한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 장무석 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 국제 공동연구로 세계 최고속 3차원 광 패턴 조명 기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.
홋카이도대 전자과학연구소의 시부카와 아츠시 부교수와 미카미 히데하루 교수, 스도 유키 오카야마대 의·치·약과학과 교수팀과 공동 연구했다.
광 패턴 조명 기술은 빛을 특정 패턴이나 형태로 조절해 원하는 조명 효과를 얻는 기술이다. 디스플레이나 빔 프로젝터 내부에 원하는 이미지나 모양 등을 화소 단위로 만들어낼 수 있는 광 패턴 조명 장치인 '공간 광 변조기'가 사용되고 있다.
가상현실(VR) 핵심 요소 기술인 3차원 디스플레이 기술에도 사용되며 뇌 심부 이미징을 위한 레이저 스캐닝 현미경 등에도 사용된다.
하지만 공간 광 변조기는 조명 패턴 전환을 고속 수행하는 데 큰 한계가 있다. 시판 공간 광 변조기는 액정형 디스플레이 장치나 디지털 미러 장치가 있지만, 통상 전환 속도는 50마이크로초에서 10밀리초 수준으로 제한된다.
연구팀은 공간 자유도-시간 자유도 사이 치환 개념을 개발했다. 이를 독자 개발한 초고속 1차원 광 변조기 및 산란 매질(빛을 무질서하게 굴절시키는 물질)과 결합해 시판 공간 광 변조기보다 약 1500배 빠른 30나노초 전환 속도의 세계 최고 속도 3차원 조명 기술을 개발했다.
연구팀은 산란 매질 특성을 역이용해 1차원 광 패턴을 사용자가 원하는 3차원 패턴으로 변환하기 위해 복잡 광 파면 조작 기술을 핵심 기술로 활용했다.
연구팀이 개발한 세계 최고 속도 광 패턴 조명 기술은 특정 각도에서만 볼 수 있는 기존 2차원 유사 홀로그램과 달리 실제로 3차원 공간상에 광 정보를 재구성해 입체 영상을 만드는 기술로 활용될 수 있다. 뇌 신경 조절 기술과 같은 생체 조절 기술 고속화·대규모화나 금속 3D 프린터 등 광 가공 생산효율 향상 등 다양한 분야에 응용될 전망이다.
연구는 송국호 KAIST 바이오 및 뇌공학과 박사과정이 공저자, 장무석 교수가 교신저자로 참여했으며 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 8일 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 주관하는 선도연구센터사업(컬러변조 초감각 인지기술 선도연구센터), 우수신진연구자 사업, 삼성미래기술육성사업, 국토교통부 국토교통과학기술진흥원이 주관하는 차세대 대인 보안검색 기술 개발 사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
