레이저의 등장으로 한단계 비약한 홀로그래피는 과학기술이 발전함에 따라 점차 새로운 타입이 등장하고 있다.
홀로그램의 종류에는 여러가지가 있다. 분류하는 방법도 조명방법, 광원의 종류, 감광재료의 종류에 따라서 다양하게 구분된다. 여기에서는 조명방법에 따라서 반사식홀로그램 (reflection hologram)과 투사형홀로그램(transmission hologram)으로 나누어 구체적인 제작방법을 알아보고, 또 특수한 용도로 사용되는 몇몇 홀로그램을 살펴보기로 하자.
투사식홀로그램을 만드는 방법을 먼저 살펴보자. 레이저에서 발생된 가간섭성(coherent) 빛은 반투경(beam spliter)을 일부는 통과하고 나머지는 반사돼 두 광선으로 분리된다. 나누어진 두 광선 중에서 하나는 기록하려는 물체에 직접 비추어 반사돼 나오는 빛(물체 파, object beam)을 만들고 다른 하나는 사진 건판 위에 직접 빛은 보내서 두 광파 사이의 간섭현상을 유도 한다. 이때 빛을 렌즈를 통해서 확산시켜야 하는데 확산정도는 피사체의 크기에 따라서 적절히 렌즈를 움직여 조절한다.
물체파는 피사체에 반사됐다가 다시 사진건판 위로 전달되는 빛이므로 피사체의 모양에 따라서 물체파는 모양을 달리한다. 기준파는 일정한 파동으로 사진건판 위로 전달된다. 이 과정에서 물체파와 기준파는 간섭을 일으킨다. 물체파와 기준파가 사진건판 위에 도달하는 거리는 같아야 한다. 이러한 방법으로 적절한 노출시간을 설정한 후 현상 정착 표백과정을 거쳐서 홀로그램이 제작된다. (그림3)과 같이 제작된 홀로그램을 뒤에서 조명을 주면 입체상을 볼 수 있으며 이러한 방식을 투사형 홀로그램이라 부른다.
보는 각도에 따라 무지개 색이
투사형 홀로그램은 색채가 밝고 명쾌하며 영상의 깊이(심도)를 최대로 낼 수 있어 극적인 효과를 창출할 수 있기 때문에 제작을 많이 하지만 조명방식에 따른 공간의 허용치가 크다는 것이 단점이다. 이러한 홀로그램에는 레이저와 백색광(white light) 홀로그램이 있다. 레이저 홀로그램은 단지 마스터(master) 홀로그램을 제작하는데 사용되는데 입체효과, 시차효과(보는 방향에 따라 상이 다르게 보이는 현상)가 뛰어나다. 백색광(white light) 홀로그램은 우리가 일반적으로 익숙하게 전시장 등에서 볼 수 있는 홀로그램이다. 레인보(rainbow) 홀로그램도 이에 속한다. 이것은 관람자가 시선을 상하로 움직일 때 영상의 원근감이 변화되는 대신 색채가 무지개와 같이 위에서 부터 파랑 녹색 노랑 빨강으로 변하기 때문에 레인보라 이름붙였다. 이 방식은 수직적 시차효과는 없으나 수평적 시차효과는 매우 크다.
반사식 홀로그램은 소련인 과학자 유리 데니슈크가 독자적으로 발명했다. 이는 말 그대로 광원을 직접 홀로그램에 비추어서 반사돼 나오는 빛으로 영상을 재생하는 것이다. 따라서 일반 그림과 같이 벽에 걸어서 입체영상을 관찰할 수 있다. 빛의 간섭현상과 레이저의 단파장 광선을 이용하는 반사식 홀로그램의 제작 방법은 투사식과 거의 비슷한 광학적 배열이지만, 다른 점은 피사체를 중심축으로 물체파(object beam)와 기준파(reference beam)가 서로 마주보는 정렬선에서 비추어져서 간섭현상을 일으키고 그것이 사진건판에 기록되는 것이다(그림4). 또한 반사식에는 한 광원(one beam)을 이용하는 방법이 있는데, 이는 피사체가 사진건판 바로 뒷쪽에 위치해 있다. 원리는 기준파가 사진건판에 전달된 후 사진건판에 투과돼 피사체에 닿게된다. 반사 돼 나오는 물체파는 물체의 모양에 따라서 변화된 파장이 다시 사진건판에 도달하게 되는데, 이때 이미 사진건판에 도달된 기준파와 만나서 간섭현상을 보이고 그 무늬를 기록한다(그림5).
