KR19980031904A - 레이저 프로젝션 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 주사시 수평 동기 신호와 회전다면경에 의한 수평 주사 시작점을 맞추기 위하여 포토디텍터에서 안정되게 수평 주사 시작점을 검출할 수 있도록 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이는, 회전다면경의 구조 및 회전속도에 약간의 오차가 있더라도, 광변조된 레이저 빔이 수평 방향으로 주사될 때 최초 수평 주사 시작시 '백'레벨의 신호가 포토디텍터에 입력되어 큰 검출 신호가 나오게 함으로써, 이 검출 신호를 기준으로하여 화상 데이터가 수평 방향으로 주사되는 동기화가 이루어진다. 따라서 레이저 빔이 정확하게 수평 방향으로의 떨림이나 해상도가 나빠지는 경우가 발생하지 않음으로써 안정된 영상 표시가 가능하다.

Description

레이저 프로젝션 디스플레이

본 발명은 레이저 프로젝션 디스플레이에 관한 것으로, 상세하게는 수평 주사시 수평 동기 신호와 회전다면경에 의한 수평 주사 시작점을 맞추기 위하여 포토디텍터에서 안정되게 수평 주사 시작점을 검출할 수 있도록 하는 레이저 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광고효과를 최대한으로 나태내기 위하여 옥외용 디스플레이가 널리 사용되고 있다. 최근에는 단일 문자 뿐 만 아니라, 텔레비젼의 영상과 같은 움직이는 영상을 대형 건물 벽에 표시하기도 한다. 이러한 옥외용 영상 표시 장치로는 수 많은 LED를 이용한 표시 장치가 있는데, 이는 자연스러운 계조 표시와 함께 충분한 휘도로 움직이는 영상 표시가 가능하다. 그러나 LED 표시 장치는 표시장치의 면적이 커질수록 그 면적에 비례하여 화소의 개수가 증가하고, 그 만큼의 LED 소자를 더 필요로 한다. 또한 대형의 구조물이 되기 때문에 건물벽에 설치하는데 따른 어려움도 있으며, 대형화 될수록 화소의 증가에 따른 LED 표시소자의 증가로 고장이 날 확률이 그 만큼 더 증가한다. 그러므로 LED 표시장치의 수명이 대체로 짧아지고, 유지 보수에 상당한 어려움이 뒤따른다. 상기 옥외용 영상 표시 장치로는 LED 표시 장치 외에 레이저 프로젝션 디스플레이(laser projection display system)가 있다. 이 장치는 적당한 투사 거리에서 건물의 벽면을 스크린으로 하고 레이저 광원을 두 개의 반사거울로 주사시킴으로써 영상을 표시하는 장치이다. 표시되는 효과는 LED 표시장치와 다를 것이 없으나 표시 방법에 있어서 장점이 많다. LED 표시 장치에 비하여 스크린 설치가 용이하고, 고해상도의 화상을 구현할 수 있으며, 가격 및 유지 보수의 측면 등에서 여러 가지 유리한 점이 많다. 따라서 이 레이저 프러젝션 디스플레이는 옥외용 대형 표시 장치로써 널리 사용될 것으로 보인다.

이러한 레이저 프로젝션 디스플레이는 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 15.75Hz로 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, 도 2에 도시된 바와 같이, 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 666회 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. 도 2에서 포토디텍터 검출 신호A는 회전 다면경의 회전이 빨라져 수평 주사가 일찍 이루어진 경우이고, 검출 신호 B는 회전 다면경의 회전이 늦어져 수평 주사가 늦게 이루어진 경우이다. 이러한 검출 신호 A 및 B가 빠르게 반복되면 화상의 수평 방향 떨림이 일어난다.

도 1은 종래의 레이저 프로젝션 디스플레이의 개략적 구성을 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 레이저 프로젝션 디스플레이는 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원(100)과, 레이저 빔을 영상신호처리회로(300)에서 제공되는 복합영상신호에 따라 변조하는 광변조기(200)와, 복합영상신호를 처리하여 광변조기(200)에 제공하는 영상신호처리회로(300)와, 수평동기신호에 따라 회전 다면경(110)을 구동하는 회전다면경 구동회로(500)와, 수직동기신호에 따라 검류계(600)를 구동하는 검류계 구동회로(400)와, 이 레이저 복합영상신호 성분중 '흑' 레벨 신호를 감지하여 영상신호처리회로(300)에 전송하는 포토디텍터(800)를 구비하고 있다.

이와 같은 구조에 있어서, 종래의 레이저 프로젝션 디스플레이의 동작은 다음과 같다.

복합영상신호와 수평동기신호가 영상신호 처리회로(300)에 입력됨과 동시에 수직동기신호는 검류계 구동회로(400)에 입력되고, 수평동기신호는 회전다면경 구동회로에 입력된다. 회전다면경 구동회로에서 출력되는 수평동기신호는 24면의 거울로 형성된 회전다면경(700)에 인가되어 회전다면경(700)이 초당 15.75kHz/24=666회의 속도로 회전하게 된다. 또한 검류계 구동회로(400)에서 출력되는 수직동기신호는 검류계(600)에 입력되어 검류계(600)를 구동하게 된다. 광 변조기(200)는 영상신호 처리회로(300)에서 제공되는 복합영상신호에 따라 레이저 광원(100)에서 인가되는 레이저 빔을 변조한다. 이 출력된 변조 신호는 수직동기신호 및 수평 동기신호와 함께 각각 검류계(600) 및 회전다면경(700)으로 입력된다. 이렇게 되면, 검류계(600)은 수직 동기신호에 복합영상신호에 따라 변조된 레이저 빔을 수직방향으로 주사하고, 회전다면경(700)은 수평 동기 신호에 따라 초당 666회로 회전하면서 상기 변조된 레이저 빔을 수평 방향으로 주사한다. 이 수평 방향 주사시 레이저 빔은 맨처음 포토디텍터(800)에 의해 검출되는데, 화상 데이터와 함께 복합영상신호에 포함되어 있는 '흑' 레벨 신호를 검출하게 된다. 이는 수평주사신호의 시작점 검출은 앞서 설명한 바와 같이 수평 동기 신호와 회전 다면경의 회전속도 불안정에 따른 동기의 불일치를 개선하기 위한 것으로, 이 신호를 기준으로 화상 데이터의 수평 주사를 하게 하면 화상의 수평 방향 떨림이 없어진다. 이 때 검출된 '흑' 레벨의 검출 신호는 영상 신호 처리회로(300)에 입력되어 다음에 출력되게 될 레이저 복합영상신호(117)의 주기적 변조를 위한 동기신호가 된다. '흑' 레벨 검출 신호와 함께 포토디텍터(800)를 통과한 레이저 빔은 스크린(900)에 주사되어 화상을 표시하게 된다. 그런데 변조된 레이저 빔이 회전다면경(700)에 의해 스크린(900)에 수평 주사되기 시작할 때 포토디텍터(800)에 의해 검출된 '흑' 레벨의 검출 신호는 도 2에 도시된 바와 같이, 세기가 너무 미약하여 일정 레벨 이상의 전압으로 감지되지 못한다. 그렇기 때문에 다음 레이저 복합영상신호(117)의 주기는 원래보다 시간 t 만큼 늦어져 스크린(119)에 표시될 때 시간지연을 갖고 변조된 레이저 빔이 스크린(900)에 맺히게 되어 해상도가 떨어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 것으로, 회전다면경에 의해 수평 주사되는 레이저 빔의 수평 주사 시작 시각을 포토디텍터로 일정 레벨 이상의 세기로 감지할 수 있는 레이저 프로젝션 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 레이저 프로젝션 디스플레이의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도,

도 2는 도 1의 레이저 프로젝션 디스플레이의 수평동기신호와 포토디텍터 신호의 파형도,

도 3는 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도,

도 4은 도 3의 레이저 프로젝션 디스플레이의 수평동기신호와 포토디텍터 신호의 파형도,

도 5는 도 3의 레이저프로젝션 디스플레이의 각종 입출력신호의 파형도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10. 레이저 광원20. 광변조기

30. 영상신호처리회로31. 광출력 설정 회로

32. 스위치 회로부33. JK 플립플롭

40. 검류계 구동 회로50. 회전다면경 구동 회로

60. 검류계70. 회전다면경

80. 포토디텍터90. 스크린

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이는, 레이저 광원; 복합 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리 수단; 상기 영상 신호처리 수단에서 인가되는 상기 복합 영상 신호 출력에 따라 상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 변조하는 광변조 수단; 상기 광변조 수단으로부터 제공되는 변조된 레이저 빔을 수평 주사하는 회전다면경; 상기 변조된 레이저 빔을 수직 주사하는 검류계; 수평 동기 신호에 따라 상기 회전다면경을 회전시키는 회전다면경 구동수단; 수직 동기 신호에 따라 상기 검류계를 구동시키는 검류계 구동수단; 및 상기 수평 주사되는 변조된 레이저 빔의 수평 주사 시작 시점을 검출하기 위한 포토디텍터;를 구비하여 된 레이저 프러젝션 디스플레이에 있어서, 상기 레이저 빔을 상기 광변조 수단으로 변조시 상기 변조되는 레이저 빔에 소정의 레벨 이상의 동기부를 제공하기 위한 광출력 설정 수단; 상기 포토디텍터의 검출 신호 및 상기 수평 동기 신호에 입력 여부에 따라 상기 광출력 설정 수단의 출력 신호 및 상기 영상 신호 처리 수단의 화상 데이터 신호 중 어느 신호를 상기 광변조기에 인가할 것인가를 결정하기 위한 논리 수단; 및 상기 논리 수단의 출력 신호에 따라 상기 광출력 설정 수단의 출력 신호 및 상기 영상 신호 처리 수단의 화상 데이터 신호 중 어느 한 신호가 상기 광변조기에 인가되도록 회로를 연결시키는 스위칭 수단;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 동기부는 상기 복합 영상 신호의 '백'레벨 이상의 세기를 갖고, 상기 논리 수단은 JK 플립플롭이며, 상기 스위칭 수단은 상기 반도체 능동 소자로 이루어진 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이를 개략적으로 나타내는 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이는, 도 1에 도시된 바와 같은 레이저 프러젝션 디스플레이에 광출력 설정 회로(31), 스위치 회로부(32) 및 JK플립플롭(33)을 더 구비하여 이루어진다. 이외에도 종래의 레이저 프러젝션 디스플레이에 구비된 레이저 광원(10), 광변조기(20), 영상신호처리회로(30), 회전다면경 구동회로(50)와, 검류계 구동회로(40) 및 포토디텍터(80)를 구비하고 있는데 이들의 기능은 종래와 거의 같다.

여기서, 광출력 설정 회로(31)는 본 발명의 특징인 복함 영상 신호의 흑레벨을 백레벨 바꿔주는데 필요한 백레벨의 광세기를 생성시키는 전압을 설정하여 제공하는 회로이다. 스위치 회로(32)는 광츨력 설정 회로(31)에서 제공되는 백레벨의 광세기를 생성시키는 전압을 인가하는 기간을 정해 주는 능동 소자로 이루어진 회로로서, 입력 단자 S1의 입력 신호에 따라 S2 단자가 S3 단자 혹은 S4 단자 중의 하나와 접속된다. 예를 들면, 단자 S1에 '하이' 신호가 들어오면 S2 단자는 S3 단자에 접속되어 복합 영상 신호의 흑레벨 대신에 광출력 설정 회로(31)에서 제공하는 백레벨의 신호를 광변조기에 전달하고, 단자 S1에 '로우'가 들어오면 S2 단자는 S4 단자에 접속되어 복합 영상 신호의 영상 데이터 부분을 그대로 광변조기에 전달하게 된다. 따라서, 광변조기(20)에서 변조된 레이저 빔의 영상 신호는 백레벨의 동기부와 기존의 화상 데이터부로 구성되는 복합 영상 신호로 변조되어 출력된다. JK 플립플롭(33)은 J단자가 '0'이고 K단자가 '1'일 때 Q단자는 '0'을 출력하고, J단자가 '1'이고 K단자가 '0'일 때 Q단자는 '1'을 출력한다. 이는 즉 JK플립플롭(33)에 수평 동기 신호는 입력되지 않고 포토디텍터 검출 신호만 인가될 때는 Q가 '0'이 되어 복합 영상 신호의 영상 데이터가 그대로 광변조기(20)에 인가되고, JK플립플롭(33)에 수평 동기 신호만 입력되고 포토디텍터 검출 신호는 인가되지 않을 때는 Q가 '1'이 되어 광출력 설정부의 '백'레벨 신호가 광변조기(20)에 인가됨을 의미한다. 이는 곧 포토디텍터 검출 신호가 도 4에 도시된 바와 같이, 커지게 됨을 의미한다.

이와 같은 구조의 레이저 프로젝션 디스플레이의 동작을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이 '흑'레벨의 동기 신호를 갖는 복합영상신호는 영상신호처리회로(30)에 입력되고, 수평동기신호는 영상신호처리회로(30), 회전다면경 구동회로(50) 및 JK 플립플롭(33)의 J 단자에 입력되며, 수직동기신호는 검류계 구동회로(40)에 입력되며, 레이저 광원(10)에서 출력되는 레이저빔은 광변조기(10)에 입력된다. 그러면, 회전다면경 구동회로(50)은 수직 동기 신호에 따라 회전다면경(70)을 회전시키고, 검류계 구동 회로(40)는 수직 동기 신호에 따라 검류계(60)를 구동시킨다. 그리고 수평동기신호는 JK 플립플롭(33)의 J 단자에 입력되어 Q 단자로의 출력 신호는 '하이'가 되고, 이 '하이' 신호는 스위치 회로부(32)의 S1 단자에 입력된다. 스위치 회로의 S1 단자에 '하이' 신호가 입력되면 S2 단자는 S3 단자와 연결되어 광출력 설정 회로(31)에서 제공되는 백레벨의 광세기를 생성시키는 전압이 광변조기(20)로 입력되게 한다. 한편, JK 플립플롭(33)의 J 단자에 수평 동기신호가 인가되지 않고 K 단자에 포토디텍터(80)으로부터 광검출 신호가 입력되면 Q 단자에서 로우가 출력되어 스위치 회로의 S2 단자는 S4 단자에 연결되어 영상 신호 처리회로(30)로부터 제공되는 화상 데이터가 광변조기(20)에 입력되게 한다. 이와 같은 동작에 의해 도 5에 도시된 바와 같은 '백'레벨의 동기부를 갖는 광변조 출력 신호가 생성된다. 이러한 광변 출력 신호의 생성 과정을 결정하는 JK플립플롭(33)의 입출력 신호의 논리 관계를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, JK 플립플롭의 특성표는 아래 표 1과 같다.

