(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱または冷却を行う温度制御素子と、
高精度の温度制御を必要とし、前記温度制御素子によって温度を制御される光導波路素子と、
前記温度制御素子と前記光導波路素子との間に挟持される熱伝導性基板と、
前記光導波路素子の温度検出を行うセンサ部と、該センサ部から引き出されたリード線を有する温度検出素子と
を備え、
前記熱伝導性基板は、前記光導波路素子と面する平面に、該平面の中央位置を起点に該平面の縁に向けて略渦巻き状の溝が形成され、
前記温度検出素子は、前記センサ部が前記溝の前記中央位置に埋め込まれ、前記リード線が前記溝の中に沿って埋め込まれており、
さらに、前記溝の中が、熱伝導性材料で充填されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
加熱または冷却を行う温度制御素子と、
高精度の温度制御を必要とし、前記温度制御素子によって温度を制御される光導波路素子と、
前記温度制御素子と前記光導波路素子との間に挟持される熱伝導性基板と、
前記光導波路素子の温度検出を行うセンサ部と、該センサ部から引き出されたリード線を有する温度検出素子と
を備え、
前記熱伝導性基板は、前記光導波路素子と面する平面に、該平面の中央位置を起点に該平面の縁に向けて略蛇行状の溝が形成され、
前記温度検出素子は、前記センサ部が前記溝の前記中央位置に埋め込まれ、前記リード線が前記溝の中に沿って埋め込まれており、
さらに、前記溝の中が、熱伝導性材料で充填されていることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】
前記光導波路素子は、温度変動による特性変化を起こす温度検出領域を有しており、前記センサ部は、前記温度検出領域の中央位置に保持されるように、前記センサ部を搭載する前記熱伝導性基板と、前記温度検出領域を有する前記光導波路素子とが、配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記光導波路素子には、中央部に異なった曲率で一定方向に曲がったチャネル導波路アレイが配置され、その入射側には入力側スラブ導波路が、一方その出射側には出力側スラブ導波路がそれぞれ配置され、さらに、前記入力側スラブ導波路の入力側には信号光が入力される入力導波路と、前記出力側スラブ導波路の出力側には信号光が出力される出力導波路が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
温度変動による特性変化を起こす温度検出領域が、前記チャネル導波路アレイ、前記入力側スラブ導波路、前記出力側スラブ導波路を含んだ領域であることを特徴とする請求項４記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記センサ部は、前記チャネル導波路アレイの中央位置に配置されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
前記温度制御素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記温度制御素子は、ヒータであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項９】
前記熱伝導性基板は金属板であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項１０】
挟持される前記熱伝導性基板の平面は、同じく挟持される前記温度制御素子の固定される平面よりも大きく、かつ同じく挟持される前記光導波路素子の温度検出領域よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項１１】
前記溝は、前記熱伝導性基板を２枚で構成し、そのうち一方を溝の部分を打ち抜き、これらを貼り合わせて形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の光導波路デバイス。
【請求項１２】
さらに、前記温度制御素子が底部に配置されているケースを備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１つに光導波路デバイス。
【請求項１３】
さらに、前記温度制御素子の温度制御を行う温度制御回路が備えられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路デバイスに係わり、特に光導波路のように高精度の温度制御を必要とする温度制御対象部品をなるべく精度良く温度制御するための光導波路デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば光導波路はその置かれている温度環境によって出力波長が変動する。
【０００３】
