Design of an Anamorphic Aspherical Prism Lens for the Head Mount Display

HMD용 회전 비대칭 비구면 프리즘 렌즈 설계

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.

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.