JP3749554B2 - 陰極線管駆動装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は一般的に言えばテレビジョン装置に関するものであり、さらに具体的に言えばガンマ補正を行なう装置を具えた陰極線管のカソード駆動装置に関するものである。
【0002】
【発明の背景】
理想的なテレビジョン装置では、陰極線管が発生する光出力はカメラ撮像管に入射する光に対して線形の関係にある。実際の装置では、カメラ撮像管、表示用陰極線管のいずれもが線形装置ではない。換言すれば、カメラ撮像管によって生成された信号電圧は検出された光と線形の関係になく、また陰極線管によって生成される光は該陰極線管に供給されたカソード駆動電圧と線形の関係にない。カメラ撮像管の光入力と信号出力との間の関係、映像管の信号入力と光出力との間の関係は共に、入力関数(X)が出力関数(Y)を生成するために累乗される羃指数すなわち“累乗”である項によって表され、簡単に“ガンマ”と称される。例えば、入力関数(X)が1乗(ガンマ=1)されて出力関数を生成すると、2つの関数は線形関係にあると称される。もし、出力が入力関数の2乗として変化すると、その羃指数(ガンマ)の値は2に等しい。もし、出力が入力関数の2乗根として変化すると、“ガンマ”すなわち羃指数は0.5に等しい。“ガンマ”は換言すれば単に伝達関数の湾曲の程度となる。
【0003】
図1はビデオ信号伝送装置の各種のガンマの形態を示し、曲線100は送信側の伝達特性を表わし、曲線102は映像管(陰極線管すなわちCRT)の伝達特性を表わし、曲線104は全体の伝達特性を表わす。NTSC、PAL、およびSECAMテレビジョン方式の送信されたビデオ信号のガンマは約0.45乃至0.5であり、一方テレビジョン受像機の映像管(陰極線管)のガンマは約2.8乃至3.1である。その結果、全体の伝達曲線(カメラへの光入射対映像管からの光出力)は線形にはならず、全体のガンマは、実際には1.0のガンマにはならず、約1.35になる。このことは、映像管の指数関数的特性が充分に補償されず、表示の暗い映像部分が圧縮されるようになる。このような圧縮は黒に近い映像の細部が失われ、彩色領域を黒に褪色させる。同時に白は黒部分に対してしばしば映像管を飽和状態にさせ、ブルーミング(焦点ぼけ)を生じさせるような点にまで過大に増幅される。
【0004】
線形の全伝達特性は黒圧縮の問題を解消することができ、またこの線形の全伝達特性はテレビジョン受像機中の赤(R)、緑(G)、青(B)の各信号処理回路において約0.8のガンマ補正を付加することにより得られる。しかしながらこの領域における利得を増大させるには白レベルの利得を圧縮する必要がある。しかしながら映像管の光出力の動的動作領域(ダイナミックレンジ)は比較的小さく、映像管をブルーミングが生じる飽和状態にすることなく上記動的動作領域を拡大させることはできない。従って、暗い映像領域の増幅度を増大させるためのガンマ補正は高い白信号の信号圧縮を生じさせる可能性がある。この影響は、比較的明るい映像領域の高い周波数の内容(映像細部)ブースト(boost)することによって解消することができる。
【0005】
一般的に言うと、細部を強調してガンマ補正を行なうのに2つの方法がある。1つの方法は、例えば1992年1月21日付けでハファール(Haferl)氏外に与えられた米国特許第5,083,198号明細書に記載されているように、駆動回路においてビデオ信号に非線形処理を施すことである。ハファール氏外の装置の実施例では、ビデオ信号は低振幅部分と高振幅部分とに分割され、高振幅部分は高域通過濾波され、次いで元のビデオ信号と低振幅部分と高域通過濾波された高振幅部分とは合成されて陰極線管に供給される。表示された映像は黒映像領域から灰映像領域に対するガンマ補正と、灰映像領域から白映像領域に対してブーストされた細部とを含んでいる。
【0006】
