KR200217528Y1 - 디지털 카메라에서의 신호변환장치_ - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지털 카메라에서 촬상소자에 의하여 촬상된 아날로그 비디오신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하기 위한 신호변환장치에 관한 것으로, 촬상된 비디오신호를 입력받아, 상기 비디오신호로부터 교류신호를 제거하여 출력하기 위한 AC결합수단; 상기 교류가 제거된 비디오신호에 소정의 전위 레벨을 갖는 기준신호를 부가하기 위한 기준신호 설정수단; 상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호를 입력받아, 상관이중샘플링하여 상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호 사이의 차이에 따른 신호를 발생하는 상관이중샘플링수단; 및 상기 상관이중샘플링수단에서 출력된 차이신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지탈 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하며, 카메라에서 촬상된 신호를 먼저 AC-결합을 통하여 DC성분을 제거한 다음, 매 픽셀마다 소정의 기준레벨의 전위를 인가하므로써, 사용된 부품의 수를 최소화하면서도 잡음의 영향을 줄이고 안정된 영상출력신호를 얻을 수 있다.

Description

디지털 카메라에서의 신호변환장치
본 고안은 디지털 카메라에서의 신호변환장치에 관한 것으로서, 특히 전하결합소자(Charge Coupled Device)에서 출력된 아날로그신호를 디지털신호로 변환하기 위한 상관이중 샘플러(Correlated Double Sampler)기 및 아날로그-디지털 변환기로 입력되는 신호의 크기를 적정 레벨로 조정할 수 있는 디지털 카메라에서의 신호변환장치에 관한 것이다.
전하결합소자(Charge Coupled Device)의 출력신호는 기준전압레벨과 비디오전압레벨의 차이에 따라 상관이중 샘플링(Correlated Double Sampling)되고, 그 샘플링된 아날로그신호를 디지털 변환하여 디지털 영상신호를 생성한다.
도 1은 전하결합소자의 출력신호를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 촬상된 신호는 리셋레벨이 11-13V 수준이므로 상관이중 샘플러에서 최대로 허용되는 전압범위인 4-5V 수준으로 그 레벨을 낮추어야 한다.
종래에는 이러한 직류레벨의 크기를 낮추기 위하여 DC-결합 연산증폭기를 사용하였다. 그러나 DC-결합 연산증폭기를 사용하는 경우 사용되는 소자의 수가 많고, 그에 따라 잡음이 유입되어 출력신호가 불안정해지고 정확한 영상신호를 얻기가 어려운 문제점이 있었다.
본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, 사용되는 소자의 수를 최소화하면서도 촬상된 신호는 리셋레벨을 적정한 레벨로 낮출 수 있는 디지털 카메라에서의 신호변환장치를 제공하는데 있다.
도 1은 전하결합소자의 출력신호를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 전하결합소자의 출력신호를 변환하여 상관이중 샘플러로 입력되어야 하는 신호를 도시한 것이다.
도 3은 본 고안에 따른 디지털 카메라에서의 신호변환장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 고안에 따른 디지털 카메라에서의 신호변환장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 도 3에 도시된 상관이중샘플러(36)의 자세한 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 상관이중샘플러(36)로 입력되는 신호들의 관계를 나타내는 타이밍도이다.
상기의 과제를 이루기 위하여 본 고안에 의한 디지털 카메라에서의 신호변환장치는,
디지털 카메라에서 촬상소자에 의하여 촬상된 아날로그 비디오신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하기 위한 신호변환장치에 있어서,
상기 촬상된 비디오신호를 입력받아, 상기 비디오신호로부터 교류신호를 제거하여 출력하기 위한 AC결합수단; 상기 교류가 제거된 비디오신호에 소정의 전위 레벨을 갖는 기준신호를 부가하기 위한 기준신호 설정수단; 상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호를 입력받아, 상관이중샘플링하여 상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호 사이의 차이에 따른 신호를 발생하는 상관이중샘플링수단; 및 상기 상관이중샘플링수단에서 출력된 차이신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지탈 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하며,
특히, 상기 기준신호 설정수단은 소정의 기준전위신호를 발생하는 전원수단; 및 소정의 클럭신호에 따라 상기 기준전위신호를 상기 교류가 제거된 비디오신호에 부가할 지의 여부를 결정하는 스위치수단을 구비하여, 상기 스위치수단에 인가되는 클럭신호는 상기 촬상된 비디오신호의 리셋신호구간에서 상기 기준전위신호가 부가되도록 상기 스위치수단의 온 및 오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 전하결합소자의 출력신호를 변환하여 상관이중 샘플러로 입력되어야 하는 신호를 도시한 것이다. 11-13V 수준인 촬상신호의 리셋레벨을 상관이중 샘플러에서 최대로 허용되는 전압범위인 4-5V 수준으로 그 레벨을 낮추어야 한다.
