(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀은 한양대 정해준 교수 연구팀과 함께 빛의 입사각이 달라져도 안정적으로 색을 분리할 수 있는 이미지 센서용 메타물질 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
기존 스마트폰 카메라는 아주 작은 렌즈로 빛을 한곳에 모아 사진을 찍어왔지만, 카메라 속 픽셀이 매우 작아지면서 렌즈만으로는 빛을 충분히 모으기 어려워졌다.
이를 대신하기 위해 등장한 '나노포토닉 컬러 라우터'는 렌즈로 빛을 모으는 대신 눈에 보이지 않을 만큼 작은 구조를 이용해 들어온 빛을 색깔별로 정확히 나눈다.
하지만 빛이 정면에서 들어올 때는 잘 작동했지만 스마트폰 카메라처럼 빛이 비스듬히 들어오는 상황에서는 색이 섞이거나 성능이 크게 떨어진다. 이를 '사선 입사 문제'라고 하는데, 실제 제품에 적용하기 위해 반드시 해결해야 할 과제로 꼽혀 왔다.
연구팀은 기존 설계들이 빛이 수직으로 들어오는 조건에만 최적화돼 있어 입사 각도가 조금만 달라져도 성능이 급격히 나빠진다는 점을 확인했다.
연구팀은 사람이 직접 구조를 설계하는 대신 컴퓨터가 가장 좋은 구조를 스스로 찾는 '역설계' 방식을 적용, 빛이 들어오는 각도가 달라져도 안정적으로 색을 나눌 수 있는 컬러 라우터 구조를 도출했다.
그 결과 기존 구조로는 빛이 약 12도만 기울어져도 제 기능을 거의 하지 못했지만, 새롭게 설계된 구조는 ±12도 범위에서도 약 78%의 광효율을 유지하며 안정적인 색 분리 성능을 보였다. 이는 스마트폰 사용 환경에서도 충분히 활용할 수 있는 수준이라고 연구팀은 설명했다.
장민석 교수는 "이번 연구는 컬러 라우터 기술의 상용화를 가로막아 온 입사각 문제를 처음으로 체계적으로 분석하고 해결 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다"며 "제안한 설계 방법은 컬러 라우터를 넘어 다양한 메타물질 기반 나노광학 소자 전반에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
kjunho@yna.co.kr
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