ガンマ補正を行なう他の方法は、例えば1989年8月15日付けでファーレイ(Furrey)氏に与えられた米国特許第4,858,015号明細書に記載されているように、ビデオ信号に線形処理を施し、ガンマ補正のために陰極線管のカソードの非線形インピーダンス特性に頼るものである。ファーレイ氏の装置の実施例では、ビデオ信号はカスコード増幅器で線形増幅される。増幅器の負荷抵抗をカスケード接続された相補形エミッタフォロワ・バッファ増幅器から成る電圧フォロワ増幅器の入力に結合することにより、増幅器の出力インピーダンスが減少する。電圧フォロワ増幅器の出力は抵抗とコンデンサとの並列接続を介して陰極線管のカソードに結合されている。上記抵抗はカソード・インピーダンスの非線形抵抗性部分と協同してガンマ補正を行なう。しかしながら、抵抗はカソードの浮遊コンデンサと協同して比較的低い周波数で不所望な周波数応答の極を生成する(すなわち、低域通過フイルタとして作用する)。これによって表示された映像の高周波細部を低下させる。抵抗と並列にバイパス・コンデンサを設けることにより、ガンマ補正用抵抗を避けて高い周波数成分をバイパスさせることにより高周波応答性を回復することができる。相補エミッタフォロワ・バッファ増幅器はバイパス・コンデンサを駆動するための低インピーダンスを与える。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述の2つのガンマ補正方法のうち、陰極線管の実際の非線形に依存する第2の方法すなわち“リニア”処理方法は、比較的簡単で、経済的であり、また必要とする回路素子が少なくて済むことにより改善された信頼性が得られる、という長所がある。また、この方法はカラー陰極線管の3個のカソード電極の非直線性の差を補償するために抵抗値を変更するだけでよく、非常に融通性がある。
【0008】
本発明は、一つには、駆動増幅器中に非線形回路を必要としないという利点を保持しつつ、ガンマ補正を行なうに当たって上述の第2の方法以上に更に簡単化する必要があるという認識に基づくものである。本発明による陰極線管駆動装置は、上述の“第2の方法”において必要とされる比較的高い抵抗値の直列接続された出力抵抗、このような比較的高い抵抗値の抵抗を使用したことにより生ずる低周波数の極の補償を修正するための関連するバイパス・コンデンサのいずれも使用することなくガンマ補正を行うことができるという利点がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明を実施した陰極線管駆動装置は、ビデオ入力信号を受信する入力と、増幅されたビデオ出力信号を供給する出力とを有する線形増幅器(60)を含んでいる。電流センサ(Q3)は、上記増幅器の出力を陰極線管(20)のカソード(K1)に結合し、該センサは陰極線管のカソード電流に直線的に関連する出力電流(Ik)を供給する。帰還路(82)は、上記カソード電流のセンサによって与えられる出力電流の少なくとも一部を増幅器中の回路接続点(65または63)に供給して、陰極線管(20)によって生成される映像にガンマ補正を与える。
請求の範囲に記載された事項と実施例との対応関係を、図面で使われている参照番号で示すと次の通りである。
(請求項1) カソード電極(K1)を有する陰極線管(20)を駆動する陰極線管駆動装置であって、
トランジスタ(Q1)を含む増幅器(60)を具え、
前記トランジスタ(Q1)は、ビデオ入力信号を受信するベース電極と、第1の抵抗(62)を介して基準電位点に結合されるエミッタ電極と、第2の抵抗(68)を含む負荷インピーダンス手段(Q2、68)を介して比較的高い電圧源に結合されるコレクタ電極とを有し、
前記負荷インピーダンス手段(Q2、68)は、線形に増幅されたビデオ出力信号を前記トランジスタ(Q1)の前記コレクタ電極に供給し、
前記カソード電極(K1)は、前記ビデオ入力信号を表わす画像を発生するために、回路手段(Q3、82)を介して前記負荷インピーダンス手段(Q2、68)に結合され、
前記回路手段(Q3、82)は、前記陰極線管(20)のカソード電極(K1)によって導かれるカソード電流(IK)のうち所定の一部を前記増幅器(60)内の回路節点(65または63)に供給し、それによりカソード電流(IK)の前記所定の一部が前記第1の抵抗を経由して前記基準電位点に流れることを特徴とする、前記陰極線管駆動装置。
