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홀로그래피

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목차

1. 개요

홀로그래피는 빛의 간섭과 회절 현상을 이용하여 3차원 영상을 기록하고 재생하는 기술이다. 1947년 데니스 가보르에 의해 발명되었으며, 레이저의 등장 이후 획기적인 발전을 이루었다. 홀로그래피는 의료, 계측, 설계, 기록 및 보존, 엔터테인먼트, 보안 등 다양한 분야에서 응용되며, 특히 보안 분야에서는 위조 방지 수단으로 널리 사용된다. 또한, 홀로그램 기술을 활용한 산업 시장은 지속적으로 성장할 것으로 전망된다. 그러나, 현재 "홀로그램"으로 불리는 기술 중에는 실제 홀로그래피가 아닌 유사 기술도 존재하며, 픽션에서는 홀로그래피가 과장되게 묘사되기도 한다.

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홀로그래피

2. 역사

데니스 가보르는 1947년에 홀로그래피의 원리를 고안하였다. 가보르는 수은등 빛을 핀 홀(아주 작은 구멍)에 통과시켜 간섭성이 좋은 광원을 얻으려고 하였으나, 얻어진 상은 매우 희미한 이중상(二重像)일 뿐이어서 큰 관심을 받지 못했다. 1960년대에 T. 메이먼이 레이저를 발명하고, 이어서 레이저 광을 연속적으로 발진하는 헬륨 네온 레이저가 개발되면서 홀로그래피 연구가 다시 활기를 띠기 시작했다.

1962년에는 E. N. 리스와 J. 우파트니크가 참조광을 이용하는 이광속법(二光束法)을 고안하여 연구가 급속히 진전되었다. 가보르는 1971년에 노벨 물리학상을 수상하였다.

이후 '''백색광 반사형 홀로그램'''이 개발되었다. 가브리엘 리프만의 천연색 사진과 원리가 매우 비슷하여, 일본에서는 레인보우 홀로그램과 구분하여 '''리프만 홀로그램'''이라고 부른다. 레인보우 홀로그램과 마찬가지로, 관찰자와 같은 쪽에서 자연광을 비추는 것으로 재생할 수 있다. 레인보우 홀로그램과는 달리, 금속 도금의 반사를 이용하는 것이 아니라, 홀로그램 자체의 회절(구조색)에 의해 반사시키는 방식이다.[77] 백색광 반사형 홀로그램 중에는 풀 컬러의 3차원 영상을 관찰할 수 있는 것도 있으며, 실물과 구분이 어려울 정도로 정교한 것도 있다. 젤라틴을 사용하는 경우에는 경년 변화에 의해 열화되지만, 최근에는 굴절률이 높은 광경화 수지가 이용되기 시작하여 내구성이 향상되고 있다.[78]

이전에는 크고 값비싼 기체 레이저가 홀로그래피에 필수적이었지만, DVD 등에 사용되는 저렴하고 작은 반도체 레이저로도 홀로그래피 제작이 가능해지고 있다. 따라서 연구비가 부족한 연구자나 예술가, 열성적인 애호가도 홀로그래피를 이용할 수 있게 되었다.[79][80][81]

디터 융(Dieter Jung)의 수평 대칭 텍스트


''홀로그래피 소개'' (1972년 교육 영화)

2. 1. 초기 역사

1947년 헝가리계 영국 물리학자 데니스 가보르는 전자 현미경의 영상 해상도를 향상시키는 방법을 찾던 중 홀로그래피를 발명했다.[6][7][8] 가보르의 연구는 1920년대 미에치스와프 볼프케와 1939년 윌리엄 로렌스 브래그를 포함한 다른 과학자들의 X선 현미경 분야의 선구적인 연구를 기반으로 했다.[9] 홀로그래피는 영국 러그비에 있는 영국 톰슨 휴스턴(British Thomson-Houston, BTH) 회사에서 전자 현미경 개선 연구 중 예상치 못한 결과로 얻어졌으며, 회사는 1947년 12월에 특허를 출원했다(특허 GB685286).[10] 원래 발명된 기술은 여전히 전자 홀로그래피로 알려진 전자 현미경에서 사용된다. 가보르는 "홀로그래피 방법의 발명과 개발"로 1971년 노벨 물리학상을 수상했다.

가장 초기의 홀로그램은 '''투과형 홀로그램'''이라고 불리며, 레이저 광을 홀로그램 뒷면에서 조사해야만 관찰할 수 있었다.

2. 2. 레이저 발명 이후

1960년 레이저가 발명되면서 광학 홀로그래피는 획기적인 발전을 이루게 되었다.[13][14][15] 1962년 소련의 유리 데니슈크(Yuri Denisyuk)[11]와 미국 미시간 대학교의 에밋 레이스(Emmett Leith)와 유리스 우파트니크스(Juris Upatnieks)[12]는 레이저를 이용하여 3차원 물체를 기록하는 최초의 실용적인 광학 홀로그램을 제작하였다.

초기 광학 홀로그램은 기록 매체로 할로겐화은 사진 유제를 사용하였는데, 생성된 회절격자가 입사광의 상당 부분을 흡수하여 효율이 매우 낮았다. 그러나 투과율 변화를 굴절률 변화로 변환하는 다양한 방법("표백"으로 알려짐)이 개발되면서 훨씬 더 효율적인 홀로그램을 제작할 수 있게 되었다.[13][14][15]

2. 3. 레인보우 홀로그램 개발

레인보우 홀로그램


오늘날 많이 사용되는 레인보우 홀로그램은 1968년 미국의 물리학자 스티븐 벤턴이 개발했다. 레인보우 홀로그램은 좁은 간격의 슬릿(slit)을 물체의 상과 같이 기록하고, 재생할 때에는 홀로그램 앞에 슬릿의 영상이 같이 재생되어 이 슬릿을 통해 물체의 상을 관찰하는 방식이다. 이 방식은 상이 밝고 컬러로 재현된다는 장점이 있다.

1983년 마스터카드가 처음으로 홀로그램을 신용카드의 위조 방지 장치로 도입했고, 그 이듬해에 Visa도 비둘기 문양 홀로그램을 선보였다.[118][119]

3. 원리

홀로그래피는 빛의 파면을 기록하고 재구성하는 기술로, 소리 녹음과 유사하게 작동한다.[16] 파원(波源)으로는 주로 레이저 광이 사용되는데, 이는 레이저가 현재 인류가 만들어 낼 수 있는 유일하게 코히런트(coherent)한, 즉 파장과 위상이 정돈된 광원이기 때문이다.

동일한 파의 진로에 물체가 있으면, 파는 물체의 표면에서 반사되어 원래의 빛과 만나 간섭 무늬를 만든다. 이 간섭 무늬에는 물체의 정보가 기록되어 있으며, 사진 필름에 노광(露光)하면 필름면에 간섭 무늬가 기록된다.[117]

현상된 필름에는 물체의 상이 보이지 않지만, 여기에 코히런트한 빛(참조광)이나 백색광을 같은 각도로 통과시키면 필름상의 간섭 무늬로 빛이 회절하여 물체의 입체상이 재현된다. 이 필름을 홀로그램이라고 한다.[117]

홀로그램은 일반 사진과 다음과 같은 차이점을 보인다.


  • 사진은 한 방향의 빛만 기록하지만, 홀로그램은 여러 방향으로 산란된 빛의 정보를 기록한다.
  • 사진은 일반 광원으로 촬영 가능하지만, 홀로그램은 레이저가 필요하다.
  • 사진은 렌즈가 필요하지만, 홀로그래피는 물체의 빛이 기록 매체에 직접 산란된다.
  • 홀로그램은 기준 광선이 필요하다.
  • 사진은 다양한 조명에서 볼 수 있지만, 홀로그램은 특정한 조명에서만 볼 수 있다.
  • 사진을 자르면 각 조각에 장면의 절반이 나타나지만, 홀로그램을 자르면 각 조각에서 전체 장면을 볼 수 있다.
  • 사진은 2차원 표현이지만, 홀로그램은 3차원 이미지를 제공한다.
  • 사진은 원래 장면을 명확하게 나타내지만, 홀로그램 표면은 무작위 패턴으로 보인다.


홀로그래피의 과정은 간섭과 회절을 통해 이해할 수 있다. 간단한 홀로그램은 두 개의 평면파를 중첩시켜 만들 수 있으며, 기록된 빛 패턴은 회절격자 역할을 한다.

복잡한 물체의 홀로그램은 레이저 빔을 두 개로 분리하여, 하나는 물체를 비추고 다른 하나는 기록 매체를 직접 비추는 방식으로 기록된다. 홀로그램이 원래 기준 빔으로 조명되면, 물체파가 재구성되어 물체가 제자리에 있는 것처럼 보인다.

흑백 사진은 빛의 세기 정보를, 컬러 사진은 빛의 삼원색에 해당하는 파장 정보를 추가로 기록한다. 홀로그램은 빛의 진폭, 파장, 위상 정보를 모두 기록하며, 상이 재생될 때 완전한 3차원 상이 나타난다.

3. 1. 기본 원리

홀로그래피의 기록 방법


홀로그램 기록


홀로그램 재현


현미경으로 본 표백되지 않은 투과형 홀로그램의 작은 부분. 홀로그램에는 장난감 밴과 자동차의 이미지가 기록되었다. 이 패턴에서 홀로그램의 피사체를 식별하는 것은 CD 표면을 보고 어떤 음악이 기록되었는지 확인하는 것만큼이나 불가능하다. 홀로그램 정보는 스페클 패턴에 의해 기록된다.


홀로그래피는 빛의 파면을 기록하고 재구성하는 기술이다.[16] 빛의 파면은 일반적으로 물체에서 산란된 광원의 결과이다. 홀로그래피는 소리 녹음과 유사하게, 진동하는 물질에 의해 생성된 음장이 원래의 진동하는 물질 없이도 나중에 재생될 수 있도록 인코딩된다.[17]

홀로그래피의 파원(波源)으로는 일반적으로 레이저 광이 많이 사용되는데, 이는 레이저가 현재 인류가 만들어 낼 수 있는 유일하게 코히런트(coherent)한 광원이기 때문이다. 코히런트한 빛이란, 빛의 파장(주파수)과 위상이 매우 정돈된 파를 말한다.

동일한 파의 진로에 물체가 있으면, 파는 물체의 표면에서 반사되어 원래의 빛과 만나 간섭 무늬를 만든다. 간섭 무늬에는 물체의 정보가 기록되어 있다. 적당한 장소에 사진 필름을 놓고 노광(露光)하면 필름면에 간섭 무늬가 기록된다.[117]

현상한 필름에는 물체의 상이 보이지 않지만, 여기에 코히런트한 빛(참조광(參照光))이나 일반 백색광을 같은 각도로 통과시키면 필름상의 간섭 무늬로 빛이 회절하여 똑같은 무늬가 재현된다. 이것을 필름을 통해서 보면 물체의 입체상이 보이는데, 이와 같은 필름을 홀로그램이라 한다.[117]

레인보우 홀로그램을 만드는 방법


일반적인 배열에서 레이저 빔은 두 개로 분리된다. 하나는 물체 빔으로, 다른 하나는 기준 빔으로 알려져 있다. 물체 빔은 렌즈를 통과하여 확장되고 피사체를 비추는 데 사용된다. 기록 매체는 피사체에 의해 반사되거나 산란된 후 이 빛이 도달하는 곳에 위치한다. 기준 빔은 확장되어 매체에 직접 비추어지며, 여기서 피사체에서 오는 빛과 상호 작용하여 원하는 간섭 무늬를 생성한다.

기존 사진과 달리 노출 중에는 광원, 광학 요소, 기록 매체 및 피사체가 빛의 파장의 4분의 1 이내로 서로 상대적으로 정지해야 한다. 그렇지 않으면 간섭 무늬가 흐릿해지고 홀로그램이 손상된다.

두 개의 레이저 광선이 기록 매체에 도달하면, 빛 파동이 교차하여 간섭한다. 이 간섭 무늬가 기록 매체에 각인된다. 무늬 자체는 겉보기에는 무작위적인 패턴이지만, 장면의 빛이 원래 광원과 어떻게 '간섭'했는지를 나타낸다. 이 간섭 무늬는 장면의 암호화된 버전으로 간주될 수 있으며, 내용을 보기 위해서는 특정한 키, 즉 원래 광원이 필요하다.

이 누락된 키는 나중에 홀로그램을 기록하는 데 사용된 것과 동일한 레이저를 현상된 필름에 비추어 제공한다. 이 광선이 홀로그램을 비추면 홀로그램 표면 패턴에 의해 회절된다. 이는 원래 장면에 의해 생성되고 홀로그램에 산란된 것과 동일한 빛의 장을 생성한다.

홀로그래피는 일반적인 사진과의 차이점을 통해 더 잘 이해할 수 있다.

  • 사진은 한 방향에서 온 빛만 기록하지만, 홀로그램은 원래 장면에서 나온 빛이 여러 방향으로 산란된 정보를 기록한다.
  • 사진은 일반적인 광원을 사용하여 촬영할 수 있지만, 홀로그램을 촬영하려면 레이저가 필요하다.
  • 사진에서는 이미지를 기록하기 위해 렌즈가 필요하지만, 홀로그래피에서는 물체에서 나온 빛이 기록 매체에 직접 산란된다.
  • 홀로그램 기록에는 두 번째 광선(기준 광선)을 기록 매체에 비추어야 한다.
  • 사진은 다양한 조명 조건에서 볼 수 있지만, 홀로그램은 매우 특정한 형태의 조명으로만 볼 수 있다.
  • 사진을 반으로 자르면 각 조각에 장면의 절반이 표시된다. 그러나 홀로그램을 반으로 자르면 각 조각에서 전체 장면을 여전히 볼 수 있다. 홀로그램 기록의 ''각 점''에는 장면의 ''모든 지점''에서 산란된 빛에 대한 정보가 포함되어 있기 때문이다.
  • 사진 입체 사진은 한 지점에서만 3차원 효과를 낼 수 있는 2차원 표현이지만, 홀로그램의 재현된 시야 범위는 원래 장면에 존재했던 더 많은 심도 지각 단서를 추가한다.
  • 사진은 원래 장면의 광장을 명확하게 나타낸다. 현상된 홀로그램의 표면은 매우 미세하고 무작위적인 패턴으로 구성되어 있으며, 기록된 장면과는 관련이 없는 것처럼 보인다.


과정을 더 잘 이해하려면 간섭과 회절을 이해해야 한다. 간섭은 하나 이상의 파면이 중첩될 때 발생한다. 회절은 파면이 물체를 만날 때 발생한다.

간단한 홀로그램은 동일한 광원에서 나온 두 개의 평면파를 홀로그램 기록 매체에 중첩시켜 만들 수 있다. 두 파동은 간섭하여 매체 전체에 걸쳐 강도가 정현파적으로 변하는 직선 간섭 무늬를 만든다. 간섭 무늬의 간격은 두 파동 사이의 각도와 빛의 파장에 의해 결정된다.

기록된 빛 패턴은 회절격자이다. 이것을 생성하는 데 사용된 파동 중 하나로만 조명하면, 회절파 중 하나가 두 번째 파동이 원래 입사했던 각도와 같은 각도로 나오는 것을 보여줄 수 있으며, 따라서 두 번째 파동이 '재구성'된 것이다.

정현파형 구역판


만약 기록 매체가 점광원과 수직 입사 평면파로 조명된다면, 그 결과 패턴은 정현파형 구역판이 되는데, 이것은 점광원과 기록면의 간격과 같은 초점 거리를 갖는 음의 프레넬 렌즈 역할을 한다.

평면파면이 음의 렌즈를 조명할 때, 그것은 렌즈의 초점에서 발산하는 것처럼 보이는 파로 확장된다. 따라서 기록된 패턴이 원래의 평면파로 조명될 때, 일부 빛은 원래의 구면파와 동등한 발산 빔으로 회절된다. 점광원의 홀로그램 기록이 생성된 것이다.

복잡한 물체의 홀로그램을 기록하려면 레이저 빔을 먼저 두 개의 광선으로 분리한다. 하나의 빔은 물체를 비추고, 그러면 물체가 빛을 산란시켜 기록 매체에 도달한다. 회절 이론에 따르면 물체의 각 지점은 점광원 역할을 하므로 기록 매체는 매체로부터 다양한 거리에 있는 점광원 집합에 의해 조명된다고 간주할 수 있다.

두 번째(기준) 빔은 기록 매체를 직접 비춥니다. 각 점광원 파는 기준 빔과 간섭하여 기록 매체에 자체 사인파 구역판을 생성한다. 결과 패턴은 이러한 모든 '구역판'의 합으로, 위 사진과 같이 무작위(스페클) 패턴을 생성한다.

홀로그램이 원래 기준 빔으로 조명되면 각각의 개별 구역판은 그것을 생성한 물체파를 재구성하고, 이러한 개별 파면이 결합되어 물체 빔 전체를 재구성한다. 보는 사람은 기록 매체에 물체에서 산란된 파면과 동일한 파면을 인지하므로 물체가 제거되었더라도 물체가 여전히 제자리에 있는 것처럼 보인다.

흑백 사진은 빛 세기(단위 면적당 빛의 에너지)가 기록된 점들의 집합이며, 각 점은 빛 세기라는 하나의 정보만을 담고 있다. 컬러 사진은 여기에 빛의 삼원색에 해당하는 세 가지 빛의 파장 정보가 추가된다.

홀로그램에서는 빛의 전기장의 진폭과 파장 정보뿐만 아니라 거기에 위상 정보가 추가된다. 사진에서는 위상 정보가 손실되지만, 홀로그램에서는 빛의 전기장의 진폭과 위상이 기록된다. 일반적으로 단일 파장이지만, 컬러도 가능하다. 상이 재생될 때 생성되는 빛은 완전한 3차원 상이라는 점이 사진과의 차이이다. 또한, 사진과 달리 상을 반사율의 차이로 재생할 수 있을 뿐만 아니라, 기록된 홀로그램을 표백(탈은)함으로써 굴절률의 차이로도 상을 재현할 수 있다.

홀로그래피에서는 각 점에 대해 '''기준광'''을 이용하여 광파의 위상을 기록한다. '''기준광'''은 기록 대상이 되는 물체를 비추는 '''물체 조명광'''과 같은 광원에서 나온다. 물체광과 기준광은 결맞음(가간섭성)을 갖는다. 기준광과 물체광의 중첩에 의한 빛의 간섭에 의해 간섭무늬가 생긴다. 이것은 일반적인 사진 필름과 같은 촬영 기술이지만, 간섭무늬의 미세한 상을 기록할 필요가 있으므로 전용 필름을 사용하고 방진대를 사용하는 것이 일반적이다(단, 펄스 레이저를 광원으로 하는 경우에는 방진대는 필수는 아니다).[82] 이러한 간섭무늬는 필름 위에 회절격자를 형성한다.

일단 필름이 현상되면, 참조광이 다시 조사되었을 때 필름 위의 간섭무늬에 의해 회절이 일어나, 광강도와 위상이 재현된 물체광이 생성된다. 광강도와 위상이 재현되기 때문에 상은 3차원이 된다. 관찰자가 움직이면 비춰진 상은 회전하는 것처럼 보인다.

홀로그래피는 물체광과 참조광의 간섭이 필요하기 때문에, 결맞는 빛이 필요하며, 기록 및 재생에는 레이저가 사용된다. 레이저가 발명되기 이전의 홀로그램은 수은등과 같은 불편한 비결맞음 광원을 이용하고 있었다.[83][84]

빛의 결맞음 길이에 의해 상의 최대 깊이가 결정된다.

3. 2. 기록

홀로그래피는 레이저와 같이 결맞음(가간섭성)이 좋은 빛을 두 개로 나누어 한쪽은 물체에 비추고, 다른 한쪽(기준광)은 직접 스크린(건판)에 비추어 두 빛의 간섭으로 생긴 간섭 무늬를 기록한다.[82] 이때, 물체에서 반사된 빛은 물체의 각 부분에서 나온 빛의 세기와 위상 정보를 모두 포함하고 있다.

일반적인 홀로그래피 기록 과정은 다음과 같다. 먼저, 레이저 빔을 빔 분할기를 사용하여 두 개의 동일한 빔으로 나눈다.

  • 하나의 빔(물체 빔 또는 조명 빔)은 렌즈를 통해 확산되어 물체를 비춘다. 물체에서 반사된 빛의 일부는 기록 매체에 도달한다.
  • 다른 하나의 빔(기준 빔)은 렌즈를 통해 확산되지만, 물체와 접촉하지 않고 기록 매체로 직접 향한다.


이렇게 물체 빔과 기준 빔이 만나 간섭 무늬를 생성하며, 이 간섭 무늬가 기록 매체(일반적으로 건판 또는 필름)에 기록된다. 기록 매체는 이 미세한 간섭 무늬를 기록할 수 있도록 특별히 제작된 것을 사용하며, 외부 진동을 막기 위해 방진대를 사용하기도 한다(펄스 레이저를 사용하는 경우에는 필수적이지 않다).[82]

홀로그램은 빛의 세기 정보뿐만 아니라 위상 정보도 기록한다. 일반 사진에서는 위상 정보가 손실되지만, 홀로그램에서는 빛의 전기장의 진폭과 위상이 모두 기록된다.

홀로그램은 여러 조각으로 나누어도 각각의 조각에서 전체 상을 재현할 수 있다는 특징이 있다. 다만, 조각이 작아질수록 상은 점점 희미해진다.

홀로그램을 대량 생산할 때는 스탬퍼를 이용한 전사 방법을 사용한다. 금속판 위에 광경화수지를 도포하고 간섭 무늬를 노광한 후, 은도금과 무전해 니켈 도금을 통해 내구성을 높인다. 그리고 구리 전주로 뒷받침하여 스탬퍼를 완성하고, 이를 이용하여 수지에 간섭 무늬를 전사한다.

3. 3. 재생

현상된 필름에는 물체의 상이 보이지 않지만, 여기에 코히런트한 빛(참조광)이나 일반 백색광을 같은 각도로 통과시키면 필름상의 간섭 무늬로 빛이 회절하여 똑같은 무늬가 재현된다. 이것을 필름을 통해서 보면 물체의 입체상이 보이는데, 이와 같은 필름을 홀로그램이라 한다.[117]

필름이 현상되면, 참조광이 다시 조사되었을 때 필름 위의 간섭무늬에 의해 회절이 일어나, 광강도와 위상이 재현된 물체광이 생성된다. 광강도와 위상이 재현되기 때문에 상은 3차원이 된다. 관찰자가 움직이면 비춰진 상은 회전하는 것처럼 보인다.

홀로그래피는 물체광과 참조광의 간섭이 필요하기 때문에, 결맞는 빛이 필요하며, 기록 및 재생에는 레이저가 사용된다. 레이저가 발명되기 이전의 홀로그램은 수은등과 같은 불편한 비결맞음 광원을 이용하고 있었다.[83][84]

빛의 결맞음 길이에 의해 상의 최대 깊이가 결정된다. 레이저는 일반적으로 수십 센티미터에서 수 미터의 결맞음 길이를 가지고 있어 깊은 상을 만들 수 있다. 레이저 포인터는 홀로그래피에 이용하기에는 결맞음 길이가 너무 짧다고 여겨져 왔지만, 작은 홀로그램이라면 만들 수 있다.

3. 4. 사진과의 비교


  • 사진은 한 방향에서 온 빛만 기록하지만, 홀로그램은 원래 장면에서 나온 빛이 여러 방향으로 산란된 정보를 기록한다. 이를 통해 마치 장면이 여전히 존재하는 것처럼 여러 각도에서 장면을 볼 수 있다.[117]
  • 사진은 일반적인 광원(햇빛이나 전기 조명)을 사용하여 촬영할 수 있지만, 홀로그램을 촬영하려면 레이저가 필요하다.[117]
  • 사진에서는 이미지를 기록하기 위해 렌즈가 필요하지만, 홀로그래피에서는 물체에서 나온 빛이 기록 매체에 직접 산란된다.[117]
  • 홀로그램 기록에는 두 번째 광선(기준 광선)을 기록 매체에 비추어야 한다.[117]
  • 사진은 다양한 조명 조건에서 볼 수 있지만, 홀로그램은 매우 특정한 형태의 조명으로만 볼 수 있다.[117]
  • 사진을 반으로 자르면 각 조각에 장면의 절반이 표시된다. 그러나 홀로그램을 반으로 자르면 각 조각에서 전체 장면을 여전히 볼 수 있다. 이는 사진의 각 점이 장면의 단일 지점에서 산란된 빛만 나타내는 반면, 홀로그램 기록의 ''각 점''에는 장면의 ''모든 지점''에서 산란된 빛에 대한 정보가 포함되어 있기 때문이다. 집 밖의 거리를 큰 창문을 통해 본 다음 작은 창문을 통해 보는 것으로 생각할 수 있다. 작은 창문을 통해서도 (머리를 움직여 시야각을 바꿈으로써) 같은 모든 것을 볼 수 있지만, 큰 창문을 통해서는 더 많은 것을 ''한 번에'' 볼 수 있다.[117]
  • 사진 입체 사진은 한 지점에서만 3차원 효과를 낼 수 있는 2차원 표현이지만, 홀로그램의 재현된 시야 범위는 원래 장면에 존재했던 더 많은 심도 지각 단서를 추가한다. 이러한 단서들은 인간의 뇌에 의해 인식되어 원래 장면을 보았을 때와 같은 3차원 이미지의 지각으로 변환된다.[117]
  • 사진은 원래 장면의 광장을 명확하게 나타낸다. 현상된 홀로그램의 표면은 매우 미세하고 무작위적인 패턴으로 구성되어 있으며, 기록된 장면과는 관련이 없는 것처럼 보인다.[117]
  • 흑백 사진은 빛 세기(단위 면적당 빛의 에너지)가 기록된 점들의 집합이며, 각 점은 빛 세기라는 하나의 정보만을 담고 있다. 컬러 사진은 여기에 빛의 삼원색에 해당하는 세 가지 빛의 파장 정보가 추가된다. 홀로그램에서는 빛의 전기장의 진폭과 파장 정보뿐만 아니라 거기에 위상 정보가 추가된다. 사진에서는 위상 정보가 손실되지만, 홀로그램에서는 빛의 전기장의 진폭과 위상이 기록된다. 일반적으로 단일 파장이지만, 컬러도 가능하다. 상이 재생될 때 생성되는 빛은 완전한 3차원 상이라는 점이 사진과의 차이이다. 또한, 사진과 달리 상을 반사율의 차이로 재생할 수 있을 뿐만 아니라, 기록된 홀로그램을 표백(탈은)함으로써 굴절률의 차이로도 상을 재현할 수 있다.[117]

4. 종류

홀로그램의 종류는 크게 아날로그 홀로그램, 디지털 홀로그램, 유사 홀로그램으로 나뉜다.[120] 아날로그 홀로그램은 대상을 입체영상으로 찍어내는 사진술이며, 디지털 홀로그램은 대상에 반사된 빛을 디지털로 재현한다. 유사 홀로그램은 초다시점 입체영상 및 반투과형 스크린 투영 영상 등을 포함한다.

유사 홀로그램은 실제 홀로그램이 아닌 눈속임에 가깝기 때문에 기술적으로는 홀로그램으로 보지 않으나, 엔터테인먼트 등의 응용분야에서는 홀로그램의 범주에 포함시키고 있다.[120] 다만 안경을 써야 보이는 입체영상은 홀로그램의 범주에 넣지 않는다.

초기 예술가들은 홀로그래피의 잠재력을 인지하고 작품 제작을 위해 과학 연구실에 접근했다. 홀로그램 예술은 과학자와 예술가의 협업으로 이루어지는 경우가 많지만, 일부 홀로그래퍼들은 자신을 예술가이자 과학자로 여기기도 한다. 살바도르 달리는 자신이 홀로그래피를 예술적으로 활용한 최초의 사람이라고 주장했지만, 1968년 미시간 주 크랜브룩 예술 아카데미에서 열린 홀로그램 예술 전시회가 먼저 열렸다.[18]

마가렛 베니언은 1960년대 후반부터 홀로그래피를 예술 매체로 사용하기 시작하여 1969년 노팅엄 대학교 미술관에서 개인전을 열었다.[19] 1970년대에는 로이드 크로스가 설립한 샌프란시스코 홀로그래피 스쿨, 로즈메리(포지) H. 잭슨이 설립한 뉴욕 홀로그래피 박물관 등 여러 예술 스튜디오와 학교가 설립되었다.[21]

1980년대에는 미국의 해리엇 캐스딘-실버, 독일의 디터 융 등 많은 홀로그래피 작가들이 이른바 "새로운 매체"를 미술계에 확산시키는 데 기여했다. 소규모이지만 활동적인 예술가 그룹이 여전히 자신의 작품에 홀로그램 요소를 통합하고 있으며,[23] 일부는 새로운 홀로그램 기술과 관련이 있다.

4. 1. 광 홀로그래피

광홀로그래피는 일반적인 홀로그래피로 빛 파동의 간섭무늬를 기록한다.

4. 2. 전자선 홀로그래피

전자 홀로그래피는 빛 파동 대신 전자 파동에 홀로그래피 기술을 적용한 것이다. 데니스 가보르(Dennis Gabor)가 투과 전자 현미경의 해상도를 개선하고 수차를 피하기 위해 발명했다. 오늘날에는 자기장과 전기장이 시료를 통과하는 간섭 파동의 위상을 이동시킬 수 있기 때문에 박막에서 전기장과 자기장을 연구하는 데 일반적으로 사용된다.[45] 전자 홀로그래피의 원리는 간섭 리소그래피에도 적용될 수 있다.[46] 전자선 홀로그래피는 전자선의 간섭무늬를 기록하는 것이다.[85]

4. 3. 음향 홀로그래피

음향 홀로그래피는 음파의 간섭무늬를 기록하는 것이다.[86][87][88]

4. 4. 마이크로파 홀로그래피

마이크로파의 간섭 무늬를 기록한다. 합성개구레이더를 사용하는 원격탐사 등에 사용된다.[89]

4. 5. 기타

홀로그램은 크게 다음과 같이 나뉜다.[120]

  • 대상을 입체영상으로 찍어내는 사진술인 아날로그 홀로그램
  • 대상에 반사된 빛을 디지털로 재현하는 디지털 홀로그램
  • 초다시점 입체영상 및 반투과형 스크린 투영 영상 등의 유사 홀로그램


유사 홀로그램은 실제 홀로그램이 아닌 눈속임에 가깝기 때문에 기술적으로는 홀로그램으로 보지 않으나, 엔터테인먼트 등의 응용분야에서는 홀로그램의 범주에 포함시키고 있다.[120] 즉, 유사 홀로그램은 본래의 정의와는 다른, 산업 분야에서의 분류인 셈이다. 다만 안경을 써야 보이는 입체영상은 홀로그램의 범주에 넣지 않는다.

