KR20070040785A - 프로젝터 및 프로젝터의 초음파 스피커를 제어하는 방법 - Google Patents

프로젝터 및 프로젝터의 초음파 스피커를 제어하는 방법 Download PDF

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KR20070040785A
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긴야 마츠자와
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

초음파 신호를 스크린으로 방사하는 초음파 트랜스듀서를 구비한 초음파 스피커와, 이 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치와, 이 거리 측정 장치의 측정 결과와 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파의 음압에 기초해서, 상기 스크린에서 또는 그의 근방에서 초음파 신호가 사전 결정된 음압을 갖도록 상기 초음파 신호의 주파수를 제어하는 초음파 주파수 제어 장치를 포함하는 프로젝터가 개시된다. 이 프로젝터는 초음파 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 신호의 공기 중에서의 전파 손실 특성을 기억하는 기억 장치를 포함할 수 있다. 이 초음파 주파수 제어 장치는 기억 장치에 기억되어 있는 초음파 신호의 전파 손실 특성을 참조하여, 초음파 신호의 주파수를 제어한다.

Description

프로젝터 및 프로젝터의 초음파 스피커를 제어하는 방법{PROJECTOR AND METHOD OF CONTROLLING ULTRASONIC SPEAKER IN PROJECTOR}
본 발명은 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 일정한 고음압을 발생하는 초음파 스피커를 이용하는 프로젝터 및 이 프로젝터에 있어서의 초음파 스피커의 제어 방법에 관한 것이며, 특히 스크린에 의해 반사되는 신호가 여전히 강한 초음파 신호를 갖고 있기 때문에, 스크린에 영상과 함께 방사되는 초음파 음향 신호의 지향성을 유발시키는 자기 복조가 발생하는 문제를 억제하는 프로젝터 및 제어 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2004년 7월 9일에 출원된 일본 특허 출원 제 2004-202740호를 우선권 주장하고 있으며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
종래부터, 초음파에 대한 매질(즉, 공기)의 비선형성을 이용한 초음파 스피커가 통상의 스피커에 비해서 훨씬 높은 지향성을 가지는 가청(즉, 인간이 들을 수 있는) 주파수대의 신호를 재생할 수 있는 것이 알려져 있다. 초음파 스피커의 대표적인 것으로 하여, 초음파 스피커의 대표적인 예는 공진형의 초음파 트랜스듀서 와 정전형의 초음파 트랜스듀서를 이용한다.
도 11(a)는 공진(또는 압전)형의 초음파 트랜스듀서의 구성예를 도시하는 도면이고, 도 11(b)는 정전형의 초음파 트랜스듀서의 구성예를 나타내고 있다(예컨대, 료스케마스다 저, 주식회사 공업 조사회의 비기너스 북 시리즈 2, "Hajimeteno Sensa Gijutsu" pp.131-133, 1998년 11월 18일, 참조).
도 11(a)에 도시된 초음파 트랜스듀서는 바이몰프(bimorph)형의 초음파 트랜스듀서로서, 2장의 압전 세라믹 소자(161, 162), 원추형(163), 케이스(164), 리드(165, 166), 스크린(167)으로 구성되어 있다. 압전 세라믹 소자(161, 162)는 서로 접착되어 있고, 이 압전 세라믹 소자의 접합면과 반대측의 면에 각각 리드선이 접속되어 있다. 공진형의 초음파 트랜스듀서가 압전 세라믹 소자의 공진 현상을 이용하고 있기 때문에, 그 공진 주파수 주변의 비교적 좁은 주파수 대역에서 양호한 초음파 송신 및 수신 특성이 획득된다.
또한, 도 11(b)에 도시된 초음파 트랜스듀서는 정전형의 초음파 트랜스듀서로서, 광 대역형의 주파수 특성을 갖고 있다. 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, 정전 방식의 초음파 트랜스듀서는 진동체로서 수 ㎛(약, 3~10㎛ 정도)의 두께의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 유전체(물질)(181:즉, 절연체)를 갖고 있다. 유전체(181)의 상부 표면에는, 금속박으로 이루어진 상부 전극(182)이 증착 등의 처리에 의해서 일체로 형성되어 있다. 또한, 황동으로 이루어진 하부 전극(183:고정 전극)이 설치되며, 이는 진동막 또는 멤브레인으로 기능하는 유전체(181)의 하부 표면과 접촉한다. 하부 전극(183)에는 리드(184)가 접속되고, 하부 전극(183) 은 베이크라이트(Bakelite:유니온 카브라이드 코포레이션의 등록 상표) 등으로 이루어진 베이스판(185)에 고정되어 있다. 유전체(181), 상부 전극(182) 및 베이스판(185)은, 금속링(186, 187, 188) 메시(189)와 함께, 케이스(180)에 고정식으로 포함되어 있다.
