[서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자가 포스텍과 함께 세계 최초로 2/3파장 위상 지연 메타렌즈를 구현했다. 이 기술로 초소형 안구 카메라를 제작해 스마트폰과 확장현실(XR) 기기 광학 모듈의 부피와 무게를 줄이는 길을 열었다.

13일 삼성전자에 따르면 포스텍과 공동 개발한 '초소형 안구 카메라용 메타렌즈' 연구가 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 이번 성과는 메타렌즈 상용화를 가로막던 한계를 해결하고 차세대 광학소자 경쟁력을 입증했다.

(왼쪽부터) 포스텍 노준석 교수와 강현정 연구원, 삼성리서치 윤정근 연구원 [사진=삼성전자]

연구는 삼성리서치 윤정근 연구원과 포스텍 노준석 교수 주도로 진행됐다. 포스텍 강현정 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 삼성전자는 아이디어 제시부터 구현, 검증까지 전 과정을 수행해 다양한 기기 차별화 가능성을 확인했다.

메타렌즈는 곡면 소재로 빛을 굴절시키는 기존 방식과 달리, 평면 위 나노 구조로 회절을 유도해 얇고 가벼운 광학 기기를 구현한다. 선명한 상을 위해서는 빛의 위상을 맞추는 지연 조절이 필수다. 기존에는 한 파장 지연이 필요해 종횡비 1:10 이상의 나노 기둥을 세워야 했고, 이는 제작 난도가 높았다.

연구팀은 세계 최초로 2/3파장 위상 지연 설계를 제시했다. 나노 구조체가 이 상태에서도 일정한 위상 기울기를 유지하면 원거리장에서 파면이 안정된다는 점을 활용했다. 이로써 종횡비를 1:5 수준으로 낮추고, 기둥 높이를 줄이면서도 동일 성능을 확보했다. 제작 난이도와 불량률을 줄이고 수율과 가격 경쟁력도 높였다.

연구팀은 해당 메타렌즈로 XR 기기용 적외선 초소형 안구 카메라를 구현했다. 카메라 두께를 2.0mm에서 1.6mm로 20% 줄이고, 120도 시야각에서 동공 추적과 홍채 인식 기능을 검증했다. MTF 성능은 50%에서 72%로 향상됐다.

이번 연구는 광학 성능과 안정성, 가격 경쟁력을 동시에 확보할 수 있는 새로운 설계 원리를 제시했다. 삼성전자는 가시광 영역으로 기술을 확장해 스마트폰 카메라 모듈의 돌출을 줄이고 소형 이미징 센서 경쟁력을 강화할 계획이다.

syu@newspim.com