KR100637371B1 - 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템에 관한 것으로서, 그 주요 구성은 양안의 중심에 수평으로 위치한 하나의 디스플레이 소자와, 상기 디스플레이 소자의 수평면의 상방에 소정거리 이격되어 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈와, 상기 디스플레이 소자의 좌우측에 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되며 상방으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 반사면과, 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈의 좌우측에 상기 디스플레이 소자의 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈로부터 출사되는 영상광을 사용자의 동공에 포커싱하는 회전대칭성 비구면으로 이루어진 좌우 각각의 접안렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 위와 같은 구성에 의하여 디스플레이 소자 및 관련 부품의 수를 줄여 제품원가를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 제작과 성능검사가 용이하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

헤드마운트 디스플레이, 디스플레이 소자, 광학계, 카타디옵트릭 렌즈, 접안렌즈

Description

단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템{OPTICAL SYSTEM FOR BIOCULAR HEAD MOUNTED DISPLAY}

도 1은 종래의 양판양안식 HMD용 광학시스템을 개략적으로 나타내는 단면도이고,

도 2는 종래의 단판양안 방식 HMD용 광학시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 단판양안 방식 HMD의 광학 시스템을 개략적으로 나타내는 평면도이며,

도 4는 본 발명에 따른 접안렌즈의 전방에 45?? 반사판을 추가로 설치한 실시예를 나타낸 개략도이며,

도 5는 본 발명에 따른 접안렌즈 대신 종래의 양판양안식 HMD의 프리즘 포커싱 렌즈를 배치한 실시예를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 디스플레이 소자 31R : 우안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈

31L : 좌안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈 32R : 우안용 첫번째 반사면

32L : 좌안용 첫번째 반사면 33R : 우안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈

33L : 좌안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈 35R : 우안용 접안렌즈

35L : 좌안용 접안렌즈 SR : 우안용 결상면

SL : 좌안용 결상면

본 발명은 단판양안식 헤드마운트 디스플레이(HEAD MOUNTED DISPLAY, HMD)용 광학시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스플레이 소자 및 관련 부품의 수를 줄여 제품원가를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 제작과 성능검사가 용이하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템에 관한 것이다.

일반적으로 헤드마운트 디스플레이 장치는 1인치 이하의 초소형 디스플레이 소자에서 발생하는 영상광을 빛의 굴절을 이용하는 투과광학계 또는 반사광학계를 이용하여 일정 거리에 가상의 대형화면이 구성될 수 있도록 초점을 형성함으로써 사용자로 하여금 확대 허상을 볼 수 있도록 하는 화상표시 장치로서, 두 개의 디스플레이 소자에서 양안에 각각 독립적인 광경로를 형성하는 양판양안(BINOCULAR) 방식, 하나의 디스플레이 소자를 사용하여 양안에 각각 대칭의 다른 광경로를 형성하는 단판양안(BIOCULAR) 방식 및 하나의 디스플레이 소자로부터 양안 중 하나의 안구에만 광경로를 제공하는 단판단안(MONOCULAR) 방식 등으로 나뉘며, 이 중 양판양 안(BINOCULAR) 방식의 HMD가 보편적으로 많이 사용되고 있다.

도 1과 도 2는 종래 기술에 따른 양판양안 방식과 단판양안 방식 HMD의 광학시스템 예를 보여주고 있다.

먼저, 도 1에 도시된 양판양안식 HMD는 좌, 우 양안에 대하여 각각 액정 패널에 광원을 제공하는 조명부(10)와 화상을 표시하는 디스플레이 소자(11)와, 입사면(121), 첫번째 반사면(122), 두번째 반사면(123), 출사면(122)을 모두 가지고 있는 회전 비대칭 자유곡면 프리즘 렌즈(12)를 포함하는 광학시스템으로 이루어지며, 위와 같은 구성에 의하여 상기 디스플레이 소자(11)에서 생성된 영상광이 상기 입사면(121)을 통해 자유곡면 프리즘에 입사되고 임계각보다 적은 각도로 상기 첫번째 반사면(122)에 도달한 뒤 상기 첫번째 반사면(122)에서 전반사되며, 다시 반사 코팅이 되어있는 상기 두번째 반사면(123)에서 반사된 뒤 상기 첫번째 반사면(122)과 면을 공유하는 상기 출사면(122)을 통해 프리즘 렌즈를 빠져 나와 사용자의 양안(13)에 결상되게 된다.