하부 전극(183)의 유전체(181)측의 면에는 불균일인 형상을 가진 수십~수백㎛ 정도의 미소한 홈이 형성되어 있다. 이 미소한 홈은 하부 전극(183)과 유전체(181) 사이에서 공간으로 기능하기 때문에, 상부 전극(182)과 하부 전극(183) 사이에 정전 용량의 분포를 미소하게 변화시킨다. 이러한 불균일한 미소한 홈은 예컨대, 하부 전극(183)의 표면을 줄로 홈을 파서 형성된다. 따라서, 정전방식의 초음파 트랜스듀서에 공간의 크기나 깊이가 다른 공간을 가진 무수한 캐패시터를 형성함으로써, 초음파 트랜스듀서는 광대역의 주파수 특성을 가진 소리를 생성할 수 있다. 본 발명은 정전형의 초음파 트랜스듀서를 사용하는 것으로, 이 정전형 초음파 트랜스듀서는 이하 상세히 설명될 것이다.
상술한 바와 같이, 공진형의 초음파 트랜스듀서와는 달리, 종래부터 정전방식의 초음파 트랜스듀서는 넓은 주파수대에 걸쳐 비교적 높은 음압을 발생시키는 것이 가능한 광대역 변환기로서 알려져 있다.
그러나, 위에 설명된 특성을 가진 초음파 트랜스듀서가 스크린에 초음파 신호를 방사하도록 프로젝터에 장착되는 경우에, 초음파의 강한 지향성으로 인해서 스크린에 의해 반사된 신호가 여전히 강한 초음파를 가지고 있기 때문에, 반사후에도 지향성이 있는 자기 복조가 일어나는 일이 있다.
이러한 현상은 프로젝터에 사용되는 스피커로서는 결코 바람직하지 않다. 특히, 반사음 신호가 빔 형상으로 진행해서 소리의 확대가 저감된다. 이는 홈 시어터 또는 교육/문화 시장 등, 많은 사람들이 화면 및 소리를 함께 공유하는 경우에, 큰 제약이 되어서, 이 문제를 해결하는 방법이 강하게 요구되고 있었다.
위의 상황의 견지에서, 본 발명은 스크린에 의해 반사되는 신호가 여전히 강한 초음파 신호를 갖고 있기 때문에, 스크린으로 영상과 함께 방사되는 초음파 음향 신호의 지향성을 유발시키는 자기 복조의 문제를 억제하는 프로젝터 및 이 프로젝터에서의 초음파 스피커의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명은 프로젝터를 제공하되, 이 프로젝터는
초음파 신호를 스크린으로 방사하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 스피커와,
이 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치와,
이 거리 측정 장치의 측정 결과와 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파의 음압에 근거하여, 이 스크린에서 또는 그의 근방에서 초음파 신호가 소정의 음압을 갖도록, 이 초음파 신호의 주파수를 제어하는 초음파 주파수 제어 장치를 포함한다.
이러한 구성에 의해, 거리 측정 장치를 예컨대, 초음파 센서를 사용하여, 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 검지한다. 이 거리 정보에 기초해서, 초음파 주파수 제어 장치에 의해, 초음파 스피커의 캐리어 주파수를 선택 및 결정할 수 있다. 일반적으로, 스크린에서 또는 스크린의 근방에서 소망하는(즉, 소정의) 음압(예컨대, 약 120dB의 음압)을 확보하는 것이 바람직하다. 따라서, 초음파 신호의 주파수와 손실과의 관계(즉, 주파수와 공기중의 전파 거리에 의한 감쇠 특성)에 따라서, 스크린에서 또는 그의 근방에서 소정의 음압(예컨대, 약 120 dB)을 확보할 수 있도록 초음파 신호의 주파수를 제어한다. 따라서, 스크린에서 또는 그의 근방에서 소망하는 음압(예컨대, 약 120dB)을 확보할 수 있다. 그 결과, 지향성이 강한 초음파 스피커를 사용하는 경우에도, 스크린에 의해 반사된 초음파가 자기 복조되지 않아서, 반사전에 자기 복조에 의해 생성된 가청음이 스크린에 의해 반사함으로써 방 전체의 넓은 범위로 소리가 확산되기 때문에, 홈 시어터이나 문화/교육시장 등에 유효하다.
본 발명의 프로젝터는
이 초음파 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 신호의 공기 중의 투과 손실 특성을 기억하는 기억 장치를 더 포함하며,
여기서 상기 초음파 주파수 제어 장치는 기억 장치에 기억되어 있는 초음파 신호의 전파 손실을 참조로 초음파 신호의 주파수를 제어한다.
