KR20030010443A - 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를이용한 광각 영상용안경 - Google Patents

굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를이용한 광각 영상용안경 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를 이용한 광각 영상용 안경에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아나모픽 방식으로 수평압축 저장된 영상을 일정한 비율로 확장시키는 광각 영상용 안경은, 렌즈를 부착시킬 수 있는 프레임; 및 디스플레이 장치로부터 입사되는 영상을 굴절시켜 확대시키는 제 1프리즘(6)과 확대된 영상의 불균등성과 색수차를 보정하고 굴절시켜 확대시키는 제 2프리즘(7)으로 이루어진 각각의 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 아나모픽 방식으로 압축되어 저장된 영상을 광학적 확장으로 와이드 영상을 재현할 수 있으며, 영상 스크린과의 거리에 관계없이 사용할 수 있다. 한편, 프리즘의 경사각과 배치각에 따라 확대 비율을 다양하게 할 수 있으며, 또다른 프리즘 렌즈를 수평확대된 방향을 기준축으로 하여 수직 배열함으로써 수평면 뿐 만 아니라 수직면도 동시에 확대 할 수도 있다.

Description

굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를 이용한 광각 영상용 안경{ Wide-Viewing optic lens based on wedge prisms and glasses using it }
본 발명은 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를 이용한 광각 영상용 안경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아나모픽(Anamorphic) 방식으로 압축되어 저장된 영상을 일정한 비율로 확대시킬 수 있는 렌즈 및 광각 영상용 안경에 관한 것이다.
사람은 광각 또는 대형의 영상을 볼 때 사실감과 몰입감을 느끼게 되는데, 영화 분야에서는 이를 충족시키기 위해서 아나모픽 방식을 이용하고 있다. 이 방식을 설명하자면, 도 1에 도시된 바와 같이 가로,세로 화면비율이 16:9 이상인 영상(2)을 4:3 화면비율의 영상(1)으로 수평 압축하여 필름을 제작하고 영사시에는 수평 확장력을 가진 렌즈를 이용하여 투사함으로써 광각의 영상을 재현하는 것이다.
한편, 근래에는 비디오 분야에서도 광각의 영상을 재현하려는 움직임이 일고 있다. 예컨대 아나모픽 방식을 이용하여 4:3의 비디오 매체에 화면비율이 16:9 이상의 영상을 수평으로 압축하여 제작하고 비디오 데이터로 변환(Tele-cine)하여DVD 디스크에 기록한 후 전자적 확장스캔(Horizontal stretch scan)을 이용하여 와이드 TV 나 16:9 이상의 화면비율을 가진 와이드 프로젝터를 통해 영상을 재생하고 있다. 또한 비디오 캠코더용의 아나모픽 렌즈가 상품화되어 비디오 제작에도 동일한 방법을 이용하고 있다.
상기와 같은 고가의 매체를 이용하지 않는 한 종래의 비디오 기술은 도 2에 도시된 바와 같이 16:9 이상의 화면비율 영상(3)을 상,하 마스킹 방식을 이용한 영상(4), 또는 영상의 주요 피사체를 중심으로 좌,우로 잘라내고 확대하여 4:3으로 변환시키는 팬 앤 스캔(Pan ＆ Scan)방식을 이용한 영상(5)을 재현하고 있다. 그러나 이러한 방식은 도면에서 볼 수 있는 것처럼 마스킹된 부분(4-1)만큼 해상도(Resolution)가 저하된 작은 크기의 영상을 보게 되거나 좌,우 영상 구성 요소의 상실 부분(5-1)만큼 영상을 볼 수 없는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아나모픽 방식으로 압축되어 저장된 영상을 일정한 비율로 확대시킴으로써 광각의 영상을 재현시킬 수 있는 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를 이용한 광각 영상용 안경을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 아나모픽 방식으로 압축저장된 영상을 일정한 비율로 확대시키는 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈(20)는, 디스플레이 장치로부터 입사되는 영상을 굴절시켜 확대시키는 제 1프리즘(6); 및 확대된 영상의 불균등성과 색수차를 보정하고 굴절시켜 확대시키는 제 