'카툭튀' 사라진다.. 1만배 얇은 메타렌즈 개발

나노입자 복합재로 메타물질 렌즈 구현
머리카락보다 100배 얇은 초박막렌즈 개발

삼성전자 갤럭시노트20의 이미지. / 기사와는 무관

[아시아경제 황준호 기자] 국내연구진이 기존 굴절렌즈보다 1만배 얇은 초박막렌즈 개발에 성공했다. 스마트폰 카메라의 크기를 획기적으로 줄이는데 기여하거나 적외선 내시경, CCTV, 야간투시경 등 다양한 방면의 초소형 카메라 개발에 기여할 기술이 될 것으로 예상된다. 노준석 포항공과대학교 기계공학과·화학공학과 교수의 연구팀은 이헌 고려대 교수, 한승훈 삼성전자 종합기술원 마스터 등과 공동 연구를 통해 이같은 특성을 가진 메타물질 기반 렌즈를 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 ACS 나노에 1일 실렸다.

렌즈 두께, 머리카락 100분의 1

연구팀이 개발한 렌즈는 기존 굴절렌즈와 성능은 비슷하지만 두께가 1만 배나 얇은 렌즈다. 머리카락과 비교해도 100분의 1 정도 두께다. 연구팀은 이 렌즈를 실제 광학계와 결합해 이미징에 성공해, 실제 응용 가능성까지 검증했다.

원래 연구팀은 더이상 작아질 수 없는 굴절렌즈의 한계를 깨기 위해 메타물질 렌즈를 연구했다. 하지만 메타물질 구성에 드는 비용 등을 감안하면 경제성이 맞지 않다고 판단했다. 이에 메타물질 구현에 적합한 광특성을 가지면서 자유자재로 성형이 가능한 나노복합재로 눈을 돌렸다. 이어 평소에는 액체 상태지만 빛을 받으면 플라스틱으로 굳는 감광응성 레진에 나노입자를 섞은 소재를 개발했다. 나노입자의 종류와 농도에 따라 광 특성을 제어할 수 있고 경제성도 갖춘 소재다. 특히 연구팀은 이 소재를 한 번에 프린팅할 수 있는 기술도 개발했다. 기존 전자빔 리소그래피에 비해 100배 이상 빠른 속도로 렌즈를 제작할 수 있다. 또 곡면기판이나 유연기판 위에서도 렌즈를 만들 수 있다. 향후 플렉시블 스마트폰이나 착용형 기기 등에 적합한 렌즈를 개발하는 것이 가능할 것으로 예상된다.

각종 카메라 렌즈 두께도 줄일 수 있어

노준석 교수는 "이번 연구에서 구현된 초박막 메타렌즈는 동일한 광학적 특성을 가진 기존의 적외선 굴절렌즈보다 1만배 얇기 때문에 크고 무거운 굴절렌즈로 인한 여러 가지 문제들을 해결할 수 있을 것"이라며 "향후 적외선 내시경, CCTV, 야간투시경 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 기대된다"고 설명했다.

한편 빛을 모으는 렌즈는 스마트폰, DSLR 카메라 등 최신 전자기기 및 광학기기에 없어서는 안 될 핵심 부품이다. 하지만 기존의 굴절렌즈는 크고 무거우며, 부피를 줄일수록 성능이 저하되는 한계가 있다. 이에 따라 스마트폰에 들어가는 카메라는 이미지 왜곡을 줄이기 위해 8~9개의 굴절렌즈로 이루어진 복합 렌즈를 사용한다. 그러나 복합 렌즈의 두께를 줄이기가 어렵기 때문에 스마트폰 뒤쪽에 카메라가 튀어나오는 소위 '카툭튀(카메라 돌출)' 문제가 발생한다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr