KR200173912Y1 - 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이(tv)에서 근접거리 감지장치 - Google Patents

Abstract

초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이(TV)에서 근접거리 감지에 대한 개선장치에 관한 것으로, 마이컴으로부터 입력된 초음파 신호에 대해 극성을 반전하여 스파이크(Spike)발생부와 합산부로 출력하는 반전부와, 극성이 반전된 송신신호로부터 스파이크 신호를 발생하는 스파이크 발생부와, 스파이크 신호에 의해 동기되어 톱니파를 발생하는 톱니파 발생부와, 톱니파의 출력신호를 적당한 크기의 레벨로 조정하는 레벨 조정부와, 반전부에서 반전된 신호와 일정크기로 레벨조정된 톱니파를 합하기 위한 합산부와, 합산부의 출력신호에 의해 수신부로 유입된 신호를 이득제어하는 이득제어부로 구성된 간섭신호 제거부에 의해 근접된 초음파 송신부로부터 직접 유입하는 불필요한 신호는 분리, 제거하고 물체(시청자)에 반사되어 온 수신신호만을 검출하는 초음파 센서를 이용한 근접거리 감지장치를 티브이에 적용 물체(시청자)와 수상기 사이의 거리를 감지하여 수상기 전원 온(on)/오프(off), 혹은 시력보호를 위한 화질 조정을 가능하게 할 수 있다.

Description

초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이(ＴＶ)에서 근접거리 감지장치

본 고안은 티브이(TV)에 관한 것으로서, 특히 초음파 센서를 티브이에 적용, 물체(시청자)와 수상기 사이의 거리를 감지하여 수상기 전원 온(on)/오프(off), 혹은 화질 조정을 해주는 시력보호 티브이에서 근접거리 감지가 가능하도록 개선한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이는 수상기의 송신부에서 물체(시청자)를 향하여 신호를 출력한 후, 물체에 반사되어 수신부로 들어오는 입력신호를 감지하여 수상기와 물체(시청자)의 거리를 계산하고, 그 계산값에 따라 화질을 조절하여 시청자의 시력을 보호하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치에 대한 블록도로서, 초음파 신호송출용 신호를 발생시키는 발진부(12)와,제어신호에 의해 온/오프 스위칭되어 출력하는 스위칭부(13)와, 스위칭부(13)에서 출력되는 신호파형을 증폭하는 출력부(14)와, 출력부(14)에서 출력된 신호를 초음파 형태로 공간상으로 송출하는 송신부(15)와, 물체에 반사된 초음파신호를 수신하는 수신부(16)와, 수신부(16)에 수신된 낮은 레벨의 신호를 충분한 전압레벨로 증폭하는 증폭부(17)와, 상기 증폭부(17)에서 출력된 신호파형에서 초음파 신호송출용 신호성분을 제거하는 검파부(18)와, 상기 검파부(18)에서 출력된 신호를 디지탈 신호화하여 마이컴(11)에 출력하는 A/D변환부(19)와, 일정 주기의 파형으로 스위칭부(13)를 온/오프 시키고 A/D변환부(19)에서 입력된 신호로 감지되는 물체와의 거리를 환산해서 그 거리에 대응하는 화질을 조절하는 마이컴(11)과, 비디오 신호를 상기 마이컴(11)에서 출력된 디지탈신호에 의해 영상처리하는 영상처리부(20)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 동작원리를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1의 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치 블록도에서 먼저, 발진부(12)는 도 2a와 같은 초음파 신호 송출용 40㎑ 신호를 발생시켜 스위칭부(13)에 인가한다.

또한, 마이컴(11)에서는 도 2b와 같이 t₁의 시간폭(일반적으로 1ms)을 가진 t_cy주기의 신호로 스위칭부(13)를 온/오프 시킨다.

상기 스위칭부(13)는 마이컴(11)의 제어에 의해 온(on)되면, 상기 발진부(12)의 발진파형을 출력부(14)로 출력한다.

따라서, 도 2c와 같은 40㎑ 발진신호가 t₁의 시간만큼 출력부(14)에 인가된다.

출력부(14)는 송신부(15)의 송출레벨을 발송할 수 있을만큼 전압을 충분히 증폭하여 송신부(15)에 인가하고, 송신부(15)는 초음파형태로 전면을 향해 송출한다.

이 때, 도 1에서 전면에 물체(시청자)가 있으면 송출된 초음파는 물체(시청자)에 반사되어 수신부(16)로 입력된다.

상기 수신부(16)로 수신된 초음파 신호의 입력레벨은 작기 때문에 증폭부(17)를 통해 충분히 전압을 증폭시키면, 도 2d파형과 같은 40㎑ 성분의 신호가 검출된다.

도 2e는 검파부(18)에서 다이오드 검파 혹은 적분회로를 적용하여 40㎑ 성분을 제거한 파형으로, 상기 검파부(18)에서 출력된 신호파형은 도 2f 같이 A/D변환부(19)에서 high/low의 비에 따라 디지틀 신호화하는데, 그 출력을 마이컴(11)에 입력시킨다.

상기 설명중 티브이 수상기(21)에서 물체(시청자)까지 도 2c파형과 같은 초음파가 송출된 후, 송출된 신호가 반사되어 수신되기까지의 걸리는 시간을 거리로 환산하면,

도 1의 l₁(m) = 1/2 ×t(sec)×340m로 환산된다.

여기서, 340m는 초음파가 초(sec)당 갈 수 있는 거리이고, 초음파가 물체(시청자)에 반사되어 수신부(16)에 유입되는데 걸린 시간이 t(sec)이라면 물체(시청자)와의 거리 l₁까지의 소요시간은 반이므로 t/2 시간의 거리로 계산된다.

그러면, 마이컴(11)에서 물체(시청자)와의 거리가 환산되고, 그 거리에 대응하여 시청자가 수상기(21)에 가까이 접근할 경우, 수상기(21)의 전원을 오프(off)하거나, 화면을 어둡게 조절하게 된다.

상기 종래 기술에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이는 초음파가 특성상 직선성이 강하기 때문에 시판되고 있는 센서의 일반적 감지각도가 30^o정도에 불과하므로, 송수신기 1쌍으로는 감지각도가 충분치 않아 2쌍 이상을 사용하고 있다.

그러나, 도 3와 같이 2쌍의 센서를 적용시, 수상기 구조상 송신부(R)와 수신부(S) 한쌍을 근접시켜 배치 할 수 밖에 없고, 이 경우 도 4b파형에서와 같이 송신부에서 수신부로 직접 유입되는 신호가 발생한다.

즉, 도 4a파형에서 t₁시간동안 송신신호가 가해지면, 송신부의 케이스(case) 내부에 벽과 벽사이에서 반사를 되풀이 하다가 송신되는 8tray성분이 발생하고, 수신부가 근접하다보니 레벨이 그리 높지않아도 수신부 회로에 도 4b와 같이 불필요한 신호파형이 검출된다.

상기 검출된 신호파형을 다시 A/D변환부에서 검출하면 도 4c와 같은 파형이 출력되는데, 이것은 t_p의 시간에 해당하는 거리만큼 수상기 근접부의 물체(시청자) 감지가 불가하다는 것을 의미한다.

본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 초음파 센서의 근접부에 있는 물체 감지시 송출된 초음파 신호가 반사를 거치지 않고 직접 수신되는 경우, 이와 같은 신호를 제거하는 것이 본 고안의 목적이다.

도 1는 종래 기술에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치에 대한 블록도

도 2는 도 1에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치에 대한 각 블록들의 신호파형도로써,

a)는 발진부에서 발생시켜 보내는 초음파 발진신호 파형도

b)는 마이컴에서 출력하는 신호파형도

c)는 스위칭부를 통해 출력부로 송출되는 신호파형도

d)는 증폭부를 통해 출력되는 신호파형도

e)는 검파부를 통해 출력되는 신호파형도

f)는 A/D변환부를 통해 출력하여 마이컴에 입력되는 신호 파형도

도 3은 종래 기술에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 구성도

도 4a는 도 3의 송신부(R)에서 송출되는 신호파형도

도 4b는 도 3의송신부(R)에서 수신부(S)로 직접 유입되는 신호파형도

도 4c는 도 4b에 의한 A/D변환부에서 검출되는 신호파형도

도 5는 본 고안에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치의 블록도

도 6은 도 5에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치에 대한 각 블록들의 신호파형도로써,

a)는 마이컴에서 출력하는 신호파형도

b)는 마이컴에서 인출되어 반전부를 통해 출력되는 신호파형도

c)는 스파이크 발생부를 통해 출력되는 신호파형도

d)는 스파이크 발생부에서 출력된 신호가 톱니파 발생부를 거쳐 레벨 조정부로 출력되는 신호파형도

e)는 합산부를 통해 출력되는 신호파형도

f)는 증폭부에서 출력되어 이득제어부로 입력되는 신호파형도

g)는 이득제어부에서 출력되어 검파부로 입력되는 신호파형도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 반전부(INVERTER) 22 : 스파이크 발생부

