(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光源と、
前記半導体光源に直列接続された第１のスイッチング素子と、
ＰＷＭ信号が活性化されているときに第１の制御信号を活性化して前記第１のスイッチング素子をオン状態とする駆動回路と、
第２の制御信号に従ってスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子を含み、前記第１のスイッチング素子がオン状態であるときに前記半導体光源に電流を供給するスイッチング電源回路と、
前記半導体光源に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出部と、
前記ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って変化する電圧を有する補償信号を生成する補償回路と、
電流制御信号と前記補償信号とを所定の比率で加算する加算回路と、
前記加算回路の出力信号と前記第１の電流検出信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記第２のスイッチング素子に流れる電流を検出して第２の電流検出信号を出力する第２の電流検出部と、
前記第２の電流検出信号と前記誤差信号とに基づいて前記第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路と、
を備える光源装置。
【請求項２】
前記補償回路が、前記ＰＷＭ信号のオンデューティー比に比例する電圧を有する補償信号を生成する積分回路を含む、請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記加算回路の出力信号の電圧が所定の電圧を超えないように制限する電圧制限回路をさらに備える、請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記スイッチング電源回路が、
前記半導体光源と前記第２のスイッチング素子との間に接続されたインダクターと、
前記インダクターの一端と電源ノードとの間に接続されたキャパシターと、
前記インダクターの他端に接続されたアノード及び前記電源ノードに接続されたカソードを有するダイオードと、
をさらに含み、前記第１及び第２のスイッチング素子がオン状態であるときに、前記半導体光源及び前記インダクターに電流が流れて前記インダクターにエネルギーが蓄積され、前記第１のスイッチング素子がオン状態で前記第２のスイッチング素子がオフ状態であるときに、前記インダクターに蓄積されたエネルギーによって前記半導体光源及び前記ダイオードに電流が流れる、請求項１〜３のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の光源装置を備える投写型表示装置。
【請求項６】
ＰＷＭ信号が活性化されているときに第１の制御信号を活性化して、半導体光源に直列接続された第１のスイッチング素子をオン状態とする駆動回路と、
前記第１のスイッチング素子がオン状態であるときに前記半導体光源に電流を供給するスイッチング電源回路においてスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子を制御する第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路と、
前記半導体光源に直列接続された第１の電流検出素子に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出回路と、
前記ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って変化する電圧を有する補償信号を生成する補償回路と、
電流制御信号と前記補償信号とを所定の比率で加算する加算回路と、
前記加算回路の出力信号と前記第１の電流検出信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラーアンプと、
前記第２のスイッチング素子に直列接続された第２の電流検出素子に流れる電流を検出して第２の電流検出信号を出力する第２の電流検出回路と、
を備え、前記スイッチング電源制御回路が、前記第２の電流検出信号と前記誤差信号とに基づいて前記第２の制御信号を生成する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体光源を用いた光源装置、及び、そのような光源装置を用いた投写型表示装置に関する。さらに、本発明は、そのような光源装置において用いられるのに適した半導体装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーダイオードや発光ダイオード等の半導体光源を用いる光源装置において明るさを調節する手法として、デジタル調光とアナログ調光とが知られている。例えば、デジタル調光は、半導体光源に直列に接続されたスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）制御して、半導体光源に電流が流れる期間の長さを調節することによって実現される。一方、アナログ調光は、半導体光源に電流又は電圧を供給するスイッチング電源回路を制御して、半導体光源に流れる電流の大きさを調節することによって実現される。
【０００３】
