머리카락보다 더 얇은 렌즈가 개발됐다. 향후 5년 내 이 평면렌즈를 이용해 종잇장처럼 얇은 안경, 초박형 디지털카메라와 스마트폰이 나오게 될 것으로 전망된다.
피직스닷오알지는 12일(현지시간) 미 유타대과학자들이 이같은 초박형 평면 광학렌즈를 제작했다고 전했다.
이 초박형 렌즈는 엄청나게 얇아졌음에도 불구하고 회절원리를 이용해 빛을 하나의 초점에 맞춰준다. 이들은 “초박형 평면렌즈는 빛의 색깔을 굴절시켜야 하는 카메라같은 광학기기에 사용할 수 없다”는 기존 관념을 뒤집었다.
우리 눈이나 사진기로 이미지를 포착하기 위해서는 유리를 통해 이미지에 초점을 맞춰야 한다. 다른 종류의 빛색깔이 렌즈를 통과해 카메라센서나 눈 망막의 한점에 모여야 한다.
굴절원리를 이용하는 기존 카메라는 빛이 굴절되도록 하기 위해 여러 장의 곡면렌즈를 사용하면서 빛의 모든 색깔이 하나의 지점으로 모이도록 했다. 이는 카메라를 두껍고 무겁게 만들었다.
하지만 라제쉬 메넌 유타대 컴퓨터공학과교수는 회절원리를 이용해 초박형 평면렌즈 설계 방법을 알아냈다. 빛은 이 렌즈의 마이크로 구조와 상호작용해 구부러지게 된다.
메넌 교수는 “렌즈에 곡률을 갖도록 하는 대신 매우 납작하게 만듦으로써 스마트폰같은 기기를 완전히 새로운 사진촬영 시스템으로 디자인 할 기회를 갖도록 했다”고 말했다. 이어 “우리의 연구는 ‘평면·회절렌즈로는 모든 색깔을 동시에 보정할 수 없다’는 그간의 오해를 바로 잡았다”고 덧붙였다.
그는 “우리연구는 회절을 통해 빛을 구부러지게 만들면서 서로다른 빛의 컬러가 한점에 모아지게 만들었다는 점에서 새롭다. 그동안 사람들은 이것이 불가능하다고 믿었다”고 말했다. 이어 “우리는 자연에서도 특정한 나비의 날개에서 이같은 현상을 볼 수 있다. 나비 날개의 색깔은 회절을 통해 우리 눈에 들어오게 된다. 우리는 회절현상에 의해 무지개를 보기도 한다”고 설명했다.
유타대 연구진은 렌즈의 기하를 계산하기 위해 특별한 알고리듬을 사용함으로써 여러 가지 다른 빛색깔이 이를 통과해 하나의 점에 모이도록 했다. 이는 보다 가벼운 가전품,스마트폰은 물론 내시경등에도 사용될 전망이다. 또한 드론이나 인공위성에 훨씬 더 가볍고 얇은 카메라를 장착시킴으로써 이들의 무게를 크게 줄일 수 있게 해 줄 전망이다.
이들의 발명품은 슈퍼무색렌즈(super-achromatic lens)로 불리며 사이언티픽리포트에 게재됐다. 논문제목은 ‘울트라광대역초점 무색-일탈-교정 회절형 렌즈’(Chromatic-Aberration-Corrected Diffractive Lenses for Ultra-Broadband Focusing)다.
메넌교수는 자신들의 컨셉을 증명한 데 이어 5년 내 이런 기기들을 만들 수 있게 될 것으로 믿고 있다.
이재구 전자신문인터넷 국제과학 전문기자 jklee@etnews.com
