(57)【要約】【課題】半導体光源に流れる電流を矩形波に近付けて、実際の特性曲線に基づく目標値テーブルを必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対する平均電流値のリニアリティーを改善する。【解決手段】この光源装置は、半導体光源と、半導体光源に直列接続されたスイッチング素子と、ＰＷＭ信号に基づく第１の制御信号が第１の論理状態のときにスイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、半導体光源に電流を供給する電源回路と、半導体光源に流れる電流を検出して電流検出信号を生成する電流検出素子と、ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において電流検出信号をサンプルホールドする電流検出回路と、電流制御信号と電流検出回路の出力信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラー増幅器と、誤差信号に基づいて、スイッチング電源回路を制御する第２の制御信号を生成する制御回路とを備える。【選択図】図１
2019129109.tif 000002
【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スイッチング素子と、
ＰＷＭ信号に基づく第１の制御信号が第１の論理状態のときに前記スイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、
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電流検出信号を生成する電流検出素子と、
前記ＰＷＭ信号が活性化されているときに、前記ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において前記電流検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含む電流検出回路と、
電流制御信号と前記電流検出回路の出力信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラー増幅器と、
前記誤差信号に基づいて、前記スイッチング電源回路を制御する第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路と、
を備える光源装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号に基づいてサンプリングパルスを生成して前記サンプルホールド回路に供給するタイミング生成回路をさらに備える、請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記サンプルホールド回路におけるサンプリング周期が、前記ＰＷＭ信号の活性化期間以下である、請求項１又は２記載の光源装置。
【請求項４】
前記電流制御信号と前記電流検出回路の出力信号との差が第１の値である場合に前記半導体光源に流れる電流の増加量よりも、前記電流制御信号と前記電流検出回路の出力信号との差が前記第１の値よりも大きい第２の値である場合に前記半導体光源に流れる電流の増加量の方が大きくなるように、前記スイッチング電源制御回路が前記第２の制御信号を生成する、請求項１〜３のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ信号の非活性化期間において、前記サンプルホールド回路における保持電荷がゼロに近付く、請求項１〜４のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項６】
前記サンプルホールド回路が、前記ＰＷＭ信号の非活性化期間において保持電荷をリセットする、請求項１〜４のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項７】
前記電流検出回路が、前記サンプルホールド回路の出力信号を増幅する電流検出増幅器をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７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９】
ＰＷＭ信号に基づく第１の制御信号が第１の論理状態のときに、半導体光源に直列接続されたスイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、
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ＰＷＭ信号が活性化されているときに、前記ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において、前記半導体光源に流れる電流を検出して生成される電流検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含む電流検出回路と、
電流制御信号と前記電流検出回路の出力信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラー増幅器と、
を備え、前記スイッチング電源制御回路が、前記誤差信号に基づいて前記第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、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】
関連する技術として、特許文献１の図２には、スイッチング電源１０１（図１）の出力電圧を一定にしてＰＷＭ制御のオン時間比を変化させたときに半導体レーザーダイオード１０２（図１）に流れる電流の波形が示されている。また、特許文献１の図３には、スイッチング電源１０１の出力電圧を一定にした状態におけるＰＷＭ制御のオン時間比の変化に対する半導体レーザーダイオード１０２の平均電流値の変化が示されている。
【０００４】
特許文献１の図２及び図３に示されているように、ＰＷＭ制御のオン時間比が１００％から５０％又は２０％と小さくなると、半導体レーザーダイオード１０２に流れる電流の波形が矩形波にならずに鋸状の波形になり、平均電流値が目標平均電流値よりも低いために、半導体レーザーダイオード１０２の光出力（光束）が目標値よりも小さくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２２５２８５号公報
【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、目標値設定部が、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、特許文献１においては、半導体レーザーダイオードに流れる電流の波形は改善されない。半導体レーザーダイオードの平均電流値をＰＷＭ制御のオン時間比によってリニアリティーに制御するためには、実際の半導体光源駆動時の特性曲線を光源装置の機種毎に評価して、目標値テーブルを設定する必要がある。例えば、半導体レーザーダイオードの平均電流値を最大値の２０％とするためには、光源装置の機種毎にＰＷＭ制御のオン時間比を２０％＋αに設定する必要があり、αは機種毎に調整する必要がある。
