JP2008312038A - 光送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】光送信モジュールを複数搭載する場合であっても、小型化及び低消費電力化を図ることができる光送信機を提供する。
【解決手段】光送信機１では、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける各ペルチェ素子１４が、ペルチェ素子制御回路２０に対して直列接続されている。これにより、個々のペルチェ素子１４のインピータンスが低いとしても、ペルチェ素子制御回路２０の負荷抵抗を十分に大きくでき、回路の損失を減少させることができる。したがって、光送信機１では、ペルチェ素子制御回路２０の電力変換効率の向上が図られる結果、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを搭載する場合であっても、低消費電力化を実現できる。また、この光送信機１では、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに一のペルチェ素子制御回路２０を対応させているので、装置の大型化も回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として光通信に用いられる温度制御型の光送信機に関する。

光通信の分野では、光送信モジュールを複数搭載し、波長多重通信に使用される光送信機が知られている。この種の光送信機においては、光送信モジュールに内蔵される発光素子の温度を目標温度に維持するため、ペルチェ素子といった電子冷却素子を用いた温度制御がなされている。例えば特許文献１及び２には、かかる電子冷却素子を制御する制御回路が開示されている。
特開平７−２８８３５１号公報 特開平１０−３３５７２４号公報

しかしながら、光送信モジュールを複数搭載する光送信機に対し、上述した従来の電子冷却素子の制御回路を光送信モジュールごとに適用すると、多数の構成物品を配置するための大きな実装領域が必要となり、光送信機が大型化してしまうという問題がある。

また、特許文献２にも記載があるように、一般には、光送信モジュールに内蔵される電子冷却素子の抵抗値は１Ω程度、制御電流は−１Ａ〜１Ａ程度となっている。したがって、電子冷却素子の制御回路に接続される例えば５Ｖ（又は３．３Ｖ）の電源電圧から、電子冷却素子に印加する１Ｖ以下の電圧を生成するのでは、十分な電力変換効率が得られない。このことは、光送信モジュールを複数搭載する光送信機においては、低消費電力化という観点で看過できないものである。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、光送信モジュールを複数搭載する場合であっても、小型化及び低消費電力化を図ることができる光送信機を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明者らは、鋭意研究を重ねていく過程で、電子冷却素子の制御回路における電力変換効率の負荷依存性に着目した。ここで、図４は、特許文献２に記載の温度制御回路と同様の構成にて、温度制御回路の負荷抵抗を変えたときの電力変換効率を測定した結果を示す図である。同図に示す結果から、温度制御回路の負荷抵抗が大きい場合の方が温度制御回路の損失が減り、電力変換効率が向上することが分かった。

この結果を受け、本発明者らは、電子冷却素子を内蔵している光送信モジュールと温度制御回路との接続に工夫を加えれば、当該光送信モジュールを複数搭載する場合であっても、小型化及び低消費電力化を図ることができるとの知見を得て、本発明に想到するに至った。

本発明に係る光送信機は、光信号を出力する発光素子、当該発光素子の温度を調整する電子冷却素子、及び発光素子の温度を検出する温度検出素子を備えた複数の光送信モジュールと、各光送信モジュールの電子冷却素子に電流を供給して各電子冷却素子の吸熱・発熱を制御する素子制御手段と、各光送信モジュールの温度検出素子から出力される温度検出信号の出力値に基づいて、素子制御手段から該電子冷却素子に供給される電流量を決定する電流量決定手段とを備え、電子冷却素子は、素子制御手段に対して直列接続されていることを特徴としている。

この光送信機では、複数の光送信モジュールにおける各電子冷却素子が、素子制御手段に対して直列接続されている。したがって、素子制御手段における負荷抵抗が十分に大きくなり、電力変換効率を向上させることが可能となる。これにより、光送信モジュールを複数搭載する場合であっても、低消費電力化を実現できる。また、この光送信機では、上記の接続により、複数の光送信モジュールに対応させて複数の素子制御手段を設ける必要がないため、大型化も回避できる。

また、電流量決定手段は、発光素子の目標温度をＴ_０とし、温度検出素子から出力される温度検出信号の最大値をＡ、最小値をＢとした場合に、（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｔ_０を満たすように電子冷却素子に供給する電流量を決定することが好ましい。こうすると、発光素子の温度と目標温度との解離を最小化できる。

また、光送信モジュールごとに設けられ、電子冷却素子をバイパスするように電子冷却素子の入出力端子間を電気的に接続するバイパス手段と、温度検出素子から出力される温度検出信号の出力値に基づいて、バイパス手段に流れる電流量を個別に制御するバイパス制御手段とを更に備えたことが好ましい。この場合、電流量決定手段とバイパス制御手段との協働によって、発光素子の温度をより精度良く調整することが可能となる。

本発明に係る光送信機によれば、光送信モジュールを複数搭載する場合であっても、小型化及び低消費電力化を図ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光送信機の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光送信機の構成を示す図である。図１に示すように、光送信機１は、例えば波長多重方式の光通信システムに組み込まれる装置であり、複数（本実施形態では３つ）の光送信モジュール１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）と、ペルチェ素子制御回路（素子制御手段）２０とを備えて構成されている。

各光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、レーザダイオード（発光素子）１１と、ＴＥＣ（Thermo Electric Control）回路１２と、サーミスタ（温度検出素子）１３とをそれぞれ備えている。レーザダイオード１１は、所定の送信先に対して送信する光信号を出力する素子である。レーザダイオード１１は、駆動回路からの電流供給を受けて所定波長の光信号を出力する。各光送信モジュール１０のレーザダイオード１１は、それぞれ異なる波長の光信号を出力するようになっている。

ＴＥＣ回路１２は、ペルチェ素子（電子冷却素子）１４を有しており、ペルチェ素子１４への入出力を行うための端子１６Ａ，１７Ａ、端子１６Ｂ，１７Ｂ、端子１６Ｃ，１７Ｃを有している。ペルチェ素子１４は、これらの端子を介してペルチェ素子制御回路２０から供給されるＴＥＣ駆動電流に応じて吸熱・発熱を行い、これにより、レーザダイオード１１の温度を昇温・降温させる。

各光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ペルチェ素子１４は、ペルチェ素子制御回路２０に対して直列接続されている。すなわち、光送信モジュール１０ＡのＴＥＣ回路１２の一方の端子１６Ａは、ペルチェ素子制御回路２０の一方の端子２０ａに電気的に接続され、光送信モジュール１０ＡのＴＥＣ回路１２の他方の端子１７Ａは、光送信モジュール１０ＢのＴＥＣ回路１２の一方の端子１６Ｂに電気的に接続されている。

また、光送信モジュール１０ＢのＴＥＣ回路１２の他方の端子１７Ｂは、光送信モジュール１０ＣのＴＥＣ回路１２の一方の端子１６Ｃに電気的に接続され、光送信モジュール１０ＣのＴＥＣ回路１２の他方の端子１７Ｃは、ペルチェ素子制御回路の他方の端子２０ｂに電気的に接続されている。サーミスタ１３は、レーザダイオード１１の近傍に配置されている。サーミスタ１３は、レーザダイオード１１の温度を検出し、この検出結果を表す温度検出信号をペルチェ素子制御回路２０に出力する。

ペルチェ素子制御回路２０は、光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ペルチェ素子１４の動作を制御する回路であり、例えば５Ｖの電源電圧に接続されている。また、ペルチェ素子制御回路２０は、機能的な構成要素として、電流量決定部（電流量決定手段）２１を有している。電流量決定部２１は、サーミスタ１３から出力される温度検出信号に基づいて、ペルチェ素子制御回路２０に対して直列接続された各ペルチェ素子１４に供給する電流量を決定する部分である。

より具体的には、電流量決定部２１は、各レーザダイオード１１における目標温度をＴ_０とし、各サーミスタ１３から出力される温度検出信号の最大値をＡ、最小値をＢとした場合に、（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｔ_０を満たすように各ペルチェ素子１４に供給する電流量を決定する。ペルチェ素子制御回路２０は、電流量決定部２１によって決定された量の電流を各ペルチェ素子１４に供給する。