이 경우, 초음파 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파 신호의 전파 손실 특성(즉, 주파수와 공기 중의 전파 거리에 따른 감쇠 특성)은 프로젝터의 기억 장치에 미리 기억된다. 거리 측정 장치에 의해 계산된, 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리에 따라서, 스크린에서 또는 그의 근방에서 소망하는 음압(예컨대, 약 120dB)이 되도록 초음파 신호의 주파수가 설정된다. 따라서, 스크린에서 또는 그의 근방에서 소망하는 음압(예컨대, 약 120dB의 음압)을 확보할 수 있다. 따라서, 위에 설명된 바와 같이, 지향성이 강한 초음파 스피커를 사용하는 경우에도, 스크린에 의해 반사된 초음파의 자기 복조가 발생되지 않아, 반사 전에 자기 복조에 의해 발생된 가청음이 스크린에 의해 반사되어서, 방 전체의 넓은 범위에서 소리가 확대되기 때문에, 홈 시어터나 교육/문화 시장 등에 유효하다.
바람직하게는, 초음파 주파수 제어 장치는, 이 거리 측정 장치의 측정 결과와 초음파의 공기 중의 전파 손실 특성을 나타내는 소정의 연산식에 기초해서, 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파의 음압이 스크린에서 또는 그의 근방에서 사전 결정된 음압이 되는 주파수를 계산한다. 따라서, 거리 측정 장치에 의해 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 측정한 이후에, 초음파의 공기 중의 전파 손실 특성(즉, 주파수와 전파 거리에 따른 감쇠 특성)을 나타내는 소정의 연산식을 이용하여, 초음파 트랜스듀서로부터 방사되는 초음파의 음압이, 스크린에서 또는 그의 근방에서 사전 결정된 음압이 되는 초음파의 주파수를 계산한다. 초음파 신호의 주파수는 이 계산된 값이 되도록 제어된다.
일 실시예에서, 거리 측정 장치와는 별개의 독립된 수단으로서, 초음파 센서를 사용해서 거리를 측정한다. 이 경우, 프로젝터에 탑재된 초음파 트랜스듀서(음향 신호용)의 부품이나 회로 기술을 효율적으로 이용할 수 있어서, 거리 측정 장치를 효율적으로 구현할 수 있다.
다른 실시예에서, 이 거리 측정 장치는 초음파 스피커와는 독립된 수단으로서, 적외선 센서를 이용해서 거리를 측정한다. 이 경우, 시판되어 유통되고 있는 다양한 적외선 센서 중에서 원하는 타입을 선택하여 사용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 거리 측정 장치는 초음파를 스크린으로 조사하는 제 1 초음파 트랜스듀서와 스크린으로부터의 반사파를 수신하는 제 2 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 이 경우, 거리 측정 장치를 제어하는 회로의 구조가 간단해질 수 있다. 또한, 거리를 연속하여 측정할 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(음향 신호용)는 초음파 센서로서도 기능해서 거리 측정 장치에서 거리를 측정한다. 이로써, 추가적인 초음파 센서가 필요없으므로 경제적인 구성이 된다.
본 발명은 또한 초음파 신호를 화면으로 방사하는 초음파 트랜스듀서를 구비한 초음파 스피커를 제어하는 방법을 제공하며, 이 방법은
초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 측정하는 단계와,
거리 측정 장치의 거리 측정 결과와 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파의 음압에 근거하여, 스크린에서 또는 그의 근방에서 초음파 신호가 사전 결정된 음압을 갖도록, 초음파 신호의 주파수를 제어하는 단계를 포함한다.
이 방법에 따라서, 예컨대 초음파 센서인 거리 측정 장치를 사용해서, 초음파 트랜스듀서와 스크린 사이의 거리를 측정한다. 이 측정된 거리 정보를 기초로, 초음파 스피커의 캐리어 주파수를 선택하고 결정할 수 있다. 위에 설명된 바와 같이, 스크린에서 또는 그의 근방에서, 소망하는(사전 결정된) 음압(예컨대, 약 120dB)을 확보하는 것이 바람직하다. 따라서, 초음파 신호의 주파수와 손실과의 관계(즉, 주파수와 공기 중의 전파 거리에 따른 감쇠 특성)에 의해, 스크린에서 또는 그의 근방에서 사전 결정된 음압(예컨대, 약 120dB)을 확보할 수 있도록 초음파 신호의 주파수를 제어한다. 이에 따라, 지향성이 강한 초음파 스피커를 사용하는 경우에도, 스크린에 의해 반사되는 초음파 신호의 자기 복조가 일어나지 않아서, 반사 전에 자기 복조된 가청음이 스크린에 의해 반사되어서, 방 전체의 넓은 범위로 확산되기 때문에, 홈 시어터나 교육/문화 시장 등에서 유효하다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에서 프로젝터와 스크린 사이의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 프로젝터의 구성예를 나타내는 블럭도,
도 3(a)는 본 발명의 프로젝터에 사용되는 초음파 트랜스듀서의 예를 나타내는 도면이고, 도 3(b)는 정전식 초음파 트랜스듀서와 공진식 초음파 트랜스듀서의 주파수 특성을 도시하는 도면,
도 4(a) 및 (b)는 거리 측정 시스템의 일례를 도시한 도면으로, 도 4(a)는 그 구조를 도시하는 블록도, 도 4(b)는 동작 파형(즉, 시간에 따른 전압 변화)을 나타내는 블록도,
도 5는 거리 측정 시스템의 다른 예를 나타내는 블록도,
도 6은 파라미터로서 20kHz부터 100kHz까지 내의 20kHz마다의 주파수인 파라미터를 사용하는 식 (1)을 사용해서 계산된 전파 손실 특성을 나타내는 도면,
도 7은 식 (1)을 사용해서 계산된 전파 손실 특성을 나타내는 도면,
도 8은 식 (1)을 사용해서 계산된 전파 손실 특성을 나타내는 도면,
도 9는 음향 신호를 생성하도록 초음파 거리 센서 및 초음파 트랜스듀서로서 공통 수단을 사용하는 구조의 일례를 나타내는 블록도,
도 10은 스테레오 프로젝터의 구조의 일례를 나타내는 블록도,
도 11(a)는 종래의 공진식 초음파 트랜스듀서의 구조의 일례를 나타내는 블록도이고, 도 11(b)는 종래의 정전식 초음파 트랜스듀서의 구조의 일례를 나타내는 블록도.
