본 연구에서는 마이크로디스플레이의 일종인 LCoS(Liquid Crystal on Si)를 이용해 광학계를 구성하여 확대한 가상의 이미지를 광원인 LCoS와 미소광학계 그리고 인간의 눈과의 최대 적정 설계치를 구했고 설계치를 바탕으로 인체공학적인 HMD(Head Mounted Display)를 구현하였다. HMD는 광학계가 가지는 비중이 크며, 광수차를 최소로 하는 광학계의 설계가 중요하다. HMD는 주로 인체의 머리에 장착하여 사용하는데 이런 경우 부피로 생기는 불편함, 불쾌함 등의 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 광학계의 부피를 최소로 줄여야 하기 때문에 LCoS 광원에 맞추어 한 개의 비구면 렌즈와 회절광학계를 써서 본 연구에 적용 설계하였다. 본 연구는 기존의 LCoS를 광원으로 한 마이크로렌즈가 가지는 최대치의 ...
본 연구에서는 마이크로디스플레이의 일종인 LCoS(Liquid Crystal on Si)를 이용해 광학계를 구성하여 확대한 가상의 이미지를 광원인 LCoS와 미소광학계 그리고 인간의 눈과의 최대 적정 설계치를 구했고 설계치를 바탕으로 인체공학적인 HMD(Head Mounted Display)를 구현하였다. HMD는 광학계가 가지는 비중이 크며, 광수차를 최소로 하는 광학계의 설계가 중요하다. HMD는 주로 인체의 머리에 장착하여 사용하는데 이런 경우 부피로 생기는 불편함, 불쾌함 등의 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 광학계의 부피를 최소로 줄여야 하기 때문에 LCoS 광원에 맞추어 한 개의 비구면 렌즈와 회절광학계를 써서 본 연구에 적용 설계하였다. 본 연구는 기존의 LCoS를 광원으로 한 마이크로렌즈가 가지는 최대치의 화소를 구현하기위해 비구면 렌즈와 DOE로 설계하고, 이 광학계의 성능을 최초로 국내에서 제조, 평가 확인하였다. 광학계 설계를 위해 사용한 마이크로 디스플레이 패널은 0.62' color SVGA, 800 x 3 x 600, 1.44M, 반사형, LCD 패널을 사용하였다. 또한 동화상의 빠른 응답속도를 처리하기위해 VA 모드로 제작했고, 미소광학계 구성은 다음과 같다. 첫째 동공 크기는 5mm, 둘째 가상 이미지를 보기 위한 광학계와 눈까지의 거리(eye relief)는 30mm로, 셋째 확대 배율은 40x, 넷째 화각(FOV)은 35°를 이루는 것으로 설정하여, 광학계를 설계하였다. 그리고 마이크로디스플레이는 2.0 arc minutes/pixel 로 확대된 정립허상의 해상도를 갖는 것으로 설정하였다. 또한, 확대된 가상 이미지를 보기 위한 디스플레이 모듈의 부피, 무게, 휴대성을 고려하여 설계하였다. 그리고 렌즈계의 유효초점거리는 25mm에 맞추었으며, 이때에 수차 범위는 구면수차를 ±0.3, 비점수차를 ±0.3, 왜곡수차는 ±1％정도 내에서 설계하였다. 몇 가지 파라미터를 주어 시뮬레이션의 결과를 광학계의 성능을 MTF곡선으로 알아보았다. 결론적으로 본 논문에서는 HMD용 광학계를 구성하기 위해서는 다수의 렌즈가 필요하지만, 크기와 무게에 제약을 많이 받게 되므로 렌즈의 수를 줄이는 것이 필요한데, 비구면과 빛의 회절 현상을 이용한 DOE를 사용하여 국내 최초로 비구면 + DOE렌즈를 결합한 단 한매로만 설계, 제작하였고, LCoS의 VA 모드를 사용함으로서 좋은 동화상 화질과 크기, 무게 제약 조건을 만족할 만한 HMD를 만들어 낼 수 있었다. 가장 어려웠던 렌즈 금형의 코어를 비구면과 DOE의 미세한 패턴가공이 가능한 DTM을 이용하여 현재의 금형가공 기술의 한계인 10마이크로미터까지 정밀 가공하여 제작을 하여 도입된 이론을 바탕으로한 설계치가 실제로 증명되었음을 확증시켜 주었다. 사출성형 조건을 최적화하여 형상오차를 줄이면서 최적 조건에 맞게 금형의 코어를 보정하여 형상 오차를 최소화 하였고 투과율 향상을 위하여 다층 박막 코팅을 하여 투과율이 향상되어짐을 볼 수 있었다.