Brevet FR2030077A1 — publié le 19701030

-1- 2030077 L'invention relève du domaine de la télévision et concerne, en général, les dispositifs de traitement de signaux vidéo et plus particulièrément, des circuits de correction de la non-linéarité dans les dispositifs de prise de vues et di'-images. 5 Dans un tube à rayons cathodiques d'un récepteur de télévision, l'intensité lumineuse n'est pas une fonction linéaire du signal vidéo appliqué. Si l'on ne prévoyait pas de compensation pour cette non linéarité, le signal ne.serait pas reproduit correctement et les couleurs, la luminance et d'autres caractéristi— 10 ques vidéo ne seraient pas bien- rendues. C'est pour cette raison que l'on utilise pour le signal vidéo, un amplificateur présentant une caractéristique d'amplitude non linéaire; c'est ce qu'on appelle la correction en gamma. Cette correction peut se faire soit dans le récepteur soit dans l'émetteur. En général, elle se 15 fait dans le caméra de télévision. Avec l'avenement de la télévision en couleurs, les exigences envers la correction en gamma sont devenues plus sévères Il faut disposer d'un circuit qui présente la non linéarité requise et qui soit stable vis à vis des variations de température. 20 La correction en gamma peut se faire de diverses fa çons, à l'aide de composants non linéaires. Toutefois, les caractéristiques de ces éléments (diodes, transistors, etc) sont tributaires de la température et il n'est pas possible de mettre à profit la non linéaité de ces éléments sans les immuniser contre 25 les variations de température. On peut compenser leâ. effets de la température en utilisant plusieurs composants, mais on ne parvient pas à obtenir une compensation parfaite avec des circuits simples. On a cherché la solution dans des dispositifs comportant des circuits renfermant une diode,sais il s' est avéré, que ces 30 dispositifs n'apportaient pas une amélioration par rapport aux circuits utilisés jusqu'alors. Le but principal de la présente invention est de fournir un circuit de correction de gamma assurant réellement la compensation de la non linéarité» 35 Un autre but de l'invention est de fournir un circuit de correction du gamma conservant le degré de non linéarité requis en cas de variations de la température. Au cours de recherches effectués en vue de réaliser un correcteur de gamma amélioré, on a étudié les caractéristiques ^0 du transistor à effet de champ. 69 40147 -2 2030077 On sait qu'un transistor à effet de champ a un point de fonctionnement tel que le courant d'évacuation (1-q) n'est pas *ffecté par des variations de température sur une gamme très large de la tension entre l'électrode d'évacuation et l'électrode 5 d'alimentation (v On a cependant découvert qu'une autre partie de la 15 caractéristique de sortie du tranAstor présente la non linéarité requise, et elle ne requiert qu'un signal d'environ 1 V (au maximum). Si l'électrode de porte du transistor est polarisée dans le sens direct (positivement pour un transistor avec canal du type n, négativement pour un transistor avec canal du type p), la 20 courbe du courant d'évacuation résultant (l^) en fonction de la tension entre l'électrode d'évacuation et l'électrode de source (Vdg) entre 0 (Vdg)——> 1 volt a une allure qui correspond presque exactement à la courbe de correction du gamma utilisée dans les systèmes de télévision, De plus, on a constaté qu'il 25 était possible d'obtenir, pour cette caractéristique, un coefficient de température proche de zéro. Si l'on polarise l'électrode de porte du transistor dans le sens direct, l'évacuation reste constante lorsque la température augmente. Cela provient du fait que la baisse du 30 courant d'évacuation provoqué par la dîiaiiration de ïâ mobilité des porteurs majoritaires dans le canal du transistor est compensée par une augmentation de la eonductivité du canal provoquée par l'injection de porteurs minoritairoB ëi partir de l'électrode de porte polarisée dans le sens direct. Bien que là valeur réelle 35 de la tension entre l'électrode de pci-te et l'électrode d'alimentation (Y ) varie légèrement d'HE transistor à