이하에서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에서 프로젝터와 스크린의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 프로젝터(1)로부터는, 초음파 렌즈(70)를 통해서 투영된 영상과 함께 초음파 트랜스듀서(30)로부터 초음파의 음향 신호도 방출된다. 초음파 방출시에, 중요한 것은 스크린의 전면 상에서 그리고, 그 바로 앞에서 초음파(신호)의 음압이다. 반사 후에도 음압이 120dB을 넘어 있으면, 반사된 음향 신호의 자기 복조가 높은 지향성을 가지기 때문에, 남은 지향성으로 인해서 스크린상에 의해 반사되는 오디오(즉, 가청) 음향은 크게 확산되지는 않는다.
따라서, 스크린(2)의 면상에서 및 바로 앞에서의 초음파의 음압이 약 120dB 인 것이 중요하다. 이 경우, 스크린(2)에 의해 반사되는 이미 자기 복조된 가청음은 스크린(2)에 의해 반사된 직후에 주변으로 확산되어서, 청중은 넓은 범위에서 소리를 들을 수 있다.
따라서, 본 발명의 프로젝터에서는, 초음파의 주파수와 공기중의 전파 거리에 따른 감쇠 특성을 이용해서 초음파 트랜스듀서(30)로부터 방사되는 초음파의 음압이 스크린(2)의 면상 또는 그 바로 앞에서 120dB에 가까운 값이 되도록 제어한다. 이 경우, 초음파 트랜스듀서(30)와 스크린(2) 사이의 거리 r가 측정되어야 한다. 이 거리 r를 측정하는 수단으로서는 적외선 센서가 이용될 수 있다. 그러나, 초음파 트랜스듀서는 거리 센서로서도 사용될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예에서는 초음파 트랜스듀서를 거리 센서로서 사용한다.
도 2는 본 실시예의 프로젝터의 구성을 나타내는 블럭도로서, 여기서 본 발명에 직접 관련되는 부분만 도시되어 있으며, 영상 투영 시스템은 생략했다.
도 2에 나타내는 구성예에서는, 본 발명의 기능을 구현하는 소자인 거리 측정 시스템(100:즉, 거리 측정 장치), 기억부(50:기억 장치), 캐리어(파) 주파수 제어부(52:초음파 주파수 제어 장치)가 통상의 초음파 스피커(10)에 부가된다.
참조 번호 11은 가청 주파수대 신호(예컨대, 음성 신호)를 생성하는 가청 주파수 신호 발진원을 나타낸다. 참조 번호 12는 초음파 주파수대의 캐리어 신호(예컨대, 40kHz의 주파수를 가진 사인파)를 생성하는 캐리어 신호 발진원을 나타낸다. 또한, 캐리어 신호 발진원(12)은 주파수가 가변인(예컨대, 20kHz~100kHz)인 캐리어 신호를 생성할 수 있다.
참조 번호 13은 캐리어 신호 발진원(12)으로부터 출력되는 캐리어 신호를, 가청 주파수 신호 발진원(11)으로부터 수신된 오디오 신호를 사용해서 변조하여, 변조 신호를 생성한다. 참조 번호 14는 변조기(13)로부터 수신된 변조 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 나타낸다.
초음파 트랜스듀서(30)는, 전력 증폭기(14)에 의해 증폭된 변조 신호를 유한진폭 레벨의 음파(즉, 초음파)로 변환하고, 이 음향파를 매질 중(즉, 공기 중)에 으로방사한다.
