KR100934654B1 - 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 티브이에서 광학 기구를 세트내에 장착한 후에 초점 조정이 이루어질 수 있도록한 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 구성은 시청자가 볼 수 없는 유효 스크린 밖의 화면 안쪽에 구성되어 투사되는 테스트 패턴의 빛의 량에 따라 전기적인 신호를 출력하는 수광 센서부;상기 수광 센서부에서 출력되는 신호 크기의 편차를 크게 하여 디지털 변환 출력하는 신호 처리 블록;디지털 변환된 출력값에 따라 초점 조절용 렌즈를 구동하기 위한 제어 신호를 출력하고, 출력값이 최대 피크값인 지점에 초점 조절용 렌즈를 이동 고정시키는 제어부;상기 구동 제어 신호에 의해 초점 조절용 렌즈의 위치를 가변하는 렌즈 구동 수단을 포함한다.

자동 초점, 광학 기구, 초점 조절용 렌즈, 프로젝션

Description

프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법{Apparatus and method for setting auto focus of projection TV}

도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 초점 조정 장치의 구성도

도 2는 초점 조정 장치의 광학 기구의 조정을 위한 구성도

도 3은 본 발명에 따른 자동 초점 조정 장치의 회로 구성을 나타낸 블록도

도 4는 수광 센서부에 입사된 빛의 분포를 나타낸 구성도

도 5는 초점이 맺히는 정도에 따른 각 구성 블록에서의 출력 파형도

도 6은 초점이 맺히는 정도에 따른 제곱기의 출력값 분포도

도 7은 수광 센서부에서의 센서 위치에 따른 출력 특성도

도 8은 본 발명에 따른 자동 초점 조정 방법을 실행하기 위한 플로우 차트

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30a. 유효 스크린 30b. 테스트 패턴 투사 영역

31. 수광 센서부 32. 증폭기

33. 미분기 34. 제곱기

35. ADC 36. 마이크로 프로세서

37. 전동 모터

본 발명은 프로젝션 티브이에 관한 것으로, 특히 광학 기구를 세트내에 장착한 후에 초점 조정이 이루어질 수 있도록한 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법에 관한 것이다.

LCD/DLP(Liquid Crystal Display/Digital Light Processing) 프로젝션 티브이는 화상 생성 수단(LCD/DLP)으로부터 생성된 화상을 투사 렌즈로 대형 스크린에 확대 투영시킴으로써 원하는 영상을 디스플레이시키는 영상 투사 디스플레이 장치이다.

DLP는 미세한 거울들이 신호에 따라 반사 각도를 조절하며 이미지를 구현하는 DMD(Digital Micromirror Device) 기술을 핵심으로 색이 바래거나 불량 화소 발생이 없는 디지털 디스플레이 기술로 브라운관(CRT), LCD 방식에 이은 3세대 프로젝션 모델로 평가받고 있다

이와 같은 프로젝션 티브이는 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 대형 화면을 얻을 수 있다는 장점 등으로 인하여 최근 그 수요가 증대되고 있다.

이와 같은 LCD/DLP 프로젝션 TV에서는 스크린상에 화면의 초점을 정확하게 맞추기 위해 광학 기구를 자동으로 조정하는 것이 필수적인 기술이다.

종래 기술에서는 초점 조정을 위한 공정이 광학 기구 조립시에 이루어지며 광학 조정값을 구하여 렌즈를 전후로 수동으로 움직여가며 초점을 맞추게 된다.

LCD 프로젝터의 초점을 조정할 때 화면을 투사해 놓고 렌즈를 움직이며 조정 하는 것과 동일한 과정이며, 조정이 끝나면 고정시킨 후에 실제 생산되는 TV 세트에 장착한다.

