JPH09163387A

JPH09163387A - ガンマ補正回路

Info

Publication number: JPH09163387A
Application number: JP7316899A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sakurai; 哲夫桜井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】黒部のゲインがアンプのダイナミックレンジ
に影響されることなく決定可能で、所望のガンマ補正カ
ーブを得ることができ、且つ高帯域特性に優れたガンマ
補正回路を提供すること。【解決手段】入力端子１２より入力された映像信号Ｖ
ｉは、クリップ電圧をＶＣ１に設定されたクリップ回路
１とＶＣ２に設定されたクリップ回路２とＶＣ３に設定
されたクリップ回路３とにそれぞれ供給される。そし
て、クリップ回路１，２，３の各出力はＯＰアンプ４に
供給され、所定のゲインで増幅される。一方、クリップ
回路を介さずにＯＰアンプ４に供給され、所定のゲイン
で増幅された出力信号は、ＯＰアンプ４により所定のゲ
インで増幅された、前記クリップ回路１，２，３の各出
力信号と加算され、反転回路５により反転されて出力端
子１３にガンマ補正出力信号Ｖｏとして出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガンマ補正回路に係
り、特に周波数特性に優れなお且つ安定した折線近似の
ガンマ補正特性を得ることにより、ガンマ補正後のビデ
オカメラ（映像信号）の解像度劣化を防止することが可
能なガンマ補正回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】受像管（ＣＲＴ又は陰極線管ともいう）
のＲ・Ｇ・Ｂの３色蛍光体は、入力した映像信号の電圧
に比例して発光しない。そのため、送信側（放送局等）
で、このＲ・Ｇ・Ｂ信号の特性を補正（ガンマ補正）し
て送信している。これに伴い、受像機側で高彩度画像
（色の濃い画像）を受像する際に、解像度が低下してし
まうという現象が発生している。これは、撮像管の出力
は被写体の明暗に対して比例しているが、前記ガンマ補
正という非直線回路を通った後、マトリックス回路等に
より輝度信号及び色信号に変換するため、色信号によっ
ても被写体の輝度情報が伝送されている。この色信号に
対して帯域制限がなされるために輝度のディテールの伝
送が低下してしまうということに起因する。

【０００３】図４は３原色画像のディテールの再現特性
を示すグラフである。

【０００４】前述の通り、現行テレビジョン放送ではブ
ラウン管の有するガンマ特性の補正は送信側（放送局
等）で行われている。送信側がガンマ補正を行ったＲ・
Ｇ・Ｂ信号を輝度信号と色信号とに変換して伝送した場
合、定輝度原理（明るさを表す情報は、輝度信号のチャ
ネルだけで伝送され、色信号のチャネルでは伝送されな
い）が成立しなくなる。

【０００５】一方、前述の通り、現行テレビジョン放送
では送信側でガンマ補正を行われている。そして、周知
の通りテレビジョン信号は色信号の帯域を輝度信号の帯
域に比べ1/3〜1/4以下に狭くして伝送（送信）が行われ
ている。そのため、彩度が高くなるに従い、図４に示す
如くに色信号の伝送帯域以上の周波数帯域の輝度信号の
伝送特性が劣化することになる。

【０００６】図５はγ＜１，γ＞１，γ＝１の場合にけ
る特性を示すグラフである。γとは一般的に入出力の直
線性の関係を表している。テレビジョンにおいては画面
（映像）の明るさが引き延ばされるか、または圧縮され
るかの程度を示すのに使用される数値である。例えば、
図５（ａ）はγ＜１の場合の特性を示す目の視覚のレス
ポンスを示したグラフであり、図５（ｂ）はγ＞１の場
合の特性を示すＣＲＴのカソード電圧に対するカソード
電流の特性を示したグラフであり、図５（ｃ）はγ＝１
の場合の特性を示す増幅器の特性を示したグラフであ
る。

【０００７】同図は、それぞれ直線尺度上の特性である
が、縦・横の両座標軸共に対数目盛で表せば、特性はお
よそ直線で近似され、その傾斜値がガンマ（γ）とな
る。カラーテレビジョンで忠実な色を再現するために
は、送像，受像を含めた総合のガンマを１にする必要が
ある。

【０００８】ところで、図５（ｂ）は前述の通り、ＣＲ
Ｔのカソード電圧Ｖｋに対するＣＲＴのカソード電流Ｉ
ｋの特性を示したグラフであり、その特性は、以下の式
により表される。即ち、Ｉｋ＝ｇ・（Ｖｋ）＾γ ……… 式１ｒｋ＝Ｖｋ／（γ・Ｉｋ） ……… 式２尚、式中の各記号は次の通りである。また、“（Ｖｋ）
＾γ”はＶｋのγ乗べきを表す。

【０００９】Ｖｋ：ＣＲＴのカソード電圧（カットオフ電圧を基準）Ｉｋ：ＣＲＴのカソード電流ｒｋ：ＣＲＴのカソードの持つ等価抵抗 γ ：ガンマ定数（２＜γ＜３）ｇ：ＣＲＴの光電変換特性の感度に関係する定数図６は送受系のガンマを示す図である。