거리 측정 시스템(100)은 초음파 트랜스듀서(30)와 스크린(2) 사이의 거리를 측정하는 시스템으로, 초음파 송신기나, 초음파 수신기 등과 같은 초음파 센서를 구비하고 있다. 또한, 캐리어 주파수 제어부(52)는, 거리 측정 시스템(100)으로부터 거리 데이터(초음파 트랜스듀서(30)와 스크린(2) 사이의 거리 데이터)를 수신해서, 기억부(50)에 기억된 전파 손실 데이터(51)를 참조하여 캐리어 주파수의 제어 신호를 생성한다. 이렇게 생성된 제어 신호는 캐리어 신호 발진원(12)으로 보내진다.
캐리어 주파수 제어부(52)는 캐리어 신호 발진원(12)으로부터 출력되는 캐리어 신호의 주파수를 가변하면서 설정한다. 즉, 거리 측정 시스템(100)으로부터 수신한 거리 데이터에 따라서, 캐리어 신호의 주파수를 변화시켜서, 초음파 음향 신호의 음압이 스크린(2)의 면상 또는 그 직전에서 약 120dB가 되도록 제어한다.
거리 측정 시스템(100)의 구성예와 동작에 대하여 이하 설명될 것이며, 기억부(50)에 기억된 전파 손실 데이터(51)도 이하 설명될 것이다.
여기서, 본 실시예의 프로젝터에서 사용되는 광 대역형의 정전형 초음파 트랜스듀서가 설명될 것이다. 본 발명에 있어서는, 캐리어의 주파수를 가변해서 제어하기 위해서, 광 대역형의 초음파 트랜스듀서를 사용해야 한다. 이 광 대역형의 초음파 트랜스듀서로서는, 도 12(b)에 나타낸 정전형 초음파 트랜스듀서 외에, 도 3(a)에 나타낸 정전형 초음파 스피커도 사용할 수 있다.
도 3(a)은 본 실시예에서 사용되는 초음파 트랜스듀서의 예를 나타내는 도면이다. 도 3(a)에 나타내는 정전형의 초음파 트랜스듀서는, 진동체로서 3~10㎛ 정도의 두께의 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지) 등의 유전체(31)(즉, 절연체)를 이용하고 있다. 유전체(31)의 상부 표면 상에는, 알루미늄 등의 금속박으로 형성되는 상부 전극(32)이 증착 등의 처리에 의해서 일체로 형성된다. 황동으로 형성된 하부 전극(33)이 유전체(31)의 하면부에 접촉하도록 설치된다(도 3(a)에서, 하부 전극(33)은 전극의 형상을 분명하게 하기 위해서 하부 표면과 접촉하는 것을 도시하지 않았다). 이 하부 전극(33)에는 리드(42)가 접속되며, 베이크 라이트 등으로 이루어진 베이스판(35)에 고정되어 있다.
상부 전극(32)에는 리드(43)가 접속되어 있고, 이 리드(43)는 직류 바이어스 전원(40)에 접속되어 있다. 이 DC 바이어스 전원(40)에 의해 상부 전극(32)에는 50~150V 정도의 직류 바이어스 전압이 상시 인가되며, 상부 전극(32)이 하부 전극(33)측에 흡착되고 있다. 참조 번호 41은 신호원을 나타내며, 이는 도 2에 있어서의 전력 증폭기(14)의 출력에 상당한다.
유전체(31), 상부 전극(32), 베이스판(35)은, 금속링(36, 37, 38) 및 메 시(39)와 함께, 케이스에 고정되어 수납되어 있다.
하부 전극(33)의 유전체(31)측의 면에는 요철이 복수 형성되어 있으며, 이 요철부는 하부 전극(33)과 유전체(31) 사이에 공간을 만든다. 따라서, 하부 전극의 표면에 형성된 요철부와 진동막으로서의 유전체(31)가 음파방사면 상에 형성되어 각각의 진동이 합성됨으로써, 높은 음압을 광 대역에 걸쳐서 발생시킬 수 있다.
도 3(a)에 도시된 정전형의 초음파 트랜스듀서는 광 대역 주파수 특성을 나타낸다(도 3(b)의 곡선 Q1 참조). 도 3(b)는 일반적인 공진형의 초음파 트랜스듀서의 주파수 특성(곡선 Q2 참조)은, 중심 주파수(즉, 압전 세라믹 소자의 공진 주파수)가 예컨대, 40kHz이다. 이에 대하여, 정전형의 초음파 트랜스듀서의 주파수 특성은 약 20kHz~100kHz에서 거의 평탄하다. 이러한 평탄한 특성에 따라, 캐리어의 주파수를 가변에 설정할 수 있다.
거리 측정 시스템(100)의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 거리 측정 시스템(100)의 일례를 도시하는 도면이며, 여기서 거리 측정용 소자인 초음파 송신기(즉, 초음파 트랜스듀서)와 초음파 수신기는 별도로 설치된다. 도 4(a)는 구성을 나타내는 블럭도, 도 4(b)는 동작 파형(즉, 전압의 시간 변화)을 나타내는 파형도이다.
