곤충 눈 닮은 카메라, 얇은 렌즈로 넓게 본다

곤충 눈 구조를 모사해 고해상도와 초박형 두 가지 조건을 모두 만족하는 카메라가 국내에서 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 정기훈 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 고해상도 이미징이 가능한 곤충 눈 구조 초박형 카메라를 개발했다고 23일 밝혔다.

초박형 어레이드 카메라를 통해 얻은 배열 영상과 이를 통합한 합성 영상

이 카메라는 독특한 시각 구조를 가진 제노스 페키라는 곤충 눈을 모사했다. 상용 카메라보다 더 얇은 렌즈 두께와 넓은 광시야각을 갖는다. 모바일, 감시 및 정찰 장비, 의료영상 기기 등 다양한 소형 카메라가 필요한 분야에 적용 가능하다.

최근 소형화된 이미징 시스템 수요가 커지고 있지만 기존 카메라는 렌즈 두께 감소에 한계가 있었다. 물체 상이 일그러지거나 흐려지는 현상인 '수차'를 줄이기 위해 다층 렌즈 구조를 활용하기 때문이다.

고해상도 구현도 어렵다. 렌즈 사이 '광학 크로스토크'로 인해 해상도가 저해됐다. 광학 크로스토크는 렌즈를 통과한 빛이 다른 렌즈의 것과 겹쳐 영상이 중첩 촬영되는 현상이다.

연구팀은 제노스 페키의 시각 구조를 모사한 렌즈를 제작, 이를 이미지 센서와 결합해 초박형 카메라를 개발했다. 곤충 눈은 렌즈와 렌즈 사이 빛을 차단하는 색소 세포가 존재해 각 렌즈에서 결상되는 영상 간 간섭을 막는다. 결상은 광선이 반사 굴절한 뒤 다시 모여 상을 만드는 현상이다. 이런 구조는 렌즈 사이 광학 크로스토크를 막아 고해상도 영상을 획득하는 데 도움을 준다.

KAIST 연구진. 사진 왼쪽부터 김기수 박사과정, 정기훈 교수

연구팀은 이런 광 차단 구조를 포토리소그래피 공정으로 매우 얇게 구현했다. 렌즈 두께를 최소화하기 위해 이미지 센서 방향인 역방향으로 렌즈를 배치했다. 최종 개발한 렌즈 두께는 0.74㎜다. 이를 통해 여러개 배열 영상을 얻고, 하나의 이미지로 합성해 높은 해상도를 구현했다.

정기훈 교수는 “실질적으로 상용화 가능한 초박형 카메라를 제작하는 방법을 개발했다”면서 “이 카메라는 영상획득이 필요한 장치에 통합돼 장치 소형화에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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