KR20120097727A - 레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법 - Google Patents

레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법 Download PDF

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최정환
서정훈
윤찬영
김용기
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Abstract

본 발명은 레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법을 제공한다. 여기서, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 일 예는, 레이저 광을 생성하는 다수 개의 레이저 광원, 생성된 각 레이저 광이 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 제어부, 및 각 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 스캐너를 포함한다.

Description

레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법{A laser projector and a method of processing a signal thereof}
본 발명은 레이저 프로젝터에 관한 것으로, 특히 스캐너를 이용한 레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 프로젝터는 입력받은 영상 신호를 레이저 광원에서 방출되는 레이저 광을 이용하여 스크린(screen)에 투영시켜 화상을 보여주는 시스템으로서, 주로 회의실의 프리젠테이션(presentation), 극장의 영사기, 가정의 홈시어터(home theater) 등의 구현에 이용된다.
이러한, 레이저 프로젝터는 레이저 광원, 광 변조부, 광학계, 광 스캐너, 영상 제어부 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 레이저 광원은 적색 광을 생성하는 적색 레이저, 녹색 광을 생성하는 녹색 레이저, 청색 광을 생성하는 청색 레이저를 포함한다.
레이저 광원은 생성되는 레이저 광을 광 변조부로 출사하고, 광 변조부는 영상 제어부의 영상 제어 신호에 따라 입사되는 레이저 광을 변조하여 회절광을 생성하여 광학계로 출사한다.
이어, 생성된 회절광은 광학계를 거쳐 광 스캐너로 전달되고, 광 스캐너는 영상 제어부의 미러 제어 신호에 따라 소정 각도로 미러들이 회전하면서 광을 스캐닝하여 영상을 디스플레이한다.
본 발명은 레이저 프로젝터의 사람의 눈 보호가 가능한 수준 내에서 밝기를 보상하여 개선하는 레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 일 예는, 레이저 광을 생성하는 다수 개의 레이저 광원; 생성된 각 레이저 광이 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 제어부; 및 각 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 스캐너;를 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 생성된 각 레이저 광이 소정 시간 차이로 입사되도록 각 레이저 광원의 분리 각도가 차별 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 소정 주기에서 스캐닝되는 레이저 광의 광량이 최대가 되는 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 이웃하는 레이저 광원 사이에 스캐너에 대한 레이저 광 조사각이 (아크 탄젠트 (0.07))/10에서 (아크 탄젠트 (0.07))*2의 범위를 가지도록 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 스캐닝되는 각 레이저 광이 스크린상에서 중복되는 특정 영역에서만 실제 영상이 출력되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 특정 영역에 대응되는 액티브 타임을 차별 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 출력 영상의 소정 단위로 제어하되, 상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함할 수 있다.
또한, 상기 레이저 프로젝터는, 액티브 타임에 기초하여 해당 레이저 광을 위한 이미지 신호를 일시 저장하는 메모리와, 이미지 신호를 프로세싱하는 이미지 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법의 일 예는, (a) 다수 개의 레이저 광원에서 레이저 광을 생성하는 단계; 및 (b) 스캐너에서 각 레이저 광원에서 생성된 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기에서 (b) 단계는, 각 레이저 광이 상기 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 제어 단계는, 각 레이저 광이 소정 시간 차이가 발생되도록 각 레이저 광원의 분리 각도를 차별 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어 단계는, 소정 주기에서 스캐닝되는 레이저 광의 광량이 최대가 되는 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정할 수 있다.
또한, 상기 각 레이저 광원의 분리 각도는, 이웃하는 레이저 광원 사이에 스캐너에 대한 레이저 광 조사각이 (아크 탄젠트 (0.07))/10에서 (아크 탄젠트 (0.07))*2의 범위를 가질 수 있다.
그리고 상기 (b) 단계는, 스캐닝되는 각 레이저 광이 스크린상에서 중복되는 특정 영역에서만 실제 영상이 출력되도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 출력 제어 단계는, 각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 특정 영역에 대응되는 액티브 타임을 차별 제어할 수 있다.
그리고 상기 영상 출력 제어 단계는, 스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어할 수 있다.
또한, 상기 영상 출력 제어 단계는, 각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어할 수 있다.
