KR100421210B1

KR100421210B1 - 레이저프로젝션디스플레이장치

Info

Publication number: KR100421210B1
Application number: KR1019970004120A
Authority: KR
Inventors: 홍성수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 2004-05-22
Also published as: KR19980067811A

Abstract

본 발명은 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 제1광원으로부터 출사되는 백색광의 빔을 적,녹,청의 단색광으로 각각 분리하여 주는 광 분리광학계와 색신호에 따라 상기 단색광의 빔들을 각각 변조하는 광변조기와 변조된 광을 수직방향으로 주사하기 위한 갈바노미터 및 수평방향으로 주사하기 위한 회전다면경과 상기 회전다면경에 광을 조사하는 제2광원과 상기 제2광원에서 출사되어 상기 회전단면경에서 반사된 광을 소정 위치에서 검출하여 그에 대응되는 전기적 신호를 출력하는 포토디텍터 및 상기 포토디텍터의 전기적 신호에 따라 상기 색신호의 상기 광변조기로의 출력을 동기시키도록 색신호 출력을 제어하는 영상신호처리부를 구비한다. 따라서, 복합영상신호로부터 분리된 색신호가 영상신호처리부에서 지연된 후, 포토디텍터로부터의 광검출신호에 동기되어 광변조기에 출력됨으로써 회전다면경의 회전속도와 위상이 일정하지 않는 경우에도 스크린에 맺히는 영상이 좌우로 흔들리거나 해상도가 떨어지는 것이 방지된다.

Description

레이저 프로젝션 디스플레이 장치

본 발명은 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상세하게는 회전다면경의 회전을 추종하여 영상신호의 주사개시 시기를 결정하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

종래의 대표적 영상 표시 수단은 텔리비젼 수상기의 음극선관이나 액정 표시 소자와 같은 평판 표시 소자이다. 그러나 음극선관이나 액정 표시 소자는 화면이 대형화 될 수록 제작이 어렵고, 해상도가 저하하여 실용화 할 수 있는 화면의 크기에 한계가 있다.

레이저 프로젝션 디스플레이 장치는 최근 고도 정보화 사회 및 멀티미디어 산업의 급부상으로 디스플레이 장치의 대형화 및 고선명화에 대한 요구에 대응하면서도 자연색에 가까운 색재현성 및 고 휘도성과 같은 레이저가 갖는 여러 가지 장점 때문에 옥외용 광고, 레이저 쑈, 대형 텔레비젼 영상표시등 다양한 분야의 활용이 기대되고 있다.

레이저 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 광원으로부터의 레이저 빔을 갈바노미터(galvanometer)로 Y축(수직) 방향으로 이동시키고 회전다면경으로 X축(수평) 방향으로 이동시키면서 주사하여 일정한 거리에 위치한 스크린 상에 영상을 표시하게 된다. 텔레비젼 영상의 경우, Y축 방향으로는 톱니파 60Hz로 주사하고 x축 방향으로는 15.75KHz로 주사를 한다. 이 때 Y축 방향의 수직 주사는 갈바노미터가 기계적 응답을 충분히 하여 레이저 빔을 원하는 수직 위치로 반사시킨다. 그러나 x축 방향의 수평 주사는 영상의 떨림이 없도록 하기가 대단히 어렵다. 즉, 수평 동기 신호에 따른 수평 주사 영상이 항상 일정한 스크린 상의 수직 선상에서 수평 주사가 시작되도록 하는 것이 대단히 어렵다. 왜냐하면, 회전다면경은 24면으로 구성되어 있는데, 이 24면 모두가 매우 정밀하게 가공되고, 또한 회전다면경의 회전 속도와 지연위상이 항상 수평 동기 신호와 일치가 되어야만 가능하기 때문이다. 특히, 회전다면경은 초당 656회 회전하게 되는데, 이 회전수에서 약±0.1% 범위 이내로 회전 속도 오차를 유지해야 영상의 수평 방향 떨림이 방지될 수 있다. 이것은 현실적으로 매우 어려운 일이다.