(請求項2) 前記回路手段が、前記負荷インピーダンス手段と前記カソード電極との間に結合されるバッファ増幅器(70)と、前記バッファ増幅器の電流出力と前記増幅器(60)内の前記回路節点(65または63)との間に接続される第3の抵抗(82)とを具えることを特徴とする、請求項1記載の陰極線管駆動装置。
(請求項3) 前記回路手段が、前記陰極線管のカソード電極(K1)に接続されるエミッタ電極と、前記増幅器(60)の前記負荷インピーダンス手段(Q2、68)に接続されるベース電極と、前記第1の抵抗(62)に接続されるコレクタ電極とを有するPNPトランジスタ(Q3)を具えることを特徴とする、請求項1記載の陰極線管駆動装置。
【0010】
好都合な点は、カソード電流センサによって供給される電流は2あるいはそれ以上の部分に分けられ、その1つの部分は増幅器中の回路接続点(65または63)に導かれてガンマ補正を与え、他の部分(Iakb)は自動陰極線管バイアス回路に導かれる点である。
【0011】
本発明の原理による特定の実施例では、感知されたカソード電流はカスコード増幅器の入力トランジスタのエミッタ電極に供給される。他の例では、感知されたカソード電流はカスコード増幅器を構成するように接続された1対のトランジスタのコレクタ電極とエミッタ電極との共通接続点に供給される。
【0012】
本発明による陰極線管にガンマ補正を与える方法は、(i)ビデオ入力信号を線形増幅して線形増幅されたビデオ出力信号を供給する段階と、(ii)増幅器の出力を陰極線管のカソードに結合し、同時にカソード電流を感知して上記カソード電流に線形的に関連し且つ上記増幅器の出力電圧に線形的に関連しない出力信号電流を供給する段階と、(iii)上記陰極線管の感知されたカソード電流の少なくとも一部を線形増幅器中の回路接続点に供給して陰極線管によって生成される映像にガンマ補正を与える段階と、から成る。
【0013】
【実施例】
以下図示の実施例に従って本発明の構造、動作並びに特徴を詳細に説明する。なお、各図で同じ素子には同じ参照番号を付す。図3のテレビジョン受像機10はチューナ、中間周波(IF)増幅器および検波器を含むRF段12を有し、該RF段12は適当な信号源(例えば放送、ケーブル、VCR等)からRF入力信号S1を受信するRF入力端子14を具備している。RF段12はクロミナンス/ルミナンス信号処理回路16にベースバンドのビデオ出力信号S2を供給し、該クロミナンス/ルミナンス信号処理回路16は陰極線管20によって表示される赤(R)、緑(G)、青(B)の成分ビデオ出力信号を発生する。陰極線管20のカソードK1、K2およびK3に高電圧駆動信号を供給するために、R、GおよびBの各駆動信号はそれぞれ各陰極線管駆動増幅器30、40および50を経て陰極線管の各カソードK3、K2、K1に供給される。駆動増幅器30、40、50は同じであるから、1個の駆動増幅器(破線で囲んだ駆動増幅器50)についてのみ詳細に示す。より完全な形で示すために、この特定の実施例では各回路素子として例示の値をもった素子が使用されるものとする。
【0014】
説明上および動作上の都合で、駆動増幅器50は破線によって線形増幅器60と、バッファ増幅器70と、帰還回路網80の3つの成分に分割されている。
【0015】
本願発明の全体像として、増幅器60は処理回路16によって供給された赤(R)ビデオ入力信号に応答して増幅されたビデオ信号S3を供給する。バッファ増幅器70は増幅器60の出力を陰極線管20のカソードK1に結合する電流センサ(トランジスタQ3から成る)を含み、(そのコレクタ電極において)陰極線管20のカソード電流に線形に関連する出力電流(Ik)を供給する。回路網80はインダクタ86と直列に接続された抵抗84から成る帰還路を含み、該帰還路はカソード電流センサQ3によって供給された出力電流の少なくとも一部を増幅器60中の回路接続点(本発明のこの実施例では65、後の実施例では63)に供給して、陰極線管20によって生成された映像にガンマ補正を与える。
【0016】
