KR20100039375A - 입체 텔레비전 시스템 및 입체 텔레비전 수상기 및 입체 영상 감상용 안경 - Google Patents

Abstract

입체시(立體視)의 상태가 최선인 입체 영상을 재현할 수 있는 입체 텔레비전 방송 및 수상기의 실현을 도모한다. 입체 텔레비전 방송에 있어서, 수상기의 디스플레이의 기준 치수를 결정하고, 기준 치수의 디스플레이 위에 좌우용의 화상을 동일 위치에 중첩하여 표시하고, 또한, 무한원(無限遠) 피사체상의 동일 대응점이 인간의 눈폭과 동일 간격으로 재현 표시되도록 송신한다.

Description

입체 텔레비전 시스템 및 입체 텔레비전 수상기 및 입체 영상 감상용 안경{THREE-DIMENSIONAL TELEVISION SYSTEM, THREE-DIMENSIONAL TELEVISION RECEIVER AND THREE-DIMENSIONAL IMAGE WATCHING GLASSES}

본 발명은 스테레오 비디오 카메라에 의해 촬영한 입체 영상을 녹화 재생 표시하기 위한 입체 텔레비전 시스템 및 입체 텔레비전 수상기 및 입체 영상 감상용 안경에 관한 것이고, 특히 입체 텔레비전 방송을 실현하기 위해 제안된 것이다.

종래, 좌우 떨어진 2점에서 촬영한 2장의 사진을 좌우 각각의 눈으로 보는 스테레오 사진은 예전부터 존재했다. 그리고 전자 촬상 디바이스, 전자 디스플레이, 디지털 신호 처리 등의 기술은 근년 갑자기 발달되어, 전자적 입체 영상의 촬영, 녹화, 전송, 표시가 용이하게 되고, 입체 텔레비전 방송의 실시도 현실감을 띄게 되었다.

또한, 전자 디스플레이에 의한 입체 표시에는 다양한 방식이 제안되어있지만, 그 중에서도 입체 텔레비전 방송을 실시하기 위해서는 2안 입체시(立體視)(좌우용의 한 쌍의 영상을, 좌우 서로 직교하는 직선 편광, 또는 회전 방향이 서로 반대인 원 편광에 의해 중첩하여 표시하고, 좌우 서로 직교하는 직선 편광 또는 서로 반대 방향으로 회전하는 원 편광 안경을 사용하여 좌우의 화상을 분리하여 보는 방식)가 가장 현실적이다.

그러나, 2안 입체시에 있어서 입체시의 상태(좌우의 화상의 융합 상태)를 최적으로 조절하는 것이 어렵다는 것은 특허문헌 1의 단락 [0009]에도 기술되어 있다. 또한, 이 특허문헌 1의 단락 [0067] 및 [OO68]에는 다음과 같은 기술이 있다.

[0067] 단락에서 ‥‥ 같은 화상을 작은 화면(15A)으로 보는 경우와 큰 화면(15C)으로 보는 경우는 프로젝팅량(projecting amount), 깊이량(depth amount)이 다르다.

[0068] 단락에서, 따라서, 최종적으로 이용되는 입체 디스플레이 장치를 상정하여, 그 디스플레이 장치의 한계 프로젝팅량, 한계 깊이량을 넘지 않고, 촬영시의 표시부(9)에서 확인할 수 있도록 지표를 제공한다. 이것은 실태로 형성해도 좋고, 입체 화상으로 형성해도 좋다. 상정되는 입체 디스플레이 장치는, 전형적인 입체 디스플레이 장치의 데이터를 이용해도 좋고, 사용자가 선택 혹은 설정해도 좋다.

[특허문헌 1] 일본국 특개 20O3-264851호 공보

입체 영상을 재현하는 경우, 촬영에 특허문헌 1의 입체 카메라를 사용한다고 하면, 원경, 및 근경의 양쪽 모두에 조정 한계점을 설정해야 하지만(특허문헌 1의 단락 [0070]∼[0072] 참조), 어떠한 원리로, 어떠한 기준을 가지고, 원근 각각의 한계점을 설정하는지는 기재되지 않았다. 따라서, 촬영에는 촬영자 개개의 감에 의지할 필요가 있어, 상당한 숙련을 필요로 한다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 상기 「‥‥상정되는 입체 디스플레이 장치는, 전형적인 입체 디스플레이 장치의 데이터를 이용해도 좋고‥‥」로부터 미루어보면, 촬영된 입체 영상 데이터는, 감상시에는 특정의 디스플레이에만 유효하게 작용하는 것이라는 것을 엿볼 수 있다. 이러한 입체 카메라를 범용적으로 사용하는 것은 불가능하다.

또한, 실제로 전시회 등에서 실연되고 있는 「입체 텔레비전」의 대부분은, 먼 산 등의 무한원(無限遠) 피사체상이 디스플레이의 표시면에서 불과 1 미터 정도 이내의 깊이감밖에 들어가 보이지 않는 경우가 많다. 즉, 이들 입체 텔레비전은, 본래, 무한원으로 보여야할 물체가 대략 1 미터 정도(경우에 따라서는 수십 센티) 이내의 거리에 보이고, 그 외, 모든 물체는 그 앞에 보이게 된다. 그 결과, 감상자는 미니어처 세트를 보고 있는 것과 같게 느끼게 된다.

도 8(A)에 도시된 바와 같이, 인간의 눈폭 치수를 Bs라고 하고, 무한원의 피사체의 좌우상의 간격을, 도시한 bs = Bs/2의 간격으로 표시하는 입체 텔레비전을 2 미터의 위치에서 보았다고 하면, 입체시에서 무한원의 입체상(立體像)은 감상 거리를 D_A, 입체 시야 상의 거리감을 D_T라고 하면, D_T = D_A/(1-bs/Bs)의 관계가 되고, D_T = 2000/(1-32.5/65) = 4000 mm, 즉, 4 미터의 거리에 보인다.