참조 번호 111는 예컨대, 주파수 100kHz의 주파수의 AC 교류 신호를 발생하는 발진기를 나타낸다.
참조 번호 112는 발진기(111)의 출력 신호에 의해 변조된 소정의 시간폭을 가진 직사각형파 신호를 반복하여 출력하는 변조기를 나타낸다. 변조기(112)는 각 직사각형파 신호의 출력의 개시 시간을 나타내는 스타트 신호를 출력한다. 변조기(112)의 출력 직사각형파 신호 파형 V1을 도 4(b)에 나타낸다. 변조기(112)의 출력은 드라이버(113)에 보내져서 증폭된다. 드라이버(113)의 출력이 초음파 송신기(114)에 인가되고, 초음파 송신기(114:즉, 초음파 트랜스듀서)로부터 초음파 신호가 발생된다.
초음파 송신기(114)에서 발생된 초음파(신호)는 스크린(2)에서 반사되고, 반사된 신호는 초음파 수신기(115)에 의해서 수신된다. 초음파 수신기(115)는 초음파 송신기(114)와 동일한 초음파 트랜스듀서가 될 수도 있고, 종래의 공진형의 초음파 트랜스듀서나 정전방식의 초음파 트랜스듀서가 될 수도 있다. 초음파 수신기(115)의 출력 파형 V2를 도 4(b)에 나타낸다.
초음파 수신기(115)의 출력은 증폭기(116)에서 증폭되고, 증폭된 신호의 파형은 파형 성형부(117)에 의해 성형되어, 도 4(b)에 도시된 바와 같은 2진 신호 V3를 생성한다. 참조 번호 118은 소정의 클럭 신호를 기준으로 사용해서, 스타트 신호가 입력되고 나서 2진 신호가 입력되기까지의 경과 시간 T을 측정하여, 측정된 결과를 시간 신호 T로서 출력하는 시간 신호 카운터를 나타낸다. 이 시간 신호 T에 근거하여 스크린(2)까지의 거리를 구할 수 있다.
도 5는 거리 측정 시스템(100)의 다른 예를 나타내는 도면으로, 거리 측정용 초음파 송신기와 초음파 수신기가 하나의 소자로서 결합되어 있다. 참조 번호 121은 예컨대, 주파수 100kHz의 교류 신호를 발생하는 발진기를 나타낸다. 참조 번호 122는 소정의 시간 폭을 가지는 직사각형파 신호를 출력하고, 직사각형파 신호의 출력 개시 시간을 나타내는 스타트 신호를 출력하는 변조기를 나타낸다. 변조기(122)의 출력단은 드라이버(123)을 통해서 선택기 스위치(124)의 접점 "a"에 접속되어 있고, 선택기 스위치(124)의 접점 "b"는 증폭기(126)의 입력단에 접속되어 있다. 또한, 증폭기(126)의 출력은 파형 성형부(127)에 입력되게 되어 있다. 선택기 스위치(124)의 단자 "c"는 초음파 송수신기(125:즉, 초음파 송신기/수신기)를 통해서 접지되어 있다.
선택기 스위치(124)는 시간 신호 카운터(128)로부터 출력되는 제어 신호에 따라서, 선택기 스위치(124)의 동작 모드는 (i) 초음파 송수신기(125)가 스크린(2)에 초음파(신호)를 발신하는 송신기로서 기능하는 송신 모드(접점 "a"에 의해 선택됨), 또는 (ii) 스크린(2)으로부터의 초음파의 반사파를 수신하는 수신기로서 기능하는 수신 모드(접점 "b"에 의해 선택됨) 사이에서 전환될 수 있다. 즉, 초음파 송수신기(125)로부터 발생되는 초음파는 스크린(2)에 의해 반사되어서, 초음파 동일한 초음파 송수신기(125)에 의해서 수신된다.
시간 신호 카운터(128)에 스타트 신호가 입력되면, 시간 신호 카운터(128)로부터 선택기 스위치(124)로 스위치 제어 신호가 보내어져서, 전환 스위치(124)의 접점 "a"와 "c"가 서로 접속되어서, 초음파 송수신기(125)로부터 스크린(2)을 향해서 직사각형 파형의 초음파가 방사된다. 직사각형 파형의 송신이 종료하면, 시간 신호 카운터(128)로부터의 스위치 제어 신호에 의해, 전환 스위치(124)의 접점 "b"와 "c"가 서로 접속되어서, 초음파 송수신기(125)는 스크린(2)으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신한다. 그 다음 처리는 도 4(a)에 나타낸 예에서 수행되는 것과 유사하며, 즉 스타트 신호가 입력되고 나서 2진 신호가 입력되기까지의 경과 시간 T을 측정하여, 측정 결과를 시간 신호 T로서 출력한다. 이 시간 신호 T에 기초하여 스크린(2)까지의 거리를 구할 수 있다.
