쌀알만한 군집 센서로 입체 영상 찍는다

2019.01.22 14:09
3차원 영상센서 핵심기술인 광위상배열 칩. -사진 제공 KAIST
3차원 영상센서 핵심기술인 광위상배열 칩. -사진 제공 KAIST

거창한 기계 없이 쌀알 크기의 작은 센서 몇 개로 3차원 영상을 얻을 수 있는 기술을 국내 연구팀이 개발했다. 자율주행차와 드론, 증강현실 등을 위한 휴대장치 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.


김성환 KAIST 전기및전자공학부 연구원과 박효훈 교수, 유종범 나노종합기술원 선임연구원팀은 3차원 영상 센서의 핵심 기술인 실리콘 기반 광위상배열(OPA)칩을 개발했다. 


3차원 영상 센서는 사진 등의 2차원 이미지에 입체감을 주는 거리 정보를 추가해 3차원 이미지로 인식하는 센서다. 사물의 정확한 거리 정보가 필요한 자율주행자동차 드론 로봇, 안면인식 스마트폰 등 다양한 전자기기에서 활용된다. 현재는 눈에 피해를 주지 않는 파장의 레이저 빛을 쪼인 뒤 반사돼 돌아오는 빛을 해석해 입체 정보를 얻는 라이다(LiDAR)가 자율주행차나 드론에 많이 이용되지만, 크기가 컸다. 또 2차원 센서를 움직여 3차원 정보를 얻는 기계식 장치다 보니 고장 가능성도 높다는 단점이 있었다.


연구팀은 빛의 방향을 조절할 수 있는 새로운 라이다 기술인 OPA를 이용해 기존 라이다의 한계를 해결했다. OPA는 빛의 간섭 원리를 이용해, 기계식으로 움직이는 부분 없이 빛이 나아가는 방향을 전기적으로 조절하는 광소자다. 실리콘 기반 소자로 기존 반도체 제조 공정을 이용해 제조할 수 있다.

 

제작된 초소형 광위상배열 칩. -사진 제공 KAIST
제작된 초소형 광위상배열 칩. -사진 제공 KAIST

연구팀은 피해를 주지 않는 1.55 μm(마이크로미터, 1 μm는 100만 분의 1m) 단일 파장의 빛을 발사해 넓은 범위의 3차원 정보를 얻을 수 있는 새로운 OPA를 개발했다. 크기가 수 mm2 정도로 작고 전력이 적게 들며 여러 파장을 써야만 입체 정보를 얻을 수 있던 기존 OPA보다 구조가 간단한 게 장점이다. 연구팀은 이 센서를 여러 개 배열해 360도 모든 방향의 영상을 얻는 데에도 성공해, 3차원 영상 센서기능뿐만 아니라 3차원 영상 정보를 무선으로 전송하는 기능도 가능해 고화질 영상 정보 통신에도 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.


김 연구원은 “(기존 OPA) 방식은 파장을 변조해야 하는데, 이런 광원은 집적이 어려웠다”며 “이번 연구는 소형화에 유리해 OPA 상용화에 크게 기여할 것”이라고 말했다. 유 선임연구원은 “스마트폰에 장착해 얼굴인식 및 증강현실 서비스 등에 지원할 예정”이라며 “공정 플랫폼을 발전시켜 핵심 기술의 국산화에 노력하겠다”고 밝혔다.
 

쪽부터 유종범 나노종합기술원 선임연구원, 김성환 KAIST 연구원, 박효훈 교수. - 사진 제공 KAIST
쪽부터 유종범 나노종합기술원 선임연구원, 김성환 KAIST 연구원, 박효훈 교수. - 사진 제공 KAIST

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