KR20050112590A

KR20050112590A - 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20050112590A
Application number: KR1020040037692A
Authority: KR
Inventors: 조현승
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-01
Also published as: US20050264762A1; NL1029018A1; CN100529956C; CN1702543A; KR100612011B1; BRPI0502075A; NL1029018C2

Abstract

프로젝션 시스템에서 LED 광원을 이용하여 안정적으로 고 명암 대비를 실현하는 명암 대비 개선 방법 및 그 장치가 개시되어 있다. 본 발명은 광을 발산시키는 발광 소자부, 광 소자부로부터 발광되는 광 특성을 조작하는 조명 광학계, 영상 신호를 디스플레이하고, 상기 조명 광학계로부터 입사된 광으로 투사하는 판넬부, 입력되는 영상 신호에 대한 콘트라스트를 보정하여 상기 판넬부로 출력하고, 소정 기간내 디스플레이될 영상 신호의 평균 레벨치를 추출하여 신호 전달 특성을 보정하는 영상 구동부, 영상구동부로부터 추출된 영상 신호의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 상기 발광 소자부의 발광 온 타임을 조절하는 발광 제어부를 포함한다.

Description

프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 방법 및 그 장치{Apparatus and method for enhancing contrast ratio in projection system}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것이며, 특히 프로젝션 시스템에서 LED 광원을 이용하여 안정적으로 고 명암 대비를 실현하는 명암 대비 개선 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시소자(LCD; Liquid Cristal Display)를 채용한 프로젝션시스템(projection system)은 조명광학계로부터 입사되는 광으로 투사(透寫)하고, 그 투사된 광을 편광판 및 투사렌즈를 이용하여 스크린상에 투사(投射)함으로써 그 크기가 확대된 영상을 재현한다.

하지만, LCD프로젝션시스템에서는 영상신호가 1차적으로 디스플레이되는 LCD판넬 그 자체의 명암대비(contrast ratio)가 음극선관(CRT)등의 다른 디스플레이장치에 비해 크게 떨어지며, LCD 판넬과 투사 렌즈 사이에 배치된 편광판의 편광도가 99.5% 이상이 되더라도 광을 완전히 차단하지 못한다. 따라서, 전술의 LCD 판넬 및 편광판을 통과하여 스크린상에 재현되는 영상의 블랙 레벨(black level)이 완전한 블랙 레벨로 되지 않으므로, LCD프로젝션시스템에서 재현되는 영상의 명암대비가 크게 떨어지는 문제점을 갖는다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 프로젝션 시스템은 "한국 특허 공개 번호 2001-0011567)에 제시되어 있다.

도 1을 참조하여 종래 기술을 설명하면, 도 1에 보여진 조명광학계는 고압 수은을 광원으로 이용하여 광을 발산 및 반사하는 광원수단(10)과, 전반사특성을 이용하여 그 광원수단(10)으로부터의 광의 광학적 특성을 균일하게 하고 발산각을 줄여주는 릴레이렌즈(11; relay lens)와, 그 릴레이렌즈(11)를 통과한 광을 평행광으로 변환시키는 시준렌즈(12)와, 그 평행광을 3원색신호성분(R,G,B)으로 분리 및 그 광경로를 변경시키는 이색거울(13; dichroic mirror), 및 그 이색거울(13)로부터의 각 색신호성분을 편광화시켜 LCD판넬(15)로 입사시키는 제 1편광판(14)을 구비한다.

영상구동부(16)는 입력되는 영상신호를 소정의 신호처리를 행하여 LCD 판넬(15)로 공급하고, 자동밝기제한(ABL : Auto Brightnees Limited) 제어기능을 수행하여 LCD 판넬(15)상에 디스플레이되는 영상의 밝기가 일정하게 유지되도록 하고, 영상신호의 평균레벨에 따라 LCD 판넬(15)로 공급되는 영상신호의 게인을 조정하여 광셔터제어부(21)로 ABL 제어신호를 공급한다.

