사진 찍듯 쉽게…'홀로그래픽' 카메라 개발

카이스트 연구팀, 관련 기술 개발

▲입사한 빛의 파면(왼쪽)과 제안된 기술 측정된 파면.[사진제공=카이스트]

[아시아경제 정종오 기자] 사진을 찍듯이 쉽게 작동하는 홀로그래픽 카메라가 개발됐다. 카이스트(KAIST, 총장 강성모) 물리학과 박용근 교수 연구팀이 간유리(optical diffuser, 광 디퓨저, 유리의 표면을 갈아 뒤쪽이 흐릿하게 보이는 불투명한 유리)를 이용한 홀로그래픽 카메라를 내놓았다.

연구팀은 홀로그래픽 카메라는 일반적 홀로그램을 측정하는 기술로 사진 찍듯 홀로그램을 측정할 수 있는 이상적 홀로그래피에 근접한 기술이라고 설명했다. 사진은 실제 눈으로 보는 것과 같은 원근감과 볼륨감을 표현할 수 없다. 현존하는 전자기기의 대역폭(~100㎓)이 가시광의 진동수(~100T㎐)에 훨씬 미치지 못하기 때문이다.

사진 기술로는 빛의 세기만 측정 가능하고 원근감과 입체감 정보를 담은 빛의 파면 정보는 직접적으로 측정할 수 없다. 위상 문제(phase problem)라고 불리는 이 현상은 가시광뿐 아니라 적외선, 자외선, 엑스레이 등 전자기파를 다루는 방대한 분야 전반에 큰 걸림돌로 남아 있었다.

이 같은 위상 문제를 피해 간접적으로 빛의 파면을 측정하는 기술을 홀로그래피라고 한다. 홀로그래피 기술은 추가적 참조 빛을 필요로 해 사진기술처럼 빠르게 전파되지 못했다. 수 세기동안 과학자들은 사진 찍듯 홀로그램을 찍기 위해 연구했는데 제안된 기술들은 대부분 특수한 입사 빛을 가정한 상황에서만 작동해 일반적 상황에서 널리 사용되지 못했다.

연구팀은 입사 빛의 특수한 상황을 가정하는 대신 간유리를 활용해 입사 빛을 무작위로 산란시켰다. 무작위로 산란된 빛의 결맞음(파동이 간섭 현상을 보이는 성질) 정도에 대한 수학적 상관관계를 활용해 입사한 빛의 파면을 온전히 측정할 수 있음을 이론적으로 제안했다.

연구팀은 이론에 따라 렌즈 대신 간유리를 삽입한 홀로그래픽 카메라를 제작했고 실험을 통해 성공적으로 작동하는 것을 확인했다. 일상에서 쉽게 볼 수 있는 물체를 홀로그램으로 측정했고 초점 위치를 자유자재로 바꿈으로써 이 기술이 일반적인 경우에도 작동함을 증명했다.

연구팀의 홀로그래피 카메라는 그 형태와 구성이 간단해 렌즈 대신 간유리를 카메라 센서 앞에 대는 것만으로 홀로그램의 측정이 가능해진다. 휴대폰 카메라 등에 적용해 상용화가 가능할 것으로 기대된다. 같은 원리를 활용해 다른 대역의 위상 문제도 해결할 수 있다. 엑스레이 영역의 문제를 해결한다면 초고해상도 엑스레이 현미경의 구현이 가능해져 과학계 전반에 큰 발전을 가져올 수 있을 것으로 예상된다.

논문의 제1저자인 이겨레 학생은 "이번 기술은 사진을 찍듯 홀로그램을 측정할 수 있는 이상적 홀로그래픽 카메라에 가장 근접한 기술"며 "휴대폰 카메라 등에 쉽게 적용해 홀로그래피의 대중화가 가능할 것으로 기대된다"고 설명했다.

▲카이스트 연구팀이 만든 홀로그래피 카메라.[사진제공=카이스트]

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr