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【発明の名称】 オシロスコープ輝度制御装置
【発明者】 【氏名】小澤 智

【氏名】吉田 己久忠
【要約】 【課題】オシロスコープの観測波形の繰り返し周波数や掃引レンジによって表示波形の輝度が変動することを抑制すること。

【解決手段】陰極線管１０の管面にはＣＣＤセンサ１１を設け、その出力をビデオ回路１２で処理する。輝度指示２１を受けたＣＰＵ４は、電子ビーム電流値を決めるＺ軸出力を設定する。同時にビデオ信号の利得値を指示する信号２７により、自動利得制御回路１３の利得を設定する。ビデオ信号２９が小さい時には大きな利得で、大きな時には小さな利得で増幅してビデオ信号２９の振幅（輝度）が一定値に近づくように利得制御され表示部１９において表示される。観測波形の繰り返し周波数に関する情報もＣＰＵ４に印加するならば、輝度は一層一定値に近ずく。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 観測すべき波形を電子ビームによって蛍光面（９）に描くための陰極線管（１０）と、前記電子ビームを得るためのＺ軸出力を前記陰極線管（１０）に印加するＺ軸回路（８）と、輝度指示信号（２１）を受けて、それに対応する前記電子ビームを得るためのＺ軸出力の値を前記Ｚ軸回路（８）に印加し、同時に、自動利得制御補正指示信号（２７）を出力するためのＣＰＵ手段（４）と、前記蛍光面（９）に描かれた波形を読み取るためのセンサ手段（１１）と、前記センサ手段（１１）が読み取った信号（２８）を処理してビデオ信号（２９）を得るためのビデオ回路（１２）と、前記自動利得制御補正指示信号（２７）の指示により、前記ビデオ信号（２９）の振幅が所定値になるように利得を制御して増幅されたビデオ信号（３０）を得るための自動利得制御回路（１３）と、前記増幅されたビデオ信号（３０）の振幅に応じた輝度で波形を表示するための表示手段（１４，１９）とを含むオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項２】 前記ＣＰＵ手段（４）が、前記輝度指示信号（２１）の値が所定値（Ｂ1 ）を越えた場合には、一定の利得（Ａmax ）を指示する自動利得制御補正指示信号（２７）を出力するように動作する請求項１のオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項３】 観測すべき波形を電子ビームによって蛍光面（９）に描くための陰極線管（１０）と、前記電子ビームを得るためのＺ軸出力を前記陰極線管（１０）に印加するＺ軸回路（８）と、輝度指示信号（２１），掃引レンジ指示信号（２２）および前記観測すべき波形の繰り返し周波数に対応したカウント値（２６）を受けて、それらに対応する前記電子ビームを得るためのＺ軸出力の値を前記Ｚ軸回路（８）に印加し、同時に、自動利得制御補正指示信号（２７）および前記カウント値（２６）を得るためのリセット信号（２５）を出力するためのＣＰＵ手段（４）と、前記蛍光面（９）に描かれた波形を読み取るためのセンサ手段（１１）と、前記センサ手段（１１）が読み取った信号（２８）を処理してビデオ信号（２９）を得るためのビデオ回路（１２）と、前記自動利得制御補正指示信号（２７）の指示により、前記ビデオ信号（２９）の振幅が所定値になるように利得を制御して増幅されたビデオ信号（３０）を得るための自動利得制御回路（１３）と、前記増幅されたビデオ信号（３０）の振幅に応じた輝度で波形を表示するための表示手段（１４，１９）とを含むオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項４】 前記観測すべき波形の期間を表すゲート信号（２４）の数を前記リセット信号（２５）を受けるまでカウントして前記カウント値（２６）として出力するためのカウンタ（５）を含んでいる請求項３のオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項５】 前記観測すべき波形の期間を表すゲート信号（２４）を受ける毎に階段を進めて、前記リセット信号（２５）を受けた時の階段の高さ（ＶC）に応じた値を前記カウント値（２６）として出力するためのゲート信号（２４）の周波数を測定する周波数測定手段（６）を含んでいる請求項３のオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項６】 前記ＣＰＵ手段（４）が、前記カウント値（２６）としてゼロを受けたときに、最小の利得を指示する自動利得制御補正指示信号（２７）を出力する（Ｓ１４，Ｓ１８）ように動作する請求項３のオシロスコープ輝度制御装置。
【請求項７】 前記周波数測定手段（６）が、前記ゲート信号（２４）を受ける毎に進む階段波（４９）を出力する階段波発生器（４１）と、前記リセット信号（２５）を受けたときに前記階段波（４９）をリセットするためのリセット手段（４２）と、前記リセット信号（２５）を受けたときの前記階段波（４９）の振幅（ＶC ）をＡＤ変換して前記カウント値（２６）を得るＡＤ変換器（４３）とを含んでいる請求項５のオシロスコープ輝度制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はオシロスコープ輝度制御装置に関する。具体的には、観測波形の繰り返し周波数や掃引レンジにかかわらず一定の輝度で波形表示できるオシロスコープを提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】陰極線管（ブラウン管）に波形を表示して観測するオシロスコープにおいて、繰り返し周波数が低く、掃引速度が速い（１回の掃引期間が短い）場合には、管面に表示される波形は輝度が十分ではなく、暗いために、観測が困難であった。
【０００３】そこで陰極線管の表示波形を直接目視するのではなく、ＣＣＤ（チャージ・カップルド・デバイス）センサによりビデオ信号化して、それをビデオ表示することによって明るい波形を観測できるようにしていた。
【０００４】図１３にはＣＣＤセンサを用いた場合の回路構成が示されている。陰極線管１０の管面に観測波形が表示される。そのカソードにはＺ軸回路８が接続され、ＣＰＵ（中央処理ユニット）４からの指示に従った輝度を発生するように電子ビーム電流を制御している。観測者は、可変抵抗器、あるいはポテンショメータである輝度指示器２を操作して所望の輝度を輝度指示信号２１としてＣＰＵ４に入力している。この輝度指示信号２１にもとづいて、ＣＰＵ４は輝度指示をＺ軸回路８に出している。
【０００５】陰極線管１０の管面上にはＣＣＤセンサ１１があり、管面上の波形をこれで読みとる。そのＣＣＤ出力２８はビデオ回路１２において処理され、ビデオ信号２９となる。このビデオ信号２９はＡＤ変換器１４でＡＤ変換され、表示部１９において、ビデオ表示される。
【０００６】図１４には陰極線管１０とＣＣＤセンサ１１とその出力が示されている。陰極線管１０のカソードＫとグリッドＧとの間にＺ軸回路８の出力が印加され、そのＺ軸回路８の出力に応じた電子ビームが放射され、偏向されて、蛍光面９上に輝線を描く。その輝線は、管面に貼り付けてあるＣＣＤセンサ１１によって電気信号に変換される。
【０００７】蛍光面９上の輝線の断面の輝度Ｉと輝線の中心位置Ｘ0 を中心にした輝度の変化は曲線Ｓによって表される。矢印５１の方向を見ると、輝線の中心位置Ｘ0 において輝度の最大値を示し、輝線がある程度の幅を有している。
【０００８】図１５（ａ）には輝度と輝線幅の関係が、（ｂ）には、輝度とＺ軸出力の関係が示されている。同図（ａ）において、曲線Ｓa は図１４の曲線Ｓに同じである。曲線Ｓb およびＳc において、位置Ｘ0 における輝度Ｉb ，Ｉc は曲線Ｓa の輝度Ｉa よりも大きく、Ｉa ＜Ｉb ＜Ｉc の関係があり、曲線Ｓb の輝線幅は曲線Ｓa のそれよりも太く、曲線Ｓc の輝線幅はさらに太くなって、いわゆるハレーションを起こしている。
【０００９】図１５（ｂ）は、これらの輝度Ｉが観測波形の繰り返し周波数によっても大きく影響されることを示している。その縦軸は輝度Ｉを、横軸はＺ軸出力の値をとり、曲線Ｄa は波形の繰り返し周波数が低い場合を、曲線Ｄb は波形の繰り返し周波数が高い場合を示している。
【００１０】繰り返し周波数が低い波形で、Ｚ軸出力としてＺa を印加したとき、その波形は輝度Ｉa で表示されている。繰り返し周波数が高い波形でＺ軸出力としてＺbあるいはＺc を印加したとき、その波形は輝度Ｉb あるいはＩc で表示がなされる。Ｚ軸出力Ｚa ，Ｚb ，Ｚc は近似の値であり、Ｚb ＜Ｚa ＜Ｚc であるにもかかわらず、その輝度Ｉa ，Ｉb ，Ｉc はＩa ＜Ｉb ＜Ｉc となり、その値の差も大きなものとなっている。繰り返し周波数によって大きな輝度の差異を生ずる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】陰極線管面上の波形を直接目視するやり方では、繰り返し周波数の低い波形は暗くなり観測が困難となる。それを解決するには電子ビームの加速電圧を上げて蛍光体を強く叩く方法があるが、高圧を要する、偏向感度が下がる、および蛍光体の焼き付きを生ずるという問題があった。
【００１２】この問題を解決するために図１３および図１４に示したＣＣＤセンサとの組合せで高輝度化する方法がとられている。しかし、図１５で説明したように、繰り返し周波数によって、表示される波形の輝度が大きく変動するために、表示される波形の輝線幅も大きく変動し、ときにはハレーションを生じてしまうという解決されなければならない課題が残されていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】陰極線管の管面上にはＣＣＤセンサを設け、そのＣＣＤ出力をビデオ回路において処理してビデオ信号を得る。表示波形の輝度を指示する輝度指示信号を受けたＣＰＵは、陰極線管の電子ビーム電流値を決定してＺ軸回路に印加し電子ビーム電流を流す。ＣＰＵは同時にビデオ信号の利得値も決定して自動利得制御補正指示信号を出力する。
【００１４】ビデオ回路からのビデオ信号を増幅する自動利得制御回路は、ＣＰＵからの自動利得制御補正指示信号にもとづいてビデオ信号に対する自動利得制御を行う。
【００１５】ここでは、ビデオ信号が小さいとき（輝度が小さいとき）には大きな利得で増幅し、ビデオ信号が大きいとき（輝度が大きいとき）には小さな利得で増幅し、増幅されたビデオ信号の振幅を輝度指示信号にもとづいた一定値に近づくように制御する。これがＡＤ変換され、表示されるから、表示された波形の輝度は、その繰り返し周波数や掃引レンジにかかわらず、一定値に近づく。
【００１６】さらに、観測波形の繰り返し周波数および掃引レンジによって表示される輝度が大きく左右され易いから、この繰り返し周波数と掃引レンジ情報も考慮して電子ビーム電流値と自動利得制御補正とを決定することができるようにもしている。これにより、表示される波形輝度は、より一層、一定値に近づく。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１には発明の実施の形態を示す回路構成図が示されている。ここで図１３に示した構成要素に対応するものについては同じ記号を付した。
【００１８】陰極線管１０の管面に観測波形が表示される。そのカソードにはＺ軸回路８が接続され、ＣＰＵ（中央処理ユニット）４からの指示に従った輝度を発生するように電子ビーム電流を制御している。観測者は、可変抵抗器、あるいはポテンショメータである輝度指示器２を操作して所望の輝度を輝度指示信号２１としてＣＰＵ４に入力している。この輝度指示信号２１にもとづいて、ＣＰＵ４は輝度指示をＺ軸回路８に出している。