さらに詳しく説明すると、増幅器60はカスコード構成に接続された第1のトランジスタQ1と第2のトランジスタQ2とからなり、第1のトランジスタQ1は第1の抵抗62を介して基準電位点(接地電位点)に結合されたエミッタ電極と、第2のトランジスタQ2のエミッタ電極に接続されたコレクタ電極とを持っている。第2のトランジスタQ2は基準電圧源(図示の実施例では+12V)に結合されたベース電極と、第2の抵抗68を介して比較的高い電圧源(図示の実施例では+200V)に結合されたコレクタ電極とを有し、第2の抵抗68は線形増幅されたビデオ出力信号S3を供給する。第2の抵抗68と第2のトランジスタQ2のコレクタ電極との間にはダイオード67が挿入されており、該ダイオード67は次のバッファ増幅器70のクロスオーバー歪みを減少させるために使用されるオフセット電圧を生成する。高い周波数(例えば、ビデオ周波数帯の上限)はエミッタ抵抗62と並列に結合された抵抗66とコンデンサ64との直列接続帯によってブーストされる。
【0017】
バッファ増幅器70は1対の相補(コンプリメンタリ)トランジスタQ3とQ4とからなり、各トランジスタQ3、Q4のエミッタ電極はそれぞれエミッタ抵抗74、75を介して出力75に結合されており、トランジスタQ3のベース電極はダイオード57のカソード電極に、トランジスタQ4のベース電極は上記ダイオード67のアノード電極にそれぞれ結合されている。トランジスタQ4のコレクタ電極は保護抵抗72を介して高電圧源に結合されており、トランジスタQ3のコレクタ電極は回路網80に結合されていて、これにカソード電流Ikを供給する。出力75は保護抵抗79を介して陰極線管20のカソードK1に結合されている。
【0018】
回路網80は、トランジスタQ3のコレクタ電極と増幅器60の回路接続点65との間に結合されたインダクタ86と抵抗84との直列接続体を含み、陰極線管のビーム電流(カソード電流)Ikをエミッタ抵抗62に供給する。トランジスタQ3のコレクタ電極はコンデンサ88を経て接地点に結合されており、また抵抗82によって回路接続点65に結合されている。インダクタ86とコンデンサ88は陰極線管の高周波放電電流をエミッタ抵抗62から分離して負帰還が生じないように作用する。
【0019】
動作について述べると、トランジスタQ1のエミッタ電極に陰極線管のビーム電流Ikを帰還することにより、駆動増幅器50の相互コンダクタンス(gm)は安定化され、ほゞ完全なガンマ補正が得られる。このことは簡単に言えば、図2(A)および図2(B)に示された陰極線管の非線形特性を考慮することにより容易に理解することができる。図2(A)から明らかなように、陰極線管のビーム電流(カソード電流)はカソード電圧の正比例関数にならないことがことが分かる。その代わりとして(カットオフ)黒レベル近傍の信号に対しては非常に小さい電流(数マイクロアンペア)が必要とされ、白レベル近傍の動作に対しては不釣り合いに大きな電流(数百マイクロアンペア)が必要とされる。この非直線性は、カソード抵抗の値をカソード電圧の関数として示した図2(B)により明確に示されている。同図から明らかなように、ビーム電流がカットオフの近くでは抵抗値は非常に高く(メガオーム)、その値は中間の灰色領域では数万オームに減少し、ピークの白近くでは数千オームに減少する。
【0020】
上述の非線形効果は陰極線管のガンマを表わし、図1の曲線102に示すように一般にガンマは約“3”に等しい。これは電圧対電流の3乗関係に対応する。図3の駆動増幅器50では、全ガンマ(光入力対光出力)は陰極線管のビーム電流の帰還によって約1に減少する。ビーム電流の帰還により、赤ビデオ信号Rに対して非線形電圧増幅が、しかし線形電流増幅が行われる。換言すれば、増幅器50は電圧増幅器としてよりも相互コンダクタンス増幅器として動作するようにバイアスされている。赤ビデオ信号Rが変化すると、トランジスタQ1は、実際のビーム電流Ikと、赤ビデオ信号Rをエミッタ抵抗62の値によって除して決定されるエミッタ抵抗を流れる電流との差に等しい電流を回路接続点65に供給するだけである。
【0021】