5. 응용분야

홀로그램으로 시각화한 인공관절 영상


홀로그래피는 인체와 기계의 정밀 진단, 자연과 문화의 입체 보존, 엔터테인먼트 등 다양한 분야에 응용되고 있다.

  • '''의료''' 분야에서는 CT와 같은 단층 사진을 홀로그램으로 입체화하여 진단의 정확성을 높이는 연구가 진행 중이다.[39][40]
  • '''계측''' 분야에서는 홀로그래피 간섭법을 이용하여 기계의 미세한 변형을 빛의 파장 수준으로 정밀하게 측정한다.[35][36] 간섭 현미경법은 광학 현미경의 해상도를 높이는 기술로, 1/4 파장 해상도 한계에 도달할 수 있게 되었다.[38]
  • '''설계''' 분야에서는 컴퓨터로 계산한 기계나 건물의 모습을 홀로그램으로 입체화하여 더욱 세밀하게 검토할 수 있다.
  • '''기록 및 보존''' 분야에서는 미술 공예품, 건조물, 정원, 경관 등 문화재나 자연을 홀로그램으로 기록하여 후세에 전하는 것이 가능하다.[7]
  • '''엔터테인먼트''' 분야에서는 투팍, 마이클 잭슨과 같이 사망한 가수의 공연을 유사 홀로그램으로 재현하는 등 다양한 시도가 이루어지고 있다.[121][122] 최근에는 가상 캐릭터를 이용한 AR/XR 이벤트도 증가하고 있으며, 이러한 기술들을 편의상 홀로그램이라고 부르기도 한다. 음성합성 가수의 온라인 공연에도 활용된다.[112][113]
  • '''광학 소자''' 분야에서는 헤드업 디스플레이(HUD)의 표시 소자나 분광기의 회절격자 등에 홀로그래픽 광학 소자가 사용된다.[109][110]
  • '''보안''' 분야에서는 홀로그램의 위조 방지 기술을 활용하여 화폐, 신용카드, 여권, 신분증 등에 널리 사용되고 있다. 소비재 포장, 소비자 가전제품의 홀로그램 태그 등 다양한 형태로 제공된다.
  • '''기타''' 분야에서는 홀로그래픽 메모리가 차세대 기억 소자로 연구되고 있으며, NTT와 옵트웨어 등에서 관련 기술을 개발하고 있다. GE는 표준 크기 디스크 한 장에 500GB의 용량을 가진 디스크를 발표했다.[101][102] 홀로그램은 예술 분야에도 활용되며, 트레이딩 카드 게임(TCG)의 레어 카드에도 홀로그램 가공이 사용된다. 홀로그래피는 연산 소자로도 사용될 수 있다.[95][96][97]

5. 1. 의료

의료 분야에서는 X선이나 초음파를 사용해서 찍은 단층 사진을 입체 화상화하려는 연구가 진행되고 있다. 현재 의사들은 여러 장의 환부 단층 사진을 보면서, 머리 속에서 입체상을 만들어 진단하고 있다. 그렇게 해서는 정확한 진단을 내리기 어렵기 때문에 환부의 입체 이미지를 얻기 위해 홀로그램을 이용하는 것이다.

환부의 입체상을 얻는 방법에는 몇 가지가 있다. 먼저 환부 전체를 커버하는 CT 화상을 한 장씩 원래의 단층 위치에 놓는다. 여기에 레이저 광을 조사하여 한 장의 홀로그램에 겹쳐서 기록한다. 다른 방법으로는 회전형 X선 촬영 장치를 사용한다. 환부를 360도 방향에서 촬영하여 화상에 레이저 광을 대고 한 장의 홀로그램에 수록하면 된다.[39][40]

5. 2. 계측

홀로그래피를 사용한 정밀 계측은 공업 분야에서 널리 활용되고 있으며, 핵심 기술은 홀로그래피 간섭법이다. 기계는 사용 중에 다양한 진동과 힘 때문에 미세하게 변형된다. 변형 전후의 기계나 재료 등에 레이저를 쬐어 얻은 간섭 무늬를 한 장의 홀로그램에 2중으로 기록한다. 이렇게 만들어진 재생상에는 변형 정도에 따른 간섭 패턴이 나타나며, 변형량을 빛의 파장 수준의 정밀도로 측정할 수 있다.[35][36]

기존의 간섭 측정법은 유리나 잘 닦은 금속면처럼 빛을 반사하는 면에서만 측정이 가능했다. 그러나 홀로그래피 간섭법은 빛을 반사하지 않는 물체도 측정할 수 있다. 더불어 작동 중인 선반이나 엔진 등 기계 자체를 정밀하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

홀로그래픽 간섭계측법(HI)은 표면이 거칠지만 광학적으로 거친 표면을 가진 물체의 정적 및 동적 변위를 광학 간섭계측 정밀도(빛의 파장의 일부)까지 측정할 수 있는 기술이다. 또한 투명 매체의 광 경로 길이 변화를 감지하여 유체 흐름을 시각화하고 분석할 수 있다. 표면 형태나 방사선 선량측정에서 등선량 영역을 나타내는 윤곽선을 생성하는 데에도 활용된다.[37]

이 방법은 공학 구조물의 응력, 변형, 진동을 측정하는 데 널리 사용되고 있다.

홀로그램은 파장의 진폭과 위상 정보를 저장한다. 여러 개의 홀로그램은 다양한 방향으로 방출되는 동일한 빛 분포에 대한 정보를 담고 있다. 이러한 홀로그램을 수치 해석하면 큰 수치 조리개를 모방할 수 있으며, 이는 광학 현미경의 해상도를 높이는 결과로 이어진다. 이 기술을 간섭 현미경법이라 한다. 최근 간섭 현미경법의 발전으로 1/4 파장 해상도 한계에 도달할 수 있게 되었다.[38]

현재, '''홀로그래피 현미경''' 등 홀로그래피를 이용한 측정 장비가 속속 개발되고 있다.[90][91][92] '''홀로그래피 현미경'''은 홀로그래피를 이용하여 미세한 물체의 입체 영상을 얻는 장치이다. 이를 컴퓨터로 처리하여 3차원 정보를 얻을 수 있으며, 다양한 응용이 기대된다. 또한, 진동, 응력, 미소 변위 측정에도 사용된다.[93][94]

5. 3. 설계

건축, 토목, 자동차 설계 분야에서 컴퓨터로 기계와 건물의 여러 요소를 입력하여 여러 각도에서 본 대상물의 모습을 계산한다. 나온 입체 화상은 CRT에 표시하여 검토하는데, 이는 흔히 쓰이는 방법이다. 이를 더욱 입체화하여 기계와 건물의 완전한 축소판을 만들어 입체 영상화하면 보다 세밀하게 검토할 수 있으며, CRT 표시에 따르는 비틀림과 2차원 표시의 불충분한 점을 보완할 수 있다.

