JP3026222B2 - 非線形増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非線形増幅器に関し、特に電子スチル・カメ
ラやビデオ・テープ・レコーダ（VTR）等の映像信号伝
達経路に設け、前記映像信号に基づいて映し出される画
像、又は記録画像の階調を補正する際に用いて好適なも
のである。

［従来の技術］ 非線形増幅器は、前記映像機器に多用されているもの
であり、その一例は特開昭63−269310号公報にも開示さ
れている。

即ち、負荷抵抗を共用した少なくとも３組の差動増幅
器を設け、そのうちの２組の差動増幅器においては、信
号をそれぞれ正相と逆相で入力するとともに、それらの
電流源の電流値を等しく、かつ利得を決定するエミッタ
抵抗を相互に異ならせて構成したものである。

このように構成された非線形増幅器は、回路構成が簡
単であるためIC化が容易である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記非線形増幅器を例えば撮像装置に適用
し、映像信号に基づいて映し出される映像、又は記録画
像の階調補正を行おうとした場合、下記のような問題点
がある。

即ち、利得可変及びレベル可変手段がないので、補正
量及び所望の信号レベルに対する補正を容易に調整する
ことができない。

特に、映像信号では微小信号（黒レベル付近）の補正
は、黒レベルが増幅された形となり、いわゆる‘黒う
き’という現象が起きるので好ましくない。また、補正
量を小さくする（利得を下げる）と、入力ダイナミック
レンジが大きくなり、補正量の幅が広がってしまう。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的は回路構成が簡単である上に、非線形特性の調整
を容易に行い得る非線形増幅器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る前記目的は、一方の入力端子に入力信号
が供給されると共に、他方の入力端子に基準電圧が印加
され、且つ直列接続した第１、第２の負荷を負荷抵抗に
備える第１差動増幅器と、少なくとも２個の差動増幅器
のそれぞれ一方の入力端子に前記入力信号が共通に供給
されると共に、それぞれの他方の入力端子にレベル調整
可能な制御電圧が共通に印加され、且つ前記第１の負荷
を共通の負荷抵抗とした第２、第３の差動増幅器とを具
備し、前記第２、第３の差動増幅器は、前記入力信号が
前記レベル調整可能な制御電圧レベル以下のとき前記入
力信号を所望レベルにクリップする機能を有すると共
に、利得差に対応して電流量が異なる互いに逆位相の出
力電流を出力することを特徴とする非線形増幅器により
達成される。

［作用］ 前記のように構成された非線形増幅器によれば、第２
及び第３の差動増幅器から得られる出力電流は、利得に
対応して電流量が異なっている上に互いに逆位相、即ち
第２の差動増幅器の出力電流が増大している場合は第３
の差動増幅器の出力電流が減少するので、各出力電流を
第１の負荷として設けられた抵抗を通過せしめて合成す
ることにより、出力電流の電流量の差に対応した非線形
特性が得られる。

又、第１の差動増幅器の出力電流を前記第１の負荷及
び第１の負荷に直列接続された第２の負荷に通過せしめ
ることにより、第１〜第３の差動増幅器の各出力電流を
合成した入力対出力特性、即ち一部に非直線特性が形成
された入力対出力特性が得られ、この特性に対応した非
線形増幅が行われる。

更に、第２及び第３の差動増幅器の基準電圧をレベル
調整し、入力信号を所望レベルにクリツプすることによ
り、出力電流の位相反転を防止して前記非線形特性の変
動防止を行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を適用した非線形増幅器
の一実施例を説明する。なお、実施例の説明にあたって
は、第１図〜第５図を参照して非線形増幅器の回路構成
および作用を説明し、次いで第６図を参照して撮像装置
への応用例を説明する。

第１図において、１、２、３は差動増幅器であり、各
差動増幅器１〜３の出力信号を合成して一部に非線形特
性を形成した入力対出力特性を得るように構成されてい
る。

先ず、差動増幅器１〜３の入力側について説明する
と、各基準電圧Vref1〜Vref3は同一電圧レベルに設定さ
れ、入力信号vinは基準電圧Vref1に重畳して各差動増幅
器１〜３の一方の入力端子に共通に供給される。尚、差
動増幅器２は本発明でいう第１の差動増幅器に相当する
ものであり、差動増幅器１、３は本発明でいう第２及び
第３の差動増幅器に相当するものである。

