광운대학교는 최근 전자공학과 이상신 교수 연구팀이 호주국립대 최덕용 박사와 공동으로 초박형 나노 메타표면 기술을 이용한 3D 카메라를 개발했다고 12일 밝혔다.

이 교수팀은 실리콘 기반 초박형 나노 메타표면 구조를 도입해 물리적인 이동 없이 입사되는 빛의 편광 방향에 따라 렌즈 어레이의 위치 이동이 가능한 가상이동 메타렌즈 어레이(virtual-moving metalens array)를 제안했다. 이를 통해 해상도·해상력이 향상된 3차원 광파 이미지 시스템(3D light-field imaging system)을 개발했다.

3차원 광파 이미지 시스템은 기존의 빛의 세기 정보만 획득할 수 있는 2차원 카메라 기술과 달리 빛의 세기뿐만 아니라 방향 정보도 얻을 수 있는 기술이다. 획득된 방향 정보를 기반으로 이미지 복원 과정을 거쳐 상하좌우 모든 방향에 대해 상대적 시차를 표현할 수 있다.

기존 3차원 광파 이미지 시스템은 공간 해상도와 각 해상도 간의 피할 수 없는 상충관계(trade-off)가 존재해 기존 2차원 카메라 기술 대비 해상도가 저하되는 문제를 가졌다.

이번에 개발한 3차원 광파 이미지 시스템은 전기적으로 렌즈 어레이의 위치 이동이 가능한 가상이동 메타렌즈 어레이의 고속 스위칭 구동 기반으로, 각 해상도의 손실 없이 2배 높은 이미지 샘플링 분해능과 4배 향상된 공간 해상도를 달성했다. 3차원 광파 이미징에서의 해상도 저감 문제를 회피할 수 있는 돌파구를 마련한 것이다.

특히 이 가상이동 메타렌즈 어레이 기반의 3차원 광파 이미지 시스템은 실시간으로 3차원 정보를 획득할 수 있는 기술로, 지능형 로봇, 5G 드론, 바이오 이미징 등 3차원 거리 정보를 필요로 하는 분야에 적용될 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구를 통해 초박형 나노 메타렌즈 기술을 접목, 3차원 깊이 이미지의 해상도를 획기적으로 개선했다"며 "이를 통해 나노 디바이스를 이용한 ICT 기술 개발이 가능할 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 교육부가 지원하는 이공분야 대학중점연구소 지원사업을 통해 이뤄졌다. 연구 결과는 성과를 인정받아 광학·재료 분야 국제학술지인 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials, IF=8.286) 온라인판 11월 호 표지논문로 선정됐다.