"길 안내가 눈앞에 뜬다"…차세대 AR 안경 기술 개발

[파이낸셜뉴스] 눈앞의 풍경에 길 안내나 문자를 겹쳐 보여주는 증강현실(AR) 안경을 일상에서 더 편하게 쓸 수 있는 기술이 개발됐다. 국내 연구진이 얇은 렌즈 안에서 빛의 손실을 줄여, 밝은 야외에서도 문자를 볼 수 있는 안경 시제품을 구현했다.

과학기술정보통신부는 포항공과대학교(POSTECH) 노준석 교수 연구팀이 삼성전자 삼성리서치와 공동으로, 메타표면 도파관 안에서 빛의 손실을 대폭 줄여 눈의 위치가 바뀌더라도 밝은 영상을 구현하는 광학 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

메타표면은 빛의 파장보다 작은 나노구조체를 배열해 빛의 위상, 진행 방향 등을 제어하는 광학 구조이며, 도파관은 빛이 외부로 빠져나가지 않고 특정 경로를 따라 전달되도록 유도하는 광학 구조를 말한다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 국제학술지 '네이처(Nature)'에 11월 12일 게재됐다.

연구팀에 따르면 증강현실(AR) 안경을 일상에서 사용하려면 일반 안경처럼 얇고 가벼우면서, 밝은 곳에서도 영상이 잘 보여야 한다. 그러나 기존 기술로는 얇은 두께와 밝기, 사용 편의성을 함께 확보하기 어려웠다.

연구팀은 도파관 전체에서 빛이 지나가는 경로에 주목했다. 빛이 이동하는 전체 경로를 나노 단위에서 정밀하게 설계할 경우, 빛의 원치 않는 손실을 대폭 줄이면서 눈의 위치가 바뀌더라도 밝고 선명한 영상을 유지할 수 있음을 이론적·실험적으로 명확히 규명해냈다.

또 컬러 영상을 표현하기 위한 설계도 더했다. 파랑·초록 빛을 주로 전달하는 층과 빨강·초록 빛을 주로 전달하는 층을 겹쳐, 색에 따른 빛 전달 효율의 차이를 줄였다.

연구팀은 두 층을 결합해 빛을 눈으로 전달하는 총 1.5㎜ 두께의 메타표면 기반 도파관을 구현했다. 이를 적용한 안경 시제품으로 밝은 야외에서는 흰색 문자를, 실내에서는 컬러 영상을 실제 풍경 위에 겹쳐 보여줬다. 눈의 위치가 일정범위 안에서 달라져도 영상을 볼 수 있도록 했다.

이번 성과는 메타표면 도파관 안에서 빛의 손실을 줄여 얇은 광학계에서도 밝은 영상을 구현할 수 있음을 보여줬다는 데 의미가 있다. 향후 길 안내나 작업 정보를 눈앞에 보여주는 일상용 안경에 활용될 것이라는 기대다. 빛을 효율적으로 활용해 화면 밝기를 유지하면서 전력 소모를 줄이는 데에도 도움이 될 수 있다.

포항공과대학교 노준석 교수는 "이번 연구 성과는 렌즈 안에서 빛의 이동 경로를 정교하게 제어해, 얇은 렌즈로도 야외에서 밝고 선명한 영상을 구현할 수 있음을 보여준 것"이라며, "향후 빛에 의한 무지개 번짐 현상을 개선하고 대량생산 기술을 확보하는 한편, 인공지능(AI) 기반 맞춤형 영상 처리와 연계해 일상에서 편안하게 쓰는 AR 안경으로 발전시켜 나갈 것"이라고 밝혔다.

[email protected] 연지안 기자