손톱만했던 3D 홀로그램 영상, 2600배 키웠다

2017.01.24 18:00
KAIST 연구진이 개발한 3차원(3D) 다중산란 홀로그래픽 디스플레이 기술로 만든 3D 홀로그램 영상. - KAIST 제공
KAIST 연구진이 개발한 3차원(3D) 다중산란 홀로그래픽 디스플레이 기술로 만든 홀로그램 영상. 3D 공간에 숫자 ‘3’과 알파벳 ‘D’가 띄워져 있다.  - KAIST 제공

영화 속 입체 홀로그램의 현실화에 한걸음 다가서는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 그동안 영상 크기가 작고 시야각이 좁아 상용화가 어려웠던 3차원(3D) 홀로그래픽 디스플레이의 성능을 수천배 향상시켰다. 

 

박용근 KAIST 물리학과 교수팀은 특수 안경 없이 넓은 범위의 각도에서 시청 가능한 3D 다중산란 홀로그래픽 디스플레이 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

 

현재 기술로 얻을 수 있는 3D 홀로그램 영상은 가로 세로 길이와 높이가 각각 1㎝ 수준으로 명함보다 작은 크기였다. 홀로그램을 볼 수 있는 시야각도 3도 이내로 극히 제한적이어서 상용화와는 거리가 멀었다.

 

빛이 퍼져나가는 방향을 정밀하게 조절하는 광학제어장치인 공간광파면 조절기로 얻을 수 있는 픽셀의 개수가 2000×4000개 수준에 불과, 3D 영상을 만들기에는 부족했기 때문이다. 박 교수는 “3D 영상을 만들기 위해서는 픽셀이 이보다 최소 1000배 이상 많이 필요하다”고 설명했다.

 

 

기존의 3D 홀로그래픽 디스플레이의 구조(a). 시야각과 영상 크기가 매우 제한적이다. 간유리를 삽입하면 빛이 여러 방향으로 퍼져나가기 때문에 시야각과 영상 크기가 동시에 늘어난다(b). KAIST 연구진이 개발한 다중산란 3D 홀로그래픽 디스플레이(c). 간유리를 통해 산란된 빛을 적절히 제어해 3D 영상을 만든다. - KAIST 제공
기존의 3D 홀로그래픽 디스플레이의 구조(a). 시야각과 영상 크기가 매우 제한적이다. 간유리를 삽입하면 빛이 여러 방향으로 퍼져나가기 때문에 시야각과 영상 크기가 동시에 늘어난다(b). KAIST 연구진이 개발한 다중산란 3D 홀로그래픽 디스플레이(c). 간유리를 통해 산란된 빛을 적절히 제어해 3D 영상을 만든다. - KAIST 제공

연구진은 영상의 크기를 확대하고 시야각을 넓히기 위해 공간광파면 조절기에 간유리를 추가하고, 빛을 무작위로 산란시켰다. 그리고 빛의 파동이 일으키는 간섭 현상을 측정, 산란된 빛을 제어하는데 성공해 깔끔한 영상을 얻었다. 

 

그 결과, 한 모서리의 길이가 2㎝인 정육면체의 공간 영역에 약 35도의 시청각을 갖는 3D 영상을 제작할 수 있었다. 홀로그램 크기와 시청가능각도로 나타내는 공간대역폭은 기존 기술보다 약 2600배 이상 커졌다.

 

제1저자인 유현승 KAIST 박사과정 연구원은 “기존의 공간광파면 조절기에 간유리를 추가하는 것만으로 제작이 가능해 기존의 일반적 디스플레이 장치와 결합해 상용화가 가능하리라 기대한다”며 “특수 안경 없이도 볼 수 있는 실용적인 디스플레이의 기반이 될 것”이라고 말했다.
 
연구 결과는 광학 분야 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’ 24일자 온라인 판에 게재됐다.

 

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