專利名稱：白平衡校正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以陰極射線管為基礎(chǔ)的彩色圖象顯示裝置，具體地涉及一種白平衡校正電路用于在屏幕上實現(xiàn)白色(白平衡的)的再現(xiàn)。
在彩色圖象顯示幕上顯示黑白圖象時，需要在屏幕上再現(xiàn)寬的亮度頻段的無色的圖象。這是通過調(diào)整顯象管的電極電壓或電子槍的驅(qū)動電壓來實現(xiàn)的，這也稱之為“白平衡校正”。如果不適當(dāng)?shù)貙嵤┌灼胶庑Ｕ筒荒苷_地顯示彩色圖象的顏色。
在已經(jīng)公知的各種白平衡校正電路中，例如在57-51796日本公開的專利中描述的示例將結(jié)合附圖5予以說明。
在該圖中，該電路在它的輸入端101接收亮度信號Y，該信號通過射隨組態(tài)的晶體管102和電阻105，109和113，并且傳送到晶體管104，108和112的發(fā)射極。該電路還在它的輸入端103，107和111接收色差信號R-Y，G-Y和B-Y，這些信號分別傳送到晶體管104，108和112的基極。這三個晶體管的作用是分別從色差信號中去掉Y亮度信號分量，從而在與負(fù)載電阻106，110和114相連接的集電極上產(chǎn)生基色信號R，G和B。這個電路通常稱之為“輸出電路”(outputcircuit)。
在晶體管112的集電極上產(chǎn)生的基色信號B通過一個電路加到彩色顯象管125的藍(lán)色(B)電子槍的陰極124上，所以藍(lán)色的電子束被這個信號所調(diào)制，所通過的電路是電阻119與串聯(lián)連接的電阻121和穩(wěn)壓二極管120相并聯(lián)而構(gòu)成的。類似地，在晶體管108的集電極上產(chǎn)生的基色信號G通過一個由電阻116，118和穩(wěn)壓二極管117組成的電路加到綠色(G)的電子槍的陰極123，所以綠色的電子束被這個信號所調(diào)制。另一個在晶體管104的集電極上產(chǎn)生的基色信號R通過一個電阻115加到紅色(R)電子槍的陰極112，所以紅色電子束被該信號所調(diào)制。每一個電子槍的電流強度是由陰極電壓與第一柵極(未示出)的電壓的電壓差所決定的。
假設(shè)所有的電子槍所具有的第一柵極保持在零電位上，如果與紅色電子槍相關(guān)連的晶體管104的集電極電壓下降，(電子槍的)陰極電壓也下降，使得紅電子束增加。流過電阻115的電子束電流在其上產(chǎn)生與晶體管104的集電極電壓極性相反的電壓降，因而抑制了電子束電流。也就是電阻115的作用為具有稱之為伽馬的非線性特性的電子槍提供負(fù)電流反饋，以致改善了工作過程的線性。增加電阻115的電阻值也就增加了負(fù)反饋，因此也就進一步減小伽馬值并且加強了電子槍的線性。
穩(wěn)壓二極管117和120具有一定的工作閾值電壓(齊納電壓)，當(dāng)穩(wěn)壓管兩端的電壓達(dá)到齊納電壓時，這些穩(wěn)壓二極管的每一個都導(dǎo)通，否則就斷開，當(dāng)綠和藍(lán)電子槍的電子束電流是較小的，在電阻116和119上的壓降比齊納電壓低，導(dǎo)致穩(wěn)壓二極管117和120關(guān)斷。對于分別具有電阻值R106，R110，R114，R115，R116和R119的電阻106，110，114，115，116和119，電子槍紅、綠和藍(lán)工作在相同的伽馬狀態(tài)，而且如果條件R106+R115＝R110+R116＝R114+R119得以滿足，白平衡是滿意的。