図７は、光導波路の一例を示したものである。光導波路素子１１の一端部には、入力用ファイバ１２を接続する入力側ファイバアレイ１３が取り付けられている。また、反対側の端部には出力用ファイバ１４を接続する出力側ファイバアレイ１５が取り付けられている。光導波路素子１１のほぼ中央部には異なった曲率でそれぞれ一定方向に曲がったチャネル導波路アレイ１６が配置されており、その入射側には入力側スラブ導波路１７が、また出射側には出力側スラブ導波路１８が接続されている。入力側ファイバアレイ１３と入力側スラブ導波路１７の間には入力導波路１９が、また出力側スラブ導波路１８と出力側ファイバアレイ１５の間には出力導波路２０がそれぞれ配置されている。
【０００４】
このような光導波路素子１１では、入力導波路１９から入射した多重信号光が入力側スラブ導波路１７によってその進路を広げられる。そしてチャネル導波路アレイ１６にそれぞれ等位相で入射する。チャネル導波路アレイ１６では、これを構成する各アレイ導波路の間に一定の光路長差が設けられていて、光路長が順次長く、あるいは短くなるように設定されている。したがって、それぞれのアレイ導波路を導波する光には一定間隔ずつの位相差が付けられて出力側スラブ導波路１８に到達する。実際には波長分散があるので、波長によってその等位相面が傾く。この結果、波長によって出力側スラブ導波路１８と出力導波路２０の界面上の異なった位置に光が結像（集光）する。波長に対応したそれぞれの位置に出力導波路２０が配置されているので、出力導波路２０からは任意の波長成分を取り出すことが可能になる。
【０００５】
このような光導波路素子１１では、特に入力側スラブ導波路１７とチャネル導波路アレイ１６および出力側スラブ導波路１８の部分の温度が変動すると、これらを構成する石英ガラス自体の屈折率が変動する。この結果、スラブ長やチャネル導波路の光学的な長さが変動することになり、たとえば温度が上昇すると波長が長波長側にシフトしてしまい、光損失が大きくなるという問題がある。
【０００６】
そこで、従来からこのような光導波路素子をペルチェ素子で冷却して温度を一定に制御するという手法が広く行われている。この際に光導波路素子をペルチェ素子の上に直接配置して光導波路素子に温度センサを接続すると、ペルチェ素子の方が光導波路素子よりもサイズが小さいような場合、光導波路素子の温度を均一に制御することができないという問題があった。
【０００７】
図８はこのような問題を解決するものとして提案された温度調整装置の一例を示したものである。特開平９−１７９０７８号公報に開示されたこの温度調整装置では一対の温度制御素子３１、３２の上にこれらの上部を共通して覆うように熱伝導板３３を取り付け、この上に熱伝導性グリス等の熱伝導性媒体３４を介在させる形で光導波路３５を取り付けている。熱伝導板３３の中央部分、すなわち一対の温度制御素子３１、３２の存在していない隙間部分には温度センサ３６が配置されており、この部分の温度を検出するようになっている。温度センサ３６の検出出力は温度制御手段３７に入力され、検出された温度が一定になるように一対の温度制御素子３１、３２の駆動が制御されるようになっている。
【０００８】
この提案の温度調整装置では、ある程度の熱容量を有する熱伝導板３３を介在させることで周囲の温度に影響されずに熱伝導性媒体３４の温度を一定に制御するようになっている。温度センサ３６は温度の検出を行うために熱伝導板３３に埋め込まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の温度調整装置では、比較的小さな温度制御素子３１、３２を２つ使用して光導波路３５の温度を制御している。このためこれらの温度制御素子３１、３２の上に１枚の熱伝導板３３を介在させることで光導波路３５の温度を均一にするように制御している。しかしながら、光導波路３５の温度を均一にするためには熱伝導板３３にある程度大きな熱容量を必要とする。したがって、温度調整装置自体の消費電力が大きくなるという問題がある。
【００１０】
次にこの温度調整装置では、熱伝導板３３に多少の窪みを設ける等の通常行われる手法を用いて温度センサ３６をこの内部に埋め込んでいる。これにより、温度センサ３６の温度を検出する先端部はその周囲を熱伝導板３３によって包囲され、熱伝導板３３に外付けする場合よりも外部の温度の影響を受けにくくなる。
【００１１】
しかしながら、このような温度調整装置では光導波路３５の部分を図示しない断熱材で囲んだり、あるいは光導波路３５に温度制御素子３１、３２および熱伝導板３３を加えた部分を同じく図示しない断熱材で囲んでも光導波路３５を十分高精度に温度制御することができないという問題があった。本発明の発明者は、この問題の最大の原因がサーミスタ等の温度センサ３６自体が外気の温度を拾うことによるということを突き止めた。
【００１２】
図９は温度センサの一例を表わしたものである。この例ではサーミスタを示すが、温度センサ３６はその先端に位置する温度検出部４１と一対のリード線４２、４３によって構成されている。一対のリード線４２、４３の先端は、温度制御手段３７側の図示しない電線等に接続されることで温度を表わした信号が伝達されることになる。
【００１３】
温度センサ３６はその先端の温度検出部４１の一部または全部が熱伝導板３３に埋め込まれる。リード線４２、４３の先端部分も埋め込まれる場合もある。しかしながら、リード線４２、４３はその大部分が熱伝導板３３の外に出される。したがって、これらのリード線４２、４３が周囲の温度を拾い、これが温度検出部４１の検出温度自体を変化させてしまう。