【０００８】
そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の目的は、半導体光源に流れる電流を矩形波に近付けて、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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して半導体光源に流れる平均電流値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、適用例１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スイッチング素子と、ＰＷＭ信号に基づく第１の制御信号が第１の論理状態のときにスイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、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電流検出信号を生成する電流検出素子と、ＰＷＭ信号が活性化されているときに、ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において電流検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含む電流検出回路と、電流制御信号と電流検出回路の出力信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラー増幅器と、誤差信号に基づいて、スイッチング電源回路を制御する第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路とを備える。
【００１０】
適用例１によれば、サンプルホールド回路が、ＰＷＭ信号が活性化されているときに、ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において電流検出信号をサンプルホールドするので、ＰＷＭ信号のデューティー比が小さい場合に、半導体光源に流れる電流の波形が鋸状の波形になると、電流検出信号のサンプル値が電流検出信号のサンプリング周期における平均値よりも小さいところでホールドできる。
【００１１】
従って、電流検出信号のサンプル値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、サンプルホールド回路を用いない場合と比較して、半導体光源に流れる電流が増加する。その結果、半導体光源に流れる電流を矩形波に近付けて、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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して半導体光源に流れる平均電流値のリニアリティーを改善することができる。
【００１２】
ここで、光源装置が、ＰＷＭ信号に基づいてサンプリングパルスを生成してサンプルホールド回路に供給するタイミング生成回路をさらに備えても良い。それにより、ＰＷＭ信号が活性化されて半導体光源に電流が流れ始めるのに同期して、サンプルホールド回路にサンプルホールド動作を開始させることができる。
【００１３】
また、サンプルホールド回路におけるサンプリング周期が、ＰＷＭ信号の活性化期間以下であるであることが望ましい。その場合には、ＰＷＭ信号の活性化期間が短くなっても、電流検出信号をより精度良くサンプリングすることができる。
【００１４】
さらに、電流制御信号と電流検出回路の出力信号との差が第１の値である場合に半導体光源に流れる電流の増加量よりも、電流制御信号と電流検出回路の出力信号との差が第１の値よりも大きい第２の値である場合に半導体光源に流れる電流の増加量の方が大きくなるように、スイッチング電源制御回路が第２の制御信号を生成することが望ましい。その場合には、半導体光源に流れる電流の波形が鋸状になるほど電流の増加量を大きくして、半導体光源に流れる電流の波形を改善することができる。
【００１５】
また、ＰＷＭ信号の非活性化期間において、サンプルホールド回路における保持電荷がゼロに近付くようにしても良い。それにより、ＰＷＭ信号が次に活性化される際に、サンプルホールド回路の出力信号の電圧をゼロに近付けることができる。あるいは、サンプルホールド回路が、ＰＷＭ信号の非活性化期間において保持電荷をリセットしても良い。それにより、ＰＷＭ信号が次に活性化される際に、サンプルホールド回路の出力信号の電圧をゼロに近付けることができる。
【００１６】
以上において、電流検出回路が、サンプルホールド回路の出力信号を増幅する電流検出増幅器をさらに含むようにしても良い。高速動作を行うために小さいキャパシターを有するサンプルホールド回路は、電流検出素子に直接接続する必要があるが、電流検出増幅器を設けることによって、サンプルホールド回路の出力信号の電圧を十分な電圧に増幅してエラー増幅器に供給することができる。
【００１７】
適用例２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。適用例２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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して半導体光源に流れる平均電流値のリニアリティーを改善した光源装置を用いて、投写型表示装置の回路構成を簡素化しながら、投写される画像の輝度を高精度で制御することができる。それにより、出荷前にデューティー比の機種毎の調整を省略することが可能になる。
【００１８】
適用例３に係る半導体装置は、ＰＷＭ信号に基づく第１の制御信号が第１の論理状態のときに、半導体光源に直列接続されたスイッチング素子を導通状態とする駆動回路と、半導体光源に電流を供給するスイッチング電源回路を制御する第２の制御信号を生成するスイッチング電源制御回路と、ＰＷＭ信号が活性化されているときに、ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において、半導体光源に流れる電流を検出して生成される電流検出信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路を含む電流検出回路と、電流制御信号と電流検出回路の出力信号との差を増幅して誤差信号を生成するエラー増幅器とを備え、スイッチング電源制御回路が、誤差信号に基づいて第２の制御信号を生成する。
【００１９】
