머리카락 두께보다 100분의 1수준의 초박막렌즈 개발
머리카락 두께보다 100분의 1수준의 초박막렌즈 개발
  • 신종명 기자
  • 승인 2021.01.01 20:00
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노준석 포항공대 연구팀, 과기정통부 지원 연구 수행
ⓒ데일리포스트=기존 렌즈(사진 좌측)와 연구팀이 개발한 메타렌즈 두께.[과학기술정보통신부 제공]
ⓒ데일리포스트=기존 렌즈(사진 좌측)와 연구팀이 개발한 메타렌즈 두께.[과학기술정보통신부 제공]

[데일리포스트=신종명 기자] 휴대전화와 카메라의 굴절렌즈를 머리카락 두께의 100배 1에 불과한 초박막렌즈 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

1일 과학기술정보통신부는 노준석 포항공과대학교 기계공학과/화학공학과 노준석 연구팀은 기준 굴절렌즈의 성능을 유지하면서도 두께가 1만 분의 1 수준인 적외선 초박막렌즈 및 대량생산을 할 수 있는 기술을 개발했다고 발표했다.

이번 연구는 전자기·역학 분야 메타물질 핵심원천기술 확보와 실용화 연구를 추진 중인 과기정통부 글로벌프런티어사업 등의 지원을 받아 진행됐다.

연구에는 이 헌 고려대 신소재공학부 교수 연구팀, 한승훈 삼성전자 종합기술원 이미징 디바이스랩 마스터팀 등이 참여했다.

연구팀에 따르면 빛을 모으는 기존의 굴절렌즈는 스마트폰과 DSLR 카메라 등의 핵심 부품이지만, 크고 무거운 데다 부피를 줄일수록 성능이 저하되는 한계가 있었다.

특히 스마트폰에 들어가는 카메라는 이미지 왜곡을 줄이기 위해 8~9개의 굴절렌즈로 이뤄진 복합 렌즈를 사용했다.

스마트폰이 슬림화됨에도 복합 렌즈를 줄이기가 어려워 스마트폰 뒤쪽에 카메라가 튀어나오는 문제가 발생했다.

DSLR 카메라 또한 고성능으로 갈수록 무겁다는 문제로 그동안 메타물질을 활용한 ‘전자빔 리소그래피 공정에 관한 연구가 이뤄졌으나, 공정 속도가 느리고 단가가 비싸다는 한계에 부닥쳐 왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해소하기 위해 평소에는 액체상태로 존재하지만, 빛을 받은 딱딱한 플라스틱으로 굳는 성질을 가진 ‘감광응성’ 레진에 나노입자를 섞은 새로운 나노성형소재를 개발했다.

또 나노성형소재를 한 번의 공정으로 성형할 수 있는 원스텝 프린팅 기술을 개발했다.

이 기술을 이용하면 원스텝 프린팅 기술로 명명된 신기술은 기존의 전자빔 리소그래피보다 100배 이상 빠른 속도로 메타물질을 제작할 수 있다.

또 기존 공정에서 호환이 어려운 곡면기판과 유연기판상에도 메타물질을 적용할 수 있어, 착용형 기기에도 적용 가능하다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 신기술을 바탕으로 머리카락 두께의 100분의 1에도 못 미치는 1마이크로미터 두께의 초박막 메타렌즈를 개발하고 실제 광학계에 결합해 이미징에 성공했다.

노준석 포항공대 교수는 “이번 연구에서 구현된 초박막 메타렌즈는 무거운 굴절렌즈로 인한 여러 가지 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 말했다.

노 교수는 이어 “연구결과는 앞으로 적외선 내시경, 폐쇄회로(CC)TV, dirks 투시경 등 다양한 분야에서 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

연구결과는 1일 ‘Printable Nanocomposite Metalens for High-Contrast Near-Infrared Imaging’ 제하의 제목으로 세계적인 학술지 ‘ACS Nano’ 온라인판에 게재됐다.


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