しかしながら、半導体光源に電流を流すと、半導体光源の接合部の温度が上昇して順方向電圧が低下する。半導体光源の光出力（光束）は供給される電流と順方向電圧とによって定まるので、半導体光源の接合部の温度が上昇すると、順方向電圧が低下して、半導体光源に一定の電流を供給していても光出力が低下してしまうという現象が起こる。
【０００４】
関連する技術として、特許文献１には、ＰＷＭ制御のオン時間比によって半導体レーザーダイオードのジャンクション部の温度が変化し、半導体レーザーダイオードのフォワード電圧が変化することが記載されている。その結果、デジタル調光において、ＰＷＭ制御のオン時間比と実際の半導体光源の光出力とが比例しないという問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２２５２８５号公報（段落００２９−００３２、図１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、目標値設定部１０８（図１）が、図３の実線で示される実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて、目標平均電流値を設定するための目標値テーブル１０８ａを設定している。この目標平均電流値と半導体レーザーダイオード１０２の平均電流値とを比較し、比較出力を用いてスイッチング電源１０１をフィードバック制御すれば、半導体レーザーダイオード１０２の平均電流値が、ＰＷＭ制御のオン時間比に対応して目標値設定部１０８によって設定される目標平均電流値に等しくなる。
【０００７】
しかしながら、半導体レーザーダイオード１０２の特性にはばらつきがあるので、出荷前に製品毎に１つずつ電流値を調整する必要がある。また、目標値テーブル１０８ａをＲＯＭに書き込んでしまうと、半導体レーザーダイオード１０２が変更された場合に、目標値テーブル１０８ａを書き換えることができない。目標値テーブル１０８ａを変更するためには、ＲＯＭを内蔵したＩＣを交換する必要がある。一方、目標値テーブル１０８ａをフラッシュメモリー等に書き込む場合にも、目標値テーブル１０８ａを書き換えるためには多くの工数を要する。
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の目的は、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源の光出力のリニアリティーを改善することである。また、本発明の第２の目的は、そのような光源装置を用いた投写型表示装置を提供することである。さらに、本発明の第３の目的は、そのような光源装置において用いられるのに適した半導体装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の第１の観点に係る光源装置は、半導体光源と、半導体光源に直列接続された第１のスイッチング素子と、ＰＷＭ信号が活性化されているときに第１の制御信号を活性化して第１のスイッチング素子をオン状態とする駆動回路と、第２の制御信号に従ってスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子を含み、第１のスイッチング素子がオン状態であるときに半導体光源に電流を供給するスイッチング電源回路と、半導体光源に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出部と、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って変化する電圧を有する補償信号を生成する補償回路と、電流制御信号と補償信号とを所定の比率で加算する加算回路と、加算回路の出力信号と第１の電流検出信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラーアンプと、第２のスイッチング素子に流れる電流を検出して第２の電流検出信号を出力する第２の電流検出部と、第２の電流検出信号と誤差信号とに基づいて第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路とを備える。
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、補償回路がＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って補償信号を生成し、加算回路が電流制御信号と補償信号とを所定の比率で加算するので、加算回路の出力信号に基づいてスイッチング電源回路を制御することにより、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源の光出力のリニアリティーを改善することができる。
【００１１】
ここで、補償回路が、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に比例する電圧を有する補償信号を生成する積分回路を含むようにしても良い。その場合には、比較的簡単なアナログ回路である積分回路を用いて補償回路が構成されるので、積分回路に含まれている抵抗又はキャパシターを外付け部品とすることにより、光源装置の出荷前に半導体光源の特性のばらつきに応じて補償特性を調整することができる。
【００１２】
