홀로그래피란 무엇인가?

▒ 홀로그래피란 무엇인가?

 

홀로그래피는 한마디로 「레이저로 촬영한 3차원 영상 이미지」생성기술이다.

 

 

최근 스티커, ID카드, 상표(라벨)에서부터 차세대 영상매체로 부상하고 있는 홀로그램 디스플레이(Hologram Display)까지 그 응용분야를 급속히 넓혀가고 있다. 홀로그래피 기술을 구체적으로 적용한 것으로 홀로그램(Hologram)을 들 수 있다.

 

홀로그램이란 홀로그래피에 의한 기록매체를 말한다. 홀로그램은 레이저가 지닌 광학적 특성을 이용해 만들어 지는데, 레이저를 물체에 비추게 되면 물체는 닿지 않는 빛은 아무런 정보를 갖지 않은 순수한 빛의 파장인 기준파(Reference Wave)를 발생시키게 된다. 이렇게 생성된 물체파와 기준파는 다시 서로 만나게 되는데, 두 파장이 합쳐지면서「간섭(干涉)무늬」를 형성한다. 이 간섭무늬는 기록(write)과 저장(store)이 가능하며, 어떻게 기록ㆍ저장되느냐에 따라 응용분야가 결정된다.

 

○ 홀로그래피 기술의 동작 원리

 

태양광이나 보통의 광원은 여러 가지 파의 집합체로 각각의 파의 위상이 다르다. 그러나 레이저 광선은 위상이 완전히 일치하는 연속파이므로 물체광으로 위상의 차이를 기록할 수 있다.

 

레이저 광원에서 나온 간섭성 빛을 빔 스플리터를 이용해 둘로 나누어 그 중 한 광선은 피사체를 비추게 하면 피사체 표면에서 난반사된 빛이 홀로그래피 감광재료에 도달한다. 이 광선을 물체광(Object Beam)이라고도 한다. 나머지 다른 한 광선은 렌즈로 확산시켜 직접 홀로그래피 감광재료 전면에 비추게 한다. 이 광선을 참조광(Reference Beam)이라고 한다.

 

이렇게 되면 홀로그래피 감광재료 상에 물체광과 참조광이 서로 간섭현상을 일으켜 1mm당 500~1,500개 정도의 대단히 섬세하고 복잡한 간섭무늬를 만든다. 이 간섭무늬를 기록한 사진을 홀로그램이라고 한다.

 

이와 같이하여 만든 홀로그램에 참조광과 같은 광선을 쬐면 간섭무늬가 회전격자의 역할을 해서 참조광이 입사한 방향과 다른 위치에서 빛이 회전되는데, 이와 같은 회전광이 모인 것이 마치 처음 물체에서 반사해서 생긴 빛과 같이 된다.

 

이와 같이하여 홀로그램에서 처음의 물체광이 재생된다. 그러기 때문에 재생된 화면 안에서 들여다보면 마치 물체가 저 안쪽에 있는 것처럼 보인다. 다시 보는 점을 옮기면 물체가 보이는 위치도 변하여 마치 입체사진을 보는 것처럼 보인다.

 

 

▒ 홀로그래피의 응용

 

○ 디스플레이 분야

 

디스플레이 분야중 3차원 홀로그래피 방식에 해당 한다. 이는 광학적으로 물체의 3차원적인 파형을 공기 중에 투사함으로써 3차원 입체영상을 구현한 것이다. 다른 3차원 디스플레이 방식들은 착시현상을 이용한 것이라면 이는 진정한 의미의 3차원 디스플레이라고 할 수 있다.

 

현재 가장 기대되고 있는 3차원 디스플레이 분야도 바로 홀로그래픽 방식이다.

미래를 소재로 다른 많은 SF 영화 중에 홀로그램으로 동영상을 재생시키는 장면이 나오는데, SF 영화에서처럼 일정공간에 3차원 영상을 구현한다. 홀로그래픽 방식은 현재 디스플레이 상품으로써 나온 것은 없지만 앞으로 추구해야할 목표이므로 연구 규모뿐만 아니라 시장규모 면에서도 큰 잠재력을 가지고 있다.

 

○ 정보처리 분야

가. 홀로그램 카드

 

홀로그래피는 우리 주위에 흔치 않은 것 같지만 실상 그 원리를 응용한 기기나 물건들이 더러 있다. 신용카드나 인증서, 고액화폐 등에는 홀로그램을 붙여서 복사나 위조가 어렵도록 하고 있다. 신용카드에 붙어 있는 홀로그램은 반사형으로 자연광을 사용한다. 자연광의 홀로그램은 단색광 비추면 더욱 선명한 상을 볼 수 있다.

자연광(백색광)에서 투과형홀로그래피는 투과해서 나타나는 물체의 상보다 다른 파장으로 인한 회절이 강하기 때문에 보기에 어려움이 있다. 그러나 반사형이라면 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 이는 반사되는 빛은 선택적으로 파장을 결정할 수 있기 때문이다.