l'autre, suivant les degrés de dopage de la porte et dù canal, l'effet reste le même. " On peut même obtenir une meilleure approximation de bO la courbe de gammf ©n polarisant 1vélectrode de porte à une ten- • 69 40147 -3- 2030077 sion juste inférieure à 1 volt. Mais lorsque Vgg est égal à ce niveau de polarisation le courant d'évacuation augmente si la température croît. En introduisant délibérément une résistance dans la aource d'alimentation de l'électrode de porte, on obtient une contre—réaction qui contrecarre cet effet. La tension entre l'électrode de porte et l'électrode d'alimentation diminue à mesure qu'augmente la température, à cause de l'augmentation du courant de porte, et provoque une baisse du courant d'évacuation. On peut faire en sorte que ces effets s'équilibrent dans la gamme étroite de tension V. à utiliser. ds Il est désirable de faire varier la caractéristique de gain du circuit de correction. Toutefois, les extrémités de la courbe La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 est un schéma synoptique d'un système de prise de vues de télévision. La fig. 2 est une courbe caractéristique de correction La fig. 3 représente un dispositif conforme à 1 *in- La fig. h représente une variante du dispositif de la La fig. 5 illustre le fonctionnement du dispositif conrorme a l'invention. La fig. 6 représente un dispositif conforme à l'invention, plus détaillé. La fig. 7 illustre le fonctionnement de ce dispositif. du gamma, vention. fig. 3. si * 69 40147 -4- 2030077 Sur la fig. 1, un système de prise de vues de télévision comporte un tube de caméra (10) comprenant une lentille (11), en vue de la conversion d'une image en un signal électrique qui est transmis à une série de préamplificateurs (12) et ensuite à 5 un dispositif de correction (13). Le dispositif de correction (13) comprend les circuits de correction usuels et assure de façon connue une compensation de fréquence, la correction du niveau de noir, le verrouillage, ^.'addition d'impulsions de suppression horizontales et verticales etc. Le signal vidéo corrigé est trans-10 mis à tin dispositif de contrôle (14) qui contient le circuit de correction en gamin# (15) et divers autres circuits (16) tel qu'un dispositif de correction d'ouverture, etc. Le dispositif (14) fournit finalement un signal vidéo convenable à une sortie (17)« Comme on l'a mentionné ci—dessus, le tube de reproduc-15 tion d'image présente une non linéarité inhérente. Cela signifie que la quantité de lumière incidente engendrée par un signal ne varie pas proportionnellement à la variation de ce signal mais suivant une fonction non linéaire ou gamma. Le circuit de correction en gamma devrait avoir une 20 caractéristique de transmission de: E = ( E. ) o v i7 V2f "E étant la tension de sortie et o E_^ la tension d'entrée. 25 Le facteur gamma peut varier légèrement de tube à tube, mais en pratique on lui donne une valeur nominale de 2,2. Pour compenser des différences entre les tubes de prise de vues, la caractéristique de transmission devrait être ajustable à l'aide d'une seule commande de potentiomètre pour donner 30 des variations de gamma de + 10 et les extrémités de la courbe de transmission devraient rester fixées lorsque la commande de gamma varie. La fig. 2 représente la relation entre la tension d'entrée Eq et la tension de sortie E^, saivant la caractéristique de 35 transmission du circuit de correction en gamma. Les deux extrémités sont notées et elles devraient toujours rester fixes indépendamment de la varaLàtion qui peut se produire dans le dispositif de correction de gamma. La fig. 3 représente un circuit appelé à fournir le 40 signal requis et comportant un transistor à effet de champ (18) 69 40147 -5- 2030077 ayant une électrode de porte (19). une électrode d'évacuation (20) et une électrode d'alimentation (21). Le transistor à effet de champ utilisé, peut par exemple être du type 2N3823. L'électrode d'évacuation (20) du transistor à effet de champ est connectée à 5 l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel à gain élevé de type usuel (22) à entrées différentielles. La