また、光源装置が、加算回路の出力信号の電圧が所定の電圧を超えないように制限する電圧制限回路をさらに備えるようにしても良い。それにより、電流制御信号又は補償信号の電圧が高くなっても半導体光源に過電流が流れることを防止して、半導体光源に流れる電流が定格電流を超えたり、光源装置又はその光源装置が搭載された投射型表示装置等の消費電力が定格電力を超えたりすることを防ぐことができる。
【００１３】
以上において、スイッチング電源回路が、半導体光源と第２のスイッチング素子との間に接続されたインダクターと、インダクターの一端と電源ノードとの間に接続されたキャパシターと、インダクターの他端に接続されたアノード及び電源ノードに接続されたカソードを有するダイオードとをさらに含み、第１及び第２のスイッチング素子がオン状態であるときに、半導体光源及びインダクターに電流が流れてインダクターにエネルギーが蓄積され、第１のスイッチング素子がオン状態で第２のスイッチング素子がオフ状態であるときに、インダクターに蓄積されたエネルギーによって半導体光源及びダイオードに電流が流れるようにしても良い。
【００１４】
そのようなスイッチング電源回路において、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って第２の制御信号のオンデューティー比を増大させることにより、第２のスイッチング素子がオン状態になっている期間が長くなるので、半導体光源に流れる電流が増加する。それにより、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きいときに、半導体光源の接合部の温度が上昇して順方向電圧が低下しても、半導体光源に供給される電力を一定に近付けることができる。
【００１５】
本発明の第２の観点に係る投写型表示装置は、上記いずれかの光源装置を備える。本発明の第２の観点によれば、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源の光出力のリニアリティーを改善した光源装置を用いて、投写される画像の輝度を正確に制御することができる。
【００１６】
本発明の第３の観点に係る半導体装置は、ＰＷＭ信号が活性化されているときに第１の制御信号を活性化して、半導体光源に直列接続された第１のスイッチング素子をオン状態とする駆動回路と、第１のスイッチング素子がオン状態であるときに半導体光源に電流を供給するスイッチング電源回路においてスイッチング動作を行う第２のスイッチング素子を制御する第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路と、半導体光源に直列接続された第１の電流検出素子に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出回路と、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って変化する電圧を有する補償信号を生成する補償回路と、電流制御信号と補償信号とを所定の比率で加算する加算回路と、加算回路の出力信号と第１の電流検出信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラーアンプと、第２のスイッチング素子に直列接続された第２の電流検出素子に流れる電流を検出して第２の電流検出信号を出力する第２の電流検出回路とを備え、スイッチング電源制御回路が、第２の電流検出信号と誤差信号とに基づいて第２の制御信号を生成する。
【００１７】
本発明の第３の観点によっても、電流制御信号とＰＷＭ信号のオンデューティー比に従う補償信号とを所定の比率で加算する加算回路の出力信号に基づいてスイッチング電源回路を制御することにより、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源の光出力のリニアリティーを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源装置の構成例を示す回路図。
【図２】図１に示す補償回路の構成例を示す回路図。
【図３】ＰＷＭ信号のオンデューティー比と半導体光源の温度との関係を示す図。
【図４】半導体光源の接合部の温度と順方向電圧との関係を示す図。
【図５】半導体光源の順方向電圧と半導体光源に供給される電流との関係を示す図。
【図６】本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。
＜光源装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る光源装置の構成例を示す回路図である。図１に示すように、この光源装置は、半導体装置（ＩＣ）１００と、半導体光源１１０と、ＮチャネルＭＯＳトランジスターＱＮ１及びＱＮ２と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、ツェナーダイオードＤ４と、インダクターＬ１と、キャパシターＣ１〜Ｃ６と、抵抗Ｒ１〜Ｒ４とを含んでいる。
【００２０】
光源装置のノードＮ１には、高電位側の電源電位ＶＤＤ（例えば、５０Ｖ）が供給され、ノードＮ２には、低電位側の電源電位ＶＳＳが供給される。図１には、電源電位ＶＳＳが接地電位（０Ｖ）である場合が示されている。ノードＮ１とノードＮ２との間には、抵抗Ｒ１と、半導体光源１１０と、トランジスターＱＮ１と、インダクターＬ１と、トランジスターＱＮ２と、抵抗Ｒ２とが直列に接続されている。
【００２１】