광셔터제어부(21)는 영상구동부(16)로부터 인가되는 ABL 제어신호가 하이레벨인 경우에는 그에 반비례하는 로우레벨의 셔터 제어신호를 광셔터(22)로 인가하여 광셔터를 로우레벨의 셔터 제어신호에 해당하는 값만큼 닫힘(Close)상태로 조절하고, 반대로 ABL 제어신호가 로우레벨인 경우에는 그에 반비례하는 하이레벨의 셔터 제어신호를 광셔터(22)로 인가하여 광셔터를 하이레벨의 셔터 제어신호에 해당하는 값만큼 열림(Open)상태로 조절한다. 즉, 광셔터제어부(21)는 ABL 제어신호 레벨에 반비례하는 셔터 제어신호를 광셔터로 인가함으로서 LCD 판넬(15)상에서 전체화면의 밝아진 광을 적절히 차단하여 그 명암대비를 크게 개선하고, 화면이 어두어진 광을 그대로 투과시켜 그 명암대비를 유지한다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래의 프로젝션 시스템은 고압 수은 광원 및 광셔터를 채용하여 명암대비 개선효과를 이루고 있다. 이때 고압 수은 램프(Lamp)에서 발산하는 빛은 UV, 가시광선, IR의 세 부분으로 나눌 수 있다. 그 중 프로젝션 시스템에서 필요로 하는 파장 대역은 가시광선 파장 대역이다. UV 파장 대역은 시스템의 광학부품, 플라스틱 렌즈와 다른 광학부품, 편광 프리즘 그리고 LCD의 성능을 열화시키고, IR 파장 대역은 직접적으로 부품에 손상을 가하지는 않지만 광학 부품에 흡수될 경우 광학부품의 온도가 상승하게 되어 제 성능을 내지 못하게 한다.

특히, 종래의 프로젝션 시스템은 광셔터를 사용함으로서 전체 프로젝션 시스템에서의 광학부품인 광셔터가 증가하고, 광셔터를 액정표시소자(LCD)로 구현함으로서 광셔터의 응답속도가 엄청나게 빨라야 하며, 램프에서 발산되는 UV 파장 대역의 빛에 의하여 광셔터의 성능을 열화시킬 수 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 프로젝션 시스템의 LED 광량을 조절함으로써 안정적으로 고 명암 대비를 구현하는 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 프로젝션 시스템의 고 명암 대비 개선 장치에 있어서,

광을 발산시키는 발광 소자부;

상기 광 소자부로부터 발광되는 광 특성을 조작하는 조명 광학계;

영상 신호를 디스플레이하고, 상기 조명 광학계로부터 입사된 광으로 투사하는 판넬부;

입력되는 영상 신호를 콘트라스트 보정하여 상기 판넬부로 출력하고, 상기 소정 기간내 디스플레이될 영상 신호의 평균 레벨치를 추출하여 신호 전달 특성을 보정하는 영상 구동부;

상기 영상구동부로부터 추출된 영상 신호의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 상기 발광 소자부의 발광 온 타임을 조절하는 발광 제어부를 포함하며, 상기 영상 구동부는 디지털 영상신호를 판넬의 해상도에 맞는 신호로 업 및 다운 샘플링하는 스케일러부;

상기 스케일러부에서 스케일링된 영상 신호의 휘도값에 대해 일정 영역에서 평균값을 구하고, 그 평균값에 따라 영상 신호의 그레이 스케일을 보정하는 콘트라스트 보정부를 구비하며, 상기 발광 제어부는

상기 콘트라스트 보정부에서 구해진 영상 신호의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 PWM 제어량을 계산하는 PWM 제어량 계산부;

상기 PWM 제어량 계산부에서 계산된 PWM 제어량에 따라 PWM의 발광 온 타임을 조절하는 PWM 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 발광 구동 방식 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 방법에 있어서,

(a) 소정 기간내 디스플레이될 R, G, B 각 영상 신호의 평균 레벨을 추출하는 과정;

(b) 상기 (a)과정에서 추출된 R,G,B 영상신호의 평균 레벨과 미리 설정된 기준 레벨을 비교하는 과정;

(c) 상기 (b)과정에서 비교된 결과치에 근거한 레벨 신호에 따라 상기 발광량을 조절하는 과정을 특징으로한다.

이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 장치의 구조도 이다.

영상구동부(210)는 입력 영상신호에 대한 소정의 신호처리를 통해 구동제어 신호로 변환하여 DMD 패널(250)로 공급하고, 자동밝기제한 제어기능을 수행하여 DMD 패널(250)상에 디스플레이되는 영상의 밝기가 일정하게 유지되도록 한다. 특히 영상 구동부(210)는 소정 기간내 디스플레이될 R, G, B 영상 신호 각각에 대한 평균 레벨치를 구하고, 그 R,G,B 각각의 평균 레벨치에 따라 신호 전달 함수의 형태 및 크기를 다르게 하는 콘트라스트 보정 기능을 수행한다.

LED 제어부(220)는 영상구동부(210)로부터 인가되는 R,G,B 각각의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 평균 레벨치가 기준치보다 크면 LED 온 타임을 증가시킨 LED 구동 신호를 발생하고, 반대로 평균 레벨치가 기준치보다 적으면 LED 온 타임을 감소시킨 LED 구동 신호를 발생한다. 즉, LED 제어부(220)는 영상 신호 레벨의 평균 레벨이 기준치보다 높을 경우 LED의 발광량을 높임으로서 밝은 화면에서의 화상을 더 밝게 하고 또한 영상 신호 레벨의 평균 레벨이 기준치보다 낮을 경우 LED의 발광량을 줄임으로서 어두운 화면에서의 화상을 더 어둡게 한다. 결국, LED의 발광량을 PWM으로 조정함으로서 안정적으로 고 명암대비를 구현한다.