도 8(B)는 8(A)에 도시한 입체 텔레비전을 1 미터의 감상 거리에서 본 상태를 나타낸 것으로, 도 8(B)에 의한 무한원의 입체상의 거리감은 D_T = 1000/(1-32.5/65) = 2000 mm, 즉, 2 미터의 거리에 보인다. 이와 같이 무한원의 피사체상의 표시 간격을 인간의 눈폭 간격보다 좁게 설정한 입체 영상을 감상한 경우, 상기에 기재한 현상이 발생하는 것은 필연적이다.

따라서, 현실에 가까운, 자연스러운 깊이감을 얻을 수 있고, 또한, 감상 거리가 변화해도 무한원 또는 표시 화면 내에서의 최원(最遠)의 거리감이 자연스럽게 보일 필요가 있고, 또한, 미니어처 세트를 보고 있는 것과 같은 감각의 회피를 도모할 필요가 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하여, 입체 텔레비전 방송의 실현을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 제안하는 것으로, 좌우 떨어진 2점에서 촬영한 좌우 2장의 영상을 좌우 각각의 눈용으로 분리하여 보는 2안 입체시 방식의 입체 텔레비전 방송에 있어서, 수상기의 디스플레이 폭 치수를 일정한 기준 치수로 결정하고, 좌우용 각각의 화면폭 중심을 하나의 디스플레이 위의 좌우 방향의 동일 위치에 중첩하여 표시하고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 재현하도록 구성한 입체 텔레비전 송신 시스템을 제공한다.

이 구성에 따르면, 입체 텔레비전 방송을 구현화하기 위해서는, 송신된 신호를 수상기측에서 충실히 재현할 필요가 있고, 입체 텔레비전 방송에서 좌우의 화면의 크기 및 간격은 특히 중요한 문제가 된다. 청구항 1의 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 제안한 것으로, 수상기의 디스플레이의 기준 치수를 결정하여, 좌우용 화상을 수상기의 디스플레이의 동일 위치에 중첩하여 표시한 경우에, 무한원의 피사체의 좌우상의 동일 대응점의 간격이 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시될 수 있도록 송수신 시스템을 결정한다.

청구항 2의 발명은, 좌우용의 화상을 좌우 각각의 눈용으로 분리하여 보는 2안 입체시 방식의 입체 텔레비전으로서, 기준 치수의 디스플레이의 동일 위치에 좌우용의 화상을 중첩하여 표시하고, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기를 제공한다.

이 구성에 따르면, 기준 치수의 디스플레이를 구비한 입체 텔레비전의 디스플레이 위에 좌우용의 화상의 중심을 일치시켜 중첩하여 표시하고, 무한원 거리에 위치하는 피사체의 좌우상의 동일 대응점의 간격을 인간의 눈폭 치수와 동일 간격으로 표시함으로써, 최적의 입체감 상태를 재현한다.

청구항 3의 발명은 기준 치수의 디스플레이보다 좁은 폭의 디스플레이를 이용하여, 왼쪽용 표시 화면의 우단부, 및 오른쪽용의 표시 화면의 좌단부의 각각에 검은색의 무표시 부분을 형성하여, 좌우용 각각의 표시 화면폭 중심들을 디스플레이 위에서 서로 떨어진 방향에서 변위 표시함으로써, 좌우의 시야를 디스플레이 표면에서 먼 위치에서 합치시키고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기를 제공한다.

이 구성에 따르면, 기준 치수보다 좁은 폭의 디스플레이를 이용한 입체 텔레비전에 적용되는 것으로, 좌우용의 표시 화면의 일부(단부)를 차폐(검은색 표시)하여, 좌우용의 표시 화면의 중심간 거리를 이격시켜 표시하고, 좌우의 시야를 디스플레이의 위치를 넘는 뒤쪽에서 합치시키고, 동시에 무한원 피사체의 좌우상의 동일 대응점의 간격을 인간의 눈폭 간격과 동일하게 표시함으로써, 작은 화면 사이즈의 텔레비전을 보고 있음에도 불구하고, 기준 치수의 디스플레이에 의한 입체 텔레비전을 추천 감상 거리에서 보고 있는 상태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

청구항 4의 발명은, 기준 치수의 디스플레이보다 넓은 폭의 디스플레이를 이용하여, 왼쪽용 표시 화면의 좌단부 및 오른쪽용 표시 화면의 우단부의 각각에 검은색의 무표시 부분을 제공하여, 좌우용 각각의 표시 화면폭 중심들을 디스플레이 위에서 서로 가까워지는 방향이며, 또한 서로 반대 위치가 되는 방향에서 변위 표시함으로써, 좌우의 시야를 디스플레이의 표면 근처에서 합치시키고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기를 제공한다.

이 구성에 따르면, 기준 치수보다 넓은 폭의 디스플레이를 이용한 입체 텔레비전에 적용되는 것으로, 좌우용 각각의 화면의 일부(단부)를 대칭적으로 차폐(검은색 표시)함으로써, 좌우용 각각의 표시 화면폭 중심들을 서로 가까워지는 방향이며, 또한 서로 반대의 위치가 되도록 이동(왼쪽용의 화면 중심은 오른쪽 방향으로, 오른쪽용 화면 중심은 왼쪽 방향으로 이동)하여 표시하고, 좌우의 시야를 디스플레이의 앞쪽에서 합치시키고, 동시에 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우 간격을 인간의 눈폭 치수와 동일한 간격으로 표시함으로써 기준 사이즈의 디스플레이에 의한 입체 텔레비전을 추천 감상 거리에서 보고 있는 상태와 동등한 작용을 얻는다. 이것은, 기준 치수의 입체 텔레비전을 보는 경우의 추천 감상 거리보다 먼 거리에서 감상하는 것으로, 텔레비전과 감상자 사이의 공간을 넓게 설정할 수 있다는 것이 특징이다. 따라서, 많은 사람이 동시에 감상하는 경우에 사용하면 효과적이다.