그러나 상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 두 개의 디스플레이 소자 및 회전비대칭 자유곡면 프리즘 렌즈를 사용한 광학 시스템 방식은 일정한 범위 내에서 빛의 방향을 조절할 수 있는 자유곡면 프리즘 렌즈의 특성상 간단한 광경로 구축이 가능하여 HMD의 두께를 대폭 감소시킬 수 있고 넓은 시야각(FOV: FIELD OF VIEW) 확보가 가능한 것이 장점이지만, 값비싼 2개의 디스플레이 소자를 필요로 하기 때문에 제품의 가격이 상승하여 경쟁력을 떨어뜨릴 뿐 아니라, 상기 두 개의 디스플레이 소자와 각각의 디스플레이 소자를 위한 별도의 배선, 그리고 이에 부가되 는 회로 및 부품으로 인해 무게가 무거워지며 전력소모도 많아지는 단점이 있다. 또한 상기의 방식은 편심오차에 따른 왜곡을 줄이기 위하여 상기 프리즘 렌즈 내에 회전비대칭의 자유곡면을 최소 1개 이상 가지고 있기 때문에 회전대칭의 광학시스템에 비하여 가공이 상대적으로 매우 어려울 뿐 아니라 설계에 따라 제대로 제작이 되었는지에 대한 성능검사가 대단히 어렵고, 오차가 생길 경우 이의 원인 규명이 힘들어 제품 제작까지 많은 비용이 발생할 가능성이 매우 높아지는 문제점이 있었다.

이러한 양판양안식 HMD의 문제점을 감안하여 도 2에 도시된 바와 같은 단판양안(BIOCULAR) 방식에 의한 HMD가 유럽특허 EP1186933A1으로 제안되었으며, 그 주요 구성은 영상을 제공하는 한 개의 디스플레이 소자(3)와, 상기 디스플레이 소자(3) 전방에 소정거리 이격되어 배치된 한 쌍의 좌우 양안용 회전비대칭 오목 반사경(1L, 1R)과 좌우 양안의 소정거리 전방에 위치하며 입사면(21L, 21R), 첫번째 반사면(22L, 22R), 두번째 반사면(23L, 23R)과 그리고 상기 두번째 반사면(22L, 22L)과 면을 공유하는 출사면(24L, 24R)으로 이루어지는 좌우 한 쌍의 자유곡면 프리즘 렌즈(2L, 2R)로 구성되며, 위와 같은 구성의 광학 시스템은 광량의 손실이 불가피한 반투과 미러와 같은 영상분리 수단을 사용하지 않고 값비싼 디스플레이 소자를 1개만 사용하고도 광손실이 거의 없는 밝은 영상을 양안에 제공할 수 있어 제품원가를 절감할 수 있으며, 컴팩트한 광학계 구성이 가능하여 휴대성을 대폭 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