그리고 상기 영상 출력 제어 단계는, 출력 영상의 소정 단위로 이루어지되, 상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는, 액티브 타임에 기초하여 해당 레이저 광을 위한 이미지 신호를 일시 저장하는 단계와, 이미지 신호를 프로세싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면,
첫째, 눈 보호가 가능한 수준 내에서 밝기를 보상하여 개선하여 규격에서 요구하는 클래스를 만족하면서 레이저 프로젝터의 밝기의 한계를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 사용자의 만족도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사와 눈 보호 문제를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 2는 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사와 눈 보호 문제를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 3은 도 2의 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사 방식을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 4는 레이저 프로젝터에서 조사된 레이저 광이 시간에 따라 사용자의 눈에 입사되는 광량의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면,
도 5는 도 4와 다른 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 일 예를 설명하기 위해 도시한 구성 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 레이저 구동부와 레이저 광원의 상세 동작을 설명하기 위해 도시한 구성 블록도,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 각 레이저 광원과 스캐너 사이의 각도 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 9는 도 8에 따를 경우 전술한 도 4와 대비되는 입사 광량을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따라 입사 각도를 제어하는 경우 발생 가능한 영상 왜곡 현상 및 그 개선 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따라 이미지 병합을 위한 액티브 타임 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 13은 도 12의 액티브 타임에 따른 실제 영상 신호의 예시, 그리고
도 14는 본 발명에 따른 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 레이저(laser)와 스캐너(scanner)를 이용한 프로젝터(projector) 또는 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터에서 눈 보호(eye saftey)가 가능한 범위 내에서 레이저 프로젝터(laser projector)의 밝기 문제를 개선하는 것에 관한 기술이다.
레이저를 사용한 제품은, 레이저가 인체에 닿을 수 있는 경우에 그를 위한 안전 규정 준수가 요구된다.
특히 본 발명과 관련하여 레이저 프로젝터의 경우, 투영되는 레이저 광에 의해 사람의 눈 보호(eye safety) 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 눈 보호를 위한 엄격한 기준을 마련하고 있는데, 국가마다 그 기준이 조금씩 상이하다. 예를 들어, 한국의 경우에는 KS C IEC 60825라는 규정을 마련하여 각 제품에 제한을 두고 있으며, 다른 국가도 유사한 규정을 마련하고 있다. 이러한 규정은 각 국가에서 관련 제품을 판매를 위한 레이저 안전 검사(검사 기준 예를 들어, IEC 60825, ANSI Z136)를 통과하여야만 그 판매가 가능하도록 규정하고 있다.
본 발명과 관련하여, 레이저 광원을 사용하는 프로젝터의 경우에는 눈 보호(Eye safety)와 관련하여 밝기 제한이 있다. 예를 들어, IEC 60825에서는 눈 보호와 관련하여, 오랫동안 레이저를 직접 봐도 안전한 정도의 수준을 의미하는 클래스 1(Class 1)과 잠시 쳐다보는 것은 괜찮은 정도 즉, 곧바로 피하면 안전한 정도의 수준을 의미하는 클래스 2(Class 2)의 규정을 마련하여 제시하고 있다.
이러한 규정들은 제품의 종류에 따라 그 기준이 조금씩 달라지는데, 본 발명과 관련된 프로젝터가 포함된 일반 가전 제품류는 클래스 1에 타겟되는 제품은 특별한 경고 문구를 표기하지 않아도 판매가 가능하다. 다만, 클래스 2에 타겟되는 제품은 반드시 경고 문구를 표기하여야만 판매할 수 있다.
관련하여, 이하 본 명세서에서는 클래스 1을 가정하여 설명하나 클래스 2에서도 동일 또는 유사한 방식으로 적용 가능함은 자명하다.
레이저 프로젝터가 클래스 1을 만족하는 경우, 그 시스템 성능이나 구조 등에 따라 조금씩 상이하나 현재는 5 내지 10 lm의 밝기 범위의 한계가 있다.
이하에서는 본 발명에 따라 클래스 1을 만족하면서 상기한 밝기 범위의 한계를 개선할 수 있는 레이저 프로젝터 및 그의 신호 처리방법에 대해 기술한다.
도 1은 일반적인 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사와 눈 보호 문제를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 2는 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사와 눈 보호 문제를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터의 레이저 광 조사 방식을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1은 일반적인 레이저 프로젝터의 경우를 도 2는 특히 스캐너를 이용한 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터의 경우에 눈 보호와 관련된 내용이다. 특히 도 2의 스캐닝 방식의 경우에는 스크린에 스캐닝되는 레이저 광이 위에서 아래로 순차 주사된다. 이하에서는 특히 도 2와 같은 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터를 예로 하여 본 발명을 설명하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이하에서는 특별히 언급하지 않더라도 레이저 프로젝터라 함은 도 1과 도 2 방식의 레이저 프로젝터들을 모두 포함하는 의미로 사용한다.