도 3은 본 고안에 따른 디지털 카메라에서의 신호변환장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 디지털 카메라에서 촬상소자에 의하여 촬상된 아날로그 비디오신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하기 위한 장치이다. 이 장치는 버퍼(31), 커패시터(32), 다이오드(33), 스위치(35), 저항(34), 상관이중 샘플러(CDS)(36), 및 아날로그-디지탈 변환기(ADC)(37) 등을 포함하며, 아날로그 CCD출력을 입력받아 12비트의 디지털 신호로 출력한다.
버퍼(31)은 전하결합소자(CCD)에 의하여 촬상된 비디오신호가 커패시터(32)로 입력되기 전에, 전하결합소자와의 임피던스 정합을 맞추기 위한 것으로, 연산증폭기(U1) 및 저항(R1) 등으로 구성된다. 즉, 전하결합소자(CCD)의 출력신호는 전하결합소자의 출력단자에 연결되는 임피던스에 따라 그 값이 달라지게 되는데, 적절한 버퍼를 사용함으로써 임피던스 정합을 맞출 필요가 있다. 예를 들면, 어떤 연산증폭기의 입력 임피던스가 약 300 킬로옴이라 할 때, 전하결합소자(CCD)에서 본 출력 임피던스는 10K//300K = 9.67 킬로옴 정도가 된다. 일반적으로 전하결합소자의 출력은 대략 10 킬로옴 정도에서 안정되게 동작한다.
커패시터(32)는 버퍼(31)로부터 출력된 촬상된 비디오신호를 입력받아, 이 신호로부터 교류신호를 제거하여 출력하기 위한 AC결합수단으로서 사용된다. 즉, 전하결합소자(CCD)의 출력신호는 8-12V 범위에서 변화하는데, 여기서 직류레벨이 제거되도록 AC-결합하기 위한 것이다.
기준전압 +4V와 연결된 저항(34) 및 그 저항에 연결된 스위치(35)는 커패시터(32)에 의하여 교류가 제거된 비디오신호에 기준전위 레벨을 갖는 기준신호를 부가하기 위한 기준신호 설정수단으로서 사용된다. 기준신호 설정수단은 소정의 기준전위신호를 발생하는 전원 및 소정의 클럭신호에 따라 기준전위신호를 비디오신호에 부가할 지의 여부를 결정하는 스위치(35)를 구비하여, 스위치에 인가되는 클럭신호는 촬상된 비디오신호의 리셋신호구간에서 기준전위신호가 부가되도록 스위치의 온 및 오프를 제어한다. 즉 스위치(35)는 소정의 클럭신호 CDSCLK에 따라 온/오프되어, 저항(R2)를 통하여 전달되는 기준신호를 커패시터(32)에서 출력된 비디오신호에 주기적으로 부가한다. 이러한 관계는 도 4를 통하여 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 고안에 따른 디지털 카메라에서의 신호변환장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 여기서, (a)는 리셋레벨이 12V 정도인 전하결합소자(CCD)의 출력신호, (b)는 스위치(35)의 온/오프 제어에 사용되는 CDSCLK 클럭신호, 그리고 (c)는 CDS(36)로 입력되는 신호 Vin을 나타낸다. 도시된 바와 같이, CDSCLK 클럭신호가 주기적으로 인가되어 상관이중샘플러(36)로 입력되는 신호 Vin은 적절한 레벨의 신호로 변환된 것을 알 수 있다.
CCD출력신호는 기준전압이 +12V이고 영상전압은 약 +8V 정도이다, 이 신호는 버퍼(31)을 통하여 커패시터(32)로 입력된다. 커패시터(32)의 출력신호 Vin은 초기 충전시에 +5V 전원에 연결된 다이오드(33)에 의하여 충전되다가 +5.6V 이하가 되면 다이오드(33)이 턴오프되고 CDSCLK 클럭신호에 따라 스위치(35)를 통하여 전달되는 +4V 전원에 의하여 충전된다. CDSCLK 클럭신호는 CCD출력신호와 비교하여 약 50ns 정도 지연된 신호로 인가되며, Vin신호는 기준전압이 직류레벨이 +4V로 바뀌어 CDS(36)로 인가된다.
상술한 바와 같이 직류레벨이 변환된 비디오신호는 상관이중샘플러(36)로 입력되며, 상관이중샘플러(36)는 상관이중샘플링하여 기준신호 및 교류가 제거된 비디오신호 사이의 차이에 따른 신호를 발생한다. 상관이중샘플러(36)의 자세한 구성은 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 도 3에 도시된 상관이중샘플러(36)의 자세한 구성을 나타내는 회로도이다. 상관이중샘플러(36)는 제1 및 제2스위치(51, 52), 제1 및 제2커패시터(53, 54), 그리고 저항들(R3-6)과 연산증폭기(U2)(55)로 구성된 비교기를 포함한다. 그리고, 상관이중샘플러(36)로 입력되는 RSTCLK 신호는 촬상된 비디오신호의 리셋신호구간에서 발생되는 제1제어신호이며, 또한 VIDCLK 신호는 촬상된 비디오신호의 비디오신호구간에서 발생되는 제2제어신호이다. 이들 제어신호들의 관계는 도 6을 통하여 설명한다.
