초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 홀로그래픽 광학소자 제작기술 개발을 통한 고 효율의 풀 컬러(Full color) 도파관 HMD 구현을 목표로 한다. 3가지 파장(Red, Green, Blue)의 레이저에 의해 기록된 포토폴리머 광학소자 전반적인 광학특성과 홀로그래픽 도파관 기술을 응용하여 HMD의 부피를 줄이고, 색 균일도가 안정적인 새로운 시스템을 설계 하고자 한다. 본 연구는 풀 컬러 홀로그래픽 도파관 HMD의 구현을 위하여 도파관 기판위에 디스플레이 소자에서 도파관 안으로 들어오는 couple-in optics와

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 홀로그래픽 광학소자 제작기술 개발을 통한 고 효율의 풀 컬러(Full color) 도파관 HMD 구현을 목표로 한다. 3가지 파장(Red, Green, Blue)의 레이저에 의해 기록된 포토폴리머 광학소자 전반적인 광학특성과 홀로그래픽 도파관 기술을 응용하여 HMD의 부피를 줄이고, 색 균일도가 안정적인 새로운 시스템을 설계 하고자 한다. 본 연구는 풀 컬러 홀로그래픽 도파관 HMD의 구현을 위하여 도파관 기판위에 디스플레이 소자에서 도파관 안으로 들어오는 couple-in optics와 도파관 안에서 내부전반사에 의해 진행하는 영상을 동공으로 입사시키는 couple-out optics를 홀로그래픽 광학소자로 설계한다. 최종적으로 두께가 얇고, 부피가 작고, 착용성이 뛰어난 홀로그램 도파관 HMD 구조를 목표로 최적 도파관 구조와 홀로그래픽 광학소자 기록방식을 제안한다. 홀로그램 기록매질로 사용할 포토폴리머의 광학 특성을 조사하고 테스트한다. R,G,B 컬러별 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 단색 도파관 HMD 프로토타입을 구현한다. 연구된 결과를 바탕으로 광 효율이 기존대비 최소 20% 향상된 one single layer 홀로그래픽 광학소자를 제작 방법을 제안하고, 이를 이용하여 풀 컬러 HMD 프로토타입을 구현한다.

□ 연구결과
홀로그램 기록매질로 사용할 포토폴리머의 광학 특성을 테스트한 결과로부터 포토폴리머는 세 가지 칼라에 대해 비슷한 에너지특성을 갖고 있으며, 최대로 97%의 매우 높은 회절효율을 나타냈다. 포토폴리머의 특성 분석으로부터 최적의 기록조건으로 R, G, B 각 칼라에 대해 홀로그래픽 광학소자를 기록하였으며 이때 각 칼라에 대한 홀로그래픽 광학소자의 출력 효율은 red는 55%, green은 54%, blue는 50% 이다. 광학 특성으로 얻은 최적의 기록 조건으로 R,G,B 컬러 별 홀로그래픽 광학소자를 제작한 후 이를 이용하여 단색 도파관 HMD 프로토타입을 구현하였다. R, G, B 레이저를 동시에 조사했을 때 광학소자의 색 균일도를 측정하고 다양한 색 조합 기록방식에서의 광효율을 측정, 분석하여 One single layer의 HOE를 제작하였다. 디자인한 HMD의 광학계 구조에 의하여 G,B,R로 순차적으로 격자를 기록한 One single layer HOE를 이용한 Full color HMD 프로토타입을 구현하였다.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구에서 제안한 광학소자 제작방법을 통해 높은 광 효율과 풀 컬러 영상 구현 가능하며, 비행기와 자동차의 정보 표시를 위한 HUD, 증강현실용 HMD, 2D/3D 디스플레이용 스크린 등 개발에 널리 활용 가능하다. 고효율 홀로그래픽 광학소자를 이용한 풀 컬러 도파관 HMD의 응용연구개발을 통하여 HMD용 홀로그래픽 광학소자를 제작하고 핵심기술인 반사형 협대역 간섭필터 제작에 필요한 처리기술 및 최적조건의 제시로 홀로그래픽 광학소자와 디스플레이의 응용, 광 패턴인식이나 통신 분야에 응용도 가능하다. 또한, 기존의 응용제품이 모두 수입에 의존하고 있는데, 본 연구를 통하여 국산화 및 대량생산을 통한 낮은 가격의 공급이 가능하다.
(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose & contents
In this core research, we will develop high efficiency holographic optical element for realizing full color waveguide HMD. We design a new system to reduce the volume of the HMD which had color uniformity, by applying a holographic waveguide technology and optical properties

□ Purpose & contents
In this core research, we will develop high efficiency holographic optical element for realizing full color waveguide HMD. We design a new system to reduce the volume of the HMD which had color uniformity, by applying a holographic waveguide technology and optical properties of the photopolymer entire optical element. In this research, we developed holographic optical element that can be attached to the waveguide to replace the conventional couple-in and couple-out optics in the head mounted display for realizing full color waveguide HMD. Finally we proposed optimized waveguide structure based on mall volume, excellent wearability and recording method for the holographic optical element. To implement the system, this study measured and analyzed the optical characteristics of the photopolymer. Then using the holographic optical elements that were recorded in R, G, B lasers, we implemented monochromatic waveguide HMD prototype respectively. According to the research results, we will propose the manufacturing method of one single layer holographic optical element that can improve at least 20% optical efficiency compared to the conventional method and implement full color waveguide HMD prototype.

□ Result
From the test results for the optical characteristics of the hologram recording materials, photopolymers may have similar energy characteristics for the three lasers. It exhibited a very high diffraction efficiency of 97% at the maximum. According to the optical characteristics of photopolymers, holographic optical elements for R, G, B lasers can be recorded in an optimal recording condition. The efficiencies for the R, G and B color were 55%, 54% and 50%, respectively. Using the holographic optical elements that were fabricated in an optical recording condition, we implemented monochromatic waveguide HMD prototype respectively. One single layer HOE was fabricated by measuring the color uniformity of optical elements when measuring R, G, B lasers simultaneously and measuring and analyzing the optical efficiency in various different recording processes. We implemented a full color HMD prototype using one single layer HOE that sequentially records the gratings in G, B, and R according to the optical system structure of the designed HMD.

□ Expected Contribution
In this research, according to the proposed manufacturing method for the optical element, we can implement high optical efficiency and full color imaging. It is widely available in developing such HUD for the display of information in airplanes and automobiles, AR HMD, 2D/3D display screens. Through the application research and development of full color waveguide HMD using high efficiency holographic optical element, we fabricated the holographic optical element for HMD, and presented the processing technology and optimum condition for the production of reflective narrow band interference filter, It can be applied to display applications, optical pattern recognition and communication fields. In addition, existing applications are all dependent on imports. Through this study, it is possible to supply low prices through localization and mass production.
(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 11
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 16
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 17
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 18
• 8. 참고문헌 ... 18
• 9. 연구성과 ... 19
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 30
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 30
• 12. 기타사항 ... 31
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 32
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 46
• 끝페이지 ... 55