서울대 공대 전기정보공학부 광공학 및 양자전자연구실, 가상-증강현실 홀로그래픽 디스플레이의 실용성 향상 방안 제시

서울--(뉴스와이어) 2023년 08월 28일 --  서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 전기정보공학부 광공학 및 양자전자연구실 3D 디스플레이 연구팀이 홀로그래픽 디스플레이의 제한된 시야각과 아이박스(시청가능영역)를 확장하는 연구를 발표했다고 밝혔다. 

이는 적은 시각적 피로도로 자연스러운 초점 조절 반응이 가능한 3차원 홀로그래픽 디스플레이를 다양한 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 디스플레이에 적용할 실용적 방안을 제안한 것이다.

홀로그래픽 디스플레이는 공간광변조기를 활용해 가간섭성 빛의 진폭이나 위상을 조절해 원하는 파면을 생성해 자연스러운 깊이 인지를 가능하게 하는 디스플레이 기술이다. 이 기술을 실용적인 가상 증강현실 디스플레이에 적용하기 위한 핵심 요소는 아이박스 크기와 이미지의 시야각을 극대화하는 것이다.

이 두 요소를 결합해 에텐듀(tendue)라 지칭하며 기존 공간광변조기가 적은 픽셀 수와 넓은 픽셀 간격을 가지고 있어 홀로그래픽 디스플레이의 에텐듀는 대단히 제한적이다. 그간 다양한 연구에서 미세한 광학 마스크를 활용해 에텐듀를 확장하는 연구가 진행됐으나 광 효율성 및 이미지 품질이 낮거나 소자 간 정합에 지나치게 민감한 광학 구조를 가졌다는 문제점이 있었다.

이에 연구팀은 ‘희소 아이박스(sparse eye-box)’를 생성함으로써 확장된 시야각의 이미지를 넓은 아이박스에서 관찰할 수 있는 광학 시스템을 제안했다.

이 연구에서 제안하는 방법은 수 마이크로미터 수준의 미세 광학 소자를 사용하던 기존 방법과 달리 작은 렌즈가 2차원으로 배열된 렌즈 어레이를 활용해 거시적 방식으로 에텐듀를 확장한다. 연구팀은 렌즈 사이 간격이 사람의 동공 지름보다 작을 때 동공 위치와 관계없이 연속적으로 빛이 동공으로 입사한다는 점에 집중했다. 이를 활용해 아이박스 내에 의도적으로 빈 곳을 형성하면서도 동공에 연속적으로 빛이 입사하도록 해 렌즈에 의해 시야각이 확장된 이미지를 넓은 영역에서 시청할 수 있도록 했다.

이 시스템은 미세한 마스크 구조를 사용하지 않아 이미지 품질 및 광 효율성이 향상되며 실제 구축 시 정합의 민감성 문제가 크게 완화된다. 이를 통해 VR 및 AR에의 실용성을 한층 높여 홀로그래피 디스플레이 기술의 전망을 넓혔다는 평가다. 연구팀의 채민석 연구원(지도교수 정윤찬)은 이 연구를 “간단한 광학 구조를 활용하면서도 보다 실용적인 홀로그래픽 디스플레이 방식을 효과적으로 보여준 연구”라고 설명했다.

연구팀이 속한 광공학 및 양자전자연구실은 2022년 11월에 작고한 고(故) 이병호 교수에 이어 현재는 정윤찬 교수가 지도하고 있으며 3차원 디스플레이와 홀로그래피 및 메타표면 관련 연구를 활발히 이어가고 있다.

한편 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받은 이번 연구 결과는 ACM Transactions on Graphics 학술지에 2023년 7월 26일 게재됐으며 8월 6일부터 미국 로스앤젤레스에서 진행된 SIGGRAPH 2023에서 발표됐다.

* 해당 논문 - M. Chae K. Bang D. Yoo and Y. Jeong ‘tendue Expansion in Holographic Near Eye Displays through Sparse Eye-box Generation Using Lens Array Eyepiece’ ACM Transactions on Graphics (SIGGRAPH 2023) vol. 42 no. 4 article 58 2023

웹사이트: https://eng.snu.ac.kr/

연락처 서울대학교 전기정보공학부 광공학 및 양자전자연구실 채민석 연구원 02-880-9750 정윤찬 교수 02-880-1623

이 보도자료는 제공자가 작성해 발표한 뉴스입니다. 미디어는 이 자료를 보도에 활용할 수 있습니다. 줌인뉴스는 편집 가이드라인에 따라 제공자의 신뢰성과 투명성을 확인하고 내용 오류를 없애고자 노력하고 있습니다. 보도자료에 문제가 있으면 줌인뉴스에 알려주시기 바랍니다.