도 6은 상관이중샘플러(36)로 입력되는 신호들의 관계를 나타내는 타이밍도로서, (a)는 기준전위로 설정된 비디오신호, (b)는 RSTCLK 신호, 그리고 (c)는 VIDCLK 신호를 나타낸다. 도시된 바와 같이, RSTCLK 신호는 비디오신호의 리셋신호구간에서 발생되며, VIDCLK 신호는 비디오신호의 비디오신호구간에서 발생된다.
다시 도 5를 참조하여, 제1스위치(51)은 RSTCLK 신호가 로직 하이일 때 온되고, 제1커패시터(53)는 입력되는 리셋신호에 따라 전하를 축적한다. 마찬가지로, 제2스위치(52)은 VIDCLK 신호가 로직 하이일 때 온되고, 제2커패시터(54)는 입력되는 비디오신호에 따라 전하를 축적한다. 비교기(55)는 제1 및 제2커패시터(53, 54)에 축적된 전하에 의한 출력신호를 서로 비교하여, 그 차이신호를 출력하여, 아나로그-디지털 변환기(37)로 출력한다.
다시, 도 3을 참조하면, 아날로그-디지탈 변환기(37)은 상관이중샘플러(36)에서 출력된 차이신호를 12비트의 디지털 신호로 변환한다.
한편, 다이오드(D1)(33)는 AC결합을 위한 커패시터(32)의 출력신호의 크기가 소정의 문턱값보다 크게 되는 것을 방지하기 위한 고전압방지수단으로 사용되는 것으로, 커패시터(32)의 출력전압이 5V 및 다이오드 턴-온 전압의 합(대락 5.6V)보다 크면 다이오드(33)이 턴온되어, 고전압을 방지하여 상관이중샘플러(36) 회로를 보호할 수 있다. 이 다이오드(33)는 특히 동작 초기의 과도상태에서 불안정한 전압이 인가될 때 유용하다.
본 고안은 디지털 카메라에 적용할 수 있으며, CCD의 출력을 이용하는 모든 영상기기에 광범위하게 적용할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 디지털 카메라에서의 신호변환장치에 의하면, 카메라에서 촬상된 신호를 먼저 AC-결합을 통하여 DC성분을 제거한 다음, 매 픽셀마다 소정의 기준레벨의 전위를 인가하므로써, 사용된 부품의 수를 최소화하면서도 잡음의 영향을 줄이고 안정된 영상출력신호를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 디지털 카메라에서 촬상소자에 의하여 촬상된 아날로그 비디오신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하기 위한 신호변환장치에 있어서,
    상기 촬상된 비디오신호를 입력받아, 상기 비디오신호로부터 교류신호를 제거하여 출력하기 위한 AC결합수단;
    상기 교류가 제거된 비디오신호에 소정의 전위 레벨을 갖는 기준신호를 부가하기 위한 기준신호 설정수단;
    상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호를 입력받아, 상관이중샘플링하여 상기 기준신호 및 상기 교류가 제거된 비디오신호 사이의 차이에 따른 신호를 발생하는 상관이중샘플링수단; 및
    상기 상관이중샘플링수단에서 출력된 차이신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지탈 변환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라에서의 신호변환장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촬상된 비디오신호가 상기 AC결합수단으로 입력되기 전에, 상기 촬상소자와의 임피던스 정합을 위한 버퍼수단을 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 카메라에서의 신호변환장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 AC결합수단의 출력신호의 크기가 소정의 문턱값보다 크게 되는 것을 방지하기 위한 고전압방지수단을 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 카메라에서의 신호변환장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준신호 설정수단은
    소정의 기준전위신호를 발생하는 전원수단; 및
    소정의 클럭신호에 따라 상기 기준전위신호를 상기 교류가 제거된 비디오신호에 부가할 지의 여부를 결정하는 스위치수단을 구비하여,
    상기 스위치수단에 인가되는 클럭신호는 상기 촬상된 비디오신호의 리셋신호구간에서 상기 기준전위신호가 부가되도록 상기 스위치수단의 온 및 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라에서의 신호변환장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상관이중샘플링수단은
    상기 촬상된 비디오신호의 리셋신호구간에서 발생되는 제1제어신호에 응답하여, 상기 리셋신호에 따라 전하를 축적하는 제1축적수단;
    상기 촬상된 비디오신호의 비디오신호구간에서 발생되는 제2제어신호에 응답하여, 상기 비디오신호에 따라 전하를 축적하는 제2축적수단; 및
    상기 제1 및 제2 축적수단의 출력신호를 서로 비교하여, 그 차이신호를 출력하는 비교수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 카메라에서의 신호변환장치.
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