(57)【要約】【課題】ジッタノイズの影響の少ない温度制御を実現するとともに、低コストおよび小形化を実現した光デバイスの温度制御装置を得る。【解決手段】低コスト（低分解能）で小形のＤ／Ａ変換器９を用いてアナログ制御信号を生成する。ＬＤ１の温度が目標温度より大きく離れている場合は、Ｄ／Ａ変換器９を介して目標温度まで近づける制御を行う。ＬＤ１の温度が目標温度近辺にある場合は、ＣＰＵ６ＡでＰＷＭ制御のパルス幅の分解能を所要ビット以上に設定して、Ｄ／Ａ変換器９の下位ビットのみに対してＰＷＭ制御された高精度のデジタル制御信号を演算し、Ｄ／Ａ変換器９に入力する。【選択図】　　　　図１
2004031418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスに近接配置されて前記光デバイスの温度を検出する温度検出器と、
前記光デバイスに近接配置されて前記光デバイスの温度を制御するペルチェ素子と、
前記温度検出器の出力信号をデジタル検出信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル検出信号に基づいて、前記ペルチェ素子を駆動するための制御値を算出してデジタル制御信号を生成するＣＰＵと、
前記デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
前記アナログ制御信号に応答して前記ペルチェ素子を駆動する電流制御回路とを備え、
前記光デバイスの温度を目標温度に一致させるための光デバイスの温度制御装置であって、
前記ＣＰＵは、
前記目標温度の付近に対応した所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段を含み、
前記デジタル検出信号に基づく前記光デバイスの温度が前記所定温度範囲から逸脱している場合には、前記光デバイスの温度と前記目標温度との温度偏差を減少させるためのデジタル制御信号を前記Ｄ／Ａ変換器に入力し、
前記光デバイスの温度が前記所定温度範囲内を示す場合には、前記デジタル制御信号のうちの所定数の上位ビットをＰＷＭ制御せずに前記Ｄ／Ａ変換器に入力するとともに、前記デジタル制御信号のうちの残りの下位ビットをＰＷＭ制御して前記Ｄ／Ａ変換器に入力することを特徴とする光デバイスの温度制御装置。
【請求項２】
前記ＣＰＵは、前記デジタル制御信号の下位ビットをＰＷＭ制御する場合に、前記光デバイスの温度と前記ＰＷＭ制御により高精度化された目標温度との温度偏差をフィードバック値としたＰＩＤ制御により前記デジタル制御信号を演算することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信の送信器に使用されるＬＤ（レーザダイオード）などの光デバイスを、ペルチェ素子を用いて冷却または加熱する温度制御装置に関し、特に光デバイスモジュールの内部温度を一定に保つための温度制御方式をジッタノイズの影響の少ない方式に変更するとともに、低コストおよび小形化を実現した光デバイスの温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光通信の送信器には、光デバイスとしてＬＤ（レーザダイオード）モジュールが用いられているが、周知のようにＬＤモジュールは、周囲温度によってその特性が変化する。そこで、ＬＤ温度を目標温度に一致させて一定且つ高精度に保持するために、従来より、種々の温度制御回路が提案されている。
【０００３】
図３はたとえば特開平９−２３０３５号公報に記載された従来の光デバイスの温度制御装置を示すブロック構成図である。
図３において、１は電気信号を光信号に変換するＬＤ、２はＬＤ１に近接配置されてＬＤ１の温度を検出する温度検出器、３はＬＤ１に近接配置されてＬＤ１の温度を制御するペルチェ素子である。
【０００４】
４はＬＤ１、温度検出器２およびペルチェ素子３を含むＬＤモジュールである。
ペルチェ素子３は、ＬＤ１の温度を一定に保つためのクーラ兼ヒータの機能を有する。
【０００５】
５はＡ／Ｄ変換器であり、温度検出器２の出力信号（アナログ温度データ）をデジタル検出信号（デジタル温度データ）に変換する。
６はＣＰＵであり、Ａ／Ｄ変換器５からのデジタル検出信号（温度データ）を読込み、デジタル温度データに基づいて、ペルチェ素子３を駆動するための制御値（デジタルデータ）を算出し、デジタル制御信号として出力する。
【０００６】
７は温度制御部、８はアンプ回路として機能する電流制御部であり、温度制御部７および電流制御部８は、ＣＰＵ６からのデジタル制御信号（デジタル制御データ）に応答して、ペルチェ素子３を駆動制御するようになっている。
【０００７】
次に、図３に示した従来の光デバイスの温度制御装置による動作について説明する。
まず、温度検出器２はＬＤ１の温度を検出し、Ａ／Ｄ変換器５はアナログ温度データをデジタル温度データに変換し、ＣＰＵ６はデジタル温度データを読込む。
【０００８】
ＣＰＵ６は、ＬＤ１を一定温度に保つために、ペルチェ素子３のデジタル制御データを算出して温度制御回路７に入力する。
続いて、温度制御回路７は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御を用いて電流制御信号を生成する。