適用例３によっても、サンプルホールド回路によって得られる電流検出信号のサンプル値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、半導体光源に流れる電流を矩形波に近付けて、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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して半導体光源に流れる平均電流値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】
【００２０】
【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に示す光源装置の動作例を説明するための波形図。
【図３】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】
【００２１】
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１００と、半導体光源１１０と、ＮチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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して電流検出信号を生成する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（ＬＤ）又は少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）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は、あらゆる材料系を用いることができる。例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系、ＡｌＧａＮ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＩｎＰ系、ＧａＰ系、ＡｌＧａＰ系、ＺｎＣｄＳｅ系等の半導体材料を用いることができる。
【００２４】
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導通状態となり、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非導通状態となる。
【００２５】
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。
【００２６】
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導通状態となり、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非導通状態となる。
【００２７】
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が導通状態であるときに半導体光源１１０に電流を供給する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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して第２の電流検出信号を生成する第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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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（ＬＳ）１１及び１２と、駆動回路２０と、駆動電流設定回路３０と、電流検出回路４０と、タイミング生成回路４３と、エラー増幅器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とを含んでいる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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を導通状態とし、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を非導通状態とする。
【００３６】
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が導通状態となる。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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が非導通状態となる。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を非導通状態に維持する。
【００４０】
駆動電流設定回路３０は、目標駆動電流値を表す電流制御信号ＩＡＤＪをエラー増幅器５０の非反転入力端子に供給する。外部から半導体装置１００にアナログの電流制御信号ＩＡＤＪが供給される場合には、駆動電流設定回路３０が、例えば、バッファーアンプ又はオペアンプ等を含み、外部から供給されるアナログの電流制御信号ＩＡＤＪをバッファー又は増幅してエラー増幅器５０の非反転入力端子に供給する。
【００４１】
あるいは、外部から半導体装置１００にデジタルの電流制御信号ＩＡＤＪが供給される場合には、駆動電流設定回路３０が、例えば、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）等を含み、外部から供給されるデジタルの電流制御信号ＩＡＤＪをアナログの電流制御信号ＩＡＤＪに変換してエラー増幅器５０の非反転入力端子に供給する。
【００４２】
電流検出回路４０は、サンプルホールド回路４１を含み、電流検出増幅器(current sense amplifier)４２をさらに含んでも良い。サンプルホールド回路４１は、ＰＷＭ信号が活性化されているときに、ＰＷＭ信号の活性化期間よりも短い期間において、半導体光源１１０に流れる電流に比例する電圧を有する電流検出信号（電流検出用の抵抗Ｒ１の両端間電圧）をサンプルホールドする。サンプルホールド回路４１は、動作速度がオペアンプよりも高速であり、電流検出信号を精度良くサンプリングして保持することができる。
【００４３】
電流検出増幅器４２は、サンプルホールド回路４１の出力信号を増幅する。高速動作を行うために小さいキャパシターを有するサンプルホールド回路４１は、電流検出用の抵抗Ｒ１に直接接続する必要があるが、電流検出増幅器４２を設けることによって、サンプルホールド回路４１の出力信号の電圧を十分な電圧に増幅してエラー増幅器５０に供給することができる。電流検出回路４０の出力信号は、エラー増幅器５０の反転入力端子に供給される。
【００４４】