TV 세트내에 장착된 후에는 별도의 조정을 할 수 없기 때문에 세트의 편차에 의해 초점이 맞지 않더라도 재조정할 수 없으며 외부의 충격으로 광학기구의 위치나 스크린의 위치가 미세하게 변동되어 초점이 틀어지더라도 이를 보상할 방법이 없다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 프로젝션 티브이의 광학 기구의 조정 장치 및 방법에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래 기술에서는 LCD/DLP 프로젝션 TV에서 영상의 초점(focus)를 맞추는 것이 스크린 상에서 이루어지는 것이 아니라, 광학 기구의 조립 공정에서 테스트 세트 상에서 수동으로 이루어진다.

이로 인해 광학 기구를 생산중인 세트내에 위치시켜 스크린에 영상을 직접 투사할 경우, 실제로 초점이 맞지 않을 가능성이 있으며 각 세트마다의 편차에 의해 미리 조정된 초점이 맞지 않을 수가 있는데, 이를 보상하기 위한 방법이 제시되지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 프로젝션 티브이의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프로젝션 티브이에서 광학 기구를 세트내에 장착한 후에 초점 조정이 이루어질 수 있도록한 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치는 시청자가 볼 수 없는 유효 스크린 밖의 화면 안쪽에 구성되어 투사되는 테스트 패턴의 빛의 량에 따라 전기적인 신호를 출력하는 수광 센서부;상기 수광 센서부에서 출력되는 신호 크기의 편차를 크게 하여 디지털 변환 출력하는 신호 처리 블록;디지털 변환된 출력값에 따라 초점 조절용 렌즈를 구동하기 위한 제어 신호를 출력하고, 출력값이 최대 피크값인 지점에 초점 조절용 렌즈를 이동 고정시키는 제어부;상기 구동 제어 신호에 의해 초점 조절용 렌즈의 위치를 가변하는 렌즈 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 방법은 프로젝션 티브이 세트가 전체 조립된 후에, 테스트 패턴을 스크린에 투사하여 입사되는 빛의 량에 비례하는 전류값을 출력하는 단계;전류값을 이용하여 수평 방향의 위치에 따른 출력값을 구하는 단계;출력값을 이산 신호로 변환하여 해당 시점의 렌즈 위치 정보와 함께 저장하는 단계;렌즈 위치의 변경 및 그에 따른 출력값을 구하여 저장하는 단계를 반복하고 저장된 출력값들 중에서 최대 피크값을 구하는 단계;최대 피크값을 출력했을 때의 위치로 렌즈 이동시켜 초점을 조정하고 렌즈를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법에 관 한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 초점 조정 장치의 구성도이고, 도 2는 초점 조정 장치의 광학 기구의 조정을 위한 구성도이다.

본 발명은 광학 기구 조립 공정에서 이루어지던 수동 초점 조정 과정을 생략하고 TV 세트의 전체 조립시에 광학 기구를 세트내에 장착한 후에 자동으로 초점 조정을 할 수 있도록한 것이다.

본 발명에 따른 자동 초점 장치는 크게 광학 기구부(11),미러부(12),스크린(13),전동 모터(14)로 나눌 수 있다.

광학 기구(11)는 LCD 프로젝션 TV의 경우에는 램프와 LCD 패널, 각종 미러(mirror)들과 프리즘(prism) 그리고 광학 경로를 구성하는 광통을 포함하는 것으로, 영상을 투사하는 역할을 한다.

DLP 프로젝션 TV의 경에는 램프, 칼라 휠(color wheel), DMD(Digital Micromirror Device)소자 그리고 광통(광학경로를 구성하는 기구물)을 포함하는 기구물로서 영상을 투사하는 역할을 한다.

그리고 미러부(12)는 광학 기구(11)에서 투사된 빛을 반사시켜 스크린에 영상이 맺히도록 한다.

스크린(13)은 광학 기구(11)에서 투사된 빛이 미러를 통해 반사되어 영상이 맺히는 곳으로서 시청자에게 직접적으로 영상을 제공하는 부분이다.

그리고 전동 모터(14)는 TV 세트의 전체 조립시에 광학 기구를 세트내에 장착한 후에 자동으로 초점 조정을 할 수 있도록 하기 위한 것으로 마이크로 프로세 서의 제어를 받으며 초점 조정용 렌즈(15)를 전후로 구동시키게 된다.

