(57)【要約】【課題】  フィードバックループを形成せずにペルチェ素子を制御できる光送信器を提供する。【解決手段】  電子素子６は半導体発光素子２の温度に応じてモニタ信号Ｓｍを生成し、駆動部８の第１のコンパレータ１６は目標温度信号Ｓｔをモニタ信号Ｓｍと比較して温度差信号Ｓｎを生成する。リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎの値を、周期信号Ｓｗの正のピーク値よりも小さく、負のピーク値よりも大きい範囲に規定信号Ｓｐにより制限し、リミット信号Ｓａを発生する。第２のコンパレータ２０はリミット信号Ｓａと周期信号Ｓｗとに応答して制御信号Ｓｃを発生する。ＰＷＭ信号生成部１２は制御信号Ｓｃに応答して、０より大きく１より小さいデューディ比を有するＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ信号Ｓｐ１〜Ｓｐ４に応答して、Ｈブリッジ１４がペルチェ素子４に電流を流す。【選択図】  図１
2006049370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、   
前記半導体発光素子の温度を調整するためのペルチェ素子と、
前記半導体発光素子の温度に対応する第１の信号を生成する電子素子と、
前記半導体発光素子の目標温度を示す第２の信号と前記第１の信号とに応じて、０より大きく１より小さい範囲のデューティ比を有するＰＷＭ信号を発生し、該ＰＷＭ信号を用いて前記ペルチェ素子を駆動する駆動部と
を備えることを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記駆動部は、制御信号を発生する制御部と、該制御信号に応答して前記ＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号生成部と、を含み、
前記制御部は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比の最大値および最小値を規定するための少なくとも一つの第３の信号、前記第１の信号、前記第２の信号、および周期信号に応答して前記制御信号を発生する、ことを特徴とする請求項１に記載された光送信器。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第２の信号を前記第１の信号と比較して、比較結果を示す第４の信号を生成する第１のコンパレータと、
前記第３の信号によって規定される範囲内に前記第４の信号の値を制限するリミッタと、
前記リミッタからのリミット信号と前記周期信号とを受けて前記制御信号を発生する第２のコンパレータと
を含み、
前記第３の信号によって規定される範囲は前記周期信号の正のピーク値よりも小さく、前記周期信号の負のピーク値よりも大きい範囲である、ことを特徴とする請求項２に記載された光送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードのような半導体発光素子の発振波長を制御するために、半導体発光素子の温度をペルチェ素子を用いて調整する光送信器が知られている。このような光送信器では、ペルチェ素子をＰＷＭ方式の駆動回路で駆動する。図７は、非特許文献１に記載された光送信器の構成を示す図である。この光送信器では、抵抗Ｒ１０がペルチェ素子と直列に接続されており、抵抗Ｒ１０の両端の電圧を駆動回路８２がモニタしている。駆動回路８２は、モニタ電圧に応じてペルチェ素子に流れる電流を制御する。
【非特許文献１】ＭＡＸＩＭ社、ＭＡＸ１９７８／ＭＡＸ１９７９データシート、ｐ．１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の光送信器では、モニタ電圧に応答して、ペルチェ素子に流れる電流を制御する。ペルチェ素子を制御するためにはフィードバックループが必要となり、また、フィードバックループのための位相補償の回路が必要となる。したがって、駆動回路が複雑になる。また、抵抗Ｒ１０を用いるため、電力の損失が生じる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、フィードバックループを形成せずにペルチェ素子を制御できる光送信器を提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光送信器は、（ａ）半導体発光素子と、（ｂ）半導体発光素子の温度を調整するためのペルチェ素子と、（ｃ）半導体発光素子の温度に対応する第１の信号を生成する電子素子と、（ｄ）半導体発光素子の目標温度を示す第２の信号と第１の信号とに応じて、０より大きく１より小さい範囲のデューティ比を有するＰＷＭ信号を発生し、該ＰＷＭ信号を用いてペルチェ素子を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００６】
