ETRI, 홀로그램 디스플레이 협소 시야각 문제 실마리 풀었다

한계 부딪힌 화소 크기 기반 시야각 확대서 벗어난 새 방법 제시

홀로그램 디스플레이 시야각 확대 개요도 [ETRI 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 정찬욱 기자 = 국내 연구진이 완벽한 입체영상의 결정이라 일컫는 홀로그램 디스플레이의 시야각 확대 문제를 풀 실마리를 찾았다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 홀로그램 디스플레이 상용화에 최대 걸림돌인 기존 3.8도 내외 협소 시야각 문제를 해결할 연구 방향을 제시했다고 24일 밝혔다.

홀로그램 디스플레이는 아날로그 필름 홀로그램과는 다르게 홀로그램 표시소자로 알려진 디지털 홀로그램 기록장치를 통해 3차원 홀로그램 영상을 공중에 띄우는 방식이다. 하지만, 좁은 시야각 등 문제로 아직 상용화되지 않았다.

아날로그 필름 홀로그램처럼 넓은 시청영역, 즉 30도 이상의 시야각을 확보하기 위해서는 빛의 파장 정도인 수백 나노미터(㎚) 해상도를 가진 홀로그램 전자기록 장치가 개발돼야 한다.

그러나 현재 상용 소자의 화소(pixel) 크기는 수 마이크로미터(㎛)에 머물러 4도 이내의 협소한 시야각 문제를 피하기 어렵다.

시야각을 확대하기 위해 홀로그램 표시소자들을 공간적·시간적으로 다중화하거나 나노미터(㎚)급 표시소자를 개발하는 방법이 있지만, 기술적인 것 외에도 현재의 컴퓨터로는 어려운 방대한 데이터를 처리해야 하는 또 다른 문제점이 있다.

ETRI 연구진은 홀로그램 영상 시야각이 디지털 홀로그램 화소 크기에 대한 회절 각보다는 홀로그램 영상 분해능에 근원적으로 의존한다는 사실에 주목했다.

다시 말해 영상 분해능을 결정하는 홀로그램 디스플레이 시스템 개구수(開口數)를 사용해 홀로그램 영상 시야각을 재정의해야 한다는 것이다.

그러면 기존 상용 홀로그램 전자기록 장치를 이용해도 충분한 시야각을 확보할 가능성이 열리게 된다고 연구진은 설명했다.

개구수가 클수록 분해능이 좋아지는데, 개구수는 홀로그램의 크기와 영상이 뜨는 거리에 따라 결정된다. 홀로그램이 뜨는 위치에 따라 분해능이 달라지고 분해능은 결국 시야각과 관련이 있는 셈이다.

이에 따라 8마이크로미터 픽셀을 갖는 홀로그램 전자기록 장치여도 거리를 충분히 가까이해 영상을 띄우면 시야각은 이에 비례해 4배, 8배 커져 30도 이상도 만들 수 있게 된다.

연구진은 디지털 홀로그램 패턴을 분석해 관련 이론을 정립하고, 수치해석과 광학적 실험을 통해 시야각 확대 가능성을 증명했다.

디지털 홀로그램은 낮은 샘플링에서도 고주파수 대역이 소실되지 않고 유지되는 특성을 가져 홀로그램 표시소자 화소 크기에 상관없이 홀로그램 영상 분해능을 결정하는 개구수를 유지한다는 것을 밝혔다.

이러한 원리를 이용, 최적화 알고리즘을 개발해 고주파수 영역으로 확장한 디지털 홀로그램을 만들고 생성한 디지털 홀로그램을 수치 해석적으로 분석한 결과, 홀로그램 화소 크기를 줄이지 않고도 영상 시야각을 기존 3.8도에서 13.1도로 4배까지 증가시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다.

연구진은 이번 성과에서도 여전히 한계는 있다고 설명했다.

시야각을 3.8도에서 두 배 증가시킬 때 홀로그램 영상 크기도 두 배 커져야 하는데, 이때 영상이 중첩돼 보이는 문제가 생겨 고차 회절항을 필터링해줘야 한다는 점이다.

연구진은 광학적 고차 회절항들을 효율적으로 제거하는 광학적 필터링 방법을 개발해 홀로그램 디스플레이 실용화 연구에 도전할 계획이다.

채병규 ETRI 홀로그래픽콘텐츠연구실 박사는 "개발한 기술로도 증강현실에 사용하는 홀로그램 근안 디스플레이 아이 박스 문제를 해결하는 데 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 미국광학회 웹사이트 메인 화면에 영상으로 소개됐고, 광학회지 '옵틱스 익스프레스'에도 발표됐다.

jchu2000@yna.co.kr

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