이와 같이 수평 주사가 정상적인 수평 주사 시작점들을 벗어나는 것은 회전다면경의 가공이 정밀하지 않거나, 회전 속도가 일정하지 않은 경우에 발생하게 된다. 그 결과 화상이 수평 방향으로 떨리는 현상이 발생하여 화상의 해상도는 대단히 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 수평 방향으로 화상이 떨리는 현상이 제거된 레이저 프러젝션 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이 장치를 나타내보인 블록도이고,

도 2는 도 1의 레이저 프로젝션 디스플레이 장치의 영상신호처리부를 나타내보인 블럭도이고,

도 3은 영상신호처리부에서 복합영상신호로부터 색신호가 메모리에 저장되었다가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 제1광원 20: 영상신호 처리부

21: 디코터 22: 동기신호 분리기

23: 적분기 24: 클럭분주기

25: A/D변환기 26: 메모리부

27: 클럭발생기 28: D/A변환기

29: 기입 독출 제어부 30: 광분리 광학계

40: 광변조기 41: 광음향 변조기

50: 광합성 광학계 60: 회전다면경 구동부

61: 회전다면경 70: 갈바노미터 구동부

71: 갈바노미터 72, 73: 릴레이렌즈

80: 제2광원 90: 포토디텍터

100: 스크린

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이 장치는 제1광원으로부터 출사되는 백색광의 빔을 적,녹,청의 단색광으로 각각 분리하여 주는 광 분리광학계와 입력된 복합영상신호를 처리하기 위한 영상신호처리부와 상기 영상신호처리부로부터 처리되어 출력되는 색신호에 따라 상기 단색광의 빔들을 각각변조하는 광변조기와 변조된 광을 수직방향으로 주사하기 위한 갈바노미터 및 수평방향으로 주사하기 위한 회전다면경을 구비하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 있어서, 상기 회전다면경에 광을 조사하는 제2광원;과 상기 제2광원에서 출사되어 상기 회전단면경에서 반사된 광을 소정 위치에서 검출하여 그에 대응되는 전기적 신호를 상기 영상신호처리부로 출력하는 포토디텍터;를 구비하고, 상기 영상신호 처리부는 상기 포토디텍터의 전기적 신호에 따라 상기 색신호의 상기 광변조기로의 출력을 동기시키는 것을 그 특징으로 한다.

상기 영상신호 처리부는 상기 복합영상신호로부터 색신호와 수직 및 수평동기신호를 분리하는 디코더와 상기 디코더에서 출력되는 색신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환부와 상기 디지탈 신호를 저장하는 메모리부와 상기 메모리부를 제어하여 상기 디지탈 신호의 저장지시 및 상기 포토디텍터의 전기적신호에 따라 저장된 데이터의 독출을 지시하는 기입/독출 제어부와 상기 메모리부에서 출력되는 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 광변조기에 출력하는 D/A변환부;를포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 광 변조기는 상기 적,녹,청색의 단색광을 독립적으로 각각 변조하도록 3개의 광 음향 변조기로 되어 있고, 상기 광음향변조기 각각을 거쳐 변조된 단색광들을 하나의 광빔으로 합쳐 상기 갈바노미터로 입사시키는 광합성광학계가 구비되며, 상기 갈바노미터와 상기 회전다면경 사이의 광 경로 상에 상기 갈바노미터를 거쳐 진행되는 광이 상기 회전다면경의 광입사 유효면적내로 입사되도록 광빔을 조정하는 릴레이 렌즈를 더 구비하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이 장치를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이 장치를 나타내보인 블록도이다.

이를 참조하면, 레이저 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저빔을 출사하는 제1광원(10), 광분리광학계(30), 광합성광학계(50), 광변조기(40), 영상신호처리부(20), 회전다면경 구동부(60), 회전다면경(61), 갈바노미터 구동부(70), 갈바노미터(71), 제2광원(80), 포토디텍터(90) 및 스크린(100)을 구비한다. 여기서, 제1광원(10)으로부터 출사된 레이저 빔이 광변조기(40)에서 색신호에 따라 변조된 후, 갈바노미터(70) 및 회전다면경(61)을 통하여 스크린(100)에 주사됨으로써 영상이 표시된다. 도시된 참조부호 72,73 은 갈바노미터를 거친 광의 빔사이즈를 회전다면경의 반사면 내로 집속하기 위한 릴레이 렌즈다.

광분리 광학계(30)는 제1광원(10)에서 출사되는 백색광을 적,녹,청색으로 분리하도록 다수의 다이크로익 미러(dichroic mirror, 미도시)로 구성되어있고, 광변조기(40)는 광분리 광학계(30)로부터 입사되는 적,녹,청색의 단색광을 영상신호 처리부에서 출력되는 각각의 색신호에 따라 독립적으로 변조하도록 3개의 광음향 변조기(acousto-optic modulator; AOM)(41)가 구비된다.

광합성 광학계(50)는 3개의 광음향변조기(41)로부터 변조되어 출력되는 각각의 광을 하나의 빔으로 합성하도록 역시 다이크로익 미러를 포함한 광학적 소자로 구성되어 있다.