【００１０】図６において、まず、増幅器３２及び３４
のガンマ値、即ちγ₂，γ₄は一般に直線領域で動作させ
れば１である。そして、撮像管のガンマ値、即ちγ₁は
光電変換特性の傾斜値であり、プランビコン（撮像管）
３１では γ₁≒１である。また、受像管３５のガンマ値
は電光変換特性の傾斜値であって、これをγ₅ とする
と、各色（３原色）共γ₅≒2.2である。これは、発光出
力が信号電圧に正比例しないことを意味していて、何ら
かの形で補正しないと、ガンマ値が、受像管（ＣＲＴ）
３５の入力端まで１であったとしても、映像信号の輝度
変化（特に輝度の増加）によって色相と飽和度が変化
（図４参照）してしまう。即ち、受像管の有するガンマ
特性によって、Ｒ・Ｇ・Ｂの３原色の混合比に変化が生
じることになり、忠実な色の再現ができなくなることに
なる。

【００１１】そこで、現行テレビジョンシステムでは、
送像側にガンマ補正回路３３を設けて送受系の総合のガ
ンマ値が１となるように設定を行うと共に、画面が明る
くなりすぎる（画面輝度の過度の上昇）のを抑圧する処
理を行っている。例えば、撮像管３１に、前記プランビ
コンを用いた場合におけるガンマ補正回路３３のガンマ
値γ₃は、 γ ＝ γ_1・γ_2・γ_3・γ_4・γ₅＝１であることから、 γ₃ ＝１／（γ_1・γ_2・γ_4・γ₅）により求めることができる。ここで、 γ₁＝ γ₂＝γ₄＝１また、 γ₅ ＝ 2.2 であるから、 γ₃ ＝１／（γ_1・γ_2・γ_4・γ₅）＝１／2.2 ＝ 0.45 と求めることができる。

【００１２】ここで、図７はガンマ補正回路３３の特性
を示したグラフであり、図８は受像管（ＣＲＴ）３５の
電光変換特性を示したグラフである。

【００１３】図７（ｂ）は、前記プランビコン（撮像
管）３１から入力された映像信号を、前記ガンマ補正回
路３３により、ガンマ値0.45で補正された前記映像信号
のＥ₀-Ｅ_i 特性を直線尺度で表したグラフであり、図７
（ａ）は、図７（ｂ）のグラフの縦・横両座標軸を共に
対数目盛（対数尺度）で表したグラフである。このよう
に、グラフの縦・横両座標軸を共に対数目盛で表すこと
により、ガンマ補正回路３３の特性は直線で表され、そ
の直線の傾きｔａｎθ₁がガンマ補正回路３３のガンマ
値（γ₃＝0.45）を表している。

【００１４】また、図８（ｂ）は、前記受像管（ＣＲ
Ｔ）３５に入力された映像信号のＥ−Ｌ特性を直線尺度
で表したグラフであり、図８（ａ）は、図８（ｂ）のグ
ラフの縦・横両座標軸を共に対数目盛（対数尺度）で表
したグラフである。このようにグラフの縦・横両座標軸
を共に対数目盛で表すことにより、受像管（ＣＲＴ）３
５の電光変換特性は直線で表され、その直線の傾きｔａ
ｎθ₂が受像管３５のガンマ値（γ₅＝2.2）を表してい
る。

【００１５】理想的には、上述のように送像側のガンマ
補正回路３３のガンマ定数γ₃を設定することにより、
送受系の総合のガンマ値を１（γ₃×γ₅≒１）とするこ
とができ、受像管３５に入力される映像信号の輝度変化
（特に輝度の増加）によって色相と飽和度が変化（図４
参照）してしまうことを防止することができる。

【００１６】このように、送像側撮像管（ビデオカメ
ラ）におけるガンマ補正値を設定するガンマ補正回路の
特性、即ち補正カーブや黒部の安定度等が画質に与える
影響が大きく、ガンマ補正回路の有する特性によって、
そのビデオカメラの画作りが決まるといっても過言では
ない。

【００１７】次に、従来のガンマ補正回路について説明
を行う。図９は、従来のビデオカメラにおけるガンマ補
正回路を示したブロック図である。

【００１８】図９に示したガンマ補正回路は、ダイオー
ドによるクランプ作用を利用した折線近似のガンマ補正
回路であって、入力端子７から入力された映像信号を増
幅するアンプ６と、一方をアンプ６の出力側と他方を抵
抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の一端並びに出力端子８と接続され
た抵抗Ｒ４と、アノードを前記抵抗Ｒ１の他端と接続さ
れカソードをクランプ電圧源Ｖ１と接続されたダイオー
ドＤ１と、アノードを前記抵抗Ｒ２の他端と接続されカ
ソードをクランプ電圧源Ｖ２と接続されたダイオードＤ
２と、アノードを前記抵抗Ｒ３の他端と接続されカソー
ドをクランプ電圧源Ｖ３と接続されたダイオードＤ３と
により構成される。