레이저 프로젝터는 입력되는 영상 신호를 위한 적어도 하나 이상의 레이저 광원에서 생성된 레이저 광을 스크린에 조사하여 사용자에게 영상을 제공한다.
도 3을 참조하면, 레이저 프로젝터(100)는, 레이저 광을 생성하는 다수의 레이저 광원(101a, 101b, 101c), 레이저 광원에서 입사되는 레이저 광을 합성하는 광합성 미러(mirror)(101c), 미러(101c)를 통해 입사되는 레이저 광을 스캐닝하는 스캐너(105)를 포함한다.
여기서, 레이저 광원(101a, 101b, 101c)은 본 발명의 이해를 돕고 설명의 편의를 위해 파란색 광을 생성하는 파란색 광원(B)(101a), 초록색 광을 생성하는 초록색 광원(G)(101b) 및 빨간색 광을 생성하는 빨간색 광원(R)(101c) 3개인 경우를 예로 하여 설명하나, 경우에 따라 레이저 광원이 상기에서 일부 제외되거나 추가될 수 있으며, 반드시 상기한 예시에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 각 레이저 광원(101a, 101b, 101c)에서 생성된 레이저 광은 스캐너(105)를 통해 스크린에 조사가 된다. 이 경우 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 만약 레이저 프로젝터(100)과 스크린 사이에 사용자가 위치하고 조사되는 레이저 광을 응시하는 경우에는 상술한 바와 같은 눈 보호 문제가 발생될 수 있다.
도 4는 레이저 프로젝터에서 조사된 레이저 광이 시간에 따라 사용자의 눈에 입사되는 광량의 일 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 도 4와 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4와 5를 참조할 때, 가로축은 시간 축을 의미하고, 세로축은 눈에 입사되는 광량을 의미한다.
여기서, 도 4의 경우에는, 도 3과 같은 레이저 프로젝터에서 스캐닝 방식에 따라 조사되는 레이저 광이 사용자의 눈에 도시된 바와 같이, 일정한 시간 간격으로 마치 펄스처럼 입사되는 것을 알 수 있다.
스캐닝 방식에 따라 레이저 프로젝터에서 레이저 광이 순차 주사된 이후 다시 원래 자리로 되돌아오는 시간을 프레임 시간(Frame time, Ft)라고 정의한다. 이러한 프레임 시간(Ft)는 1/60초가 일반적이나 1/30 내지 1/1000초까지 다양하게 구현할 수 있다.
이에 반해, 도 5의 경우에는, 레이저 프로젝터에서 조사되는 레이저 광이 도 4와 달리 펄스 형태가 아니라 사용자의 눈에 균일하게 입사되는 경우를 도시하였다.
관련하여, IEC 60825를 참고하면, 프레임 타임(Ft) 동안 레이저 광량이 도 4와 같이 펄스로 입사되는 경우에 비해 도 5와 같이 레이저 광의 광량이 균일하게 입사되는 경우에는 보다 높은 밝기에서도 클래스 1 규정을 만족한다.
따라서, 레이저 프로젝터에서 조사되는 레이저 광의 광량을 되도록 균일하게 하면, 눈 보호를 위해 마련된 기준을 만족하면서 그에 따라 제한되던 밝기의 정도를 더욱 개선할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 점에 착안하여 레이저 프로젝터에서 조사되는 레이저 광의 광량이 되도록 균일하게 할 수 있는 다양한 실시예를 이하에서 설명한다.
다만, 레이저 프로젝터는 스캐닝 방식에 따라 조사되는 레이저 광이 순차 주사되는 특성상 펄스 형태로 광량이 집중되는 것이 일반적이다.
