、OISの駆動が可能になります。また、OIS駆動時の支持部をX、Yステージ化し2軸のボールガイドを適用、各軸駆動時にクロストークを排除し、ローリング現象を除去しました。駆動速度及び正確性に優れバッテリー消耗を抑える側面においても強みを持ち、高い信頼性を確保しました。

  • ボールガイド構造 (高信頼性、高性能)
  • 他の方式と比べ優れた耐衝撃・信頼性
  • 高画素トレンドによる高重量レンズ駆動可能
  • レンズ移動軸の構造的分離による高精密駆動を保障
  • 工程最小化を通じた生産性向上及び故障モードの最少化
  • クローズループ方式のOIS及びAFに対する精密コントロール
  • モバイルに最適化された省エネ駆動系
Type Ball Guide Spring & Wire
Structure
Settling Time (Relatively) Short Long
Crosstalk No Yes
Weight Limit Over 1000mg Below 1000mg*
Power Consumption Low High
Compensation Angle High (1.5˚) Low (1.0˚)

* 衝撃時のスプリング変形及び断線の発生

ズームアクチュエータ

ズームアクチュエータは、光学ズームを具現するための部品です。光学ズームとは、幾枚のレンズを用いて倍率を様々に調節する機能です。そのためデジタルズームとは異なり遠くにある被写体を拡大し撮影しても明るく鮮明な写真を得ることができます。従来の直通(Vertical)方式と高倍率ズームを具現するための屈折(Folded)方式のズームアクチュエータがあります。

  • Small & Slim Folded(屈折光学系の適用)高倍率ズームモジュール
  • Prism Tilt + Ball Guide 構造で高倍率、高性能の確保が容易
  • 容易な性能拡張性 : ロングストロークの適用・多段ズーム、2Dスキャナー等の適用が可能
  • ボールガイド構造の適用により高重量レンズの適用が可能
  • 工程最小化を通じた生産性向上及び故障モードの最少化
  • クローズループ方式の制御システム導入により高精密度を保障

Vertical vs Folded

直通(Vertical)方式は、従来一般的に使われた構造で、高倍率光学ズームを具現するためには長いフォーカス距離を確保しなければならないためカメラモジュールの高さが増加するのだが、これはスマートフォンのデザインを妨げる要因となります。従ってこの方式のカメラモジュールは高倍率光学ズームの具現に限界があるため通常は光学2~3倍ズームまでをサポートします。 屈折(Folded)方式は、潜望鏡の原理を応用した構造でプリズムを通じ光を屈折させ屈折された光が横配列のレンズとセンサーを通過する構造になっています。これを通じカメラモジュールの厚みを増大させることなく長いフォーカス距離を確保することができ、高倍率光学ズームを具現することが可能です。

直通方式においては倍率の増加によりカメラモジュールの高さが高くなるが、5倍以上の光学ズームにおいては携帯電話への実装が不可能な水準にまで高さが増加します。屈折方式はカメラモジュールの突出なしで、スリムなデザインや高倍率ズームの具現を可能になります。

カメラが突出することなく高倍率光学ズームを具現

Lens

レンズは被写体から発した光を集めセンサーに被写体のイメージを写す製品です。最近、スマートフォンカメラ向けに発売されるワイド、テレ、ウルトラワイド、高倍率ズーム等のカメラモジュールに対応するため様々な製品のラインアップを保有しております。

  • 高解像度スリムレンズのコア技術
  • 高画質具現のためのレンズ設計技術
  • サブミクロンの大きさの超精密金型の製作及び組立技術
  • 光学/光器具の設計 → 金型設計/制作 → レンズの射出/組立まで一貫生産体系の構築
  • 12M、48M、108Mに及ぶ多様な高画素レンズのスリム化
  • 世界初の7pレンズ量産
  • 世界初の屈曲カメラモジュール向けDカットレンズ量産
  • * Sub-micron : 直径 0.2∼0.1um, 1um=0.0001cm

レンズの組立品

レンズの組立品は一般的にバレル、レンズ、スペイサーの3種の部品で構成されます。バレルは部品と組み合わせるケースの役割をし、レンズはセンサーにイメージが浮かぶよう光を伝達し、スペイサーはレンズ同士の距離を維持しフレアやゴーストを防止するために不必要な光を遮断する役割を担います。

  • * フレア : 光がバレル内部から反射したり明るすぎる被写体による乱反射により濁って見える現象
  • * ゴースト : 強い光がバレル内部やレンズ面等に反射され光源と対称となる位置に残像を残す現象