【００１９】陰極線管１０の管面上にはＣＣＤセンサ１１があり、管面上の波形をこれで読みとる。そのＣＣＤ出力２８はビデオ回路１２において処理され、ビデオ信号２９となる。このビデオ信号２９は、自動利得制御回路１３で増幅される。この自動利得制御回路１３には、ＣＰＵ４から輝度指示信号２１にもとづく自動利得制御補正信号２７が印加されている。自動利得制御回路１３においては、大きな振幅のビデオ信号２９に対しては小さな利得で増幅し、小さな振幅のビデオ信号２９に対しては大きな利得で増幅して、増幅されたビデオ信号３０を得る。この増幅されたビデオ信号３０はＡＤ変換器１４でＡＤ変換され、表示部１９において、ビデオ表示される。
【００２０】図２（ａ）には輝度指示信号２１に対するＺ軸回路８の出力と、同図（ｂ）には輝度指示信号２１に対する自動利得制御回路１３の利得の関係が示されている。
【００２１】輝度指示信号２１の輝度指示値Ｂが大きくなるに従って、Ｚ軸回路８の出力であるＺ軸出力（電子ビームの電流値）Ｚは増大するが、自動利得制御回路１３の利得Ａは、輝度指示値Ｂ1 迄は増大して利得Ａmax を示し、それ以上は輝度指示値Ｂmax になっても増大はせず利得Ａmax のままである。輝度指示値Ｂ1 を越えた後は利得Ａが一定値となるようにしているのは、たとえば、輝度指示値がＢmax に近い値であり、観測波形の繰り返し周波数が低いときには利得Ａが大きくなり過ぎ、ノイズまでも増幅してしまうことを防止するためである。繰り返し周波数の低い波形の観測時に、ノイズまでも過度に増幅せずに適当な明るさで波形を観測することができる。
【００２２】図３には、自動利得制御回路１３の動作を示す特性図が示されている。同図（ａ）はビデオ信号２９における波形を表す輝線の中心位置Ｘ0 の輝度Ｉ1 が大きい場合を、同図（ｂ）はビデオ信号２９における波形を表す輝線の中心位置Ｘ0の輝度Ｉ2 が小さい場合を示している。
【００２３】すなわち、Ｉ1 ＞Ｉ2 である。このビデオ信号２９が自動利得制御回路１３で増幅されたとき、増幅されたビデオ信号３０の輝度は（ａ）および（ｂ）の双方の場合にＩ0 となる。大きな振幅を示す輝度Ｉ1 に対しては、利得Ａ1 ＝Ｉ0 ／Ｉ1 （図３（ａ）の場合）、小さな振幅を示す輝度Ｉ2 に対しては、利得Ａ2 ＝Ｉ0 ／Ｉ2 （図３（ｂ）の場合）となる利得Ａを示す。このようにして増幅されたビデオ信号３０の輝度Ｉは一定のＩ0 になる。
【００２４】図４には入力信号の繰り返し周波数に対するビデオ信号２９と増幅されたビデオ信号３０の輝度Ｉの関係を示している。観測波形の繰り返し周波数が低い場合のビデオ信号２９−１と、繰り返し周波数が高い場合のビデオ信号２９−２である。
【００２５】それぞれの曲線上の点Ｐ１（Ｚ1 ，Ｉ1 ）点Ｐ２（Ｚ2 ，Ｉ2 ）がある。Ｚ1，Ｚ2 はそれぞれのＺ軸出力を、Ｉ1 ，Ｉ2 はそれぞれの輝度（ビデオ信号の振幅）を表している。このような点Ｐ１，Ｐ２のビデオ信号２９−１，２９−２が自動利得制御回路１３で増幅されると、増幅されたビデオ信号３０上の点Ｐ３，Ｐ４に示す関係になり、Ｚ軸出力はそれぞれＺ1 ，Ｚ2 のままであるが、輝度はＩ3 ，Ｉ4 になって、その輝度の差はほとんどなくなる。
【００２６】図５には実施例１の回路構成が示されている。ここで図１に示した構成要素に対応するものについては同じ記号を付した。
【００２７】陰極線管１０の管面に観測波形が表示される。そのカソードにはＺ軸回路８が接続され、ＣＰＵ（中央処理ユニット）４からの指示に従った輝度を発生するように電子ビーム電流を制御している。観測者は、可変抵抗器、あるいはポテンショメータである輝度指示器２およびオシロスコープの時間軸である掃引速度を指示する掃引レンジ指示器３を操作して所望の輝度を輝度指示信号２１として、また所望の掃引速度を掃引レンジ指示信号２２として、ＣＰＵ４に入力している。
