경북대, 초슬림 XR 가변 초점 렌즈 기술 개발…눈 피로 줄이고, 기기는 얇고 가볍게

경북대학교는 김학린 전자공학부 교수팀이 세계 최고 수준의 '초슬림형 확장현실(XR) 가변 초점 렌즈 광학 모듈'을 구현했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 XR 기기의 난제였던 눈의 피로(VAC) 문제를 완화하고, 기기 소형화 가능성까지 제시했다.

XR은 가상현실(VR), 증강현실(AR), 혼합현실(MR)을 포괄하는 개념으로, 교육·의료·산업·문화 등 다양한 분야에서 활용된다. XR 기기는 화면과 실제 초점이 어긋나는 '수렴-초점 불일치(VAC)' 현상으로 장시간 사용 시 눈의 피로나 어지러움이 쉽게 나타난다.

왼쪽부터 김학린 경북대 교수, 신중엽 석사(현 삼성디스플레이), 이재원 박사(현 ETRI)

기존 XR 기기는 반파장판(HWP)이라는 광학 소자가 사용된다. 반파장판은 초점을 2의 지수 단위로만 조절할 수 있어 다양한 초점 깊이를 구현하기 어렵고, 다양한 초점을 만들려면 여러 광학층을 겹쳐야 하기 때문에 기기의 두께와 무게도 늘어난다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 사분파장판(QWP) 기반 기하위상 렌즈(GPL)에 세계 최초로 '삼중 파면 변조' 기술을 적용했다. 이 기술은 초점을 앞·뒤로 조절하거나 그대로 유지하는 세 가지 모드를 지원하기 때문에 초점 전환 단계를 기존 2의 지수 관계에서 3의 지수 관계로 확장할 수 있고, 필요한 광학층 수도 크게 줄일 수 있다. 연구팀은 이 기술을 적용해 9단계 초점 전환을 실제로 구현했고, 초슬림 구조에서도 영상 품질을 유지하면서 초점을 자유롭게 바꿀 수 있음을 확인했다.

김학린 교수는 “현재 메타, 애플 등 글로벌 빅테크 기업들은 AR 글라스 및 XR 디바이스 개발에 속도를 내고 있다. 이번 연구는 XR 기기의 소형화·경량화와 시각 피로 저감 기술을 동시에 실현할 수 있는 원천 기술이다. 향후 홀로그래픽 디스플레이나 시선 추적형 3D 콘텐츠 등 다양한 XR 플랫폼으로 응용할 수 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 김학린 교수가 교신저자로, 신중엽 석사(현 소속 삼성디스플레이)와 이재원 박사(현 소속 ETRI)가 공동 제1저자로 참여했다. 한국연구재단 미래디스플레이전략연구실 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 광학 분야 국제 학술지 '빛:과학과 응용'에 게재됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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