このように、光送信機１では、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおける各ペルチェ素子１４が、ペルチェ素子制御回路２０に対して直列接続されている。これにより、個々のペルチェ素子１４のインピータンスが低いとしても、ペルチェ素子制御回路２０の負荷抵抗は、十分に大きなものとなる。図４にも示したように、ペルチェ素子制御回路２０の負荷抵抗が大きい場合、回路の損失が減り、ペルチェ素子制御回路２０の電力変換効率を向上させることが可能となる。

ここで、図５に示すように、比較例に係る光送信機１００において、光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対応させて、ペルチェ素子制御回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃをそれぞれ設ける場合、各ペルチェ素子１４の抵抗値を１Ωとし、制御電流を１Ａとすると、各ペルチェ素子制御回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの負荷抵抗は、それぞれ１Ωとなる。この場合、ペルチェ素子制御回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに接続される電源電圧を５Ｖとすれば、各ペルチェ素子制御回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、５Ｖの電源電圧から１Ｖの電圧を生成するＤＣ電圧変換回路と等価となる。

これに対し、本実施形態に係る光送信機１では、各ペルチェ素子１４の抵抗値を１Ωとし、制御電流を１Ａとすると、３つのペルチェ素子１４が直列接続されたペルチェ素子制御回路２０の負荷抵抗は３Ωとなる。したがって、ペルチェ素子制御回路２０に接続される電源電圧を５Ｖとすれば、ペルチェ素子制御回路２０は、５Ｖの電源電圧から３Ｖの電圧を生成するＤＣ電圧変換回路と等価となり、上述した比較例のように、３つのペルチェ素子制御回路２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを配置する場合に比べて、ペルチェ素子制御回路２０の電力変換効率の向上が図られる。

したがって、光送信機１では、ペルチェ素子制御回路２０の電力変換効率の向上が図られる結果、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを搭載する場合であっても、低消費電力化を実現できる。また、この光送信機１では、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに一のペルチェ素子制御回路２０を対応させているので、装置の大型化も回避できる。

さらに、光送信機１では、電流量決定部２１は、レーザダイオード１１の目標温度をＴ_０とし、各サーミスタ１３から出力される温度検出信号の最大値をＡ、最小値をＢとした場合に、（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｔ_０を満たすようにペルチェ素子１４に供給する電流量を決定する。このような処理により、レーザダイオード１１の温度と目標温度Ｔ_０との解離を最小化できる。

［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態に係る光送信機について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る光送信機の構成を示す図である。図２に示す光送信機３１は、光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃごとにバイパス回路（バイパス手段）４０がそれぞれ設けられている点で第１実施形態に係る光送信機１と異なっている。

すなわち、光送信機３１では、光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、ペルチェ素子１４をバイパスするようにＴＥＣ回路１２の
入出力端子１６Ａ，１７Ａ間、１６Ｂ，１７Ｂ間、及び１６Ｃ，１７Ｃ間を電気的に接続するバイパス回路４０がそれぞれ設けられている。また、ペルチェ素子制御回路２０には、更なる機能的な構成要素として、バイパス制御部（バイパス制御手段）２２が設けられている。

バイパス回路４０は、図３に示すように、電子制御スイッチ４１と、抵抗体４２と、一対のローパスフィルタ４３，４３とによって構成されている。電子制御スイッチ４１は、例えばリレースイッチであり、バイパス制御部２２からのスイッチ制御用パルス信号を受けてオン・オフの切り替えがなされる。電子制御スイッチ４１は、パルス幅変調又はパルスカウント変調により、スイッチング時間の微調整が可能となっている。

抵抗体４２は、電子制御スイッチ４１の一方側に接続されている。抵抗体４２の抵抗値は、例えば０Ω〜５０Ωの間に設定されている。ローパスフィルタ４３，４３は、電子制御スイッチ４１及び抵抗体４２を挟むようにして接続されている。ローパスフィルタ４３，４３により、電子制御スイッチ４１がスイッチングを行う際に発生する高周波のノイズ成分（スイッチング雑音）を除去できる。