抵抗Ｒ１は、ノードＮ１と半導体光源１１０の一端との間に接続され、半導体光源１１０に流れる電流を検出するための第１の電流検出素子であり、例えば、５０ｍΩ〜１００ｍΩ程度の小さい抵抗値を有している。半導体光源１１０は、例えば、少なくとも１つのレーザーダイオード又は発光ダイオード等を含み、供給される電流の大きさに応じた明るさで発光する。半導体光源１１０の光出力（光束）は、供給される電流と順方向電圧とによって定まる。
【００２２】
トランジスターＱＮ１は、ＰＷＭ制御によるデジタル調光のために半導体光源１１０に直列接続された第１のスイッチング素子であり、半導体光源１１０の他端に接続されたドレインと、インダクターＬ１の一端に接続されたソースと、キャパシターＣ５を介して第１の制御信号ＤＤＲＶが印加されるゲートとを有している。トランジスターＱＮ１は、第１の制御信号ＤＤＲＶがハイレベルに活性化されているときにオン状態となり、第１の制御信号ＤＤＲＶがローレベルに非活性化されているときにオフ状態となる。
【００２３】
第１の制御信号ＤＤＲＶが交互に活性化及び非活性化されると、トランジスターＱＮ１がスイッチング動作を行う。従って、第１の制御信号ＤＤＲＶのデューティー比を変化させることにより、半導体光源１１０に電流が流れる期間を変化させてデジタル調光を行うことができる。なお、ＮチャネルＭＯＳトランジスターＱＮ１の替りにＰチャネルＭＯＳトランジスターを用いても良いが、その場合には、図１に示す回路の一部が変更される。
【００２４】
トランジスターＱＮ２は、ダイオードＤ１、インダクターＬ１、及び、キャパシターＣ４等と共にスイッチング電源回路を構成する第２のスイッチング素子であり、インダクターＬ１の他端に接続されたドレインと、抵抗Ｒ２を介してノードＮ２に接続されたソースと、第２の制御信号ＧＡＴＥが印加されるゲートとを有している。トランジスターＱＮ２は、第２の制御信号ＧＡＴＥがハイレベルに活性化されているときにオン状態となり、第２の制御信号ＧＡＴＥがローレベルに非活性化されているときにオフ状態となる。
【００２５】
第２の制御信号ＧＡＴＥが交互に活性化及び非活性化されると、トランジスターＱＮ２がスイッチング動作を行う。トランジスターＱＮ２が第２の制御信号ＧＡＴＥに従ってスイッチング動作を行うことにより、スイッチング電源回路は、トランジスターＱＮ１がオン状態であるときに半導体光源１１０に電流を供給する。
【００２６】
従って、第２の制御信号ＧＡＴＥのデューティー比を変化させることにより、半導体光源１１０に流れる電流の大きさを変化させてアナログ調光を行うことができる。なお、スイッチング素子としては、ＭＯＳトランジスター以外にも、バイポーラトランジスター、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスター）、又は、サイリスター等を使用することができる。
【００２７】
ダイオードＤ１は、インダクターＬ１の他端に接続されたアノードと、ノードＮ１に接続されたカソードとを有している。ダイオードＤ１としては、例えば、ＰＮ接合ダイオードに比べて順方向電圧が低くてスイッチング速度が速いショットキーバリアダイオード等が用いられる。
【００２８】
抵抗Ｒ２は、トランジスターＱＮ２のソースとノードＮ２との間に接続され、トランジスターＱＮ２に流れる電流を検出するための第２の電流検出素子であり、例えば、５０ｍΩ〜１００ｍΩ程度の小さい抵抗値を有している。キャパシターＣ１は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続され、電源電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ）を平滑化する。キャパシターＣ４は、インダクターＬ１の一端とノードＮ１との間に接続され、電源電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ）を降圧して得られる降圧電圧を平滑化する。
【００２９】
＜半導体装置＞
半導体装置１００は、外部のマイクロコンピューター等からＰＷＭ信号（デジタル調光信号）ＰＷＭ及び電流制御信号（アナログ調光信号）ＩＡＤＪが供給されて、光源装置のトランジスターＱＮ１及びＱＮ２を制御する。なお、図１に示されている半導体装置１００の構成要素の少なくとも一部をディスクリート部品又は外付けのＩＣにしても良いし、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、又は、抵抗Ｒ２等を半導体装置１００に内蔵しても良い。
【００３０】
図１に示すように、半導体装置１００は、内部レギュレーター１０ａ及び１０ｂと、レベルシフター（Ｌ／Ｓ）１１及び１２と、駆動回路２０と、補償回路３０と、加算回路３１と、電流検出回路４０と、エラーアンプ５０と、スイッチ回路（ＳＷ）５１と、コンパレーター５２と、スロープ補償回路６０と、クロック信号生成回路７０と、スイッチング制御回路８０と、駆動回路９０とを含み、さらに、電圧制限回路３２を含んでも良い。
【００３１】
内部レギュレーター１０ａ及び１０ｂは、例えば、バンドギャップリファレンス回路等で構成された基準電圧生成回路を含み、電源電位ＶＤＤに基づいて、半導体装置１００の内部回路に供給される内部電源電位ＶＤＡ及びＶＤＲをそれぞれ生成する。キャパシターＣ２ａは、内部レギュレーター１０ａの出力端子とノードＮ２との間に接続されて、内部電源電圧（ＶＤＡ−ＶＳＳ）を平滑化する。キャパシターＣ２ｂは、内部レギュレーター１０ｂの出力端子とノードＮ２との間に接続されて、内部電源電圧（ＶＤＲ−ＶＳＳ）を平滑化する。
