专利名称：电子束流自动限制及其方法
技术领域：
本发明涉及为防止CRT显示器的X射线放射和保护CRT而对电子束流进行限制的装置及方法。
一般，在CRT(阴极射线管)显示器内，为了防止X射线放射和保护CRT，设有一个把CRT束流限制在设定值以下的束流自动限制电路(Automatic Beam Limitter，以下简称ABL)。
常用的ABL电路方式是在高压发生电路或CRT阴极电路中检测出束流，当束流超过规定阈值时，进行视频信号限幅。
过去的方法是在对显示图像的CRT的各个阴极的前级RGB(红、绿、兰)各色视频信号进行驱动的CRT驱动电路中，设置一个检测束流的束流检测电路，检测出各个阴极的束流，当束流超过规定阈值时，进行视频信号限幅。下面说明特开平5-276461号公报所公开的图7的彩色电视接收机的自动束流限制电路的结构和动作。
在图7中，CRT53的各个阴极、和由RGB各视频信号来驱动各个阴极的视频输出放大器52之间，插入了一个对RGB各色的束流进行检测的束流检测电路50。在输入视频信号10和视频输出放大器52之间设置了对比度控制电路51。输入视频信号10经过对比度控制电路51加到视频输出放大器52上，在视频输出放大器52内进行放大，再经过对束流进行检测的束流检测电路50，然后供给CRT53。在对比度控制电路51上设置一个控制对比度的控制端子58，当加在控制端子58上的控制电压降低时，上述对比度控制电路51的视频信号输出就减小，加到CRT上的驱动视频信号减小，束流值减小。
上述束流检测电路50在由CRT53输出视频信号的同时，检测出各色的束流。上述各束流经过滤波，生成的DC(直流)电压被加到ABL控制电路55上。
当由该RGB各束流所生成的某一DC电压大于上述ABL控制电路55内给定的基准电压Vref时，上述ABL控制电路55内的晶体管Tr1(B)、晶体管Tr2(G)、晶体管Tr3(R)中的某一个变成导通状态，电流流过电阻R1和R2。利用该电流使对比度控制电路51的控制输入端子58的电压下降，使RGB视频信号的振幅减小，对束流进行限制。
另外，对ABL电路也提出了一种限制束流峰值，防止图像模糊的电路方式。图8A表示特开平5-191742号公报所公开的结构。
下面说明图8A所示的峰值亮度(即束流)限制电路的结构和动作。把峰值亮度限制电路62设置在CRT70和亮度信号处理电路67的前级，该亮度信号处理电路67包括对CRT进行驱动的视频输出放大器。
视频信号10经过上述峰值亮度限制电路62输入到亮度信号处理电路67内，再经过亮度信号处理电路67内的视频输出放大器后对CRT进行驱动。
ABL控制电压发生电路72从CRT的阳极一侧检测出束流，输出ABL控制电压74。
当CRT的束流大，CRT的显示亮度高时，作为ABL控制电压发生电路72的输出的ABL控制电压74就降低。ABL控制电压74与对比度控制电压发生电路71的输出电压进行相加，然后加到亮度信号处理电路67上，能对束流进行限制。相反，当CRT的束流小，CRT的显示亮度低时，能使束流增大。图8A的左半部分，即CRT70、对比度控制电压发生电路71、ABL控制电压发生电路72、高压发生电路73、以及亮度信号处理电路67的部分，是从CRT阳极侧检测出束流进行限流的ABL电路。
上述视频输入信号10在加到峰值亮度限制电路62上的同时，也还加到平均视频振幅电平(Average Picture Level，以下简称APL)检测电路63上。APL检测电路63检测出APL电压，并把APL电压加到比较电路64内。另一方面，上述ABL控制电压74也被加到比较电路64内。
比较电路64对APL电压和上述ABL控制电压74加以比较，判断出APL的中间电平，即APL高，ABL进行动作时，和APL低，ABL不动作时这二者的中间状态(包括画面整体较暗，部分出现峰值亮度的情况)，对峰值亮度限制电路62进行控制，对图8B所示的视频信号的大振幅部分的增益进行抑制。通过对该视频信号的大振幅部分的增益进行抑制来限制束流峰值，防止图像模糊。