如果綠和藍(lán)電子槍的電子束電流增加，使得電阻116和119上的電壓降增高超過齊納電壓，穩(wěn)壓二極管117和120導(dǎo)通，導(dǎo)致了在綠色電子槍的陰極電路中的電阻116和118的并聯(lián)，以及在藍(lán)色電子槍的陰極電路中的電阻119和121的并聯(lián)，電阻121和118具有選擇的電阻值R121和R118以滿足下面條件(R114+R119//R121)＜(R110+R116//R118)＜(R106+R115)這里的“//”符號表示兩個電阻并聯(lián)連接。因此藍(lán)色的電子槍具有大的伽馬值，紅色電子槍具有小的伽馬，而綠色電子槍具有介于紅色和藍(lán)色電子槍的伽馬值之間的中等的伽馬值。
基于前述的電路參數(shù)的設(shè)定，有可能使得藍(lán)色有大的電子束電流，綠色有中等的電子束電流，紅色有小的電子束電流以便亮度信號電平高于一個確定的閾值，并且可能在彩色顯象管屏上再現(xiàn)一個圖象以致色溫逐漸地升高，使得亮度信號電平超過亮度信號的一個確定的電平，也就是實現(xiàn)了白平衡。
正在進行這樣的開發(fā)和研究使得以布勞恩(Braun)管為基礎(chǔ)的顯示裝置再現(xiàn)的彩色圖象的亮度和清晰度得以加強，具體到投影式彩色圖象顯示裝置，使用小的獨立的紅、綠、蘭布勞恩管將再現(xiàn)的圖象放大和投影在一個屏幕上。
亮度的增強就要增加陰極射線管的電子束電流，而清晰度的增加就需要減小電子束光點的直徑。然而這兩個方案增加了顯象管的熒光屏上的應(yīng)用功率密度，這又相反地助長了熒光物質(zhì)的亮度的飽和。熒光物質(zhì)的亮度的飽和意味著在大的電流范圍內(nèi)熒光物質(zhì)的發(fā)射的光不再響應(yīng)電子束電流的增加而隨之增加。這種熒光物質(zhì)的光飽和現(xiàn)象對于紅色熒光物質(zhì)尤為明顯，而且藍(lán)色熒光物質(zhì)相對綠色熒光物質(zhì)又特別地顯著。
已經(jīng)公知的電子槍驅(qū)動電壓Ed和陽極電流(電子束電流)間的關(guān)系方程IP＝K1·(Ed)r1(這里的K1是一個常數(shù))……(2)參數(shù)γ1稱之為電子槍的伽馬特性。
熒光物質(zhì)(紅、綠、蘭)的亮度B(Br，Bg，Bb)與電子槍陽極電流I(Ir，Ig，Ib)間的另一個關(guān)系如下Bm＝K2·(Ip)rp(這里的K2是一個常數(shù)，m和p二者表示下標(biāo)r、g和b用來表示紅、綠和藍(lán))……(3)參數(shù)γp是熒光物質(zhì)的伽馬值，例如紅熒光物質(zhì)有γr前面公式(2)和(3)簡化為如下公式Bm＝K3·(Ed)γ(這里的K3＝K1·K2和γ＝γ1γp)……(4)該參數(shù)γ＝γ1·γp表示一個驅(qū)動電壓Ed的亮度的伽馬特性。
例如在電子槍具有約為2.5的伽馬值γ1的情形下，綠色熒光物質(zhì)在紅，綠和藍(lán)的亮度特性Br，Bg和Bb中具有γg≈1.0最好的特性，在整個亮度范圍內(nèi)提供γ1·γg≈2.5的基本不變的伽馬特性。在低亮度范圍紅色熒光物質(zhì)具有一個恒定的伽馬特性(γ1γr≈2.5)。但在高亮度范圍內(nèi)它呈現(xiàn)飽和(γ1·γr＝1.8)。藍(lán)色熒光物質(zhì)在低亮度范圍具有γ1·γb＝1.6的值，但是在高亮度范圍內(nèi)它呈現(xiàn)了飽和(γ1·γb≈2.3)。由于紅、綠和藍(lán)色的熒光物質(zhì)的不同的伽馬值γr，γg和γb，顯象管的白平衡響應(yīng)亮度的變化而變化。
