KAIST, 해상도 높인 5.1mm 초박형 '4D 카메라' 개발

정기훈 교수팀, 가장 얇은 고대비·고해상도 라이트필드 카메라 개발
생체인식, 의료 내시경, 가상현실 및 증강현실 분야 응용 기대

[대전=뉴시스] 고대비 초박형 라이트필드 카메라 및 광흡수층을 갖는 미세렌즈 모식도.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 금속 나노 광 흡수층을 활용해 고해상도 4D 영상 구현이 가능한 초박형 라이트필드 카메라를 개발했다고 4일 밝혔다.

라이트필드 카메라는 곤충의 시각 구조에서 착안해 미세렌즈와 대물렌즈를 결합한 진보된 형태의 카메라다. 한 번의 2차원 촬영으로 빛의 공간 뿐만 아니라 방향까지 4차원으로 정보를 동시에 획득할 수 있다.

기존 라이트필드 카메라는 미세렌즈 배열의 광학 크로스토크(Optical crosstalk·통신상의 혼선)로 인한 해상도 저하와 대물렌즈의 위치로 인한 소형화에 한계가 있다.

연구팀이 개발한 4D 카메라는 나노 두께의 광 흡수 구조를 미세렌즈 배열(Microlens arrays) 사이에 삽입해 대비도 및 해상도를 높였고 기존 카메라의 외부 광원, 추가 센서 부착 등의 한계를 극복했다.

연구팀은 미세렌즈 배열의 광학 크로스토크 제거를 위해 200나노미터(㎚) 두께의 금속-유전체-금속 박막으로 이뤄진 광 흡수층을 렌즈 사이에 배치하고 대물렌즈와 미세렌즈 사이의 간격을 일정 수준으로 줄여 초박형 라이트필드 카메라를 개발하는 데 성공했다.

연구팀은 광 흡수 구조를 갖는 미세렌즈 배열을 포토리소그래피 (Photolithography), 리프트 오프(Lift-off), 열 재유동(Thermal reflow) 공정을 통해 제작했다.

또 라이트필드 카메라의 전체 두께를 최소화하기 위해 미세렌즈의 방향을 이미지센서 방향의 역방향으로 배치하고 대물렌즈와 미세렌즈 사이 거리를 2.1㎜ 수준으로 줄여 전체를 5.1㎜의 두께로 만들었다. 이는 현재까지 개발된 라이트필드 카메라 중 가장 얇은 두께다.

KAIST 바이오및뇌공학과 배상인 박사과정이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials)'에 지난달 20일자로 게재됐다.(논문명:High Contrast Ultrathin Light-field Camera using inverted Microlens arrays with Metal-Insulator-Metal Optical Absorber)

정기훈 교수는 "초박형이면서 고해상도의 라이트필드 카메라를 제작하는 새로운 방법을 제시했다"며 "이 카메라는 생체인식, 의료 내시경, 휴대폰 카메라와 같이 다시점(Multi-view), 재초점(Refocusing)을 요구하는 초소형 영상장치로 통합돼 초소형 4D 카메라의 새로운 플랫폼으로 활용될 것"이라고 말했다.

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