머리카락 보다 얇은 기적의 평면렌즈 '슈퍼무색 렌즈'

고화질의 사진과 영상을 촬영하려면 좋은 렌즈는 필수다. 그런데 왜 좋은 렌즈들은 다 크고 두꺼울까? 바로 빛의 굴절현상 때문이다. 더 크고 더 두꺼워야 만 더 좋은 해상도의 뷰를 얻을 수 있다는 것은 상식이다.

그런데 최근에 미국 유타 대학교 연구팀은 머리카락의 10분의 1만큼이나 얇은 평면렌즈를 개발하는 데 성공했다. 빛이 렌즈를 통과할 때 색이 각각 다른 각도로 구부러져야 하는 데, 이렇게 얇은 평면렌즈로 어떻게 구현이 가능한 걸까?

우리가 흔히 사용하는 일반 카메라 렌즈는 색상의 굴절 각도의 차이 때문에 볼록렌즈와 오목렌즈를 동시에 사용해 한 점에 집중시키고 있다.

그러나 연구팀이 개발한 평면렌즈는 이런 굴절현상을 전혀 이용하지 않았다. 평면렌즈는 바로 '회절현상(Diffraction Phenomenon)'을 이용한 세계 최초의 렌즈이다.

회절현상은 무지게 빛깔로 보이는 화려한 나비의 날개에서 발견되는 현상이다. 이는 빛의 파동이 장애물에 부딪혔을 때 장애물 뒤를 돌아나와 보여지는 현상을 말한다.

연구진은 이러한 빛의 회절현상을 통해 빛의 다양한 색상이 한 점에 모일 수 있도로 평면렌즈에 마이크로 구조를 만들어냈다. 이 렌즈가 바로 '슈퍼무색 렌즈(Super-achromatic Lens)'이다.

렌즈의 두께가 사람 머리카락의 10분의 1에 불과하며, 소재는 유리나 플라스틱 등 투명한 소재로 구현이 가능하다. 그러나 누구나 이 평면렌즈를 만들어낼 수는 없다. 빛의 다양한 색상을 한 점으로 모으기 위해서는 매우 복잡한 알고리즘을 구현해야 만 하기 때문이다.

이렇게 얇은 평면렌즈는 앞으로 렌즈가 탑재된 다양한 제품들의 혁명을 불러올 수 있을 것으로 예상된다. 스마트폰과 의료 장비 등 앞으로 이 평면렌즈가 적용된 다양한 카메라 제품들을 하루 빨리 볼 수 있기를 기대해 본다.

글 : 송인택 기자

사진출처 : http://unews.utah.edu