NHK, 시각 피로 줄인 ‘라이트필드 HMD’ 개발…광학계 두께 79% 축소

개발 배경: 왜 기존 VR은 눈이 피로한가?

일반적인 VR 고글(HMD)은 두 개의 디스플레이 영상을 각각 렌즈로 멀리 확대 표시하고, 좌우 눈에 약간 어긋난 영상(시차)을 보여줌으로써 입체감을 만들어낸다. 하지만 이 이안 방식에는 ‘시각 피로’라는 과제가 있었다. 영상 속 물체가 앞뒤로 움직여도 눈의 초점은 렌즈로 확대된 디스플레이 위치에 고정된 채로 유지되어, ‘시차로 인지되는 깊이 위치’와 ‘눈이 초점을 맞추는 위치’가 일치하지 않아 피로와 불쾌감의 요인이 되는 것으로 생각된다.

‘라이트필드 방식’으로 해결

라이트필드는 물체에서 방출되어 눈에 도달하는 ‘광선의 집합’을 재현하는 기술이다.

기술적 포인트 (1): 광학계의 대폭적인 박형화

기존 라이트필드 HMD는 장치가 커진다는 과제가 있었다.

기존 방식 (중간상을 형성하여 확대)

기존 라이트필드 HMD는 디스플레이와 렌즈 어레이*로 한 번 공중에 중간상*을 형성하고, 이를 접안 렌즈로 확대함으로써 멀리 3차원 영상을 표시했다. 하지만 이 방법으로는 렌즈 어레이와 접안 렌즈 사이에 약 4cm의 간격이 필요하여 HMD가 커지는 것이 과제였다.

*：렌즈 어레이(미세한 렌즈를 평면상에 배열한 광학 소자)
*：중간상(렌즈 어레이에 의해 디스플레이 뒤에 형성되는 미세한 3차원 영상)

이번 신기술

이번에 렌즈 어레이와 접안 렌즈를 접촉 배치하는 새로운 광학계를 고안했다. 접촉시킴으로써 실질적으로 1장의 광학 소자로 기능하게 하여 광선 제어와 집광을 동시에 실현했다. 이 광학계에 적합한 요소 영상군 생성 기법을 결합하여, 중간상을 거치지 않고 직접 3차원 영상을 눈에 전달하는 데 성공했다. 광학계의 깊이를 기존 대비 79% 축소하여 대폭적인 박형화를 달성했다.

기술적 포인트 (2): 고해상도 영상을 실시간으로 표시

박형화에 더해 ‘고해상도 마이크로 디스플레이’를 채택했다. 또한, 방대한 광선 계산을 고속으로 수행하는 ‘레이 트레이싱 기술’*을 통한 요소 영상*의 고속 생성과 결합하여, 고해상도 3차원 영상을 실시간으로 표시할 수 있음을 확인했다.

*：레이 트레이싱 기술(광원으로부터 나와 광학계를 통과하는 광선의 경로를 추적하여 영상을 생성하는 렌더링 기법)
*：요소 영상(3차원 영상을 만드는 광선의 색과 밝기 정보가 포함된 영상)

향후 전망

이 기술은 2026년 5월 28일(목)부터 31일(일)까지 개최되는 ‘技研 공개 2026’에서 전시될 예정이다. 앞으로 3차원 영상의 고해상도화와 표시 범위 확대를 위한 개량을 진행하여, 교육, 의료, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에서 활용 가능한 자연스럽고 시각 피로가 적은 쾌적한 HMD 실현을 목표로 한다.

技研 공개 2026 ‘개척하다, 지탱하다, 앞으로도’