거리 측정 시스템(100)에 의해 계산된 거리 정보를 기초로, 초음파의 캐리어 주파수를 결정한다. 이하, 주파수를 결정하는 구체적 방법에 대하여 말한다.
일반적으로, 초음파는 공중에서의 감쇠가 심하기 때문에, 이 특징을 이용한다. 공중 초음파의 감쇠 특성은 식(1)으로 나타내어 진다.
Figure 112007001726322-PCT00001
여기서, -N(dB)은 전파 손실, x(m)은 초음파 트랜스듀서로부터의 거리(즉, 본 실시예에서 x=r), x1은 초음파 트랜스듀서로부터 1미터로 정의된 기준점, α은 감쇠 상수를 나타낸다. 감쇠 상수는 매질이 공기인 경우에 "10-10×f2"(f는 주파수)로 표시된다.
도 6 내지 8은, 파라미터로서 20kHz~100kHz의 범위 내에서 20kHz 마다의 주파수인 파라미터를 가지고 식 (1)을 사용해서 계산된 전파 손실 특성을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 초음파는 처음에는 주파수에 관계없이 크게 감쇠하며, 즉 송신 개시 후 일정 기간 이후 동안 감쇠의 정도가 주파수마다 거의 일정하다. 그러나 그 이후에는 주파수가 높아질수록 감쇠는 더 커진다. 도 7은 음압이 기준 음압으로부터 거의 -10dB 감쇠하는 부분의 확대도이다. 몇 개의 예가 설명될 것이다.
130dB의 음압이 발생되고, -10dB 감쇠시켜 스크린상에 120dB로 하고 싶은 경우, 프로젝터를 스크린으로부터 3m 거리에 설치했다고 하면, 주파수로서는 40kHz를 선택하는 것이 가장 바람직하다(도 7 참조).
또한, 140dB의 음압이 발생되고, -20dB 감쇠시켜 스크린상에서 120dB로 하고 싶은 경우, 프로젝터를 스크린으로부터 7.4m의 거리에 설치했다고 하면, 주파수로서는 20kHz를 선택하는 것이 가장 바람직하다(도 8 참조).
또한, 150dB의 음압이 발생되고, -30dB 감쇠시켜 스크린상에서 120dB로 하고 싶은 경우는, 프로젝터를 스크린으로부터 10m의 거리에 설치했다고 하면, 주파수로서는 100kHz를 선택하는 것이 가장 바람직하다(도 6 참조).
여기서는 상기한 바와 같이 3가지 예를 들었지만, 발생 음압과 선택 주파수의 수많은 조합이 있으며, 사용 환경에 따라서 이들 파라미터의 적절한 조합을 유연하게 설정할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5에 도시한 거리 측정 시스템에서, 거리 측정용 초음파 센서(초음파 송신기, 수신기 또는 송수신기 등)를 음향 신호를 생성하는 초음파 트랜스듀서와는 별개로 마련하고 있지만, 음향 신호용 초음파 트랜스듀서가 거리 측정용 초음파 센서로서 기능할 수도 있다.
도 9는 초음파 센서와 음향 신호 재생용 초음파 트랜스듀서를 겸용하는 구성예를 나타내는 도이다.
도 9에 나타내는 예에서는, 모드 선택기 스위치(53)를 마련한다. 거리 측정 모드 시에는 접점 "a"와 "c"가 서로 접속되어서, 거리 측정 시스템(100)과 초음파 트랜스듀서(30)를 접속시킨다. 초음파 트랜스듀서(30) 자신은 초음파를 송신하는 기능과, 마이크로서 초음파를 수신하는 기능을 갖고 있으며, 따라서 초음파 트랜스듀서(30)는 초음파 송수신기로서 기능할 수 있다(도 5 참조).
음향 신호 출력 모드시에, 모드 선택기 스위치(53) 내의 접점 "b"와 "c"는 서로 접속되어서, 전력 증폭기(14)와 초음파 트랜스듀서(30)를 접속시키고, 이로써 통상의 초음파 스피커 회로를 구성한다. 모드 전환의 다양한 동작 예가 있다. 이 예에서, 처음에 거리 측정 모드가 선택되고, 캐리어의 주파수가 결정된 후에, 자동으로 음향 신호 출력 모드로 선택된다. 따라서, 음향 신호를 재생하는 초음파 트랜스듀서를 초음파 센서(즉, 거리 센서)로서도 이용할 수 있어, 매우 경제적인 구성을 구현할 수 있다.
도 2 및 도 9에 도시한 프로젝터는 단청 시스템용으로 초음파 스피커를 하나만 탑재하고 있지만, 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 초음파 스피커를 탑재한 스테레오용 프로젝터에도 본 발명은 물론 적용할 수 있다.