レンズ単品の値数はカメラモジュール解像力を決定する上で直接的な影響を及ぼします。優れた解像力を得るために次のレンズ単品値数がサブミクロン単位として管理されます。

Lens Measurement Item 説明
Decenter レンズ両面中心同士の距離
Concentricity レンズ外鏡中心とレンズ有効面中心同士の距離
Rib Thickness リブ面(レンズ有効鏡外部面)の厚さ
SAG レンズのリブ面(組立基準面)からレンズ満極点までの距離
Central Thickness レンズ中心部の厚み

高解像力のためにはレンズ単品の値数管理も重要ですが、各部品を組み立てる過程で発生する光軸の歪みを最低化することが重要です。各レンズを回転させ組み立てる方向組立を通じ歪んだ光軸を整列させることが可能で、これを通じ鮮明なイメージを具現します。

光軸の歪曲 / 方向組立 / 光軸の最適化

PCB

PCBはPSR銅箔、絶縁材等の様々な資材の接合により構成され、PCB上にアクチュエータ、センサー、回路素子を実装し部品同士の有機的な回路動作を通じデジタルイメージを送信します。カメラモジュールには電子製品が密集された空間に屈曲形態で実装されるRigid Flexible PCBとカメラモジュールアクチュエータの内部実装向けのFlexible PCBが適用されます。

  • PCB設計のコア技術
  • PCB薄板化構造(FR-4 0.3T, FR-4 Cavity 0.25T, Metal Cavity 0.15T)
  • ウォーページの解釈自動化
  • 3D Warpage Scan
  • Electrical シミュレーション

PCBの薄板化構造

モバイル機器の技術環境は高機能化、スリム化に伴い急速に進歩しており、カメラモジュールのスリム化のためには構成部品の厚み低減技術が求められます。PCBはイメージセンサー実装部の背面の厚みを下げたキャビティPCBを具現し、カメラモジュールのスリム化に対応しております。

Item Picture Thickness
FR-4 Normal PCB 0.3
Organic Cavity PCB
(Cavity FR-4 材質)
0.4
(Cavity 0.2)
Metal Cavity PCB
(Cavity Metal 材質)
0.4
(Cavity 0.15)

Warpageの解析自動化

PCBのWarpageを管理することは、カメラモジュールの光学設計に影響を与える要因であり、高画素カメラモジュールにおいて求められる主要技術です。Warpageの解釈はCTEミスマッチ理論を基盤に解析方法論を研究した上で高い予測正確度を提供、解析モデリング及び最適化アルゴリズムの開発、プログラム開発等を通じ解析の全過程を自動化させました。これで最適結果を導出、設計に反映します。

  • * CTE(Coefficient of Thermal Expansion) : 熱膨張係数、一定圧力の下にある物体の熱膨張と温度の間の比率

電気シミュレーション

カメラモジュールの技術進歩により高速信号送信、低電力化が求められ、省エネ部品の開発と共にPCB設計においても損失を最小に抑えられる設計が求められます。伝送線の電気シミュレーションを通じ、このような損失をより正確に予測し設計の改善点を反映しています。

  • 抵抗[mΩ]分析
  • 結合係数[%]分析
  • MIPI電気抵抗分析

モジュールパッケージング

モジュールパッケージングは光学部品の実装、接合及び検査評価を通じ、カメラモジュール性能の最適化を具現する技術です。

  • 社内内製化及び精密技術で高生産性確保
  • スリムパッケージング技術の開発
  • 高精密組立技術及び設備の内製化
  • 高解像度製品のための高精密組立(Active Alignment)技術及び設備開発
  • 製品の特性評価自動化ライン / パーティクル検査の自動化

COB

COB(Chip on Board)は半導体チップをリジットPCBの上に付着した後、ワイヤー接合を通じPCBとセンサーを繋ぐパッケージング工法です。自動化及び製品の規格化が可能で、信頼性に優れているため半導体及び様々なデバイス製造において幅広く使われる方式です。サムスン電機はカメラモジュールの製造工程で発生する光軸(Optical Axis)と決像面(イメージプレイン)の整合精密度を向上させるために多様な工法を独自に開発し適用しています。

COB工法の代表的な工程プロセスは下記の通りです。

COB
Process Item Picture Description
Die Attach ダイ(Die)状態のイメージセンサーをPCBに接合し組立る。
Wire Bonding PCBとイメージセンサーの間に電気的信号が通じるようワイヤーを繋ぐ。
Cleaning PCBとセンサー上の異物を除去する。
Housing Attach PCBにハウジングを接合し組立てる。

*μmはumを表します

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