이를 위해 본 명세서에서는 본 발명에 따라 스캐닝 방식의 레이저 프로젝터에서도 조사되는 레이저 광의 광량을 최대한 균일하게 제공하기 위해, 스캐너를 통해 스캐닝되어 스크린상에 조사되는 각 레이저 광이 소정 시간 차이가 발생되도록 하고자 한다. 이를 위해, 일 실시 예는 상기 스캐너로 입사되는 각 레이저 광원에서의 입사 각도를 제어하는 방법이 있을 수 있으며, 다른 실시 예는 스캐너 또는 각 레이저 광원에서 시간 차이를 두고 스캐닝 또는 레이저 광을 생성 또는 상기 스캐너로 입사하는 방법이 있다. 상기에서, 일 실시 예의 경우에는 순차 주사되는 스캐닝 방식의 특성으로 인해 발생할 수 있는 영상 왜곡(distortion)의 문제를 위해 이미지 병합(image convergence) 방법을 더 이용할 수 있다.
본 발명에 따라 상기한 실시 예에 의할 경우 레이저 프로젝터와 스크린 사이에 존재하는 사람의 눈에 입사되는 레이저 광의 광량을 최대한 균일하게 제공할 수 있게 된다. 따라서, 도 4와 같이 펄스 형태의 레이저 광의 광량을 제공하는 레이저 프로젝터에 비해 밝기의 한계를 더욱 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 일 예를 설명하기 위해 도시한 구성 블록도이다.
본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 일 예는, 레이저 광을 생성하는 다수 개의 레이저 광원(630), 생성된 각 레이저 광이 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 제어부 및 각 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 스캐너(650)를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 레이저 광원(630)을 구동시키기 위한 레이저 구동 신호와 스캐너(650)를 구동시키기 위한 스캐너 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성부(610), 구동 신호 생성부(610)에서 생성된 레이저 구동 신호와 스캐너 구동 신호에 따라 각각 레이저 광원(630)과 스캐너(650)를 구동시킬 레이저 구동부(620)와 스캐너 구동부(640)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 구동 신호 생성부(610)는 PC(personal computer)나 A/V(audio/video) 시스템과 같은 영상신호 출력장치로부터 입력되는 영상 신호를 수신하고, 수신된 영상 신호의 신호 처리를 위한 레이저 구동 신호와 스캐너를 구동하기 위한 스캐너 구동 신호를 생성한다.
레이저 광원부(630)은, 레이저 광을 생성하는 것으로, 일반적으로 영상 신호의 처리와 관련된 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 레이저 광원 등 다수 개의 광원을 포함할 수 있다.
따라서, 구동 신호 생성부(610)는, 생성되는 레이저 구동 신호에 각 레이저 광원에 대응되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 대한 비디오 신호, 수평 동기 신호 및 수직 동기 신호를 포함한다.
또한, 구동 신호 생성부(610)는, 생성된 레이저 구동 신호의 수평 동기 신호와 수직 동기 신호에 기초하여 스캐너 구동 신호를 생성할 수 있다. 이 경우, 생성되는 스캐너 구동 신호는 수평 및 수직 스캐너 구동 신호를 포함할 수 있다.
레이저 구동부(200)는 수신되는 레이저 구동 신호에 따라, 적색 광원, 녹색 광원, 청색 광원을 포함하는 레이저 광원(300)을 구동시키기 위한 전압 또는 전류를 생성하고, 레이저 광원(300)은 인가되는 전압 또는 전류값에 의해, 그에 해당하는 레벨로 레이저 광을 생성한다.
스캐너 구동부(400)는 사인파 생성회로, 삼각파 생성회로, 신호 합성 회로 등을 포함하며, 수신되는 스캐너 구동 신호에 따라, 스캐너(500)를 구동시키기 위한 구동 주파수를 생성하고, 스캐너(500)는 수평 및 수직 구동 주파수에 따라, 수평 및 수직 구동하여 레이저 광을 스크린(900)에 스캐닝함으로써, 스크린(900)에 영상을 구현할 수 있다.
스캐너(650)는 레이저 광원부(630) 내 각 레이저 광원 예를 들어, 적색 레이저 광원(R), 녹색 레이저 광원(G) 및 파란색 레이저 광원(B)으로부터 서로 다른 조사 각도를 가지고 입력되는 각 레이저 광을 수신하고, 스캐너 구동부(640)의 제어에 따라 스캐너 구동 신호에 맞춰 스크린(690)에 상기 수신된 각 레이저 광을 조사한다.
상술한 경우에는, 한 프레임 영상의 각 수평 라인을 진행하는 스캐너(650)의 구동 속도가 달라, 디스플레이되는 영상의 밝기가 균일하지 않은 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 픽셀 위치 검출부(660), 보상값 결정부(670) 및 보상부(680)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는, 구동 신호 생성부(610)에서 생성된 레이저 구동 신호를 보상하여 출력 영상의 밝기를 동일한 조건 내에서 더 균일하게 보정할 수도 있다.
