목적 : 본 연구는 착용자의 몰입감과 편의성을 고려한 소형·고성능 Head-Mounted Display (HMD) 광학계를 구현하기 위해, 프리즘 기반의 비구면 광학계를 설계하고 그 성능을 분석하였다. 방법 : Code V 소프트웨어를 이용해 광학계를 설계하였으며, 설계 목표는 대각선 시야각 40°, 전체 시스템 두 께 약 11 mm, 조리개 크기 4 mm, ERF 15 mm 조건 하에서 0.01 mm 이하의 RMS 스팟 크기와 50 cycles/mm 에서 0.4 이상의 MTF 값을 확보하는 것이다. 총 10개 면으로 구성된 시스템은 3개의 프리즘과 1개의 디스플레이 로 이루어졌으며, 프리즘은 9개의 광학 면을 형성하고, 10번 면은 디스플레이 면이다. 5개의 비구면 면을 적용하였 으며, 비축 구조와 광로 접힘 기법을 통해 소형화와 고해상도를 동시에 달성하도록 구성되었다. 결과 : 최종 설계된 광학계는 중심부 스팟 크기 0.005 mm, 전체 평균 0.01 mm 이하로 유지되었으며, 50 cycles/mm 기준 MTF는 0.4를 달성하여 고주파 성능이 우수함을 입증하였다. 왜곡률은 최대 +2.8%로 확인되어 기존 연구 대비 향상된 왜곡 특성을 보였다. 광학 성능은 중심부뿐만 아니라 주변 시야에서도 안정적으로 유지되었 으며, 전체 시스템 두께는 11 mm로 소형화가 가능함을 입증하였다. 결론 : 본 연구는 프리즘과 비구면 요소만을 활용해 구조적 단순화와 광학적 고해상도를 동시에 달성한 사례로, 향후 웨어러블 디스플레이 및 초소형 AR 용 HMD 개발에 적용 가능한 경량화 설계 전략으로 활용될 수 있다.