연구성과

기계/화공 노준석 교수팀, 물체의 형태부터 윤곽선까지 원스탑으로!

2023-10-23 313

[POSTECH·성균관대 연구팀, 빛에 따라 촬영 모드 전환 가능한 듀얼 메타렌즈 개발]

최근 애플에서 출시한 아이폰15 국내 사전 예약 고객 중 2030 세대 비율은 약 80%다. 높은 가격에도 불구하고 이들이 열광하는 이유는 바로 아이폰 특유의 감성적인 색감과 선명한 화질을 구현한 카메라다. ‘인덕션’을 떠올리게 하는 여러 렌즈 없이도 고퀄(고퀄리티)의 이미지와 영상이 가능하다면 MZ세대들의 더 많은 지지를 얻을 수 있지 않을까?

기계공학과 · 화학공학과 노준석 교수, 인공지능대학원 트레본 배드로(Trevon Badloe) 씨, 기계공학과 통합과정 김예슬 · 김주훈 씨, 성균관대 양자생명물리과학원 김인기 교수 공동 연구팀은 하나의 렌즈로 이미징 모드 전환이 가능한 듀얼 메타렌즈를 개발했다. 이 연구는 나노 · 재료 · 화학 분야 국제 학술지인 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.

일반적으로 물체가 촬영될 때 일반 모드와 에지(Edge) 모드를 거치게 된다. 기본적인 정보를 추출하는 일반 모드와 물체의 윤곽선 정보만을 전달하는 에지 모드는 초점의 형태가 달라 서로 다른 렌즈를 사용한다. 그런데 최근 기기의 소형화 · 경량화 추세에 따라 하나의 렌즈로 두 모드를 구현하려는 연구가 진행되고 있다.

이번 연구에서 연구팀은 전기적으로 초점 형태가 바뀌는 메타렌즈로 이를 해결했다. 빛의 성질을 완전히 무시하는 메타렌즈는 나노 단위의 인공 구조체로 이루어져 있다. 연구팀은 크기와 모양, 회전 등 구조체의 특성을 조정하여 빛의 편광이 가진 회전 방향에 따라 일반 모드와 에지 모드 간 전환이 가능한 듀얼 모드 이미징 메타렌즈를 제작하는 데 성공했다.

이 렌즈는 액정(LC) 층에 가해지는 전압에 따라 초점을 바꿀 수 있어 액정의 전환 속도인 밀리초(milisecond, 1000분의 1초) 단위로 고속 모드 전환이 가능했다. 또, 이번 연구에서 연구팀은 가시광 영역에서 손실이 적은 수소화된 비정질 실리콘을 나노구조체로 사용했는데, 렌즈의 효율도 빨강(Red)과 초록(Green), 파랑(Blue) 파장에서 각각 32.3%, 31.7%, 20.4%로 높게 나타났다. 하나의 렌즈로 두 모드를 구현하며, 고해상도의 이미지를 얻는 데 성공한 것이다.


노준석 교수는 “세포 반응과 약물 스크리닝 등 바이오 이미징 분야에서 빠르게 고해상도 이미지를 모니터링할 수 있게 되었다”며, ”스마트폰과 가상현실(VR) · 증강현실(AR) 기기, 고정형 라이다(LiDAR) 등 다양한 분야에서도 큰 도움이 되길 바란다“는 기대를 전했다.

한편, 이 연구는 포스코 산학연 융합연구소 사업, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 미래유망 융합기술 파이오니아사업 등의 지원으로 수행됐다.