上記光送信器によれば、ＰＷＭ信号のデューティ比は０より大きく１より小さい範囲に制限されるので、ペルチェ素子に流れる平均電流の最大値および最小値が制限される。このように、ＰＷＭ信号のデューティ比を制限することによってペルチェ素子を制御できるので、上述の抵抗が不要となり、フィードバックループが不要となる。また、ＰＷＭ信号が第１の信号と第２の信号とに応じて変化するので、ペルチェ素子が目標温度および半導体発光素子の温度に応じて駆動される。
【０００７】
本発明の光送信器では、駆動部は、（ｄ１）制御信号を発生する制御部と、（ｄ２）該制御信号に応答してＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号生成部と、を含み、制御部は、ＰＷＭ信号のデューティ比の最大値および最小値を規定するための少なくとも一つの第３の信号、第１の信号、第２の信号、および周期信号に応答して制御信号を発生する、ことを特徴としてもよい。
【０００８】
上記光送信器によれば、第３の信号に応答してＰＷＭ信号のデューティ比の最大値および最小値が変更されるので、ペルチェ素子に流れる電流量の最大値および最小値を変更することができる。
【０００９】
本発明の光送信器では、制御部は、第２の信号を第１の信号と比較して、比較結果を示す第４の信号を生成する第１のコンパレータと、第３の信号によって規定される範囲内に第４の信号の値を制限するリミッタと、リミッタからのリミット信号と周期信号とを受けて制御信号を発生する第２のコンパレータとを含み、第３の信号によって規定される範囲は周期信号の正のピーク値よりも小さく、周期信号の負のピーク値よりも大きい範囲である、ことを特徴としてもよい。
【００１０】
上記光送信器によれば、第３の信号を受けるリミッタを用いて、第４の信号の値の範囲を周期信号の正のピーク値よりも小さく、周期信号の負のピーク値よりも大きくできる。第４の信号を受ける第２のコンパレータを用いて、制御信号のデューティ比を０より大きく１より小さい範囲に制限することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の光送信器によれば、フィードバックループを形成せずにペルチェ素子を制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
引き続いて、添付図面を参照しながら、光送信器に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る光送信器のブロック図を示す。光送信器１は、半導体発光素子２と、ペルチェ素子４と、電子素子６と、駆動部８と、を備えている。半導体発光素子２には、例えばレーザダイオードを用いることができる。
【００１４】
ペルチェ素子４は、半導体発光素子２の温度を調整する。より具体的には、駆動部８からの信号に応答して、ペルチェ素子４に流れる電流の大きさおよび向きが変更される。ペルチェ素子４は、この電流に応答して、半導体発光素子２に対して放熱および吸熱を行う。
【００１５】
電子素子６は、半導体発光素子２の温度に応じた第１の信号を生成する。電子素子６は、例えばサーミスタといったような、半導体発光素子２の温度に応じて抵抗が変化する感温抵抗である。電子素子６は、負荷Ｒ１の一端と直列に接続されており、負荷Ｒ１の他端は電源Ｐａに接続されている。電子素子６および負荷Ｒ１は、例えばモニタ信号Ｓｍといった第１の信号を駆動部８に出力する。
【００１６】
駆動部８は、ＰＷＭ信号を用いてペルチェ素子４を駆動する。駆動部８は、制御部１０と、ＰＷＭ信号生成部１２と、Ｈブリッジ１４と、を備えている。
【００１７】
制御部１０は、制御信号を発生する。制御部１０は、第１のコンパレータ１６、リミッタ１８、および第２のコンパレータ２０を有している。第１のコンパレータ１６は、例えば温度差信号Ｓｎといった第４の信号を生成する。第１のコンパレータ１６は、電子素子６からモニタ信号Ｓｍを受け、入力２２から第２の信号を受ける。第２の信号は半導体発光素子２のための目標温度を示す信号であり、例えば目標温度信号Ｓｔといった信号である。第１のコンパレータ１６は、モニタ信号Ｓｍを目標温度信号Ｓｔと比較して、比較結果を示す温度差信号Ｓｎを生成する。温度差信号Ｓｎは、例えばモニタ信号Ｓｍの値と目標温度信号Ｓｔの値との差分を示す信号である。リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎの値の範囲を制限して、リミット信号を生成する。
【００１８】
図２は、リミッタ１８の回路図である。リミッタ１８は、バッファ増幅器２６、反転増幅器２８、第１のダイオード３０、および第２のダイオード３２を有している。
【００１９】
バッファ増幅器２６は、入力２４から第３の信号を受けて、上限規定信号Ｓｕを発生する。第３の信号は、ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４のデューティ比の最大値および最小値を規定するための信号であり、例えば規定信号Ｓｐといった信号である。上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕは、周期信号Ｓｗの正のピーク値である＋Ｖｗ（図３（ｄ）を参照）よりも小さい。