近几年CRT显示器的技术课题有由于扩大显示画面而产生的各种问题，以及由于提高水平扫描频率而出现的各种问题，在扩大画面时，要使画面亮度保持原来的水平时，在阳极电压保持一定的情况下，必须根据画面扩大率相应地增大束流。要提高水平扫描频率时，就必须相应地扩宽处理的视频信号频带，驱动CRT的视频信号的处理电路也必须扩宽频带。所以，为了扩大画面和提高水平扫描频率，必须增大CRT驱动信号的振幅和频带宽度。
像现有技术那样在视频输出放大器和CRT之间、即在CRT的紧前边插入检测电路的这种ABL电路方式，在对各色进行CRT束流限制方面是很有效的。但是，在上述的最近情况下，当把检测电路插入到处理大振幅图像信号的视频信号输出电路内时，由于视频输出电路的寄生电容增加，所以造成CRT驱动电路的频带特性降低。
再者，处理大振幅、宽频带的视频输出放大器的输出部分中所使用的输出晶体管，必须采用转换速率(slew rate)比过去高的晶体管，这是不经济的。人们都知道，一般在视频放大电路中使用相同转换速率的晶体管时，在视频信号振幅小的情况下，频率振幅特性良好，可以进行宽频带放大，并且可以处理大振幅信号。另一方面，人们都知道，在视频输出放大器和CRT之间的这种可以进行宽频带放大的大功率晶体管，在市场上很难买到，价格昂贵。
另外，在驱动CRT阴极的视频输出放大器的前级检测出APL，对视频信号的振幅为峰值时的振幅进行限制，降低束流峰值的这种方式，在进行CRT束流限制方面是很有效的。但是，存在这样的问题，即画面亮度的线性失真，另外，由于用CRT阳极来进行束流检测，所以不能对RGB的每个束流分别进行检测。
为了解决上述问题，本发明的自动束流限制装置，在CRT显示器的视频输出放大器的前级配备了一个对RGB各色视频信号进行分配的信号分配装置。
利用上述信号分配装置把视频信号输出到视频输出放大器的同时，把各色的视频信号输出到检测各色视频信号平均视频振幅电平的检测装置内。
还备有比较装置，该比较装置用于使上述被检测出的各色视频信号的平均视频振幅水平分别与基准比较电压进行比较。
在该比较装置中，当上述各色的某一平均视频振幅电平大于上述基准比较电压时，对上述RGB各色视频信号进行限幅。
附图简要说明
图1是本发明第1实施例的自动束流限制装置的方框图。
图2是本发明第2实施例的自动束流限制装置对方框图。
图3是本发明第3实施例的自动束流限制装置的方框图。
图4是说明本发明第1实施例中的电压比较电路和对比度控制电压的控制例子的电路图。
图5是表示栅压和束流的关系的图。
图6A利用模拟运算电路来实现本发明第2实施例中的运算电路的方框图。
图6B是利用数字信号处理的运算来实现本发明第2实施例中的运算电路的方框图。
图7是现有技术的自动束流控制装置的方框图。
图8A是另一种现有技术的自动束流控制装置的方框图。
图8B是表示图8A的自动束流控制装置的输入图像信号和输出图像信号的关系的图。
最佳实施例的说明第一实施例图1表示本发明自动束流限制装置的第1实施例。首先说明图1的方框图结构。视频输入信号10输入到对比度控制电路3内，对比度控制电路3的输出信号被输入到分配电路2内。分配电路2的输出信号被分配到，视频输出放大器4和APL检测电路1内。视频输出放大器4的输出信号被输出到CRT5内，驱动CRT。APL检测电路1的输出信号被输出到电压比较电路6。由电压比较电路6来输出与基准电压Vref的比较结果。电压比较电路6的输出信号与对比度控制电压7进行比较，然后被输入到对比度控制电路3。
另外，在图1中，APL检测电路1、信号分配电路2、对比度控制电路3、视频输出放大器4以及电压比较电路6所构成的电路系统，实际上对R、G、B分别各需要一个，共计需要3个系统。也就是说，该电路系统的构成部分是与RGB各视频信号有关的APL检测电路1r、1g、1b(下标r、g、b分别对应于RGB各视频信号，下同)、分配电路2r、2g、2b对比度控制电路3r、3g、3b、视频输出放大器4r、4g、4b、CRT5、电压比较电路6r、6g、6b。但是，由于RGB3个系统均具有相同的结构，相同的动作，所以，为了简便起见，在图1中省略了下标r、g、b，仅表示出1个系统。
