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평면렌즈 하나로 6m 거리까지 선명하게 찰칵!

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평면렌즈 하나로 6m 거리까지 선명하게 찰칵!

2020.04.07 10:00
미국 유타대 연구팀이 제작한 지름 1.8mm의 다중레벨화질렌즈(MDL). 표면에 nm(나노미터) 크기의 미세한 평면구조가 설계돼 있다.
미국 유타대 연구팀이 제작한 지름 1.8mm의 다중레벨화질렌즈(MDL). 표면에 nm(나노미터) 크기의 미세한 평면구조가 설계돼 있다.

디지털카메라를 사용하는 사람은 렌즈에 적힌 작은 숫자에 궁금증을 품은 적이 있을 것이다.

18~55mm, 24~70mm, 70~200mm 등으로 쓰여진 숫자들은 렌즈 고유의 초점거리다. 렌즈마다 초점을 맞춰 찍을 수 있는 가장 가까운 피사체와 가장 먼 피사체 사이의 거리가 다르다는 뜻이다. 


그런데 최근 라제시 매넌 미국 유타대 전기및컴퓨터공학과 교수팀은 빛의 위상을 자유롭게 바꿔 20cm 거리의 가까운 물체부터 6m가량 떨어진 먼 피사체까지 초점을 동시에 맞추는 다중레벨회절렌즈(MDL)를 개발했다. 


일반적인 카메라는 피사체에서 반사된 빛이 유리 렌즈 등에 의해 구형으로 굴절되며 렌즈가 가진 초점에 상을 맺는다.


초점거리를 변경하려면 렌즈를 앞뒤로 이동시켜야 하고, 해상도를 높이기 위해 렌즈의 수가 많아야 했다. 이는 카메라의 무게와 크기를 늘리는 주요 원인이었다. 


연구팀은 카메라에 들어오는 빛이 다양한 위상값을 가질 수 있도록 회절시키는 평면렌즈를 고안했다.


렌즈 위에 nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 미세한 평면구조를 설계해 먼 피사체로부터 반사된 빛과 가까운 피사체에서 반사된 빛 등이 모두 렌즈의 초점으로 들어오는 MDL을 만드는 데 성공했다. 


파장이 850nm인 빛으로 시험한 결과, 연구팀이 개발한 지름 1.8mm의 MDL은 20cm 떨어진 피사체부터 약 6m 거리의 피사체까지 다양한 물체의 초점을 동시에 맞출 수 있는 것으로 나타났다. 연구팀은 모든 가시광선 파장대에서 이와 같이 작동하도록 성능을 업그레이드할 계획이다. 


매넌 교수는 “MDL의 능력을 끌어올리면 카메라를 더 가볍고 단순하게 만들 수 있다”며 “현미경이나 내시경, 자율주행차용 촬영 장치인 라이다(LIDAR) 등 다양한 산업에 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.


연구 결과는 국제학술지 ‘옵티카’ 3월 12일자에 실렸다. doi: 10.​1364/​OPTICA.​384164

 

(위) MDL은 일반 렌즈에 비해 초점심도가 매우 크기 때문에 초점을 맞춰 찍을 수 있는 거리가 다양한다. (아래) 숫자는 렌즈에서 피사체까지의 거리다. MDL은 20cm부터 최대 5.943m 떨어진 지점의 피사체 초점을 동시에 맞추는데 성공했다.
(위) MDL은 일반 렌즈에 비해 초점심도가 매우 크기 때문에 초점을 맞춰 찍을 수 있는 거리가 다양한다. (아래) 숫자는 렌즈에서 피사체까지의 거리다. MDL은 20cm부터 최대 5.943m 떨어진 지점의 피사체 초점을 동시에 맞추는데 성공했다.

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