JP2839682B2 - ガンマ補正回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばテレビジョン伝送系で非線形信号
処理を行うためのガンマ補正回路に関し、特にそのガン
マ補正カーブの近似手段に係わるものである。

（従来の技術） 第７図は、ガンマ補正回路の簡略図である。入力電流
源11の端子a,b間には、抵抗R0が接続されている。さら
に端子a,b間には、抵抗R1とダイオードD1と電圧源E1の
直列回路S1が接続されている。またこの直列回路S1と同
様な回路Snが並列に接続されている。そして端子a,b間
に出力電圧V0が得られる。

ここで、各直列回路S1〜Snの電圧源E1〜Enの関係は、 E1＜E2＜…＜En …（１） である。

上記のガンマ補正回路は、折れ線近似方式によりガン
マ特性を得るもので出力電圧V0と入力電流Iinの関係で
示すと、第８図に示す特性となる。

今、ダイオードは全てスレッショルド電圧が非常に小
さく、オン抵抗も無視できるものとする。入力電流Iin
が小さいときは、ダイオードD1〜Dnは全てオフしている
ので、入力電流Iinは全て抵抗R0に流れ、出力電圧V0
は、 V0＝R0Iin …（２） となる。入力電流Iinが増加し出力電圧V0がE1を越える
と、ダイオードD1はオンし、出力電圧V0は V0＝（R0R1）Iin …（３） となる。さらに入力電流Iinが次第に増加し出力電圧V0
がEnを越えると、出力電圧V0は V0＝（R0R1…Rn）Iin …（４） となる。このようにして、第８図に示すような折れ線近
似のガンマ補正カーブを得ることができる。

この折れ線近似したガンマ補正カーブは、一般に、あ
る折れ線区間内での理想的なガンマ補正カーブからの誤
差εｎの最大値εnmaxとすると、 ε1max＝ε2max＝ε3max＝…＝εnmax …（５） となるように抵抗Rnと電圧源En（ｎ＝１〜ｎ）が設定さ
れる。

このようにすることで、必要とする入力電流Iinの範
囲内において、折れ線近似カーブの理想的ガンマ補正カ
ーブからの誤差を最も少なくすることができる。

例えばｎ＝１、すなわち１点折れ線近似で折れ線がｘ
＝x0でγ＝1/2.2の理想的ガンマ補正カーブに内接した
とすると、正規化した入出力範囲において、 の３点で接するので、理想的なガンマ補正カーブと第１
区間の直線および第２区間の直線の式は と表せ、第１および第２区間での理想的ガンマ補正カー
ブからのずれε１、ε２はそれぞれ となるので、各区間内での最大値ε1max、ε2maxは から、 となる。

ここでε1max＝ε2maxと置いて x0＝0.093 ［∴（７）式からy0＝0.340］ …（11） 従って、正規化した抵抗R0、R1と電圧源E1は、（２）
式、（３）式から R0＝3.65 R1＝0.91 E1＝0.34 …（12） となる。

これらの値は、正規化したものであるから、それぞれ
スケーリング係数を掛けることにより簡単に実際の定数
が得られる。また、以上の説明で無視してきたダイオー
ドのスレッショルド電圧は、例えばシリコンの場合は、
約0.7Vであり、オン抵抗も無視できないが、その分電圧
源E1と抵抗R1を小さくすればよい。さらに。計算は複雑
になるが、複数の折れ点による近似も同様に計算でき
る。

更に、以上は折れ線近似カーブが理想的ガンマ補正カ
ーブに内接する場合の設定方法について説明したが、こ
の他にも外接させたり、内接と外接の中線で近似する方
法がある。外接の場合は、設定条件は内接と同じ式
（５）で表せるが、内接と外接の中線で近似する場合
は、ある折れ線区間内での理想的なガンマ補正カーブか
らの誤差εｎの最大値εnmaxの絶対値を｜εnmax|とす
ると、 ｜ε1max|＝｜ε2max|＝…＝｜εnmax| …（13） とすればよい。この場合、誤差は正負に分配されるの
で、他の２つの誤差設定方法に比べて最大誤差の絶対値
は小さくなる。