【００１４】
このような影響を避けるためにリード線４２、４３のうち熱伝導板３３の外部に露出する部分を切り取ってその部分をより太い電線に接続したりプリント基板に半田付けする等の手法を採ってもよい。しかしながらこれらの場合には、寧ろこれら電線や半田付け部分の温度の影響が温度検出部４１により強く影響することになり、事態の解決にはならない。
【００１５】
そこで本発明の目的は、リード線の部分から周囲温度の廻り込みを極力減少させて温度制御対象部品、特に光導波路デバイスの温度制御を高精度に行うことのできる光導波路デバイスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の光導波路デバイスは、加熱または冷却を行う温度制御素子と、高精度の温度制御を必要とし、前記温度制御素子によって温度を制御される光導波路素子と、前記温度制御素子と前記光導波路素子との間に挟持される熱伝導性基板と、前記光導波路素子の温度検出を行うセンサ部と、該センサ部から引き出されたリード線を有する温度検出素子とを備え、前記熱伝導性基板は、前記光導波路素子と面する平面に、該平面の中央位置を起点に該平面の縁に向けて略渦巻き状の溝が形成され、前記温度検出素子は、前記センサ部が前記溝の前記中央位置に埋め込まれ、前記リード線が前記溝の中に沿って埋め込まれており、さらに、前記溝の中が、熱伝導性材料で充填されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明の光導波路デバイスは、加熱または冷却を行う温度制御素子と、高精度の温度制御を必要とし、前記温度制御素子によって温度を制御される光導波路素子と、前記温度制御素子と前記光導波路素子との間に挟持される熱伝導性基板と、前記光導波路素子の温度検出を行うセンサ部と、該センサ部から引き出されたリード線を有する温度検出素子とを備え、前記熱伝導性基板は、前記光導波路素子と面する平面に、該平面の中央位置を起点に該平面の縁に向けて略蛇行状の溝が形成され、前記温度検出素子は、前記センサ部が前記溝の前記中央位置に埋め込まれ、前記リード線が前記溝の中に沿って埋め込まれており、さらに、前記溝の中が、熱伝導性材料で充填されていることを特徴としている。
【００５０】
【発明の実施の形態】
【００５１】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００５２】
図１は本発明の一実施例における温度調整装置のケースの手前側を切断した状態を表わしたものである。温度調整装置５１は、箱状のケース５２とその底部に配置されたペルチェ素子からなる発熱あるいは冷却を行う温度制御素子５３と、図７に示した光導波路素子１１とこれらの間に介在する金属板５５から構成されている。本実施例では金属板５５として熱伝導性の良い銅板を使用している。金属板５５は温度制御素子５３の温度制御領域を拡大するために温度制御素子５３の接触サイズよりも大きなものが使用されている。
【００５３】
金属板５５には溝が切られており、その中に温度センサ３６が熱伝導性の高い材料５７と共に埋め込まれている。この温度検出出力は、温度制御回路５８に入力されて温度制御素子５３の温度制御が行われるようになっている。位置５９は金属板５５の中に埋め込まれた温度センサ３６が引き出される場所である。本実施例で温度センサ３６は図９に使用したと同様なサーミスタが使用されている。
【００５４】
図２は、温度センサを埋め込んだ状態の金属板を示したものである。金属板５５に破線で示した四角の温度検出領域６１は図７に示した光導波路素子１１におけるチャネル導波路アレイ１６、入力側スラブ導波路１７および出力側スラブ導波路１８を含んだ領域と接触するものである。したがって、この領域６１の温度を高精度に検出し所定の温度に制御することで、光導波路素子１１の温度変動による特性の変化を防止することができる。
【００５５】
温度検出領域６１のほぼ中央の位置から、角張った渦巻き状の軌跡を描くように金属板５５の表面に溝６２が切られており、その中に温度センサ３６が熱伝導性の高い材料５７と共に埋め込まれている。温度センサ３６の先端に位置する温度検出部４１は、温度検出領域６１のほぼ中央の位置に埋め込まれており、この位置から一対のリード線４２、４３が渦巻き状に金属板５５の中を通って位置５９から外部に引き出されている。なお、一対のリード線４２、４３としては比較的細い線が使用されている。
【００５６】
このような本実施例の温度調整装置５１では、常温でまず温度制御回路５８による制御温度の設定を行う。この際には光導波路素子１１の光学特性を測定しながら温度制御素子５３の温度を変化させ、出力波長をモニタして最適動作点を見つける。この最適動作点で動作する温度に光導波路素子１１が保たれるように、温度センサ３６で温度制御回路５８にフィードバック制御を行う。
【００５７】