2프리즘(7)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 아나모픽 방식으로 수평압축저장된 영상을 일정한 비율로 수평확대시키는 광각 영상용 안경은, 렌즈를 부착시킬 수 있는 프레임(40); 및 상기의 영상 확대용 광학 렌즈(20)로 이루어진 각각의 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)를 포함한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 프레임(40)은, 한 쌍의 벨크로 테이프(51)를 구비하고 사용자 머리 둘레를 휘감을 수 있는 헤드 밴드(50); 상기 헤드 밴드 선단에 힌지(42) 결합되며 광선을 차단할 수 있는 후드(60); 및 상기 후드 하면에 고리(61) 결합되며 상기 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)를 각각 착탈할 수 있는 렌즈 마운트(70)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 1은 16:9 이상의 화면비율 영상을 4:3 화면비율 영상으로 수평압축 저장한 후 아나모픽 방식으로 재생하는 일예,
도 2는 16:9 이상의 화면비율 영상을 마스킹 방식 또는 팬 앤 스캔 방식으로 재생하는 일예,
도 3a는 본 발명의 기초가 되는 사각형 굴절 프리즘의 입체도,
도 3b는 본 발명의 기초가 되는 브이(V)형으로 배치된 두 개의 굴절 프리즘 평면도,
도 3c는 본 발명에 따라 두 개의 굴절 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 3d는 본 발명에 따른 광각 영상용 안경 외관도,
도 3e는 플레넬 단면 프리즘 및 불투명 투과를 설명하는 개략도,
도 3f는 플레넬 양면 프리즘 개략도,
도 4a는 굴절 프리즘 통과시 발생된 영상의 불균등성 및 색수차를 설명하기 위한 개념도,
도 4b는 굴절 프리즘 통과시 발생된 영상의 불균등성 및 색수차의 보정을 설명하기 위한 개념도,
도 5a는 본 발명에 따라 두 쌍의 굴절 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 5b는 본 발명에 따라 굴절 프리즘과 프레넬 단면 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 5c는 본 발명에 따라 굴절 프리즘과 프레넬 양면 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 5d는 본 발명에 따라 프레넬 양면 프리즘과 굴절 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 5e는 본 발명에 따라 두 개의 프레넬 양면 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예,
도 6a는 본 발명에 따른 좌측 렌즈와 우측 렌즈 구성예,
도 6b는 도 6a의 렌즈를 통해 보여지는 영상예,
도 7a는 본 발명에 따른 후드가 적용된 광각 영상용 안경 외관도,
도 7b는 도 7a의 측면도,
도 8은 본 발명에 따른 렌즈를 포함한 원형의 렌즈 마운트 일 실시예이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6,8 : 제 1 프리즘7,9 : 제 2 프리즘
10,25 : 프레넬 단면 프리즘13,29,33,37 : 프레넬 양면 프리즘
20 : 영상 확대용 광학 렌즈21 : 제 3 프리즘
22 : 제 4 프리즘40 : 프레임
41 : 좌측 렌즈42 : 우측 렌즈
50 : 헤드 밴드60 : 후드
70 : 렌즈 마운트
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 기초가 되는 사각형 굴절 프리즘의 입체도로서, 두 개의 광학적 활동면이 a 크기의 경사각으로 배치되어 수렴(Convergence)되는 형태를 보여준다. 영상이 화살표 방향에서 하나의 활동면으로 입사되어 다른 활동면으로 나오게 되는데 이때 b 크기의 굴절각으로 굴절시킨다. 이때 상기 경사각 a 가 커질수록 굴절각 b 가 비례하여 커지고 그에 따라 굴절률도 커진다. 이와 같은 프리즘의원리는 널리 알려진 기술이므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 3b는 본 발명에 따라 브이형으로 배치된 두 개의 굴절 프리즘의 평면도로서, 길이가 c 인 영상이 첫번째 굴절 프리즘(6)에 입사되어 굴절되고 이어 두번째 굴절 프리즘(7)에 입사되어 굴절된 후에는 길이가 d로 늘어난다. 이때 광학적 활성면이 수렴되어 이루는 경사각 a1 또는 a2 가 커질수록 굴절률도 커지게 되고 확장된 길이 d도 비례하여 늘어난다.