제2광원(80)과 포토디텍터(90)는 영상신호처리부(20)로부터 출력된 수평동기신호에 따라 구동되는 회전다면경(61)의 회전을 감시하여 스크린(100)의 주사선단위치에 대응되는 회전다면경(61)의 각 반사면의 진입위치를 영상신호 처리부(20)에 인식시켜 광변조기(40)로의 색신호 투입시점을 동기시키기 위해 마련된 것이다.

즉, 화면떨림을 억제하기 위하여 수평주사의 1라인분에 해당하는 색신호의 광변조기(40)로의 인가시기를 결정하기 위하여 수평동기신호를 따라 회전하는 회전다면경(61)의 각 반사면이 광투사방향에 대해 광학적으로 동일반사위치에 진입된 것을 감지하는 포토디텍터(90)로부터의 전기적 신호인 광검출신호가 영상신호처리부(20)에 제공되고, 광검출신호의 입력을 기점으로 영상신호처리부(20)에서 1라인분에 해당하는 영상신호(색신호)를 광변조기(40)에 출력하도록 구성된다. 이를 위해 소정의 위치에서 광을 투사하는 제2광원(80)과 회전다면경(61)을 거쳐 입사된 광을 검출하는 포토디텍터(90)가 회전다면경(61)의 회전에 따라 제2광원(80)에서 출사된 광의 광학적 경로가 스크린(100)의 화면표시영역과 겹치지 않도록 광학적인 위치를 고려하여 배치된다.

도 2를 참조하여 연속적으로 입력되는 복합영상신호를 처리하여 포토디텍터로부터의 광검출신호에 따라 광변조기에 색신호를 동기시켜 출력하는 영상신호처리부의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 레이저 프러젝션 디스플레이의 영상신호처리부(20)는 포토디텍터(90)로부터의 광검출신호의 입력을 기점으로 1라인의 수평주사선에 해당하는 색신호가 광변조기(40)에 동기시켜 출력되도록 하는 방식으로 화상의 떨림을 방지한다. 이와 같은 동작을 구현하기 위하여 본 발명의 영상신호처리부(20)에서 디코더(21)는 입력되는 복합영상신호에서 복합동기신호 및 적,녹,청색의 색신호를 분리한다. 동기신호분리기(22)는 복합동기신호에서 수직 및 수평동기 신호를 각각 분리하고, 적분기(23)는 수직동기신호로부터 갈바노미터(71)를 구동하기 위한 톱니파신호를 생성하고, 클럭분주기(24)는 수평동기신호로부터 회전다면경(61)을 회전시키기 위한 펄스를 생성한다. A/D변환기(25)는 디코더(21)에서 출력되는 색신호를 저장하기 위해 아날로그신호를 디지탈 신호로 변환하고, 메모리부(26)는 디지탈 신호를 저장한다. 그리고, 색신호를 디지탈 신호로 변환할 때 샘플링신호를 제공하는 클럭 발생기(27), 독출된 디지탈신호를 아날로그 색신호로 변환하는 D/A 변환기(28), 포토디텍터(90)로부터 입력되는 광검출 신호에 따라 메모리부(26)에 저장된 디지탈 데이터의 독출을 지시하는 기입/독출 제어부(29)가 영상신호처리부(20)에 구비한다. 여기서 상기 클럭발생기(27)는 PLL(phase locked loop)과 같은 주파수 신서사이저가 사용된다.

도 3은 영상신호처리부에서 복합영상신호로부터 색신호가 메모리부에 저장되었다가 출력되는 과정을 나타내는 타이밍도이다.

이를 참조하여 복합영상신호로부터 분리된 색신호가 디지탈 신호로 변환되어 메모리부(26)에 저장되었다가 출력되는 과정을 설명하면 다음과 같다.

가동되면, 수평동기신호에 따라 회전다면경(61)이 회전되고, 제2광원(80)에서 출사되는 광빔은 회전하는 회전다면경(61)에 반사되어 광로가 순차적으로 변화된다. 회전다면경(61)에서 반사된 제2광원(80)의 광이 어느 시점에서 포토디텍터(90)에 검출되면 이를 기점으로 메모리부(26)에 저장된 색신호가 출력되어 수평동기신호에 따라 영상의 주사 동기를 맞추는 것이 아니라 포토디텍터(90)로부터 나오는 신호에 동기가 맞추어져 출력되는 색신호에 맞추어져 변조된 광빔이 스크린(100)에 주사된다.

먼저, 복합영상신호는 디코더(21)를 거쳐 적,녹,청색의 색신호로 분리된 후, A/D변환되어 메모리부(26)에 저장된다. 그리고, 동기신호 분리기(22)를 거친 수평동기신호는 복합영상신호의 수평동기신호가 있는 부분에서 TTL레벨로 High로 나타난다.

