미국 하버드대학 공학응용과학부 SEAS(School of Engineering and Applied Science)가 이산화티타늄을 이용한 나노 구조체를 늘어놓은 얇은 평면 렌즈를 개발했다. 이 렌즈는 빛 굴절을 이용하는 유리 렌즈와는 전혀 다른 두께와 크기, 구조를 갖춰 효율적으로 빛을 모을 수 있다.

SEAS가 지난해 발표한 2016년 버전 평면 렌즈는 한 번에 좁은 특정 색역 빛만 집중시킬 수 없다는 단점이 있었다. 하지만 이번에 발표한 건 이런 색역 문제를 일부 해결한 진화형 버전인 것. 1년 전에는 거의 단색만 가능했던 반면 이번에는 형상이나 폭, 거리, 높이를 특정 패턴으로 재배치, 파란색에서 녹색까지 파장으로 490∼550nm까지 이어진 색역을 색수차 없이 다룰 수 있게 됐다.

일반 유리 렌즈를 단독으로 이용하면 빛 파장 그러니까 색에 의해 수렴되는 위치가 다르다. 이는 색수차, 그러니까 색상 차이로 나타나 이미지가 흐릿해지는 원인이 된다. 이 때문에 카메라 렌즈 등은 렌즈 여러 장을 겹쳐 색수차를 보정한 이미지를 얻는다.

SEAS가 개발한 평면 렌즈는 구조적으로는 렌즈 하나만으로 모든 색역을 색수차 없이 수렴 가능해 렌즈부를 가볍고 콤팩트하게 정리할 수 있게 해준다. 물론 평면 렌즈는 가시광성 전체를 취급할 수 있도록 파장을 390∼700nm 전후까지 확장해야 하는 만큼 아직까지는 카메라 렌즈 등에는 응용할 수 없다. 하지만 실제로 실현된다면 예를 들어 스마트폰에 내장한 작은 카메라도 적어도 렌즈만큼은 DSLR과 같은 해상감을 얻을 수 있게 된다. 또 대형 망원 렌즈와 천체 망원경 같은 모든 광학 장치가 지금은 생각할 수 없을 만큼 작지만 고성능으로 대체될 가능성도 있다.

SEAS의 평면 렌즈 제조 방식은 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 기술과 호환, 마치 반도체 프로세서를 만들 듯 대량 생산이 가능하다. 하버드대학 측은 이 평면 렌즈 기술에 대한 특허를 출원하고 전문 스타트업 기업 설립을 위한 준비를 진행하고 있다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이장혁 IT칼럼니스트  hymagic@naver.com

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