【００１９】次に動作について説明を行う。図示しない
ビデオカメラから入力端子７に入力された映像信号Ｖｉ
は、アンプ６にてゲインをＧ倍に増幅されてＶａとして
出力される。そして、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のカ
ソードにはそれぞれクランプ電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が印
可されていて、前記アンプ６の出力電圧Ｖａが、前記ダ
イオードＤ１の順方向電圧Ｖｆ１，ダイオードＤ２の順
方向電圧Ｖｆ２またはダイオードＤ３の順方向電圧Ｖｆ
３の電位より高くなるにしたがって、各ダイオードが順
々にオンし、前記抵抗Ｒ４とオンしたダイオードのアノ
ードに接続されている抵抗とにより前記出力電圧Ｖａが
分圧されて出力端子８に前記出力電圧Ｖａの分圧された
電圧Ｖｏが出力される。なお、通常はＶｆ１＝Ｖｆ２＝
Ｖｆ３であるので、以降、Ｖｆ１，Ｖｆ２，並びにＶｆ
３を単にＶｆと記す場合がある。

【００２０】次に、このような上記ガンマ補正回路の入
出力特性について説明を行う。図１０は従来のガンマ補
正回路における、具体的な入出力特性を示したグラフで
ある。

【００２１】図１０において、前記ダイオードＤ１，Ｄ
２，並びにＤ３のカソードに印可される電圧が、Ｖ１＜
Ｖ２＜Ｖ３に設定されているとすると、出力電圧Ｖｏ
は、ａ点，ｂ点，並びにｃ点において、グラフ上の傾き
（ゲイン）を変えて、折線近似のガンマ補正カーブが実
現される。

【００２２】また、同図において、Ｖ１’，Ｖ２’，並
びにＶ３’は、Ｖ１’＝Ｖ１＋ＶｆＶ２’＝Ｖ２＋Ｖｆ＊但し、Ｖｆはダイオードの順方向Ｖ３’＝Ｖ３＋Ｖｆ電圧であるであり、ａ点までのゲイン（傾き）をα１、ａ点からｂ
点までのゲインをα２、ｂ点からｃ点までのゲインをα
３、ｃ点からのゲインをα４とすると、 α１＝Ｇ α２＝Ｇ×[Ｒ１／(Ｒ４＋Ｒ１)] α３＝Ｇ×[(Ｒ１//Ｒ２)／(Ｒ４＋Ｒ１//Ｒ２)] α４＝Ｇ×[(Ｒ１//Ｒ２//Ｒ３)／(Ｒ４＋Ｒ１//Ｒ２//
Ｒ３)] 但し、Ｒ１//Ｒ２は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の並列連結時に
おける合成抵抗値を、Ｒ１//Ｒ２//Ｒ３は抵抗Ｒ１と抵
抗Ｒ２抵抗Ｒ３の並列連結時における合成抵抗値を表し
ていて、以下の式により求まり、Ｒ１//Ｒ２＝（Ｒ１×Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ１//Ｒ２//Ｒ３＝（Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３）／（Ｒ１＋
Ｒ２＋Ｒ３）と表される。そして、上記式における、抵抗Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，並びにＲ４、またはクランプ電圧Ｖ１，Ｖ２
並びにＶ３の値を変えることにより、所望の折線近似の
ガンマ補正カーブを得ることができる。ところで、上記
式によると黒部のゲインα１は、アンプ６の利得Ｇのみ
により決定されることになる。そのため、その上限値
は、アンプ６のダイナミックレンジ（最大出力電圧範
囲）に制限されてしまうことになる。

【００２３】例えばＯＰアンプ６として、最近の主流で
ある±５Ｖの電源によるＯＰアンプを用いた場合であっ
て、Ｖｉを映像１００％で 0.7V （基準電位点ＧＮＤを
基準）とすると、ニー回路通過後、最大１５０％で 1.0
5Vとなる。また、ＯＰアンプの最大出力範囲は最近主流
の高帯域電流帰還タイプ（ハイビジョン信号帯域に十分
対応するタイプ）のもので、ダイナミックレンジ（負荷
による）は±３Ｖ程度である。これにより、ＯＰアンプ
でＶａが飽和しないためには、最大ゲインを、以下の式
に示すように３倍までしかとれない。３／１.０５ ≒ ３（倍）一方、ＯＰアンプのダイナミックレンジを広げる等の目
的で、Ｖｉを映像１００％で 0.7V 未満の設定とする
と、ダイオードのオン直前の非線形領域における影響が
大きくなるため、0.7V 以上の設定にする必要がある。

【００２４】以上のことから、黒部のゲインを３倍以上
（放送用で４から５程度必要）望む場合には、ＯＰアン
プの電源電圧を高くする必要が生じ、そのため、最近主
流の±５ＶのＯＰアンプ（大量生産による廉価製品）以
外のものを使用する必要が生じ、ＯＰアンプのコストア
ップが発生すると共に、消費電力の増加をも発生させる
という問題が生じる。

【００２５】さて、図１１はダイオードの一般的等価回
路を示した回路図である。図１１において、Ｒｄはダイ
オードの有する等価抵抗であり、一般に以下の式で表す
ことができる。即ち、Ｒｄ ≒ ２６［ｍＶ］／Ｉｆ［ｍＡ］のように等価抵抗を表すことができる。一方、式中のＩ
ｆはダイオードの順方向電流を、Ｃｊはダイオードの等
価容量である接合容量をそれぞれ表している。なお、ダ
イオードの等価容量としては、前記接合容量の他に拡散
容量が有るが、逆バイアス時には０であるため省略す
る。

