▲ ‘카툭튀’ 끝…美하버드대 ‘완벽한’ 메타렌즈 발명

미국 하버드대 연구진이 ‘완벽한’ 렌즈를 공개했다.

1일(현지시간) 영국 일간 데일리메일 보도에 따르면, 페데리코 카파소 하버드대 교수팀이 스마트폰 카메라와 가상현실(VR) 헤드셋 등 모든 광학 기기에 혁신을 일으킬 메타렌즈를 개발해냈다.

메타렌즈는 평평한 표면으로 나노 구조를 사용해 빛을 모은다. 이는 현재 광학 기기에 쓰이고 있는 부피가 큰 굴절 렌즈가 더 단순하고 평평한 렌즈로 대체된다는 점을 의미한다. 하지만 지금까지 개발된 이런 메타렌즈는 초점을 맞추는 데 영향을 주는 빛의 스펙트럼에서 제한적이었다.

왜냐하면 가시광선의 각 파장은 다른 속도로 물질을 통과하기 때문이다. 예를 들어 빨간색 파장은 유리에서 파란색보다 더 빨리 이동해 두 색상은 다른 시간에 같은 위치에 도달해 서로 다른 초점을 만든다. 이는 색수차로 알려진 이미지 왜곡을 만든다. 따라서 카메라 등 기존 광학 기기는 이런 왜곡을 보정하기 위해 서로 다른 두께와 소재로 된 다중 굴절 렌즈를 추가적으로 사용한다. 이 때문에 이른바 ‘카툭튀’(카메라가 툭 튀어나옴)라는 말까지 나온 것이다.

그런데 이제 하버드대 연구진은 백색광을 포함한 모든 가시광선을 같은 부분에 고해상도로 초점을 맞출 수 있는 최초의 단일 렌즈를 개발했다. 따라서 앞으로 극적으로 더 얇은 카메라 렌즈와 해상도가 더 뛰어난 새로운 VR 헤드셋으로 이어질 수 있다는 것이다.

이에 대해 카파소 교수팀은 “메타렌즈는 전통적인 (굴절) 렌즈보다 장점이 많다. 얇고 만들기 쉬우며 비용 효과적”이라면서 “또한 이번 렌즈는 이런 장점을 모든 가시광선 스펙트럼으로 확장한다”고 설명했다.

하버드대 연구진은 빛의 모든 파장에 똑같이 초점을 맞추고 색수차를 제거하기 위해 이산화티타늄 나노핀 배열을 사용해 메타렌즈를 만들었다.

연구에 참여한 알렉산더 주 연구원은 “우리는 색지움 렌즈를 사용해 고품질의 백색광 이미지 처리를 실현했다. 이로써 우리는 이 렌즈를 카메라 등 일반 광학 기기에 통합하는 목표에 한 발자국 더 다가서게 됐다”고 말했다.

▲ 하버드대 메타렌즈는 앞으로 스마트폰 카메라와 VR 헤드셋에 활용될 것으로 기대를 모은다.

이제 연구는 이 렌즈를 지름 약 1㎝까지 크기를 확대할 계획이다. 이는 앞으로 가상현실(VR)과 증강현실(AR) 응용 프로그램(애플리케이션) 등 많은 분야에 새로운 가능성을 열어줄 것이다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology) 최신호에 실렸다.

사진=하버드대(위), 삼성

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr