WO2021149584A1

WO2021149584A1 - 光源装置、投射型映像表示装置、および光源装置の保護方法

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Publication number: WO2021149584A1
Application number: PCT/JP2021/001051
Authority: WO
Inventors: 文彦畑本; 恒雄藤倉; 仁片山
Original assignee: マクセル株式会社
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2021-07-29
Also published as: JP2021118032A

Abstract

光源のショート故障に対して十分な保護を行うことが可能な光源装置、投射型映像表示装置、および光源装置の保護方法を提供する。そこで、インダクタ（Ｌ１）と、ＰＷＭ信号に基づいてインダクタ（Ｌ１）に電力を蓄積するスイッチング素子（Ｑ１）と、ＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御回路（２１１）と、インダクタ（Ｌ１）に流れる電流によって充電される平滑コンデンサ（Ｃｏ）と、平滑コンデンサ（Ｃｏ）の両端の間に直列に設けられる光源（１０５）および過電流保護回路（２１２）と、を備え、光源（１０５）は、直列に接続される複数の発光素子を有し、過電流保護回路（２１２）は、温度上昇に伴い抵抗値が低下する負性抵抗素子（ＴＨ１）と、負性抵抗素子（ＴＨ１）と並列に接続され、光源（１０５）に過電流が流れた際にオフに制御される保護スイッチ（ＴＲ）と、を有するように構成する。

Description

光源装置、投射型映像表示装置、および光源装置の保護方法

　本発明は、光源装置、投射型映像表示装置、および光源装置の保護方法に関し、例えば、光源のショート故障に対する保護技術に関する。

　特許文献１には、ＬＥＤユニットの一つがオープン故障した場合でも、正常な他のＬＥＤユニットを点灯させることができる照明器具が示される。具体的には、当該照明器具は、直列接続された複数のＬＥＤユニットのそれぞれに不点灯回避装置を備える。不点灯回避装置は、対応するＬＥＤユニットのオープン故障を検出した際に、対応するＬＥＤユニットと並列に接続されたバイパススイッチをオンに制御する。

特開２０１６－４８７０２号公報

　直列接続された複数の発光素子を含んだ光源に対してスイッチング制御を用いて電力を供給するような光源装置が広く用いられている。例えば、このような光源を点灯中に、複数の発光素子のいずれかにショート故障が生じた場合、過電流が生じ得る。一方、光源装置は、過電流を検出した際にスイッチング制御を停止することで、光源に対する電力供給を遮断するような保護機能を備える場合がある。しかし、このような保護機能では、光源のショート故障に対して十分な保護を行えない恐れがある。

　本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、光源のショート故障に対して十分な保護を行うことが可能な光源装置、投射型映像表示装置、および光源装置の保護方法を提供することにある。

　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

　本発明の一実施の態様は、例えば、インダクタと、ＰＷＭ信号に基づいてインダクタに電力を蓄積するスイッチング素子と、ＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御回路と、インダクタに流れる電流によって充電される平滑コンデンサと、平滑コンデンサの両端の間に直列に設けられる光源および過電流保護回路と、を備え、光源は、直列に接続される複数の発光素子を有し、過電流保護回路は、温度上昇に伴い抵抗値が低下する負性抵抗素子と、負性抵抗素子と並列に接続され、光源に過電流が流れた際にオフに制御される保護スイッチと、を有するように構成すればよい。

　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、光源のショート故障に対して十分な保護を行うことが可能になる。

本発明の実施の形態１による投射型映像表示装置の内部構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１による光源装置の構成例を回路図である。図２における過電流保護回路内の負性抵抗素子の特性例を示す図である。図２の光源装置の主要部の動作例を示す波形図である。本発明の実施の形態２による光源装置の構成例を回路図である。図５におけるマイクロコントローラの主要部の処理内容の一例を示すフロー図である。本発明の実施の形態３による光源装置の構成例を回路図である。本発明の前提として検討した光源装置の構成例を示す回路図である。図８の光源装置の主要部の動作例を示す波形図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

　（実施の形態１）
　《投射型映像表示装置の概略》
　図１は、本発明の実施の形態１による投射型映像表示装置の内部構成例を示すブロック図である。図１の投射型映像表示装置１００は、投射光学系１０１、表示素子１０２、表示素子駆動部１０３、照明光学系１０４、光源１０５、電源回路１０６、操作入力部１０７、不揮発性メモリ１０８、メモリ１０９、および制御部１１０を備える。さらに、投射型映像表示装置１００は、冷却部１１５、通信部１３１、映像信号入力部１３２、音声信号入力部１３３、映像信号出力部１３４、音声信号出力部１３５、スピーカー１４０、画像調整部１６０、ストレージ部１７０、姿勢センサー１８０およびカメラ１９０などを備えてもよい。

　光源１０５は、映像投射用の光を発生するものであり、例えば、ＬＤ（Laser Diode）素子またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を代表とする各種発光素子によって構成される。電源回路１０６は、外部から入力されるＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、光源１０５に電源（ＤＣ電力）を供給する。さらに、電源回路１０６は、その他の各部にそれぞれ必要な電源（ＤＣ電力）を供給する。照明光学系１０４は、光源１０５で発生した光を集光し、より均一化して表示素子１０２に照射する。冷却部１１５は、光源１０５、電源回路１０６または表示素子１０２など、高温状態になる各部位を空冷方式や液冷方式で必要に応じて冷却する。

　表示素子１０２は、照明光学系１０４を介して入力された光源１０５からの光を透過または反射し、その際に光を変調して映像を生成する素子である。表示素子１０２は、例えば、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）パネルなどを用いる。表示素子駆動部１０３は、表示素子１０２に対して映像信号に応じた駆動信号を送る。投射光学系１０１は、表示素子１０２からの映像を表示面２００へ投射する拡大投射光学系であり、レンズおよび／またはミラーを含む。

　ここで、表示素子駆動部１０３が参照する映像信号は、映像信号入力部１３２を介して外部から入力される入力映像信号でもよく、当該入力映像信号に対して画像調整部１６０が画像調整を行った後の映像信号でもよく、これらの映像信号にＯＳＤ画像信号を重畳した後の信号であってもよい。この際に、例えば、制御部１１０は、不揮発性メモリ１０８やストレージ部１７０に格納された画像を用いることで、映像信号にＯＳＤ画像信号を重畳した信号を生成することができる。

　表示素子駆動部１０３は、これらの映像信号を参照して、表示素子１０２への駆動信号を生成する。表示素子１０２は、当該駆動信号に応じて光を変調する。そして、これによって生成される光学像が、投射光学系１０１を介して表示映像として表示面２００へ投射される。

　姿勢センサー１８０は、重力センサーまたはジャイロセンサー等により構成され、投射型映像表示装置１００の設置姿勢を検出する。例えば、制御部１１０は、検出された設置姿勢に関する情報を用いて、表示素子１０２に表示する映像の方向を回転し、自動的に設置状態と違和感のない表示方向とする制御を行ってもよい。また、制御部１１０は、検出された設置姿勢に関する情報を用いて冷却部１１５を制御し、当該設置姿勢に適するように、冷却の局所的な強度の制御や、冷却エラー検知の閾値制御などを行ってもよい。

　カメラ１９０は、例えば、赤外線を主な検出波長とする赤外線カメラである。この場合、カメラ１９０は、赤外線を発光または反射するポインター装置を用いて示される表示面２００上のポインティング位置を検出してもよい。さらに、カメラ１９０は、投射映像の光出力を下げるなどの防眩制御等を行うために、表示面２００の前に立つ人物の検出等を行ってもよい。また、カメラ１９０は、可視光カメラであってもよい。この場合、カメラ１９０は、例えば、表示面２００周辺の映像を記録または外部に出力するために用いられる。

　操作入力部１０７は、操作ボタンやリモコンの受光部であり、ユーザからの操作信号を入力する。スピーカー１４０は、音声信号入力部１３３に入力された音声データに基づいた音声出力を行うことが可能である。また、スピーカー１４０は、内蔵の操作音やエラー警告音を出力してもよい。通信部１３１は、有線または無線のインターフェースを介して外部機器、ネットワーク、またはサーバ等と、制御データやコンテンツなどの各種データを通信する。

　不揮発性メモリ１０８は、プロジェクタ機能で用いる各種データを格納する。メモリ１０９は、投射する映像データや装置の制御用データを記憶する。メモリ１０９または不揮発性メモリ１０８は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）画像の生成に用いられる画像データを記憶しておいてもよい。制御部１１０は、接続される各部の動作を制御する。

　画像調整部１６０は、映像信号入力部１３２で入力された映像データに対して画像処理を行うものである。当該画像処理としては、例えば、画像の拡大、縮小、変形などを行うスケーリング処理、輝度を変更するブライトネス調整処理、画像のコントラストカーブを変更するコントラスト調整処理、画像の階調特性を示すガンマカーブを変更するガンマ調整処理、画像を光の成分に分解して成分ごとの重みづけを変更するレティネックス処理などがある。

　ストレージ部１７０は、映像、画像、音声、各種データなどを記録するものである。例えば、製品出荷時に予め映像、画像、音声、各種データなどを記録しておいてもよく、通信部１３１を介して外部機器や外部のサーバなどから取得した映像データ、画像データ、音声データ、その他データなどの各種データを記録してもよい。ストレージ部１７０に記録された映像、画像、各種データなどは、表示素子１０２と投射光学系１０１とを介して投射映像として出力可能である。ストレージ部１７０に記録された音声は、スピーカー１４０から音声として出力可能である。

　映像信号入力部１３２は、有線または無線のインターフェースを介して外部機器から映像信号を入力する。音声信号入力部１３３は有線または無線のインターフェースを介して外部機器から音声信号を入力する。

　映像信号出力部１３４は、有線または無線のインターフェースを介して外部機器へ映像信号を出力する。映像信号出力部１３４は、映像信号入力部１３２を介して第１の外部機器から入力された映像信号をそのまま第２の外部機器に出力する機能を有してもよい。映像信号出力部１３４は、ストレージ部１７０に記録されている映像データに基づく映像信号を外部機器に出力する機能を有してもよい。映像信号出力部１３４は、カメラ１９０で撮像した映像に基づく映像信号を外部機器に出力する機能を有してもよい。

　音声信号出力部１３５は、有線または無線のインターフェースを介して外部機器へ音声信号を出力する。音声信号出力部１３５は、音声信号入力部１３３を介して第１の外部機器から入力された音声信号をそのまま第２の外部機器に出力する機能を有してもよい。音声信号出力部１３５は、ストレージ部１７０に記録されている音声データに基づく音声信号を外部機器に出力する機能を有してもよい。

　ここで、映像信号入力部１３２と音声信号入力部１３３は、図１では別体の例で示されるが、一体型の信号入力インターフェースで構成されてもよい。同様に、映像信号出力部１３４と音声信号出力部１３５は、図１では別体の例で示されるが、一体型の信号出力インターフェースで構成されてもよい。また、映像信号入力部１３２と音声信号入力部１３３と映像信号出力部１３４と音声信号出力部１３５とは、一体型の信号入出力インターフェースで構成されてもよい。これらの一体型インターフェースでは、制御信号を双方向に通信する通信機能を有してもよい。当該通信機能は通信部１３１とは別に設けてもよい。

　以上説明したように、投射型映像表示装置１００には様々な機能を載せることが可能である。

　《光源装置の構成および概略動作》
　図２は、本発明の実施の形態１による光源装置の構成例を回路図である。図２に示す光源装置は、図１に示した光源１０５および電源回路１０６を備える。この例では、光源装置は、図１の投射型映像表示装置１００の一部であるが、これに限らず、光を用いる様々な装置の一部であってもよく、さらには、装置の一部ではなく照明器具等のように独立した単体のものであってもよい。

　図２において、光源１０５は、直列に接続される複数の発光素子からなる発光素子群２１３を有する。各発光素子は、例えば、ＬＤ素子やＬＥＤ素子等である。電源回路１０６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０と、マイクロコントローラ（ＭＣＵと呼ぶ）２１１と、２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、インダクタＬ１と、平滑コンデンサＣｏと、過電流保護回路２１２と、電流検出用抵抗素子Ｒ１とを備える。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０は、外部のＡＣ電源（例えば商用電源等）１２０からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、ＤＣ電力として、光源１０５用の電源電圧ＶＣＣと、ＭＣＵ２１１用の電源電圧ＶＤＤとを生成する。ＭＣＵ（スイッチング制御回路）２１１は、制御部１１０からの指示（例えば、起動指示、目標電流値の指示等）に応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２へのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。ＰＷＭ信号ＰＷＭ２は、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１の相補信号となる。

　スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であり、この例では、共に、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチング素子Ｑ１は、一端（ドレイン）に電源電圧ＶＣＣが供給され、ＭＣＵ２１１からのＰＷＭ信号ＰＷＭ１に応じてインダクタＬ１に駆動電流を流すことでインダクタＬ１に電力を蓄積する。スイッチング素子Ｑ２は、一端（ソース）に接地電源電圧ＧＮＤが供給され、ＭＣＵ２１１からのＰＷＭ信号ＰＷＭ２に応じて、インダクタＬ１を起電力する還流電流を流す。

　なお、スイッチング素子Ｑ２は、図示は省略されているが、詳細にはスイッチング素子Ｑ２と並列に接続される還流ダイオードを備える。また、ここでは、スイッチング素子Ｑ２をオンに制御することでスイッチング素子Ｑ２（および還流ダイオード）を介して還流電流を流す同期整流方式を用いているが、スイッチング素子Ｑ２の代わりに還流ダイオードを備える構成であってもよい。

　平滑コンデンサＣｏは、インダクタＬ１に流れる電流によって充電され、出力電圧Ｖｏを生成するとともに、当該出力電圧Ｖｏを平滑化する。光源１０５および過電流保護回路２１２は、当該平滑コンデンサＣｏの両端の間に直列に設けられる。また、電流検出用抵抗素子Ｒ１も、平滑コンデンサＣｏの両端の間で、光源１０５および過電流保護回路２１２に対して直列に設けられる。電流検出用抵抗素子Ｒ１は、電流センサであり、光源１０５に流れる負荷電流Ｉｌｄを電圧Ｖｒ１に変換する。

　ここで、ＭＣＵ（スイッチング制御回路）２１１は、当該電圧Ｖｒ１をアナログ・ディジタル変換器を用いてディジタル値に変換することで、負荷電流Ｉｌｄの電流値を検出する。そして、ＭＣＵ２１１は、例えば、所定のプログラムを実行することで、当該負荷電流Ｉｌｄの電流値が制御部１１０から指示された目標電流値（例えば、数アンペア等）となるようにスイッチング制御を行う。

　具体的には、ＭＣＵ２１１は、例えば、負荷電流Ｉｌｄの電流値と目標電流値との誤差を検出し、当該誤差をゼロに近づけるためのＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比をＰＩ（Ｐ：比例、Ｉ：積分）制御等を用いて定める。ＭＣＵ２１１は、当該定めたデューティ比を有するＰＷＭ信号ＰＷＭ１と、その相補信号となるＰＷＭ信号ＰＷＭ２とを生成する。これにより、負荷電流Ｉｌｄの電流値は、目標電流値となるように制御される。また、出力電圧Ｖｏは、負荷電流Ｉｌｄと発光素子群２１３の特性（各発光素子の電流・電圧特性）とに基づく負荷電圧Ｖｌｄに自ずと収束する。

　なお、ここでは、スイッチング制御回路は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むマイクロコントローラで構成されたが、これに限らず、一部または全てが、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、または各種アナログ回路で構成されてもよい。すなわち、スイッチング制御回路は、ソフトウェア、ハードウェア、またはこれらの組み合わせで適宜構成されればよい。

　《前提となる問題点》
　図８は、本発明の前提として検討した光源装置の構成例を示す回路図である。図９は、図８の光源装置の主要部の動作例を示す波形図である。図８に示す光源装置では、図２に示した構成例と比較して、過電流保護回路２１２が設けられない。このような構成において、例えば、光源１０５が点灯している最中に、発光素子群２１３の中の一つの発光素子３００にショート故障が生じた場合を想定する。

　この場合、ショート故障が生じた時点で、負荷電圧Ｖｌｄは、ショート故障前に発光素子３００に加わっていた電圧の分だけ低下する。その結果、出力電圧Ｖｏと負荷電圧Ｖｌｄとの間に電圧差が生じ、光源１０５に過電流Ｉｌｄ’が流れる。この過電流Ｉｌｄ’によって、図９に示されるように、負荷電流Ｉｌｄが絶対最大定格値を超える場合がある。なお、図９における定格値は、制御部１１０によって指示される目標電流値に該当する。特に、このような発光素子を用いた光源１０５では、定格値と絶対最大定格値との間のマージンを十分に確保できない場合があり、絶対最大定格値を超える事態が生じ易い。

　一方、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）２１１は、例えば、図９に示されるように、電圧Ｖｒ１を介してこのような過電流Ｉｌｄ’を検出した際にＰＷＭ信号ＰＷＭ１をオフレベルに固定するような保護機能を備える場合がある。当該保護機能を用いると、インダクタＬ１への駆動電流の供給が停止し、過電流Ｉｌｄ’は、図９に示される電流経路上や、スイッチング素子Ｑ２およびインダクタＬ１を含めた還流経路上を流れる。その結果、過電流Ｉｌｄ’は、このような経路上の各種抵抗損失によって抑制される。

　しかし、このような保護機能では、図９に示されるような、ショート故障発生直後に図８の電流経路で流れる過電流Ｉｌｄ’を抑制できず、ショート故障に対して十分な保護を行うことが困難となる恐れがある。さらに、過電流Ｉｌｄ’に応じてスイッチング制御を停止した場合、その後に、スイッチング制御を再開するまでの期間または再開した直後で、光源１０５の状態は不安定になり得る。具体的には、例えば、光源１０５を一旦消灯すると共に各種制御状態をリセットし、再度、立ち上げシーケンスを実行する必要性が生じる場合がある。光源装置の用途によっては、このような不安定な状態が好まれないことがある。

　《過電流保護回路の詳細》
　そこで、図２の電源回路１０６は、過電流保護回路２１２を備える。過電流保護回路２１２は、負性抵抗素子ＴＨ１と、保護スイッチＴＲと、コンパレータ回路２１５と、保護制御回路２１６と、抵抗素子Ｒ２とを備える。図３は、図２における過電流保護回路内の負性抵抗素子の特性例を示す図である。負性抵抗素子ＴＨ１は、例えば、サーミスタ素子であり、図３に示されるように、温度上昇に伴い抵抗値が低下する特性を有する。すなわち、負性抵抗素子ＴＨ１は、電流が流れることで発熱するほど抵抗値が低下する。

　保護スイッチＴＲは、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等であり、この例では、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴで構成される。保護スイッチＴＲは、負性抵抗素子ＴＨ１と並列に接続され、通常時にはオンに制御され、光源１０５に過電流が流れた際にはオフに制御される。コンパレータ回路２１５は、電流検出用抵抗素子Ｒ１の電圧Ｖｒ１（すなわち光源１０５に流れる負荷電流Ｉｌｄ）が所定の電圧閾値Ｖｔｈ（対応する電流閾値をＩｔｈと呼ぶ）を超えた否かを判定する。コンパレータ回路２１５は、負荷電流Ｉｌｄが電流閾値（Ｉｔｈ）を超えた際には、保護制御回路２１６を介して保護スイッチＴＲをオフに制御する。電流閾値（Ｉｔｈ）は、図９の絶対最大定格値よりも低い値に設定される。

　保護制御回路２１６は、保護スイッチＴＲがオフに制御されたのち、所定の期間経過後に保護スイッチＴＲをオンに制御する。この例では、保護スイッチ（ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ）ＴＲのゲートは、高抵抗の抵抗素子Ｒ２を介して電源電圧ＶＤＤに接続されている。保護制御回路２１６は、例えば、タイマ回路（遅延回路）等を含み、保護スイッチＴＲのゲートを、コンパレータ回路２１５によって“Ｉｌｄ＞Ｉｔｈ”が検出された時点からタイマ回路に基づく期間だけ接地電源電圧ＧＮＤに接続する。また、保護制御回路２１６は、タイマ回路に基づく期間を経過したのち出力をハイインピーダンスに保つ。

　図４は、図２の光源装置の主要部の動作例を示す波形図である。図４において、前述した図８および図９の場合と同様に、発光素子の一つにショート故障が生じると、負荷電流Ｉｌｄが増加する。コンパレータ回路２１５は、この負荷電流Ｉｌｄの増加を検出し、保護制御回路２１６を介して保護スイッチＴＲをオフに制御する。その結果、負荷電流Ｉｌｄは、保護スイッチＴＲに代わって負性抵抗素子ＴＨ１に流れ、これに伴い、負性抵抗素子ＴＨ１に所定の電圧ΔＶｄ１が生じる。

　ここで、負性抵抗素子ＴＨ１は、この所定の電圧ΔＶｄ１（すなわち、略定格値の電流に伴い生じる電圧）が、定格値の電流に伴い１個の発光素子で生じる電圧に対して±３０％程度となるような特性を有するものを用いればよい。言い換えれば、負性抵抗素子ＴＨ１は、初期の抵抗値によって生じる電圧と複数の発光素子毎に生じる電圧との差が±３０％程度の電圧の範囲に含まれるような特性を有する。その結果、ショート故障が生じた直後において、図８および図９の場合と異なり、出力電圧Ｖｏと負荷電圧Ｖｌｄとの間に生じ得る差電圧を抑制できる。このため、負荷電流Ｉｌｄが絶対最大定格値を超えるような事態を防止できる。

　その後、負性抵抗素子ＴＨ１の抵抗値は、負荷電流Ｉｌｄに伴う発熱によって徐々に低下する。これに伴い、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧も、負性抵抗素子ＴＨ１の特性に基づく所定の電圧ΔＶｄ２に向けて徐々に低下する。理想的には、負性抵抗素子ＴＨ１の抵抗値は、発熱によって略ゼロまで低下し、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧ΔＶｄ２も、略ゼロまで低下する。

　一方、ＭＣＵ２１１は、この負性抵抗素子ＴＨ１の電圧（ひいては負荷電圧Ｖｌｄ）が徐々に低下していく過程においても、負荷電流Ｉｌｄが目標電流値（定格値）となるようにデューティ比を逐次制御する。すなわち、ＭＣＵ２１１は、保護スイッチＴＲがオフ（およびオン）に制御されている期間でＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を継続的に生成する。保護スイッチＴＲがオフの期間において、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧の低下速度にＰＩ制御等の応答速度が十分に追従できる場合、出力電圧Ｖｏは、負荷電圧Ｖｌｄの低下に追従するように徐々に低下していく。そして、出力電圧Ｖｏは、ショート故障発生前の電圧値から所定の電圧ΔＶｏだけ低下した値に収束する。所定の電圧ΔＶｏは、理想的には、ショート故障が生じた発光素子に元々加わっていた電圧に等しい。

　また、保護制御回路２１６は、保護スイッチＴＲをオフに制御したのち、所定の期間Ｔｗを経過後に保護スイッチＴＲをオンに制御する。この所定の期間Ｔｗは、出力電圧Ｖｏが所定の電圧ΔＶｏだけ低下した値に収束するまでに要する期間、言い換えれば、負性抵抗素子ＴＨ１の抵抗値が十分（理想的には略ゼロ）に低下するまでに要する期間となるよう、予め検証した上で定められる。ここで、電圧ΔＶｄ２が略ゼロであり、出力電圧Ｖｏが負荷電圧Ｖｌｄの低下に追従する場合、保護スイッチＴＲがオンに制御された時点で出力電圧Ｖｏと負荷電圧Ｖｌｄとの間に差電圧は生じず、過電流も生じない。

　一方、保護スイッチＴＲをオンに制御した時点で、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧ΔＶｄ２がゼロでない場合、この電圧ΔＶｄ２が出力電圧Ｖｏと負荷電圧Ｖｌｄとの間の差電圧として現れる。ただし、この際には、当該差電圧によって負荷電流Ｉｌｄが絶対最大定格値を超えなければよく、電圧ΔＶｄ２は、必ずしも略ゼロである必要はない。このため、適用する負性抵抗素子ＴＨ１の特性や、所定の期間Ｔｗの長さは、このように絶対最大定格値とのマージンを考慮して適切に定められればよい。

　また、ここでは、所定の期間Ｔｗを固定値としたが、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧を検出することで所定の期間Ｔｗを定める方式を用いてもよい。具体的には、例えば、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧と、予め定めた基準電圧（ΔＶｄ２）とを比較するコンパレータ回路を更に設け、負性抵抗素子ＴＨ１の電圧が基準電圧（ΔＶｄ２）よりも低下した際に、保護スイッチＴＲをオンするように構成すればよい。

　《実施の形態１の主要な効果》
　以上、実施の形態１の方式を用いることで、光源１０５のショート故障に対して十分な保護を行うことが可能になる。具体的には、光源１０５にショート故障が生じた直後に生じ得る過電流を抑制し、負荷電流Ｉｌｄが絶対最大定格値を超えないように制御することが可能になる。さらに、図８および図９の場合と異なり、負性抵抗素子ＴＨ１の特性を利用することで、点灯中の光源１０５を点灯させたままの状態で（すなわちＰＷＭ信号の生成を継続した状態で）、ショート故障の影響を吸収した出力電圧Ｖｏに向けて徐々に移行することが可能になる。その結果、点灯中の光源１０５にショート故障が生じた場合であっても、ショート故障発生前後で光源１０５の点灯状態を安定的に保つことができ、可用性を高めることが可能になる。

　なお、ここでは、電源回路１０６として、降圧型のスイッチングレギュレータを用いたが、これに限らず、光源装置の用途に応じて、昇圧型のスイッチングレギュレータを用いてもよい。この場合でも同様の問題が生じ得るが、同様の方式を適用することができる。また、保護スイッチＴＲの代わりに、例えば、発光素子群２１３の一端を負性抵抗素子ＴＨ１に接続するか負性抵抗素子ＴＨ１を介さずにバイパスさせるかを選択するセレクタ等を設けてもよい。ただし、このようなセレクタは、実質的には、保護スイッチＴＲと同一とみなせる。

　（実施の形態２）
　《光源装置の構成および主要部の動作》
　図５は、本発明の実施の形態２による光源装置の構成例を回路図である。図５に示す光源装置は、図２に示した構成例と比較して、過電流保護回路３１２の構成と、これに伴うマイクロコントローラ（ＭＣＵ）２１１の処理内容とが異なっている。図５の過電流保護回路３１２では、図２の構成例と比較して、コンパレータ回路２１５、保護制御回路２１６および抵抗素子Ｒ２が設けられず、その代わりに、ＭＣＵ２１１が保護スイッチＴＲのオン・オフを制御する構成となっている。

　図６は、図５におけるマイクロコントローラの主要部の処理内容の一例を示すフロー図である。ＭＣＵ２１１は、所定のプログラムに基づいて当該処理フローを実行する。図６において、ＭＣＵ２１１は、保護スイッチＴＲをオンに制御し（ステップＳ１０１）、この状態で、例えば、電流検出用抵抗素子Ｒ１の電圧Ｖｒ１を所定の監視周期でディジタル値に変換しながら負荷電流Ｉｌｄを監視する（ステップＳ１０２）。また、ＭＣＵ２１１は、当該監視周期毎に、電圧Ｖｒ１（すなわち負荷電流Ｉｌｄ）が所定の電圧閾値Ｖｔｈ（電流閾値（Ｉｔｈ））を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

　ＭＣＵ２１１は、電圧Ｖｒ１が電圧閾値Ｖｔｈを超えていない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ時）には、ステップＳ１０２において負荷電流Ｉｌｄの監視を継続する。一方、ＭＣＵ２１１は、電圧Ｖｒ１が電圧閾値Ｖｔｈを超えた際（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ時）には、保護スイッチＴＲをオフに制御する（ステップＳ１０４）。

　その後、ＭＣＵ２１１は、保護スイッチＴＲをオフに制御したのち所定の期間Ｔｗを経過したか否かをタイマ等を用いて判定する（ステップＳ１０５）。所定の期間Ｔｗを経過した際、ＭＣＵ２１１は、保護スイッチＴＲを再びオンに制御し、処理を終了する（ステップＳ１０６）。そして、ＭＣＵ２１１は、図６の処理フローを再び実行する。また、ＭＣＵ２１１は、図６の処理フローと並行して、図４等に示したようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＰＷＭ信号で継続的に制御する。

　これにより、実施の形態１の場合と同様に、複数の発光素子のいずれか一つにショート故障が生じた場合であっても、光源１０５の点灯状態を維持したまま出力電圧Ｖｏを適切な値（図４におけるΔＶｏ低下した値）に徐々に収束させることが可能になる。また、その後に、別の発光素子で更なるショート故障が生じた場合であっても、同様にして、出力電圧Ｖｏを適切な値（更にΔＶｏ低下した値）に徐々に収束させることが可能になる。

　《実施の形態２の主要な効果》
　以上、実施の形態２の方式を用いることで、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。また、実施の形態１の方式と比較して、過電流保護回路３１２における回路規模を低減することができる。なお、実施の形態２の方式では、負荷電流Ｉｌｄの監視周期の長さによっては、負荷電流Ｉｌｄが絶対最大定格値を超えてしまう可能性がある。したがって、この観点では、ＭＣＵ２１１の外部に別途コンパレータ回路２１５を設ける実施の形態１の方式が有益となる。

　（実施の形態３）
　《光源装置の構成》
　図７は、本発明の実施の形態３による光源装置の構成例を回路図である。図７に示す光源装置は、光源１０５の中に複数の発光素子群２１３［１］～２１３［ｎ］を有し、これに応じて、電源回路１０６内に複数のサブ電源回路４００［１］～４００［ｎ］を有する。複数のサブ電源回路４００［１］～４００［ｎ］のそれぞれは、図２の場合と同様に、ＭＣＵ２１１、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、インダクタＬ１、平滑コンデンサＣｏ、電流検出用抵抗素子Ｒ１および過電流保護回路２１２を有する。また、電源回路１０６内には、この複数のサブ電源回路４００［１］～４００［ｎ］に共通してＡＣ／ＤＣコンバータ２１０が設けられる。

　複数のサブ電源回路４００［１］～４００［ｎ］は、それぞれ、複数の発光素子群２１３［１］～２１３［ｎ］に電源（ＤＣ電力）を供給する。そして、複数のサブ電源回路のそれぞれ（例えば４００［１］）は、対応する発光素子群（２１３［１］）にショート故障が生じた場合に、実施の形態１の場合と同様にして自身の過電流保護回路２１２を用いて保護動作を行う。

　《実施の形態３の主要な効果》
　以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。そして、このような効果を、並列に駆動される複数の発光素子群を光源１０５として用いる場合であっても得ることができる。

　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１００：投射型映像表示装置、１０１：投射光学系、１０２：表示素子、１０５：光源、１０６：電源回路、２１１：マイクロコントローラ（スイッチング制御回路）、２１２：過電流保護回路、２１３：発光素子群、２１５：コンパレータ回路、２１６：保護制御回路、３１２：過電流保護回路、Ｃｏ：平滑コンデンサ、Ｉｌｄ：負荷電流、Ｌ１：インダクタ、Ｑ１，Ｑ２：スイッチング素子、Ｒ１：電流検出用抵抗素子、ＴＨ１：負性抵抗素子、ＴＲ：保護スイッチ、Ｔｗ：期間、Ｖｔｈ：電圧閾値

Claims

　インダクタと、
　ＰＷＭ信号に基づいて前記インダクタに電力を蓄積するスイッチング素子と、
　前記ＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御回路と、
　前記インダクタに流れる電流によって充電される平滑コンデンサと、
　前記平滑コンデンサの両端の間に直列に設けられる光源および過電流保護回路と、
を備える光源装置であって、
　前記光源は、直列に接続される複数の発光素子を有し、
　前記過電流保護回路は、
　温度上昇に伴い抵抗値が低下する負性抵抗素子と、
　前記負性抵抗素子と並列に接続され、前記光源に過電流が流れた際にオフに制御される保護スイッチと、
を有する、
光源装置。
　請求項１記載の光源装置において、
　前記過電流保護回路は、さらに、前記光源に流れる負荷電流が所定の閾値を超えたか否かを判定し、前記負荷電流が前記閾値を超えた際に前記保護スイッチをオフに制御するコンパレータ回路を有する、
光源装置。
　請求項２記載の光源装置において、
　前記スイッチング制御回路は、所定のプログラムを実行するマイクロコントローラに搭載され、
　前記コンパレータ回路は、前記マイクロコントローラの外部に設けられる、
光源装置。
　請求項２記載の光源装置において、
　前記過電流保護回路は、さらに、前記保護スイッチがオフに制御されたのち、所定の期間経過後に前記保護スイッチをオンに制御する保護制御回路を有する、
光源装置。
　請求項４記載の光源装置において、
　前記スイッチング制御回路は、前記過電流保護回路によって前記保護スイッチがオフおよびオンに制御されている期間で前記ＰＷＭ信号を継続的に生成する、
光源装置。
　請求項１記載の光源装置において、
　前記負性抵抗素子は、初期の抵抗値によって生じる電圧と前記複数の発光素子毎に生じる電圧との差が±３０％の範囲に含まれる特性を有する、
光源装置。
　光源と、
　前記光源からの光を透過または反射する表示素子と、
　前記表示素子からの映像の光を外部の映像投射面へ投射する投射光学系と、
　前記光源に電源を供給する電源回路と、
を備える投射型映像表示装置であって、
　前記光源は、直列に接続される複数の発光素子を有し、
　前記電源回路は、
　インダクタと、
　ＰＷＭ信号に基づいて前記インダクタに電力を蓄積するスイッチング素子と、
　前記ＰＷＭ信号を生成するスイッチング制御回路と、
　前記インダクタに流れる電流によって充電される平滑コンデンサと、
　過電流保護回路と、
を有し、
　前記光源および前記過電流保護回路は、前記平滑コンデンサの両端の間に直列に設けられ、
　前記過電流保護回路は、
　負の温度特性で抵抗値が変化する負性抵抗素子と、
　前記負性抵抗素子と並列に接続され、前記光源に過電流が流れた際にオフに制御される保護スイッチと、
を有する、
投射型映像表示装置。
　請求項７記載の投射型映像表示装置において、
　前記過電流保護回路は、さらに、前記光源に流れる負荷電流が所定の閾値を超えたか否かを判定し、前記負荷電流が前記閾値を超えた際に前記保護スイッチをオフに制御するコンパレータ回路を有する、
投射型映像表示装置。
　請求項８記載の投射型映像表示装置において、
　前記スイッチング制御回路は、所定のプログラムを実行するマイクロコントローラに搭載され、
　前記コンパレータ回路は、前記マイクロコントローラの外部に設けられる、
投射型映像表示装置。
　請求項８記載の投射型映像表示装置において、
　前記過電流保護回路は、さらに、前記保護スイッチがオフに制御されたのち、所定の期間経過後に前記保護スイッチをオンに制御する保護制御回路を有する、
投射型映像表示装置。
　請求項１０記載の投射型映像表示装置において、
　前記スイッチング制御回路は、前記過電流保護回路によって前記保護スイッチがオフおよびオンに制御されている期間で前記ＰＷＭ信号を継続的に生成する、
投射型映像表示装置。
　請求項７記載の投射型映像表示装置において、
　前記負性抵抗素子は、初期の抵抗値によって生じる電圧と前記複数の発光素子毎に生じる電圧との差が±３０％の範囲に含まれる特性を有する、
投射型映像表示装置。
　インダクタと、
　ＰＷＭ信号に基づいて前記インダクタに電力を蓄積するスイッチング素子と、
　前記インダクタに流れる電流によって充電される平滑コンデンサと、
　前記平滑コンデンサの両端の間に直列に設けられる光源および過電流保護回路と、
を備える光源装置の保護方法であって、
　前記光源は、直列に接続される複数の発光素子を有し、
　前記過電流保護回路は、温度上昇に伴い抵抗値が低下する負性抵抗素子と、前記負性抵抗素子と並列に接続される保護スイッチと、を有し、
　前記光源に流れる負荷電流を監視し、前記負荷電流が所定の閾値を超えた際に前記保護スイッチをオフに制御する第１のステップを有する、
光源装置の保護方法。
　請求項１３記載の光源装置の保護方法において、
　前記第１のステップに伴い前記保護スイッチをオフに制御したのち所定の期間を経過した際に前記保護スイッチをオンに制御する第２のステップを有する、
光源装置の保護方法。
　請求項１４記載の光源装置の保護方法において、
　前記第１のステップおよび前記第２のステップと並行して前記スイッチング素子を前記ＰＷＭ信号で継続的に制御する第３のステップを有する、
光源装置の保護方法。