【００３２】
レベルシフター１１及び１２は、半導体装置１００の外部から供給されるＰＷＭ信号のハイレベルの電位を半導体装置１００の内部回路に適合する電位にシフトする。駆動回路２０は、例えば、ドライバーアンプ等を含み、レベルシフター１１から供給されるＰＷＭ信号に基づいて第１の制御信号ＤＤＲＶを生成する。
【００３３】
例えば、駆動回路２０は、ＰＷＭ信号が活性化されているときに第１の制御信号ＤＤＲＶをハイレベルに活性化してトランジスターＱＮ１をオン状態とし、ＰＷＭ信号が非活性化されているときに第１の制御信号ＤＤＲＶをローレベルに非活性化してトランジスターＱＮ１をオフ状態とする。
【００３４】
第１の制御信号ＤＤＲＶは、ローレベル（例えば、０Ｖ）とハイレベル（例えば、７．５Ｖ）との間で遷移する。第１の制御信号ＤＤＲＶがハイレベルに活性化されると、駆動回路２０からキャパシターＣ５を介してトランジスターＱＮ１のゲートに電流が流れ、トランジスターＱＮ１のゲート・ソース間電圧が上昇して、トランジスターＱＮ１がオン状態となる。ツェナーダイオードＤ４は、トランジスターＱＮ１のゲート・ソース間電圧が所定の電圧（例えば、７．５Ｖ）を超えないようにクランプする。
【００３５】
第１の制御信号ＤＤＲＶが活性化状態に維持されている期間において、第３の制御信号ＧＡＴＥ'がローレベルとハイレベルとの間で遷移する。それにより、キャパシターＣ６とダイオードＤ２及びＤ３とが整流動作を行うので、トランジスターＱＮ１のゲート・ソース間電圧が閾値電圧以上に維持される。
【００３６】
第１の制御信号ＤＤＲＶの非活性化期間において第２の制御信号ＧＡＴＥが非活性化状態に維持される場合には、第２の制御信号ＧＡＴＥを第３の制御信号ＧＡＴＥ'としても使用することができる。一方、第１の制御信号ＤＤＲＶの非活性化期間において第２の制御信号ＧＡＴＥが活性化及び非活性化される場合には、ＰＷＭ信号又は第１の制御信号ＤＤＲＶと第２の制御信号ＧＡＴＥとの論理積を求めるＡＮＤ回路をスイッチング制御回路８０に設けることによって、第３の制御信号ＧＡＴＥ'を生成しても良い。
【００３７】
第１の制御信号ＤＤＲＶがローレベルに非活性化されると、トランジスターＱＮ１のゲート・ソース間電圧が下降して、トランジスターＱＮ１がオフ状態となる。抵抗Ｒ４は、スタンバイモード等において発光装置が発光を長時間停止する場合に、トランジスターＱＮ１のゲート・ソース間電圧を低下させてトランジスターＱＮ１をオフ状態に維持する。
【００３８】
ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きくなると、デジタル調光において半導体光源１１０に電流が流れる期間の割合が増加するので、半導体光源１１０の接合部の温度が上昇して順方向電圧が低下する。そこで、補償回路３０は、半導体光源１１０の光出力の低下を補償するために、レベルシフター１２から供給されるＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って変化する電圧を有する補償信号ＶＰＷＭを生成する。補償信号ＶＰＷＭは、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きくなるのに伴って単調増加する電圧を有していることが望ましい。
【００３９】
例えば、補償回路３０は、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に比例する電圧を有する補償信号ＶＰＷＭを生成する積分回路（ローパスフィルター）で構成される。その場合には、比較的簡単なアナログ回路である積分回路を用いて補償回路３０が構成されるので、積分回路に含まれている抵抗又はキャパシターを外付け部品とすることにより、光源装置の出荷前に半導体光源１１０の特性のばらつきに応じて補償特性を調整することができる。なお、積分回路に用いられる抵抗の抵抗値等は温度依存性を有しているので、補償信号ＶＰＷＭの電圧はＰＷＭ信号のオンデューティー比に完全に比例しなくても良く、抵抗の発熱等による誤差は許容される。
【００４０】
図２は、図１に示す補償回路の構成例を示す回路図である。図２に示す例においては、補償回路３０が、レベルシフター１２から供給されるＰＷＭ信号が一端に供給される抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ５の他端と電源電位ＶＳＳの配線との間に接続されたキャパシターＣ７とを含み、抵抗Ｒ５とキャパシターＣ７との接続点において補償信号ＶＰＷＭを生成する積分回路で構成される。
【００４１】
再び図１を参照すると、加算回路３１は、電流制御信号ＩＡＤＪと補償信号ＶＰＷＭとを所定の比率で加算する。加算回路３１における加算比率も、外付け部品によって調整できるようにしても良い。ＰＷＭ信号の活性化期間における電圧をＶｏｎとし、オンデューティー比をＤｕｔｙとすると、加算回路３１によって電流制御信号ＩＡＤＪに加算される補償信号ＶＰＷＭの電圧は、次式で表される。
ＶＰＷＭ＝Ｖｏｎ×Ｄｕｔｙ×Ｋ
ここで、Ｋは、変換係数である。例えば、Ｖｏｎが５Ｖで、Ｄｕｔｙが５０％である場合に、Ｖｏｎ×Ｄｕｔｙは２．５Ｖとなって大き過ぎる。そこで、例えば、Ｋを０．１に設定することにより、補償信号ＶＰＷＭの電圧を０．２５Ｖにすることができる。
【００４２】