픽셀 위치 검출부(660)는 생성된 스캐너 구동 신호로부터 한 프레임 영상에 상응하는 픽셀의 위치를 검출한다. 즉, 픽셀 위치 검출부(660)는 스크린(690)에 디스플레이하고자 하는 영상의 현재 픽셀 위치를 검출할 수 있다.
보상값 결정부(670)는 검출된 픽셀에 상응하는 밝기 보상값을 결정한다.
보상부(680)는 한 프레임 영상의 각 수평 라인에 해당하는 전체 픽셀 중, 적어도 어느 하나의 기준 픽셀로부터 멀어지는 픽셀로 갈수록, 밝기 보상값이 점차 증가 또는 감소하도록, 결정된 밝기 보상값에 따라, 검출된 픽셀에 상응하는 레이저 구동 신호를 보상하는 보상 신호를 생성할 수 있다.
보상부(680)에 의해 생성된 보상 신호는, 구동 신호 생성부(610)로 출력되고, 구동 신호 생성부(610)는 입력된 보상 신호에 의해, 보상된 레이저 구동 신호를 생성한다.
그리고, 보상된 레이저 구동 신호에 따라, 레이저 구동부(620)는 레이저 광원(630)을 구동시킴으로써, 레이저 광원(630)은 보상된 레이저 광을 생성할 수 있다.
다음, 스캐너(650)는 보상된 레이저 광을 스크린(690)에 스캐닝함으로써, 스캐너(650)의 속도 변화에 따른 영상의 밝기 왜곡이 보상된 균일한 밝기를 갖는 영상을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 프로젝터의 레이저 구동부(620)와 레이저 광원(630)의 상세 동작을 설명하기 위해 도시한 구성 블록도이다.
도 7을 참조하면, 레이저 프로젝터는 입력되는 영상 신호를 각 레이저 광원에 따라 해당 영상 신호로 분리하고, 분리된 각 영상 신호가 해당 레이저 광원(740)을 통해 스크린상에 조사되도록 한다.
여기서, 분리된 각 영상 신호는 후술할 본 발명에 따를 경우 스크린상에 소정 시간 차이로 제공되어 발생될 수 있는 영상 왜곡 문제를 해결하기 위한 이미지 병합을 위해 각 레이저 광원에 따른 메모리(line memory or frame memory)(710)에 일시 저장된다.
메모리(710)에 일시 저장된 영상 신호는 해당 이미지 프로세서(720)에서 레이저 프로젝터에서 출력할 이미지 형태로 처리되고, 전술한 구동 신호 생성부(610)에서 생성된 레이저 구동 신호에 따라 레이저 광원을 구동하기 위한 레이저 구동부(730)를 거쳐 레이저 광원(740)에서 상기 처리된 이미지에 해당하는 레이저 광이 생성된다.
이렇게 생성된 각 레이저 광원의 레이저 광은, 본 발명의 일 실시 예에 따라 스크린상의 특정 영역에서 소정 시간 차이가 발생되도록 조사되어 상기 특정 영역에 입사되는 레이저 광의 광량이 최대한 균일하도록 한다.
이를 위해 본 명세서에서는 우선 전술한 바와 같이, 스크린상의 특정 영역에서 소정 시간 차이가 발생될 수 있도록 각 레이저 광원과 스캐너 사이의 각도를 제어하는 방법에 대해 먼저 기술하면, 다음과 같다. 여기서, 상기 각도라 함은 각 레이저 광원과 스캐너 사이의 레이저 광 입사 각도 또는 이웃하는 레이저 광원 사이의 분리 각도로 표현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 각 레이저 광원과 스캐너 사이의 각도 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 9는 상기 도 8에 의할 경우 전술한 도 4와 대비되는 입사 광량을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8을 참조할 때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 프로젝터(100)는, 전술한 도 3과 달리 미러를 전혀 사용하지 않고 각 레이저 광원(101a, 101b, 101c)에서 생성된 레이저 광을 직접 스캐너(105)로 입사시킨다. 왜냐하면, 미러를 사용하면 상기 각도 제어의 의미가 없어질 수 있기 때문이다.
도 8을 참조하면, 레이저 프로젝터(100)에서 생성된 각 레이저 광은 스크린(200)상에 각각 서로 다른 영역에 조사된 것을 알 수 있다.