청구항 5의 발명은, 상기 청구항 2, 청구항 3, 및 청구항 4에 있어서, LCD를 사용하는 입체 텔레비전의 디스플레이 위에 시분할(時分割) 표시되는 방식의 입체 텔레비전의 좌우용의 영상을 분리하여 보기 위한 안경이며, 안경의 좌우에 편광판을 부착하고, 그 좌우 각각의 편광판의 전방에 액정판을 형성하고, 수상기로부터 발신되는 적외선 신호에 동기하여 좌우 각각의 액정판을 번갈아 구동하여 좌우의 시야를 분리하여 입체시하는 것이며, 또한, 안경에 경사각 센서를 부착하여, 감상시에 수평에 대한 기울기 각도를 검출하여 시야 닫힘 시에 액정의 인가 전압을 안경의 기울기에 따라 제어함으로써, 시야 닫힘 시의 차광 상태가 항상 최대가 되도록 보정하는 입체 영상 감상용 안경을 제공한다.

이 구성에 따르면, 특히 LCD 패널 위에 시분할 표시하는 방식의 입체 영상의 좌우용의 화상을 분리하기 위한 시야 분리용의 안경으로서, 안경의 앞면에 설치한 액정판에 좌우 번갈아 전압을 인가하는 것에 의해 안경의 좌우의 액정판을 통과하는 광선의 편광 방향을 시계열(時系列)로 서로 직교하도록 배향하고, 그 서로 직교하는 편광을 안경의 액정판의 후방에 배치하는 편광판에 의해 검광하는 것이며, 감상자가 안경(헤드 부분)을 기울인 경우에도, 안경에 설치한 경사각 센서에 의해 기울기각을 검출하고, 액정판에 인가하는 전압을 제어하여 크로스토크의 방지를 도모한다.

입체 텔레비전에서 무한원 피사체의 좌우의 상의 동일 대응점의 간격을 인간의 눈폭 치수와 동일하게 표시하면, 무한원상(無限遠像)이 근거리의 위치에 보이는 일이 없고, 감상 거리가 변화하여도 무한원상의 거리감이 무너지는 일은 없다.

또한, 입체 텔레비전 방송에서, 디스플레이의 기준 치수를 결정하여, 기준 치수의 디스플레이에서 좌우의 화면 표시 위치가 일치하도록 송신하면, 수신측에서 디스플레이 사이즈에 상관없이, 무한원 피사체의 좌우의 상의 동일 대응점들의 간격을 인간의 눈폭 치수와 동일하게 표시(무한원 기준 표시)하는 것도 용이하고, 입체 텔레비전의 표시 소자로서 대소 다양한 폭치수의 디스플레이가 혼재되어 사용되는 경우에도 혼란을 일으키는 일이 없다. 또한, 무한원 피사체의 좌우의 상의 간격을 눈폭과 동일하게 표시하는 입체 영상은, 최적의 감상 거리(추천 감상 거리)는 존재하지만, 실제로는 감상 거리를 바꾸어도 그다지 위화감이 없다.

최근, 2안 입체시에 있어서 좌우의 시야를 분리하기 위한 편광 안경에는, 크로스토크를 방지하기 위해, 원 편광 필터를 이용하는 경우가 많다. 이 원 편광판의 문제점은 가격이 비싸다는 것이다. 또한, 1/4 파장판을 사용하기 때문에, 투과하는 파장에 편향을 일으키는 것이다. 또한, 최근, LCD 방식의 텔레비전이 대화면화 및 고정세화되고 있다. LCD 패널로부터 사출되는 광선은 편광(직선 편광)이므로, 그 편광을 이용하면 좌우의 시야의 분리는 비교적 용이하다. 그러나, 직선 편광은 디스플레이에 대하여 안경을 기울인 경우에는 크로스토크가 발생할 우려가 있다. 이 문제는, 안경에 경사각 센서를 부착하여, 편광 안경의 앞면에 배치한 액정판에 인가하는 전압을 제어하면 용이하게 해결할 수 있다.

도 1은 인간이 실제의 광경 등을 양눈으로 보고 있는 상태의 설명도이다.
도 2는 한 장의 디스플레이 위에 동일 위치에 좌우용의 화상을 중첩하여 표시하는 입체 텔레비전의 설명도이다.
도 3은 사람이 물체의 크기를 판단하는 상태도이다.
도 4는 기준 치수보다 작은 사이즈의 디스플레이를 사용하여도, 기준 치수의 크기의 화면으로 보이는 입체 텔레비전의 설명도이다.
도 5는 기준 치수보다 작은 사이즈의 디스플레이를 사용하는 경우의 화면 보정의 상태도이다.
도 6은 기준 치수보다 큰 사이즈의 디스플레이를 사용한 입체 텔레비전의 설명도이다.
도 7은 입체 영상을 촬영하는 스테레오 카메라의 설명도이다.
도 8(A), 도 8(B)는 종래의 입체 텔레비전의 입체시(立體視)의 상태 설명도이다.