【００２８】観測波形に同期したトリガ信号２３がゲート発生器７に印加されゲート信号２４を発生する。このゲート発生器７は、オシロスコープの掃引用のこぎり波を発生するためのゲート発生器である。したがって、多くの場合において、トリガ信号の繰り返し周波数は観測波形の繰り返し周波数に一致している。
【００２９】カウンタ５は、ＣＰＵ４からあらかじめ定めた間隔でリセット信号２５を受けており、ゲート信号２４の数をカウント開始し、次のリセット信号２５を受ける直前のカウント値２６をＣＰＵ４に送る。この輝度指示信号２１、掃引レンジ指示信号２２およびカウント値２６にもとづいて、ＣＰＵ４は輝度指示をＺ軸回路８に出している。
【００３０】陰極線管１０の管面上にはＣＣＤセンサ１１があり、管面上の波形をこれで読みとる。そのＣＣＤ出力２８はビデオ回路１２において処理され、ビデオ信号２９となる。このビデオ信号２９は、自動利得制御回路１３で増幅される。この自動利得制御回路１３には、ＣＰＵ４から輝度指示信号２１、掃引レンジ指示信号２２およびカウント値２６にもとづく自動利得制御補正信号２７が印加されている。
【００３１】自動利得制御回路１３においては、大きな振幅のビデオ信号２９に対しては小さな利得で増幅し、小さな振幅のビデオ信号２９に対しては大きな利得で増幅して、増幅されたビデオ信号３０を得る。この増幅されたビデオ信号３０はＡＤ変換器１４でＡＤ変換され、表示部１９において、ビデオ表示される。
【００３２】図６（ａ）および（ｂ）にはカウント値２６の値Ｃに対する自動利得制御回路１３の利得ＡおよびＺ軸出力Ｚの関係が示されている。カウント値２６がＣ1 であるときに、利得Ａ1 が設定されＺ軸出力Ｚ1 が出力される。カウント値Ｃがゼロに近い値であるときに利得Ａmax およびＺ軸出力Ｚmax を示している。最大のカウント値Ｃmax のときに最小の利得Ａmin および最小のＺ軸出力Ｚmin を示している。
【００３３】図７には、図５におけるＣＰＵ４の初期設定動作の流れが示されている。動作を開始すると、掃引レンジ指示器３および輝度指示器２からの掃引レンジ指示信号２２および輝度指示信号２１の入力を確認する（Ｓ１，Ｓ２）。ともに指示があったことを確認すると（Ｓ３Ｙ）、リセット信号２５を出力する間隔、すなわち、カウンタの計数時間を設定して初期設定を終了する（Ｓ４）。
【００３４】図８には波形観測時のＣＰＵ４の動作の流れが示されている。図７に示した初期設定が終ると、カウンタ５からのカウント値２６の入力を所定の時間待って、その値を読む（Ｓ１１）。そこでリセット信号２５が出されてカウンタ５はリセットされる（Ｓ１２）。カウント値Ｃがゼロの場合には（Ｓ１３Ｙ）、観測されるべき入力信号がなかったと判断される（Ｓ１４）。カウント値Ｃがゼロでなかった場合には（Ｓ１３Ｎ）、Ｚ軸出力の値Ｚを図６（ｂ）から算出し（Ｓ１５）、Ｚ軸回路８から陰極線管１０に対して出力される（Ｓ１６）。
【００３５】つぎに図６（ａ）から利得Ａの値が算出され（Ｓ１７）、利得値が設定される（Ｓ１８）。ここで、ステップ１３において、カウント値Ｃがゼロではないが、ゼロに近い値であったときは利得Ａは図６（ａ）のようにＡmax を設定する。しかし、ステップ１３において、カウント値Ｃがゼロと判断されたときには（Ｓ１３Ｙ）、入力信号はないのであるからこのときには利得ＡをＡmax とせずにＡmin あるいはそれよりも小さな値に設定して、ノイズの発生を抑制するようにしてもよい。
【００３６】図９には実施例２の回路構成が示されている。ここで図５に示した構成要素に対応するものについては同じ記号を付した。
【００３７】陰極線管１０の管面に観測波形が表示される。そのカソードにはＺ軸回路８が接続され、ＣＰＵ（中央処理ユニット）４からの指示に従った輝度を発生するように電子ビーム電流を制御している。観測者は、可変抵抗器、あるいはポテンショメータである輝度指示器２およびオシロスコープの時間軸である掃引速度を指示する掃引レンジ指示器３を操作して所望の輝度を輝度指示信号２１として、また所望の掃引速度を掃引レンジ指示信号２２として、ＣＰＵ４に入力している。
