한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)이 초소형 삼차원(3D) 영상센서 핵심 기술을 개발했다. 기존 3D 영상센서 성능을 강화하면서 더 작은 기기에 내장할 수 있게 됐다.
KAIST는 박효훈 전기 및 전자공학부 교수팀이 유종범 나노종합기술원 박사와 공동연구로 3D영상 센서 크기와 소모 전력을 획기적으로 줄이는 광위상배열(OPA) 칩을 만들었다고 22일 밝혔다.
3D 영상센서는 사진과 같은 이차원 이미지에 거리정보를 추가해 3D로 인식한다. 자율주행자동차나 드론, 로봇 등 다양한 전자기기에서 눈 역할을 한다. 레이저 빛을 이용한 라이다(LiDAR)가 대표적이다.
적은 센서로 보다 넓은 영역을 스캐닝 하려면 레이저와 방사 방향을 조절해야 한다. 기존에는 기계방식을 써, 센서 크기가 크고 고장 위험도 컸다. 이 때문에 전기로 빛 방향을 조절하는 OPA가 차세대 라이다 구조로 떠오르고 있다.
문제는 현존 기술로 빛 방향을 수직 조절하기가 어렵다는 점이다. 수평 조절은 빛을 간섭시켜 특정 지점에 집중시키는 '전기·광학식 위상변조기'를 이용해 손쉽게 가능하다. 그러나 수직 조절은 빛의 파장을 바꾸는 추가 요소가 필요하다. 기능 집적이 어렵고 소모 전력도 늘어난다. 센서 초소형·저전력화를 이루려면 빛 방향 수직 조절도 손쉽게 가능한 OPA 칩 구현이 필수다.
연구팀은 파장 대신에 빛 굴절률을 바꿔 방사 수직각을 변화시키는 방식을 택해 OPA 칩에 담았다. 실리콘이 온도에 따라 빛 방사 굴절률에 차이를 보이는 것을 활용했다.
개발 칩은 단일파장 레이저를 이용해 수직 10도, 수평 45도 범위 스캐닝이 가능하다. 칩 면적은 수 ㎟에 불과하다.
연구팀은 이 칩과 활용 센서를 스마트폰에 장착, 얼굴인식이나 증강현실(AR) 서비스에 활용할 수도 있다고 설명했다.
김성환 박사과정은 “파장변조 스캐닝은 기술 집적이 어려운 한계가 있었다”며 “이번 연구가 삼차원 영상센서 초소형화와 상용화, 새로운 제품 구현에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