以上对彩色视频信号的情况叙述了视频输入信号10，但是，如果视频输入信号10是单色视频信号，那么，上述系统当然只用1个即可。
以下的电路在预先未特殊指明的情况下均按1个系统进行说明。
视频输出放大器4是CRT5的驱动部分。
在视频输出放大器4的前级所设置的分配电路2内，RGB各视频信号被分成2个输出信号，其中一个被送入对视频信号进行放大的视频输出放大器4；另一个被送入APL检测电路1。
APL检测电路1由DC箝位电路1A、基准(pedestal)限幅电路1B、积分电路1C构成。
RGB信号的APL电压8，其求得的方法是利用DC箝位电路1A来对分配电路2的输出进行DC箝位，利用基准限幅电路1B来削去基准电平以下的信号，然后利用积分电路1C进行积分。
RGB的各个APL电压8在电压比较电路6中与基准比较电压Vref进行比较。当上述3个(r、g、b)APL电压中的1个高于阈值时，电压比较电路6的输出能使对比度控制电路3的增益降低。对比度控制电路3的视频输出再次被输入到APL检测电路1，进行同样的处理，最终在APL电压和Vref相等时结束。这样，对视频信号的振幅进行控制，把束流限制在规定值范围内。
另外，在以上的处理中，电压比较电路6和对比度控制电压7的控制，采用图4所示的电路。在图4中，由晶体管41和42来形成差动放大器，把APL电压8加在晶体管41的基极上，把阈值电压Vref加在晶体管42的基极上。在该电路中，当APL电压8高于Vref时，晶体管41就导通，电流流经电阻R1和R2。使对比度控制电压7下降。用其他方法也可以限简单地构成其动作与图4电路相同的电路。
图1的分配电路2的输入及输出的视频信号，其振幅较小。能够按这样的振幅来处理宽频带视频信号的晶体管，即具有所需耐压和所需转换速度的晶体管，目前市场上普遍销售，可以廉价地购买。
如以上详细所述，本实施例，与过去的在CRT阴极前级插入束流检测电路的方式相比，由于处理小振幅信号，所以不影响视频输出振幅的扩大和频带的扩宽，可以对RGB各色分别进行CRT5的束流限制。
并且，通过控制对比度，还可以保持视频信号的线性。
第二实施例下面利用图2来说明本发明的自动束流限制装置的第2实施例。
在图2的电路构成部分中，视频输入信号10、APL检测电路1、信号分配电路2、对比度控制电路3、视频输出放大器4、电压比较电路6和对比度控制电压7均与图1相同，故其说明从略。
图2的电路与图1的实施例1相比，增加的部分如下。也就是说增加了CRT5的第1栅极G1的G1电压(VG1r、VG1g、VG1b)发生电路22r、22g、22b、G1电压(VG1r、VG1g、VG1b)检测电路24r、24g、24b、CRT5第2栅极G2的G2电压(VG2r、VG2g、VG2b)发生电路23r、23g、23b、G2电压(VG2r、VG2g、VG2b)检测电路25r、25g、25b和RGB各APL·VG1·VG2的运算电路21r、21g、21b。
在图2中，与APL检测电路1、信号分配电路2、对比度控制电路3、视频输出放大器4、电压比较电路6一样，CRT5的G1电压发生电路22、G1电压检测电路24、G2电压发生电路23、G2电压检测电路25、APL·VG1·VG2的运算电路21所构成的电路系统，对R、G、B分别各需要1个，共需要3个系统。但由于3个系统均为相同的结构，并进行相同的动作，所以在图2中与图1同样省略了下标r、g、b，只表示出了1个系统。
另外，在图2中，对彩色视频信号的场合叙述了视频输入信号10。如果输入视频信号为单色视频信号，则上述系统只有1个即可。
以下的电路说明，只要没有特殊指明，即就一个系统进行说明。