본 발명은 입체 텔레비전 송신 시스템에 있어서, 현실에 가까운, 자연스러운 깊이감을 얻을 수 있고, 또한, 감상 거리가 변화해도 무한원(無限遠) 또는 표시 화면 내의 최원의 거리감이 자연스럽게 보이도록 한다는 목적을 달성하기 위해, 좌우 떨어진 2점에서 촬영한 좌우 2장의 영상을 좌우 각각의 눈용으로 분리하여 보는 2안 입체시 방식의 입체 텔레비전에 방송에 있어서, 수상기의 디스플레이폭 치수를 일정한 기준 치수로 결정하고, 좌우용 각각의 화면폭 중심을 하나의 디스플레이 위의 좌우 방향의 동일 위치에 중첩하여 표시하고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 재현하도록 구성한 입체 텔레비전 송신 시스템을 제공함으로써 실현하였다.

본 발명의 기본적 원리를 도 1에 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무한원에 위치하는 물체(O_∞)의 동일점으로부터 발사하여, 인간의 좌우의 눈(E_L) 및 눈(E_R)에 입사하는 광선은 서로 평행이 된다. 그리고 근거리에 위치하는 물체의 동일점으로부터 발사한 광선이 좌우의 눈에 입사하는 경우, 서로 이격된다(근거리의 물체 및 그 물체로부터 발하는 광선의 도시는 생략). 도 1에서 인간의 눈폭을 Bs = 65 mm로 하고, 무한원의 물체 거리를 1000 미터(실제로는 유한 거리이지만, 사진 촬영에서는 수 10 미터라도 무한원이라고 표시하는 경우가 있음)로 하면, 물체의 동일점으로부터의 광선은 서로 65 mm 떨어진 간격을 가지고 좌우의 눈에 입사한다. 시점 위치에서 Bs = 65 mm의 간격의 광선은, 예를 들면, 물체 방향으로 10 미터 가까워진 위치에서도, Bs = 65mm, 65×(1000-10)/1000 = 64.35mm의 간격이며, 인간의 눈폭 간격과 그다지 다르지 않다. 즉, 인간은 무한원의 물체를 항상 병행으로 보고 있는 것이 된다. 그렇다면, 입체 텔레비전에서도 무한원 피사체의 좌우상의 표시 간격을 인간의 눈폭 치수와 동일한 간격으로 표시해야 한다.

인간의 눈폭 간격의 표준 치수는, 63.5 mm라고 알려져 있다. 그러나, 이것은 영국 사이즈의 2.5 인치를 매트릭스 사이즈로 환산(2.5×5.4 = 63.5 mm)한 것으로, 실제로는, 65∼66 mm가 표준이라고 생각되지만, ±10 퍼센트의 개차가 있다고 생각되므로, 65±65×0.1≒(58∼72), 58∼72로 한다. 참고로, 시판 쌍안경의 접안부의 눈폭 조절은 60∼70 mm로 설정되어 있다.

도 2는 입체시 상태를 나타낸 것이다. 동 도면에서, 입체 영상의 좌우용의 화면 중심을 디스플레이(D_O) 위에서 일치시켜 표시한다. 이 상태에서 가장 근거리의 피사체의 좌우상(C_L 및 C_R)이 동일 위치에 중첩되도록 표시하고(일본국 특개 2006-303832호 및 일본국 특개 2006-254074호 참조), 동시에 무한원 피사체의 좌우의 상(I_L 및 I_R)의 간격을 인간의 눈폭(Bs)과 동일하게 표시하는 경우, 적절한 감상 거리를 검토하면, 인간이 실제의 물체를 입체시하는 경우에, 원거리의 물체와 근거리의 물체를 동시에 융합시(融合視)할 수 있는 범위는, 원거리를 무한원으로 하면, 근거리는 눈폭의 30배∼50배가 적당하다고 알려져 있다.

눈폭을 Bs = 65 mm 로 하면,

30배의 경우는, Bs×30 = 65×30 = 1950 mm, 약 2 미터

50배의 경우는, Bs×50 = 65×50 = 3250 mm, 약 3.5 미터

입체시에서 3.5 미터의 시(視)거리는 좌우 시야의 융합이 매우 용이한 거리이고, 2 미터는 대략 한계값이다. 따라서, 무한원상의 좌우의 간격을 눈폭 간격과 동일한 Bs의 간격으로 표시한 경우, 디스플레이 위에서 동일 위치(좌우 방향의)에 표시(좌우의 시야를 합치)해야 하는 근거리의 피사체 거리, 즉, 디스플레이를 보기 위한 추천 감상 거리(도시 중 D_R)이고, 좌우용의 표시 화면이 시야 내에서 일치하여 하나의 창과 같이 보이는 가상의 창, 즉 「스테레오 창」이 보이는 거리이다.

상기 D_R은, 2∼3.5 미터의 범위에서 설정할 수 있지만, 추천 감상 거리(D_R)를 현저하게 작게 설정한 경우, 입체시에 있어서 스트레스가 발생할 뿐만 아니라, 디스플레이 그 자체가 작게 보이는 현상이 발생한다(차폐를 행하지 않음에도 불구하고). 또한, 추천 감상 거리(D_R)를 크게 설정한 경우, 촬영측에서 추천 감상 거리(D_R) 근처의 물체가 비치는(촬영의 의도는 없어도 점경으로서 비치는 경우가 있음) 기회가 증대된다. 즉, 감상시의 시야 내에 추천 감상 거리(D_R) 근처의 상이 비치는 경우이며, 이러한 경우, 좌우용의 화면(픽처 프레임)이 이중으로 어긋나 보이는 일이 많다(특히, 텔레비전에서는 디스플레이 그 자체가 어긋나 보이는 것은 물론, 그 영향이 텔레비전의 주위의 경황까지 미치므로 주의를 요함). 이상을 고려하면, 추천 감상 거리(D_R)는 2.5 미터 정도가 적당하다고 생각되지만, 그 외, 텔레비전을 설치하는 방의 넓이 등도 고려하여 결정해야 한다.