23 : 톱니파 발생부 24 : 레벨조정부

25 : 합산부 26 : 이득제어부

30 : 간섭 신호 제거부

본 고안에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지 개선장치의 특징은 근접된 초음파 송신부로부터 직접 유입되는 불필요한 신호를 분리·제거하고, 반사되어 수신된 신호만을 검출하기위한 간섭신호 제거부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이에서 초음파를 송출하는 과정은 종래와 동일하므로 설명을 생략하고, 본 고안에서는 간섭신호 제거부를 포함하는 수신과정의 구성과 작용만 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 고안에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치 블록도로써, 초음파 센서를 이용한 근접거리 감지장치의 간섭신호 제거부를 포함한 수신과정은, 온/오프 제어신호를 반전하는 반전부(21)와, 반전된 제어신호로부터 양극성의 스파이크 신호를 출력하는 스파이크 발생부(22)와, 스파이크 신호로부터 톱니파를 출력하는 톱니파 발생부(23)와, 출력된 톱니파를 레벨조정하는 레벨조정부(24)와, 반전부(21)의 출력과 레벨조정부(24)의 출력을 합성하는 합산부(25)와, 물체(시청자)에 반사된 신호와 반사를 거치지 않은 신호가 유입되는 수신부(16)와, 수신부(16)에서 출력된 신호와 합산부(25)에서 출력된 신호를 이득제어하여 이득(Gain)이 0인 시간동안은 수신부(16)로부터 유입된 신호를 출력하지 않고 이득(Gain)이 변화하는 시간동안만 수신부(16)로부터 유입된 신호를 출력하는 이득제어부(26)와, 이득제어부(26)에서 출력된 신호에서 송출용 초음파 발진신호성분을 제거하는 검파부(18)와, 검파부(18)의 아날로그 신호 출력을 디지틀 신호로 변환하여 마이컴(11)으로 출력하는 A/D변환부(19)로 구성된다.

이와 같이 구성된 초음파를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치에서 간섭신호 제거부를 포함한 수신과정의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6a와 같이 t₁의 시간폭을 갖는 신호를 반전부(21)에 입력한다.

반전부(21)에서는 도 6b파형과 같이 t₁의 시간폭을 갖는 신호는 반전되고, 이 반전된 신호를 콘덴서(C₁), 저항(R₁), 다이오드(D₁)로 구성된 스파이크 발생부(22)에 입력시키면, 도 6c파형과 같은 양극성 천이부에서 양극성의 스파이크 신호가 발생한다.

상기 발생된 양극성의 스파이크 신호를 (단안정)톱니파 발생부(23)로 입력시키면, 스파이크부(22)를 통해 반전시킨 톱니파가 발생되고, 톱니파 발생부(23)에서 출력된 톱니파는 레벨조정부(24)를 통해 t_ga시간동안 레벨 조정하여 도 6d와 같은 파형을 출력한다.

합산부(25)는 도 6b의 반전부(21)의 출력(g)과 도 6d의 레벨 조정부(24)에서 레벨 조정된 톱니파를 합성하여, 도 6e와 같은 파형을 얻는다.

여기서, 수신부(16)로 입력되는 신호는 2가지가 있다.

하나는 공간상으로 송출된 후 물체(시청자)에 반사되어 들어오는 신호이고, 다른 하나는 송신부(15)에서 직접 유입된 반사를 거치지 않은 신호이다.

상기 두 신호가 송신부(15)에서 같은 시간시점에서 송출될 경우, 도 6f와 같은 송신부(15)에서 수신부(16)로 직접 유입된 고딕선 부분(40)과 물체(시청자)에 반사되어 들어온 점선 부분(50)이 합성된 상태의 신호가 된다.

이와 같이 수신부(16)에 유입되서 증폭부(17)를 거친 출력신호는 검파부(18)에 직접 인가하지않고 이득제어회로에 입력시킨다.

도 6f에서 물체(시청자)에 반사되어 들어온 신호만을 검출하기 위한 도 6e의 이득제어 신호에 대해, 초음파 송출시간 t₁을 통상 1ms로 하고, 이를 거리로 환산한다.

L =

에서 거리(L)는 17cm로 수상기(21)에서 반사될 물체(시청자)까지의 수신부(16)의 전면거리를 고려한다면 최소한 17cm이상이 되므로 초음파 송출시간 t₁(통상 1ms)동안 송신부(15)에서 송출된 신호는 무시한다해도 기능구현상 별 문제가 없다.

