채병규 박사가 홀로그램 영상 시야각 확대 연구를 수행하고 있다.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 완벽한 입체영상의 결정이라 일컫는 홀로그램 디스플레이의 시야각 확대 문제를 풀 실마리를 찾아냈다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 홀로그램 디스플레이 상용화에 최대 걸림돌로 알려진 기존 3.8도 내외의 협소한 시야각 문제를 해결할 연구 방향을 제시, 미국광학회 주요 연구 결과 영상으로 소개됐다고 밝혔다.

홀로그램 디스플레이는 현재 박물관 등에 전시된 아날로그 필름 홀로그램과는 다르게 홀로그램 표시소자로 알려진 디지털 홀로그램 기록장치를 통해 3차원 홀로그램 영상을 공중에 띄우는 방식으로, 좁은 시야각 등 문제로 아직 상용화되지 않았다.

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

하지만 현재 상용소자의 화소(pixel) 크기는 수 마이크로미터(㎛)에 머물러 4도 이내의 협소한 시야각 문제는 피하기 어렵다.

ETRI 연구진은 홀로그램 영상 시야각이 디지털 홀로그램 화소크기에 대한 회절각보다는 홀로그램 영상 분해능에 근원적으로 의존한다는 사실에 주목했다.

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

그러면 기존 상용 홀로그램 전자기록장치를 이용해도 충분한 시야각을 확보할 가능성이 열리게 된다.

연구진은 디지털 홀로그램 패턴을 분석하여 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 유지함을 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 있음을 밝혀냈다.

홀로그램 디스플레이 광학시스템 .[ETRI 제공]

연구진은 이번 성과에서 여전히 한계가 있다고 밝혔다.

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

연구진은 향후 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 아이박스 문제를 해결하는 데 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.