본 논문은 가상현실(Virtual Reality, VR)과 증강현실(Augmented Reality, AR)용 비전시스템의 광학계에 대한 연구로써 Head Mounted Display(HMD)와 Head Up Display(...
본 논문은 가상현실(Virtual Reality, VR)과 증강현실(Augmented Reality, AR)용 비전시스템의 광학계에 대한 연구로써 Head Mounted Display(HMD)와 Head Up Display(HUD)의 광학계에 대하여 조사 및 분석하고 이를 토대로 하여 HMD 광학계와 HUD 광학계를 설계하였다. HMD는 안경 또는 헬멧처럼 머리에 장착하여 눈앞에 가상 이미지만을 보여주거나 현실 세계 이미지에 가상 이미지를 입혀 동시에 보여주는 디스플레이 장치이다. PC 기능을 내장시키거나 영화, 게임 등과 같은 콘텐츠를 HMD을 통하여 봄으로써 사용자는 시공간을 넘어서는 직관적이고 실감나는 영상을 인지할 수 있으며 실제 영상 크기는 작지만 눈앞에 영상이 바로 디스플레이 되기 때문에 대화면의 효과를 낼 수 있어 현재 여러 산업 분야에서 HMD 장치 및 콘텐츠를 개발하고 있다. HMD는 Image source로부터 나오는 영상을 눈앞으로 끌어오기 위하여 다수의 렌즈로 구성된 복잡한 광학계를 이용하게 된다. 머리에 장착하여 사람의 눈으로 보는 시스템이기 때문에 부피와 무게가 제한되어 있으며 두 눈에 의한 시차 및 장시간 사용시 눈의 피로감을 줄여줄 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 기본적으로 디스플레이 장치이기 때문에 시야각 및 해상도를 증가시키는 방향으로 설계되어야 한다. 부피, 시야각, 해상도, 양안시차와 같은 제한요소를 극복하기 위하여 HMD의 광학계는 Holographic optical element, Lightguide optical element, Free-form prism 등을 이용하여 설계되었으며 본 논문에서는 현재까지 개발된 HMD 광학계의 특징들에 대하여 분석하여 서술하였으며 이를 토대로 HMD 광학계를 설계하여 분석하였다. HUD는 항공기 또는 자동차에서 운전자가 주행 중에 실제 도로 상황과 현재 속도, 길안내 등 운전에 필요한 부가적인 정보를 동시에 볼 수 있도록 운전자의 전면에 Virtual image를 띄워주는 디스플레이 장치이다. 이전에는 항공기용으로만 많이 적용이 되어 사용되어 왔지만 운전자가 정보를 신속하게 보고 판단할 수 있어 안전성이나 편의성을 높여줄 수 있어 근래에는 차량용으로 많이 개발이 되고 있다. Panel에서 나온 이미지를 확대시켜 운전자의 전면에 띄워주기 위하여 거울이나 렌즈, 홀로그램 등을 이용한 광학계가 사용되고 있으며 HMD와는 다르게 운전자가 머리를 움직임에 따라 눈의 위치가 달라지기 때문에 이를 고려한 광학계 설계를 해야 한다. 본 논문에서는 HUD 광학계를 이루는 요소에 따른 특징을 분석하여 서술하였으며 차량용 HUD를 설계하여 이에 대한 데이터 및 분석 내용이 담겨있다.