【００２０】
反転増幅器２８は、基準電圧源Ｐｂから参照信号を受け、バッファ増幅器２６から上限規定信号Ｓｕを受ける。参照信号の値は、例えば周期信号Ｓｗの中心値に基づいて決定される。反転増幅器２８は上限規定信号Ｓｕを反転し、下限規定信号Ｓｄを発生する。下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄは、周期信号Ｓｗの負のピーク値である−Ｖｗ（図３（ｄ）を参照）よりも大きい。
【００２１】
第１のダイオード３０のカソードはバッファ増幅器２６に接続されており、第１のダイオード３０のアノードは温度差信号Ｓｎを受ける端子に接続されている。第２のダイオード３２のアソードは反転増幅器２８に接続されており、第２のダイオード３２のカソードは温度差信号Ｓｎを受ける端子に接続されている。第１のダイオード３０のカソードに上限規定信号Ｓｕが入力され、第２のダイオード３２のアノードに下限規定信号Ｓｄが入力される。リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎを受ける端子からリミット信号Ｓａを出力する。
【００２２】
再び図１を参照する。第２のコンパレータ２０には、リミッタ１８からリミット信号Ｓａが入力され、入力３４から周期信号Ｓｗが入力される。第２のコンパレータ２０は、リミット信号Ｓａおよび周期信号Ｓｗに応答して制御信号Ｓｃを発生する。周期信号Ｓｗは、例えば振幅Ｖｗを有する三角波である。制御信号Ｓｃは例えば矩形波であり、制御信号Ｓｃのデューティ比は０より大きく１より小さい。
【００２３】
制御部１０において、第１のコンパレータ１６が、モニタ信号Ｓｍおよび目標温度信号Ｓｔに応答して温度差信号Ｓｎを生成し、リミッタ１８が、温度差信号Ｓｎおよび規定信号Ｓｐに応答してリミット信号Ｓａを生成する。第２のコンパレータ２０が、リミット信号Ｓａおよび周期信号Ｓｗに応じて制御信号Ｓｃを発生する。
【００２４】
ＰＷＭ信号生成部１２は、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成部１２は制御部１０から制御信号Ｓｃを受ける。ＰＷＭ信号生成部１２は制御信号Ｓｃに応答して、ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４を発生する。ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４のデューティ比は、制御信号Ｓｃのデューティ比によって決定されている。
【００２５】
Ｈブリッジ１４は、ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４に応答して、ペルチェ素子４を駆動する。Ｈブリッジ１４は、例えばＰチャネル型電界効果トランジスタ４１，４２、Ｎチャネル型電界効果トランジスタ４３，４４、キャパシタ５１，５２、およびインダクタ６１，６２を有している。電界効果トランジスタ４１，４２のソースは、電源Ｐｃに接続されている。電界効果トランジスタ４１のゲートにＰＷＭ信号Ｓｇ１が入力され、電界効果トランジスタ４２のゲートにＰＷＭ信号Ｓｇ２が入力される。電界効果トランジスタ４３のゲートにＰＷＭ信号Ｓｇ３が入力され、電界効果トランジスタ４４のゲートにＰＷＭ信号Ｓｇ４が入力される。電界効果トランジスタ４１のドレインは、電界効果トランジスタ４３のドレインと接続され、電界効果トランジスタ４２のドレインは、電界効果トランジスタ４４のドレインに接続されている。インダクタ６１は、電界効果トランジスタ４１，４３のドレインとペルチェ素子４の一端４ａとの間に接続されている。インダクタ６２は電界効果トランジスタ４２，４４のドレインとペルチェ素子４の他端４ｂとの間に接続されている。
【００２６】
次に、光送信器１の動作について説明する。電子素子６は、半導体発光素子２の温度に応答してモニタ信号Ｓｍを生成する。モニタ信号Ｓｍは、駆動部８の第１のコンパレータ１６に入力される。第１のコンパレータ１６は、目標温度信号Ｓｔをモニタ信号Ｓｍと比較する。第１のコンパレータ１６は、目標温度信号Ｓｔの値とモニタ信号Ｓｍの値との差分に応じた温度差信号Ｓｎを生成する。
【００２７】