따라서, 스크린(200)상의 특정 영역 예를 들어, 눈이 위치한 영역을 기준으로 보면, 조사된 각 레이저 광이 순차 주사되는 특성상 상기 눈에 소정 시간 차이를 두고 입사되는 것을 알 수 있다.
결국 본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 달리 도 8과 같이, 특정 영역에서는 R, G, B 레이저 광이 서로 다른 시간에 입사되어, 입사되는 피크(peak) 광량은 줄어드나 시간은 반대로 늘어나는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 도 8의 경우에는, 각 레이저 광(101a,101b,101c)과 스캐너(105) 사이의 각도 제어를 통해, 도 4에 비해 입사 피크 광량은 약 1/3로 줄이는 대신 입사 시간 또는 입사 광량은 약 3배로 증가시켜 균일하게 나타나는 경우를 설명하고 있다.
이에 따르면, 본 발명에 따른 레이저 프로젝터는 도 3의 레이저 프로젝터에 비해 눈 보호를 위한 규정을 만족하면서도 밝기를 2 내지 2.5배 정도 개선할 수 있게 된다.
다만, 각도가 분리된 레이저 광이 특정 영역에 겹치지 않도록 하기 위해서는, 적절한 각도 제어가 요구되는데 예를 들어, 이웃하는 레이저 광과 스캐너(105) 사이의 분리 각도가 너무 좁으면 광량이 균일하지 못해 밝기를 개선하는 효과가 적게 된다. 규격에 의거할 때, 도 9에 도시된 바와 같이 일정 각도 예를 들어, 임계 각도 이상에서는 밝기 개선의 효과는 큰 증가가 없게 되므로 상기 임계 각도 이내에서 밝기 개선을 위한 적절한 각도의 선택과 그 선택에 따른 각도 제어가 요구된다.
상기에서 임계 각도 이상을 선택하고 제어하면, 오히려 영상 왜곡이 너무 심해져 영상을 식별할 수 없게 되고 사용자의 불편만 초래할 수도 있다.
일반적으로 IEC 60825의 경우에는 동공의 크기와 안구의 초점거리에 기초하여, 안정 규정을 마련하는데 이에 따르면, 광이 발산되는 지점 예를 들어, 스캐너(105)에서 특정 영역 즉, 눈까지의 거리 100mm에 동공이 7mm일 때 눈이 보호될 수 있도록 규정하고 있다.
상기에서, 임계 각도는 상술한 규격서에 기초할 때, 이웃하는 2개의 레이저 광의 분리 각도가 아크 탄젠트 즉, Atan(7/100)으로 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 임계 각도인 Atan(7/100) 이내로 분리 각도를 형성한다. 바람직하게는, 상기 분리 각도는 (Atan (0.07)/10에서 2*(Atan (0.07)) 범위 이내에서 시스템의 성능과 구조를 고려하여 적절하게 선택하면 될 것이다.
도 11은 본 발명에 따라 입사 각도를 제어하는 경우 발생 가능한 영상 왜곡 현상 및 그 개선 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명에 따라 이미지 병합을 위한 액티브 타임 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 13은 도 12의 액티브 타임에 따른 실제 영상 신호의 예시이다.
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 입사 각도를 제어하면, 스크린상에 영상은 각 레이저 광이 커버하는 영역이 서로 달라 영상이 왜곡될 수 있다.
이는 입사 각도에 따라 영상의 왜곡 정도가 결정되는 것이다. 즉, 각 레이저 광이 스크린의 특정 영역에서 입사되는 시간 차이가 크면 클수록 즉, 입사 각도가 클수록 왜곡의 정도는 더 커질 수 있다. 다만, 입사 각도가 작은 경우에는 이하에서 후술하는 바와 같이 이미지 정합을 수행하지 않아도 된다.
도 11을 보면 각 레이저 광이 스크린에 조사되는 영역과 3개의 레이저 광이 스크린상에서 조사될 때 서로 겹치는 영역을 알 수 있다.
본 발명에서는 각 레이저 광의 고유 영역을 제외하고 중복 영역에서만 실제 영상이 출력되도록 이미지를 정합하여 영상 왜곡을 제거하고자 한다. 이 경우 상기 중복 영역의 크기에 따라 실제 영상이 출력되는 영역의 크기가 결정될 것이다. 따라서, 실제 출력 영상의 크기와 밝기 등을 고려하여 적절하게 선택하면, 밝기를 개선하고 출력 영상의 크기 손해를 최소화할 수 있다. 상기에서 고유 영역이라 함은, 본 명세서에서 상기 각 레이저 광이 커버하는 영역에서 모든 레이저 광이 중복되는 영역과 구분짓기 위해 선택한 용어이다.