또한, 무한원의 피사체의 좌우의 상을 눈폭(Bs)과 동일하게 설정하는 경우, 디스플레이 사이즈(화면폭)는 한정되는 것은 아니지만, 눈폭(Bs)의 20배 이상이 바람직하다.

화면폭을 W라고 하면,

Bs = 65 W = 65×20 = 1300 mm

화면폭(W)은 약 1300 mm가 된다.

한편, 박진감 있는 대화면으로 보기 위해서는, 수평 감상 화면각(디스플레이의 양단과 눈동자를 연결하는 선분의 각도)을 β라고 하면, β = 40°정도가 이상적이다.

수평 감상 화면각을 β라고 하고,

추천 감상 거리를 D_R

기준 화면폭(기준 치수)을 W₀라고 하면,

W₀ = 2D_Rㆍtan(β/2)

추천 감상 거리 D_R = 2500으로 하면,

W₀ = 2×2500×tan(40/2) tan20° = O.363970232

W₀ = 2×2500×0.36397≒1800 mm이 얻어진다.

1800 mm의 폭의 디스플레이를 필요로 한다. 덧붙여, 디스플레이의 종횡비를 3대 4로 하면 경사변(대각선)의 길이비는 5가 되고, 경사변의 실치수는, 1800×5/4 = 2250 mm 2250/25.4 = 88.58, 약 90 인치 사이즈를 필요로 한다.

이상으로부터, 입체 텔레비전 방송을 실시하는 경우에, 무한원 피사체의 좌우의 상을 인간의 눈폭 치수와 동일하고, 또한, 가장 가까운 거리의 피사체의 좌우의 상을 동일 위치와 중첩하여 표시하도록 송신해야 한다. 그리고 화면 사이즈가 기준 치수와 다른 수상기로 동일 방송파를 수신하는 경우에도, 개개의 수상기를 무한원 피사체의 좌우의 화상의 표시 간격이 인간의 눈폭 치수(Bs)와 동일하게 표시되도록 설정해야 하는 것이다.

도 3은, 사람이 물체의 크기를 판단하는 상태도이고, 도시한 시야각(θ)이 같다면 외관상의 크기는 동일하게 보인다. 또한, 같은 크기의 물체라도 눈에 가까울수록 크게 보인다. 따라서, 도 4에서 기준 치수의 디스플레이(D₀)와, 그 1/2의 거리에 놓여져 있는 1/2 폭의 디스플레이(D₁)는 외관상, 동일 사이즈로 보인다. 즉, 2.5 미터의 거리에서 보는 W₀ = 1800 mm 폭의 디스플레이와, 1.25 미터의 거리에서 보는 W₁ = 900 mm 폭의 디스플레이는 동일 사이즈로 보인다. 또한, 디스플레이(D₀)를 디스플레이(D₁)로 치환한 경우, 당연히, 영상의 크기도 비례하여 축소 표시되지만, 축소비와 감상 거리와의 비가 동일하기 때문에 외관상의 상의 크기도 동일하게 된다. 이와 같이 비교적 좁은 폭의 디스플레이를 이용한 입체 텔레비전의 경우에도 폭이 넓은 입체 텔레비전과 동등한 크기로 입체상을 보는 것이 가능하다. 그리고, 이 경우에도 무한원 피사체의 좌우의 상의 간격을 인간의 눈폭과 동일하게 표시하면, 무한원의 좌우용의 상 각각이 감상자의 좌우 각각의 눈에 평행하게 입사하므로 문제는 없다.

도 4에서, 기준 치수의 디스플레이(D₀)의 폭 1800 mm에 대하여, 그 기준 치수의 1/2 폭의 디스플레이(D₁)를 사용한 예로, 디스플레이(D₁) 위에서는 표시되는 상도 비례 축소 표시되므로, 디스플레이(D₀) 위에서 눈폭(Bs)과 동일한 치수의 무한원 피사체의 좌우의 상의 간격은 본래의 1/2로 비례 축소되어, 도시한 Bs/2 = bs의 간격으로 표시된다. 그것을, 도시한 바와 같이 폭이 좁은 사이즈의 디스플레이 위에서도 무한원의 좌우상의 간격을 눈폭과 동일한 간격의 Bs의 치수로 표시하기 위해 좌우용 각각의 화면 전체를 이동시키면, 좌우용의 화면의 중심간 거리는 Bs/2 = b의 양만큼 서로 떨어지게 된다. 따라서, 기준 치수의 디스플레이(D₀) 위에서는 같은 위치에 중첩하여 표시될 수 있도록 최단 거리의 피사체의 좌우의 상(도 2의 C_L과 C_R)이, 디스플레이(D₀) 위에서 도 4에 도시한 C_l 및 C_r의 각각의 위치에 b의 간격으로 떨어져 표시된다. 도 4에서, 디스플레이(D₁) 위에 무한원의 피사체상(I_l 및 I_r)을 눈폭 간격(B)과 동일한 간격으로 표시하고, 디스플레이(D₀) 위에서는 동일 위치에 합치하여 비쳐야 할 좌우의 상(C_l 및 C_r)을 간격(bs)으로 표시하고 1.25 미터의 거리에서 입체시하면, 2.5 미터의 위치에 디스플레이(D₀)를 둔 경우와 동일하게 보이게 된다.