電圧制限回路３２は、例えば、加算回路３１の出力端子と電源電位ＶＳＳの配線との間に接続されたツェナーダイオード等のクランプ素子で構成され、加算回路３１の出力信号の電圧が所定の電圧を超えないように制限する。それにより、電流制御信号ＩＡＤＪ又は補償信号ＶＰＷＭの電圧が高くなっても半導体光源１１０に過電流が流れることを防止して、半導体光源１１０に流れる電流が定格電流を超えたり、光源装置又はその光源装置が搭載された投射型表示装置等の消費電力が定格電力を超えたりすることを防ぐことができる。
【００４３】
電流検出回路４０は、例えば、半導体光源１１０に直列接続された電流検出用の抵抗Ｒ１の両端間電圧を増幅する電流センスアンプ等を含み、電流検出用の抵抗Ｒ１に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出回路に相当する。ここで、電流検出回路４０は、電流検出用の抵抗Ｒ１と共に、半導体光源１１０に流れる電流を検出して第１の電流検出信号を出力する第１の電流検出部を構成している。電流検出回路４０の出力信号は、エラーアンプ５０の反転入力端子に供給される。
【００４４】
エラーアンプ５０は、加算回路３１の出力信号と第１の電流検出信号との差を増幅して誤差信号ＥＲＲを生成し、誤差信号ＥＲＲをスイッチ回路５１に供給する。スイッチ回路５１、コンパレーター５２、スロープ補償回路６０、クロック信号生成回路７０、スイッチング制御回路８０、及び、駆動回路９０は、トランジスターＱＮ２に流れる電流を検出して得られる第２の電流検出信号ＤＥＴと誤差信号ＥＲＲとに基づいて第２の制御信号ＧＡＴＥを生成するスイッチング電源制御回路を構成している。
【００４５】
スイッチ回路５１は、例えば、アナログスイッチ等で構成され、レベルシフター１２から供給されるＰＷＭ信号が活性化されているときにオン状態となり、ＰＷＭ信号が非活性化されているときにオフ状態となる。それにより、トランジスターＱＮ１がオン状態となっているときに生成された誤差信号ＥＲＲの電圧が、キャパシターＣ３に保持されて、コンパレーター５２の反転入力端子に供給される。
【００４６】
スロープ補償回路６０は、例えば、トランジスターＱＮ２に直列接続された電流検出用の抵抗Ｒ２の両端間電圧を増幅する電流センスアンプ等を含み、電流検出用の抵抗Ｒ２に流れる電流を検出して第２の電流検出信号ＤＥＴを出力する第２の電流検出回路に相当する。ここで、スロープ補償回路６０は、電流検出用の抵抗Ｒ２と共に、トランジスターＱＮ２に流れる電流を検出して第２の電流検出信号ＤＥＴを出力する第２の電流検出部を構成している。
【００４７】
例えば、スロープ補償回路６０は、電流検出用の抵抗Ｒ２の両端間電圧を増幅してバイアス電圧を加算することにより第２の電流検出信号ＤＥＴを生成し、第２の電流検出信号ＤＥＴをコンパレーター５２の非反転入力端子に供給する。コンパレーター５２は、第２の電流検出信号ＤＥＴの電圧と誤差信号ＥＲＲの電圧とを比較することにより、第２の電流検出信号ＤＥＴの電圧が誤差信号ＥＲＲの電圧よりも高いときにリセット信号ＲＳＴを活性化する。
【００４８】
クロック信号生成回路７０は、例えば、ＣＲ発振回路等を含み、発振動作を行うことにより、所定の周波数を有するクロック信号ＣＬＫを生成する。ＣＲ発振回路の発振周波数は、キャパシターの容量値と抵抗の抵抗値との積である時定数で定まる。抵抗Ｒ３は、ＣＲ発振回路の発振周波数を調整するために、半導体装置１００に外付けされている。
【００４９】
スイッチング制御回路８０は、例えば、ＲＳフリップフロップ等を含み、クロック信号ＣＬＫ及びリセット信号ＲＳＴに基づいて、トランジスターＱＮ２を制御するための第２の制御信号ＧＡＴＥを生成する。第２の制御信号ＧＡＴＥは、ドライバーアンプ等で構成される駆動回路９０を介して、トランジスターＱＮ２のゲートに印加される。例えば、スイッチング制御回路８０は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期して、第２の制御信号ＧＡＴＥをハイレベルに活性化する。それにより、トランジスターＱＮ２がオン状態となる。
【００５０】
トランジスターＱＮ１及びＱＮ２がオン状態であるときに、ノードＮ１から半導体光源１１０及びインダクターＬ１等を介してノードＮ２に電流が流れ、インダクターＬ１において電気エネルギーが磁気エネルギーに変換されて蓄積される。また、トランジスターＱＮ１がオフ状態でトランジスターＱＮ２がオン状態であるときに、キャパシターＣ４からインダクターＬ１等を介してノードＮ２に電流が流れ、インダクターＬ１にエネルギーが蓄積される。
【００５１】
インダクターＬ１に流れる電流は、時間と共に徐々に増加する。インダクターＬ１等を介して電流検出用の抵抗Ｒ２に流れる電流が増加するのに伴い、第２の電流検出信号ＤＥＴの電圧も上昇する。第２の電流検出信号ＤＥＴの電圧が誤差信号ＥＲＲの電圧を超えると、リセット信号ＲＳＴがハイレベルに活性化される。スイッチング制御回路８０は、リセット信号ＲＳＴの立ち上がりに同期して、第２の制御信号ＧＡＴＥをローレベルに非活性化する。それにより、トランジスターＱＮ２がオフ状態となる。
【００５２】
トランジスターＱＮ１がオン状態でトランジスターＱＮ２がオフ状態であるときに、インダクターＬ１に蓄積された磁気エネルギーが電気エネルギーとなって放出されて、半導体光源１１０及びダイオードＤ１等に電流が流れる。また、トランジスターＱＮ１及びＱＮ２がオフ状態であるときに、インダクターＬ１に蓄積された磁気エネルギーが電気エネルギーとなって放出されて、キャパシターＣ４及びダイオードＤ１等に電流が流れる。