복사품이 더욱 생생
두 형태의 제작방식을 토대로 다양한 광학적 배열을 통해서 보다 진보적인 홀로그램을 제작할 수 있지만 위에 보여진 두가지 광학배열 및 설계는 홀로그램 제작이론의 본질이다.
이러한 과정을 거쳐 처음 제작된 홀로그램을 우리는 마스터(master)홀로그램이라 부른다. 대부분 주변에서 볼 수 있는 홀로그램은 처음 제작된 마스터홀로그램이 아니다. 마스터홀로그램을 복사한 제품이다. 그 이유는 여러개의 제품을 양산할 수 있을 뿐더러 복사를 통해 영상의 표현방법을 다양하게 하고 화면의 밝기를 더 높일 수 있기 때문이다. 일반적인 복사홀로그램을 제작하는 방법은 (그림6)과 같다.
완성된 홀로그램을 다시 재생하고자 할 때는 제작 때 사용됐던 기준파와 거의 유사한 파동을 같은 각도로 비추어 주면 간섭무늬가 회절돼 다시 본래의 위치에 상이 맺힌다. 이때 상은 사진건판의 앞 또는 뒤에 실제로 존재하는 것처럼 공간에 자리잡아 실물과 똑같은 3차원 인식을 준다.
사용되는 광원은 초기에는 재생 기준파로 레이저 광선만이 가능했으나 현재는 백색광 또는 태양광선이 사용가능하다. 아주 좋은 화상을 재생하기 위해서는 할로겐 램프를 사용한다.
어린이용 과자에까지
엠보스(emboss)홀로그램은 마치 인쇄소에서 인쇄하듯 기계적으로 대량생산이 가능하기 때문에 상업적으로 널리 활용되고 있다. 주로 스티커나 은박 호일에 홀로그램을 새겨넣는 것이다. 책표지 상표 신용카드 비디오테이프 화폐 뿐만아니라 최근에는 어린이용 과자에도 적용되고 있다.
다양한 종류의 엠보스 홀로그램이 개발되고 있지만, 기본적인 원리는 다음과 같다. 먼저 투사형 마스터 홀로그램을 제작해야 한다.
제작되어진 마스터 홀로그램으로 레인보 홀로그램을 제작한 후 그 위에 간섭무늬를 양각으로 새긴다. 다시 은백색의 두터운 니켈층을 바른 후(이것은 주형틀과 같은 역할을 한다) 이것을 떼어내면 홀로그램 무늬가 음각으로 나타난다. 이 니켈층을 금형처럼 사용해 홀로그램 무늬를 플라스틱에 찍어낸다.
관찰자의 위치변화에 따라 여러 장면으로 상이 다르게 바뀌어 나가는 것을 스테레오(stereo)홀로그램이라 한다. 마치 영화나 TV의 장면이 스쳐지나가는 느낌을 받는다. 이 방식의 홀로그램은 3차원영화나 3차원 TV의 출현 가능성을 보여주는데 최근에는 더욱 발전된 스테레오 홀로그램이 제작되고 있다.
제작방법의 기본은 영화용 카메라로 움직이는 물체를 기록하거나 카메라를 움직여 피사체를 3백60°각도로 촬영하는 것이다. 그 각각의 필름을 한 장의 사진건판에 계속적인 노출을 주기도 하고 같은 속도로 롤사진 건판에 기록도 해서 원형이나 반원형 또는 평면적인 사진건판에 입체적으로 수록하는 원리다.