差動増幅器１、３の他方の入力端子には、基準電圧Vr
ef3に重畳してレベル調整可能な制御電圧Vsが共通に印
加され、制御電圧Vsと入力信号Vinとに基づいて比較増
幅を行うように構成されている。又、差動増幅器２の他
方の入力端子には基準電圧Vref2が印加され、基準電圧V
ref2と入力信号Vinとに基づいて比較増幅を行うように
構成されている。

差動増幅器１は、差動対に接続されたトランジスタQ
1、Q3、クリッパーとして作用するトランジスタQ2、定
電流回路CS1、CS2、利得設定抵抗R1によって構成され、
利得G1は第１の負荷となる負荷抵抗R5との比、即ちR5/R
1によって決定される。

差動増幅器３は、差動対に接続されたトランジスタQ
6、Q8、クリッパーとして作用するトランジスタQ7、定
電流回路CS5、CS6、利得設定抵抗R3によって構成され、
利得G3は負荷抵抗R5との比、即ち−R5/R3によって決定
される。

差動増幅器２は、差動対に接続されたトランジスタQ
4、Q5、定電流回路CS3、CS4、利得設定抵抗R2によって
構成され、利得G2は、第１及び第２の直列接続された負
荷抵抗R5、R6の和の抵抗との比、即ち（R5＋R6）/R2に
よって決定されるが、本実施例ではG2−１に設定されて
いる。なお、各差動増幅器１〜３に設けられた定電流回
路CS1〜CS6の電流量は同一に設定されている。

次に、非線形特性の合成動作を説明する。

差動増幅器１の入力対出力特性は、抵抗R5、R1の選定
により第２図にＸで示すように設定され、差動増幅器３
の入力対出力特性は抵抗R5、R3の選定によりＹで示すよ
うに設定されている。但し、クリッパー用トランジスタ
Q2、Q7により、入力信号Vinは基準電圧Vref3でクリップ
され、クリップ時の出力はDCバイアスレベルとなる。こ
こでは、Vs＝０（ボルト）としている。

第３図に示すように、非線形特性Ｓの立ち上がり部分
の特性は（R5/R1−R5/R3）、換言すれば（G1−G3）で決
定され、立ち去がり部分の特性は−R5/R3、換言すればG
3で決定される。そして、非線形特性Ｓの入力レンジは
抵抗R3と各定電流回路CS1〜CS6の電流Ioの積（R3×Io）
によって決定される。尚、Vin＜０（ボルト）のとき
は、クリッパ用トランジスタQ2、Q7により、特性は現れ
ない。

次ぎに、第４図を参照したトランジスタQ2、Q7のクリ
ップ作用について説明する。

本実施例では第１図に示すように基準電圧Vref3に重
畳してレベル調整可能な制御電圧Vsが設けられている。
従って、制御電圧Vsを調整することにより、入力信号Vi
nをクリップするレベルが任意に選択し得るようにな
る。

そして、入力信号Vinのレベルが、（Vref3＋Vs）で設
定された電圧レベル以上のとき、前記同様に非線形特性
Ｓが形成されるので、第４図に示すように制御電圧Vsの
レベル調整により非線形特性Ｓの立ち上がり位置を任意
に調整することができる。

尚、第５図は前記非線形増幅器による入力対出力特性
の一例を示すものであり、非線形特性Ｓの下部直線部分
を制御電圧Vsによって調整することができる。

以上に非線形増幅器の一実施例を説明したが、本発明
は前記に限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。

即ち、非線形増幅器を構成する差動増幅器は３個に限
定されるものではない。

例えば、５個の差動増幅器で構成する場合は、前記差
動増幅器１、３と同様に構成された２個で１組の差動増
幅器を追加し、補正量は第３図に示したような非線形特
性を合成して得る。

更に、差動増幅器２の利得を１に設定しているが、こ
れに限定されるものではない。

尚、前記した非線形増幅器は、撮像装置等の映像機器
に適用した場合、黒うきを防止することができる。そこ
で、非線形増幅器を適用した撮像装置の一例を説明す
る。

第６図は、電子スチル・カメラやVTR用カメラの撮像
系を示すものである。12は撮像レンズや絞り及びシャッ
ター等からなる撮像光学系であり、撮像光学系12の後方
に例えば電荷蓄積型固体撮像素子（CCD）等の撮像素子1
3が配置され、撮像素子13の受光面には例えば画素に対
応した赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）のカラー・フィル
タが設けられている。