前述のようにカソード・インピーダンスは非線形であるから、上記の差は非線形になる。上述のように、陰極線管の実際のカソード電流の帰還により、カソードのダイナミック・インピーダンスがカソード電流の関数として変化しても増幅器はその入力に供給されるビデオ入力信号に比例した電流をカソードに供給するから、実質的に完全なガンマ補正が得られる。この手段により、陰極線管のビーム電流は如何なる特定の輝度レベルにおいてもカソード電圧の実際の値には無関係にビデオ入力信号に比例するようになる。
【0022】
エミッタ抵抗62への陰極線管のビーム電流(カソード電流)の帰還に関して図3の受像機を図4に示すように変更することができる。図3ではビーム電流Ikは抵抗62が直接接続された回路接続点65に供給されている。図4ではビーム電流はトランジスタQ1のコレクタ電極とトランジスタQ2のエミッタ電極との共通回路接続点63に帰還される。このように変更しても実際上全てのビーム電流はエミッタ抵抗62を通って流れ、トランジスタQ1のエミッタ電極に同じ電圧バイアス成分を生成するので、増幅器の動作には何らの変化もない。また、トランジスタQ2のエミッタ電極は低インピーダンス点であるから、トランジスタQ1のコレクタ電圧はビーム電流の流れにより変化することはない。従って、回路接続点63に電流Ikを供給しても、このことによりカスコード・トランジスタQ2によって与えられるミラー(Miller)効果の抑制の妨げになることはない。
【0023】
図3の実施例はAKB制御電流を供給するために図5に示すように修正することができる。自動陰極線管バイアス(AKB)制御電流を供給する通常のやり方では駆動増幅器とカソード電極との間に電流感知トランジスタが結合される。図5の実施例では、バッファ増幅器70がガンマ補正とAKB制御の両方に対する感知を与えている。特に増幅器70では、追加のPNPトランジスタQ5とエミッタ抵抗77とがトランジスタQ3と並列に設けられており、付加されたトランジスタQ5の出力電流がルミナンス・クロミナンス信号処理回路16中の自動陰極線管バイアス制御回路17に供給される。他の駆動増幅器30、40も3個のすべての駆動段からのAKB電流を供給するように同様に修正される。
【0024】
図6の(A)、(B)はガンマ感知電流、AKB感知電流を与えるための別の電流分割器を示す。図6(A)のカソード電流センサ600は1対のPNPトランジスタ602と604を含み、各トランジスタベース電極は駆動信号源から駆動信号(DRIVE)を受信するように接続されており、エミッタ電極は陰極線管のカソード608に接続されている。トランジスタのベースーエミッタ接合と並列にダイオード606が接続されており、これにより逆方向電流路を与えている。実施例では、逆方向電流はカソード電極に付随する浮遊容量を充電するために帰線消去期間中流れる。動作について述べると、カソード電流はトランジスタ602のコレクタ電極におけるガンマ補正成分とトランジスタ604のコレクタ電極におけるAKB成分とに分割される。集積回路の製造では2個のコレクタ電極を持ったトランジスタを作ることは可能である。図6(B)は図6(A)の実施例の変形であり、この例ではトランジスタ602、604の代わりにダブル・コレクタ・トランジスタ620が設けられており、このトランジスタ602の各コレクタ電極の面積に比例して出力ガンマ電流、AKB電流を供給することができる。
【0025】
図7では、図5および図6(A)の実施例に示すようなデュアル・トランジスタや図6(B)に示すようなデュアル・コレクタ・トランジスタを使用することなく、AKB電流およびガンマ制御電流を得ることができる。変更された点は、回路網80の出力と回路接続点63との間にダイオード81を付加した点、コンデンサ88と並列に抵抗83を付加した点、トランジスタQ3のコレクタ電極とコンデンサ88との間にダイオード85を付加した点、トランジスタQ3のコレクタ電極を直列接続された抵抗87とダイオード90とを介して正電圧源 (+12V)に結合した点、および抵抗87とダイオード90との共通接続点を別の抵抗89を介して基準電圧源(接地)に結合した点である。より完全に示すために、各回路接続点素子の横にその代表的な値を例示した。