图2的电路原理如下。CRT5的束流受到相对于阴极电压的G1电压VG1、G2电压VG2(相对于阴极电位来说，G1电位VG1为负，G2电位VG2为正)的控制。
选择G1电压VG1和G2电压VG2，使得当视频信号输入到CRT5的阴极K上时由视频信号的基准电平来使CRT截止。在这里使CRT截止的阴极K和栅极G1之间的电压称为截止电压，截止电压受G2电压控制。
一般，若阴极K和栅极G1之间的电压减小，则CRT的束流增大，若G2电压升高，则同样使束流增大。
必须选择G1电极上所加的电压VG1和G2电极上所加的电压VG2，使得视频输出放大器4的视频输出信号电压的基准电平(黑电平)是CRT5的截止电压。
这样，若设定VG1和VG2，则在APL超过某一值时可以抑制、限制视频输出信号电压，其结果，可以防止意外故障或异常。
但是，本实施例是假定由于外部因素等某种原因而造成VG1和VG2的设定值偏离了期望值的情况。
图5表示在阳极电压和阴极电压为一定时G1电压VG1和G2电压VG2与束流IK的关系。利用这一关系，本发明在运算电路21中，从已检测出的APL电压240中减去对G1电压分压后的G1检测电压241，加上对G2电压分压后的G2检测电压242，和实施例1时一样输入到电压比较器6。在电压比较器6中，运算电路21的输出244大于阈值Vref时，对对比度控制电路3的增益进行限制，对束流进行限制。
运算电路21的具体实现方法有2种，一种是利用图6A所示的模拟运算电路；另一种是如图6B所示通过数字信号处理进行运算。
在图6A中，假定APL电压240为VAPL，G1检测电压241为VG1，G2检测电压242为VG2，电阻为R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67。
例如，假若选定为R61＝R64＝R65＝R66＝R67＝RR62＝(a-1)RR63＝bRb＞＞1若把运算输出电压244作为Vo，则Vo＝VAPL-2VG1/a+VG2/b。
并且，在图6B中若把运算输出电压244作为Vo，则Vo＝VAPL-nVG1+mVG2。
式中，得到G1检测电压VG1和G2检测电压VG2的分压比a和b以及n和m的值，均随所用CRT的不同而异。
而且，适当设定CRT的第1栅极G1的电压VG1和第2栅极的G2电压VG2，若应用本发明，则可防止过去出现的宽频带性能下降，可以保持放大系统的线性。
本实施例2，除具有实施例1的效果外，还可以根据VG1和VG2的变化来控制用于限制束流的阈值。
第3实施例下面用图3来说明本发明的自动束流限制装置的第3实施例。
视频输出的大振幅，宽频带的CRT驱动方式，已知的有所谓双驱动方式，该方式是使CRT的阴极K和栅极G1中的视频信号的极性相反。图3表示本发明的第3实施例，它表示自动束流控制装置被应用于双驱动方式的CRT驱动方式时的情况。
图3除视频输出放大器AMP(G1)80和DC箝位电路81外，与图2相同，对各个方框标注了与图2相同的号码。
视频输出放大器AMP(G1)80的输出，被DC箝位电路81箝位(保持)在电压VG1上。对G1箝位电压VG1进行分压，并输出到运算电路21内。
另外，视频输出放大器(G1)80的特性，除了输出的视频输出电压极性进行反转外，其他与视频输出放大器AMP(K)4相同。
本实施例3除具有实施例2的效果外，还能实现大振幅、宽频带的视频输出。
如上所述，本发明的第1实施例，与过去的在CRT阴极前级插入束流检测电路的方式相比，由于处理小振幅信号，所以，不影响视频输出振幅的增大和频带的扩宽，可以对RGB各色分别进行CRT束流限制，并且也可以保持视频信号的线性。
本发明的第2实施例，由于处理小振幅信号，所以，不影响视频输出振幅的增大和频带的扩宽，可以分别对RGB各色进行CRT束流限制，也可以保持视频信号的线性。另外，还可以根据VG1和VG2的变化来控制用于限制束流的阈值。