【００３８】観測波形に同期したトリガ信号２３がゲート発生器７に印加されゲート信号２４を発生する。このゲート発生器７は、オシロスコープの掃引用のこぎり波を発生するためのゲート発生器である。したがって、多くの場合において、トリガ信号の繰り返し周波数は観測波形の繰り返し周波数に一致している。
【００３９】周波数測定部６は、ＣＰＵ４からあらかじめ定めた間隔でリセット信号２５を受けており、ゲート信号２４の数に応じて出力レベルアップを開始し、次のリセット信号２５を受ける直前のカウント値２６をＣＰＵ４に送る。この輝度指示信号２１、掃引レンジ指示信号２２およびカウント値２６にもとづいて、ＣＰＵ４は輝度指示をＺ軸回路８に出している。
【００４０】陰極線管１０の管面上にはＣＣＤセンサ１１があり、管面上の波形をこれで読みとる。そのＣＣＤ出力２８はビデオ回路１２において処理され、ビデオ信号２９となる。このビデオ信号２９は、自動利得制御回路１３で増幅される。この自動利得制御回路１３には、ＣＰＵ４から輝度指示信号２１、掃引レンジ指示信号２２およびカウント値２６にもとづく自動利得制御補正信号２７が印加されている。
【００４１】自動利得制御回路１３においては、大きな振幅のビデオ信号２９に対しては小さな利得で増幅し、小さな振幅のビデオ信号２９に対しては大きな利得で増幅して、増幅されたビデオ信号３０を得る。この増幅されたビデオ信号３０はＡＤ変換器１４でＡＤ変換され、表示部１９において、ビデオ表示される。
【００４２】図１０には周波数測定部６の回路構成が示されている。ここでゲート信号２４を受ける毎に１段の階段を進めて階段波４９を階段波発生器４１が発生する。この階段波４９はリセット・スイッチ４２により、リセット信号２５のタイミングでリセットされる。リセットの直前の階段波４９の値はＡＤ変換器４３でＡＤ変換され、周波数値３１としてＣＰＵ４に送出される。
【００４３】図１１および図１２には、周波数測定部６の動作を示すタイムチャートが示されている。図１１はゲート信号２４の繰り返し周波数の低い場合が図１２はゲート信号２４の繰り返し周波数の高い場合が示されている。（ａ）のゲート信号２４が１個印加される毎に、（ｂ）の階段波４９は１段階段を進める。この階段は、（ｃ）のリセット信号２５が印加されることによりリセットされる。そのリセット直前の階段波４９の振幅ＶC の値はＡＤ変換器４３でＡＤ変換され、カウント値２６としてＣＰＵ４に送出される。ここで、カウント値２６はゲート信号２４の周波数を正確に表しているものではない。ゲート信号２４の周波数値にたとえば、比例関係（あるいは対数関係）のある数値を表すものであればよい。
【００４４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明によるならば、オシロスコープを使用する場合に、観測波形の繰り返し周波数や掃引レンジの変動にもかかわらず、いつも一定の輝度で測定することが可能になった。
【００４５】また、実施例１および２で示したように、波形表示の際の輝度を決定する場合の条件に、観測波形の繰り返し周波数の要素をも取り入れるようにしたから、より一層、一定の輝度で波形観測することができるようになった。したがって、本発明の効果は極めて大きい。
【出願人】 【識別番号】００００００１８１
【氏名又は名称】岩崎通信機株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月２３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】内田 公三 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−２７１３６２
【公開日】 平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】 特願平１０−９４１２６