KAIST, 곤충 눈 닮은 '초박형 카메라' 개발

곤충의 겹눈 구조를 모방해 넓은 시야각과 높은 분해능을 갖춘 초박형 디지털 카메라가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 정기훈 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 '제노스 페키'의 눈 구조를 모사해 시야각을 넓히면서도 분해능을 높인 고성능 카메라를 개발했다고 20일 밝혔다.

MEMS 공정으로 만든 마이크로프리즘 어레이와 완성된 초박형 디지털 카메라의 모습
MEMS 공정으로 만든 마이크로프리즘 어레이와 완성된 초박형 디지털 카메라의 모습

곤충 눈은 평면이 아닌 곡면 형태여서 작은 크기로도 더 넓게 빛을 받아들인다. 다만 분해능이 떨어져 선명한 화질을 얻기 어려운 것이 단점이다.

연구팀은 특별한 겹눈을 가진 곤충인 제노스 페키를 모방해 초박형 카메라에 넓은 광시야각과 높은 분해능을 모두 담는 데 성공했다. 곤충 눈은 생체 광학 구조인 '오마티디아'를 수백~수천 개 활용해 영상 하나를 얻는 반면 제노스 페키는 오마티디아마다 개별 영상을 만든다. 또 오마티디아 사이에 빛을 흡수하는 구조를 갖춰 영상 간 간섭도 일어나지 않는다.

제노스 페키 시각기관을 통해 얻은 영상과 개발 카메라로 얻은 영상
제노스 페키 시각기관을 통해 얻은 영상과 개발 카메라로 얻은 영상

연구팀은 이를 모방해 수십개 마이크로프리즘·마이크로렌즈 어레이를 구성했다. 각 어레이가 다른 방향을 보도록 하면서 채널 사이에 빛을 흡수하는 중합체를 만들었다. 채널별 획득 영상을 하나로 합치면 곡면 형태에서 분해능을 대폭 높일 수 있다. 분해능이 낮은 영상 여러 개를 더해 고화질 영상을 확보하는 방식이다. 그 결과 통상 싱글렌즈 대비 시야각을 20% 이상 증가시키고 영상화질은 이론상 두 배로 높일 수 있게 됐다.

이미 보편화된 '초소형 정밀기계 기술(MEMS)' 공정을 활용해 양산할 수 있는 것도 장점이다. 완성 카메라 크기는 2㎜에 불과하다.

왼쪽부터 장경원 박사과정, 정기훈 교수, 황순홍 박사과정.
왼쪽부터 장경원 박사과정, 정기훈 교수, 황순홍 박사과정.

정기훈 교수는 “초박형 카메라를 제작하는 새로운 방법을 제시했다”며 “다양한 광학 분야에 영향을 미칠 것으로 확신한다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com