CN1050955C - 具有二次亮度束流限制装置的对比度电子束流限制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电视系统包含显像管电子束流限制装置，当电子束流超过第一阈值时，可以减小图像的对比度而不影响图像的亮度。若使用者亮度控制电平超过标称亮度控制电平，图像亮度减小，此时电子束流超过其等于或大于第一阈值的第二阈值，直至图像亮度等于标称图像亮度以内时为止，图像亮度才减小。进一步对电子束流的限制，例如涉及电视系统的不正常工作情况，是藉助另外的亮度减少而完成。

Description

具有二次亮度束流限制装置的对比度电子束流限制装置
本发明关于可在电视接收机或监视器中使用的电子束流限制装置。
大多数诸如包含显像管作为显示装置的电视接收机与监视器的电视系统，也包含显像管电子束限制(BCL-beam currentlimiting)装置有时亦称为自动电子束限制(ABL-automatic baemlimiting)装置。BLC装置的作用是防止电子束流过量，电子束流过量可能导致光点散焦或″散辉″，在极端情况下可能损坏显像管。典型地，BCL装置通过感侧从显像管高压电源供应所引出的″再供给″电流来感侧由显像管所引出的平均电子束流，并形成表示电子束流大小的BCL控制信号。该BCL控制信号以反馈方式耦合至电视系统的对比度部分和亮度部分的之一或之二，以便当感侧的电子束流超过既定阈值时减小电子束流。对比度部分控制耦合至显像管视频频道的增益，因而控制耦合至显像管的视频信号峰一峰幅度。亮度部分控制耦合至显像管的视频信号的黑电平。
大多数BCL装置是在减小其亮度前以序列方式先减小再显图像的亮度，因为对比度的改变与亮度改变比较，主观上较少受观众的注意。然而，可注意的亮度变动化可在其它良好组成的图像中产生。这种BCL感应的亮度变化在使用高增益视频频道以便增加平均图像亮度输出的大萤幕或投影系统等电视系统中特别显著。
本发明的目的之一是减小图象对比度至最低电平而无需减小电子流束到一可接收的水平。本发明的目的是基于以下认识实现的，一方面，即在正常的运作情况下，并不希望使BCL装置减小再显图像的亮度。然而，本发明的另一方面关于这样一个认知，即虽然可能仅藉助减小亮度电平在或靠近标称值(中范围)的再显图像的对比度而达到电子束流的限制，然而这种单一对比度电子束流限制对具有比标称亮度电平大的图像是难以接受且是无效的。因此，如果使用者亮度设定大于相应的标称亮度电平、且仅使用对比度电子束流限制时，图像对比度可以减小至最低电平而无需减小电子束流到一可接受的水平。
本发明另一方面的目的是借助对比度减小实现任何附加的电子束流减小。这一目的是通过本发明的另一方面关于一种BCL装置实现的，其中，如果使用者亮度设定在或靠近标称电平时，则基本利用全范围的对比度减小而无需减小亮度。然而，如果使用者亮度设定为不寻常的高时，则BCL装置感测使用者亮度设定电平而减小亮度设定至标称电平的范围以内。任何附加的电子束流减小均藉助对比度减小而完成。
一种电视系统包含显像管和视频信号处理频道，视频信号处理频道具有图像对比度部分和亮度部分，以提供处理的视频信号(R、G、B)给所述显像管，以及使用者响应对比度控制单元与亮度控制单元，以产生各使用者对比度与亮度控制信号，所述电子束流限制装置包括：
感测由所述显像管所引出的电子束流的装置；
产生对比度电子束流控制信号、以当感测的电子束流超过第一阈值时减小图像对比度的装置；
其特征在于，耦合至所述使用者响应亮度控制单元，以将所述使用者对比度控制信号的电平与相应于标称图像亮度电平的标称使用者亮度控制电平进行比较的装置(RB4；RB5)；以及
耦合至所述比较装置、以当感测的电子束流超过第二阈值时，和如果使用者亮度控制电平超过标称使用者亮度控制电平时，产生亮度电子束流控制信号以减小图像亮度的装置(Q3；RB2，RB3)。
本发明的这些和其他方面将参照附图进行说明。
附图中：
图1示出部分以方块图形式而部分以线路图形式的电视系统，它包括依据本发明的一个方面构成的电子束流装置；以及
图2-5示出了有助于理解图1中BCL装置的工作的特性。
图6示出一个部分以方块图形式、部分以线路图形式的图1电视系统的修改形式。