조명 광학계는 R LED,G RED,B LED(232, 234, 236) 및 이색 거울(dichroic mirror)(242, 244, 246)을 구비한다. R LED,G RED,B LED(232, 234, 236)는 LED 제어부(220)에서 발생되는 PWM 형태의 LED 구동 신호에 따라서 각각 해당 광을 발산한다.

이색 거울(dichroic mirror)은 R LED,G RED,B LED(232, 234, 236)에서 발생되는 R,G,B의 평행광 경로를 변경시킨다.

DMD(Digital Micromirror Device) 패널(250)은 이색 거울(dichroic mirror)에서 입사되는 광의 각도를 변경한다. 다른 실시예로 DMD(Digital Micromirror Device) 패널은 LCD 판넬로 대치할 수 있다.

투사광학계(260)는 DMD 패널(250)로부터 반사된 광을 스크린(270)상에 투사한다.

도 3은 도 2의 영상 구동부(210)와 LED제어부(220)의 상세도이다.

도 3을 보면, 영상 구동부(210)는 스케일러부(210-1), 콘트라스트 보정부(210-2)를 구비하며, LED제어부(220)는 PWM 제어량 계산부(220-2) 및 PWM 제어부(200-3)를 구비한다.

먼저, PC 또는 DTV 또는 RF 튜너에서 발생하는 R/G/B 영상신호 또는 RF 신호 또는 CVBS 신호들중 어느 하나가 입력된다.

스케일러부(210-1)는 시스템 제어부(도시안됨)에 발생하는 샘플링 클럭에 따라 R/G/B 영상신호 또는 RF 신호 또는 CVBS 신호중의 어느 하나를 샘플링하여 디지털 영상신호로 변환하고, 또한 샘플링 클럭에 따라 입력되는 디지털 R,G,B 영상신호를 판넬의 해상도에 맞는 신호로 업(up) 및 다운(down) 샘플링한다.

콘트라스트 보정부(210-2)는 스케일러부(210-1)에서 신호 처리된 영상 신호의 휘도값에 대해 일정 영역에서 평균값을 구하고, 그 평균값에 따라 영상 신호의 그레이 스케일을 보정한다. 예컨대, 밝은 화면중에 특정 부분이 어두울 경우 그 부분에 대한 콘트라스트 대비를 실현하기 위해 그레이 스케일을 변환한다.

PWM 제어량 계산부(220-2)는 콘트라스트 보정부(210-2)에서 구해진 R,G,B 각각의 평균 레벨치와 기준치 설정부(220)에서 리드된 기준치를 비교하여 PWM의 발광 온 타임량에 해당하는 PWM 제어량을 계산한다.

PWM 제어부(200-3)는 PWM 제어량 계산부(220-2)에서 계산된 PWM 제어량에 따라 PWM의 LED 온 타임을 조절한다.

도 4A 내지 도 4C는 도 3의 콘트라스트 보정부의 상세 그래프이다.

도 4A를 참조하여 입력 영상의 콘트라스트를 보정하는 과정을 설명한다.

먼저, 입력 영상 신호의 휘도에 대해 를 향상시킬 영역(Cutoff ∼ Upper)사이의 평균값(Mean)을 계산한다.

이어서, 그 평균값(Mean)을 기준으로 입력되는 영상 신호의 휘도값을 상위(Upper)영역과 하위(Low) 영역으로 나누고 각각 두 영역에 대한 평균 휘도값을 구한다. 즉, 1) 평균 영역과 상위 영역사이의 평균값(Mean_U)을 구한다. 2) 평균 영역과 컷오프 영역사이의 평균값(Mean_L)을 구한다.

이때, 두 영역의 평균값(Mean_L)과 평균값(Mean_U)의 위치에 따라서 신호 전달 함수의 형태의 크기 및 형태가 결정된다. 즉, 상위 영역에서 휘도 평균값(Mean_U)이 평균값(Mean)에 가까우면 위로 볼록하게 결정하고, 휘도 평균값(Mean_U)이 상위 영역(Upper)에 가까우면 아래로 오목하게 결정한다. 또한 하위 영역에서 평균값(Mean_L)이 컷오프영역(Cutoff)에 가까우면 위로 볼록하게 결정하고, 평균값(Mean_L)이 평균값(Mean)에 가까우면 아래로 오목하게 결정한다.

다른 실시예로 하위 영역에서는 도 4B와 같이 항상 아래쪽으로 오목한 형태로 신호 전달 함수를 형성할 수 있고, 상위 영역에서는 도 4C와 같이 평균값(Mean_U)의 위치에 따라 전달함수의 형태가 바뀐다.

