목적: HMD를 구성하는데 사용되는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈의 설계. 방법: 먼저 사용자의 요구 스펙을 분석하여 프리즘 렌즈의 모양을 기하학적으로 캐드를 사용하여 그려서 설계에 필요한 각 면과의 거리 등 필요한 초기 데이터를 얻었다. 이 데이터를 기본으로 해서 광학설계 프로그램인 Code V를 사용하여 회전 비대칭 비구면 계수를 중요 변수로 하여 최적화를 진행하였다. DTM 가공에서 단가를 줄이기 위해 프리즘 렌즈의 3면 중에서 영상소자 쪽의 투과면은 평면으로 두고 최적화하였다. 결과: 영상소자 12 mm${\times}$9 mm에 대해 유한광선 수차량 15 ${\mu}m$, 왜곡수차량 0.5%, 36 lp/mm에서 0.3 이상의 MTF 값을 갖는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈를 설계하였다. 결론: HMD를 구성하는데 사용되는 프리즘 렌즈를 설계하였다. 설계된 프리즘 렌즈는 영상소자 12 mm ${\times}$ 9 mm에 대해 유한광선 수차량 15 ${\mu}m$이고, 왜곡수차량 0.5%인 광학적 성능을 가지며, 36 lp/mm에서 0.3 이상의 MTF 값을 갖는 광학계가 되었다.
목적: HMD를 구성하는데 사용되는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈의 설계. 방법: 먼저 사용자의 요구 스펙을 분석하여 프리즘 렌즈의 모양을 기하학적으로 캐드를 사용하여 그려서 설계에 필요한 각 면과의 거리 등 필요한 초기 데이터를 얻었다. 이 데이터를 기본으로 해서 광학설계 프로그램인 Code V를 사용하여 회전 비대칭 비구면 계수를 중요 변수로 하여 최적화를 진행하였다. DTM 가공에서 단가를 줄이기 위해 프리즘 렌즈의 3면 중에서 영상소자 쪽의 투과면은 평면으로 두고 최적화하였다. 결과: 영상소자 12 mm${\times}$9 mm에 대해 유한광선 수차량 15 ${\mu}m$, 왜곡수차량 0.5%, 36 lp/mm에서 0.3 이상의 MTF 값을 갖는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈를 설계하였다. 결론: HMD를 구성하는데 사용되는 프리즘 렌즈를 설계하였다. 설계된 프리즘 렌즈는 영상소자 12 mm ${\times}$ 9 mm에 대해 유한광선 수차량 15 ${\mu}m$이고, 왜곡수차량 0.5%인 광학적 성능을 가지며, 36 lp/mm에서 0.3 이상의 MTF 값을 갖는 광학계가 되었다.
Purpose: To design an anamorphic aspherical prism lens for the HMD optical system. Methods: First, we get the initial data, needed in design, which are distances between each surface etc., by analyzing user's demended specifications and by drawing geometrically the shape of prism lens by using CAD. ...
Purpose: To design an anamorphic aspherical prism lens for the HMD optical system. Methods: First, we get the initial data, needed in design, which are distances between each surface etc., by analyzing user's demended specifications and by drawing geometrically the shape of prism lens by using CAD. Based on these data and using 'ode V' which is an optical design software, we could progress the optimization in which we treat the coefficients of the anamorphic aspherical surface as the principal variables. To reduce the cost in DTM manufacturing, we would optimize the optical system with the transmitting surface, existed in the direction of video device among 3 surfaces of the prism lens, remaining as a plane. Results: we could design one anamorphic aspherical prism lens which has the finite ray aberration of 15 ${\mu}m$, the distortion of 0.5%, and the MTF value of 0.3 over at 36 lp/mm for the video device of 12 mm ${\times}$ 9 mm size. Conclusions: We designed a prism lens used for HMD. This prism lens has the optical capacities of 15 ${\mu}m$ finite ray aberration and 0.5% distortion for the video device of 12 mm ${\times}$ 9 mm size, and become the optical system having the MTF value of 0.3 over at 36 lp/mm.