举例性的元件、电压和电流值均在图1-6中指示出。除另有指示外，电阻器值均为欧姆。字母″K″表示千欧姆，而字母″M″则示兆欧姆。电容器值为微法拉第。电压值为伏特(V)，电流值则为微安培。
图1中的电视系统包含视频信号处理单元1，处理合成视频输入信号的亮度与色度分量，以产生适于驱动显像管3的红、绿与兰(R，G与B)输出信号。视频信号处理单元1包含对比部分5用以控制耦合至显像管3的R、G、B信号的峰一峰幅度，以及亮度部分7，用以控制R、G、B信号的黑色电平。对比部分5与亮度部分7可以被包括在诸如结合于东芝公司TA 8680电视信号处理集成电路的亮度信号处理通道(未示)中。另一方案，相应于对比部分5与亮度部分7的对比部分与亮度部分对可以被包含在诸如结合于东芝公司的TA 7730视频信号处理集或电路的各红、绿、兰视频信号处理通道中。高压电源供应9响应于偏转部分(未示)所产生的水平偏转信号为显像管9提供高工作电压。图1中电视系统的其余部分包含对比度与亮度控制分以及依据本发明结构的电子束流限制(BCL)装置。
电视系统的各部分受包含由依据存储的程序或响应例如用户用遥控单元(未示)输入的启动指令信号而工作的微处理器的控制单元11所控制。
控制单元11产生例如二进率倍增器(BRM-binary rate multipli-er)形式编码的脉冲信号，以表示使用者的对比度优选。对比度BRM脉冲信号控制一电子开关SWC，该开关包含部分数模转换器13，以形成耦合至对比部分5的使用者响应模拟对比度控制电压。再显图像的对比度直接与使用者响应模拟对比度控制电压的大小有关。所以，模拟对比度控制电压大小的增加导致图像对比度的增加，而模拟对比度控制电压大小的降低则导致图像对比度的降低。
开关SWC与电阻器RC1及RC2串联连接至正供应电压(+12V)源。当开关SWC响应对比度BRM信号而打开与关闭时，对比度BRM脉冲信号的电平偏移型态在电阻器RC1与RC2的汇集点形成。此电平偏移脉冲信号经低值电阻器RC3耦合至滤波电容器CC，在此，经低通滤波形成使用者响应模拟对比度控制电压。
控制单元11还产生表示使用者亮度优选的BRM编码脉冲信号。该亮度BRM脉冲信号控制包含一部分数模转换器(DAC)15的电子开关SWB，以形成耦合至亮度部分7的使用者响应模拟亮度控制电压。再显图像的亮度直接与使用者响应模拟亮度控制电压的大小有关。所以，模拟亮度控制电压大小的增加导致图像亮度的增加，而模拟亮度控制电压大小的降低则导致图像亮度的降低。
开关SWB与电阻RB1串联连接至正供应电压(+12V)源。当开关SWB打开或关闭以响应亮度BRM信号时，亮度BRM脉冲信号的电平偏移型态在电阻器RB1与开关SWB的汇集点形成。此电平偏移脉冲信号被一低通滤波器滤波以形成使用者响应模拟亮度控制电压，该低通滤波器包含串联连接电阻器RB2、RB3及电容器CB。此低通滤波器还包含串联连接于正供应电压(+12V)源与地之间的、由电阻器RB4和RB5组成的分压器。相应于标称亮度电平的电压形成于电阻器RB4与RB5的汇集点，且耦合至电阻器RB3与电容器CB的汇集点。
BCL装置包含感测由显像管3所引出的电子束流的电路17，藉助感测被高压电源供应9经电阻器RS从正供应电压(+24V)源所引出的电流(IS)而响应R、G、B信号。电流IS通称为再供应电流因它是由高压供应9在水平回描间隔期间所汲取的，以再补充(重供应)在水平扫描间隔期间由影像管3自其上所引出的电流。电阻器RS上形成的电压与再供应电流IS的大小成比例并由滤波容器CS所过滤。因此电容器RS上的电压通常与再重供应电流IS的平均值成比例，因此与由显像管3所引出的电子束流的平均值成比例。
二极管CRQ通常为正向偏置，因此，藉助其阳极经电阻器RQ与正供应电压(+12V)源连接而导通。当二极管CRQ导通时，它把滤波电容器CP接地，使电容器CP如前所述对电阻器RS形成的电压滤波。然而二极管CRQ为反向偏置，所以对再供应电流的瞬间浪涌呈现非导通性。当二极管CRQ呈现非导通性时，滤波电容器CS即与地解耦以允许电阻器RS上形成的电压反应再供应电流的瞬时浪涌。这种″快速断开″配置是美国专利4,167,025的主题，名称为″自动峰值电子束流限制器(Automatic Peak Current Limiter)″，于1979，9，4颁发给申请人D.H.Willis。