도 1의 (가) 부분은 수광 센서가 구성되는 곳으로 수광 센서에서 투사되는 테스트 패턴의 세기에 따라 전기적인 신호를 발생하고 이 신호에 의해 마이크로 프로세서는 전동 모터(14)를 구동하여 초점을 조정한다.

이와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치의 회로 구성은 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 초점 조정 장치의 회로 구성을 나타낸 블록도이다.

도 3의 (나)부분은 센싱된 신호를 처리하여 제어 수단(마이크로 프로세서)으로 출력하는 신호 처리 블록이다.

먼저, 유효 스크린(30a) 영역을 제외한 테스트 패턴 투사 영역(30b)에 구성되어 투사되는 빛의 양에 비례하는 전기 신호를 발생시키는 수광 센서부(31)와, 수광 센서부(31)에서 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기(32)와, 증폭된 신호를 수광 센서부(31)의 센서들의 수평 방향 위치에 따라 미분하는 미분기(33)와, 미분된 신호를 제곱하여 신호 크기의 편차를 신장시키는 제곱기(34)와, 신호 크기가 신장된 제곱기(34)의 출력 신호를 디지털 변환하여 출력하는 ADC(35)와, 이산화된 신호를 받아들여 초점이 가장 명확하게 조정된 상태를 판단하며 전동 모터(37)의 구동을 제어하는 마이크로 프로세서(36)와, 마이크로 프로세서(36)의 구동 제어 신호에 의해 초점 조정용 렌즈를 이동시켜 초점을 조정하는 렌즈 구동 수단 예를 들면, 전동 모터(37)로 구성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치의 동작 원리와 세부적인 신호 처리 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 수광 센서부에 입사된 빛의 분포를 나타낸 구성도이고, 도 5는 초점이 맺히는 정도에 따른 각 구성 블록에서의 출력 파형도이다.

그리고 도 6은 초점이 맺히는 정도에 따른 제곱기의 출력값 분포도이다.

시청자가 영상을 볼 수 있는 부분은 유효 스크린(30a)이고, 본 발명의 수광 센서부(31)는 유효 스크린(30a)의 경계선에서 바깥쪽으로 위치하게 되어 시청자에게는 보이지 않는다.

광학 기구에서 투사된 영상은 유효 스크린(30a)의 바깥 부분에까지 어느 정도 투사되며 이는 수광 센서부(31)에 입사되는데, 본 발명은 이를 이용하는 것으로 전 백색의 테스트 패턴이 스크린에 투사되고 초점이 맺히는 정도(선명도)와 센서에 입사되는 빛의 관계를 고려하여 초점을 조정한다.

도 4에서와 같이, 초점이 맞지 않아 흐릿한 영상이 투사되어 빛이 수광 센서부(31)에 입사될 경우에는 센서상의 빛의 분포가 퍼져있게 된다.

그리고 선명한 영상이 투사되어 빛이 수광 센서부(31)에 입사될 경우에는 센서상의 빛의 분포에서 명암이 뚜렷하게 나타난다.

이와 같은 수광 센서부(31)의 센서의 수평 방향에 대한 출력 신호에 대한 함수 관계는 도 5에서와 같다.

도 5의 "센서 출력"에서 좌측에 도시된 것이 초점이 맞지 않는 경우이고, 우측에 도시된 것이 초점이 맞는 경우이다.

이와 같은 수광 센서부의 출력 신호는 증폭기(32)를 거쳐 미분기(33)로 입력되며 미분기(33)에서는 센서의 수평 방향 위치에 따른 빛의 분포를 미분하는 역할을 한다.

이는 도 5의 "미분기 출력"에서와 같으며 선명한 영상에 대한 미분치(절대값)가 훨씬 크게 나타남을 알 수 있다.