在普通的彩色電視接收機的情形中，其中紅、綠和藍(lán)的圖象形成在單一的陰極射線管上。光的輸出正比例于加在顯象管柵極上的信號電壓(亮度信號)的2.2次方。因此，借助于產(chǎn)生一個正比例輸入信號電壓的0.45次(1/2.2)方的一個輸出電壓的一個電路，在將其加到顯象管之前修改信號電壓可能恢復(fù)這個輸入/輸出的線性關(guān)系。實際上NTSC基本彩色電視信號在廣播電臺已經(jīng)恢復(fù)為輸入電壓的0.45次方值。因此每個電視接收機不必裝備前述的改進和修改電路而能再現(xiàn)出滿意的彩色圖象。
然而，以紅、綠和藍(lán)小的獨立的陰極射線管為基礎(chǔ)的投影型顯示裝置需要產(chǎn)生大的亮度輸出，而且與普通彩色電視接收機不相關(guān)的熒光物質(zhì)的飽和的問題出現(xiàn)了，也就是在處理紅和藍(lán)熒光物質(zhì)的飽和的問題時，從NTSC基本的彩色電視信號不能再現(xiàn)得到很好平衡的彩色圖象，因該NTSC基本彩色信號具有對所有的顏色進行0.45次冪的伽馬修正，除非紅和藍(lán)信號給予足夠大的伽馬值以補償與綠信號相反的飽和度才不具有該種飽和的問題。
盡管前述的技術(shù)情況可歸納用于屏蔽的亮度的增強，前述的現(xiàn)有技術(shù)僅僅能放寬伽馬特性，但是不能達(dá)到大的伽馬特性。在應(yīng)用以設(shè)定大約是1.8的伽馬特性為目的的紅和綠驅(qū)動電路的前述的現(xiàn)有技術(shù)的可能的一種情形中，不可能為亮度信號提供固有的色調(diào)特性，而且降低了圖象質(zhì)量的問題也將發(fā)生。
本發(fā)明打算克服前述的現(xiàn)有技術(shù)的不足，而且它的首要目的是提供一種白平衡校正電路以能夠執(zhí)行精確的伽馬修正以便陰極射線管的亮度和清晰度增加和確保亮度電平的色調(diào)特性，同時在整個亮度范圍處處達(dá)到滿意的白平衡。
為了實現(xiàn)上述的目的，設(shè)計了以本發(fā)明為基礎(chǔ)的白平衡校正電路，通過伽馬修正的再現(xiàn)控制陰極射線管的驅(qū)動電壓，這種伽馬修正和通常解決方案的方向相反，而且也和輸入亮度信號的方向相反。
在NTSC制基本的彩色電視接收機，例如視頻/色度信號處理電路產(chǎn)生一個亮度信號Y和色差信號R-Y，G-Y和B-Y，矩陣電路將亮度信號加到每個色差信號，從而提取了基色信號R，G和B以便驅(qū)動陰極線管的陰極。設(shè)計的本發(fā)明實施例的伽馬修正，它和通常的方案在方向上是相反的，在亮度信號傳送給驅(qū)動陰極射線管的矩陣電路前修正亮度信號。具體地說，修正電路具有這樣的工作特性，就是輸入給修正電路的輸入的亮度信號Ei根據(jù)每種熒光物質(zhì)的伽馬特性(γp)產(chǎn)生亮度輸出E0(投影管驅(qū)動信號)，如下所示E0＝(Ei)x，x＝γ0/(γ1·γp)……(1)此處對于NTSC制γ0＝2.2，γ1是陰極射線管電子槍的伽馬值。該伽馬值特性γp，如前所述，響應(yīng)亮度信號的幅度而變化，因此，x的值也根據(jù)亮度信號的幅度而變化。
由于輸入亮度信號Ei已經(jīng)給予了基于1/2.2(即1/γ0)次冪的伽馬修正，總的伽馬特性，也就是從沒有伽馬修正的亮度信號幅值大小到熒光物質(zhì)的發(fā)射光的強度的伽馬特性是(1/2.2)×(2.2/γ1·γp)×γ1×γp＝1于整個亮度范圍。因此，消除了由于不同的伽馬特性而出現(xiàn)的亮度變化，而且達(dá)到了滿意的白平衡。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的白平衡校正電路的方框圖;