도 3c는 본 발명에 따라 두 개의 굴절 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예로서, 제 1활성면(6-1)과 제 2활성면(6-2)를 포함하고 있는 제 1프리즘(6)과 제 1활성면(7-1)과 제 2활성면(7-2)를 포함하고 있는 제 2프리즘(7)으로 구성된다. 이때 상기 제 1프리즘(6)의 제 2활동면(6-2)과 제 2프리즘(7)의 제 1활동면(7-1)이 배치각에 따라 브이(V) 형태로 배치됨과 동시에 상기 제 1프리즘(6)의 2 개 활동면(6-1,6-2)과 제 2프리즘(7)의 2 개 활동면(7-1,7-2)이 서로 정반대의 방향으로 수렴되도록 배치된다.
상기와 같은 광학 렌즈(20)를 통해 입사광이 처리되어 확대되는 과정을 살펴보면, 상기 제 1프리즘(6)의 제 1활성면(6-1)에서 입사되는 광 각도에 따라 입사광을 굴절시키게 되고, 이어 제 2활성면(6-2)에서 출사되는 광 각도에 따라 굴절시켜서 확대하게 된다. 연속하여 상기 제 2프리즘(7)의 제 1활성면(7-1)에서 굴절되어 입사되는 광 각도에 따라 굴절시키게 되고, 제 2활성면(7-2)에서 출사되는 광 각도에 따라 최종적으로 굴절시킴으로써 확대하게 된다. 그런데, 상기 제 1프리즘(6)에서 확대된 영상은 불균등하고 색수차(Chromatic Aberration)를 가지게 되는데, 제2프리즘(7)에서 이러한 영상의 불균등성과 색수차를 보정하여 확대시키게 된다.
도 3d는 본 발명에 따른 광각용 안경 외관도로서, 프레임(40)과 여기에 부착되는 상기 영상 확대용 광학 렌즈(20)를 이용한 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)로 구성된다.
도 3e는 플레넬 단면 프리즘 및 불투명 투과를 설명하는 개략도로서, 투명한 베이스 플레이트(11)와 빛의 입사방향을 기준으로 플레이트 후면 위에 형성된 특성이 동일한 복수개의 프리즘(12)을 포함한다. 즉, 복수의 프리즘이 연속적으로 연결된 플레넬(Fresnel) 단면 프리즘(10)으로써 이것을 이용하면 렌즈의 부피 및 무게를 줄일 수 있다. 그런데, 입사되는 빛 s1과 s3 는 정상적으로 투과되어 굴절되는데 반해 프리즘의 바닥면으로 입사되는 빛(s2)은 불투명하게 투과가 되어 그림자 현상(Shade band)을 발생시킨다.
도 3f는 플레넬 양면 프리즘 개략도로서, 투명한 베이스 플레이트(14)와 플레이트 전면 위에 형성된 특성이 동일한 복수개의 프리즘(15), 및 플레이트 후면 위에 형성된 특성이 동일한 복수개의 프리즘(16)을 포함한다. 이러한 플레이트 양면 프리즘(13)은 도 3d에서 언급된 불투명하게 투과되는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 후면 위에 형성된 프리즘(16)의 바닥면에서 발생된 그림자 현상을 상쇄할 수 있는 프리즘(15)을 전면 위에 형성함으로써 보정할 수 있다.
도 4a는 굴절 프리즘 통과시 발생된 영상의 불균등성 및 색수차를 설명하기 위한 개념도로서, f1에서 f2 방향에 비례하여 그 확대된 영상의 균일성이 없어지게되어 전체 확대값이 불균등하게 되고, 화살표 방향에 비례하여 색수차가 크게 발생한다.