5. 4. 기록 및 보존

컴퓨터에 의한 데이터 뱅크의 범위는 더욱더 확대되고 있는데, 이 분야에서도 홀로그래피가 하는 역할은 크다. 예컨대 미술 공예품, 건조물, 정원, 경관 등 역사상 중요한 문화재나 자연의 기록, 보존이 있다. 문자, 사진, 도면, 모형 등으로는 후세에 전하는 것이 불가능한 것을 간결하게 기록할 수 있다.[7]

폴란드의 국립박물관에서 유사홀로그램으로 재현한 고대 유물이 전시되어 있다

5. 5. 엔터테인먼트

엔터테인먼트 분야에서는 이미 홀로그램 기술과 유사한 기술을 이용한 공연이 실행되고 있다. 2012년 힙합 가수 스눕 독의 공연에서는 유사 홀로그램을 이용해 16년 전에 사망한 힙합 가수 투팍을 실제 공연하는 것처럼 연출한 적이 있다.[121] 2014년 빌보드 뮤직 어워드에서는 유사 홀로그램을 이용해 사망한 가수 마이클 잭슨이 무대 위에서 공연하는 모습을 연출한 바 있다.[122]

다만 현재 사용되고 있는 이러한 기술은 진짜 홀로그램은 아니다. 폴리에스테르 필름으로 된 투명한 스크린을 무대 위에 설치하고, 관객은 스크린에 반사된 영상을 보는 것이다. 3차원 공간에 나타나는 홀로그램이 아니라 단순한 눈속임이기 때문에, 이와 같은 것들을 유사 홀로그램이라고 부른다. 이는 외견상 홀로그램 입체 디스플레이처럼 보이지만, 다른 기술이었다.[111]

한편, 최근에는 가상 캐릭터를 이용한 AR(증강현실) 방송이나 XR 이벤트가 다수 등장하여 보급되고 있으며, 이러한 현실 세계의 공중에 떠 있는 AR 영상이나 공중 입체 영상의 표현 기술을 편의상 홀로그램이라고 부르는 경우가 늘고 있다. 이러한 것들의 대부분은 참조광을 사용하는 홀로그래피를 사용하지 않지만, 헤드 마운트 디스플레이나 대형 투과 액정, 사막, 반투과 필름의 발전에 따라 밝기가 높고 선명한 AR 영상이나 공중 입체 영상을 표현할 수 있게 되었기 때문에, 이벤트나 방송 등에 사용되는 홀로그램은 현재 후자가 주류이다. 또한, 홀로렌즈와 같은 제품명, 홀로라이브, 홀로랩과 같은 회사명에도 "홀로"가 사용되고 있지만, 이것들도 현실 세계의 공중에 떠 있는 AR 영상이나 공중 입체 영상, 그리고 그 표현 기술을 가리킨다고 생각된다.

음성합성 가수의 노래를 틀어놓고, 컴퓨터 그래픽으로 노래하는 모습을 디스플레이 등에 비춰 온라인으로 공연하는 것을 가리키는 경우가 있다.[112][113] 페퍼스 고스트라는 착시 기술이 사용되고 있다.[114] 각종 음악 스트리밍 서비스에서 현재 홀로그램(holography) 배포가 검토되고 있다.

5. 6. 광학 소자

헤드업 디스플레이(HUD)의 표시 소자로 사용되고 있다. 복잡한 광학 소자라도 홀로그래픽 광학 소자를 사용하면 가볍게 만들 수 있다.[109][110] 분광기의 회절격자 등도 제조된다.

5. 7. 보안

독일 신분증의 보안 요소로 사용된 ''아이덴티그램''(Identigram)


일부 신용카드에 사용되는 비둘기 홀로그램


홀로그램은 고가의 특수하고 기술적으로 고급 장비가 필요한 마스터 홀로그램에서 복제되기 때문에 위조가 어렵다는 점에서 보안에 널리 사용된다. 여러 국가에서 화폐에 널리 사용되는데, 예를 들어 브라질 헤알 20, 50, 100 헤알권; 영국 파운드 5, 10, 20, 50 파운드권; 대한민국 원 5000, 10000, 50000원권; 일본 엔 5000, 10000엔권; 인도 루피 50, 100, 500, 2000루피권; 그리고 현재 유통되고 있는 모든 캐나다 달러, 크로아티아 쿠나, 덴마크 크로네, 유로화 지폐 등에 사용된다. 또한 신용카드와 은행카드, 여권, 신분증, 책, 식품 포장, DVD, 스포츠 용품 등에서도 찾아볼 수 있다. 이러한 홀로그램은 소비재 포장에 라미네이팅된 접착 스트립부터 소비자 가전제품의 홀로그램 태그까지 다양한 형태로 제공된다. 이들은 종종 진품과 위조품을 구분하고 신원을 보호하기 위해 텍스트 또는 그림 요소를 포함한다.

고보안 홀로그램은 자동차나 오토바이와 같은 차량의 번호판에도 사용될 수 있다. 2019년 4월 기준으로, 인도 일부 지역에서는 차량 도난 방지 및 식별을 용이하게 하기 위해 홀로그램 번호판이 의무화되어 있다.[44] 이러한 번호판에는 차량의 전자 데이터가 저장되며, 고유 ID 번호와 진품임을 나타내는 스티커가 부착되어 있다.

5. 8. 기타

홀로그래픽 메모리는 결정이나 포토폴리머 안에 고밀도의 정보를 기록하는 기술이다. 현재 일반적인 기록 매체(메모리)인 DVD는 표면에 기록하기 때문에 광원의 파장에 의존하는 회절 한계의 제약을 받는다. DVD는 거의 이 상한선에 도달하여 더 이상 용량을 늘릴 수 없다. 그러나 매체의 전체 부피에 기록할 수 있는 홀로그래픽 메모리는 차세대 기억 소자로서의 가능성을 지니고 있다.[99][100]

공간 광 변조를 사용하면 1024×1024비트의 해상도를 가진 서로 다른 이미지 1000장을 1초에 재생할 수 있다. 매체에 따라서는 1기가비트/초의 속도로 쓰기가 가능하며, 읽기 속도는 1테라비트/초에 달할 것으로 예상된다.

2004년, NTT는 플라스틱으로 만든 우표 크기로 1GB의 기억 용량을 가진 Info-MICA(인포-마이카)를 발표했다. 2005년, 옵트웨어는 기억 용량 1TB, 지름 120mm의 홀로그래픽 버사타일 디스크(HVD)를 제조했다. 그러나 두 회사 모두 제품화 발표는 나오지 않고 있다.

2009년 4월 27일, 미국의 GE는 표준 크기 디스크 한 장에 500GB의 용량을 가진 디스크를 발표했다.[101][102] 장래에는 1TB 이상으로 확대도 가능하다고 한다. 포맷 등은 현행 DVD·블루레이 디스크와 비슷하며, 호환성이 뛰어나다고 한다.

NHK 방송기술연구소 등에서 홀로그래픽 입체 디스플레이 개발을 진행하고 있다.[103] 다수의 광변조 소자를 나열하여 피사체로부터의 간섭무늬 자체를 재현하고 있다.[104][105] 프로젝터의 일종이다. 과거에는 LCOS나 DMD가 연구에 사용되어 왔지만, 가시광선의 파장과 동등한 정도의 화소 피치가 필요하기 때문에, 자기광학 공간광 변조기를 사용한 연구도 진행되고 있다.[106]

홀로그램은 예술에도 활용되고 있다. 홀로그래픽 디스플레이 연구회[107]에서는 매년 대학 홀로그램 전시회를 개최하고 있으며, 누구나 무료로 예술적인 홀로그램을 감상할 수 있다. 풀 컬러 홀로그램이나 앞으로 크게 돌출되는 홀로그램 등도 있으며, 예술 기법으로 자리매김하고 있다. 대표적인 작가로는 이시이 세츠코(石井勢津子), 나카무라 이쿠오[108], 히로 야마가타(ヒロ・ヤマガタ) 등이 활동하고 있다.