環境温度がこの初期設定時から変化して光導波路素子１１や温度センサ３６が外部の温度を反映する形で熱帰還を受けると、一般には初期設定した温度から動作点がずれることになる。しかしながら本実施例の温度調整装置５１では、温度センサ３６の温度検出部４１が金属板５５内に埋め込まれ、かつ光導波路素子１１によって溝６２を塞がれている。また、温度検出部４１に熱帰還を行う恐れのある一対のリード線４２、４３は、図２に示したように金属板５５内に熱伝導性の高い材料５７と共に埋め込まれている。しかもリード線４２、４３は金属板５５内を温度検出部４１の位置から最短距離で直線状に引き出されているのではなく、曲線状の一形態として渦巻き状に距離を稼いで引き出されている。
【００５８】
したがって、位置５９からリード線４２、４３によって周囲温度が温度検出部４１に熱帰還しようとしても、この温度変化分の熱エネルギは金属板５５内部の比較的長い距離のリード線４２、４３から金属板５５自体に吸収されてしまう。すなわち、金属板５５自体は温度制御素子５３によって所定の温度に制御されているので、位置５９の部分からの周囲温度の影響は、金属板５５の他の周囲部分における周囲温度の影響と同様に金属板５５内部に行くに従って弱められる。したがって、特に金属板５５内部の中心近傍に位置する温度検出領域６１ではリード線４２、４３もその部分の金属の温度とほとんど同一となり、周囲温度が温度検出部４１に熱帰還しないとみなすことができる。
【００５９】
したがって、本実施例の温度調整装置５１では温度検出部４１が温度検出領域６１に対応する部分の光導波路素子１１の温度を周囲温度に影響されることなく正確に測定することができ、環境温度が変動しても常に安定した温度制御を実現することができる。
【００６０】
第１の変形例
【００６１】
図３は、本発明の第１の変形例として金属板に埋め込まれた温度センサの他の例を示したものである。この例の金属板５５Ａは実施例の場合よりも更に渦巻き状の溝６２Ａの長さを長くしている。これにより更にリード線４２、４３による熱帰還の影響を少なくすることができる。
【００６２】
第２の変形例
【００６３】
図４は、本発明の第２の変形例として金属板に埋め込まれた温度センサの更に他の例を示したものである。この例の金属板５５Ｂは溝が渦巻状ではなく左右に折れ曲がった形状となっている。このような角張った軌跡を取る必要は必ずしもなく、曲線状の形状の溝を設けても良い。
【００６４】
第３の変形例
【００６５】
図５は、本発明の第３の変形例として金属板の他の例を示したものである。この例では金属板５５Ｃが実施例における溝の部分を打ち抜いている。このうち抜いた空間部分７１に図示しない温度センサを熱伝導性の高い材料５７と共に埋め込めばよい。
【００６６】
第４の変形例
図６は、温度センサを埋め込んだ状態の金属板の変形例として第２の変形例の変形を示したものである。金属板５５Ｄにおける温度センサ４１の位置は、破線で示したチャネル導波路アレイ１６（図７参照）の中央位置に対応している。この変形例で示したようにチャネル導波路アレイ１６の位置に対応させて温度センサ４１を配置することで、温度制御をより正確に行うことができる。温度センサ４１の位置は金属板５５Ｄの中央位置に必ずしも限られるものではない。
【００６７】
以上説明した実施例では金属板として銅板を使用したが、その他の金属を使用しても良い。温度センサについてもサーミスタ以外のセンサを使用できることは当然である。更に実施例では光導波路素子の温度を制御する例を説明したが、他の温度制御対象部品についても本発明を同様に適用することができることは言うまでもない。
【００６８】
なお、実施例では温度制御素子としてペルチェ素子を使用したが、これに限るものではない。たとえば温度制御素子はヒータでもよく、ヒータ型の温度制御素子としては、シリコンラバーで形成したシリコンラバーヒータや、セラミックヒータ、ニクロムヒータ等の素子を挙げることができる。また、金属板としては銅板が熱伝導性およびコストの点で優れているが、アルミニウムやその他の金属板であってもよいことは当然である。更に、温度検出素子のリード線は熱帰還の割合を減少させる効果のある比較的細い線を使用することが好適である。リード線として比較的細い線を使用することで温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還の割合を減少させることができる。また、実施例では熱伝導性のよい金属板を使用することにしたがこれに限るものではない。たとえばシリコン基板を使用するものであってもよい。また、熱伝導の優れた各種の熱伝導性シートあるいは熱伝導性フィルムも使用することができる。
【００６９】
更に、熱伝導性部材を板状とし、その平面形状を四角形をとし、その面の一方に、温度検出素子の先端を埋め込む位置から順次一辺が増大して全体として角張った渦巻き状の軌跡を曲線として描くような空間を形成するようにすれば、軌跡が熱伝導性部材の一部に局在している場合と比べると熱伝導性部材の温度をより均一に保持することができ、特に温度検出素子の温度検出を行う部位の温度を温度制御対象部品の温度に精度良く近づけることができる。また、熱伝導性部材を板状とし熱伝導の優れた金属板で構成されると共に、ペルチェ素子よりも大きなサイズとすることで温度制御対象部品を広範囲に温度制御可能にすることができる。更に、温度検出素子のリード線を比較的細い線を使用することで、温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還の割合を減少させることができる。また、熱伝導性部材における所定の場所から所定の側端部分まで一筆書き状に配置された空間がその所定の場所から所定の側端部分側に折り返されながら近づく曲線経路をとるようにすれば、たとえば熱伝導性部材の所定の領域にその上下の部品を接続する部材が貫通されている等の関係で渦巻状に一筆書き状の空間が形成されていないような場合であっても、前記した所定の場所から所定の側端部分側に折り返されながら近づく曲線経路が存在していれば、これを用いることが可能である。すなわち、温度調整装置の設計される環境に応じて各種の曲線経路を採ることができ、設計の自由度を高めることができる。