【００２６】次に、以上のようなダイオードの等価抵抗
等を考慮したガンマ補正回路について説明を行う。図１
２はダイオードの等価抵抗等を考慮したガンマ補正回路
のダイオードクランプ部１０を等価的に示した回路図で
ある。

【００２７】図１２におけるガンマ補正回路のダイオー
ドクランプ部１０は、前記図９におけるダイオードクラ
ンプ部９を構成するダイオードの等価抵抗を考慮した回
路図であって、同図に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，並
びにＲ３それぞれに対して、直列にダイオードの等価抵
抗ＲＤ１，ＲＤ２，並びにＲＤ３が挿入された如くの構
成となり、抵抗Ｒ１，Ｒ２，並びにＲ３をそれぞれ、Ｒ１ → Ｒ１＋ＲＤ１Ｒ２ → Ｒ２＋ＲＤ２Ｒ３ → Ｒ３＋ＲＤ３と考える必要がある。

【００２８】また、前述の通りダイオードの等価抵抗
は、一般に以下の式で表すことができる。即ち、Ｒｄ ≒ ２６［ｍＶ］／Ｉｆ［ｍＡ］のように表されるので、前記ダイオードの等価抵抗ＲＤ
１，ＲＤ２，並びにＲＤ３は、順方向電流Ｉｆにより変
化してしまい（不確定要素を有する）、実際のガンマ補
正カーブは、前記図１０のようにはならなず、実際には
カット＆トライで各素子（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）の
定数を決める必要がある。特に、映像信号Ｖａが高周波
成分を多く含む場合など、ダイオードクランプ部１０に
高帯域特性が要求されるような場合などには、前記抵抗
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，並びにＲ４を全体的に小さな値に設
定する必要が生じ（後述）、このため、前述の順方向電
流Ｉｆによる前記ダイオードの等価抵抗ＲＤ１，ＲＤ
２，並びにＲＤ３の値の変化（ばらつき）がガンマ補正
回路に与える影響が大きくなり、それに伴って所望のガ
ンマ補正カーブを得ることがさらに困難になるという問
題が発生する。

【００２９】一方、図１３はダイオードの接合容量を考
慮したガンマ補正回路のダイオードクランプ部１１を等
価的に示した回路図である。

【００３０】図１３において、ＣＪ１，ＣＪ２，並びに
ＣＪ３は、前記図９におけるダイオードＤ１，Ｄ２，並
びにＤ３の接合容量である。一方、図１３におけるＶ
１，Ｖ２，並びにＶ３は、定電圧源である。これによ
り、前記アンプ６の出力電圧Ｖａは、Ｒ４と、ＣＪ１，
ＣＪ２，並びにＣＪ３とにより、ローパスフィルタを構
成し、高域部分で周波数特性が劣化するという問題が発
生する。特に、高解像度カメラ（ＨＤカメラ）等から出
力される映像信号における２０ＭＨｚ以上の信号に対し
て問題となる。

【００３１】一方、高帯域特性を確保するために、前記
抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，並びにＲ４を全体的に小さな値
に設定するか、前記ダイオードＤ１，Ｄ２，並びにＤ３
として、接合容量の小さいものを使用する等の方法が考
えられる。しかしながら、このような方法、即ち、前者
の方法によると、消費電力の増加を招くと共に前記図１
２における、順方向電流Ｉｆの変化による前記ダイオー
ドの等価抵抗ＲＤ１，ＲＤ２，並びにＲＤ３の値が変化
（ばらつき）し、それに伴って所望のガンマ補正カーブ
を得ることが困難になるといった問題が発生し、後者の
方法（接合容量の小さいダイオードを使用する）による
と、素子のコストアップを招くという問題があった。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来のガ
ンマ補正回路によると、ガンマ補正後の黒部のゲインを
大きくとるために、ダイオードクランプ回路直前のアン
プのダイナミックレンジを大きくする必要があり、この
ため、アンプの電源電圧の上昇やそれに伴う消費電力の
上昇が発生するという問題があった。また、前記ダイオ
ードクランプ回路を構成するダイオードの持つ等価抵抗
ＲＤ１，ＲＤ２，並びにＲＤ３の値が、前記順方向電流
Ｉｆの変化に伴ってばらつくことにより、所望のガンマ
補正カーブを得ることが困難になるという問題があっ
た。さらに、前記ダイオードの持つ接合容量により、高
帯域特性を得にくいという問題があった。

【００３３】そこで、本発明はこのような問題に鑑み、
黒部のゲインがアンプのダイナミックレンジに影響され
ることなく決定可能で、所望のガンマ補正カーブを得る
ことができ、且つ高帯域特性に優れたガンマ補正回路を
提供することを目的とするものである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よるガンマ補正回路は、映像信号が同時に入力される、
異なるクリップ電圧に設定された複数のクリップ回路
と、前記複数のクリップ回路の出力信号と前記映像信号
が入力される増幅加算回路とを具備したことを特徴とす
る。

