보고서 정보
주관연구기관 |
광주과학기술원 Gwangju Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
송영민
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800005096 |
과제고유번호 |
1711036503 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-05
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키워드 |
생체모방.겹눈구조.광소자.플렉서블 소자.곤충 눈 카메라.영상장치.Biomimicry.Compound eye structure.Optoelectronics.Flexible electronics.Compound eye camera.Imaging devices.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800005096 |
초록
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연구의 목적 및 내용
곤충의 눈은 매우 넓은 화각을 가지며, 빠른 움직임 검출, 적은 에너지 소모 등의 특징이 있기 때문에 미국, 유럽 등 주요국가에서 정부의 주도 하에 연구가 진행되고 있으나 현재까지 개발된 기술은 상용화에는 어려움이 따름.
본 연구에서는 기존 겹눈 카메라 기술을 상회하는 기술 개발을 목적으로 하였으며, 그 구체적인 내용은 다음과 같음. 본 연구에서 최종 목표는 색상 및 편광의 인식이 가능한 3차원 중립상 겹눈 구조의 구현이며, 이를 구현하는 과정에서 1) 중립상 겹눈 구조를 모방한 고감도 이미징 기술,
연구의 목적 및 내용
곤충의 눈은 매우 넓은 화각을 가지며, 빠른 움직임 검출, 적은 에너지 소모 등의 특징이 있기 때문에 미국, 유럽 등 주요국가에서 정부의 주도 하에 연구가 진행되고 있으나 현재까지 개발된 기술은 상용화에는 어려움이 따름.
본 연구에서는 기존 겹눈 카메라 기술을 상회하는 기술 개발을 목적으로 하였으며, 그 구체적인 내용은 다음과 같음. 본 연구에서 최종 목표는 색상 및 편광의 인식이 가능한 3차원 중립상 겹눈 구조의 구현이며, 이를 구현하는 과정에서 1) 중립상 겹눈 구조를 모방한 고감도 이미징 기술, 2) 박막형 편광 및 색상 인식 구조 기술, 3) 곡면형 유연 무반사구조 기술을 개발하고 관련 원천 기술 확보 완료.
연구결과
1차년도: 다기능성 겹눈 카메라를 위한 기반 기술 연구
- 선행 기술 조사를 통해 기 보고된 연구 결과 분석, 이를 통한 곡면형 무반사 구조 설계 (반사율 1% 이내 가시광 영역)
- 플라즈모닉 편광자를 이용한 편광 인식 구조 설계 및 시뮬레이션 (투과/억제 비 4:1이상)
- 실리콘 나노와이어 어레이를 이용해 R, G, B 3개의 주요 파장 대역에서 투과/억제비 10: 1 이상의 컬러필터 설계
2차년도: 플렉서블 기판 집적 구조 연구
- 제작한 마이크로렌즈의 변형 전/후 광학적/기계적 특성 분석 (구조적 변형 5% 이내,광학적 특성 변화 1~2% 이내)
- 광학 시뮬레이션을 통한 마이크로렌즈 배열 최적화 및 최적 광검출기 크기 확보 (픽셀 크기: 160 X 160 μm)
- 상용 CMOS 및 532 nm laser를 이용하여 마이크로렌즈 배열의 결상 능력 평가
- 전기적/광학적 시스템의 집적 전/후 특성 평가 (2~3% 이내의 특성 변화)
3차년도: 다기능성 3차원 구조 통합 시스템 연구
- 가시광 영역(400~800nm)에서 특성을 가지는 박막형 컬러/편광 구조 연구 및 제작
- 다양한 곡률 및 주기 선택이 가능한 대면적/저비용 마이크로렌즈 어레이 공정 조건확보 및 제작
- 3차원 곤충 눈 카메라 모듈 제작, 특성평가 및 실시간 영상 획득(스캐닝 프로세스를 통한 고해상도 영상 획득)
연구결과의 활용계획
곤충 눈을 모방한 무왜곡, 전방위 카메라의 개발은 기존 카메라/이미징 장치가 갖지 못하던 장점들을 가지면서도 소형 모듈화, 저전력화 등이 가능하기 때문에 무인 항공기, 무인 로봇 등의 모션 검출기로서 우선 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 그 밖에도 다음과 같은 활용범위가 예상됨.