이와 같이 미분기(33)에서 출력된 신호는 제곱기(34)에 입력되게 되며 제곱기(34)는 신호의 크기 차이를 더욱 신장시키는 역할을 하게된다.

도 5의 "제곱기 출력"에서 보면, 선명한 영상의 경우와 흐릿한 영상의 경우의 최고값의 차이가 훨씬 신장되어 나타남을 알 수 있다.

도 6은 제곱기의 출력신호가 초점이 맺히는 정도 즉, 선명도의 변화에 따라 어떤 분포를 가지는지를 나타낸 것으로, 최적의 선명도에서 제곱기의 출력값이 최대임을 알 수 있다.

그리고 수광 센서부의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 7은 수광 센서부에서의 센서 위치에 따른 출력 특성도이다.

수광 센서부는 빛이 입사되면 전기 신호를 출력하는 센서들이 수평 방향으로 배열되는 구조이다.

빛이 입사되는 센서는 빛의 양에 비례하는 전기 신호를 발생시키고 빛이 입사되지 않은 센서는 전기 신호를 출력시키지 않는다. 각각의 출력은 시프터(shifter)를 통과하여 시리얼 신호로 변환이 되고 이것은 DAC를 통과하여 아날로그 신호로 바뀌어 출력된다.

도 7은 입사되는 빛의 분포에 따라 수광 센서부에서 출력되는 신호의 크기가 달라지고, 그 크기가 기준 지점에서 멀어질수록 작아지는 것을 나타낸 것이다.

이와 같은 수광 센서부의 출력은 상기한 신호 처리 블록을 거쳐 마이크로 프로세서로 입력되고, 마이크로 프로세서는 전동 모터를 구동하여 렌즈 위치를 조절하여 초점을 조정하게 된다.

즉, 마이크로 프로세서로부터 구동 제어 신호를 받은 전동 모터가 구동되어 렌즈를 전후 방향으로 미세하게 움직이게 되면 스크린상의 화면의 선명도가 조금씩 달라지게 된다.

이와 같이 마이크로 프로세서에서 선명도를 판단하여 초점을 조정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 따른 자동 초점 조정 방법을 실행하기 위한 플로우 차트이다.

먼저, 테스트 패턴을 스크린에 투사한다.(S801)

그리고 수광 센서부(31)에서 입사되는 빛의 량에 비례하는 전류값을 출력하고(S802), 출력되는 전류값을 증폭 및 미분하여 수평 방향의 위치에 따른 출력값을 구한다.(S803)

이어, 출력값을 제곱하여 신호 크기의 편차를 신장시킨다.(S804)

그리고 제곱기(34)에서 출력된 신호를 ADC(35)를 거쳐 이산 신호로 변환한 후에 변환된 신호값과 해당 시점의 렌즈 위치 정보를 마이크로 프로세서(36)에 저장한다.(S805)

설정된 횟수(N)가 되었는지를 판단한다.(S806)

여기서, 설정된 횟수(N)만큼이 아니고, 렌즈 이동 간격에 따른 기준으로 나누어진 횟수 또는 다른 방식으로 수광 센서부(31)의 렌즈 위치에 따른 출력값 검출을 반복하는 것이 가능함은 당연하다.

즉, 마이크로 프로세서(36)는 전동 모터(37)를 제어하여 렌즈를 전후의 방향으로 여러 단계 이동시키며 이때 발생하는 수광 센서부(31) 출력 신호들을 모두 저장한다.

설정된 횟수가 아니면, 다시 진동 모터를 구동하여 렌즈 위치를 이동시키고, 설정 횟수를 증가(N+1)시킨다.(S807)(S808)

이와 같은 단계들을 반복 수행하여 렌즈 위치에 따른 출력값 검출이 완료되면, 저장된 출력값들중에 최대 피크값을 검출하고 해당 최대 피크값을 출력했을 때의 렌즈 위치를 계산한다.(S809)

그리고 렌즈 위치를 초점이 가장 잘 맞는 즉, 최대 피크값을 갖는 해당 위치로 이동시켜 고정시킨다.(S810)

이와 같이 저장된 데이터들 중에서 최대의 피크값을 갖는 영역을 계산하고 이때의 렌즈의 위치에서 렌즈를 고정시키면 최적의 선명도를 가지는 초점 조정이 완료된다.