【００３５】請求項２に記載の発明によるガンマ補正回
路は、請求項１に記載のガンマ補正回路において、前記
クリップ回路は２つのトランジスタを用いた差動回路で
構成され、一方のトランジスタのベースに供給される映
像信号電圧が他方のトランジスタのベースに供給される
バイアス電圧より小さい場合には、前記ベースに映像信
号電圧が供給される側のトランジスタは能動状態で、他
方のトランジスタは遮断状態となるように動作し、前記
映像信号電圧がバイアス電圧より大きい場合には、ベー
スに映像信号電圧が供給される側のトランジスタは遮断
状態で、他方のトランジスタは能動状態となるように動
作することによって、前記２つのトランジスタの共通エ
ミッタまたは共通コレクタと直列に接続された抵抗の両
端に発生する電圧が前記バイアス電圧に依存する電圧値
にクリップされ、出力信号として取り出されることを特
徴とする。

【００３６】請求項３に記載の発明によるガンマ補正回
路は、請求項１に記載のガンマ補正回路において、前記
クリップ回路は、正の極性を有する前記映像信号と、前
記映像信号電圧がベースに入力される第１のｐｎｐ形ト
ランジスタと、前記クリップ電圧を設定するための所定
のバイアス電圧がベースに入力され、エミッタが前記第
１のトランジスタのエミッタに共通に接続すると共に、
抵抗を介して直流電源供給ラインに接続し、コレクタが
前記第１のトランジスタのコレクタに共通に接続すると
共に、基準電位点に接続された第２のｐｎｐ形トランジ
スタとを具備し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧
より小さい場合には前記第１のトランジスタはエミッタ
フォロワ動作を行い前記第２のトランジスタはオフする
ことにより、前記映像信号電圧が前記抵抗の両端に発生
し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧より大きい場
合には前記第１のトランジスタがオフし前記第２のトラ
ンジスタがオンすることにより、前記抵抗の両端に発生
する電圧が所定の電圧値にクリップされて、出力信号と
して取り出されることを特徴とする。

【００３７】請求項４に記載の発明によるガンマ補正回
路は、請求項１に記載のガンマ補正回路において、前記
クリップ回路は、負の極性を有する前記映像信号と、前
記映像信号電圧がベースに入力される第１のｎｐｎ形ト
ランジスタと、前記クリップ電圧を設定するための所定
のバイアス電圧がベースに入力され、コレクタが前記第
１のトランジスタのコレクタに共通に接続すると共に、
抵抗を介して直流電源供給ラインに接続し、エミッタが
前記第１のトランジスタのエミッタに共通に接続すると
共に、基準電位点に接続された第２のｎｐｎ形トランジ
スタとを具備し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧
より大きい場合には前記第１のトランジスタはエミッタ
フォロワ動作を行い前記第２のトランジスタはオフする
ことにより、前記映像信号電圧が前記抵抗の両端に発生
し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧より小さい場
合には前記第１のトランジスタがオフし前記第２のトラ
ンジスタがオンすることにより、前記抵抗の両端に発生
する電圧が所定の電圧値にクリップされて、出力信号と
して取り出されることを特徴とする。

【００３８】請求項５に記載の発明によるガンマ補正回
路は、請求項１，２，３または４に記載のガンマ補正回
路において、少なくとも前記複数のクリップ回路の個数
に１を足した数の直線で構成される折線によって折線近
似のガンマ補正特性が得られることを特徴とする。

【００３９】ここで、上記請求項１から５に記載の発明
によれば、映像信号を複数の異なるクリップ電圧に設定
したクリップ回路に同時に入力し、その複数のクリップ
回路の出力と映像信号を、それぞれ所定の利得で増幅し
て加算することにより、折線近似のガンマ補正特性を得
るようにしたので、入力信号を黒部のゲインでそのまま
増幅する従来方式とは異なり、増幅器（アンプ）の出力
そのものがガンマ補正後の信号となり、黒部のゲインは
アンプのダイナミックレンジに影響されることなく決定
することができる。また、周波数劣化の少ないクリップ
回路を用いるため、周波数劣化の少ないガンマ補正回路
を実現することが可能である。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は本発明であるガン
マ補正回路の実施の一形態を示すブロック図である。図
１におけるガンマ補正回路は、図示しないビデオカメラ
（撮像管）等からの映像信号を入力する入力端子１２
と、クリップ電圧をＶＣ１に設定されたクリップ回路１
と、クリップ電圧をＶＣ２に設定されたクリップ回路２
と、クリップ電圧をＶＣ３に設定されたクリップ回路３
と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、最近主流の
±５Ｖの（大量生産による廉価製品である）ＯＰアンプ
４と、反転回路５と、ガンマ補正後の映像信号を出力す
る出力端子１３とにより構成される。

【００４１】次に、以上のような構成における、ガンマ
補正回路の動作について、説明を行う。入力端子１２よ
り入力された映像信号Ｖｉは、クリップ電圧をＶＣ１に
設定されたクリップ回路１と、クリップ電圧をＶＣ２に
設定されたクリップ回路２と、クリップ電圧をＶＣ３に
設定されたクリップ回路３とにそれぞれ同時に供給され
る。