【００５３】
このようなスイッチング動作において、電流制御信号ＩＡＤＪの電圧が上昇すると、第２の制御信号ＧＡＴＥのオンデューティー比が増大して、トランジスターＱＮ２がオン状態になっている期間が長くなり、半導体光源１１０に流れる電流が増加する。従って、電流制御信号ＩＡＤＪを変化させることにより、半導体光源１１０に流れる電流を変化させて、アナログ調光を行うことができる。
【００５４】
あるいは、スイッチング制御回路８０は、クロック信号ＣＬＫ及びリセット信号ＲＳＴに加えて、レベルシフター１１から供給されるＰＷＭ信号に基づいて第２の制御信号ＧＡＴＥを生成することにより、第１の制御信号ＤＤＲＶの非活性化期間において第２の制御信号ＧＡＴＥを非活性化状態に維持しても良い。
【００５５】
その場合には、デジタル調光用のトランジスターＱＮ１がオフ状態となって半導体光源１１０に電流が流れない期間において、アナログ調光用のトランジスターＱＮ２がオフ状態とされる。それにより、インダクターＬ１に蓄積されたエネルギーが発光に用いられることなく放出されることを抑制して、電力損失を低減させることができる。
【００５６】
＜動作例＞
図３は、ＰＷＭ信号のオンデューティー比と半導体光源の接合部の温度との関係を示す図である。図３において、横軸は、ＰＷＭ信号のオンデューティー比を表しており、縦軸は、半導体光源１１０の接合部の温度Ｔを表している。図３に示すように、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きくなると、半導体光源１１０の接合部の温度Ｔが上昇する。
【００５７】
図４は、半導体光源の接合部の温度と順方向電圧との関係を示す図である。図４において、横軸は、半導体光源１１０の接合部の温度Ｔを表しており、縦軸は、半導体光源１１０の順方向電圧ＶＦを表している。図４に示すように、半導体光源１１０の接合部の温度Ｔが上昇すると、半導体光源１１０の順方向電圧ＶＦが低下する。
【００５８】
従って、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が第１の値である場合と比較して、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が第１の値よりも大きい第２の値である場合に、半導体光源１１０の接合部の温度ＴがΔＴだけ上昇すると、順方向電圧ＶＦがΔＶＦだけ低下する。半導体光源１１０の光出力は供給される電流と順方向電圧ＶＦとによって定まるので、順方向電圧ＶＦが低下すると、半導体光源１１０に一定の電流を供給していても光出力が低下してしまうという現象が起こる。
【００５９】
そこで、本実施形態においては、補償回路３０がＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って補償信号ＶＰＷＭを生成し、加算回路３１が電流制御信号ＩＡＤＪと補償信号ＶＰＷＭとを所定の比率で加算する。ＰＷＭ信号のオンデューティー比が小さいときには、補償信号ＶＰＷＭの電圧が低くなり、加算回路３１の出力信号の電圧が、主に電流制御信号ＩＡＤＪによって決定される。従って、半導体光源１１０に供給される電流ＩＬＤは、主に電流制御信号ＩＡＤＪによって制御される。
【００６０】
一方、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きいときには、補償信号ＶＰＷＭの電圧が高くなり、加算回路３１の出力信号の電圧が増加する。スイッチング電源回路において、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に従って第２の制御信号ＧＡＴＥのオンデューティー比を増大させることにより、トランジスターＱＮ２がオン状態になっている期間が長くなるので、半導体光源１１０に流れる電流が増加する。それにより、ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きいときに、半導体光源１１０の接合部の温度Ｔが上昇して順方向電圧ＶＦが低下しても、半導体光源１１０に供給される電力を一定に近付けることができる。
【００６１】
図５は、半導体光源の順方向電圧と半導体光源に供給される電流との関係を示す図である。図５において、横軸は、半導体光源１１０の順方向電圧ＶＦを表しており、縦軸は、電流制御信号ＩＡＤＪが一定のときに半導体光源１１０に供給される電流ＩＬＤを表している。図５には、一例として、０℃、２５℃、及び、５０℃における動作点が示されている。
【００６２】
ＰＷＭ信号のオンデューティー比が大きいときには、半導体光源１１０の接合部の温度が高くなって順方向電圧ＶＦが低下するが、加算回路３１の出力信号に基づいてスイッチング電源回路を制御することにより、半導体光源１１０に供給される電流ＩＬＤを増加させて、半導体光源１１０に供給される電力を一定に近付けることができる。その結果、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源の光出力のリニアリティーを改善することができる。
【００６３】
＜投写型表示装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置（ビデオプロジェクター）について説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示すブロック図である。投写型表示装置２００は、外部から電源電圧が供給されると共に、パーソナルコンピューターやビデオプレーヤー等の画像データ供給装置から画像データが供給されて、画像データに基づいてスクリーン（投射面）３００に画像を投射する。