정보화 사회가 눈에 띄게 빠르게 발전하는 상황에서는 이러한 휴대용이면서 대형, 고화질의 디스플레이에 대한 욕구는 확실히 예측할 수 있는 것이다. 본 논문에서 제시한 'LCoS 마이크로디스플레이 패널을 이용한 HMD 광설계 및 특성'의 연구는 미래에 누구든지 착용하고 자유로이 정보를 디스플레이하는 하나의 이론적 토대 및 실증이 됨을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 마이크로디스플레이의 일종인 LCoS(Liquid Crystal on Si)를 이용해 광학계를 구성하여 확대한 가상의 이미지를 광원인 LCoS와 미소광학계 그리고 인간의 눈과의 최대 적정 설계치를 구했고 설계치를 바탕으로 인체공학적인 HMD(Head Mounted Display)를 구현하였다. HMD는 광학계가 가지는 비중이 크며, 광수차를 최소로 하는 광학계의 설계가 중요하다. HMD는 주로 인체의 머리에 장착하여 사용하는데 이런 경우 부피로 생기는 불편함, 불쾌함 등의 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 광학계의 부피를 최소로 줄여야 하기 때문에 LCoS 광원에 맞추어 한 개의 비구면 렌즈와 회절광학계를 써서 본 연구에 적용 설계하였다. 본 연구는 기존의 LCoS를 광원으로 한 마이크로렌즈가 가지는 최대치의 화소를 구현하기위해 비구면 렌즈와 DOE로 설계하고, 이 광학계의 성능을 최초로 국내에서 제조, 평가 확인하였다. 광학계 설계를 위해 사용한 마이크로 디스플레이 패널은 0.62' color SVGA, 800 x 3 x 600, 1.44M, 반사형, LCD 패널을 사용하였다. 또한 동화상의 빠른 응답속도를 처리하기위해 VA 모드로 제작했고, 미소광학계 구성은 다음과 같다. 첫째 동공 크기는 5mm, 둘째 가상 이미지를 보기 위한 광학계와 눈까지의 거리(eye relief)는 30mm로, 셋째 확대 배율은 40x, 넷째 화각(FOV)은 35°를 이루는 것으로 설정하여, 광학계를 설계하였다. 그리고 마이크로디스플레이는 2.0 arc minutes/pixel 로 확대된 정립허상의 해상도를 갖는 것으로 설정하였다. 또한, 확대된 가상 이미지를 보기 위한 디스플레이 모듈의 부피, 무게, 휴대성을 고려하여 설계하였다. 그리고 렌즈계의 유효초점거리는 25mm에 맞추었으며, 이때에 수차 범위는 구면수차를 ±0.3, 비점수차를 ±0.3, 왜곡수차는 ±1％정도 내에서 설계하였다. 몇 가지 파라미터를 주어 시뮬레이션의 결과를 광학계의 성능을 MTF곡선으로 알아보았다. 결론적으로 본 논문에서는 HMD용 광학계를 구성하기 위해서는 다수의 렌즈가 필요하지만, 크기와 무게에 제약을 많이 받게 되므로 렌즈의 수를 줄이는 것이 필요한데, 비구면과 빛의 회절 현상을 이용한 DOE를 사용하여 국내 최초로 비구면 + DOE렌즈를 결합한 단 한매로만 설계, 제작하였고, LCoS의 VA 모드를 사용함으로서 좋은 동화상 화질과 크기, 무게 제약 조건을 만족할 만한 HMD를 만들어 낼 수 있었다. 가장 어려웠던 렌즈 금형의 코어를 비구면과 DOE의 미세한 패턴가공이 가능한 DTM을 이용하여 현재의 금형가공 기술의 한계인 10마이크로미터까지 정밀 가공하여 제작을 하여 도입된 이론을 바탕으로한 설계치가 실제로 증명되었음을 확증시켜 주었다. 사출성형 조건을 최적화하여 형상오차를 줄이면서 최적 조건에 맞게 금형의 코어를 보정하여 형상 오차를 최소화 하였고 투과율 향상을 위하여 다층 박막 코팅을 하여 투과율이 향상되어짐을 볼 수 있었다.정보화 사회가 눈에 띄게 빠르게 발전하는 상황에서는 이러한 휴대용이면서 대형, 고화질의 디스플레이에 대한 욕구는 확실히 예측할 수 있는 것이다. 본 논문에서 제시한 'LCoS 마이크로디스플레이 패널을 이용한 HMD 광설계 및 특성'의 연구는 미래에 누구든지 착용하고 자유로이 정보를 디스플레이하는 하나의 이론적 토대 및 실증이 됨을 확인할 수 있었다.