본 논문은 가상현실(Virtual Reality, VR)과 증강현실(Augmented Reality, AR)용 비전시스템의 광학계에 대한 연구로써 Head Mounted Display(HMD)와 Head Up Display(HUD)의 광학계에 대하여 조사 및 분석하고 이를 토대로 하여 HMD 광학계와 HUD 광학계를 설계하였다. HMD는 안경 또는 헬멧처럼 머리에 장착하여 눈앞에 가상 이미지만을 보여주거나 현실 세계 이미지에 가상 이미지를 입혀 동시에 보여주는 디스플레이 장치이다. PC 기능을 내장시키거나 영화, 게임 등과 같은 콘텐츠를 HMD을 통하여 봄으로써 사용자는 시공간을 넘어서는 직관적이고 실감나는 영상을 인지할 수 있으며 실제 영상 크기는 작지만 눈앞에 영상이 바로 디스플레이 되기 때문에 대화면의 효과를 낼 수 있어 현재 여러 산업 분야에서 HMD 장치 및 콘텐츠를 개발하고 있다. HMD는 Image source로부터 나오는 영상을 눈앞으로 끌어오기 위하여 다수의 렌즈로 구성된 복잡한 광학계를 이용하게 된다. 머리에 장착하여 사람의 눈으로 보는 시스템이기 때문에 부피와 무게가 제한되어 있으며 두 눈에 의한 시차 및 장시간 사용시 눈의 피로감을 줄여줄 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 기본적으로 디스플레이 장치이기 때문에 시야각 및 해상도를 증가시키는 방향으로 설계되어야 한다. 부피, 시야각, 해상도, 양안시차와 같은 제한요소를 극복하기 위하여 HMD의 광학계는 Holographic optical element, Lightguide optical element, Free-form prism 등을 이용하여 설계되었으며 본 논문에서는 현재까지 개발된 HMD 광학계의 특징들에 대하여 분석하여 서술하였으며 이를 토대로 HMD 광학계를 설계하여 분석하였다. HUD는 항공기 또는 자동차에서 운전자가 주행 중에 실제 도로 상황과 현재 속도, 길안내 등 운전에 필요한 부가적인 정보를 동시에 볼 수 있도록 운전자의 전면에 Virtual image를 띄워주는 디스플레이 장치이다. 이전에는 항공기용으로만 많이 적용이 되어 사용되어 왔지만 운전자가 정보를 신속하게 보고 판단할 수 있어 안전성이나 편의성을 높여줄 수 있어 근래에는 차량용으로 많이 개발이 되고 있다. Panel에서 나온 이미지를 확대시켜 운전자의 전면에 띄워주기 위하여 거울이나 렌즈, 홀로그램 등을 이용한 광학계가 사용되고 있으며 HMD와는 다르게 운전자가 머리를 움직임에 따라 눈의 위치가 달라지기 때문에 이를 고려한 광학계 설계를 해야 한다. 본 논문에서는 HUD 광학계를 이루는 요소에 따른 특징을 분석하여 서술하였으며 차량용 HUD를 설계하여 이에 대한 데이터 및 분석 내용이 담겨있다.
This paper consists of a study on the optical system design of vision system using a Virtual Reality(VR) and Augmented Reality(AR). Among of the vision system, I study a Head Mounted Display(HMD) and Head Up Display(HUD). HMD is the display device that to show user only virtual image (Immersive...
This paper consists of a study on the optical system design of vision system using a Virtual Reality(VR) and Augmented Reality(AR). Among of the vision system, I study a Head Mounted Display(HMD) and Head Up Display(HUD). HMD is the display device that to show user only virtual image (Immersive or See-closed type) or virtual image and real view simultaneously(See-through type). It employs a complicated optical system to magnify microdisplay image and bring a image in front of user’s eye(s). And to show the image with wide field of view and high resolution, it uses a various optical system such as a combiner, freeform prism, holographic optical element(HOE), lightguide optical element(LOE). HUD is the display device that present driving information like current velocity, navigation without requiring users to look away from their usual viewpoints. It also uses the complex optical system to magnify a microdisplay image and present virtual image. This paper describes a how the optical system of HMD and MUD develops and from this research, I design a optical system of HMD using flat combiner and HUD using two mirror and mangin mirror.
This paper consists of a study on the optical system design of vision system using a Virtual Reality(VR) and Augmented Reality(AR). Among of the vision system, I study a Head Mounted Display(HMD) and Head Up Display(HUD). HMD is the display device that to show user only virtual image (Immersive or See-closed type) or virtual image and real view simultaneously(See-through type). It employs a complicated optical system to magnify microdisplay image and bring a image in front of user’s eye(s). And to show the image with wide field of view and high resolution, it uses a various optical system such as a combiner, freeform prism, holographic optical element(HOE), lightguide optical element(LOE). HUD is the display device that present driving information like current velocity, navigation without requiring users to look away from their usual viewpoints. It also uses the complex optical system to magnify a microdisplay image and present virtual image. This paper describes a how the optical system of HMD and MUD develops and from this research, I design a optical system of HMD using flat combiner and HUD using two mirror and mangin mirror.
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