バイパス制御部２２は、サーミスタ１３から出力される温度検出信号に基づいて、各バイパス回路４０に流れる電流量を個別に制御する部分である。バイパス制御部２２は、温度検出信号が示すいずれかのレーザダイオード１１の温度が目標温度Ｔ_０を外れ、ペルチェ素子制御回路２０による制御が過制御となっている光送信モジュール１０が存在する場合には、その光送信モジュール１０に設けられているバイパス回路４０に対してスイッチ制御用パルス信号を出力する。これにより、ペルチェ素子制御回路２０から流れる電流の一部がペルチェ素子１４を迂回することとなり、レーザダイオード１１の温度が目標温度Ｔ_０に近づくように調整がなされる。

このような光送信機３１においても、第１実施形態と同様に、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ペルチェ素子１４が、ペルチェ素子制御回路２０に対して直列接続されている。したがって、ペルチェ素子制御回路２０の電力変換効率の向上が図られる結果、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを搭載する場合であっても、低消費電力化を実現できる。また、この光送信機３１においても、複数の光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに一のペルチェ素子制御回路２０を対応させているので、装置の大型化も回避できる。

また、この光送信機３１では、電流量決定部２１によって決定された量の電流が各光送信モジュール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ペルチェ素子１４に供給され、各レーザダイオード１１の温度が目標温度Ｔ_０に近づくように一律に調整される。そして、温度検出信号が示すいずれかのレーザダイオード１１の温度が目標温度Ｔ_０を外れ、ペルチェ素子制御回路２０による制御が過制御となっている光送信モジュール１０がある場合には、ペルチェ素子制御回路２０から流れる電流の一部をバイパス回路４０に迂回させることで、レーザダイオード１１の温度が個別に調整される。これにより、光送信機３１では、レーザダイオード１１の温度をより精度良く目標温度Ｔ_０に調整することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えばバイパス回路４０において、電子制御スイッチ４１はトランジスタ等を用いてもよく、電子制御スイッチ４１の制御信号は、ＤＣであってもよい。また、ローパスフィルタ４３，４３は、いずれか一方のみを配置するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る光送信機の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る光送信機の構成を示す図である。 バイパス回路の構成を示す図である。 従来の構成において、温度制御回路の負荷抵抗を変えたときの電力変換効率を測定した結果を示す図である。 比較例に係る光送信機の構成を示す図である。

符号の説明

１，３１…光送信機、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…光送信モジュール、１１…レーザダイオード（発光素子）、１３…サーミスタ（温度検出素子）、１４…ペルチェ素子（電子冷却素子）、１６Ａ〜１６Ｃ，１７Ａ〜１７Ｃ…入出力端子、２０…ペルチェ素子制御回路（素子制御手段）、２１…電流量決定部（電流量決定手段）、２２…バイパス制御部（バイパス制御手段）、４０…バイパス回路（バイパス手段）。

Claims (3)

1. 光信号を出力する発光素子、当該発光素子の温度を調整する電子冷却素子、及び前記発光素子の温度を検出する温度検出素子を備えた複数の光送信モジュールと、
   各光送信モジュールの前記電子冷却素子に電流を供給して前記各電子冷却素子の吸熱・発熱を制御する素子制御手段と、
   各光送信モジュールの前記温度検出素子から出力される温度検出信号の出力値に基づいて、前記素子制御手段から該電子冷却素子に供給される電流量を決定する電流量決定手段とを備え、
   前記電子冷却素子は、前記素子制御手段に対して直列接続されていることを特徴とする光送信機。
2. 前記電流量決定手段は、
   前記発光素子の目標温度をＴ_０とし、前記温度検出素子から出力される前記温度検出信号の最大値をＡ、最小値をＢとした場合に、（Ａ＋Ｂ）／２＝Ｔ_０を満たすように前記電子冷却素子に供給する電流量を決定することを特徴とする請求項１記載の光送信機。
3. 前記光送信モジュールごとに設けられ、前記電子冷却素子をバイパスするように前記電子冷却素子の入出力端子間を電気的に接続するバイパス手段と、
   前記温度検出素子から出力される前記温度検出信号の出力値に基づいて、前記バイパス手段に流れる電流量を個別に制御するバイパス制御手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の光送信機。
   
   

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