상술한 바와 같이, 이미지 정합을 위해 본 발명에서는 일 예로 도 12에 도시된 바와 같이, 액티브 타임(active time)을 제어하는 방법을 이용하고자 한다.
여기서, 액티브 타임(t1)이라 함은, 예를 들어, 전술한 프레임 타임 내에서 해당 레이저 광에 실제 영상 신호가 전송되는 시간을 의미하는 것으로 프레임 타임에서 스크린에 조사되나 실제 영상 신호가 전송되지 않는 시간은 블랭크 타임(t2)이라 한다.
기본 개념은, 상술한 중복 영역에서만 영상이 출력되도록 순차 주사되는 각 레이저 광의 액티브 타임을 차별 제어하는 것이다.
예를 들어, 도 11을 참고하면, 스크린 상부에서부터 파란색 레이저 광 영역이 먼저 시작되고 다음으로 초록색 레이저 광 영역 그리고 마지막으로 빨간색 레이저 광 영역이 시작된다.
그러므로, 본 발명에서는 도 12에 도시된 바와 같이, 각 레이저 광의 순차 주사 속도가 동일하다는 가정하에 중복 영역과 가장 먼저 만나는 빨간색 레이저 광의 액티브 타임이 가장 먼저 시작되고, 순차로 초록색 레이저 광의 액티브 타임 마지막으로 파란색 레이저 광의 액티브 타임이 시작되도록 제어함으로써 상기 중복 영역에 각 레이저 광의 실제 영상 신호가 정합되어 영상 왜곡을 제거하게 된다.
즉, 스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어할 수 있다.
다른 예로, 상기에서 각 레이저 광의 순차 주사 속도가 동일하다고 가정하였으나, 반대로 액티브 타임은 동일하게 하면서 상술한 방식과 유사하게 각 레이저 광의 순차 주사 속도를 적절하게 제어하여 동일 또는 유사한 효과를 가질 수도 있다. 즉, 스크린상에 가장 상부에 조사되는 레이저 광의 순차 주사 속도는 가장 빠르게 제어하고 가장 하부에 조사되는 레이저 광의 순차 주사 속도는 가장 느리게 제어하는 것이다. 다만, 이 경우 중복 영역에서는 각 레이저 광의 순차 주사 속도를 동일하게 하거나 또는 차별 제어되는 순차 주사 속도에 따라 영상 신호를 다르게 제어하여야 할 것이다.
또한, 상기 제어부는, 각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어할 수 있다. 그리고 상기 제어부는, 출력 영상의 소정 단위로 제어하되, 상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함할 수 있다.
이상 상술한 본 발명은 각 레이저 광의 분리 각도를 제어하는 방법이나, 이외에 본 발명에 따라 상기 분리 각도는 차별 제어하지 않고 동일 또는 이전과 동일한 방식으로 구현하되, 레이저 광원 및 스캐너 중 적어도 하나를 제어하여 스크린상에 입사되는 레이저 광의 시간 차이를 둠으로써 광량을 제어하는 방법을 이용할 수도 있다. 이 경우에도 액티브 타임을 적절히 제어하면, 영상 왜곡을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 실제 영상의 크기의 손해를 보지 않으면서 밝기를 개선할 수 있다. 이를 위한 구현 방법은 상술한 방법과 유사한 방식으로 구현 가능할 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법의 일 예를 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
본 발명에 따라 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법의 일 예는, (a) 다수 개의 레이저 광원에서 레이저 광을 생성하는 단계 및 (b) 스캐너에서 각 레이저 광원에서 생성된 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기에서 (b) 단계는, 각 레이저 광이 상기 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 레이저 프로젝터에서 신호 처리를 위해, 먼저 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정(S1401)하고, 결정된 각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 각 레이저 광원의 구동 시간을 결정(S1403)한다.
이후 상기 결정된 분리 각도와 구동 시간에 기초하여 각 레이저 광원을 위한 레이저 구동 신호를 생성하고, 스캐너 구동 신호를 생성한다(S1405).