트레이딩 카드 게임(TCG)에는 레어 카드임을 나타내기 위해 홀로그램 가공이 된 것이 있다. 컴퓨터 게임의 TCG에도 홀로그램과 같은 이펙트가 표시되는 것도 있다.

홀로그래피는 연산 소자로 사용할 수 있다. 예를 들어, 한 장의 홀로그램에 두 개의 홀로그램의 실상을 기록하면 두 개의 3차원 영상의 합을 구할 수 있다. 또한, 푸리에 변환면에 홀로그램 필터를 삽입함으로써 미분 연산을 수행할 수 있다. 그 외에도 패턴 인식 등 다양한 처리가 홀로그래피로 가능하다.[95][96][97] 일반적으로, 반도체 컴퓨터가 픽셀 단위로 일일이 계산해야 하는 계산을 홀로그램은 순식간에 계산할 수 있다.[98] 빛을 정보 매체로 사용한 컴퓨터 일반에 대해서는 광컴퓨팅을 참조한다.

6. 홀로그램 산업

유로화 지폐에 사용된 아날로그 홀로그램


홀로그램 시장은 미래창조과학부 조사에 따르면 2014년 기준 총 173,050억 원 규모이다.[123] 그러나 이 시장은 대부분 얇은 필름으로 입체영상을 구현하는 아날로그 홀로그램이 차지하고 있으며, 디지털 홀로그램을 이용한 완전한 입체영상 시장은 아직 초기 단계이다.

기술 발전과 함께 홀로그램 시장은 2020년 35조원, 2025년 75조원 규모로 성장할 것으로 예상된다.[124] 각국 기업들은 홀로그램 기술에 많은 투자를 하고 있으며, 대한민국 정부도 창조경제의 9대 전략산업 중 하나인 실감형 콘텐츠 분야로 홀로그램을 집중 육성할 계획이다.[125][126]

현재 완전 입체 영상 기술은 초보 단계이며, 완전한 디지털 홀로그램 제작에는 시간이 더 필요하다는 의견이 많다.[127] 미래창조과학부의 ‘ICT R&D 중장기전략’에서 10대 핵심기술 중 하나로 선정되었지만,[128] 아날로그 홀로그램과 유사 홀로그램을 포함시킨 것은 이러한 현실을 반영한다.

공연 등에 사용되는 유사홀로그램


유사홀로그램 기술을 응용한 대표적인 기업은 미국의 디지털도메인이다. 2012년 투팍의 홀로그램 공연 후, 디지털도메인의 주가가 3일간 20% 상승했지만, 이는 실제 홀로그램이 아닌 유사홀로그램을 이용한 쇼였기 때문에 비판을 받았다.[131] 대한민국에서도 KT가 와이지엔터테인먼트와 협력하여 유사홀로그램 공연 콘텐츠를 개발할 계획이다.

아날로그 홀로그램 기술은 라미네이팅 및 전사 기술과 관련이 깊다. 대한민국에서는 지엠피가 홀로그램을 인쇄하는 라미네이터를 생산하고, 한국큐빅 등 전사 관련 회사가 아날로그 홀로그램 특허를 출원했다.

360도 어디에서도 볼 수 있는 디지털 홀로그램은 아직 상업화되지 않았지만, 디스플레이 회사들을 중심으로 유사홀로그램 상용화 연구가 진행 중이다. 일본 파나소닉의 '플로팅 인터렉티브 디스플레이(Floating interactive Display)'는 유사홀로그램을 디스플레이에 적용해 안경 없이 입체영상을 볼 수 있게 만드는 기술로, CES 2014에서 선보였다.[129]

6. 1. 시장 규모

Holography영어 관련 시장 규모는 미래창조과학부 조사에 따르면 총 173050억원 규모이다.[123] 다만 이 시장 규모는 얇은 필름으로 입체영상을 구현하는 아날로그 홀로그램이 사실상 전부이며, 디지털 홀로그램을 이용한 완전한 입체영상은 아직 시장을 형성하고 있지 않다.

6. 2. 발전 전망

홀로그램 시장은 기술이 발전하면서 연평균 13%씩 지속적으로 성장하여 2020년 35조원, 2025년 75조원 규모로 성장할 것으로 전망된다.[124] 이에 각국의 기업에서는 홀로그램 기술에 많은 투자를 하고 있으며, 대한민국 정부에서도 창조경제의 9대 전략산업 중 하나인 실감형 콘텐츠 분야로 홀로그램을 집중 육성한다는 계획이다.[125][126]

현재 실제 홀로그램을 이용한 완전 입체 영상 기술은 초보 단계이고, 완전한 입체의 디지털 홀로그램 제작까지는 아직 갈 길이 멀다는 의견이 대세이다.[127] 홀로그램은 미래창조과학부 ‘ICT R&D 중장기전략’의 10대 핵심기술 중 하나로 선정된 바 있는데,[128] 이 정책에서 아날로그 홀로그램과 유사 홀로그램을 포함시킨 것이 그러한 현실을 반영한다.

따라서 홀로그램 시장의 발전은 완전한 디지털 홀로그램이 기술적으로 완성될 때까지 아날로그 홀로그램을 이용한 콘텐츠(예를 들면 홀로그램 사진 기술을 이용한 그림책 등)와 유사 홀로그램을 이용한 공연 등으로 단계적으로 성장할 것으로 보인다.[129][130]

6. 3. 관련 기업



유사홀로그램 기술을 산업적으로 응용한 대표적인 기업으로는 미국의 디지털도메인이 있다. 2012년 투팍의 홀로그램 공연 이후, 그 공연의 홀로그램에 관여한 디지털도메인의 주가가 3일간 20%나 상승한 일이 있다. 그러나 이는 실제의 홀로그램이 아닌 유사홀로그램을 이용한 쇼였기 때문에, 이러한 주가 상승은 단지 해프닝일 뿐이라는 비판을 받았다.[131] 대한민국에서도 유사홀로그램을 이용한 공연이 기획중인데, KT가 와이지엔터테인먼트와 손잡고 공연콘텐츠를 개발 계획 중에 있다.

아날로그 홀로그램 기술은 라미네이팅 및 전사 기술과 관련이 깊다. 대한민국에서는 지엠피가 홀로그램을 인쇄하는 라미네이터를 생산하고 있고, 한국큐빅 등 전사 관련 회사가 아날로그 홀로그램 특허를 출원한 바 있다.

360도 어디에서도 볼 수 있는 디지털 홀로그램은 아직 상업화되지 않았지만, 디스플레이 회사들을 중심으로 유사홀로그램을 상용화하고자 하는 연구가 진행중에 있다. 일본 파나소닉의 '플로팅 인터렉티브 디스플레이(Floating interactive Display)'는, 유사홀로그램을 디스플레이에 적용해 안경 없이 입체영상을 볼 수 있게 만드는 기술을 미국 라스베이거스에서 열린 CES 2014에서 선보인 바 있다.[129]

7. 허위 홀로그램(False Holograms)

엔터테인먼트 분야에서는 홀로그램과 유사한 기술을 이용한 공연들이 종종 선보여진다. 2012년에는 힙합 가수 스눕 독의 공연에서 유사 홀로그램 기술을 통해 16년 전 사망한 힙합 가수 투팍이 마치 실제 공연하는 듯한 장면이 연출되었다.[121] 2014년 빌보드 뮤직 어워드에서는 유사 홀로그램으로 사망한 가수 마이클 잭슨이 무대 위에서 공연하는 모습이 재현되기도 했다.[122]

투명 플라스틱 절단체로 만든 페퍼의 유령 환영


투영 이미지를 사용하는 예시로 잘못 마케팅된 "홀로그램"