このように従来の折れ線近似法によれば、必要とする
入出力範囲において、誤差を最小にすることができると
いう利点があった。

しかしながら、実際に回路を構成した場合、特にIC化
した場合、問題がある。

即ち、実際の回路では抵抗、ダイオードおよび電圧源
の電圧のばらつきがある。このばらつきはガンマ補正カ
ーブのスタートポイントに近いほど、誤差への影響が大
きい。例えば第７図において、抵抗のばらつきによる誤
差への影響度は、 R0＞R1＞…＞Rn …（14） の順である。またダイオードおよび電圧源の電圧による
影響度も同様に D0＞D1＞…＞Dn E0＞E1＞…＞En …（15） の順に大きい。

これは、スタートポイントに近い部分のばらつきは、
それ以降の部分に対して累積されていくからである。

従って、スタートポイントに近い部分ほど高精度の抵
抗やダイオードを必要とするのでコスト高になってしま
う欠点がある。また、高精度の抵抗やダイオードを使わ
ずに個別調整を行おうとすると部品代は安くて済むが、
調整費用がかかるので、やはりコスト高になる。また、
回路をIC化した場合、個別部品のように調整ができない
ので、ばらつきが増えた分、歩留まり低下となりコスト
高になるのは勿論のこと最悪の場合、IC化を諦めねばな
らなくなる。

（発明が解決しようとする課題） 以上説明したように、従来のガンマ補正カーブの折れ
線近似において、誤差設定を行う方法は、折れ線のスタ
ートポイントに近い部分の入出力特性を決める回路要素
ほど、ばらつきによる誤差への影響が大きく、高価な高
精度部品を使うか個別調整する必要があり、特にIC化し
た場合、歩留まりへの影響が大きく、最悪の場合IC化を
断念しなければならなくなる。

そこでこの発明は、ガンマ補正カーブを折れ線近似で
実現する場合、高価な部品の使用や調整を必要とせず、
入出力特性を決める回路要素に対する要求精度を緩和
し、ばらつきがあっても誤差への影響が少ない、かつコ
ストも増加することのないIC化に適したガンマ補正回路
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、入力が所定値まで増加するのに伴って理
想的なガンマ補正カーブを直線近似した第１の折れ線区
間の出力を得る第１の回路と、 この第１の回路に並列接続され、前記入力を前記所定
値よりさらに増大させることにより、前記第１の回路の
オンまたはオフに追従してオンまたはオフし前記第１の
折れ線区間に連続した第２の折れ線区間の出力を得る第
２の回路とを少なくとも備えたガンマ補正回路におい
て、 前記第１の回路の動作電流経路に接続されて、前記第
１の折れ線区間における前記理想的なガンマ補正カーブ
との第１の最大誤差を設定するための第１の抵抗と、 前記第２の回路の動作電流経路に接続されて、前記第
２の折れ線区間における前記理想的なガンマ補正カーブ
との第２の最大誤差を、前記第１の最大誤差よりも小さ
くなるように設定した第２の抵抗とを備えるものであ
る。

（作用） この発明では、ガンマ補正カーブを折れ線近似で実現
する場合、入力出力特性を決める回路要素のばらつきに
よる理想的ガンマ補正カーブとの誤差による影響が、ス
タートポイントに近い部分ほど大きく、それ以降の区間
に累積される点に着目し、ある区間内の最大誤差に対
し、それ以降のスタートポイントから遠い区間内での最
大誤差が小さくなるように誤差設定している。これによ
り、近似補正カーブの設定に際して、区間内の最大誤差
をスタートポイントから遠い区間ほど小さくなるように
設定したので、ばらつきによる誤差が累積されても、最
大誤差を順次小さくしている分、素子のばらつきによる
影響を緩和することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例である。即ち、等価的に
は、同図に示すように構成される。入力電流源11の端子
a,b間には、抵抗R0が接続されている。さらに端子a,b間
には、抵抗R1とダイオードD1と電圧源E1の直列回路S1が
接続されている。またこの直列回路S1と同様な回路Snが
並列に接続されている。そして端子a,b間に出力電圧が
得られる。

ここで、各直列回路S1〜Snの電圧源E1〜Enの関係は、 E1＜E2＜…＜En …（１） である。

ダイオードD1〜Dnは、具体的には差動増幅器であり、
片方の入力に前記抵抗R0に生じた電圧が与えられ、他方
の入力には前記電圧源の電圧が与えられる。

上記のガンマ補正回路は、折れ線近似方式によりガン
マ特性を得るもので出力電圧V0と入力電流Iinの関係で
示すと、第２図に示す特性となる。

上記の回路が、従来の回路と異なるのは、定数の設定
であり、ある折れ線近似区間内での最大誤差に対して、
次の折れ線近似区間内の最大誤差が小さくなるように設
定されている。