圖2是圖1中的輸出和反向伽馬修正電路的具體的電路裝置;
圖3是圖2所示電路的具體輸入/輸出示例的特性曲線;
圖4示出了投影管的亮度輸出電平對應(yīng)輸入亮度信號的特性曲線;
圖5是通常的白平衡校正電路的具體電路方案。
參照附圖將描述本發(fā)明的一個實施例。
圖1是應(yīng)用在投影型電視顯示裝置的本發(fā)明的白平衡校正電路的方框圖。圖中參照數(shù)字1至4表示輸入端，5是一個紅色(R)輸出和反向伽馬修正校正電路，6是一個綠色(G)輸出電路，7是一個藍(lán)色(B)輸出和反向伽馬修正電路，8、9和10是紅、綠和藍(lán)投影管，11，12和13是投影鏡頭，14是一個反射器，15是一個屏幕。
紅色輸出和反向伽馬修正電路5，綠色輸出電路6和藍(lán)色輸出和反向伽馬修正電路7分別提供在輸入端2、3和4接收到的色差信號R-Y，G-Y和B-Y，此外還提供在輸入端1接收到的亮度信號Y，這些電路5、6和7將亮度信號加到各個色差信號之上以產(chǎn)生基色信號R，G和B，而該基色信號分別加到投影管8、9和10上。由這些基色信號的驅(qū)動，投影管8、9和10發(fā)射出的紅、綠和藍(lán)的光的強度由基色信號所決定。
綠色輸出電路6由色差信號G-Y和亮度信號Y簡單地產(chǎn)生基色信號G，而紅色輸出和反向伽馬修正電路5和藍(lán)色輸出和反向伽馬修正電路7在反向伽馬修正電路部分修改輸入亮度信號Y的輻度以產(chǎn)生γ-修正了的亮度信號，隨后將產(chǎn)生的亮度信號和分別的色差信號相加以產(chǎn)生基色信號R和B。
由投影管8至10發(fā)射的紅、綠和藍(lán)圖象的光束由各一個投影鏡頭11至13放大，由反射器14反射后投影到屏幕15上，以致三基色圖象組成放大了的彩色圖象。
圖4示出了每一種基色的Is特性的一個實例，其中畫出了垂直軸為對數(shù)比例的投影屏15上的亮度，橫軸為輸入端1上的亮度信號Y的幅度Vy。用60表示綠色的亮度特性，61和62表示基于對亮度信號Y沒有進行反向伽馬修正的通常電路輸出的紅色和藍(lán)色的亮度特性，63和64表示基于本發(fā)明的這個實施例對亮度信號Y加以反向伽馬修正的電路方案輸出的紅色和藍(lán)色的亮度特性。
對于NTSC制基本輸入亮度信號Y，為了得到白平衡最好是使之具有特性曲線60至62的約為2.2次冪的一個相等的斜率，如下面所表示。
Isα(Vy)2.2……(5)實際上紅色和藍(lán)色的亮度特性曲線61和62和綠色的曲線60相比較具有較小的斜率，這是由于前面已敘述過的熒光物質(zhì)和用于投影管8至10的電子槍的不同的特性所致。
如圖1所示，設(shè)計的這個實施例通過給紅色和藍(lán)色提供輸出和反向伽馬修正電路5和7來處理這個問題，通過上述方法，在產(chǎn)生基色信號R和B的過程中給予亮度信號Y的幅度Vy以反向伽馬修正，以致它們的特性曲線61和62修改為具有和綠色特性曲線60相等的斜率的曲線63和64。因此，白平衡不隨亮度的變化而變化。
對于具有一伽馬特性γ1的投影管8或10的電子槍，具有一伽馬特性γp的投影管8或10的熒光物質(zhì)和具有一伽馬特性1/γ0(對于NTSC制式1/2.2＝0.45)的輸入亮度信號Y，紅色和綠色的輸出和反向伽馬修正電路5和7調(diào)整具有伽馬修正特性，該特性是依據(jù)輸入亮度信號Ei的輸出亮度信號E0(投影管驅(qū)動信號)，如下所示。