생성된 레이저 구동 신호에 기초하여 각 레이저 광원에서 입사되는 영상 신호가 포함된 레이저 광을 스캐너로 입사하고, 스캐너에서 스캐너 구동 신호에 기초하여 스크린에 조사한다(S1407).
여기서, 상기 제어 단계는, 각 레이저 광이 소정 시간 차이가 발생되도록 각 레이저 광원의 분리 각도를 차별 제어할 수 있다.
그리고 상기 제어 단계는, 소정 주기에서 스캐닝되는 레이저 광의 광량이 최대가 되는 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정할 수 있다. 또한, 상기 각 레이저 광원의 분리 각도는, 이웃하는 레이저 광원 사이에 스캐너에 대한 레이저 광 조사각이 (아크 탄젠트 (0.07))/10에서 (아크 탄젠트 (0.07))*2의 범위를 가질 수 있다. 그리고 상기 (b) 단계는, 스캐닝되는 각 레이저 광이 스크린상에서 중복되는 특정 영역에서만 실제 영상이 출력되도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 영상 출력 제어 단계는, 각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 특정 영역에 대응되는 액티브 타임을 차별 제어할 수 있다. 그리고 상기 영상 출력 제어 단계는, 스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어할 수 있다. 또한, 상기 영상 출력 제어 단계는, 각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어할 수 있다. 그리고 상기 영상 출력 제어 단계는, 출력 영상의 소정 단위로 이루어지되, 상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는, 액티브 타임에 기초하여 해당 레이저 광을 위한 이미지 신호를 일시 저장하는 단계와, 이미지 신호를 프로세싱하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 레이저 광을 생성하는 다수 개의 레이저 광원;
    생성된 각 레이저 광이 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 제어부; 및
    각 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 스캐너;를 포함하는 레이저 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    생성된 각 레이저 광이 소정 시간 차이로 입사되도록 각 레이저 광원의 분리 각도가 차별 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정 주기에서 스캐닝되는 레이저 광의 광량이 최대가 되는 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이웃하는 레이저 광원 사이에 스캐너에 대한 레이저 광 조사각이 (아크 탄젠트 (0.07))/10에서 (아크 탄젠트 (0.07))*2의 범위를 가지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    스캐닝되는 각 레이저 광이 스크린상에서 중복되는 특정 영역에서만 실제 영상이 출력되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 특정 영역에 대응되는 액티브 타임을 차별 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    출력 영상의 소정 단위로 제어하되, 상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  10. 제9항에 있어서,
    액티브 타임에 기초하여 해당 레이저 광을 위한 이미지 신호를 일시 저장하는 메모리와,
    이미지 신호를 프로세싱하는 이미지 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터.
  11. (a) 다수 개의 레이저 광원에서 레이저 광을 생성하는 단계; 및
    (b) 스캐너에서 각 레이저 광원에서 생성된 레이저 광을 스크린상에 스캐닝하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
    상기에서 (b) 단계는,
    각 레이저 광이 상기 스크린상의 특정 영역에 소정 시간 차이로 입사되도록 제어하는 단계;를 포함하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    각 레이저 광이 소정 시간 차이가 발생되도록 각 레이저 광원의 분리 각도를 차별 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    소정 주기에서 스캐닝되는 레이저 광의 광량이 최대가 되는 각 레이저 광원의 분리 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각 레이저 광원의 분리 각도는,
    이웃하는 레이저 광원 사이에 스캐너에 대한 레이저 광 조사각이 (아크 탄젠트 (0.07))/10에서 (아크 탄젠트 (0.07))*2의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    스캐닝되는 각 레이저 광이 스크린상에서 중복되는 특정 영역에서만실제 영상이 출력되도록 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 영상 출력 제어 단계는,
    각 레이저 광원의 분리 각도에 따라 특정 영역에 대응되는 액티브 타임을 차별 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 영상 출력 제어 단계는,
    스크린상에 가장 빨리 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 느리고, 가장 늦게 스캐닝되는 레이저 광의 액티브 타임은 가장 빠르게 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 영상 출력 제어 단계는,
    각 레이저 광원의 분리 각도와 액티브 타임에 기초하여 스크린상의 영상 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 영상 출력 제어 단계는,
    출력 영상의 소정 단위로 이루어지되,
    상기 소정 단위는 프레임 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    액티브 타임에 기초하여 해당 레이저 광을 위한 이미지 신호를 일시 저장하는 단계와,
    이미지 신호를 프로세싱하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프로젝터에서의 신호 처리방법.
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