最も簡単な１点折れ線近似で説明すると次のようにな
る。先に説明したように、従来の回路であると、定数は
式（12）のように R0＝3.65 R1＝0.91 E1＝0.34 …（12） となる。

ここで、抵抗と電圧源の設定値は、この実施例では となる。このようにした場合、折れ線近似カーブは、第
２図に一点鎖線で示すカーブとなる。従来の回路である
と実線で示すカーブである。点線は理想的なガンマ補正
カーブである。この実施例によると、折れ線近似区間内
での最大誤差に対して、次の折れ線近似区間内の最大誤
差が小さくなるように設定されており、このようにする
と、従来に比べて折れ点は、右上にずれる。

さらに第３図は、折れ線区間で得られる直線の特性
と、理想カーブとの誤差を、従来の回路とこの実施例の
回路のものを比較して示している。従来の回路のものが
実線であり、この実施例の回路のものが一点鎖線であ
る。この図から分かるように、この実施例の回路では、
出力が小さい折れ線区間の最大誤差のほうが出力の大き
い折れ線区間の最大誤差よりも大きく設定されている。
従来の回路であると、いずれの折れ線区間の誤差も同じ
であった。

このように最大の誤差を各折れ線区間で設定すると、
第１の折れ線区間での最大誤差は大きくなるのである
が、第２の折れ線区間での最大誤差は小さくなる。この
ようにすると、素子ばらつきによる第１区間の誤差その
ものへの影響は小さく、第２区間の誤差への影響は大き
い。つまり、素子ばらつきによる影響が分散されること
になり、ばらつきを含めた全体の最大誤差を小さくする
ことができる。

つまり、スタートポイントに近い素子ほど誤差への影
響度が大きいのであるが、この実施例であると、最大誤
差をスタートポイントに近い程最初から大きくし、遠い
程小さくしているためその影響が緩和されることになる
のである。

従って、従来のように高価な高精度部品を使用した
り、調整を行う必要もないので、コストアップを防ぐこ
とができる。また、単に誤差設定をずらすだけであるか
ら、新たな回路の増加はなく、コストアップもない。特
に、IC化した場合、ばらつきによる誤差増大を各区間に
分散できるので、回路に要求される精度をICで実現でき
るレベルに押さえることができ、ICでの実現性を増大す
ることができる。

上記の実施例では、折れ線近似による出力が理想的な
ガンマ補正カーブに対して内接する例を説明したが、こ
の発明はこの実施例に限定されるものではない。

以下、最大誤差を最も小さくできる内接と外接の中間
的な折れ線近似についてこの発明を適用する場合につい
て説明する。簡単のためにｎ＝１で１点折れ線近似の場
合を説明する。

まず従来の回路であると、特性図の横軸をｘ、縦軸を
ｙとして （x,y）＝（0,0） （x,y）＝（x0,ax0） （x,y）＝（1,1） …（17） の３点を通るので、理想的ガンマ補正カーブと第１区間
および第２区間の直線の式は と表せる。ｘ＝x0、第１区間および第２区間での理想的
ガンマ補正カーブからのずれε0,ε1,ε２はそれぞれ となる。ε1,ε２の最大値ε1max、ε2maxは、（９）式
より ここで、 ε０＝ε1max＝ε2max …（21） と置くと x0＝0.068787 （∴y0＝0.366） a＝5.326 従って、 R0＝5.326 R1＝0.780 E1＝0.366 これから各々にスケーリング係数を掛けることによ
り、実際の定数が得られる。

これに対して、本発明によると、 設定するものである。

このようにすると、第４図、第５図に示すような特性
となる。

即ち、第４図において、点線は理想的なガンマ補正カ
ーブであり、実線は従来の回路により直線近似特性であ
る。そして一点鎖線がこの実施例により得られる直線近
似特性である。また、第５図は、誤差の変化の様子を示
しており、実線が従来の回路の誤差、一点鎖線がこの実
施例による誤差である。

この実施例では、第１区間の最大誤差は増大している
が、第２区間の最大誤差は減少させている。これによ
り、先の実施例と同様な効果を得ることができ素子のば
らつきを含めた全体の最大誤差を少なくすることができ
る。

以上の実施例では、ｎ＝１の１点折れ線近似を行った
場合を説明したが、この発明は２点以上の折れ線近似の
場合にも拡張でき、γ＝1/2.2以外にも適用できること
は勿論である。