그러나, 디스플레이 사이즈의 축소는 문제를 남긴다. 도 5는 입체시 상태에서 기준 치수의 디스플레이(D₀)의 A∼C 사이에 왼쪽용의 영상을, B∼D 사이에는 오른쪽용의 영상이 비치도록 조정된 송신 신호를 도시한 디스플레이(D₁)에 표시하는 경우, 왼쪽용의 영상(P_l)은 도시한 a∼c 사이, 오른쪽용의 영상(P_r)은 b∼d 사이에 보이도록 해야 한다. 그것을 위해서는 왼쪽용의 영상은 도시한 c∼d 사이, 오른쪽용은 a∼b 사이를 검은색으로 표시(무표시)할 필요가 있다. 도 5에서 기준 치수의 디스플레이(D₀)의 양단과 시점(視點)의 중앙(O)을 연결하는 선(도시 중, 일점 쇄선)은 추천 감상 거리(D_R)의 1/2의 거리에 위치하는 디스플레이(D₁) 위에서, ab 및 cd 각각의 중간점을 통하여, 이 좌우의 일점 쇄선에 의해 끼우는 디스플레이(D₁) 위의 길이가 기준 치수 디스플레이(D₀)의 1/2의 치수이고, 그것은, 도시 중 W₁이지만, 실제 디스플레이는 W₁'에 도시한 점 a∼점 d까지 연장해야 한다. 도시한 바와 같이 연장량은, 좌우 합하여 Bs/2가 된다. 또한, 왼쪽용의 화면의 c∼d, 오른쪽용의 화면 a∼b 각각의 차폐(검은색 표시)량도 Bs/2가 된다.

또한, 상기와는 반대로, 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이 기준 디스플레이(D₀)의 폭 W₀ = 1800 mm, 추천 감상 거리 D_R = 2.5 미터로 송신된 입체 영상을 2배 폭의 디스플레이 W₂ = 3600 mm로 표시하고, 감상 거리(D_R)를 2배인 5 미터에서 감상하는 경우에도 무한원의 피사체의 좌우의 상은 인간의 눈폭과 동일한 치수의 Bs의 폭으로 설정해야 하는 것이다. 이 경우에도, 영상은 화면 사이즈에 따라 비례 확대되지만 감상 거리도 비례하므로 기준 치수 디스플레이(W₀)를 추천 감상 거리 D_R = 2.5 미터의 거리에서 본 상태와 마찬가지로 보인다. 그러나, 도 6에 도시한 왼쪽용의 화상(PL)은 B'∼D'에 비치고, 오른쪽용 화상(PR)은 A'∼C'에 비치도록 해야 한다. 따라서, 왼쪽용의 화면은 디스플레이의 A'∼B'를, 오른쪽용의 화면은 C'∼D'를 각각 차폐(검은색 표시)해야 한다. 도시에서 알 수 있는 바와 같이, 기준 치수보다 큰 치수의 디스플레이를 사용하는 경우, 예를 들면 2배로 폭을 확대하는 경우, 기준 치수의 디스플레이(D₂)의 폭(W₂)의 2배보다 눈폭 치수(Bs)를 더 부가한 광폭의 디스플레이(W₂')가 요구된다.

또한, 도 6에서 기준 치수의 디스플레이(D₀) 위에는 좌우용의 동일 위치와 중첩되어 표시되어야 하는 최단 촬영 거리의 피사체상(C_L 및 C_R)은 광폭 사이즈의 디스플레이(D₂)의 각각 CL 및 CR의 위치에 비치고, 좌우용의 상이 서로 반대 위치에 표시되지만, 도시한 바와 같이, 입체시에서 근거리의 좌우상은, 기준 치수 디스플레이(D₀)의 가상 위치에서 교차하고, 마치 기준 치수의 디스플레이(D₀)를 추천 감상 거리(D_R)로부터 보고 있는 것과 같이 자연스럽게 보인다.

입체 방송을 수신하기 위한 텔레비전은, 기준 디스플레이 사이즈를 결정한 경우, 실제로 사용하는 디스플레이의 폭이 기준보다 큰 경우, 또는, 작은 경우에도, 화면의 일부를 차폐(검은색 표시)해야 한다. 따라서, 기준 치수(W₀)와 추천 감상 거리(D_R)의 수치를 결정함에 있어서는, 보다 많은 요소에서 검토할 필요가 있다. 왜냐하면, 일반적인 가정에서는 평균 몇 사람이 감상하는가, 및 설치하는 방의 넓이는 어느 정도인가 등은 디스플레이 사이즈나 추천 감상 거리를 결정함에 있어서 중요한 요소가 되기 때문이다.

도 7은, 입체 텔레비전 방송을 실시한 경우의 TV 카메라의 일실시예로, 무한원의 피사체로부터 좌우의 촬영 렌즈에 입사하는 광선은 서로 평행이기 때문에 좌우의 촬상 소자 위에 투영되는 무한원의 상의 간격은 좌우의 촬영 렌즈의 간격과 동일하게 된다. 좌우의 렌즈 간격(렌즈 디스턴스)(D_L) 및 좌우의 촬상 소자의 간격(센서 디스턴스)(D_S)은, 아래와 같이 결정된다.

촬상 소자 위에서 좌우의 시야가 합치하는 거리(D_C)를 결정하면,

도시에서 거리에 대한 투영비는, r = f/D_C이며,

센서 디스턴스 D_S는, D_S = D_L＋D_Lㆍr이 된다.

상기 수식으로 결정되는 상태에서, 좌우 각각의 촬상 소자 위에 투영된 화상을 송신하여, 수상기측에서 좌우 각각의 화면에 표시하면 좋다.

도 7의 카메라에서, 도시한 거리(D_C)보다 먼 피사체라면, 촬상 렌즈 및 촬상 소자 각각의 위치 관계는 도시한 일정 관계라면 좋지만(초점 조절이 필요하지만 설명 생략), 그것보다 가까운 거리의 물체가 촬영의 시야에 들어가는 경우, 그 물체의 상은 화면으로부터 튀어나와 보이고, 또한, 대부분의 경우, 입체시에서 하나로 보이는 좌우의 픽처 프레임이 이중으로 보여, 감상자는 스트레스감을 느낀다. 따라서, 통상은 추천 감상 거리(수상기측에서 보는 것과 동등) 근처의 물체를 촬영 시야에 넣어서는 안 된다.