本发明的第3实施例，由于处理小振幅信号，所以不影响视频输出振幅的增大和频带的扩宽，可分别对RGB各色进行CRT束流限制，也可以保持视频信号的线性，也可以根据VG1和VG2的变化来控制用于限制束流的阈值。另外，通过采用双驱动方式的CRT驱动方式，还可以更容易地实现视频输出的大振幅和宽频带。
本发明的自动束流限制装置，作为具体的电路示例分别提出了说明电压比较电路和对比度控制电压的控制例子的电路图，利用模拟运算电路来实现运算电路的方框图，以及通过数字信号处理进行运算来实现运算电路的方框图等。但是不言而喻，也可以利用其他各种电路来实现上述目的。并且，本发明还可以采用其他各种变化的实施例。所以，本发明的真实的精神和范围内所有的变化实施例均应包括在权利要求书内。
权利要求
1.一种CRT显示器的电子束流自动限制装置，其结构特征在于包括信号分配装置，用于在CRT显示器的视频输出放大器的前级，对RGB各色视频信号进行分配；检测装置，用于检测由上述分配装置进行分配的1组各色视频信号的各个平均视频振幅电平；比较装置，用于使上述被检测出的各色视频信号的各个平均视频振幅电平分别与基准比较电压进行比较；以及对比度控制装置，用于在上述各色平均视频振幅电平中的任一个大于上述基准电压时，对上述RGB各色视频信号进行限幅。
2.一种CRT显示器的电子束流自动限制方法，其特征在于包括以下步骤在CRT显示器的视频输出放大器前级，对RGB各色视频信号进行分配；对上述分配的1组各色视频信号的各个平均视频振幅电平进行检测；使上述被检测的各色视频信号的平均视频振幅电平分别与基准比较电压进行比较；在上述各色平均视频振幅电平中的任一个大于上述基准比较电压时，对上述RGB各色视频信号进行限幅。
3.一种CRT显示器的电子束流自动限制装置，其结构特征在于包括信号分配装置，用于在CRT显示器的视频输出放大器前级对RGB各色视频信号进行分配；检测装置，用于检测由上述分配装置所分配的1组各色视频信号的各个平均视频振幅电平；各个运算装置，用于对由上述检测装置所检测出的RGB各色视频信号的各个平均视频振幅电平，和施加RGB各色视频信号的CRT第1栅电压，以及第2栅电压进行运算；比较装置，用于使上述运算装置的输出分别与基准比较电压进行比较；以及对比度控制装置，用于在上述运算装置的输出中的任一个大于上述基准比较电压时，对上述RGB各色视频信号进行限幅。
4.一种CRT显示器的电子束流自动限制方法，其特征在于包括以下步骤在CRT显示器的视频输出放大器前级，对RGB各色视频信号进行分配；对上述被分配的1组各色视频信号的各个平均视频振幅电平进行检测；对上述被检测的RGB各色视频信号的各个平均视频振幅电平，和施加RGB各色视频信号的CRT第1栅电压以及第2栅电压进行运算；使上述各色的运算输出分别与基准比较电压进行比较；以及在上述运算输出中的任一个大于上述基准比较电压时，对上述RGB各色视频信号进行限幅。
5.如权利要求3所述的CRT显示器的电子束流自动限制装置，其上述第1栅电压利用从上述RGB各色视频信号获得的DC电压来进行箝位。
6.如权利要求4所述的CRT显示器的电子束流自动限制方法，其特征在于包括利用从上述RGB各色视频信号获得的DC电压来对上述第1栅电压进行箝位。
全文摘要
一种能对RGB各色束流进行限制而不影响CRT驱动的振幅增大和频带扩宽的自动束流限制装置,它检测出视频输出放大器前级的RGB各色视频信号的APL,与基准电压比较,在RGB任一个的视频信号的APL电压较大时,对其进行限幅,限制CRT束流。另外,使APL、G1电压和G2电压的运算电路所求出的输出与基准电压比较,当求出的输出大于基准电压时,对RGB各色视频信号进行限幅,限制CRT的束流。
文档编号H04N9/68GK1177882SQ9711310
公开日1998年4月1日 申请日期1997年5月21日 优先权日1996年5月22日
发明者佐藤宏明 申请人:松下电器产业株式会社