JPH0391375A - 非線形増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−例は特開昭６３−２６９６１０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。又、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、共通に供給される入力信号に
ついて線形増幅を行う第１の差動増幅器と、レベル調整
可能な基準電圧と前記入力信号とを比較し、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得ると
ともに、前記レヘル調整可能な基準電圧との比較により
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
第２及び第３の差動増幅器と、前記第２、第３の差動増
幅器の出力電流を台底して非線形特性を得る第１の負荷
、該第１の負荷に直列接続され、前記非線形特性に前記
第１の差動増幅器の出力電流に対応した線形特性を台底
するための第２の負荷とで構成された負荷回路とを備え
ることにより遠戚される。

［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台底する
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台
底した入力対出力特性、即ち一部に非直線特性が形成さ
れた人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ップすることにより
、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の出力信号を台底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Ｖ　ｒｅｆ　１〜Ｖｒｅｆ３は同一電圧レベ
ルに設定され、入力信号Ｖｉｎは基準電圧Ｖｒｅｆｌ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Ｖ　
ｒｅｆ３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Ｖ　ｒｅｆ２が印
加され、基準電圧Ｖｒｅｆ２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Ｑ１
、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Ｃ３Ｉ、Ｃ３２、利得設定抵抗Ｒ１によって
構成され、利得ｃｉは負荷抵抗Ｒ５との比、即ちＲ５／
Ｒ１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Ｑ６
、Ｇ８、クリッパーとして作用するトランジスタＱ７、
定電流回路Ｃ３５、Ｃ３６、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Ｑ４
、Ｇ５、定電流回路Ｃ３３、Ｃ３４、利得設定抵抗Ｒ２
によって構成され、利得Ｇ２は負荷抵抗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ｌ〜３に設けられた定電流回路Ｃ３Ｉ
〜Ｃ３６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ｌ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、Ｇ７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（Ｇｌ
−Ｇ３）で決定され、立ち下がり部分の特性は−Ｒ５／
Ｒ３、換言すればＧ３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Ｃ３Ｉ〜Ｃ
３６の電流Ｉｏの積（Ｒ３ＸＩｏ）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、Ｇ７により、特性は現れない。

次ぎに、第４図を参照してトランジスタＱ２、Ｇ７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Ｖ　ｒｅｆ３
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Ｖｉｎをクリップするし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、（Ｖ　ｒｅｆ３十
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
を台底して得る。

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は撮影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１３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
ブリ・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。　ブリ・アンプ１５から出力される時系
列の映像信号０ 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、
デイスプレィとして用いられる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
しめて合威し、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
２ 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
変動が生し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図は非線形特性の台底を説明する特性図、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。 ３ 〔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 Ｖ　ｒｅｆｌ　〜Ｖ　ｒｅｆ３　：基準電圧■ｓ：制御
電圧 Ｃ３Ｉ〜Ｃ３６：定電流回路 Ｖａ、Ｖｂ：電圧降下 Ｓ：非線形特性 　４− ）＞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号のレベル変化に対応した出力電流を得る差動増
   幅器と、 共通に供給されるレベル調整可能な基準電圧と共通に供
   給される前記入力信号とを比較し、異なった利得で増幅
   した互いに逆位相の出力電流を得るとともに、前記レベ
   ル調整可能な基準電圧により前記入力信号を所望レベル
   でクリップする複数の差動増幅器と、 前記互いに逆位相の出力電流と前記入力信号のレベル変
   化に対応した出力電流とを合成し、合成された電流に基
   づいて一部非線形特性の入力対出力特性を発生する負荷
   回路とを備えた非線形増幅器。