그러나, 위의 기술은 회전비대칭 오목 반사경 및 회전비대칭 자유곡면을 적 어도 1개 이상 가지는 프리즘 렌즈로 구성되어 있기 때문에 광학 부품 가공이 매우 힘들어 제품단가를 상승시키는 원인이 될 수 있다. 특히, 상기 프리즘 렌즈는 세 면 중 두 면이 반사면이기 때문에 가공시 세 면의 접점의 각도가 약간만 틀어져도 영상광의 방향에 큰 영향을 미칠 수 있어 제품 또는 금형 제작시 매우 높은 수준의 정밀도가 요구되나, 세 면이 모두 곡면이기 때문에 기준점을 잡기가 대단히 어렵다. 더욱이 회전비대칭의 자유곡면인 첫번째 반사면에서는 X, Y, Z축에 대하여 각각 다른 곡률변화를 가지고 있어 가공시 회전비대칭인 면과 다른 면의 교차점을 잡기가 매우 까다롭고, 설계에 따라 제대로 제작이 되었는지에 대한 성능검사를 위해서는 중심점을 통과하는 한 선의 곡률데이터만으로 검사가 가능한 회전대칭면과는 달리 면 전체를 스캔(SCAN) 하여 모든 좌표를 미세하게 분할하여 일일이 대조해야 하며, 오차가 생길 경우 이의 원인 규명 및 보정이 힘들어 제품 제작까지 많은 비용과 시행착오를 거쳐야 할 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 디스플레이 소자를 한 개만 사용하여 제품원가를 대폭 낮추고, 또 자유곡면 프리즘 렌즈와 같은 회전비대칭 요소를 제거하여 회전대칭의 면으로만 광학계를 구성함으로써 제작과 성능검사가 용이한 단판양안식 헤드마운트 디스플레이 광학시스템을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 디스플레이 소자로부터 투사된 영상광이 영상 광 분리 수단에 의해 두 개의 결상면이 각각 형성되도록 함으로써 상기 결상면들을 이용하여 종래의 양판양안식 HMD의 광학시스템을 그대로 사용할 수 있게 하여 종래의 양판양안식 제품과의 호환성을 가질 수 있는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템은 양안의 중심에 수평으로 위치한 하나의 디스플레이 소자와, 상기 디스플레이 소자의 수평면의 상방에 소정거리 이격되어 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈와, 상기 디스플레이 소자의 좌우측에 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되며 위쪽 방향으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 반사면과, 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈의 좌우측에 상기 디스플레이 소자의 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 두번째 카타디옵트릭 렌즈와, 좌우 한 쌍의 접안렌즈를 포함하여 이루어지는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이용 광학시스템에 있어서, 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈는 상기 디스플레이 소자로부터 발생한 영상광을 첫번째 반사면에 전달하기 위하여 입사면, 그리고 입사면과 면을 공유하는 출사면이 각각 회전대칭의 볼록면이며, 내부 반사면은 오목면으로 이루어지며, 상기 첫번째 반사면은 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈에서 반사된 영상광을 두번째 카타디옵트릭 렌즈에 전달하기 위하여 각각 2방향 회전대칭의 오목 반사면으로 이루어지며, 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈는 상기 첫번째 반사면에서 전달되는 영상광을 좌우 접안렌즈에 전달하기 위하여 입사면과 내부 반사면, 그리고 입사면과 면을 공유하는 출사면이 모두 각각 회전대칭의 볼록면으로 이루어지며, 상기 접안렌즈는 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈로부터 출사되는 영상광을 안구에 포커싱하기 위하여 입사면과 출사면 모두 회전대칭의 볼록 비구면 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템에서 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 상기 접안렌즈 사이에는 영상광 진행방향에 대하여 바람직하게는 45°경사를 가진 평면 반사면이 추가로 더 설치된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템에서 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 좌우 각 접안렌즈의 사이에는 상기 디스플레이 소자와 동일한 형태로 평면 결상이 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이 광학시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 디스플레이 소자(30)와, 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L, 31R)와, 두 개의 첫번째 반사면(32L, 32R)과, 두 개의 두번째 카타디옵 트릭 렌즈(33L, 33R)로 구성되는 영상광 분리수단(ODT)과, 두 개의 접안렌즈(34L, 34R)를 포함하여 이루어진다.

화상을 나타내는 상기 디스플레이 소자(30)는 좌우 양안의 중심에 수평으로 위치하여 상방으로 영상광을 내보내도록 한다.

상기 영상광 분리수단(ODT) 중 첫번째 광학요소인 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L, 31R)는 상기 디스플레이 소자(30)의 수평면의 상방에 소정거리 이격되어 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 각각 1개씩 하방으로 반사면을 갖도록 배치되며 좌측 안구에 영상광을 전송하기 위한 좌안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L)와, 우측 안구에 영상광을 전송하기 위한 우안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31R)로 구성된다.

상기 좌안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L)는 상기 디스플레이 소자(30)로부터 발생한 영상광을 후술하는 좌안용 첫번째 반사면(32L)에 전달하는 역할을 하며, 입사면(311L), 그리고 상기 입사면(311L)과 면을 공유하는 출사면(313L)이 각각 회전대칭의 볼록면이고, 내부 반사면(312L)은 회전대칭의 오목경 형상의 반사면으로 이루어지며, 상기 우안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31R)는 상기 디스플레이 소자(30)로부터 발생한 영상광을 후술하는 우안용 첫번째 반사면(32R)에 전달하는 역할을 하며, 입사면(311R), 그리고 상기 입사면(311R)과 면을 공유하는 출사면(313R)이 각각 회전대칭의 볼록면이고, 내부 반사면(312R)은 회전대칭의 오목경 형상의 반사면으로 이루어진다.

상기 영상광 분리수단(ODT) 중 두번째 광학요소인 두 개의 첫번째 반사면 (32L, 32R)은 상기 디스플레이 소자(30)의 좌우측에 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 상방으로 반사면을 갖도록 배치되며, 좌측 안구(EL)에 영상광을 전송하기 위한 좌안용 첫번째 반사면(32L)과 우측 안구(ER)에 영상광을 전송하기 위한 우안용 첫번째 반사면(32R)으로 구성된다.

