개발된 기능성 콘택트렌즈 및 관찰된 홀로그램 영상.(사진=한국광기술원)

실감증강현실(XR), 홀로현실(HR), 메타버스 구현에 적용

한국광기술원(원장 신용진)이 콘택트렌즈 환경에서 입체영상인 홀로그램 영상을 완벽하게 구현할 수 있는 ‘기능성 콘택트렌즈 기반 홀로그램 AR 영상 구현 기술’을 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.

25일 한국광기술원에 따르면 공간광정보연구센터(센터장 이광훈) 이진수 박사 연구팀이 개발에 성공한 이 기술은 특히 웨어러블 AR/XR/메타버스 기술의 하드웨어적 패러다임을 확장할 수 있는 원천기술로서, 자동차, 군사, 문화산업 등 다양한 분야에 활용 가능성이 매우 커 고부가가치 광융합 시장 창출을 위한 상용화 기대가 매우 높아지고 있다.

최근 AR 기술이 중심이 되는 실감증강현실(XR-Extended Reality), 홀로현실(HR-Holographic Reality) 및 메타버스(Metaverse)를 구현하기 위한 고해상도의 웨어러블 디바이스에 대한 관심이 커지고 있으나, 헬멧, 안경, 고글 등의 형태로 구현된 기존 웨어러블 AR 디스플레이는 고중량, 고비용 및 복잡한 광학계의 문제에 따라 상업 및 보급화에 어려움을 겪어 왔다.

이와 같은 상황에서 주로 안구 질환을 검진하기 위한 용도로 개발 중인 기능성(스마트) 콘택트렌즈 기술은, 최근 AR 영상을 구현할 수 있는 안구근접형 디스플레이(NED – Near Eye Display)에 관한 연구로 영역을 확장하고 있다.

이진수 박사팀이 이번에 개발한 기능성 콘택트렌즈는 장시간 착용해도 무해한 수준의 산소전달률을 유지하면서 안정적으로 높은 회절 효율의 홀로그램 영상 구현이 가능하다.

다중패턴 체적 홀로그래픽 광학 소자 설계 시뮬레이션.(사진=한국광기술원)

또 홀로그램 패턴을 평면상에서만 기록할 수 있었던 환경제약에서 벗어나 곡면상에서도 충분히 구현할 수 있는 특징이 있다. 동시에 홀로그램 영상 재생에 필요한 빛의 경로들을 안정적으로 제어할 수 있으며, 이를 통해 선명한 홀로그램 AR 영상 시청이 가능하다.

이번에 개발한 기능성 콘택트렌즈에 적용된 핵심기술은, 산소 전달률과 회절 효율을 모두 확보하면서도 콘택트렌즈의 형태와 굴곡(구면, 비구면)에 관계없이 사각형, 원, 다면체, 매트릭스, 모자이크 등의 형태로 홀로그램을 기록할 수 있는 최적의 구조 설계기술이다.

개발한 다중패턴 체적 홀로그램 광학 소자(5mm x 5mm)는 사각형, 모자이크형, 매트릭스형 등의 특수한 기하학적 구조의 형태를 콘택트렌즈(직경 10mm) 내부에 삽입·접착하고, 홀로그램 영상 구현에 필요한 빛의 경로를 제어할 수 있는 간섭무늬를 해당 구조에 기록하는 방식으로 제작한다.

홀로그램 영상의 재생은 홀로그래픽 프로젝터로부터 영상정보가 담긴 빛, 즉, 정보광을 해당 콘택트렌즈 상에 투사하고, 투사한 정보광은 콘택트렌즈에 기록된 홀로그램 패턴들과 만나 회절하여 관찰자의 안구 내부로 들어가 망막 상에 상을 맺는 과정으로 진행된다. 최종적으로 관찰자는 해당 콘택트렌즈를 통해 공간상에서 재생된 홀로그램 영상을 시청할 수 있다.

이광훈 센터장은 “메타버스 기술 시장의 주도권을 잡기 위해서는 기존 웨어러블 디스플레이 기술의 고정관념을 극복할 새로운 패러다임 제시가 필요하며, 이를 위한 증강현실 및 혼합현실 웨어러블 디스플레이 관련 핵심 원천 기술 선제 확보가 중요한 시점이다.”라며, “기능성 콘택트렌즈 기반 디지털 홀로그램 디스플레이는 기존 웨어러블 AR 기술의 문제점에 대한 대안을 제시하고, AR/VR/메타버스 산업의 확장을 가속할 것으로 전망한다.”라고 밝혔다.