borne d'entrée non inverseuse de l'amplificateur reçoit le signal vidéo non corrigé (x). Un potentiel V polarise dans le sens direct le transis-tor à effet de champ (18) de manière qu'il fonctionne dans la 10 région désirée de sa caractéristique . .. On peut même obtenir une approximation de la courbe de gamma en polarisant l'électrode de porte juste au-dessous de 1 volt. Mais avec égal à ce niveau de polarisation le courant d'évacuation augmente si la température croît. En introduisant 15 délibérément une résistance dans la source d'alimentation de l'électrode de porte, on crée une contre—réaction qui contrecarre cet effet. La tension entre l'électrode de porte et l'électrode d'alimentation diminue lorsque la température augmente du fait que le courant de porte augmente, et provoque une baisse du cou-20 rant d'évacuation. On peut faire en sorte que ces effets s'équilibrent sur la gamme étroite /les tensions V^s à utiliser. Sur la fig. 4, les résistances (23) et (2h) servent à polariser convenablement le transistor à effet de champ (18) et à ajouter la résistance dans la source d'alimentation de l'élec-25 trode porte tandis que la résistance (25) (R^) assure une réaction appropriée pour l'amplificateur. Le diviseur de tension (23), (2^) présente l'impédance correcte (approximativement 100 pour les valeurs utilisées à titre d'exemple) dans le circuit de l'électrode de porte de manière à obtenir la compensation de températu— 30 re idéale. Le circuit représenté sur les fig. 3 ©t h engendre une tension Eq = f (x) + x, f(x) étant en fonction de du tran sistor à effet de champ et la tension d'entrée x = V^s. Pour un transistor à effet de champ à canal de type n, V est ajusté au 35 potentiel positif (environ 0,9 volt) où la caractéristique V(jg est automatiquement compensée pour les variations de température. La tension d'entrée (x) est appliquée à l'amplificateur opérationnel à l'entrée non inverséuse et la tension de sortie est alors obtenue en additionnant les deux chutes de tension x et I. a ^0 ce qui donne ^ x, (en supposant:que l'amplificateur 69 40147 -6- 2030077 opérationnel est idéal) et I^R-j = f (*) • A cet effet on peut amener Eq à une valeur appropriée choisissant judicieusement la valeur de R.j (R.j est choisi tel que V^s = x = 1 volt, f (x) = 1 volt et de ce fait E = 2 volts). o ' 5 Si l'on se réfère aux fig. 1 ou 5, la caractéristique de transmission idéale pour la correction de gamma est approximativement égale à f (x). On peut qtême obtenir une meilleur approximation en introduisant une résistance R3E(Fig. h) en travers du transistor à effet de champ et en ajustant sa valeur et celle de 10 VgS pour obtenir la meilleure approximation de la courbe 1^, V^g par rapport à la courbe de gamma» Dans ce cas 1^ est le courant total dans l'électrode d'évacuation du transistor à effet de champ et la résistance R*. Cependant en pratique, on a besoin d'une méthode pour ajuster toute la courbe de gamme à la caracté-15 risque de l'équipement précédent (par exemple, le tube de prise de vues dans des caméras de télévision). XI faut également remarquer que lorsque le circuit de correction de gamma est ajusté, les deux extrémités de la courbe de transmission doivent rester fixées. 20 Le principe consista à soustraire la linéarité de la fonction (x) de la courbe de gamma f(x) .pour former (f (x) - x). La fonction est multipliée par ^ , le |fain du circuit de correction. Ensuite, (x) est ajouté à la fonction o( (f(x) - x). On obtient ainsi 0( (f(x)-x) + x. Les points extrêmes de la courbe sont 25 indépendants de (A. parce que lorsque x = 0 et lorsque x = 1, (f (x)—x) est égal à zéro. Lorsque c( = 1,o((f(x) — x) + x = f(x) qui est la courbe de gamma, et en ajustant de manière à ce qu'il soit différent de î on fait varier effectement. le gamma de la caractéristique de transmission alors que les extrémités de la 30 courbe de gamme restent fixes» Un circuit permettant d'obtenir la relation précitée est représenté sur la fig. 6. Le dispositif de la fig. 6 comporte un transistor à effet de champ à canal de type n (26) comportant une électrode de porte (27), une électrode d'évacuation (28) et une électrode 35 d'alimentation (29). Une paire de résistances (30) et (31) connectées entre une source de. teiision ,+V et un point de référence, par exemple â la masse (o), fournit une tension de polarisation dans le sens direct à l'électrode de porte (27) et introduit une compensation pour la température pour l'électrode de porte. L'é-40 lectrode d'évacuation (28) est couplée_à l'entrée inverseuse 69 40147 -7- 2030077 (32A) d'un amplificateur opérationnel à gain élevé à entrée différentielle (32) qui comporte une boucle de contre-réaction comportant une résistance fixe (33) et une résistance variable (34). Le signal vidéo d'entrée non corrigé est appliqué à l'en-5 trée non inverseuse (32B) de l'amplificateur (32) à travers un réseau RC comportant une résistance (35) montée en parallèle avec un condensateur (36). La borne d'entrée (32B) est également connectée à un circuit diviseur de tension (37) ajustant le niveau, qui comprend une première résistance fixe (38) montée en série 10 avec une résistance variable (39) et une seconde résistance fixe (4o), le tout entre une source de potentiel positif et négatif désignés par +V et -V. Le réseau d'ajustement du niveau (37) n'est pas essentiel pour le fonctionnement du circuit et peut être supprimé. Le signal de sortie apparaissant à la borne de 15 sortie (4l) de l'amplificateur (32) est appliqué à travers un circuit de polarisation comportant les résistances (42) et (43) à l'entrée non inverseuse (44a) d'un deuxième amplificateur opérationnel à entrée différentielle (44), L'amplificateur (44) comporte une résistance de réaction (45) et reçoit le signal vidéo 20 d'entrée à la borne d'entrée inverseuse (44b). Le signal provenant de la borne de sortie (46) de l'amplificateur (44) est transmis S. travers un potentiomètre (47) et une résistance (48) à l'entrée inverseuse (49A) d'un troisième amplificateur opérationnel (49) à entrée différentielle comportant une résistance de 25 contre-réaction (50). Le signal vidéo d'entrée est alors transmis à travers une résistance (51) à l'entrée inverseuse (49A) de l'amplificateur (49) et la borne d'entrée non inverseuse (49B) de l'amplificateur (49) est portée à un potentiel de référence (masse) à travers une résistance (52). 30 Le signal apparaissant à la borne de sortie (53) de l'amplificateur (49) est transmis à travers une résistance de sortie (54) à une charge R^. Les valeurs sont données sur la figure à titre d'exemple et l'invention n'y est nullement limitée. 35 Dans le premier étage de ce circuit = f (x) + x est formé comme on l'a décrit ci-dessus. Ce signal et x est alors appliqué au second amplificateur opérationnel (44) pour engendrer la fonction Yg = 2 (f (x) - x) dans le second étage. La fonction Y3 = ^2 (2 |J(f (x) - x) + x) = - 2 ( (f (x) - x) + x) est formée 40 à l'aide du troisième amplificateur opérationnel (49). La tension 69 40147 - 8- 2030077 à la sortie à laquelle est connectée la charge Eq = \ Y^. Le potentiomètre de contrôle du gamma total est désigné par (47) et la tension au curseur du potentiomètre (47) est égale à |3 fois la tension Yg, et peut être ajusté entre O fô ——> 1. La 5 variable P est égale à (b = de sorte que si l'on fait varier ^ entre O et 1, C( varie entre O et 2. De cette façon, en ajustant le potentiomètre (47) on ajuste la valeur d* . La gamme du contrôle de gamme., est extrêmement large; lorsque — O, la sortie est x et est de ce fait 10 linéaire. Si augmente, la courbe de sortie devient de plus en plus non linéaire en passant par une courbe de gamme approximative f(x) lorsque = 1. Une courbe montrant la relation entre la caractéristique de transmission pour diverses valeur de o( pour le circuit de la fig. 6 est représentée sur la fig.7« 15 Le niveau de sortie est ajusté à zéro volt au début de la periode(lorsque le signal d'entrée x = O) à l'aide du potentiomètre (39) (compensation du décalage de l'amplificateur). Le niveau de sortie aux bornes de la résistance R b peut être ajusté à 1 volt à la fin de la periode (lorsque x = 1 20 volt) à l'aide du potentiomètre (34). En faisant