[표 1]

또한, 도 5에서 JK플립플롭(33)의 J 및 K 입력단자에 각각 인가되는 수평동기 신호 및 포토디텍터의 검출 신호의 논리 변화를 살펴보면, 입력 논리(JK)는 (10), (00), (01), (00)의 순서로 되풀이 된다. 따라서, 수평 동기 신호가 0으로 바뀐 후 포토디텍터 신호가 검출되기 전 까지는(즉, 입력 논리가 (10)에서 (00)으로 바뀌어도) 플립플롭의 출력 단자 Q에서는 하이를 출력하기 때문에 광변조 신호에서는 광출력 설정 회로의 '백'레밸의 전압이 그대로 나타난다. 그리고 포토디텍터 신호가 검출되면(입력 논리가 (00)에서 (01)로 바뀌면) 플립플롭의 출력 단자 Q에서는 '로우'가 출력되기 때문에 영상 신호 처리회로에서 인가되는 화상 데이터가 그대로 광변조기 신호에 나타난다. 따라서, 광변조기에서 변조된 레이저 빔은 '백' 레벨의 동기부와 화상 데이터부를 갖는 복합 영상 신호로 구성되게 된다. 이와 같이 변조된 레이저 빔은 수직 및 수평동기신호와 함께 각각 검류계 및 회전다면경에 인가되어, 수직 및 수평 방향으로 주사되어 화상을 형성하게 된다. 따라서, 포토디텍터에서 검출되는 검출 신호는, 도 4에 도시된 바와 같이, '흑' 레벨에 대한 검출 신호보다 훨씬 큰 '백' 레벨에 대한 검출 신호를 얻게된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 디스플레이는, 회전다면경의 구조 및 회전속도에 약간의 오차가 있더라도, 광변조된 레이저 빔이 수평 방향으로 주사될 때 최초 수평 주사 시작시 '백'레벨의 신호가 포토디텍터에 입력되어 큰 검출 신호가 나오게 함으로써, 이 검출 신호를 기준으로하여 화상 데이터가 수평 방향으로 주사되는 동기화가 이루어진다. 따라서 레이저 빔이 정확하게 수평 방향으로의 떨림이나 해상도가 나빠지는 경우가 발생하지 않음으로써 안정된 영상 표시가 가능하다.

Claims (4)

1. 레이저 광원; 복합 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리 수단; 상기 영상 신호처리 수단에서 인가되는 상기 복합 영상 신호 출력에 따라 상기 레이저 광원으로부터 방출되는 레이저 빔을 변조하는 광변조 수단; 상기 광변조 수단으로부터 제공되는 변조된 레이저 빔을 수평 주사하는 회전다면경; 상기 변조된 레이저 빔을 수직 주사하는 검류계; 수평 동기 신호에 따라 상기 회전다면경을 회전시키는 회전다면경 구동수단; 수직 동기 신호에 따라 상기 검류계를 구동시키는 검류계 구동수단; 및 상기 수평 주사되는 변조된 레이저 빔의 수평 주사 시작 시점을 검출하기 위한 포토디텍터;를 구비하여 된 레이저 프러젝션 디스플레이에 있어서,

   상기 레이저 빔을 상기 광변조 수단으로 변조시 상기 변조되는 레이저 빔에 소정의 레벨 이상의 동기부를 제공하기 위한 광출력 설정 수단;

   상기 포토디텍터의 검출 신호 및 상기 수평 동기 신호에 입력 여부에 따라 상기 광출력 설정 수단의 출력 신호 및 상기 영상 신호 처리 수단의 화상 데이터 신호 중 어느 신호를 상기 광변조기에 인가할 것인가를 결정하기 위한 논리 수단; 및

   상기 논리 수단의 출력 신호에 따라 상기 광출력 설정 수단의 출력 신호 및 상기 영상 신호 처리 수단의 화상 데이터 신호 중 어느 한 신호가 상기 광변조기에 인가되도록 회로를 연결시키는 스위칭 수단;을

   구비하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동기부는 상기 복합 영상 신호의 '백'레벨 이상의 세기를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 프러젝션 디스플레이.
3. 제1항에 있어서,

   상기 논리 수단은 JK 플립플롭인 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 디스플레이.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스위칭 수단은 상기 반도체 능동 소자로 이루어진 것을 특징으로 하는레이저 프로젝션 디스플레이.