E0＝(Ei)x，x＝γ0/(γ1·γp)……(1)這里的伽馬特性γp隨亮度信號的幅度而變。
在工作中，X值的伽馬特性γp偏移了投影管8和10的熒光物質(zhì)的伽馬特性γp的與亮度有關(guān)的變化，X值的伽馬特性γ0偏移了輸入亮度信號的伽馬修正1/γ0，而且如圖4中特性曲線63，60和64所示，從而獲得了紅，綠和藍(lán)的相等的斜率的亮度特性。
圖1中示出的紅色(蘭色)輸出和反向伽馬修正電路5(7)的一個具體的電路方案，用23表示圖1中由8或10表示的紅的或藍(lán)的投影管，現(xiàn)結(jié)合附圖2給予說明。在該圖中，用20和21表示輸入端，22是一個輸出端，24至27是電壓源，28至35是電阻，36至39是NPN晶體管，40是PNP晶體管，41是一個電容器。輸入端21接到圖1的輸入端2(4)用以接收色差信號R-Y(B-Y)，輸入端20接收負(fù)極性的亮度信號Y(用-Y表示)。
這個設(shè)計的電路能提供圖3中所示的輸入/輸出特性。圖3中的特性曲線示出了在輸出端22上的電壓幅度對亮度信號-Y(也就是投影管23的陰極電壓幅度特性)的關(guān)系。由這個實施例得到的特性曲線由一折線所表示，該折線是在點54和55處將線段51，52和53連接而得，它近似接近由虛線表示的理想的特性曲線50。
然后將解釋和說明這個電路方案的工作過程。在圖2中，在輸入端20接收的亮度信號-Y加到晶體管40的基極。當(dāng)亮度信號-Y有一個足夠小的幅度以使晶體管38和39截止，電路的增益G1將由電阻29和33的電阻值R29和R33所決定，如G1= (R29)/(R23)在小的信號幅度的范圍內(nèi)，投影管23的陰極電壓如圖3中的線段51所表示。
亮度信號-Y的幅度的增加使得晶體管40的發(fā)射極電壓下降低于晶體管39的發(fā)射極5的電壓調(diào)整值;晶體管39變?yōu)閷?dǎo)通。在這種情況下，當(dāng)亮度信號-Y具有中等的幅度，另一個晶體管38還未變?yōu)閷?dǎo)通，電路增益G2由R33和R55的并聯(lián)電阻值和電阻35的電阻值R35表示如下G2＝｛(1/R33)+(1/R35)｝×R29在該中等信號幅度的范圍內(nèi)，投影管23的陰極電壓23由圖3中的線段52表示。線段的連接點54是晶體管39的導(dǎo)通的閾值。
當(dāng)亮度信號-Y的幅度進一步增加，晶體管38變?yōu)榉€(wěn)定地導(dǎo)通，結(jié)果導(dǎo)致電阻33，34和35的并聯(lián)。如此大幅度的亮度信號-Y下的電路增益G3的表示中包括有電阻34的電阻值，如G3＝｛(1/R33)+(1/R34)+(1/R35)｝×R29在大的信號幅度的范圍內(nèi)，投影管23的陰極電壓由圖3中的線段53表示，線段的連接點55是晶體管38的導(dǎo)通的閾值。
基于這個電路的工作過程，獲得了近似圖3所示的理想特性曲線50的修正特性曲線。
雖然在這個實施例中用三個線段51，52和53形成的折線近似修正曲線60，而且這足以獲得圖4所示的亮度特性曲線63和64，當(dāng)然可能用4條或更多的線段形成的折線逼近理想的修正特性曲線，這就要將多個晶體管一電阻電路以并聯(lián)的方式加到圖2的電阻33上。亮度特性的修正不僅可以用于紅色和藍(lán)色投影管8和10，當(dāng)必要時也可以應(yīng)用于所有的紅色、綠色和藍(lán)色投影管8、9和10。
雖然這個實施例是這個發(fā)明在基于電視接收機具有的亮度信號和色差信號的顯示裝置上的應(yīng)用，這個實施例的反向伽馬修正電路可以適用于計算機顯示裝置的基色信號，它單獨實現(xiàn)對基色信號的信號處理，而且能夠?qū)崿F(xiàn)這個實施例能夠?qū)崿F(xiàn)的相同的修正效果。