varier le potentiomètre (37) on fait varier la valeur efficace de du dispositif fournissant les courbes de compensation variables représenté» sur les fig. 5 et 7» Lorsqu'il est monté de la façon décrite ci-dessus, le 25 potentiomètre d'ajustage (47) fait varier le gamnrçi de la courbe et les extrémités restent fixées. Si la courbe de gamm^ n'est pas une approximation suffisante pour une certain ajustage du potentiomètre (47) à proximité du milieu de la gamm^l la tension de polarisation continue de l'électrode de porte du transistor 30 à effet de champ peut être modifiée à volonté. A cette fin on peut utiliser une résistance (31) ajustable. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et que le spécialiste pourra imaginer de nombreuses variantes sans sortir du cadre de la présente 35 invention. 69 40147 -9- 2030077 ÏÏEVENDIC ATIONSt 1. Circuit de correction de linéarité caractérisé en ce qu'il comporte un transistor à effet de champ ayant une électrode de porte une électrode d'alimentation et une électrode d'évacua-5 tion, des moyens pour polariser l'électrôde de porte de ce transistor à effet de champ à une tension désirée approchant la caractéristique de correction désirée, cette "tension fournissant une caractéristique à coefficient de temperature nul, le trajet électrode d'alimentation - électrode d'évacuàtion étant couplé à une 10 entrée d'un amplificateur opérationnel à entrée différentielle tandis que le signal non—corrigé est appliqué à l'autre entrée de cet amplificateur, le circuit comportant encore des moyens pour déduire un signal corrigé en linéarité, de la sortie' de cet amplificateur. 15 2. Circuit de correction de linéarité selon la revendica tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance connectée aux bornes du trajet entre l'électrode de source et l'électrode d'évacuation de ce transistor à effet de champ. 3. Un circuit de correction de linéarité selon la reven-20 dication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance dans le circuit d'électrode de porte de ce transistor à effet de champ. 4. Circuit de correction de linéarité selon une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu?il comporte des mo- 25 yens pour polariser dans le sens direct l'électrode de porte du transistor à effet de champ, le trajet électrode d'alimentation éLectrode d'évacuation de ce transistor étant couplé à l'entrée inversense des 'entrées différentielles d'un amplificateur ope-rationnel tandis que le signal non corrigé es appliqué à l'en-30 trée" non-inverseur. 5. Circuit de correction de linéarité selon la revendication k, caractérisé, en ce qu'il comporte un second amplificateur opérationnel â entrée différentielles le sortie du premier amplificateur opérationnel étant couplée à l'entrée non-inversense 35 du second amplificateur opérationnel à entrée différentielle, tandis que le signal non corrigé est appliqué à l'entrée inversense du sécond amplificateur,ce circuit comportant encore des moyens ajustables reliant l'entrée de ce second amplificateur à l'entrée non-inversense d'un troisième amplificateur opération-40 nel, tandis qu'une source de potentiel de référence est connec 69 40147 -10- 2030077 tée à l'entrée inversenae du troisième amplificateur, et des moyens de sortie du troisième amplificateur pour fournir un signal corrigé en linéarité. 6» Un circuit de correction de linéarité selon la reven dication 5» caractérisé en ce qu'il comporte des moyens connecté entre le deuxième et le troisième amplificateur opérationnel, pour faire varies le gain de ce circuit. 7. Circuit de correction de linéarité selon une des re vendications 1, 2, 3» 4, 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de résistance constituant un divieeur de tension connecté â l'électrode de porte du transistor à effet de champ pour lui appliquer une polarisation directe, ce diviseur de tension appliquant à l'électrode de porte une polarisation et une résistance de grandeur suffisante pour permettre à ce transistor de fonctionner dans une portion de sa caractéristique présentant un coefficient de température pratiquement nul.