【０００９】
これにより、電流制御部８は、電流制御信号に基づいてペルチェ素子３をクーラ兼ヒータとして駆動制御し、ＬＤ１の温度を一定に保持して、ＬＤ１の特性が変化しないようにする。
【００１０】
しかしながら、上記従来装置によるＰＷＭ制御においては、ＬＤ１の温度を一定に保つために、ペルチェ素子３を常時ＯＮ／ＯＦＦ制御しているので、ＩＤ電流（図３内の矢印参照）がＯＮ／ＯＦＦ毎に急激に変化する。
【００１１】
特に、ビット分解能が低い場合には、ＩＤ電流のＯＮ／ＯＦＦ毎の変化率が大きくなってしまうので、ＩＤ電流の急変に起因したスイッチングノイズが発生し、光通信信号にジッタノイズとして重畳してしまうおそれがある。
【００１２】
また、温度制御部７としてＤ／Ａ変換器を用いた場合には、ペルチェ素子３を高精度に制御するために分解能（精度）の高いＤ／Ａ変換器を用いる必要があるが、ビット数の大きい高分解能（高精度）のＤ／Ａ変換器は、高価であるうえ、実装面積が大きいので実用的ではない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光デバイスの温度制御装置は以上のように、デジタル制御信号の全てのビットに対するＰＷＭ制御に基づいて、温度制御用のペルチェ素子３を常時ＯＮ／ＯＦＦ制御しているので、ＯＮ／ＯＦＦ毎にＩＤ電流が急変してスイッチングノイズが発生し、光通信信号にジッタノイズとして重畳してしまうという問題点があった。
【００１４】
また、温度制御部７としてＤ／Ａ変換器を用いた場合には、ペルチェ素子３を高精度に制御しようとすると、ビット数の大きい（１６ビット程度の）高分解能のＤ／Ａ変換器を用いる必要があるので、高価なうえ実装面積が大きくなり、実用的に構成することができないという問題点があった。
【００１５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、光デバイスモジュールの内部温度を一定に保つための温度制御方式をジッタノイズの影響の少ない方式に変更するとともに、低コストおよび小形化を実現した光デバイスの温度制御装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光デバイスの温度制御装置は、光デバイスに近接配置されて光デバイスの温度を検出する温度検出器と、光デバイスに近接配置されて光デバイスの温度を制御するペルチェ素子と、温度検出器の出力信号をデジタル検出信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル検出信号に基づいて、ペルチェ素子を駆動するための制御値を算出してデジタル制御信号を生成するＣＰＵと、デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ制御信号に応答してペルチェ素子を駆動する電流制御回路とを備え、光デバイスの温度を目標温度に一致させるための光デバイスの温度制御装置であって、ＣＰＵは、目標温度の付近に対応した所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段を含み、デジタル検出信号に基づく光デバイスの温度が所定温度範囲から逸脱している場合には、光デバイスの温度と目標温度との温度偏差を減少させるためのデジタル制御信号をＤ／Ａ変換器に入力し、光デバイスの温度が所定温度範囲内を示す場合には、デジタル制御信号のうちの所定数の上位ビットをＰＷＭ制御せずにＤ／Ａ変換器に入力するとともに、デジタル制御信号のうちの残りの下位ビットをＰＷＭ制御してＤ／Ａ変換器に入力するものである。
【００１７】
また、この発明に係る光デバイスの温度制御装置によるＣＰＵは、デジタル制御信号の下位ビットをＰＷＭ制御する場合に、光デバイスの温度とＰＷＭ制御により高精度化された目標温度との温度偏差をフィードバック値としたＰＩＤ制御によりデジタル制御信号を演算するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図であり、前述（図３参照）と同様のものについては、同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して、詳述を省略する。
【００１９】
図１において、９はＣＰＵ６Ａの出力端子に接続されたＤ／Ａ変換器であり、ビット数の小さい汎用（たとえば、８ビット程度）の安価なＤ／Ａ変換器からなる。
ＣＰＵ６Ａは、目標温度の付近に対応した所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段を含み、デジタル検出信号に基づくＬＤ１の温度が所定温度範囲から逸脱している場合には、ＬＤ１の温度と目標温度との温度偏差を減少させるためのデジタル制御信号（少なくとも上位側ビット）をＤ／Ａ変換器９に入力する。
【００２０】
すなわち、Ｄ／Ａ変換器９を介したアナログ制御信号は、電流制御部８に入力されて、ＬＤ１の温度を大幅に変化させるためのフィードバック信号となり、ジッタノイズの生じない単調増減による粗調整制御に寄与する。