温度差信号Ｓｎは、リミッタ１８に入力される。リミッタ１８のバッファ増幅器２６は、規定信号Ｓｐに応答して上限規定信号Ｓｕを発生する。リミッタ１８の反転増幅器２８は、入力２４からの規定信号Ｓｐに応答して、下限規定信号Ｓｄを発生する。温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが、上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕよりも小さく、かつ下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも大きいと、第１のダイオード３０および第２のダイオード３２は逆方向バイアスされる。この場合、リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎをそのままリミット信号Ｓａとして出力する。温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕより大きいと、第１のダイオード３０は順バイアスされ、第２のダイオード３２は逆方向バイアスされる。この場合リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎをそのまま出力するのではなく、Ｖｕの値を有するリミット信号Ｓａを出力する。温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも小さいと、第１のダイオード３０は逆バイアスされ、第２のダイオード３２は順方向バイアスされる。この場合リミッタ１８は、温度差信号Ｓｎをそのまま出力することなく、Ｖｄの値を有するリミット信号Ｓａを出力する。
【００２８】
リミット信号Ｓａは、第２のコンパレータ２０に入力される。第２のコンパレータ２０は、入力３４からの周期信号Ｓｗの値Ｖｗがリミット信号Ｓａの値より大きいと、第１の値Ｈを有する制御信号Ｓｃを出力する。また、第２のコンパレータ２０は、周期信号Ｓｗの値Ｖｗがリミット信号Ｓａの値より小さいと、第２の値Ｌを有する制御信号Ｓｃを出力する。
【００２９】
図３は、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが、上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕよりも小さく、下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも大きい場合における各信号を示す図である。図３（ａ）は上限規定信号Ｓｕおよび下限規定信号Ｓｄを示す図であり、図３（ｂ）は温度差信号Ｓｎを示す図であり、図３（ｃ）はリミット信号Ｓａを示す図であり、図３（ｄ）は周期信号Ｓｗを示す図であり、図３（ｅ）は制御信号Ｓｃを示す図である。
【００３０】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕよりも小さく、かつ下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも大きい場合には、図３（ｃ）に示される値Ｖｎを有するリミット信号Ｓａがリミッタ１８から出力される。第２のコンパレータ２０によって、図３（ｄ）に示されるようにリミット信号Ｓａの値Ｖｎと周期信号Ｓｗの値とが比較され、図３（ｅ）に示される制御信号Ｓｃが発生される。
【００３１】
図４は、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕよりも大きい場合における各信号を示す図である。図４（ａ）は上限規定信号Ｓｕおよび下限規定信号Ｓｄを示す図であり、図４（ｂ）は温度差信号Ｓｎを示す図であり、図４（ｃ）はリミット信号Ｓａを示す図であり、図４（ｄ）は周期信号Ｓｗを示す図であり、図４（ｅ）は制御信号Ｓｃを示す図である。
【００３２】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕよりも大きい場合には、図４（ｃ）に示される値Ｖｕを有するリミット信号Ｓａがリミッタ１８から出力される。第２のコンパレータ２０によって、図４（ｄ）に示されるようにリミット信号Ｓａの値Ｖｕと周期信号Ｓｗの値とが比較され、図４（ｅ）に示される制御信号Ｓｃが発生される。
【００３３】
図５は、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも小さい場合における各信号を示す図である。図５（ａ）は上限規定信号Ｓｕおよび下限規定信号Ｓｄを示す図であり、図５（ｂ）は温度差信号Ｓｎを示す図であり、図５（ｃ）はリミット信号Ｓａを示す図であり、図５（ｄ）は周期信号Ｓｗを示す図であり、図５（ｅ）は制御信号Ｓｃを示す図である。
【００３４】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、温度差信号Ｓｎの値Ｖｎが下限規定信号Ｓｄの値Ｖｄよりも小さい場合には、図５（ｃ）に示される値Ｖｄを有するリミット信号Ｓａがリミッタ１８から出力される。第２のコンパレータ２０によって、図５（ｄ）に示されるようにリミット信号Ｓａの値Ｖｄと周期信号Ｓｗの値とが比較され、図５（ｅ）に示される制御信号Ｓｃが発生される。
【００３５】