1. 기존 장애물 회피 센서 기술 (적외선 반사 센서, 레이더, 초음파 센서 등)의 단점을 극복하는 새로운 형태의 센서 시스템 제공
2. 안전 항법, 안전 주행 등에 대한 새로운 regulation 가능성
3. 곤충 눈 기반 모션 인식 기능 (Elementary Motion Detection, EMD) 관련 연구의 새로운 활로 개척 (전산분야와의 협동연구 가능)
4. 관련 제품 (전방위 센서 및 이미징 장치)의 신규 수요 창출
( 출처 : 한글요약문 4p )
Abstract
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Purpose&contents
Since the insect's eye has a very wide angle of view, fast motion detection, and low energy consumption, many studies on the insect's eye are under way led by government in major countries such as USA and Europe.
The purpose of this study is to develop technology that exceeds
Purpose&contents
Since the insect's eye has a very wide angle of view, fast motion detection, and low energy consumption, many studies on the insect's eye are under way led by government in major countries such as USA and Europe.
The purpose of this study is to develop technology that exceeds existing technology of compound camera. The final goal in this research is the implementation of a 3D superposition compound eye capable of recognizing color and polarization. In the process of realizing this, 1) high-sensitivity imaging technology mimicking superposition compound structure, 2) thin film polarization and color recognition structure technology, and 3) curved flexible anti-reflective structure technology developed and related technology was secured.
Result
1st year: Fundamental technology research for multi-functional compound eye camera
- Design of curved anti-reflection structure based on analysis of the results of previous researches (Within 1% of reflectance in visible range).
- Design and simulation of polarization recognition structure using plasmonic polarizer (Transmission / suppression ratio 4: 1)
- Design of color filter in three major wavelength bands of R, G, B using silicon nanowire arrays (Transmission / suppression ratio of 10: 1)
2nd year: Study on flexible substrate integration structure
- Analysis of the optical / mechanical characteristics before and after deformation of the manufactured microlens (within 5% of structural deformation, within 1 ~ 2% of optical properties)
- Optimization of microlens array through optical simulation and securing optimum optical detector size (pixel size: 160 x 160 μm)
- Evaluation of imaging capability of microlens array using commercial CMOS and 532 nm laser
- Evaluation of pre / post integration characteristics of electrical / optical systems (change of characteristics within 2 ~ 3%)
3rd year: Multifunctional 3D structure integration system study
- Design and fabrication of thin film type color / polarizing structure with characteristic in visible light region (400 ~ 800nm)
- Acquisition and production of large-area / low-cost microlens array process conditions capable of selecting various curvatures and cycles
- 3D insect eye camera module production, characterization and real-time image acquisition (high-resolution image acquisition through scanning process)
Expected Contribution
The development of distortion-free, omnidirectional camera, which imitates insect eyes, can be applied as a motion detector for unmanned aerial vehicles, unmanned robots, etc. The following areas are expected to be used.
1. Provide a new type of sensor system that overcomes the disadvantages of existing obstacle avoidance sensor technology (infrared reflection sensor, radar, ultrasonic sensor, etc.)
2. Possibility of new regulation for safety navigation, safety driving, etc.
3. Pioneering a new way of studying insect eye-based motion recognition(Elementary Motion Detection, EMD) (collaborative research with computer field)
4. Creating new demand for related products (omnidirectional sensors and imaging devices)
( 출처 : SUMMARY 5p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 10
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 13
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 14
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 15
- 8. 참고문헌 ... 15
- 9. 연구성과 ... 16
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 26
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 26
- 12. 기타사항 ... 26
- 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 27
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 41
- 끝페이지 ... 60
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