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.

In this study, a compact 20X magnification optical system was designed for application not only in hospitals and research institutions but also in hair salons and personal hair diagnostic devices. The system was developed with a measurement field diameter of 0.35 mm and a total optical system length of 125 mm to ensure practical usability. Through optical system analysis, it was confirmed that the designed system achieved an MTF of over 0.4 at 20 lp/mm, and the CCD optical axis tolerance exceeded 2 mm, providing sufficient alignment stability. A review of the microscope illumination structure confirmed that coaxial illumination alone was sufficient to observe the cuticle at the central region of the hair. Furthermore, experiments using the fabricated prototype clearly demonstrated structural changes in the cuticle depending on the degree of hair damage. In future research, by acquiring a larger dataset of hair samples with varying degrees of damage and thickness, AI-based analytical techniques could be utilized to quantitatively evaluate hair damage. This system holds significant potential for practical applications in precise, high-resolution hair diagnostics across various fields.

목적 : 현재 주목받고 있는 스마트 글라스와 같은 증강현실 기술은 배터리, 발열, 착용감 문제 등으로 사용자의 불편을 야기시킨다. 본 연구는 이러한 문제들을 해결하고 사용자 편의성을 극대화할 수 있는 새로운 NED 광학계 를 설계하고자 한다. 방법 : Waveguide 타입과 비구면 구성을 적용한 허상광학계로 NED 광학계를 설계하였다. Code V 소프트웨어 를 사용하였고, 경량화, 높은 시야각, 낮은 왜곡 수차 및 우수한 이미지 품질을 설계 목표로 하여 비순차 광학계를 구성하였다. 결과 : 설계된 광학계는 배율 증가, 포커싱, 수차 감소에 초점을 맞춘 첫 번째 파트와 빛의 손실을 최소화하는 Waveguide 타입의 두 번째 파트로 구성하여 고효율성과 높은 해상도를 나타내었다. 사용자에게 선명하고 편안한 시각적 경험을 보장하고, 컴팩트한 디자인으로 휴대성과 사용자 편의성이 동시에 고려된 광학계를 설계하였다. 결론 : 본 연구에서 개발된 Waveguide 타입과 비구면 광학계는 빛의 손실을 최소화하여 망막까지 효율적으로 전달함으로써 NED 기술의 성능을 크게 향상시켰다. 이는 사용자에게 더 높은 선명도와 생동감 있는 시각적 경험 을 제공하며, 향후 고해상도 광학 응용 분야에 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

목 적: 기존의 콘택트렌즈 분석기에서 1매의 렌즈를 삭제하여 시스템을 간소화하고, 수차를 감소시켜 콘택트렌즈 표면의 선명한 상을 얻는 저가격 고성능의 광학계를 최적화 설계하였다. 방 법: 기존의 콘택트렌즈 분석기의 광학적 성능 분석과 최적화 설계에 사용한 파장은 프라운호퍼 C, d, F선(0.656 ㎛, 0.587 ㎛, 0.486 ㎛)이며 기준파장은 d선으로 하였다. Full field는 object height를 5 mm로 설정하였다. 참고모델의 광학적 성능 분석과 분석기의 최적화 설계에는 Zemax 14.2 설계 프로그램을 사용하였다. 결 과: 최적화 설계한 콘택트렌즈 분석기는 기존의 콘택트렌즈 분석기보다 Spot diagram RMS radius는 42.51% 성능이 향상되었다. 상질에 영향을 주는 구면수차는 96.96%, 비점수차는 68.39%, 종 방향 색수차는 39.29%, 횡 방향 색수차는 95.97% 향상되었고, 상면만곡과 왜곡수차는 각각 82.09%와 66.05%로 수차 성능이 향상되었다. 결 론: 기존의 콘택트렌즈 분석기보다 적은 수차와 적은 렌즈 매수를 갖는 새로운 광학계를 설계하였다. 설계한 콘택트렌즈 분석기는 저가격, 고성능의 성능 최적화가 이루어졌다고 볼 수 있다.

시시력표 차트 프로젝터의 광학계는 조명광학계， 투사광학계로 구성된다. 프로책터 의 조명광학계는 대부분 콸러방식의 조명광학계를 사용하지만 우리는 object(ch따t reel)의 크기와 투사렌즈의 유효경올 고려하여 콸러방식올 변형하여 셜계하였다. 조명 광학계의 렌즈구성은 3매의 +굴절력의 렌즈로 하였다. 투사광학계는 색수차를 고려하여 doublet으로 셜계하였다. 투사광학계의 분해능은 5m 거 리 의 직 경 361 mm 0비ect에 대 해서 15line pairs/mm에 서 약 45% 이 상의 MTF (modulation transfer function) 특성 올 보 였 다.