根據(jù)前面敘述的這個發(fā)明，三基色的亮度特性，即紅、綠和藍(lán)，通過伽馬特性的修正能夠均衡，甚至如果紅色和藍(lán)色的光的輸出由于熒光物質(zhì)的飽和而低于綠色光，也能通過伽馬特性的修正使三基色得以保持均衡，并且在整個亮度范圍內(nèi)使白平衡維持恒定不變。
這個發(fā)明的另一個優(yōu)點是改善了顯示的圖象的對比度，顯示圖象如圖3所示，由于在小的輸入亮度信號范圍低的電路增益抑制了藍(lán)色光的輸出。
和通常的費時的白平衡調(diào)節(jié)電路相反，在通常的電路中通過參考一個灰度或類似的對低和高的亮度點必須重復(fù)調(diào)整以使低的，中等的和高的亮度點平衡，本發(fā)明的電路通過對低的和高的亮度點的調(diào)整能夠獲得中等亮度電平的白平衡，因此白平衡調(diào)整花費的時間能夠減少。
權(quán)利要求
1.實現(xiàn)顯示屏的白平衡的一種白平衡校正電路具有第一裝置，第二裝置和第三裝置，第一裝置由一亮度信號Y和一色差信號R-Y產(chǎn)生一基色信R，第二裝置由一亮度信號Y和一色差信號G-Y產(chǎn)生一基色信號G，第三裝置由一亮度信號Y和一色差信號B-Y產(chǎn)生一基色信號B，所說的基色信號R，G和B用來分別控制紅色(R)，綠色(G)和藍(lán)色(B)陰極射線管的電子槍發(fā)射的電子束的強度，這里第一，第二和第三裝置至少有一個對于在其上的輸入亮度信號E1所輸出的亮度信號E0(投影管驅(qū)動信號)所具有修正特性的一個伽馬特性修正裝置，表示如下關(guān)系E0=(Ei)x，X=γ0/(γ1·γp)這里1/γ1(包含γ0=1的情形)是輸入亮度信號的伽馬特性，γ1是陰極射線管的電子槍的伽馬特性，γp是陰極射線管的發(fā)射光的物質(zhì)的伽馬特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的白平衡校正電路，這里所說的修正裝置包含于第三裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的白平衡校正電路，這里所說的修正特性由多個線性段構(gòu)成的折線所逼近。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的白平衡校正電路，修正裝置包括一個發(fā)射極接地的放大電路具有一個第一晶體管和一個第一電阻，輸入亮度信號加給第一晶體管;和多個由一個電阻和一個開關(guān)元件相串連形成的電路，所說的電路彼此關(guān)聯(lián)，而且和放大電路的第一電阻相并聯(lián)，所說的串連的電阻一開關(guān)電路的開關(guān)元件隨著輸入亮度信號幅度的逐步增加一個接一個地變?yōu)閷?dǎo)通，以致電路增益的變化。
全文摘要
白平衡校正電路在輸入端20接收一個亮度信號(-Y)，并且產(chǎn)生一個修正的亮度信號，該電路在由電阻29和電阻33的阻值比決定的小的輸入亮度信號電平范圍內(nèi)有它的增益G
文檔編號H04N9/73GK1092588SQ93119999
公開日1994年9月21日 申請日期1993年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月21日
發(fā)明者內(nèi)藤康, 渡邊敏光, 高木榮治, 望月剛 申請人:株式會社日立制作所