【００６４】
図６に示すように、投写型表示装置２００は、電源回路２１０と、画像データ処理部２２０と、制御部２３０と、光源装置２４０と、パネル２５０と、投射光学系２６０とを含んでいる。ここで、光源装置２４０は、本発明の一実施形態に係る光源装置であり、半導体装置１００と、半導体光源１１０とを含んでいる。
【００６５】
電源回路２１０は、例えば、外部から供給されるＡＣ１００Ｖの電源電圧に基づいて、ＤＣのロジック電源電圧を生成して画像データ処理部２２０及び制御部２３０等に供給すると共に、ロジック電源電圧よりも高いＤＣの電源電圧を生成して光源装置２４０の半導体装置１００等に供給する。
【００６６】
画像データ処理部２２０及び制御部２３０は、例えば、少なくとも１つのマイクロコンピューター等で構成される。画像データ処理部２２０は、外部から供給される画像データを処理して表示用の画像信号及び同期信号を生成し、画像信号及び同期信号をパネル２５０に供給することにより、パネル２５０を駆動して描画を行う。
【００６７】
制御部２３０は、リモコン又は操作パネル（図示せず）を用いて操作者が行う操作に従って、投写型表示装置２００の各部を制御する。操作者が調光を指示した場合には、制御部２３０が、操作者が指示した調光を実現するためのＰＷＭ信号及び電流制御信号ＩＡＤＪを生成して、光源装置２４０の半導体装置１００に供給する。それにより、半導体装置１００が、半導体光源１１０の発光動作を制御する。
【００６８】
光源装置２４０は、制御部２３０から供給されるＰＷＭ信号及び電流制御信号ＩＡＤＪに従う明るさで発光して、パネル２５０に光を照射する。例えば、半導体光源１１０が青色光を発生する複数のレーザーダイオードを含む場合に、光源装置２４０は、一部のレーザーダイオードが発生した青色光を受けて黄色光を発生する蛍光体と、波長に従って黄色光から赤色光及び緑色光を分離する分光部とをさらに含んでも良い。その場合には、光源装置２４０が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光を発生することができる。
【００６９】
パネル２５０は、画像データ処理部２２０から供給される画像信号及び同期信号に従って、光源装置２４０から照射される光を変調する。例えば、パネル２５０は、ＲＧＢの３色に対応した３枚の液晶パネルを含んでも良い。各々の液晶パネルは、マトリクス状に配置された複数の画素における光の透過率を変化させることによって画像を形成する。パネル２５０によって変調された変調光は、投射光学系２６０に導かれる。
【００７０】
投射光学系２６０は、少なくとも１つのレンズを含んでいる。例えば、パネル２５０によって変調された変調光をスクリーン３００上に投射して結像させるためのレンズ群である投射レンズと、投射レンズの絞りの状態、ズームの状態、又は、シフト位置等を調整する各種の調整機構とが、投射光学系２６０に設けられている。それらの調整機構は、制御部２３０によって制御される。投射光学系２６０が変調光をスクリーン３００上に投射することにより、スクリーン３００に画像が表示される。
【００７１】
本実施形態によれば、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を用いて設定される目標値テーブルを用いることなく、比較的簡単な回路構成で、ＰＷＭ信号のオンデューティー比に対する半導体光源１１０の光出力のリニアリティーを改善した光源装置２４０を用いて、投写される画像の輝度を正確に制御することができる。
【００７２】
製品毎又は機種毎に目標値テーブルを設定する場合には、多くの工数を要するのでコストも上昇するが、本実施形態によれば、比較的簡単なアナログ回路のみで補償特性を調整することができるので、光源装置２４０又は投写型表示装置２００を安価に製造することが可能となる。
【００７３】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、当該技術分野において通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ａ、１０ｂ…内部レギュレーター、１１、１２…レベルシフター、２０…駆動回路、３０…補償回路、３１…加算回路、３２…電圧制限回路、４０…電流検出回路、５０…エラーアンプ、５１…スイッチ回路、５２…コンパレーター、６０…スロープ補償回路、７０…クロック信号生成回路、８０…スイッチング制御回路、９０…駆動回路、１００…半導体装置、１１０…半導体光源、２００…投写型表示装置、２１０…電源回路、２２０…画像データ処理部、２３０…制御部、２４０…光源装置、２５０…パネル、２６０…投射光学系、３００…スクリーン、ＱＮ１、ＱＮ２…ＮチャネルＭＯＳトランジスター、Ｄ１〜Ｄ３…ダイオード、Ｄ４…ツェナーダイオード、Ｌ１…インダクター、Ｃ１〜Ｃ７…キャパシター、Ｒ１〜Ｒ５…抵抗
【図１】
0006988515.tif 000002
【図２】
0006988515.tif 000003
【図３】
0006988515.tif 000004
【図４】
0006988515.tif 000005
【図５】
0006988515.tif 000006
【図６】
0006988515.tif 000007