さらにガンマ補正回路の具体的構成としては、第１図
のものに限定されるものではなく、スイッチング素子と
してダイオードを用いたもの、トランジスタを用いたも
の等種々の実現態様がある。要は折れ線近似により誤差
設定を行うのに、ばらつきの影響の大きいスタートポイ
ントから離れた区間程小さくする要素が存在すればよ
い。従って、最も効果的な設定誤差としては、各区間内
の最大誤差がスタートポイントの第１区間からエンドポ
イントの最終区間に向かいテーパ状に減衰させた形で設
定されることが好ましい。勿論、スタートポイントから
離れている区間の最大誤差を小さくなるように設定した
隣り合う区間が少なくとも１組以上有したものもこの発
明の趣旨に含まれるものである。また、ダイオードのオ
ン抵抗やスレッショルド電圧などの実際の回路素子の特
性の影響は、その分抵抗値を少なくしたり電圧源の電圧
を下げれば全く同様に適用できる。

さらにまた上記の実施例では、ガンマ特性の正特性に
ついて示したが、逆特性の回路においても同様にこの発
明を適用できるものである。

第６図はこの発明を用いた具体的回路の他の例であ
る。この回路の場合、入力トランジスタTR0のベースに
入力信号が供給される。トランジスタTR0のコレクタは
電源へ接続され、エミッタは抵抗R14を介して接地され
るとともに、抵抗R11、R12、R13を並列に介して、各ト
ランジスタTR1、TR2、TR3のエミッタに接続されてい
る。トランジスタTR1、TR2、TR3のコレクタは、抵抗R19
を介して電源に接続されるとともに出力端子20として導
出されている。また、各トランジスタTR1、TR2、TR3の
各ベースには、抵抗R15〜R18によるバイアス回路によっ
て、それぞれ異なる値のバイアス電圧が供給されてい
る。

上記の回路によると、入力電圧が低い場合は、トラン
ジスタTR1、TR2、TR3がすべてオンしており、入力電圧
が高くなるに従って、トランジスタTR1、TR2、TR3が順
次オンして直線近似のガンマ補正特性を得ることができ
る。この回路においても、各区間の最大誤差は、順次ス
タートポイントから小さくなるように設定されている。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、素子ばらつき
による影響を各直線近似区間に分散させたので、ばらつ
きを含めた全体としての最大誤差を小さくでき、高価な
部品の使用や回路ブロックを個別調整する必要がないの
で精度の良いガンマ補正特性を得ることができる。さら
にIC化した場合、各素子への要求精度をIC内で実現でき
る範囲に押さえることができるので、歩留まり低下を防
ぎ、IC化のコストの効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図およ
び第３図はこの発明のガンマ補正回路の特性を説明する
ために示した図、第４図および第５図はこの発明の他の
実施例の特性を説明するために示した図、第６図はこの
発明の他の実施例を示す回路図、第７図は従来のガンマ
補正回路を等価的に示す図、第８図は従来のガンマ補正
回路の特性を説明するために示した図である。 R0〜Rn……抵抗、D1〜Dn……ダイオード、E1〜En……電
圧源。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力が所定値まで増大するのに伴って理想
   的なガンマ補正カーブを直線近似した第１の折れ線区間
   の出力を得る第１の回路と、 この第１の回路に並列接続され、前記入力を前記所定値
   よりさらに増大させることにより、前記第１の回路のオ
   ンまたはオフに追従してオンまたはオフし前記第１の折
   れ線区間に連続した第２の折れ線区間の出力を得る第２
   の回路とを少なくとも備えたガンマ補正回路において、 前記第１の回路の動作電流経路に接続されて、前記第１
   の折れ線区間における前記理想的なガンマ補正カーブと
   の第１の最大誤差を設定するための第１の抵抗と、 前記第２の回路の動作電流経路に接続されて、前記第２
   の折れ線区間における前記理想的なガンマ補正カーブと
   の第２の最大誤差を、前記第１の最大誤差よりも小さく
   なるように設定した第２の抵抗と を具備したことを特徴とするガンマ補正回路。
2. 【請求項２】前記第１の最大誤差と第２の最大誤差は、
   それぞれの絶対値の関係で前記第２の最大誤差が第１の
   最大誤差より小さいことを特徴とする請求項台１項記載
   のガンマ補正回路。