관찰자가 시점을 달리하면서 보면 짧은 순간에 움직이는 3차원 영화를 보는 것과 같다. 일반적인 3백60°스테레오 홀로그램을 제작하는 방법은 먼저 피사체를 회전 테이블에 올려 놓고 영화용 35㎜ 카메라를 고정시켜 놓은 후 피사체가 1° 움직일 때마다 3커트의 프레임으로 촬영한다. 3백60° 회전을 모두 마치면 1천80프레임을 촬영할 수 있다. 현상을 마친 후 각 프레임을 홀로그래픽 롤(roll) 필름에 가로띠(strip)상으로 전사 시킨다. 이때 중요한 것은 영화용 필름의 진행속도와 홀로그래픽 롤필름의 진행 속도조절이 아주 정확해야 한다는 점이다.
모든 노출과 현상 정착 표백과정이 끝난 후 필름을 원통상으로 말고 그 중앙의 아랫부분에 백색광원을 비추게 되면 입체상이 원통의 중심부에 나타나게 된다. 그리고 원통형 홀로그램을 적당한 속도로 돌리면 중앙에 위치한 입체상의 3백60° 장면을 모두 볼 수 있다.
제작방법에 따라 90° 1백20° 1백80° 등 다양한 형태의 스테레오 홀로그램을 제작할 수 있고 카메라의 촬영 방법에 따라서도 다양한 형식의 홀로그램을 만들 수 있다.
영화도 제작 가능
스테레오 홀로그램의 기본원리를 이용해 3차원 영화도 제작가능하다. 그러나 제작비용이나 홀로그램의 규모 등 더 연구해야 할 문제가 있어 대중화 되기에는 좀 더 많은 시간을 요구한다. 최초의 3차원 영화는 1976년 소련에서 만들어졌고 프랑스에서도 1983년 제작된 바 있다.
1991년 우리나라 예술의 전당에서 전시된 바도 있었던 '꿈'(The Dream)이라는 제목의 3차원 영화(알렉산더 제작)는 가장 발전된 형태의 홀로그래피 영화다.
모든 분야가 그렇듯이 시각과학의 산물인 홀로그램도 다른 매체와의 경쟁속에서 새로운 형태 또는 진보적인 발전을 하게 마련인데 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram)이 바로 그것이다. 홀로그램을 이용해 컴퓨터그래픽의 발전 가능성을 한층 드높여 상상의 이미지, 재현 불가능한 영상, 인위적인 물체를 3차원으로 볼 수 있다 한다. 현재 미국의 사설 홀로그래피 연구소인 어플라이드 홀로그래픽(Applied Holographic)사에서는 세계 유수의 자동차를 컴퓨터에 입력시키고 모든 경과 상황을 영상처리한 후 3차원 자동차를 보여주고 있다. 개인적인 생각으로는 이 분야가 제3의 시각광고로 미래를 주도할 것으로 생각된다. 1987년 미국 MIT 공과대학 교수인 스티브 벤톤(Steve Benton) 박사가 개발한 알코브 홀로그램(Alcove hologram)은 현재 가장 진보된 발명품이다(그림7).
지금까지 설명된 여러 종류의 홀로그램은 단색이다. 레이저는 단파장광선이므로 한가지 색채를 표현할 수 있는 능력밖에 없기 때문이다. 간혹 여러가지 색채의 홀로그램을 볼 수 있겠지만 그것은 천연색이 아니고 다른 단색채의 다중노출을 통해 나타난 것이거나 무지개색의 띠를 두른 레인보 홀로그램이지 결코 피사체의 자연색 그대로는 아니다.
그렇다면 과연 천연색 그대로, 즉 피사체가 가지는 가장 자연스러운 색채를 띠는 홀로그램의 제작은 가능한가. 현재 여러곳에서 자연색 홀로그램을 제작하고 있는데, 필자가 직접 본 최근의 완전 컬러 홀로그램은 반사식 홀로그램의 발명자인 소련인 과학자 유리 데니슈크가 직접 제작한 것이다.