하지만 이러한 기술들은 실제 홀로그램은 아니다. 투명한 폴리에스테르 필름 스크린을 무대 위에 설치하고, 관객은 스크린에 반사된 영상을 보는 방식이다. 이는 3차원 공간에 나타나는 홀로그램이 아닌 단순한 눈속임이기 때문에, '유사 홀로그램'이라고 불린다. 렌티큘러 인쇄, 페퍼의 유령 환영(또는 뮤지온 아이라이너와 같은 현대적 변형), 단층촬영 및 체적 디스플레이 등은 홀로그래피와 혼동될 수 있는 광학 효과들이다.[55][56] 이러한 환영들은 "가짜 홀로그래피(fauxlography)"라고도 불린다.[57][58]

이 중 구현이 가장 쉬운 페퍼의 유령 기법은 "홀로그램"으로 불리는 3D 디스플레이에서 가장 흔하게 사용된다. 원래 극장에서 사용된 이 환영은 무대 뒤에 실제 물체와 사람을 사용했지만, 현대에는 디지털 화면으로 소스 객체를 대체하여 3D 컴퓨터 그래픽으로 생성된 영상을 표시하고 깊이 신호를 제공한다. 그러나 공중에 떠 있는 것처럼 보이는 반사는 여전히 평면이기 때문에 실제 3D 객체가 반사되는 것보다 현실감이 떨어진다.

페퍼의 유령 환영의 디지털 버전 예시로는 고릴라즈의 2005 MTV 유럽 뮤직 어워드 및 제48회 그래미 어워드 공연, 그리고 2012년 코첼라 밸리 뮤직 앤 아트 페스티벌에서 스눕 독과 함께 랩을 한 투팍 샤커의 가상 공연 등이 있다.[59] 스웨덴 슈퍼그룹 ABBA의 디지털 아바타는 2022년 5월 무대에 전시되었는데,[60] 이 공연에는 산업광선과 마법(Industrial Light & Magic)이 만든 페퍼의 유령의 업데이트된 버전 기술이 사용되었다.[61] 미국의 록 그룹 KISS는 엔드 오브 더 로드 월드 투어 종료 시 같은 기술을 사용하여 자신들을 대신하여 순회 공연을 할 디지털 아바타를 2023년 12월에 공개했다.[62]

더 간단한 환영은 반투명 스크린에 사실적인 이미지를 후면 투영하여 만들 수 있다. 스크린의 반투명성으로 인해 배경이 투영으로 조명되어 환영이 깨질 수 있으므로, 후면 투영이 필수적이다.

크립톤 퓨처 미디어는 보컬로이드 음성 합성 응용 프로그램 중 하나인 하츠네 미쿠[63]를 제작한 음악 소프트웨어 회사로, 미쿠와 다른 크립톤 보컬로이드가 무대에서 "홀로그램" 캐릭터로 공연하는 콘서트를 제작했다. 이러한 콘서트에서는 반투명 DILAD 스크린[64][65]에 후면 투영을 사용하여 "홀로그램" 효과를 낸다.[66][67]

2011년 베이징에서 의류 회사 버버리는 모델의 실물 크기 2D 투영을 포함한 "버버리 프르솜 2011년 가을/겨울 홀로그램 런웨이 쇼"를 제작했다. 회사의 자체 비디오[68]는 주요 2차원 투영 스크린의 여러 중앙 및 중심이 아닌 샷을 보여주며, 가상 모델의 평평함을 드러냈다. 그럼에도 불구하고, 홀로그래피가 사용되었다는 주장은 업계 언론에서 사실로 보도되었다.[69]

마드리드에서 2015년 4월 10일, "자유를 위한 홀로그램(Hologramas por la Libertad)"이라는 공개 시각 프레젠테이션이 시민들이 공공장소에서 시위하는 것을 금지하는 새로운 스페인 법에 항의하는 데 사용되었다. 뉴스 보도에서 "홀로그램 시위"라고 널리 불렸지만,[70] 실제 홀로그래피는 사용되지 않았고, 페퍼의 유령 환영의 또 다른 기술적으로 업데이트된 변형이었다.

최근에는 가상 캐릭터를 이용한 AR(증강현실) 방송이나 XR 이벤트가 다수 등장하여 보급되고 있으며, 현실 세계의 공중에 떠 있는 AR 영상이나 공중 입체 영상의 표현 기술을 편의상 홀로그램이라고 부르는 경우가 늘고 있다. 이러한 것들의 대부분은 참조광을 사용하는 홀로그래피를 사용하지 않지만, 헤드 마운트 디스플레이나 대형 투과 액정, 사막, 반투과 필름의 발전에 따라 밝기가 높고 선명한 AR 영상이나 공중 입체 영상을 표현할 수 있게 되었기 때문에, 이벤트나 방송 등에 사용되는 홀로그램은 현재 후자가 주류이다. 또한, 홀로렌즈와 같은 제품명, 홀로라이브, 홀로랩과 같은 회사명에도 "홀로"가 사용되고 있지만, 이것들도 현실 세계의 공중에 떠 있는 AR 영상이나 공중 입체 영상, 그리고 그 표현 기술을 가리킨다.

음성합성 가수의 노래를 틀어놓고, 컴퓨터 그래픽으로 노래하는 모습을 디스플레이 등에 비춰 온라인으로 공연하는 것을 가리키는 경우가 있다.[112][113] 페퍼스 고스트라는 착시 기술이 사용되고 있다.[114] 각종 음악 스트리밍 서비스에서 현재 홀로그램(holography) 배포가 검토되고 있다.

소형 액정 디스플레이를 사용한 증강현실이 홀로그램으로 불리기도 한다.[115]

8. 픽션 속의 홀로그래피

홀로그래피는 1970년대 후반부터 영화, 소설, TV에서 광범위하게 언급되었는데, 주로 공상과학 소설에서 다루어졌다.[72] 공상과학 소설 작가들은 홀로그래피의 아이디어를 시장에 내놓으려는 지나치게 열정적인 과학자들과 기업가들이 퍼뜨린 도시 전설들을 흡수했다.[72] 이는 대부분의 픽션에서 홀로그래피를 비현실적으로 묘사함으로써 대중에게 홀로그래피의 능력에 대한 과도하게 높은 기대를 심어주는 결과를 낳았다. 픽션 속 홀로그래피는 때로는 힘의 장을 사용하여 촉각적인 상호작용까지 가능한 완벽한 3차원 컴퓨터 투영으로 묘사된다.[72] 이러한 묘사의 예로는 스타워즈의 레이아 공주 홀로그램, 나중에 "하드 라이트"로 변환되어 고체로 만들어진 ''레드 드워프''의 아놀드 리머, 그리고 ''스타 트렉''의 홀로덱과 비상 의료 홀로그램이 있다.[72]

홀로그래피는 공상과학 요소가 있는 많은 비디오 게임에 영감을 주었다. 많은 게임에서 허구의 홀로그래피 기술은 홀로그램의 잠재적인 군사적 용도에 대한 실제 왜곡된 묘사를 반영하는 데 사용되었는데, 예를 들어 ''커맨드 앤 컨커: 레드얼럿 2''의 나무로 위장할 수 있는 "미라지 탱크"가 그 예이다.[73] ''헤일로: 리치''와 ''크라이시스 2''와 같은 게임에서는 플레이어 캐릭터가 적을 혼란시키고 주의를 분산시키기 위해 홀로그램 유인물을 사용할 수 있다.[73] ''스타크래프트''의 유령 요원 노바는 ''히어로즈 오브 더 스톰''에서 세 가지 주요 능력 중 하나로 "홀로그램 유인물"을 사용할 수 있다.[74]

그러나 홀로그램의 허구적인 묘사는 증강 현실과 같은 다른 분야의 기술 발전에 영감을 주었는데, 이는 다른 수단으로 홀로그램의 허구적인 묘사를 실현할 것을 약속한다.[75]

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