【0026】
動作について述べると、AKB回路接続点17用のAKB出力電流Ikは抵抗87および89とダイオード90との共通接続点に発生する。陰極線管のカソード電流Ikが比較的小さいとき(例えば約150マイクロアンペア程度のとき)は、抵抗87および89の両端間の電圧は12V以下であり、帰還回路網80はダイオード85が逆バイアスされることにより不動作状態にされる。この状態では、サンプルされた電流は全てAKB回路17に流れ込む。カソード電流がより大きくなると、ダイオード85は導通し始めて電流帰還が開始されて上述のように作用する。抵抗83は電位スミア効果が生じるのを防止するためにコンデンサ88に対する放電路を与えるために付加されており、これにより電位スミア効果が現れるのを防止することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、陰極線管のカソード電流に比例する電流Ikを増幅器中の回路接続点に帰還することにより陰極線管によって生成される映像に対して有効にガンマ補正を与えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】テレビジョン送信機、テレビジョン受像機、およびテレビジョン送信機とテレビジョン受像機を含むテレビジョン・システム全体の伝達特性およびガンマ値を例示したる図である。
【図2】(A)、(B)共陰極線管の非線形カソード特性を示した図である。
【図3】本発明を実施したガンマ補正された陰極線管駆動増幅器を含むテレビジョン受像機を一部をプロックの形で、残りの部分を回路図の形で示した図である。
【図4】本発明の陰極線管駆動増幅器の第2の実施例である図3の陰極線管駆動装置の変形例を、一部をブロックの形で、残りの部分を回路図の形で示した図である。
【図5】本発明の陰極線管駆動増幅器の第3の実施例である図3の陰極線管駆動装置の変形例を、一部をブロックの形で、残りの部分を回路図の形で示した図である。
【図6】(A)、(B)共本発明の陰極線管駆動増幅器で使用するのに適した電流分割器の変形例を示した回路図である。
【図7】ガンマ補正とAKB制御の双方に対する電流感知を行なう図4の実施例の変形を、一部をブロックの形で、残りの部分を回路図の形で示した図である。
【符号の説明】
20 陰極線管
60 増幅器
63、65 回路接続点
82 帰還路
Q3 カソード電流センサ

Claims (3)

  1. カソード電極を有する陰極線管を駆動する陰極線管駆動装置であって、
    トランジスタを含む増幅器を具え
    前記トランジスタは、ビデオ入力信号を受信するベース電極と、第1の抵抗を介して基準電位点に結合されるエミッタ電極と、第2の抵抗を含む負荷インピーダンス手段を介して比較的高い電圧源に結合されるコレクタ電極とを有し、
    前記負荷インピーダンス手段は、線形に増幅されたビデオ出力信号を前記トランジスタの前記コレクタ電極に供給し、
    前記カソード電極は、前記ビデオ入力信号を表わす画像を発生するために、回路手段を介して前記負荷インピーダンス手段に結合され、
    前記回路手段は、前記陰極線管のカソード電極によって導かれるカソード電流のうち所定の一部を前記増幅器内の回路節点に供給し、それによりカソード電流の前記所定の一部が前記第1の抵抗を経由して前記基準電位点に流れることを特徴とする前記陰極線管駆動装置。
  2. 前記回路手段が、前記負荷インピーダンス手段と前記カソード電極との間に結合されるバッファ増幅器と、前記バッファ増幅器の電流出力と前記増幅器内の前記回路節点との間に接続される第3の抵抗とを具えることを特徴とする、請求項1記載の陰極線管駆動装置。
  3. 前記回路手段が、前記陰極線管のカソード電極に接続されるエミッタ電極と、前記増幅器の前記負荷インピーダンス手段に接続されるベース電極と、前記第1の抵抗に接続されるコレクタ電極とを有するPNPトランジスタを具えることを特徴とする、請求項1記載の陰極線管駆動装置。
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