고해상도 풀컬러 영상을 찍을 수 있는 소금알갱이 크기의 초소형 카메라가 개발됐다. 조만간 스마트폰으로 고해상도 카메라를 찍기 위해 단말기 뒷면에 커다란(?) 3개의 카메라를 배치할 필요가 없어진다는 뜻이다.

주인공은 미국 프린스턴대와 워싱턴대 연구원들이다.

이 초소형 카메라는 빛을 포착하는 이른바 ‘메타 서피스(meta-surface)로 만들어졌는데, 표면 전체를 센서로 바꿀 수 있도록 크기를 늘릴 수도 있다.

이 장치는 얼핏 보기엔 원형 패턴이 식각된 선명한 패널 정도에 지나지 않아 보인다. 그러나 0.5mm 너비의 이 카메라에는 160만 개의 실린더가 들어 있으며, 각각은 빛을 올바른 방식으로 굴절시켜 어레이 전체가 광파면을 형성하도록 세심하게 설계됐다. 그런 다음 신호 처리 알고리즘이 해당 데이터로부터 이미지를 생성한다.

그 결과 나온 이미지는 다른 소형 센서에 비해 훨씬 선명하다. 연구팀은 실험을 통해 새로운 센서가 720⨯720 화소 크기의 풀 컬러 이미지를 구현한다는 것을 보여주었다. 이 센서는400~700나노미터(nm) 사이의 자연광 파장을 포착하며 mm당 214라인 쌍의 공간해상도를 갖는다.

연구팀은 “이 센서가 40도의 시야각, 조리개값(f) 2 수준을 보였으며, 이는 이보다 50만배나 큰 기존 카메라 렌즈에 포착된 것과 맞먹는 크기”라고 밝혔다.

후처리 알고리즘은 이미지 품질을 향상시키는 데 엄청난 역할을 하며, 메타서피스와 함께 설계돼 서로 잘 동작하도록 보장한다.

이 초소형 카메라의 또 다른 장점은 장치 제작이 간단하다는 점이다. 이는 대량 생산이 상대적으로 쉬울 것이라는 것을 의미한다.

이 소금알갱이 크기의 센서는 질화규소로 만들어졌고, 표면의 나노구조는 이미 반도체를 만드는 데 사용되는 심 자외선 석판화 기술(deep ultraviolet lithography)을 이용해 생산할 수 있다.

연구팀은 이 기기들이 양산된다면 작은 로봇들에게 더 나은 시야를 제공하면서 의료용 신체 영상 촬영에 사용될 수 있으며, 심지어 이러한 센서 수천 개를 배치함으로써 기본적으로 무엇이든 바꿀 수 있게 된다고 말했다.

펠릭스 하이데 수석 연구원은 “우리는 각각의 기기 표면을 초고해상도를 가진 카메라로 바꿀 수 있게 돼 더 이상 휴대폰 뒷면에 3개의 카메라가 필요없게 될 것이다. 휴대폰 뒷면 전체가 하나의 거대한 카메라가 될 것이다. 우리는 미래에 기기를 만드는 완전히 다른 방법을 생각할 수 있다”고 말했다.

이 연구 성과는 11월 29일자 네이처 커뮤니케이션즈 지에 실렸다.