여기서 63.5㎲의 주기를 갖는 수평동기신호사이에 기입된 데이터 중에서 영상정보인 색신호와 관련없는 초기 10㎲동안의 불필요한 데이터가 저장되는 것을 피하도록 수평동기신호에 동기되어 클럭발생기(27)로부터 입력된 클럭신호를 기점으로 10㎲ 이후에 기입/독출 제어부(29)로부터 메모리부(26)에 기입제어신호가 발생된다. 연속적으로 입력되는 색신호를 메모리부(26)에 저장하는 기간중에 포토디텍터(90)로부터의 광검출신호(PD신호)가 입력되면 이미 메모리부(26)에 순차적으로 저장된 데이터를 기입순서에 맞춰 독출해 내도록 독출제어신호를 기입/독출제어부(29)에서 발생시킨다. 따라서 복합영상신호에서 분리된 색신호는 메모리부(26)에 순차적으로 임시 저장되다가 포토디텍터(90)로부터의 광검출신호에 동기되어 기입순서에 맞추어 출력됨으로써, 회전다면경(61)의 주파수 불안정과 각 반사면의 가공오차에 의해 야기될 수 있는 주사시기 변동이 메모리부(26)에서의 수평동기신호와 광검출신호 사이의 지연시간으로 보상되어 광변조기(40)를 통과하여 수평방향으로의 주사시기가 스크린(100)의 화면표시 선단에 일치된다.

여기서 기입/독출 제어부(29)에 제공되는 광검출신호는 화상의 왜곡을 방지하도록 그 펄스폭이 짧게 유지되도록 포토디텍터(90) 및 제2광원(80)의 광학적 설계가 고려되어야 한다.

또한, 메모리부(26)는 비동기방식으로 독출지시에 따라 먼저 입력된 데이터가 먼저 출력되는 FIFO(first in first out)를 사용하기 때문에 영상데이터의 저장 및 독출이 간단히 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이는, 회전다면경의 회전속도와 위상이 일정하지 않는 경우에 스크린에 맺히는 영상이 좌우로 흔들리거나 해상도가 대단히 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 복합영상신호로부터 분리된 한 주사선 분량의 화상 데이터인 색신호가 회전다면경의 반사면 위치를 알려주는 포토디텍터로부터의 광검출신호 검출시기만큼 지연된 후, 색신호의 수평 주사 동기가 반복적으로 맞춰지기 때문에 표시 영상이 좌우로 흔들리거나 해상도가 떨어지지 않게 된다.

Claims

광원으로부터 출사되는 백색광의 빔을 적,녹,청의 단색광으로 각각 분리하여 주는 광 분리광학계와, 입력된 복합영상신호를 처리하기 위한 영상신호처리부와, 상기 영상신호처리부로부터 처리되어 출력되는 색신호에 따라 상기 단색광의 빔들을 각각 변조하는 광변조기와, 변조된 광을 수직방향으로 주사하기 위한 갈바노미터, 및 수평방향으로 주사하기 위한 회전다면경을 구비하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 있어서,

상기 회전다면경에 광을 조사하는 제2광원;과 상기 제2광원에서 출사되어 상기 회전단면경에서 반사된 광을 소정 위치에서 검출하여 그에 대응되는 전기적 신호를 상기 영상신호처리부로 출력하는 포토디텍터;를 더 구비하고,

상기 영상신호 처리부는 상기 포토디텍터의 전기적 신호에 따라 상기 색신호의 상기 광변조기로의 출력을 동기시키며,

상기 광 변조기는 상기 적,녹,청색의 단색광을 독립적으로 각각 변조하도록 3개의 광음향 변조기로 된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 영상신호 처리부는

상기 복합영상신호로부터 색신호와 수직 및 수평동기신호를 분리하는 디코더;

상기 디코더에서 출력되는 색신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환부;

상기 디지탈 신호를 저장하는 메모리부;

상기 메모리부를 제어하여 상기 디지탈 신호의 저장지시 및 상기 광검출기의 전기적신호에 따라 저장된 데이터의 독출을 지시하는 기입/독출 제어부;

상기 메모리부에서 출력되는 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 상기 광변조기에 출력하는 D/A변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광음향변조기 각각을 거쳐 변조된 단색광들을 하나의 광빔으로 합쳐 상기 갈바노미터로 입사시키는 광합성광학계가 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 갈바노미터와 상기 회전다면경 사이의 광 경로 상에 상기 갈바노미터를 거쳐 진행되는 광이 상기 회전다면경의 광입사 유효면적내로 입사되도록 광빔을 조정하는 릴레이 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치.