현미경 ‘난시’ 해결방법 개발

IBS “초정밀 장비 설계 전체를 바꿀 성과”

눈의 초점이 맞지 않아 물체가 여러 개로 흔들려 보이는 난시는 각막의 곡률이 균일하지 않아 생기는 현상이다. 현미경이나 망원경 등에도 이처럼 난시 현상이 나타나는 경우가 많다. 학생들이 사용하는 광학장비에서는 난시현상이 나타나더라도 큰 문제가 없지만 정밀과학 분야에서는 연구결과에 심각한 영향을 미치게 된다.

난시는 안구의 곡률 이상으로 인해 초점이 맞지 않아 물체가 흐릿하게 보이거나 겹쳐보이는 증상이다. 현미경 같은 광학장비에도 이런 난시 현상이 나타난다.

이 때문에 많은 학자들이 현미경의 난시현상을 개선하기 위해 연구를 하고 있지만 효과가 크지는 않은 상태다. 국내 연구진이 빛의 파동을 정보라는 개념으로 접근해 현미경 난시현상을 근본적으로 해결할 수 있는 방법을 제시해 주목받고 있다.

기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질연구단 프랑소와 암블라흐(울산과학기술원 생명공학부 교수) 연구위원
IBS 제공

광학 분야에 정보개념을 도입해 기하학적 정보의 손실을 이론적으로 규명하고 이를 이용해 현미경 난시라고 불리는 ‘수차현상’을 줄여 해상도를 개선하는 방법을 제시했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 실렸다.

이번 연구결과는 현미경 뿐만 아니라 전자기파, 빛, 소리 같이 파동을 활용하는 모든 분야에서 정보손실을 막을 수 있을 것으로 기대되고 있다.

카메라나 현미경 등 광학기기는 초점이 얼마나 작은 영역에 보이는가에 따라 해상도가 결정되는데 초점을 맞추고 결정하기 위해서는 곡률과 형태 등 모양정보에 해당하는 파동의 기하학 정보가 필요하다.

연구팀은 파동이라는 정보가 어떻게 사라져 초점을 변하게 하는지 확인하기 위한 실험을 진행했다. 그 결과 렌즈의 휘어짐을 나타내는 곡률 때문에 초점 차이가 만들어져 이미지가 흐려진다는 사실을 확인했다.

이에 연구팀은 렌즈의 곡률을 일부러 다르게 만들어 초점을 이동시킴으로써 해상도를 높이는 비교적 단순한 방법으로 광학장비의 난시 현상을 해결했다.



프랑소와 암블라흐 연구위원은 “이번 연구는 초정밀 광학장비의 해상도를 향상시키기 위한 근본적 방법을 제시한 것”이라며 “기초과학은 물론 위성 및 우주선과 장거리 통신을 비롯해 파동을 이용하는 모든 기술의 설계를 바꿀 정도로 획기적인 성과”라고 말했다.

유용하 기자