电阻器RS上形成的电子束流表示电压经过射极跟随器组态的PNP晶体管Q1而耦合至包含共同基极组态的NPN晶体管Q2的阈值比较器19。阀值比较器19还包含连接于晶体管Q1与Q2的发射极之间的电阻RG，和决定参考电压(VRFF)的电压分压器21，该分压器包括电阻器RRF1、RRF2及滤波电容器CRF。参考电压VRFF耦合至晶体管Q2的基极。连接于晶体管Q1的基极与正供应电压(+12V)源之间的箝位二极管CRC防止在基极形成的电压超过一稍大于供应电压的电平(0.7V)，以便防止晶体管Q1和/或晶体管Q2被反逆向电压击穿。晶体管Q2的集电极经电阻器RB耦合至正供应电压(+24V)源。表示电子束流大小的BCL控制电压形成于晶体管Q2的集电极。
形成于晶体管Q2集电极的BCL控制电压经二极管CRD耦合至对比度DAC 13的输出。此外，BCL控制电压耦合至与亮度DAC 15相关的射极跟随器组态的PNP晶体管Q3。二极管CRD把对比度DAG 13与亮度DAC 15隔离。射极跟随器组态的晶体管Q3缓冲晶体管Q2的集电极，以便包含晶体管Q2的比较器19的增益与亮度DAC 15的阻抗无关。比较器19的增益是由对比度DAC 13对晶体管Q2集电极的阻抗、以及连接于晶体管Q1与Q2间的电阻器RG的值所决定的。晶体管Q3连同电阻器RB2、RB3、RB4与RB5亦作为一比较器，以对使用者亮度设定与BCL控制电压进行比较。这个比较决定了亮度BCL限制于何时开始，更具体地说，确保亮度BCL通常仅能在使用者亮度设定超过标称值(中范围)亮度控制电平时开始发生
在工作中，当由显像管3引出的电子束流量极低时，则晶体管Q1的基极电压通过通二极管CRC而被箝位至约+12.7伏特。在电子束流量稍高时，二极管CRC呈现非导通性以允许晶体管Q1的基极电压改变。电阻器RS(再供应电流IS即经此电阻器而流动)所形成的电压大小直接与电子束流的量相关。因此，在晶体管Q1基极形成的电压的大小与电子束流反向相关，故，当电子束流继续增加时，晶体管Q1的反向相关的基极电压则降低。晶体管Q1的射极电压跟随晶体管Q1的基极电压。然而，后一电压没有耦合至晶体管Q2的集电极，故直至晶体管Q2呈现导通时为止电子束流限制并不发生。当晶体管Q2的射极电压达到较参考电压VREF稍低于(0.7V)电压时，晶体管Q2呈现导通。电子束流限制开始起作用的阈值由参考电压VREF值和电阻器RS定量建立。
一旦电子束流限制阈值被达到，在晶体管Q2集由极上形成的BCL控制电压的大小就降低。这立即导致耦合到对比度部分5的对比度控制电压降低。然而，耦合到亮度部分的亮度控制电压直至比较器晶体管Q3呈现导通时为止并不降低。当如下两条件满足时，晶体管Q3呈现导通：
1.在电阻器BR1与开关SWB(节点1)汇集点形成的脉冲信号的平均值必需超过在电阻RB4与RB5(节点2)上形成的电压；以及
2.在晶体管Q2集电极形成的BCL控制电压必需降至低于在电阻器RB2与RB3(节点3)沤点上形成或的电压。
倘若，如前所述，电阻器RB4与RB5之值经选择以使在其汇集点(节点2)上形成的电压对应于标称亮度的控制电平时，则上述第一条件确保亮度电子束流限制不发生，除非使用者亮度控制设定大于标称亮度控制电平时。
包含晶体管Q3和电阻器RB2、RB3、RB4与RB5的亮度比较器配置以下列方式工作。当在节点1上的脉冲信号的平均值相等于节点2上的电压时，节点1与2之间则没有电流在任何一方向流动。结果，节点3的电压等于节点1的电压，即，标称亮度控制电平。当节点1的脉冲信号之平均值小于节点2的电压时，则节点3之电压小于标称亮度控制电平。当节点1的脉冲信号的平均值大于节点2的电压时，则节点3的电压大于标称亮度控制电平。结果，除非使用者已设定亮度控制电平高于标称亮度控制电平，否则亮度电子束流限制并不发生。