タイミング生成回路４３は、レベルシフター１２から供給されるＰＷＭ信号に基づいてサンプリングパルスを生成してサンプルホールド回路４１に供給する。それにより、ＰＷＭ信号が活性化されて半導体光源１１０に電流が流れ始めるのに同期して、サンプルホールド回路４１にサンプルホールド動作を開始させることができる。タイミング生成回路４３は、論理回路のゲート遅延によってサンプリングパルスを生成しても良いし、クロック信号生成回路７０から供給されるクロック信号ＣＬＫ１に同期してサンプリングパルスを生成しても良い。
【００４５】
エラー増幅器５０は、目標駆動電流値を表す電流制御信号ＩＡＤＪと電流検出回路４０の出力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、誤差信号ＥＲＲ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。
【００４６】
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導通状態となり、ＰＷＭ信号が非活性化されているときに非導通状態となる。それにより、トランジスターＱＮ１が導通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。
【００４７】
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検出信号ＤＥＴを生成し、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、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、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ＣＬＫ１及びＣＬＫ２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。クロック信号生成回路７０は、クロック信号ＣＬＫ１を分周してクロック信号ＣＬＫ２を生成しても良いし、１つのクロック信号をクロック信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２として出力しても良い。
【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ＣＬＫ２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ＣＬＫ２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が導通状態となる。
【００５０】
トランジスターＱＮ１及びＱＮ２が導通状態であるときに、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が非導通状態でトランジスターＱＮ２が導通状態であるときに、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、検出信号ＤＥＴの電圧も上昇する。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が非導通状態となる。
【００５２】
トランジスターＱＮ１が導通状態でトランジスターＱＮ２が非導通状態であるときに、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が非導通状態であるときに、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、目標駆動電流値を表す電流制御信号ＩＡＤＪの電圧が上昇すると、第２の制御信号ＧＡＴＥのデューティー比が増大して、トランジスターＱＮ２が導通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ＣＬＫ２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が非導通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が非導通状態とされる。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２は、図１に示す光源装置の動作例を説明するための波形図である。図２には、ＰＷＭ信号の波形と、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤの波形と、サンプリングパルスＳＭＰの波形とが示されている。図２に示す例において、ＰＷＭ信号及びサンプリングパルスＳＭＰは、ハイレベルに活性化され、ローレベルに非活性化される。
【００５７】
半導体光源１１０を最も明るく発光させる場合には、ＰＷＭ信号がデューティー比１００％で常に活性化される。半導体光源１１０を比較的暗く発光させる場合には、ＰＷＭ信号のデューティー比に従ってトランジスターＱＮ１を交互に導通状態及び非導通状態とすることにより、半導体光源１１０に電流が流れる期間の長さが調節される。
【００５８】
例えば、ＰＷＭ信号の周波数が３０ｋＨｚである場合に、ＰＷＭ信号の周期は約３３μ秒となる。ＰＷＭ信号のデューティー比を５０％に設定すれば、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨ及び非活性化期間ＴＬがそれぞれ約１７μ秒となり、半導体光源１１０の明るさが約半分になる。さらに半導体光源１１０の明るさを低下させる場合には、ＰＷＭ信号のデューティー比が５０％よりも小さく設定される。
【００５９】
図２には、ＰＷＭ信号のデューティー比が比較的小さい場合が示されている。従来は、そのような場合に、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤの波形が矩形波にならずに鋸状の波形になって、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤの値が目標駆動電流値よりも低下し、半導体光源１１０の明るさが目標値よりも低下する。
【００６０】
本実施形態においては、タイミング生成回路４３が、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨにおいて、サンプリングパルスＳＭＰを少なくとも１回活性化し、ＰＷＭ信号の非活性化期間ＴＬにおいて、サンプリングパルスＳＭＰを非活性化状態に維持する。図２には、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨにおいてサンプリングパルスＳＭＰが複数回活性化される場合におけるサンプリング周期ＴＳが示されている。
【００６１】