このように、リミット信号Ｓａの値は、上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕと下限規定信号Ｓｄとで定められた範囲に限定される。また、上限規定信号Ｓｕの値Ｖｕは周期信号Ｓｗの正のピーク値である＋Ｖｗよりも小さく、下限規定信号Ｓｄは周期信号Ｓｗの負のピーク値である−Ｖｗよりも大きい。このため、制御信号Ｓｃのデューティ比は、０より大きく１より小さい範囲に制限される。なお、図３（ｅ）に示すように、１サイクル時間がＴでありハイ信号が出力されている時間がＴｈであるとすると、デューティ比は（Ｔｈ／Ｔ）で表される。
【００３６】
第２のコンパレータ２０で発生された制御信号Ｓｃは、ＰＷＭ信号生成部１２に入力される。ＰＷＭ信号生成部１２は、制御信号Ｓｃに応答してＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４を発生する。ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４のデューティ比は、制御信号Ｓｃのデューティ比によって決定される。ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４は、Ｈブリッジ１４に入力される。
【００３７】
図６は、Ｈブリッジ１４およびペルチェ素子４の動作を示す図である。Ｈブリッジ１４は、ＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４の値に応じて次の動作する。ＰＷＭ信号Ｓｇ１， Ｓｇ４が値Ｈを有し、かつＰＷＭ信号Ｓｇ２， Ｓｇ３が値Ｌを有しているとき、電界効果トランジスタ４１，４４は導通になり、電界効果トランジスタ４２，４３は非導通になる。電界効果トランジスタ４１からの電流Ｉ１は、インダクタ６１を通ってペルチェ素子４の一端４ａに流れ込み、ペルチェ素子４の他端４ｂから電界効果トランジスタ４４に流れ出す。また、ＰＷＭ信号Ｓｇ２， Ｓｇ３が値Ｈを有し、かつＰＷＭ信号Ｓｇ１， Ｓｇ４が値Ｌを有している場合には、電界効果トランジスタ４２からの電流Ｉ２がインダクタ６２を通ってペルチェ素子４の他端４ｂに流れ込み、ペルチェ素子４の一端４ａから電界効果トランジスタ４３に流れ出す。電流Ｉ１，Ｉ２によって、ペルチェ素子４が駆動される。
【００３８】
このように、モニタ信号Ｓｍと目標温度信号Ｓｔとに応じてＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４が変化するので、ペルチェ素子４は、半導体発光素子２の温度と目標温度とに応答して駆動される。規定信号ＳｐがＰＷＭ信号Ｓｇ１〜Ｓｇ４のデューティ比を制限するので、光送信器１はフィードバックループを形成せずにペルチェ素子４を制御できる。また光送信器１では、ペルチェ素子の電圧をモニタするための直列抵抗が不要となるので、直列抵抗による電力損失の発生や、この電力損失にともなうペルチェ素子の駆動効率の悪化を抑制することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態において、リミッタ１８には単一の規定信号Ｓｐが入力されるとしたが、リミッタ１８には複数の規定信号が入力されるとしてもよい。この場合リミッタ１８は、第１の規定信号に応答して上限規定信号Ｓｕを発生し、第２の規定信号に応答して下限規定信号Ｓｄを発生することになるので、反転増幅器２８が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る光送信器のブロック図である。
【図２】図２は、リミッタの回路図である。
【図３】温度差信号の値が、上限規定信号の値よりも小さく、下限規定信号の値よりも大きい場合の（ａ）上限規定信号および下限規定信号、（ｂ）温度差信号、（ｃ）リミット信号、（ｄ）周期信号、（ｅ）制御信号を示す図である。
【図４】温度差信号の値が、上限規定信号の値よりも大きい場合の（ａ）上限規定信号および下限規定信号、（ｂ）温度差信号、（ｃ）リミット信号、（ｄ）周期信号、（ｅ）制御信号を示す図である。
【図５】温度差信号の値が、下限規定信号の値よりも小さい場合の（ａ）上限規定信号および下限規定信号、（ｂ）温度差信号、（ｃ）リミット信号、（ｄ）周期信号、（ｅ）制御信号を示す図である。
【図６】図６は、Ｈブリッジおよびペルチェ素子の動作を示す図である。
【図７】図７は、従来の光送信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・光送信器、２・・・半導体発光素子、４・・・ペルチェ素子、６・・・電子素子、８・・・駆動部、１０・・・制御部、１２・・・信号生成部、１６・・・第１のコンパレータ、１８・・・リミッタ、２０・・・第２のコンパレータ。
【図１】
2006049370.tif 000003
【図２】
2006049370.tif 000004
【図３】
2006049370.tif 000005
【図４】
2006049370.tif 000006
【図５】
2006049370.tif 000007
【図６】
2006049370.tif 000008
【図７】
2006049370.tif 000009