【００７０】
また、センサ部を基板中に配置し、センサ部が配置された位置から基板の側面までにおいてリード線は屈曲して配置される部分を有するようにすれば、この屈曲して配置される部分によって温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還をほとんど無視することができ、この分だけ高精度の温度制御が可能になる。更に、センサ部を基板中に配置し、センサ部が配置された位置から基板の側面までにおいてリード線が渦巻き状に配置される部分を有するようにすれば、この渦巻き状に配置される部分によって温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還をほとんど無視することができ、この分だけ高精度の温度制御が可能になる。また、センサ部を基板中に配置し、センサ部が配置された位置から基板の側面までにおいてリード線が蛇行して配置される部分を有するようにすれば、この蛇行して配置される部分によって温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還をほとんど無視することができ、この分だけ高精度の温度制御が可能になる。
【００７１】
また、基板がセンサ部とリード線が配置される空間を備え、センサ部とリード線が配置された空間は樹脂により充填されているようにすれば、外部からリード線を伝わって伝達される熱が樹脂を通じて基板側に逃げて、温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還をほとんど無視させることができる。また、樹脂によってリード線の位置が固定されているので、振動等が発生した場合でも温度調整装置の特性を安定させることができる。更に、基板を安価で熱伝導性のよい金属板を使用すれば、装置のコストを特に上昇させることなく高精度の温度調整を実現することができる。また、温度調整装置と光導波路素子を組み合わせて温度調整装置付きの光導波路デバイスを構成すれば、光導波路デバイスの温度制御を高精度に行いこれらの信頼性を高めることができる。更に、センサ部が光導波路素子のチャネル導波路アレイの中央位置に対応して配置されるようにすれば、チャネル導波路アレイの温度を高精度に検出することができ、環境が変動しても高度に安定した光導波路デバイスを実現することができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、熱伝導性基板は、光導波路素子と面する平面に、該平面の中央位置を起点に該平面の縁に向けて略渦巻き状あるいは略蛇行状の溝が形成され、温度検出素子は、センサ部が前記溝の前記中央位置に埋め込まれ、リード線が前記溝の中に沿って埋め込まれており、さらに、前記溝の中が、熱伝導性材料で充填されているので、リード線の部分から温度検出素子の温度検出を行う部位への熱帰還をほとんど無視することができ、高精度の温度制御が可能になる。しかも熱伝導性材料を溝の中に充填しているので、温度制御素子のサイズが小さいような場合でも、温度制御対象部品の温度を均一に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における温度調整装置の側面図である。
【図２】本実施例で温度センサを埋め込んだ金属板を示した平面図である。
【図３】本発明の第１の変形例として温度センサを埋め込んだ金属板の他の例を示した平面図である。
【図４】本発明の第２の変形例として温度センサを埋め込んだ金属板の更に他の例を示した平面図である。
【図５】本発明の第３の変形例の金属板を示した平面図である。
【図６】本発明の第４の変形例としての金属板とチャネル導波路アレイおよび温度センサの位置関係を示した平面図である。
【図７】光導波路の一例を示した平面図である。
【図８】従来提案された温度調整装置を側面から見た概略構成図である。
【図９】温度センサの一例を表わした平面図である。
【符号の説明】
１１  光導波路素子
１６  チャネル導波路アレイ
１７  入力側スラブ導波路
１８  出力側スラブ導波路
３６  温度センサ
４１  温度検出部
４２、４３  リード線
５１  温度調整装置
５５、５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ  金属板
５７  熱伝導性の高い材料
５８  温度制御回路
７１  うち抜いた空間部分
【図１】
0003539375.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003539375.tif 000010