또한, TV 카메라는 줌 렌즈를 구비하고 있는 것이 많다. 주밍(zooming)을 행하는 상태에서, D_S = D_L＋D_Lㆍr의 관계이며, 센서 디스턴스 및 렌즈 디스턴스는 일정하므로 도시한 D_C는 투영비(r)에 의해 결정된다. 주밍에서, 렌즈 디스턴스 및 센서 디스턴스를 일정하게 하기 위해서는 투영비(r)를 일정하게 할 필요가 있다. 투영비는 r = f/D_C의 관계이므로, 도시한 거리(D_C)는 줌 조작에 따라 변화하게 된다.

즉, 「스테레오의 창」은, 초점 거리가 작은 와이드측에서는, 가깝게 설정되고, 긴 텔레측에서는 멀게 설정된다.

상기 항을 보다 구체적으로 상세하게 설명하면, 일례로서, 기준 치수 디스플레이(D₀)의 폭 W₀ = 1800 mm로 하고, 추천 감상 거리 D_R = 2500 mm로 하는 입체 텔레비전용 입체 영상을 촬영하는 카메라의 촬상 소자의 폭이 18 mm이며, 촬영 렌즈의 초점 거리가 25 mm이었다고 하면, 촬상 소자의 폭은 디스플레이의 폭의 1/100이 된다. 이제, 반대로, 텔레비전이 실제의 광경이라고 생각하면, 1800 mm 폭의 창이 실재하고, 그 창을 2500 mm의 거리에서 촬영하는 상태와 동등하게 된다. 그 경우, 초점 거리가 25 mm인 렌즈는 2500 mm의 촬영 거리에 대하여 투영비가 1/100이 된다. 1800 mm 폭의 디스플레이 위에서의 무한원상의 간격과 근경의 상 간격(근경의 좌우의 상은 기준 디스플레이(D₀)의 위치에서 같은 위치에 중첩된다)과의 차이 65 mm는 18 mm 폭의 촬상 소자 위에서는 투영비가 1/100이므로 65/100 mm의 차이가 된다.

따라서, 렌즈 디스턴스(D_L)를 65 mm로 하면, 센서 디스턴스(Ds)는, D_S = D_L＋D_Lㆍr = 65＋65/100 = 65.65 mm가 된다.

만약, 이 카메라가 줌 렌즈이며, 초점 거리를 100 mm로 설정하면, 투영비가1/100이 되는 도시한 D_C는, 100/O.01 = 10000 = 10 미터가 된다. 즉, 스테레오의 창은 10 m의 위치에 설정된다. 그러나, 실제로는 디스플레이 위에서 스테레오의 창이 10 미터의 위치에 보이는 것이 아니라, 10 미터의 위치의 것이 확대되어 2.5 미터의 위치에 있는 것처럼 보인다. 마찬가지로 촬영 렌즈의 초점 거리를 짧은 방향으로, 예를 들면 10 mm로 설정하면, 투영비(r)가 1/100이 되는 도시한 D_C의 거리는, 10/O.01 = 1000 = 1 미터가 된다. 1 미터의 위치의 것이 2.5 미터의 위치에 보인다. 이것은, 전후로 좁은 장소에서도, 촬영자가 1 미터까지 물체에 접근할 수 있다는 이점이 있다.

이상과 같이, 촬영시에는 주밍(zooming)에 따라 「스테레오의 창」의 설정 거리가 스스로 변화하지만, 촬영시에 스테레오의 창 근처의 물체가 시야에 들어가지 않도록 주의할 필요가 있다. 그러나, 종래의 스테레오 카메라에서는 스테레오의 창의 설정 거리를 시인(視認)하는 것이 불가능했기 때문에, 촬영자 및 편집자의 감에 의지하지 않을 수 없었지만, 본 출원인이 이미 제안한 일본국 특개 2006-303832호 및, 특개 2006-254074호에 개시한 카메라는, 파인더의 시준(視準) 패턴에 의해 스테레오의 창의 설정 거리를 시인할 수 있으므로 줌 렌즈를 사용하거나, 또는, 렌즈를 자유롭게 교환하여도 항상 최적의 촬영 상태를 유지할 수 있다.

또한, 스테레오 카메라에는 좌우의 렌즈의 광축간 거리를 표준의 것보다 현저하게 증대시키고, 하이퍼 스테레오 및 표준의 것보다 좁힌 마이크로 스테레오가 있지만, 하이퍼 스테레오라도 무한원 거리로부터 발사되고 좌우의 촬영 렌즈에 입사하는 광선은 서로 평행이므로, 좌우 렌즈 각각의 중심에서 캡처한 이미지 포인트를 감상시에 인간의 좌우의 눈폭 간격으로 표시하면 좋다.

표준적인 스테레오 카메라를 사용하여도, 비교적 근거리의 피사체만을 촬영하는 경우가 있다. 이러한 경우, 촬영 소자 위에 투영되는 상 전체의 중심간 거리가 증대되어 좌우의 시야가 완전하게는 융합하지 않는다는 문제가 생긴다. 본 출원인은, 이 문제의 해결 방법을 이미 제안하고 있다. 그 방법은 촬상 소자의 전체 폭보다 약간 좁은 범위를 항상 판독하여 사용하고, 촬영 거리가 작은 경우, 좌우의 촬상 소자의 판독 범위가 서로 외측이 되는 방향으로 스크롤 조절하는 것이다. 그 조절 상태는 카메라의 모니터에 의해 시인된다(일본국 특개 2006-303832호 및 특개 2006-254074호 참조). 또한, 매크로 촬영 등 근거리의 피사체만 비치는 경우, 시야 내의 최원점을 무한원과 동일하게 취급해야 한다.