상기 좌안용 첫번째 반사면(32L)은 상기 좌안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L)에서 전송받은 영상광을 후술하는 좌안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L)에 전달하는 역할을 하며 2방향 회전대칭의 오목경 형상의 반사면으로 이루어지며, 상기 우안용 첫번째 반사면(32R)은 상기 우안용 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31R)에서 전송받은 영상광을 후술하는 우안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33R)에 전달하는 역할을 하며 2방향 회전대칭의 오목경 형상의 반사면으로 이루어진다.

상기 영상광 분리수단(ODT) 중 마지막 광학요소인 상기 두 개의 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L, 33R)는 상기 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈(31L, 31R)의 좌우측에 상기 디스플레이 소자(30)의 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 하방으로 반사면을 갖도록 배치되며, 좌측 안구(EL)에 영상광을 전송하기 위한 좌안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L)와, 우측 안구(ER)에 영상광을 전송하기 위한 우안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33R)로 구성된다.

상기 좌안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L)는 상기 좌안용 첫번째 반사면(32L)에서 전달받은 영상광을 후술하는 우안용 접안렌즈(34L)에 전달하는 역할을 하며, 입사면(331L), 그리고 상기 입사면(331L)과 면을 공유하는 출사면(333L)이 각각 회전대칭의 볼록면이고, 내부 반사면(332L)은 회전대칭의 볼록경 형상의 반사 면으로 이루어지며, 상기 우안용 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33R)는 상기 우안용 첫번째 반사면(331R)에서 전달받은 영상광을 후술하는 우안용 접안렌즈(34R)에 전달하는 역할을 하며, 입사면(331R), 그리고 상기 입사면(331R)과 면을 공유하는 출사면(333R)이 각각 회전대칭의 볼록면이고, 내부 반사면(332R)은 회전대칭의 볼록경 형상의 반사면으로 이루어진다.

상기 두 개의 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L, 33R)를 통과한 영상광은 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L, 33R)와 후술하는 좌우 양안용 접안렌즈(34L, 34R) 사이의 공간에 상기 디스플레이 소자(30)에서 최초 조사된 것과 동일한 평면 결상면(SL, SR)을 가지게 되며, 이는 상기 좌우 결상면(SL, SR) 상에 디스플레이 소자를 각각 1개씩 배치하는 양판양안 방식과 동일한 광학적 효과를 유발하게 된다.

본 발명의 마지막 광학 구성요소인 상기 두 개의 접안렌즈(34L, 34R)는 상기 디스플레이 소자(30)의 중심축을 기준으로 좌우 대칭의 형상으로 각각 1 개씩 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L, 33R)와 사용자의 안구(EL, ER) 사이에 배치되며, 좌측안구(EL)에 영상광을 전송하기 위한 좌안용 접안렌즈(34L)와, 우측 안구(ER)에 영상광을 전송하기 위한 우안용 접안렌즈(34R)로 이루어진다.

상기 좌안용 접안렌즈(34L)는 입사면(341L)과 출사면(342L)이 모두 회전대칭의 비구면 볼록면으로 구성되며 상기 입사면(341L)을 통해 좌안용 접안렌즈(34L) 내부로 입사한 영상광은 상기 출사면(342L)을 통과하여 사용자의 좌측 동공(EL)에 초점을 형성하게 된다. 또한, 상기 우안용 접안렌즈(34R)는 입사면(341R)과 출사면(342R)이 모두 회전대칭의 비구면 볼록면으로 구성되며 상기 입사면(341R)을 통해 우안용 접안렌즈(34R) 내부로 입사한 영상광은 상기 출사면(342R)을 통과하여 사용자의 우측 동공(ER)에 초점을 형성하게 된다.

이때, 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈(33L, 33R)와 상기 접안렌즈(34L, 34R) 사이의 공간에는 도 4에 도시된 바와 같이 45°반사판을 추가로 배치하여 영상광의 진행경로를 90°회전시키면 상기 영상광의 상하가 뒤바뀜에도 불구하고 상기 접안렌즈가 회전대칭성 곡면으로 구성되어 있기 때문에 추가적인 상의 왜곡이나 수차 발생 없이 상기 반사판 배치 이전과 동일한 광경로 길이로도 광학시스템의 부피를 줄일 수 있게 되어 전반적으로 광학계의 콤팩트한 구성이 가능하게 된다.

