서울대 공과대학, VR 디스플레이 크기 대폭 줄일
3.3mm VR 광학계 개발... 2년 내 상용화 가능
2차원 렌즈 배열, 광경로 폴딩 기법 적용


그간 가상현실(VR) 장치는 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display; HMD) 형태로 구현되어 착용감이 좋지 않아, VR 보급의 걸림돌로 작용했다.

서울대학교 공과대학은 29일, 전기정보공학부 이병호 교수팀이 VR 장치 크기를 대폭 줄일 수 있는 새로운 VR 디스플레이 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존 VR 디스플레이는 내부에 존재하는 공간 때문에 부피가 컸다. 이 공간의 두께를 줄이려면 VR 광학계 렌즈의 초점거리를 줄여야 하지만, 눈과 렌즈 사이에 확보돼야 할 최소 거리를 위해서는 너무 짧은 초점거리의 렌즈는 사용할 수 없다.

이번에 연구팀이 제안한 렌즈 배열 VR 디스플레이는 기존 렌즈 외에 2차원 렌즈 배열을 추가 삽입한 구조다. 작은 렌즈들이 병렬로 배열된 구조로, 렌즈의 실질적인 초점거리를 줄일 수 있어 필요한 공간을 기존 대비 절반 이하로 줄일 수 있다.

또한 연구팀은 빛이 광학계의 공간 안에서 앞뒤로 왕복 진행하도록 광경로를 접는(Folding) 기법을 적용했다. 이를 통해 필요한 공간을 1/3 더 줄였고, 이에 따라 부피는 총 1/6 이하로 줄었다. 결과적으로 연구팀은 이론상 3.3mm 두께의 공간만을 필요로 하는 VR 광학계 설계 개발에 성공했다.

이번에 개발된 VR 디스플레이 광학계는 얇은 두께뿐만 아니라 넓은 시야각(가로 102°, 세로 102°), 8.8mm 너비의 눈동자 중심 위치 영역(Eye-Box), 20mm의 초점거리를 가져 안경형 VR 디스플레이에 적합한 성능을 갖췄다.

연구팀은 LCD 패널과 프레넬(Fresnel) 렌즈를 사용해 제작한 안경형 프로토타입을 공개했다. 이 안경형 장치는 내부 공간, LCD 패널 및 프레넬 렌즈 등 필요한 소자의 두께를 모두 포함해 그 두께가 8.8mm 수준이다.

이병호 교수는 “해당 기술은 국제특허를 출원한 상태”라며, “제품 생산에 나서는 기업이 있다면 1~2년 안에 상용화가 가능한 수준”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 학술지 ‘IEEE TVCG(Transactions on Visualization and Computer Graphics)’에 3월 25일 자로 공개됐다.