삼성전자가 포스텍(POSTECH)과 차세대 광학 소자로 주목받는 ‘무색수차 메타렌즈(Achromatic Metalens)’ 개발에 성공했다.

삼성전자는 포스텍과 산학협력을 통해 진행한 '무색수차 메타렌즈' 연구 논문이 세계적인 학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 게재됐다고 25일 밝혔다. 이번 프로젝트에는 문석일 삼성전자 삼성리서치 박사와 노준석 포스텍 교수가 주도했으며 최민석, 김주훈, 신길수 포스텍 연구원이 공동 1저자로 참여했다.

메타렌즈는 빛의 회절을 제어할 수 있는 나노 크기의 구조체로 구성된 평면 렌즈다. 디스플레이·카메라 등 광학 시스템 분야에서 차세대 소자로 주목받으며 10여 년 전부터 업계에서 다양한 연구가 진행돼 왔다.

특히 기존 볼록 광학 렌즈 대비 크기와 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 큰 색수차로 이미지가 심각하게 왜곡되는 기술적 한계가 있어 실제 제품 개발로 이어지는 데 어려움이 있었다.

삼성전자와 포스텍 연구팀은 이러한 색수차 문제를 근본적으로 해결할 새로운 알고리즘을 개발했다. 기존에는 단일 구조체끼리만 독립적으로 설계해 기판에 올리는 방식이 주를 이뤘지만, 이번 연구에선 모든 메타 구조체들의 상호 관계까지 고려해 색수차를 제거하는 데 성공했다. 이를 통해 ‘무색수차 메타렌즈’가 기존보다 3~5배 큰 렌즈 크기를 확보하면서도 얇은 두께를 유지할 수 있게 됐으며, 넓은 시야각은 물론 높은 초점 정확도와 우수한 화질까지 구현했다.

특히 연구팀은 ‘홀로그래픽 디스플레이’와 이 메타렌즈를 결합해 일반 렌즈에서 발생하는 다양한 광학 수차(Optical Aberration)도 동시에 보정하는 데 성공했다. 복잡한 렌즈 여러 장을 겹쳐야만 해결 가능했던 이미지 왜곡을 한 장의 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이 결합만으로 잡아낸 것이다. 그 결과, 작고 가벼우면서도 시야각이 넓고 피로도가 적은 고화질 가상 영상을 구현할 수 있게 됐다.

향후 무색수차 메타렌즈와 홀로그래픽 디스플레이를 결합한 장치는 XR 기기뿐만 아니라 일반 디스플레이, 카메라, 센서 등 다양한 광학 시스템의 성능 향상과 부피 저감에 활용될 전망이다.
 

[ 경기신문 = 오다경 기자 ]