도 5A 내지 도 5B는 도 3의 PWM 제어량 계산부에서 계산되는 일실시예를 도시한 것이다.

도5A를 참조하면, 영상 신호의 평균 레벨값이 기준값보다 클 경우 PWM의 LED 온 타임을 100%로 설정함으로써 밝은 화면에서의 화상을 더 밝게한다.

도5B를 참조하면, 영상 신호의 평균 레벨값과 기준값이 같을 경우 PWM의 LED 온 타임을 60%로 설정한다.

도5C를 참조하면, 영상 신호의 평균 레벨값이 기준값보다 적을 경우 PWM의 LED 온 타임을 20%로 설정함으로써 어두운 화면에서의 화상을 더 어둡게 한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 프로젝션 시스템에서 조명 광학계의 광원인 LED 광량을 조절함으로써 종래의 프로젝트 시스템에서 고압 수은 광원 및 광셔터를 채용하지 않고도 명암대비를 안정적으로 구현할 수 있다.

도 1은 종래의 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 장치를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 장치의 구조도이다.

도 3은 도 2의 영상 구동부와 LED제어부의 상세도이다.

도 5A 내지 도 5B는 도 3의 PWM 제어량 계산부에서 계산되는 PWM 제어량에 해당하는 PWM 파형도이다.

Claims

프로젝션 시스템의 고 명암 대비 개선 장치에 있어서,

광을 발산시키는 발광 소자부;

상기 광 소자부로부터 발광되는 광 특성을 조작하는 조명 광학계;

영상 신호를 디스플레이하고, 상기 조명 광학계로부터 입사된 광으로 투사하는 판넬부;

입력되는 영상 신호대한 콘트라스트를 보정하여 상기 판넬부로 출력하고, 상기 소정 기간내 디스플레이될 영상 신호의 평균 레벨치를 추출하여 신호 전달 특성을 보정하는 영상 구동부;

상기 영상구동부로부터 추출된 영상 신호의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 상기 발광 소자부의 발광 온 타임을 조절하는 발광 제어부를 포함하는 고 명암 대비 개선 장치.
제1항에 있어서, 상기 영상 구동부는 디지털 영상신호를 판넬의 해상도에 맞는 신호로 업 및 다운 샘플링하는 스케일러부;

스케일러부에서 스케일링된 영상 신호의 휘도값에 대해 일정 영역에서 평균값을 구하고, 그 평균값에 따라 영상 신호의 그레이 스케일을 보정하는 콘트라스트 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고 명암 대비 개선 장치.
제1항에 있어서, 상기 발광 제어부는

상기 콘트라스트 보정부에서 구해진 영상 신호의 평균 레벨치와 미리 설정된 기준치를 비교하여 PWM 제어량을 계산하는 PWM 제어량 계산부;

상기 PWM 제어량 계산부에서 계산된 PWM 제어량에 따라 PWM의 발광 온 타임을 조절하는 PWM 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고 명암 대비 개선 장치.
제1항에 있어서, 상기 판넬부는 DMD(Digital Micromirror Device)임을 특징으로 하는 고 명암 대비 개선 장치.
제1항에 있어서, 상기 발광 소자는 R, G, B, 각각에 대한 광을 발산하는 각각 LED(light emitting diode)임을 특징으로 하는 고 명암 대비 개선 장치.
발광 구동 방식 프로젝션 시스템의 명암 대비 개선 방법에 있어서,

(a) 소정 기간내 디스플레이될 R, G, B 각 영상 신호의 평균 레벨을 추출하는 과정;

(b) 상기 (a)과정에서 추출된 R, G, B 영상신호 각각에 대한 평균 레벨과 미리 설정된 기준 레벨을 비교하는 과정;

(c) 상기 (b)과정에서 비교된 결과치에 근거한 레벨 신호에 따라 상기 발광제어량을 조절하는 과정을 포함하는 명암 대비 개선 방법.
제6항에 있어서, 상기 (c)과정은 영상 신호의 평균 레벨과 미리 설정된 기준 레벨간의 비교치에 따라 발광 온 타임 구간을 제어하는 과정임을 특징으로 하는 명암 대비 개선 방법.
제6항에 있어서, 상기 (c)과정은 상기 영상 신호의 평균 레벨이 기준 레벨보다 높을 경우 발광량을 높이고, 영상 신호의 평균 레벨이 기준레벨보다 낮을 경우 발광량을 낮게함을 특징으로 하는 명암 대비 개선 방법.
제6항에 있어서, 상기 영상 신호의 평균 레벨치에 따라 신호 전달 함수의 형태 및 크기를 다르게 하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 명암 대비 개선 방법.