一旦晶体管Q3导通时，亮度控制电压即行下降以响应晶体管Q2集电极的BCL控制电压的下降。在此期间，亮度控制电压由晶体管Q3发射极电压(BCL控制电压小于晶体管Q3的基极一射极电压降)、电阻器RB3及由电阻RB4与RB5组成的分压器的Thevenin(戴维宁)等效电路(电压源供应的电压等于节点2的电压、源电阻值等于电阻器RB4与RB5的并联组合)所决定。晶体管Q2终将在较高电子束流时饱和。在此之后，晶体管Q2集电极的BCL控制电压将被箝位到耦合至晶体管Q2基极的参考电压VREF，该电压小于基极一集电极的电压降。结果，对比度控制电压将被箝位到约为参考电压VREF，请注意二极管CRD的电压降大约等于晶体管Q2基极一发射极的电压降。亮度控制电压将被箝位至由参考电压VREF、电阻器RB3和已如上述包含电阻器RB4与RB5分压器的戴维宁等效电路所决定的电压。
图2-5示出图1中BCL装置的开环对比度与亮度控制特性随电子束流的变化、这些特性对应于图1中各电阻器(电阻器RB2与RB3除外)的值，适于控制上述东芝TA7730视频信号处理积成芯片的对比度与亮度部分。在图2-5中，示出最小、标称与最大使用者控制设定的对比度控制特性。请注意，关于对比度控制特性，一旦控制电压达到对比度部分5的最低增益值时，即使对比度控制电压继续降低，图像对比度也不进一步减小。图中6示出标称与最大使用者设定的亮度控制特性，因为除非使用者亮度设定是处于、或大于标称使用者亮度设定时，否则亮度电子束流限制并不发生。
图2-5指出，改变亮度DAC 15的电阻器BR2与BR3的值对亮度控制特性的影响。电阻器BR2与BR3的比例决定了亮度束流限制与使用者对比度控制设定的开始相关之点。图2(RB2＝270K，BR3＝0)指出，直至对比度电子束流限制等于、或靠近最大值时为止，亮度电子束流限制都不会发生。图5(BR2＝0，RB3＝270K)指出，亮度电子束流限制在基本上与对比度电子束流限制具有相同的电子束流电平时开始。如图3与4所指出，电阻器RB2与RB3值的中间比例引起亮度电子束流限的开始点在图2与5所示的诸点之间变化。改变电阻器RB2与RB3的值不会显著影响对比度控制的特性。还请注意，虽然使用者对比度控制设定影响亮度电子束流限制的开始点，但使用者亮度控制设定并不影响对比度控制特性。
图2-5还用虚线指出，改变参考电压VREF对亮度控制特性的影响。参考电压VREF的大小连同电阻器RB3、RB4、RB5的值决定了最低亮度电子束流限制的控制电压。然而，应请注意，直至整个对比度电子束流限制的控制电压范围已经用完且对比度电子束流限制的控制电压为其最小值时为止，亮度电子束流控制电压并不降低到标称亮度控制电压之下。这种亮度的减小是紧急措施，以说明例如由于显像管3萤幕电压失调的不正常工作状况。
请注意，如果参考电压VREF已改变，且需维持同一电子束流限制阈值时，则有必要改变电阻器RS之值。由于电阻器RS之值是决定电子束流限制环路增益的因素之一，如果电阻值改变了，且需维持相同环路增益时，则电阻器RG之值也必需加以改变。
如本领域普通技术人员所了解的，对较佳实施例的修改可按特定需要而进行。例如，图6中的电子束流限制器装置是一相似于图1装置的组态，但元件的数值已经改变，以适合具有需较高电子束流限制阈值(例如，2050微安培)和不同亮度控制电压范围(例如，5.2V±0.7V)的高平均电子束流的电视系统。在晶体管Q3的发射极与电阻器RB2和RB3的汇集点(节点3)之间加上保护二极管CRP，以防止晶体管Q3的反向击穿。
图6中电子束流限制器装置在其它方面也不同于图1的电子束流限制装置。尤其，增加了自动对比度单元23。自动对比度控制单元23响应于相应再显图像亮度分量的白色进行信号峰值(White-going peak of asingnal)，如果白色进行峰值超过了予定阈值时，就减小滤波电容器CC上的对比度控制电压。如图6所示，自动对比度控制单元23响应于耦合至显像管3上的R、G、B信号的组合信号(例如，和信号)，这种自动对比度控制装置已经详细说明于美国专利4,980,756，名称为″电视系统的控制信号发生器(Control Signal Generator For Television Syste-m″)，该专利于1990.12.25颂发给申请人W.A.Lagoni。自动对比度控制单元23还响应于使用者对比度设定，以便在使用者对比度设定于其最大值时废除自动白色峰值限制操作。