스마트폰으로 3D 디지털 홀로그램을...KIST, 편광필터 없는 편광 이미지 센서 개발

KIST 연구진이 구현한 홀로그래피 시스템
<KIST 연구진이 구현한 홀로그래피 시스템>

국내 연구진이 스마트폰으로도 홀로그램 영상을 구현할 수 있게 하는 요소 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 박민철, 황도경 연구원팀이 임성일 연세대 물리학과 교수팀과 2차원 반도체 물질인 레늄 디셀레나이드와 텅스텐 디셀레나이드를 사용해 추가 편광 필터 없이 근적외선에서 편광을 감지할 수 있는 광다이오드 소자 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. 이를 활용해 소형화된 홀로그래픽 이미지 센서를 구현했다.

빛을 전류 신호로 바꿔주는 광다이오드는 디지털카메라, 스마트폰 카메라 이미지 센서 픽셀을 구성하는 필수 부품이다. 일반 카메라 이미지 센서에 빛 편광을 감지할 수 있는 기능을 추가하면 다양한 정보를 담을 수 있다. 3차원 이미지를 저장하는 홀로그래피 기술로 활용할 수 있다. 그러나 기존에 사용되던 편광 감지 카메라는 1마이크로미터(㎛) 미만 초소형 광다이오드 이미지 센서에 별도의 수백 ㎛ 크기 편광 필터를 추가하는 방식이어서 집적화, 소형화가 불가능하다. 휴대용 전자기기에 사용할 수 없었다.

연구진은 근적외선 영역에서 빛의 선형 편광 각도에 따른 광 흡수 차이를 보이는 n형 반도체인 레늄 디셀레나이드, 편광에 따른 반응성 차이는 없지만 성능이 뛰어난 p형 반도체 텅스텐 디셀레나이드를 적층해 광다이오드 소자를 개발했다.

개발 소자는 자외선부터 근적외선까지 다양한 파장 영역에서 빛을 감지하며 특히 근적외선 영역 편광 특성을 선택적으로 감지할 수 있다. 연구진은 개발 소자를 통해 편광 특성을 기록할 수 있는 디지털 홀로그램 이미지 센서를 구현, 홀로그램 영상 획득에 성공했다.

황도경 연구원은 “최종적으로 홀로그래피 시스템을 소형화하기 위해서는 개별 소자들을 소형화하고 집적화하는 연구가 진행돼야 한다”며 “이번 연구 성과는 향후 홀로그래픽 카메라 센서 모듈 소형화 개발에 기초가 되는 연구”라고 말했다.

박민철 연구원은 “개발 센서는 기존 가시광 영역대를 벗어나 근적외선 영역대를 감지할 수 있으므로 3차원 야간투시, 자율주행, 바이오, 문화재 분석 및 복원을 위한 근적외선 정보 획득 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

김영준기자 kyj85@etnews.com