도 10는 스테레오용 프로젝터의 구조의 예를 도시하는 블록도이다. 이 도 11에 도시한 프로젝터는 도 2에 도시한 프로젝터의 소자들에 새롭게 전력 증폭기(14a), 변조기(13a), 초음파 트랜스듀서(30a)를 추가한 것이다. 이 추가된 부분에 따라서, 우측(R측)의 음향 신호를 출력한다. 또한, 본래의 부분(도 2에 도시된 부분)은 초음파 트랜스듀서(30)와 스크린(2) 사이의 거리를 측정하고, 캐리어 주파수를 제어하며, 좌측의 음향 신호를 출력한다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터에서는 광대역형 초음파 트랜스듀서를 구비한 초음파 스피커가 탑재되어 있으면서, 이 프로젝터는 프로젝터와 스크린 사이의 거리를 측정하는 기능과, 또한 이 측정된 거리에 따라서 캐리어 신호의 주파수를 조정하는 기능을 갖는다. 따라서, 소리의 지향성이 지나치게 강하지 않고, 스크린면에 의해서 가청음이 반사함으로써 음향 신호가 전체로 확산되는 프로젝터를 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 프로젝터를 이용함으로써, 번잡한 스피커 시스템 없이도, 간편한 홈시어터 환경이나 교육/문화 시장 환경을 구축하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 초음파 센서(즉, 초음파 트랜스듀서)를 사용한 거리 측정 시스템(100)의 예를 나타내었지만, 초음파 트랜스듀서 대신, 적외선 센서를 사용해도 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명의 프로젝터는 상술한 예에 한정되는 것이 아니라는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 추가, 생략, 대치 및 다른 변경을 가할 수 있다는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명은 위의 설명에 의해 한정되는 것이 아니라, 첨부된 청구의 범위의에 의해서만 한정된다.
본 발명에 따르면, 강한 지향성을 가진 초음파 스피커를 사용하는 경우에도, 스크린에 의해 반사된 초음파 신호의 자기 복조가 발생하지 않기 때문에, 반사 이 전의 자기 복조에 의해 생성된 가청음이 스크린에 의해 반사되어서 방 전체로 넓게 확산되며, 이는 홈 시어터 또는 교육/문화 시장의 환경에 매우 유익하다.

Claims (9)

  1. 초음파 신호를 스크린으로 방사하는 초음파 트랜스듀서를 구비한 초음파 스피커와,
    상기 초음파 트랜스듀서와 상기 스크린 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치와,
    상기 거리 측정 장치의 측정 결과와 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파의 음압에 기초하여, 상기 스크린 또는 그의 근방에서 초음파 신호가 사전 결정된 음압을 갖도록 상기 초음파 신호의 주파수를 제어하는 초음파 주파수 제어 장치
    를 포함하는 프로젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서로부터 방사되는 상기 초음파 신호의 공기 중에서의 전파 손실 특성을 기억하는 기억 장치를 더 포함하며,
    상기 초음파 주파수 제어 장치는 상기 기억 장치에 기억되어 있는 상기 초음파 신호의 전파 손실 특성을 참조하여, 상기 초음파 신호의 주파수를 제어하는
    프로젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 주파수 제어 장치는, 상기 거리 측정 장치의 측정 결과와 상기 초음파 신호의 공기 중에서의 전파 손실 특성을 나타내는 특정 연산식에 기초해서, 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파 신호가 스크린에서 또는 그의 근방에서 사전 결정된 음압을 갖게 되는 상기 초음파 신호의 주파수를 계산하는 프로젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는, 상기 초음파 스피커와는 독립된 장치이고, 초음파 센서를 이용하여 거리를 측정하는 프로젝터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는, 상기 초음파 스피커와는 독립된 장치이고, 적외선 센서를 이용하여 거리를 측정하는 프로젝터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는 초음파를 상기 스크린으로 전송하는 제 1 초음파 트랜스듀서와, 상기 스크린으로부터 반사되는 반사파를 수신하는 제 2 초음파 트랜스듀서를 포함하는 프로젝터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는 초음파를 상기 스크린으로 전송하고, 상기 스크린으로부터 반사되는 반사파를 또한 수신하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 프로젝터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서는 상기 거리 측정 장치에서 거리를 측정하는 초음파 센서로서도 기능하는 프로젝터.
  9. 초음파 신호를 스크린으로 방사하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 스피커를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서와 상기 스크린 사이의 거리를 측정하고,
    거리 측정 장치의 측정 결과와 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 방사되는 초음파 신호의 음압에 근거하여, 상기 스크린에서 또는 그의 근방에서 초음파 신호가 사전 결정된 음압을 갖도록, 상기 초음파 신호의 주파수를 제어하는
    것을 포함하는 초음파 스피커 제어 방법.
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