后者说明，使用者更有兴趣于获得具最大峰值-白色部分的图像而不是防止光点的散焦。为去除自动白色峰值限制操作，自动控制单元23包含一感测使用者对比度控制设定的辅助低通滤波器(未示)，和一当使用者对比控制设定处于其最大电平时用于把自动对比度控制单元23的输出与滤波电容器CC解耦的转换配置(亦未示出)。这一配置已经详细说明于美国专利申请序号751,810，名称为″包含停止启动自动控制配置装置的视频信号系统(Video SignalSystemIncluding  Apparatus For Defeating an Automatic Control Arrang-ment)，由W.A.Lagoni与R.L.O′Brien于1991，8，30提出申请。为了容纳自动对比单元23的自动对比度去除部分的辅助低通滤波器，包含NPN晶体管Q4和发射极负载电阻RC4的射极跟随器加到对比度DAC 13上，位置在电阻器RC1与RC2的汇集点和包含电阻器RC3与滤波电容器CC的低通滤波器之间。
虽然本发明已经参考了再显图像直接显示于单显像管的萤幕上的直接观赏电视系统，然其亦可用以控制投影电视系统的各红、绿、兰显像管的电子束流。例如图6的装置仅通过改变电阻器RS的值从11.1千欧姆至13.7千欧姆即可用于要求1650微安培电子束流限制阈值的投影电视系统。
显然，对于本领域的技术人员，还有其它的修改。这些和其它修改都是在以下权利要求范围所界定的本发明的范围以内。

Claims (8)

1.一种电视系统的电子束流限制装置，所述电视系统包含显像管(3)和视频信号处理频道(1)，视频信号处理频道(1)具有图像对比度部分(5)和亮度部分(7)，以提供处理的视频信号(R、G、B)给所述显像管，以及使用者响应对比度控制单元(13)与亮度控制单元(15)，以产生各使用者对比度与亮度控制信号，所述电子束流限制装置包括：
感测由所述显像管所引出的电子束流的装置(17)；
产生对比度电子束流控制信号、以当感测的电子束流超过第一阈值时减小图像对比度的装置(19)；
其特征在于，耦合至所述使用者响应亮度控制单元，以将所述使用者对比度控制信号的电平与相应于标称图像亮度电平的标称使用者亮度控制电平进行比较的装置(RB4；RB5)；以及
耦合至所述比较装置、以当(1)感测的电子束流超过等于或大于上述第一阈值的第二阈值时，和(2)如果使用者亮度控制电平超过标称使用者亮度控制电平时，产生亮度电子束流控制信号以减小图像亮度的装置(Q3；RB2，RB3)。
2.根据权利要求1的电子束流限制装置，其特征在于，所述亮度电子束流控制信号产生装置当对比度控制信号达到其最低值时仅减小图像的亮度。
3.根据权利要求1的电子束流限制装置，其特征在于，所述亮度电子束流控制信号产生装置降低图像亮度，直到图象亮度接近其标称电平时为止。
4.根据权利要求1的电子束流限制装置，其特征在于，所述亮度电子束流控制信号产生装置响应于所述对比度电子束流控制信号。
5.根据权利要求4的电子束流限制装置，其特征在于，所述第一阈值是固定的。
6.根据权利要求1的电子束流限制装置，其特征在于，所述使用者响应亮度控制单元包括编码的脉冲信号源(SWB)，及一滤波所述脉冲信号、以产生使用者响应控制电压的滤波器(CB)；
所述比较装置包括：第一(RB2)与第二(RB3)电阻元件，串联耦合于所述脉冲信号源与对应于标称图像亮度电平的电压源(SWB)之间，还包括响应于感测的电子束流并耦合于所述第一与第二电阻元件的节点的阈值装置(Q3)。
7.根据权利要求6的电子束流限制装置，其特征在于，所述对比度电子束流控制信号发生装置(19)包括一晶体管(Q2)，此晶体管(Q2)的第一和第二电极界定了一导通通道，还有一控制电极控制该导通通道的导通；
所述电子束流感测装置(17)耦合至所述晶体管的第一电极；对应于所述第一阈值的参考电压(VREF)源(21)耦合至所述晶体管的所述控制电极；以及
所述比较装置的所述阈值装置(Q3)耦合至所述晶体管的第二电极。
8.根据权利要求7的电子束流限制装置，其特征在于，所述参考电压也对应于标称图像亮度电平。
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