상기와 같은 구성에 의하여 디스플레이 소자로부터 투사된 영상광은 첫번째 카타디옵트릭 렌즈, 첫번째 반사면, 두번째 카타디옵트릭 렌즈를 포함하는 영상광 분리수단과 접안렌즈를 통해 좌우 양안의 동공에 수렴되는 좌우 대칭의 광경로를 형성하게 된다. 특히, 상기와 같은 광학시스템에서는 하프미러와 같이 광손실을 강제하는 수단을 보유하고 있지 않아 사용자의 동공에 원화상의 밝기와 거의 동등한 수준의 매우 밝고 선명한 화상을 제공할 수 있으며 광학구성 요소들이 모두 회전대칭성 곡면을 보유하고 있어 가공이 매우 쉽고 검사가 용이하여 제품화하기 위한 시간과 비용을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 제품 원가를 낮출 수 있어 타 제품과 비교하여 충분한 가격경쟁력을 확보할 수가 있다.

또한, 전술한 바와 같이 상기와 같은 광학시스템에서는 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 접안렌즈 사이에 형성된 두 개의 결상면이 보편적인 양판양안식 HMD의 두 개의 디스플레이 소자의 발광면과 동일한 효과를 가지므로 본 발명에서 제안된 접 안렌즈 이외에도 도 5에서와 같이 종래의 양판양안식 HMD의 자유곡면 프리즘 또는 종래의 양판양안식 HMD에 적용되었던 대부분의 접안렌즈용 광학계를 본 발명에서 제안된 접안렌즈 대용으로 사용할 수가 있어 호환성을 대폭 개선할 수 있다.

상기의 설명에 의한 실시예는 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 않은 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이 광학시스템에 의하면, 디스플레이 소자를 한 개만 사용하고, 또 자유곡면 프리즘 렌즈와 같은 회전비대칭 요소를 제거하여 회전대칭의 면으로만 광학계를 구성할 수 있게 되므로 디스플레이 소자 및 관련 부품의 수를 줄여 제품원가를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 제작과 성능검사가 용이하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 단판양안식 헤드마운트 디스플레이 광학시스템에 의하면, 디스플레이 소자로부터 투사된 영상광이 영상광 분리 수단에 의해 두 개의 결상면이 각각 형성되도록 함으로써 상기 결상면들을 이용하여 종래의 양판양안식 HMD의 광학시스템을 그대로 사용할 수 있게 하여 종래의 양판양안식 제품과의 호환성을 가질 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 양안의 중심에 수평으로 위치한 하나의 디스플레이 소자와, 상기 디스플레이 소자의 수평면의 상방에 소정거리 이격되어 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 카타디옵트릭 렌즈와, 상기 디스플레이 소자의 좌우측에 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되며 위쪽 방향으로 반사면을 갖는 두 개의 첫번째 반사면과, 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈의 좌우측에 상기 디스플레이 소자의 중심축을 기준으로 좌우 대칭으로 배치되어 하방으로 반사면을 갖는 두 개의 두번째 카타디옵트릭 렌즈와, 좌우 한 쌍의 접안렌즈를 포함하여 이루어지는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이용 광학시스템에 있어서,

   상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈는 상기 디스플레이 소자로부터 발생한 영상광을 첫번째 반사면에 전달하기 위하여 입사면, 그리고 입사면과 면을 공유하는 출사면이 각각 회전대칭의 볼록면이며, 내부 반사면은 오목면으로 이루어지며,

   상기 첫번째 반사면은 상기 첫번째 카타디옵트릭 렌즈에서 반사된 영상광을 두번째 카타디옵트릭 렌즈에 전달하기 위하여 각각 2방향 회전대칭의 오목 반사면으로 이루어지며,

   상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈는 상기 첫번째 반사면에서 전달되는 영상광을 좌우 접안렌즈에 전달하기 위하여 입사면과 내부 반사면, 그리고 입사면과 면을 공유하는 출사면이 모두 각각 회전대칭의 볼록면으로 이루어지며,

   상기 접안렌즈는 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈로부터 출사되는 영상광을 안구에 포커싱하기 위하여 입사면과 출사면 모두 회전대칭의 볼록 비구면 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이용 광학시스템.
2. 제 1항에 있어, 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 상기 접안렌즈 사이에는 영상광 진행방향에 대하여 바람직하게는 45°경사를 가진 평면 반사면이 추가로 더 설치된 것을 특징으로 하는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이용 광학시스템.
3. 제 1항에 있어, 상기 두번째 카타디옵트릭 렌즈와 좌우 각 접안렌즈의 사이에는 상기 디스플레이 소자와 동일한 형태로 평면 결상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 단판양안식 헤드마운트 디스플레이의 광학시스템.

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