도 4b는 도 4a를 참조하여 설명한 불균등성 및 색수차를 보정키 위한 개념도로서, 빛이 입사되는 제 1 프리즘(6)과 제 2 프리즘(7)의 광학적 활동면을 서로 정반대의 방향으로 수렴된 형태로 배치하여 제 1 프리즘을 통해 확대되면서 발생한 불균등한 현상을 제 2 프리즘에서 상쇄하여 보정하게 된다. 또한, 상기 한 쌍의 프리즘(6,7)의 경사각(a1,a2)이 동일하다면 색수차를 최소화할 수 있다. 한편, 상기 경사각(a1,a2), 또는 두 개의 굴절 프리즘의 배치각(e)이 커질수록 영상도 비례하여 확대된다. 그리고, 경사각 a1 과 a2 가 다름으로 인해 발생된 색수차는 배치각 e 를 조절함으로써 최소화할 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따라 두 쌍의 굴절 프리즘으로 이루어진 렌즈 구성예로서, 도 3c의 구성에 입사광의 방향에 연속하여 제 3프리즘(21)과 제 4프리즘(22)을 추가로 배치한 형태다. 상기 제 3프리즘(21)과 제 4프리즘(22)은 제 1프리즘(6)과 제 2프리즘(7)의 구성을 통해 수평확대되는 방향을 기준축으로 하여 일정각도를 회전하여 배치함으로써 영상을 수직확대시킬 수 있다. 그런데 회전각도는 수평면과 직각을 이루는 수직면을 확대시켜야 하므로 대략 90도 정도가 적합하다. 결국 제 1프리즘(6)과 제 2프리즘(7)의 구성에서 수평확대되고, 제 3프리즘(21)과 제 4프리즘(22)의 구성에서 수직확대되어 이중면을 동시에 확대할 수 있다.
도 5b~5e는 본 발명에 따라 굴절 프리즘, 플레넬 단면 프리즘, 및 플레넬 양면 프리즘이 다양하게 조합된 렌즈 구성예를 보여준다. 즉, 도 5b는 입사광 방향을 기준으로 제 1프리즘(6)과 플레넬 단면 프리즘(25)으로 이루어진 렌즈 구성예를 보여주고, 도 5c는 제 1프리즘(6)과 프레넬 양면 프리즘(29)으로 이루어진 렌즈 구성예를 보여준다. 그리고, 도 5d는 프레넬 양면 프리즘(33)과 제 2프리즘(7)으로 이루어진 렌즈 구성예를 보여주고, 도 5e는 제 1프레넬 양면 프리즘(33)과 제 2프레넬 양면 프리즘(37)으로 이루어진 렌즈 구성예를 보여준다.
도 6a는 본 발명에 따른 좌측 렌즈와 우측 렌즈의 구성예로서, 좌측 렌즈(41-1)의 제 1 프리즘(6)과 우측 렌즈(42-1)의 제 1 프리즘(8)이 빛의 입사방향을 기준으로 h 의 각도차를 가지고 구성된 형태를 보여준다. 이는 안경 착용자가 영상을 제공하는 모니터나 스크린 등에 근접했을 경우에도 광각의 사야각을 확보할 수 있게 해준다.
도 6b는 상기와 같은 현상을 설명하기 위해 좌측 렌즈와 우측 렌즈 그리고 이들 렌즈를 통해 착용자 뇌에서 합성된 영상예를 보여준다. 즉, 좌측 렌즈(41-1)를 통해 보이는 영상(43), 우측 렌즈(42-1)를 통해서 보이는 영상(44), 및 이들 영상을 합성했을 경우의 영상(45)을 볼 수 있다.
도 7a는 본 발명에 따른 후드가 적용된 광각 영상용 안경 외관도이고 도 7b는 도 7a의 측면도로서, 헤드 밴드(50), 헤드 밴드 선단에 힌지 결합된 후드(60), 후드 하면에 결합된 렌즈 마운트(70), 및 결합 수단인 힌지(52:Hinge)와 고리(61)를 포함한다.
상기 헤드 밴드(50)는 한 쌍의 벨크로 테이프(51)를 구비하여 양 끝단을 접착시켜 고정시킬 수 있으며, 가죽이나 탄력성이 있는 재질이 적합하다. 상기 후드(60)는 광선을 차단할 수 있으며 상하로 이동할 수 있어서 높낮이를 조절할 수 있다. 상기 렌즈 마운트(70)는 한 쌍의 좌 우 렌즈를 착탈할 수 있는데, 착용자의 머리 기울기에 연동하여 수평을 유지시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 렌즈를 포함한 원형의 렌즈 마운트 일 실시예로서, 렌즈 마운트(70)와 무게 추(46,47)를 부착한 좌,우 원형 렌즈(41,42)를 포함한다. 상기 좌,우 원형 렌즈(41,42)는 원형 렌즈 마운트(70)의 원형 홀더에 부착할 수 있는데, 유동이 자유로워서 상기 무게 추(46,47)에 의해 항상 수평을 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면 광각 영상용 안경은 아나모픽 방식으로 압축되어 저장된 영상을 광학적 확장으로 와이드 영상을 재현할 수 있으며, 영상 스크린과의 거리에 관계없이 사용할 수 있다. 한편, 프리즘의 경사각과 배치각에 따라 확대 비율을 다양하게 할 수 있으며, 또다른 프리즘 렌즈를 수평확대된 방향을 기준축으로 수직 배열함으로써 수평면 뿐 만 아니라 수직면도 동시에 확대 할 수도 있다.