【００４２】そして、クリップ回路１の出力信号は抵抗
Ｒ１を介してＯＰアンプ４のマイナス側入力端子に供給
されると共に、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ５からなる直列回路
を介してＯＰアンプ４の出力端子に供給されて、ＯＰア
ンプ４により−（Ｒ５／Ｒ１）のゲインで増幅される。
また、クリップ回路２の出力信号は抵抗Ｒ２を介してＯ
Ｐアンプ４のマイナス側入力端子に供給されると共に、
抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ５からなる直列回路を介してＯＰア
ンプ４の出力端子に供給されて、ＯＰアンプ４により−
（Ｒ５／Ｒ２）のゲインで増幅される。さらに、クリッ
プ回路３の出力信号は、抵抗Ｒ３を介してＯＰアンプ４
のマイナス側入力端子に供給されると共に、抵抗Ｒ３及
び抵抗Ｒ５からなる直列回路を介してＯＰアンプ４の出
力端子に供給されて、ＯＰアンプ４により−（Ｒ５／Ｒ
３）のゲインで増幅される。

【００４３】そして、前記ＯＰアンプ４により、それぞ
れのゲインで増幅された、クリップ回路１及びクリップ
回路２及びクリップ回路３の出力信号は、クリップ回路
を介さずに抵抗Ｒ４を介してＯＰアンプ４のマイナス側
入力端子に供給されると共に抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５から
なる直列回路を介してＯＰアンプ４の出力端子に供給さ
れ、ＯＰアンプ４により−（Ｒ５／Ｒ４）のゲインで増
幅され出力信号（映像信号）と加算され、反転回路５に
より反転されて出力端子１３にガンマ補正出力信号Ｖｏ
として出力される。

【００４４】次に、入力映像信号Ｖｉと、本発明である
ガンマ補正回路によって以上のように処理されたガンマ
補正出力電圧（信号）Ｖｏとの関係について説明を行
う。図２は本発明であるガンマ補正回路の具体的な入出
力特性を示したグラフである。

【００４５】図２において、ガンマ補正出力電圧（信
号）Ｖｏは、ａ点，ｂ点，並びにｃ点において、グラフ
上の傾き（ゲイン）をα１，α２，α３，α４と変える
ことによって、折線近似のガンマ補正カーブ（特性）が
得られる。以下に、入力映像信号Ｖｉに対する所望のガ
ンマ補正出力電圧（信号）Ｖｏを得るための方法、即
ち、図２に示すグラフにおいて、折線近似による所望の
ガンマ補正カーブ（特性）を得るための手順の一例を示
す。

【００４６】先ず、図２に示すような、入力映像信号Ｖ
ｉに対する所望のガンマ補正出力電圧（信号）Ｖｏを決
定する。そして、図１のＯＰアンプ６の反転入力のゲイ
ンをそれぞれ、Ｒ５／Ｒ１＝Ｇ１，Ｒ５／Ｒ２＝Ｇ２，Ｒ５／Ｒ３＝Ｇ３，Ｒ５／Ｒ４＝Ｇ４ ………………………… （１）とおくと（反転回路５で符号が反転するため、正極性で
説明を行う）、グラフの傾き（ゲイン）α１，α２，α
３，並びにα４は上記（１）式より、 α１＝Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４ ……… (２) ← 黒部のゲイン α２＝Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４ ……… (３) α３＝Ｇ３＋Ｇ４ ……… (４) α４＝Ｇ４ ……… (５) となり、（１）〜（５）式より、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４，並びにＲ５の値が決定される。

【００４７】次に、ガンマ補正出力電圧（信号）Ｖｏの
ａ，ｂ，並びにｃ点における電圧、Ｖo1，Ｖo2，並びに
Ｖo3は、Ｖo1 ＝Ｖc1・Ｇ１＋Ｖi1・(Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４) ……（６）Ｖo2 ＝Ｖc1・Ｇ１＋Ｖc2・Ｇ２＋Ｖi2・(Ｇ３＋Ｇ４) ……（７）Ｖo3 ＝Ｖc1・Ｇ１＋Ｖc2・Ｇ２＋Ｖc3・Ｇ３＋Ｖi3・Ｇ４ ……（８）で表される。尚、上式にて、Ｖi1，Ｖi2，Ｖi3 はａ，
ｂ，並びにｃ点における入力信号Ｖｉの電圧を示してい
て、Ｖc1，Ｖc2，並びにＶc3 は各クリップ回路のクリ
ップ電圧を示している。また、各クリップ電圧はＶc1
＜Ｖc2＜Ｖc3 なる関係にあるものとする。

【００４８】一方、(６),(７),(８) 式より、Ｖc1，Ｖc
2，並びにＶc3 が求まる。即ち、（３）並びに（６）式
によって、Ｖc1 ＝ [Ｖo1−Ｖi1・(Ｇ２＋Ｇ３＋Ｇ４)] ／Ｇ１＝ (Ｖo1−Ｖi1・α２) ／Ｇ１ …………（９）のようにＶc1 が求まり、(４)並びに(７)式よって、Ｖc2 ＝ (Ｖo2−Ｖi2・α３−Ｖc1・Ｇ１) ／Ｇ１ ………（１０）となり、これに（９）式を代入して、Ｖc2 ＝ (Ｖo2−Ｖo1−Ｖi2・α３＋Ｖi1・α２) ／Ｇ１ ……（１１）のようにＶc2 が求まり、(５)並びに(８)式により、Ｖc3 ＝ (Ｖo3−Ｖi3・α４−Ｖc1・Ｇ１−Ｖc2・Ｇ２)／Ｇ１…（１２）となり、これに(９),(１１)式を代入して、Ｖc3 ＝ (Ｖo3−Ｖo2−Ｖi3・α４＋Ｖi2・α３) ／Ｇ１ ……（１３）のようにＶc3 が求まる。