サンプルホールド回路４１は、タイミング生成回路４３によって生成されるサンプリングパルスＳＭＰに従って、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤに比例する電圧を有する電流検出信号をサンプルホールドする。即ち、サンプルホールド回路４１は、サンプリングパルスＳＭＰがハイレベルに活性化されている期間において、電流検出信号によって供給される電荷をキャパシターに蓄積して、サンプル値を表す出力信号を生成する。また、サンプルホールド回路４１は、サンプリングパルスＳＭＰがローレベルに非活性化された後の所定の期間において、キャパシターに蓄積された電荷を保持して、サンプル値を表す出力信号を生成する。
【００６２】
サンプルホールド回路４１は、高速動作を行うために小さいキャパシターを有しているので、ＰＷＭ信号の非活性化期間ＴＬにおいては、キャパシターに蓄積された電荷が自然に放電されることにより、サンプルホールド回路４１における保持電荷がゼロに近付くようにしても良い。それにより、ＰＷＭ信号が次に活性化される際に、サンプルホールド回路４１の出力信号の電圧をゼロに近付けることができる。あるいは、サンプルホールド回路４１が、ＰＷＭ信号の非活性化期間ＴＬにおいて保持電荷をリセットしても良い。それにより、ＰＷＭ信号が次に活性化される際に、サンプルホールド回路４１の出力信号の電圧をゼロに近付けることができる。
【００６３】
図２に示すように、サンプリングパルスＳＭＰの活性化期間はＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨよりも短いので、サンプルホールド回路４１は、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨよりも短い期間において電流検出信号をサンプルホールドする。さらに、サンプルホールド回路４１におけるサンプリング周期ＴＳが、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨ以下であることが望ましい。
【００６４】
その場合には、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨが短くなっても、電流検出信号をより精度良くサンプリングすることができる。例えば、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨの最小値が約３００ｎ秒である場合に、サンプリングパルスＳＭＰの活性化期間を約２００ｎ秒に設定し、サンプリングパルスＳＭＰの非活性化期間を約１００ｎ秒に設定しても良い。
【００６５】
本実施形態によれば、サンプルホールド回路４１が、ＰＷＭ信号が活性化されているときに、ＰＷＭ信号の活性化期間ＴＨよりも短い期間において電流検出信号をサンプルホールドするので、ＰＷＭ信号のデューティー比が小さい場合に、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤの波形が鋸状の波形になると、電流検出信号のサンプル値が電流検出信号のサンプリング周期ＴＳにおける平均値よりも小さくなる。
【００６６】
従って、電流検出信号のサンプル値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、サンプルホールド回路４１を用いない場合と比較して、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤが増加する。その結果、半導体光源１１０に流れる電流を矩形波に近付けて、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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対して半導体光源１１０に流れる平均電流値のリニアリティーを改善することができる。
【００６７】
また、半導体光源１１０としてレーザーダイオードを用いる場合には、レーザーダイオードに流れる電流が臨界電流を超えないとレーザー発振が起こらないが、レーザーダイオードに流れる電流を矩形波に近付けることにより、レーザーダイオードがレーザー発振を開始するタイミングを早めることができる。その結果、デジタル調光の精度が向上する。
【００６８】
ここで、駆動電流設定回路３０から供給される電流制御信号ＩＡＤＪと電流検出回路４０の出力信号との差が第１の値である場合に半導体光源１１０に流れる電流の増加量よりも、電流制御信号ＩＡＤＪと電流検出回路４０の出力信号との差が第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に流れる電流の増加量の方が大きくなるように、スイッチング電源制御回路が第２の制御信号ＧＡＴＥを生成する。
【００６９】
その場合には、電流制御信号ＩＡＤＪと電流検出回路４０の出力信号との差が第１の値である場合の第２の制御信号ＧＡＴＥのデューティー比よりも、電流制御信号ＩＡＤＪと電流検出回路４０の出力信号との差が第２の値である場合の第２の制御信号ＧＡＴＥのデューティー比の方が大きくなり、トランジスターＱＮ２のオン時間（導通時間）が長くなる。それにより、半導体光源１１０に流れる電流ＩＬＤの波形が鋸状になるほど電流の増加量を大きくして、半導体光源１１０に流れる電流の波形を改善することができる。
【００７０】
＜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３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。
【００７１】
図３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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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必ずしも用いることなく、ＰＷＭ信号のデューティー比に対する半導体光源１１０の平均電流値のリニアリティーを改善した光源装置２４０を用いて、投写型表示装置２００の回路構成を簡素化しながら、投写される画像の輝度を高精度で制御することができる。それにより、出荷前にデューティー比の機種毎の調整を省略することが可能になる。
【００７９】
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】
【００８０】
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…駆動電流設定回路、４０…電流検出回路、４１…サンプルホールド回路、４２…電流検出増幅器、４３…タイミング生成回路、５０…エラー増幅器、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〜Ｃ６…キャパシター、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗
【図１】
2019129109.tif 000003
【図２】
2019129109.tif 000004
【図３】
2019129109.tif 000005