자율주행차·드론 등의 눈 역할을 하는 ‘3차원 영상 센서’의 소형화 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
22일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 전기및전자공학부 박효훈 교수 연구팀과 나노종합기술원이 함께 3차원 영상 센서의 핵심 기술인 ‘실리콘 기반 광위상배열(optical phased array, OPA) 칩’을 개발했다.
3차원 영상 센서는 사진과 같은 2차원 이미지에 입체감을 주는 거리정보를 추가, 3차원 이미지로 인식하는 핵심 부품이다.
이 센서는 사물의 정확한 거리정보가 필요한 자율주행 자동차, 드론, 로봇, 스마트폰 등의 전자기기에서 눈 역할을 한다.
현재 자동차·드론 관련 회사들은 레이저 빛을 이용한 3차원 영상 센서인 ‘라이다(light detection and ranging, LiDAR)’ 개발에 주력하고 있다. 그러나 이 방식은 2차원 영상 센서로 3차원 스캐닝을 하는 기계적 방식을 사용하기 때문에 크기가 주먹 1개에 달하고 고장 가능성도 높다.
때문에 크기가 작고 내구성이 높은 광위상배열(Optical Phased Array, OPA)이 차세대 구조로 주목받고 있지만, 빛 방향을 조절하는 방법에 기술적인 어려움이 있었다.
연구팀은 ‘파장 변조 광원’을 사용해야 하는 기존 방법과 달리 ‘단일파장 광원’으로 넓은 범위를 2차원 스캐닝할 수 있는 초소형·저전력 광위상배열 칩을 개발했다.
반도체 공정을 통해 광위상배열 구조로 제작된 이 센서는 잠자리 눈 크기 정도로 작게 제작할 수 있어 3차원 영상 센서의 소형화가 가능하다.
특히 획득한 3차원 영상 데이터를 원하는 방향으로 무선전송할 수도 있어 고화질·대용량 영상정보를 전자기기 간 자유롭게 통신할 수도 있다.
김성환 박사과정은 “파장 변조를 이용한 2차원 스캐닝은 파장 변조가 가능한 광원의 집적이 매우 어렵다”며 “이번 연구를 통해 광위상배열의 상용화에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”라고 말했다.
유종범 박사는 “3차원 영상 센서를 스마트폰에 장착해 얼굴인식 및 증강현실 서비스 등에 지원할 예정”이라며 “3차원 반도체 영상 센서 핵심 기술의 국산화를 위해 노력하겠다”고 말했다.
KAIST 김성환 박사과정과 나노종합기술원 유종범 박사가 주도한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘옵틱스 레터스(Optics Letters)’ 15일자 온라인 판에 게재됐다.
대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr
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