청구항 5의 실시예: LCD 패널로부터 사출하는 광선은 진폭 방향이 일정 방향인 편광이다. 안경의 좌우 각각에 상기 LCD 패널의 표면의 편광판과 방향이 직교하는 편광판을 부착하여 LCD를 보면 좌우 양쪽 시야 모두 닫힌 상태가 된다. 그 안경의 좌우 각각의 앞면에 90°또는 27O°비틀린 액정판을 부착시키면, LCD로부터의 편광은 액정에 의해 편광의 방향이 9O°또는, 27O°배향되어, 좌우의 시야는 양쪽 모두 열림이 되고, 크로스토크 상태가 된다(안경을 사용하지 않을 때와 마찬가지로 보임). 그리고 안경의 액정판에 전압을 인가하면 액정은 비틀린 상태에서 직선 상태로 긴장되고, 액정판을 떼어낸 상태와 마찬가지가 되어, 시야는 닫힌 상태가 된다. 따라서, LCD 위에 좌우용의 영상을 시분할로 번갈아 표시하고, 동시에 적외선으로 동기 신호를 발하여, 안경의 액정판에 인가하는 전압을 적외선에 동기시켜 좌우의 시야를 번갈아 개폐하면, 좌우의 시야를 분리할 수 있다.

상술한 방법은, CRT나 PDP에서 이미 실시되고 있는 방법과 동일한 원리이지만, CRT나 PDP 등의 경우, 사출하는 광선은 편광이 아니기 때문에 안경의 앞면에 한장의 편광판을 더 필요로 한다. 또한, 직선 편광은 디스플레이에 대하여 안경을 기울인 경우, 좌우 서로의 시야가 누광(漏光)하여 크로스토크한다. 크로스토크를 방지하기 위해, 최근에는 원 편광 필터가 사용되고 있지만, 원 편광 필터는 λ/4판을 사용하기 때문에, 가격이 고가(최근에는 고분자막으로 만들어지기 때문에 반드시 고가라고 할 수는 없지만)인 것과, 투과광의 파장에 편향이 있다는 등의 문제가 있다.

상기한 다양한 문제를 해결하기 위해서는, 편광 안경에 경사각 센서를 부착하여, 안경의 경사각에 따라 안경의 액정판에 인가하는 전압을 제어하면, 안경을 기울인 경우에도 닫힘 시의 시야 상태가 완전하게 차폐 상태가 되어 크로스토크의 발생을 방지할 수 있다.

[산업상 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 관한 입체 텔레비전 시스템 및 입체 텔레비전 수상 및 입체 영상 감상용 안경은, 스테레오 비디오 카메라에 의해 촬영한 입체 영상을 녹화 재생 표시하고, 입체 텔레비전 방송용으로 제공되기에 적합하다.

Claims (5)

1. 좌우 떨어진 2점에서 촬영한 좌우 2장의 영상을 좌우 각각의 눈용으로 분리하여 보는 2안 입체시(立體視) 방식의 입체 텔레비전 방송에 있어서, 수상기의 디스플레이폭 치수를 일정한 기준 치수로 결정하고, 좌우용 각각의 화면폭 중심을 하나의 디스플레이 위의 좌우 방향의 동일 위치에 중첩하여 표시하고, 또한 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 재현하도록 구성한 입체 텔레비전 송신 시스템.
   
2. 좌우용의 화상을 좌우 각각의 눈용으로 분리하여 보는 2안 입체시 방식의 입체 텔레비전이며, 기준 치수의 디스플레이의 동일 위치에 좌우용의 화상을 중첩하여 표시하고, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기.
   
3. 기준 치수의 디스플레이보다 좁은 폭의 디스플레이를 이용하여, 왼쪽용 표시 화면의 우단부, 및 오른쪽용의 표시 화면의 좌단부의 각각에 검은색의 무표시 부분을 제공하고, 좌우용 각각의 표시 화면폭 중심들을 디스플레이 위에서 서로 떨어진 방향에서 변위 표시함으로써, 좌우의 시야를 디스플레이 표면에서 먼 위치에서 합치시키고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기.
   
4. 기준 치수의 디스플레이보다 넓은 폭의 디스플레이를 이용하여, 왼쪽용 표시 화면의 좌단부 및 오른쪽용 표시 화면의 우단부의 각각에 검은색의 무표시 부분을 제공하고, 좌우용 각각의 표시 화면폭 중심들을 디스플레이 위에서 서로 가까워지는 방향이며, 또한, 서로 반대 위치가 되는 방향에서 변위 표시함으로써, 좌우의 시야를 디스플레이의 표면 근처에서 합치시키고, 또한, 무한원 피사체상의 동일 대응점의 좌우간 거리를 인간의 눈폭과 동일한 간격으로 표시하는 입체 텔레비전 수상기.
   
5. 청구항 2, 청구항 3, 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 LCD를 사용하는 입체 텔레비전의 디스플레이 위에 시분할 표시되는 방식의 입체 텔레비전의 좌우용의 영상을 분리하여 보기 위한 안경으로서, 안경의 좌우에 편광판을 부착하고, 그 좌우 각각의 편광판의 전방에 액정판을 설치하여, 수상기로부터 발신되는 적외선 신호에 동기하여 좌우 각각의 액정판을 번갈아 구동하여 좌우의 시야를 분리하여 입체시하는 것이고, 또한, 안경에 경사각 센서를 부착하여, 감상시에 수평에 대한 기울기 각도를 검출하여 시야 닫힘 시에 있어서 액정의 인가 전압을 안경의 기울기에 따라 제어하는 것에 의해, 시야 닫힘 시의 차광 상태가 항상 최대가 되도록 보정하는 입체 영상 감상용 안경.
   

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