Claims (10)

  1. 아나모픽(Anamorphic)방식으로 압축저장된 영상을 일정한 비율로 확대시키는 광학 렌즈에 있어서,
    디스플레이 장치로부터 입사되는 영상을 굴절시켜 확대시키는 제 1프리즘(6); 및
    확대된 영상의 불균등성과 색수차를 보정하고 굴절시켜 확대시키는 제 2프리즘(7)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈(20).
  2. 아나모픽(Anamorphic)방식으로 수평압축 저장된 영상을 일정한 비율로 수평확대시키는 광각 영상용 안경에 있어서,
    렌즈를 부착시킬 수 있는 프레임(40); 및
    제 1항의 영상 확대용 광학 렌즈(20)로 이루어진 각각의 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)를 포함한 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 프레임(40)은,
    한 쌍의 벨크로 테이프(51)를 구비하고 사용자 머리 둘레를 휘감을 수 있는 헤드 밴드(50);
    상기 헤드 밴드 선단에 힌지(42:Hinge) 결합되며 광선을 차단할 수 있는 후드(60); 및
    상기 후드 하면에 고리(61) 결합되며 상기 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)를 각각 착탈할 수 있는 렌즈 마운트(70)를 포함한 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 광각 영상용 안경은,
    상기 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)가 각각 무게 추(46,47)를 각각 부착한 원형 형태로 이루어지되,
    상기 렌즈 마운트(70)에 좌측 렌즈와 우측 렌즈를 각각 착탈할 수 있는 원형 홀더를 구비한 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  5. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 좌측 렌즈(41)와 우측 렌즈(42)는,
    상기 제 2프리즘을 거쳐 수평확대되어 입사되는 영상을 굴절시켜 수직확대시키는 제 3프리즘(21); 및
    수직확대된 영상의 불균등성과 색수차를 보정하고 굴절시켜 수직확대시키는 제 4프리즘(22)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  6. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2프리즘(7)은,
    특성이 동일한 복수개의 프리즘(24)이 투명한 베이스 플레이트(23) 후면 위에 평행하게 배열되고 형성되어 이루어진 플레넬 단면 프리즘(25)인 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2프리즘(7)은,
    특성이 동일한 복수개의 프리즘(27)이 투명한 베이스 플레이트(26) 전면 위에 평행하게 배열되어 형성되며, 아울러 특성이 동일한 복수개의 프리즘(28)이 후면 위에 평행하게 배열되고 형성되어 이루어진 프레넬 양면 프리즘(29)인 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  8. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1프리즘(6)은,
    특성이 동일한 복수개의 프리즘(31)이 투명한 베이스 플레이트(30) 전면 위에 평행하게 배열되어 형성되며, 아울러 특성이 동일한 복수개의 프리즘(32)이 후면 위에 평행하게 배열되고 형성되어 이루어진 프레넬 양면 프리즘(33)인 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2프리즘(7)은,
    특성이 동일한 복수개의 프리즘(35)이 투명한 베이스 플레이트(34) 전면 위에 평행하게 배열되어 형성되며, 아울러 특성이 동일한 복수개의 프리즘(36)이 후면 위에 평행하게 배열되고 형성되어 이루어진 프레넬 양면 프리즘(37)인 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
  10. 제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광각 영상용 안경은,
    디스플레이 장치 근접시에도 광각의 시야각을 확보할 수 있는 좌측 렌즈(41-1)와 우측 렌즈(42-1)를 구비한 것을 특징으로 하는 광각 영상용 안경.
KR1020010060885A 2001-07-23 2001-09-29 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를이용한 광각 영상용안경 KR20030010443A (ko)

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KR1020010060885A KR20030010443A (ko) 2001-07-23 2001-09-29 굴절 프리즘을 이용한 영상 확대용 광학 렌즈 및 이를이용한 광각 영상용안경

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