스마트 폰 ‘카 툭투’제거 … 포스텍과 삼성, 세계에서 가장 얇은 ‘0.001mm 두께’렌즈 개발

입력 2021.01.01 20:00

노준석, POSTECH 교수 한승훈 삼성 종 기원 공동 연구
머리카락의 100 분의 1, 기존 유리 렌즈의 1/10
적외선 카메라 만 … “3 년 만에 카메라 및 센서 상용화”
가시 광선 렌즈 후속 연구로 스마트 폰 ‘카 툭투’해결 기대

포스텍과 함께 삼성 전자 (005930)세계에서 가장 얇은 0.001mm 두께의 카메라 렌즈를 개발했습니다. 기존 렌즈 두께의 1/10입니다. 삼성 스마트 폰에 사용되는 카메라 크기를 줄이고 ‘카 툭투’디자인 (후방 카메라가 돌출 된 디자인)을 제거하는 기술로 활용 될 것으로 기대된다.

과학 기술 정보 통신부는 노준석 포스텍 기계 공학과 교수와 한승훈 삼성 전자 종합 연구소 영상 기기 연구실 석사가 공동 연구를 진행했다고 밝혔다. 테크놀로지는 세계 최초 적외선 초박막 ‘메타 렌즈’를 개발하고 ‘메타 소재’를 이용한 양산 기술을 선이 밝혔다.

연구 결과는 이날 미국 화학 학회 (ACS)가 발간 한 ‘ACS Nano’저널에 게재됐다. 공동 연구팀은이 기술을 3 년 후 적외선 카메라 용 렌즈로 상용화 해 스마트 폰 카메라에 적용 할 계획이다.

빛을 모아 선명한 이미지를 얻으려면 빛의 방향을 구부려서 한 점으로 모으는 볼록 렌즈가 필요합니다. 유리로 만들어진 기존의 볼록 렌즈는 효과적으로 빛을 모으려면 두께가 1cm 이상이어야합니다. 이것이 고성능 DSLR 카메라의 렌즈 무게가 4kg을 초과하고 스마트 폰 카메라의 두께에 기술적 한계가있는 이유입니다.

연구팀은 유리가 아닌 일종의 메타 물질을 사용했습니다. 메타 물질은 자연에 존재하지 않는 인공 물질로 원하는 기능에 따라 구조를 설계하여 만들어집니다. 제조원가가 높아 사용에 한계가 있었지만 연구팀은 특수 나노 입자와 메타 물질을 혼합하여 원하는 패턴으로 얇게 인쇄 할 수있는 ‘원스텝 인쇄 기술’을 개발해 비용을 절감했다.

메타 렌즈는 50 나노 미터 (nm · 10 억분의 1 미터)의 나노 입자가 표면에 규칙적으로 배열 된 평면 렌즈입니다. 실제로 볼록한 것은 아니지만 나노 입자는 볼록 렌즈처럼 빛을 굴절시켜 한 지점에서 빛을 모은다.

연구팀은 실제 적외선 카메라에 직경 4mm의 테스트 렌즈를 부착 한 결과, 인간 피부의 혈관 분포를 촬영하는 등 기존 적외선 카메라와 동일한 기능을 수행했다.

그러나 상용화를 위해서는 추가적인 연구를 통해 보완이 필요하다. 직경이 4mm 인 렌즈를 만드는데 수십 만원이 들기 때문에 여전히 고가이고 유리 렌즈에 비해 강도가 약하기 때문이다. 연구팀은 생산 공정을 개선하고 코팅 기술을 적용하여 이러한 문제를 해결할 계획입니다.

노 교수는 “상용화시기는 3 ~ 5 년 후가 될 것으로 예상된다”고 말했다. “거대하고 무거운 렌즈를 대체함으로써 적외선 내시경, 야간 투시경, 폐쇄 회로 (CC) TV, LIDAR 센서를 사용할 수있게 될 것입니다.” .

Metalenses는 가시 광선이 아닌 적외선을 수집하는 데만 사용할 수 있습니다. 가시광 용 렌즈는 이미 개발되었지만 가시 광선을 구성하는 적색, 주황색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 보라색 등은 굴절률 (렌즈를 통과 할 때 휘는 정도)이 다르기 때문에 렌즈를 통과 할 때 서로 분리됩니다. 유적. 연구팀은이 문제를 해결하고 일반 가시 광선 카메라와 센서에 적용 할 계획이다.