Wireless communication equipments, 3D display and portable personal computers are so much pervasive that the access to the multimedia database via wireless network will be coming true. Sooner or later we can enjoy text, image, and moving pictures at anytime, anywhere. However, the portable equipment...
Wireless communication equipments, 3D display and portable personal computers are so much pervasive that the access to the multimedia database via wireless network will be coming true. Sooner or later we can enjoy text, image, and moving pictures at anytime, anywhere. However, the portable equipments are somewhat large and uneasy to operate. We need a more compact type of image viewing devices which are smaller, lighter, and more efficient. Secret preservation will be an important feature of personal image viewers. Several microdisplay are under rapid development to improve brightness, speed, and resolution. But in the near term, it will be HMD with using LCoS which can fulfill the necessary performance requirements. HMD with using LCoS is already implemented by several company in all over the world. In this paper I report demonstration of full color picture and also the stabilization of microoptics by digital scheme. Lens design for HMD optimized consider to spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration. Code V is used and it designed an aspheric lens about exit pupil 6mm, eye relief 20mm and 35 degree of field of view (FOV). With the application this aspheric lens to LCoS type’s microdisplay, virtual image showed over 40 inch at 2m. One side of the aspheric lens was constituted from diffractive optical element (DOE) for the improvement in a performance. It had less than 2% of distortion value and modulation transfer function in axial had 20% of resolution with 30 lp/mm spatial frequency. The optical system is suitable for display of 0.6'-diagonal with SVGA. In order to transmit a lot of information in efficiency at the information age which is quickly developed recently, the demand of a display medium is increasing rapidly. This micro display was mainly used from in the past by the display of 1 inch or less of diagonals by HMD at the object for military affairs. Now it has continuously developed with the micro EGD that can put on and take off glasses. The composition element of EGD consists of the display or image source, the optics through which the display is viewed, and the means by which the display and optics are mounted on the glasses. Image source used CRT element at past but it has been developed at present, such as LCD, field emission display (FED), LCoS, OLED, etc. Optic system carries out the most important duty among HMD that it can make it possible to see the image in microdisplay. This is magnified by virtual image, and the user can see it. The paper used one aspheric lens, in order to minimize optic system, and on the other hand, it constituted it from DOE in the field for the improvement in a performance. In result, I get the virtual image of 40' size is achieved. Total screen resolution is 600x800.
Wireless communication equipments, 3D display and portable personal computers are so much pervasive that the access to the multimedia database via wireless network will be coming true. Sooner or later we can enjoy text, image, and moving pictures at anytime, anywhere. However, the portable equipments are somewhat large and uneasy to operate. We need a more compact type of image viewing devices which are smaller, lighter, and more efficient. Secret preservation will be an important feature of personal image viewers. Several microdisplay are under rapid development to improve brightness, speed, and resolution. But in the near term, it will be HMD with using LCoS which can fulfill the necessary performance requirements. HMD with using LCoS is already implemented by several company in all over the world. In this paper I report demonstration of full color picture and also the stabilization of microoptics by digital scheme. Lens design for HMD optimized consider to spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration. Code V is used and it designed an aspheric lens about exit pupil 6mm, eye relief 20mm and 35 degree of field of view (FOV). With the application this aspheric lens to LCoS type’s microdisplay, virtual image showed over 40 inch at 2m. One side of the aspheric lens was constituted from diffractive optical element (DOE) for the improvement in a performance. It had less than 2% of distortion value and modulation transfer function in axial had 20% of resolution with 30 lp/mm spatial frequency. The optical system is suitable for display of 0.6'-diagonal with SVGA. In order to transmit a lot of information in efficiency at the information age which is quickly developed recently, the demand of a display medium is increasing rapidly. This micro display was mainly used from in the past by the display of 1 inch or less of diagonals by HMD at the object for military affairs. Now it has continuously developed with the micro EGD that can put on and take off glasses. The composition element of EGD consists of the display or image source, the optics through which the display is viewed, and the means by which the display and optics are mounted on the glasses. Image source used CRT element at past but it has been developed at present, such as LCD, field emission display (FED), LCoS, OLED, etc. Optic system carries out the most important duty among HMD that it can make it possible to see the image in microdisplay. This is magnified by virtual image, and the user can see it. The paper used one aspheric lens, in order to minimize optic system, and on the other hand, it constituted it from DOE in the field for the improvement in a performance. In result, I get the virtual image of 40' size is achieved. Total screen resolution is 600x800.
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