KAIST, 어떤 각도서도 색 흐트러지지 않는 이미지 센서 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 빛의 흐름을 정밀하게 제어하는 ‘메타물질’ 기술로 어떤 각도에서도 색이 흐트러지지 않는 새로운 이미지 센서를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀이 한양대 연구팀과 빛의 입사각이 달라져도 안정적으로 색을 분리할 수 있는 이미지 센서용 메타물질 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

연구팀은 이 기술에 사람이 직접 구조를 설계하는 대신 컴퓨터가 가장 좋은 구조를 스스로 찾도록 하는 ‘역설계(inverse design)’ 방식을 적용했다. 이를 통해 빛이 들어오는 각도가 달라져도 안정적으로 색을 나눌 수 있는 컬러 라우터 구조를 도출했다.

그 결과 기존 구조는 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 실제 스마트폰 사용 환경에서도 충분히 활용할 수 있는 수준이다.

연구팀은 또 메타물질의 층 수나 설계 조건, 제작 과정에서 발생할 수 있는 오차까지 고려해 성능 변화를 분석하고, 입사각 변화에 얼마나 강건할 수 있는지 그 한계도 체계적으로 정리했다.

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 설명했다.