이와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법은 세트마다의 편차를 반영하여 스크린 상에 정확한 초점이 맺히는 것이 가능하게 하고 초기 생산 후에 광학 기구가 충격 등으로 인해 위치가 다소 틀어질 경우에도 손쉽게 초점 조정을 다시 할 수 있도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 사용자가 볼 수 없는 유효 스크린 밖에 수광 센서를 구성하고 이를 이용하여 최대 피크값을 갖는 위치로 초점 조정용 렌즈를 자동으로 이동 고정시킬 수 있으므로 초점 조정의 용이성을 확보하는 효과가 있다.

둘째, 초점 조정이 광학 기구가 TV 세트에 장착된 후에 이루어지므로 광학 기구 조립 공정에서 수동으로 이루어지던 초점 조정 공정을 생략할 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있다.

셋째, 세트마다의 편차에 영향을 받지 않으며 생산이 이루어진 후에 외부 요인에 의해 초점이 흐려질 경우에 이를 재조정할 수 있다.

넷째, 조정 과정이 자동으로 이루어지므로 보다 정밀한 조정이 가능해져 향상된 화질이 보장된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 시청자가 볼 수 없는 유효 스크린 밖의 화면 안쪽에 구성되어 투사되는 테스트 패턴의 빛의 량에 따라 전기적인 신호를 출력하는 수광 센서부;

   상기 수광 센서부에서 출력되는 신호 크기의 편차를 크게 하여 디지털 변환 출력하는 신호 처리 블록;

   상기 디지털 변환된 출력값에 따라 초점 조절용 렌즈를 구동하기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 출력값이 최대 피크값인 지점에 초점 조절용 렌즈를 이동 고정시키는 제어부;

   상기 구동 제어 신호에 의해 상기 초점 조절용 렌즈의 위치를 가변하는 렌즈 구동 수단을 포함하며,

   상기 수광 센서부는 센서들이 수평 방향으로 배열되어, 빛이 입사되는 센서만 빛의 양에 비례하는 전기 신호를 발생시키고 각각의 출력을 시프터(shifter)에 의해 시리얼 신호로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호 처리 블록은 상기 수광 센서부에서 출력되는 신호를 증폭하는 증폭기와,

   상기 증폭된 신호를 미분하는 미분기와,

   상기 미분된 신호를 제곱하여 신호 크기의 편차를 신장시키는 제곱기와,

   상기 신호 크기가 신장된 제곱기의 출력 신호를 디지털 변환하여 출력하는 ADC를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 장치.
3. 삭제
4. 테스트 패턴을 스크린에 투사하여 입사되는 빛의 량에 비례하는 전류값을 출력하는 단계;

   상기 전류값을 이용하여 수평 방향의 위치에 따른 출력값을 구하는 단계;

   상기 출력값을 이산 신호로 변환하여 해당 시점의 렌즈 위치 정보와 함께 저장하는 단계;

   상기 렌즈 위치의 변경 및 그에 따른 출력값을 구하여 저장하는 단계를 반복하고 저장된 출력값들 중에서 최대 피크값을 구하는 단계;

   상기 최대 피크값을 출력했을 때의 위치로 렌즈 이동시켜 초점을 조정하고 렌즈를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전류값을 이용하여 수평 방향의 위치에 따른 출력값을 구하는 단계는,

   상기 입사되는 빛의 량에 비례하는 전류값을 증폭하는 단계;

   상기 증폭된 신호를 미분하여 수평 위치에서의 빛의 분포에 따른 출력값을 구하는 단계;

   상기 출력값을 제곱하여 신호 크기의 편차를 크게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 티브이의 자동 초점 조정 방법.

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