 

 나. 렌티쿨러판

 

홀로그램의 원리와는 다른 것이지만 양쪽 눈으로 보이는 상을 다르게 하여 입체상을 느끼게 하는 것이 여럿 중에 렌티쿨러판이 있는데 이는 과자나 아이들 장난감에 부착되어 있는 스티커로 표면에 볼록한 면이 나란하게 배열되어 있어 빛의 굴절에 의해 각각의 눈에 다른 그림이 보이도록 한 것이다.

이 두 가지 다른 그림으로서 오른쪽과 왼쪽의 눈이 관측하는 물체의 그림으로 했다면 우리는 입체로 인식하게 된다. 한편 전혀 다른 그림들을 부착해 놓으면 보는 방향에 따라 그림이 계속 바뀌는 신기한 느낌을 갖도록 하기도 한다.

 

다. 홀로그램 메모리

홀로그래피 메모리(holography memory), 홀로그램 메모리 기술이란 3차원의 세계를 2차원의 기록매질에 기록하고, 기록매질로부터 실제 3차원 물체영상을 재생하는 기록/재생 방법이다. 일반적으로 접할 수 있는 사진과 비교했을 때, 사진은 물체에서 반사되는 빛의 밝고 어두운 세기만을 2차원 평면에 기록하는 것이기 때문에 실세계를 표현하는데 한계가 있다. 이에 비하여 홀로그래피는 빛의 세기뿐만 아니라, 파동으로서의 빛이 갖는 위상(phase)까지 기록하기 때문에 우리가 볼 때는 3차원 상을 정확하게 재현한다.

 

홀로그래피 메모리의 정보기록방식은 기존의 일반적인 기록방식과 상이하다.

물체의 정보를 저장하기 위해 특정 좌표별로 밝기정보를 한 점(Bit)씩 일일이 저장한 기존 방식과 달리 홀로그래피 메모리는 평면의 전체 정보를 한 점에 기록하는 페이지 지향적인 메모리(Page-Oriented Memory)방식을 사용한다.

 

 

▒ 홀로그래피의 동향 및 전망

 

○ 홀로그래피 연도별 출원동향

 

아래의 특허동향자료는 1980년부터 2000년까지 한국, 일본, 미국, 유럽에 출원된 자료를 가지고 홀로그래피에 대한 특허동향을 살펴본 것이다.

 

아래 그래프에서 우리는 1980년대부터 꾸준히 출원양이 증가되어 지금은 다소 줄어 든 것 을 알 수 있다. 이것은 홀로그래피기술이 하향산업이라기 보다는 홀로그래피기술이 메모리분야와 같은 신기술에 대한 실용화가 잘 이루어지지 않은 점에 기인한 것으로 보인다. 따라서 앞으로 첨단기술의 실용화가 이루어진다면 발전가능성은 높다고 보인다.

 

○ 홀로그래피의 향후 시장전망 및 과제

 

홀로그래피기술은 디스플레이분야, 광학소자분야, 메모리 분야에서 많이 사용되고 있다.

디스플레이 홀로그램은 최근 들어 대형화 추세에 있는데 크기가 100cm x 100cm이상인 대형 홀로그램이 가능해 짐에 따라 광고 및 전시용 뿐 아니라 예술 분야에 폭넓게 사용되고 있다.

 

특히 예술 분야의 경우 각종 회화작품과 조각품을 홀로그램의 영상으로 표현할 수 있게 되었으며 무대설치 미술에도 이용되어 무용 및 연극 등에 홀로그램이 관심을 끌고 있다.

 

그러나 텔레비전으로 전송되어 우리 안방에 등장하거나, SF영화에서 자주 등장하는 수준으로 이용되리라 기대하기에는 아직 그다지 쉽지 않을 것으로 여겨진다.

 

즉 홀로그래피 입체영상 텔레비전 등이 상용화되려면 이를 촬영하고 재생하는 광학기술, 홀로그램을 기록하고 저장할 매체 관련 기술, 3차원 동영상 정보를 압축, 송신하는 신호처리 기술 및 TV 전송 기술 등 온갖 수준 높은 과학기술들이 요구되는데, 현재의 기술 수준으로는 이를 실제로 구현하거나 실용화할 단계에 크게 미치지 못하였기 때문이다.

 

물론 최근에는 고전적 의미의 홀로그래피 기술 뿐 아니라 컴퓨터 제작 홀로그래피(CGH; Computer Generated Holography) 등 다른 것을 융합한 기술들도 활발히 연구되고 있다. 홀로그래피를 만족할만한 수준으로 실용화하기 위해서, 기본이 되는 광학기술뿐 아니라 컴퓨터, 정보처리, 소자 재료기술 등 관련 분야에서 기술적 병목(Bottle Neck)들을 얼마나 제대로 해소할 수 있는가 하는 것이 가장 중요한 관건으로 보인다.

 

 

<출처> 성균웹진, 2008. 4. 1

 

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