그러므로, (t₁+ t_ga)동안 이득제어부(26)로 입력되는 신호에서 t₁시간동안 반전된 신호부분을 게인0(gain zero)으로 처리하고, 스파이크 발생부(22) 출력의 스파이크부를 반전시켜 레벨조정한 t_ga시간동안은 게인상승(gain up)으로 처리, 즉 센서의 특성을 근거로 톱니파발생부(23) 및 레벨 조정부(24) 정수치로 결정된 신호레벨에 역비례하는 게인특성의 기울기로 처리한다.

이러한, 이득제어신호는 도 6f에서 t₁동안 수신부(16)로 유입된 신호는 제거하고, t_ga동안 유입된 신호만을 검출할 수 있도록 이득제어한다.

도 6g파형은 도 6e에 의해 도 6f파형을 이득제어한 신호출력으로, 송신부(15)에서 수신부(16)로 직접 유입된 불필요한 신호는 제거된 순수한 감지거리 정보를 싣고 있는 신호부분을 검출한다.

상기 검출된 도 6g의 신호파형은 검파부(18)와 A/D 변환부(19)를 거쳐 마이컴(11)에 입력되는데, 이들 동작과정은 종래 기술과 동일하므로 설명을 생략한다.

본 고안에 따른 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이에서 근접거리 감지 장치에 의하면, 송신부에서 송출되는 신호중 물체(시청자)에 대해 반사를 거치지 않고 직접 수신부에 유입되는 신호는 제거하고, 물체(시청자)에 대해 반사된 신호만을 검출하게 하는 간섭신호 제거부를 첨가함으로써 근접한 초음파 송신부로 부터 직접 수신부로 유입하는 불필요한 신호를 제거할 수 있다.

이로 인해 초음파 수신부와 송신부를 근접 배치할 수 있어, 시력보호기능을 티브이에 적용할 때 구조적인 제약 없이 송수신부의 근접배치 설계가 가능해지고, 티브이뿐만 아니라 일반 초음파를 이용한 거리감지 관련기기에도 수신부와 송신부가 근접해야 하는 구조에서는 적용이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이(TV)의 근접거리 감지장치에서,

   소정의 시간폭을 가진 일정 주기의 신호를 출력하고, 입력되는 디지틀 신호에 따라 물체(시청자)와 티브이의 거리를 계산하여 화질을 조절하는 제어부와;

   상기 제어부의 제어에 의해 소정의 시간폭을 가진 일정 주기로 초음파 신호를 공간상으로 송출하는 초음파 송신부와;

   상기 송신부로부터 송출된 초음파 신호를 수신하여 증폭하는 초음파 수신부와;

   상기 초음파 수신부의 초음파 신호를 제공받아 이를 반사시키지 않고 직접 유입되는 신호는 분리 또는제거하고, 반사되어 수신된 신호만을 검출하는 간섭신호 제거부와;

   상기 간섭신호 제거부에서 출력된 신호에서 초음파 송출용 발진신호성분을 제거한 후 디지틀 신호로 변환하여 제어부로 출력하는 검파부로 구성됨을 특징으로하는 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접 거리 감지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 간섭신호 제거부는 상기 제어부에서 소정의 시간폭을 가진 일정 주기의 신호를 출력하면, 이를 반전시키는 반전부와,

   상기 반전된 송신 신호의 양극성 천이부에서 스파이크 신호를 발생하는 스파이크 발생부와,

   상기 스파이크 신호에 의해 동기되어 톱니파를 발생하는 톱니파 발생부와,

   상기 톱니파의 출력 파형을 일정시간동안 일정크기로 레벨 조정하는 레벨 조정부와,

   상기 반전부에서 반전된 신호와 톱니파 발생부의 출력신호를 레벨조정한 신호와 합하는 합산부와,

   상기 합산부에서 출력되는 출력신호에 의해 상기 초음파 수신부의 신호 중 반사를 거치지않고 직접 수신된 신호를 이득제어하여, 이 신호를 제거하는 이득 제어부로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접 거리 감지장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 스파이크 발생부는 반전부를 통해 반전된 온/오프 제어신호를 제공받아 소정레벨로 미분하는 미분기(C₁,R₁)와, 상기 미분기를 통해 발생된 스파이크 신호중 양극성 레벨만 출력시키는 정류기(D₁)로 구성함을 특징으로 하는 초음파 센서를 이용한 시력보호 티브이의 근접거리 감지장치.