撮像素子14は被写体画像を光電変換し、いわゆる水平
走査及び垂直走査読み出しによって各画素に発生した映
像信号を時系列的に出力する。そして、この映像信号は
プリ・アンプ15によって信号処理可能な振幅レベルまで
増幅される。プリ・アンプ15から出力される時系列の映
像信号は、色分離回路15によって赤（Ｒ）、青（Ｂ）、
緑（Ｇ）のそれぞれの色信号に分離される。これらの色
信号は、ホワイト・バランス回路17によって画像を再生
した場合に最適の白色が得られるようにするために振幅
レベルが調整される。

ホワイト・バランス回路17から出力された色信号は、
ディスプレイとして用いられるCRTに対応した階調補正
を行うためのγ補正回路18に供給される。γ補正された
色信号は、マトリクス回路19によって輝度信号Ｙ、色差
信号Ｒ−Ｙ及びＢ−Ｙに変換される。

そして、輝度信号Ｙの伝達経路に前記実施例で説明し
た非線形増幅器20が設けられ、輝度信号Ｙについて補正
し得るように構成されている。即ち、輝度信号Ｙは前記
入力信号Vinに相当するものであり、非線形増幅器20の
入力対出力特性を第５図に示したように設定したとすれ
ば、非線形特性Ｓによって黒領域に近い中間領域、換言
すれば輝度信号Ｙの低レベル領域の一部が強調された輝
度信号Yaが出力される。

このように、本発明に係る非線形増幅器を適用した撮
像装置は、マトリクス回路19によって形成された輝度信
号Ｙを非線形増幅器20に供給し、予め設定された非線形
特性Ｓによって補正することができ、一部の輝度を強調
するとともに黒の部分と白の部分の輝度の変化を抑制す
ることができる。

従って、前記構成の撮像装置を用いて撮影した場合、
被写体が例えば逆光やスポット・ライト・シーンであっ
ても、主被写体と背景とが明確になり、撮影画像の画質
向上を図ることができる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に係る非線形増幅器
は、リニアな増幅を行う第１の差動増幅器の出力電流
と、異なった利得に設定された第２及び第３の差動増幅
器から得られる互いに逆位相の出力電流とを負荷回路に
通過せしめて合成し、一部非線形特性の入力対出力特性
を得るとともに、前記第２及び第３の差動増幅器には、
入力信号を所望レベルにクリップする機能を設け、出力
電流の位相反転を防止するように構成した。

依って、前記非線形増幅器によれば、入力信号にレベ
ル変動が生じても非線形特性のずれ、反転等がなく、安
定した非線形増幅を行うことができる。しかも、回路構
成が簡単であることから、IC化が容易になり、例えば撮
像装置等に適用した場合、小型軽量化を図るとともに画
質向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した非線形増幅器の一実施例を示
す回路図、 第２図は非線形特性の合成を説明する特性図、 第３図は差動増幅器の利得と非線形特性との関連を説明
する特性図、 第４図は非線形特性の調整を説明する特性図、 第５図は入力対出力特性の一例を示す特性図、 第６図は非線形増幅器の応用例を示す撮像装置のブロッ
クダイアグラムである。 （図中の符号） １、２、3:差動増幅器 20:非線形増幅器 Q1〜Q8:トランジスタ R1〜R5:抵抗 Vref1〜Vref3:基準電圧 Vs:制御電圧 CS1〜CS6:定電流回路 Va.Vb:電圧降下 S:非線形特性

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の入力端子に入力信号が供給されると
   共に、他方の入力端子に基準電圧が印加され、且つ直列
   接続した第１、第２の負荷を負荷抵抗に備える第１差動
   増幅器と、 少なくとも２個の差動増幅器のそれぞれ一方の入力端子
   に前記入力信号が共通に供給されると共に、それぞれの
   他方の入力端子にレベル調整可能な制御電圧が共通に印
   加され、且つ前記第１の負荷を共通の負荷抵抗とした第
   ２、第３の差動増幅器とを具備し、 前記第２、第３の差動増幅器は、前記入力信号が前記レ
   ベル調整可能な制御電圧レベル以下のとき前記入力信号
   を所望レベルにクリップする機能を有すると共に、利得
   差に対応して電流量が異なる互いに逆位相の出力電流を
   出力することを特徴とする非線形増幅器。