【００４９】以上により、Ｖc1 は (９)式により、Ｖc2
は（１１）式により、Ｖc3 は（１３）式により、それ
ぞれ求めることができる。

【００５０】また、図１におけるＯＰアンプ４の出力で
あるところの、図２に示すガンマ補正後の出力信号（電
圧）Ｖｏ（実際は負極性）は、入力映像信号（電圧）Ｖ
ｉが大きいほど圧縮（ゲイン小）される。そのため、１
００％入力以上では、出力のほうが小さくなってＯＰア
ンプ４の入力の定格までの映像信号（電圧）を入力で
き、したがって、ＯＰアンプ４のダイナミックレンジに
影響されることなく黒部のゲインを決定することができ
る。

【００５１】これにより、例えば、Ｖｉを映像１００％
で 0.7V （基準電位点ＧＮＤを基準）と設定し、最大１
５０％で 1.05Vを入力した場合、ガンマ係数 0.45 のと
きの出力は、黒部のゲインが（２）式のα１から単独に
決定されることから、０．７ ×（１．５）^0.45＝０．８４（Ｖ）にしかならないことになる。

【００５２】次に、図１の本発明であるガンマ補正回路
におけるクリップ回路の一構成例について説明を行う。
図３は、簡単なクリップ回路の構成例、並びにその入出
力特性を示した図である。

【００５３】図３（ａ）におけるクリップ回路は、映像
信号（電圧）を入力する入力端子２１と、ベースが入力
端子２１と接続されコレクタが基準電位点Ｖ_EEと接続さ
れ、エミッタが抵抗Ｒ_Lを介して直流電源供給ラインＶ
ｃｃに接続されると共に信号（電圧）出力端子２２と接
続されたｐｎｐ形トランジスタＱ１と、ベースにクリッ
プ電圧を設定するためのバイアス電圧Ｖｃが印加され、
コレクタが基準電位点Ｖ_EEと接続され、エミッタが前記
トランジスタＱ１のエミッタと接続されると共に信号
（電圧）出力端子２２と接続されたｐｎｐ形トランジス
タＱ２とから構成される。尚、図３（ｂ）は、トランジ
スタＱ１及びＱ２のエミッタ・コレクタ間のストレー容
量Ｃｓを示した等価回路である。

【００５４】次に、以上のように構成された本発明であ
るガンマ補正回路の一部構成要素であるクリップ回路例
における動作について説明を行う。

【００５５】図３（ａ）に示すクリップ回路のトランジ
スタＱ１は、その負荷抵抗Ｒ_Lとエミッタフォロワを構
成し、入力信号（電圧）Ｖ１がＶｃより大きくなると、
トランジスタＱ２がオン（電圧増幅率１のエミッタフォ
ロワ動作）し、トランジスタＱ１がオフするように動作
する。これにより、出力信号（電圧）Ｖ２は、Ｖｃ＋Ｖ
_BE2以上になることはなく、図３（ｃ）のグラフに示し
たような特性となる。よって、この回路におけるクリッ
ク電圧Ｖｃ’はＶｃ’＝Ｖｃ＋Ｖ_BE2 となる。

【００５６】また、トランジスタＱ２のコレクタ・エミ
ッタ間のストレー容量Ｃｓは、低インピーダンスのエミ
ッタフォロワに接続されるため、出力Ｖ２に影響をあた
えることはない。そのため、一般にクリップ回路は周波
数特性がよく、前記図１の本発明であるガンマ補正回路
における周波数特性は、使用されるＯＰアンプ４の性能
でほぼ決まってしまうことになる。一般にＯＰアンプ
は、映像信号帯域としては十分広帯域なものが多数市販
されているため、高性能・広帯域（且つ廉価）なＯＰア
ンプを簡単に入手することが可能である。これにより、
高性能・広帯域なガンマ補正回路を容易に実現すること
ができる。

【００５７】尚、前記クリップ回路を構成するトランジ
スタとして、ｐｎｐ形トランジスタを例にとり説明した
が、映像信号の極性を負極性とすることにより、ｎｐｎ
形トランジスタを用いて前記クリップ回路を構成するこ
とも可能である。

【００５８】また、上記本発明の実施の形態では、ビデ
オカメラで使用されるガンマ補正回路について説明した
が、本発明はこれに限定されず、映像関連の種々の装置
における色信号や輝度信号等の各種信号の補正等や、信
号処理関連の種々の装置に応用することが可能である。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、消費
電力を大きくせずに、汎用の広帯域ＯＰアンプを用い、
比較的大きなダイナミックレンジを有する入力信号に対
しても飽和することのない、即ち、汎用広帯域ＯＰアン
プのダイナミックレンジに影響されることなく黒部のゲ
インを大きく設定することが可能で、且つ周波数特性に
優れていて周波数劣化が少ないことから、ガンマ補正後
のビデオカメラとしての解像度劣化を防止することが可
能なガンマ補正回路を容易に実現・提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明であるガンマ補正回路の実施の一形態を
示すブロック図である。