Purpose: To design an anamorphic aspherical prism lens for the HMD optical system. Methods: First, we get the initial data, needed in design, which are distances between each surface etc., by analyzing user's demended specifications and by drawing geometrically the shape of prism lens by using CAD. Based on these data and using 'ode V' which is an optical design software, we could progress the optimization in which we treat the coefficients of the anamorphic aspherical surface as the principal variables. To reduce the cost in DTM manufacturing, we would optimize the optical system with the transmitting surface, existed in the direction of video device among 3 surfaces of the prism lens, remaining as a plane. Results: we could design one anamorphic aspherical prism lens which has the finite ray aberration of 15 ${\mu}m$, the distortion of 0.5%, and the MTF value of 0.3 over at 36 lp/mm for the video device of 12 mm ${\times}$ 9 mm size. Conclusions: We designed a prism lens used for HMD. This prism lens has the optical capacities of 15 ${\mu}m$ finite ray aberration and 0.5% distortion for the video device of 12 mm ${\times}$ 9 mm size, and become the optical system having the MTF value of 0.3 over at 36 lp/mm.
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문제 정의
따라서 프리즘 렌즈의 제3면을 변수에서 제외하여 DTM 가공에서 비구면의 가공 면의 수를 줄여 가공비를 줄이고자 한다.
제안 방법
Table 1의 조건을 만족하도록 프리즘 렌즈의 모양을 간단한 기하학적 모양으로 캐드로 스케치 하여 제1면, 제 2 면, 제3면, 영상소자의 위치 정보를 확인하여 초기 설계입력 값을 선정하였다. 물론 초기 Decenter & Return과 Basic Decenter 설정에 필요한 수치도 캐드 파일에서 구하였다.
그리고 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈는 비축 광학계이므로 비축 광학계에 대한 수차를 계산해서 평가하여 광학계 최적화를 하여야 하는데 우리는 이를 상용 프로그램 Code V를 통해 진행하기로 한다.
먼저 사용자의 요구 스펙을 분석하여 프리즘 렌즈의 모양을 기하학적으로 캐드를 사용하여 그려서 설계에 필요한 각 면과의 거리 등 필요한 초기 데이터를 얻었다. 이 데이터를 기본으로 해서 광학설계 프로그램인 Code V를 사용하여 회전 비대칭 비구면 계수 등을 변수로 하여 최적화를 진행하였다.
이 데이터를 기본으로 해서 광학설계 프로그램인 Code V를 사용하여 회전 비대칭 비구면 계수 등을 변수로 하여 최적화를 진행하였다. 이렇게 하여 완성된 설계의 광학적 성능은 영상소자 12mmx9mm 에 대해 유한광선 수차량 15 呻, 왜곡수차량 0.
이러한 조건을 Code V 프로그램에 적용하여 최적화에 사용할 변수룰 설정하여 최적화 작업을 진행하였다. 사용된 초자는 설계의뢰자가 제공하였는데 굴절률 분석의 결과 Table 2와 같았다.
이에 우리는 HMD 를 구성하는데 사용되는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈의 설계를 시도하였다.
성능/효과
이 데이터를 기본으로 해서 광학설계 프로그램인 Code V를 사용하여 회전 비대칭 비구면 계수 등을 변수로 하여 최적화를 진행하였다. 이렇게 하여 완성된 설계의 광학적 성능은 영상소자 12mmx9mm 에 대해 유한광선 수차량 15 呻, 왜곡수차량 0.5%, 36 lp/mm에서 0.3 이상의 MTF 값을 갖는 것으로 나타났다.
후속연구
관찰자 눈 가까이 위치하는 LCD 또는 OLED 영상 소자를 통하여 입체영상 또는 확대된 영상을 볼 수 있도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이 (Head Mount Display) 는 차세대 영상기기로 향후 디스플레이 시장을 주도할 것으로 판단된다. 1.
현재 1종류의 초자 사용으로는 20 em 이하로 색수차를 제거하기는 어려울 것으로 판단된다. 따라서 앞으로 분해능이 뛰어난 영상소자를 사용하는 HD 급의 프리즘 렌즈 개발에서는 2종류 이상의 초자가 사용되어 광학계를 구성하여야 할 것으로 판단된다. Fig.
따라서 이 부품의 개발로 향후 시장을 주도할 필요가 있다. 이에 우리는 HMD 를 구성하는데 사용되는 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈의 설계를 시도하였다.
848 의 값을 갖는 광학계이다. 이 광선 추적도 는 캐드 파일로 전환되기 때문에 시스템의 하우징 설계에서 필요한 자료가 될 것이다.
입체영상 또는 확대된 영상을 볼 수 있도록 구성된 헤드 마운트 디스플레이는 차세대 영상기기로 향후 디스플레이 시장을 주도할 것으로 판단된다. 국내에서도 HUD 부품 시장의 진입이 필요한데 특히 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈가 고부가 가치를 갖는다.
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