【図２】本発明であるガンマ補正回路の具体的な入出力
特性を示したグラフである。

【図３】簡単なクリップ回路の構成例、並びにその入出
力特性を示した図である。

【図４】３原色画像のディテールの再現特性を示すグラ
フである。

【図５】γ＜１，γ＞１，γ＝１の場合にける特性を示
すグラフである。

【図６】送受系のガンマを示す図である。

【図７】ガンマ補正回路の特性を示したグラフである。

【図８】受像管（ＣＲＴ）の電光変換特性を示したグラ
フである。

【図９】従来のビデオカメラにおけるガンマ補正回路を
示したブロック図である。

【図１０】従来のガンマ補正回路の、具体的な入出力特
性を示したグラフである。

【図１１】ダイオードの一般的等価回路を示した回路図
である。

【図１２】ダイオードの等価抵抗等を考慮したガンマ補
正回路のダイオードクランプ部を等価的に示した回路図
である。

【図１３】ダイオードの接合容量を考慮したガンマ補正
回路のダイオードクランプ部を等価的に示した回路図で
ある。

【符号の説明】

１，２，３ …クリップ回路４ …ＯＰアンプ５ …反転回路１２ …入力端子１３ …出力端子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５…抵抗Ｖｉ …入力信号（映像信号）Ｖｏ …ガンマ補正出力信号Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３ …各クリップ電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号が同時に入力される、異なるクリ
ップ電圧に設定された複数のクリップ回路と、前記複数のクリップ回路の出力信号と前記映像信号が入
力される増幅加算回路とを具備したことを特徴とするガ
ンマ補正回路。
【請求項２】前記クリップ回路は２つのトランジスタを
用いた差動回路で構成され、一方のトランジスタのベー
スに供給される映像信号電圧が他方のトランジスタのベ
ースに供給されるバイアス電圧より小さい場合には、前
記ベースに映像信号電圧が供給される側のトランジスタ
は能動状態で他方のトランジスタは遮断状態となるよう
に動作し、前記映像信号電圧がバイアス電圧より大きい
場合には、ベースに映像信号電圧が供給される側のトラ
ンジスタは遮断状態で、他方のトランジスタは能動状態
となるように動作することによって、前記２つのトラン
ジスタの共通エミッタまたは共通コレクタと直列に接続
された抵抗の両端に発生する電圧が前記バイアス電圧に
依存する電圧値にクリップされ、出力信号として取り出
されることを特徴とする請求項１に記載のガンマ補正回
路。
【請求項３】前記クリップ回路は、正の極性を有する前記映像信号と、前記映像信号電圧がベースに入力される第１のｐｎｐ形
トランジスタと、前記クリップ電圧を設定するための所定のバイアス電圧
がベースに入力され、エミッタが前記第１のトランジス
タのエミッタに共通に接続すると共に、抵抗を介して直
流電源供給ラインに接続し、コレクタが前記第１のトラ
ンジスタのコレクタに共通に接続すると共に、基準電位
点に接続された第２のｐｎｐ形トランジスタとを具備
し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧より小さい場合に
は前記第１のトランジスタはエミッタフォロワ動作を行
い前記第２のトランジスタはオフすることにより、前記
映像信号電圧が前記抵抗の両端に発生し、前記映像信号
電圧が前記バイアス電圧より大きい場合には前記第１の
トランジスタがオフし前記第２のトランジスタがオンす
ることにより、前記抵抗の両端に発生する電圧が所定の
電圧値にクリップされて、出力信号として取り出される
ことを特徴とする請求項１に記載のガンマ補正回路。
【請求項４】前記クリップ回路は、負の極性を有する前記映像信号と、前記映像信号電圧がベースに入力される第１のｎｐｎ形
トランジスタと、前記クリップ電圧を設定するための所定のバイアス電圧
がベースに入力され、コレクタが前記第１のトランジス
タのコレクタに共通に接続すると共に、抵抗を介して直
流電源供給ラインに接続し、エミッタが前記第１のトラ
ンジスタのエミッタに共通に接続すると共に、基準電位
点に接続された第２のｎｐｎ形トランジスタとを具備
し、前記映像信号電圧が前記バイアス電圧より大きい場合に
は前記第１のトランジスタはエミッタフォロワ動作を行
い前記第２のトランジスタはオフすることにより、前記
映像信号電圧が前記抵抗の両端に発生し、前記映像信号
電圧が前記バイアス電圧より小さい場合には前記第１の
トランジスタがオフし前記第２のトランジスタがオンす
ることにより、前記抵抗の両端に発生する電圧が所定の
電圧値にクリップされて、出力信号として取り出される
ことを特徴とする請求項１に記載のガンマ補正回路。
【請求項５】少なくとも前記複数のクリップ回路の個数
に１を足した数の直線で構成される折線によって折線近
似のガンマ補正特性の得られることを特徴とする請求項
１，２，３または４に記載のガンマ補正回路。