このとき、ＣＰＵ６Ａから生成されるデジタル制御信号（たとえば、８ビットのうちの少なくとも上位５ビット分または全ビット分）は、ＬＤ１の目標温度の付近に対応しており、特に高精度のビット数を必要としない。
【００２１】
また、ＬＤ１の検出温度が目標温度付近（所定温度範囲内）に接近した場合には、ＣＰＵ６Ａは、デジタル制御信号のうちの所定数の上位ビット（たとえば、８ビットのうちの５ビット分）をＰＷＭ制御せずにＤ／Ａ変換器９に入力するとともに、デジタル制御信号のうちの残りの下位ビット（たとえば、８ビットのうちの３ビット分）をＰＷＭ制御してＤ／Ａ変換器９に入力する。
このとき、Ｄ／Ａ変換器９から生成されるアナログ制御信号は、デジタル制御信号のうちの所定数の下位ビットのみがＰＷＭ制御に基づく高分解能（高精度）調整用のフィードバック信号として寄与する。
【００２２】
ＰＷＭ制御されたデジタル制御信号の下位ビット（３ビット分）は、Ｄ／Ａ変換器９を介して、パルス幅変調された高精度調整用のアナログ制御信号となり、電流制御部８に入力される。
【００２３】
なお、ＣＰＵ６Ａは、デジタル制御信号の下位ビットをＰＷＭ制御する際に、ＬＤ１の温度とＰＷＭ制御により高精度化された目標温度との温度偏差をフィードバック値としたＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　＆　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ：比例積分微分）制御によりデジタル制御信号を演算する。
これにより、Ｄ／Ａ変換器９から生成された高精度調整用のアナログ制御信号は、電流制御部８を介してペルチェ素子３を駆動し、ＬＤ１の温度を目標温度に高精度に一致させる。
【００２４】
すなわち、ＬＤ１の検出温度が目標温度から大きく逸脱している場合には、Ｄ／Ａ変換器９の制御範囲の上位ビット（５ビット分）に相当する粗調整用のアナログ制御信号に基づいて、ＰＷＭ制御を実行せずに目標温度まで近づける制御を行う。
【００２５】
一方、ＬＤ１の検出温度が目標温度付近を示す場合には、ＣＰＵ６Ａにより、Ｄ／Ａ変換器９の上位５ビットを固定しつつ、Ｄ／Ａ変換器９の制御範囲の下位３ビット分に対してＰＷＭ制御することにより、高精度用のアナログ制御信号を生成させ、電流制御部８をＰＩＤ制御する。このとき、ＣＰＵ６Ａは、安価な汎用ＣＰＵであっても、ＰＷＭ制御のパルス幅の分解能を１０ビット以上（たとえば、１２ビット程度）に設定することができる。
【００２６】
次に、図２のフローチャートを参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、前述と同様に、ＬＤモジュール４内の温度検出器２は、ＬＤ１の温度を検出してアナログ温度データを出力する（ステップＳ１）。
【００２７】
続いて、Ａ／Ｄ変換器５は、アナログ温度データをデジタル温度データに変換してＣＰＵ６Ａに入力する（ステップＳ２）。
ＣＰＵ６Ａは、デジタル温度データに基づいて、ＬＤ１の温度を目標温度に保持するためのペルチェ素子３に対する制御データ（デジタル制御信号）を算出する（ステップＳ３）。
【００２８】
このとき、ＣＰＵ６Ａは、ＬＤ１の温度（制御データに対応）が設定温度（目標温度）の近辺（Ｄ／Ａ変換器の下位３ビット分の制御範囲内）であるか否かを判定する（ステップＳ４）。
【００２９】
ステップＳ４において、ＬＤ１の温度が目標温度から大きく離れていて設定温度の近辺でない（すなわち、Ｎｏ）と判定されれば、ＣＰＵ６Ａは、ＰＷＭ制御せずに算出した粗調整（低分解能）用のデジタル制御データをＤ／Ａ変換器９に入力する。
【００３０】
これにより、Ｄ／Ａ変換器９は、デジタル制御データのアナログ変換を実行し（ステップＳ５）、電流制御部８は、Ｄ／Ａ変換器９を介したアナログ制御信号により、ＬＤ１を目標温度の近辺に近づけるための電流制御を実行する（ステップＳ６）。
【００３１】
一方、ステップＳ４において、ＬＤ１の温度が設定温度の近辺である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定されれば、ＣＰＵ６Ａは、Ｄ／Ａ変換器９の制御範囲の下位３ビットに対して、ＰＷＭ制御のパルス幅の分解能を所定ビット数（たとえば、１２ビット）に設定し、ＰＷＭ制御により算出した微調整（高分解能）用のデジタル制御データをＤ／Ａ変換器９に入力する。
【００３２】
また、前述のように、ＣＰＵ６Ａは、ＰＷＭ制御を行う際にＰＩＤ制御を実行してデジタル制御信号を生成する。
これにより、Ｄ／Ａ変換器９は、ＰＷＭ制御されたデジタル制御データ（下位ビットに対応）に対してアナログ変換を実行し（ステップＳ７）、電流制御部８は、Ｄ／Ａ変換器９を介した高精度用のアナログ制御信号により、ＬＤ１の温度を目標温度に一致させる（ステップＳ８）。
【００３３】
最後に、電流制御部８は、ＬＤ１の温度がＣＰＵ６Ａが設定した目標温度に一致するようにペルチェ素子３を駆動して、クーラ動作またはヒータ動作を行い、目標温度になるように制御する（ステップＳ９）。
【００３４】
すなわち、ＬＤ１の温度が目標温度から大きく逸脱していれば、ステップＳ５およびＳ６により、ＰＷＭ制御を実行しない粗調整（低分解能）用の制御信号による温度制御を実行し、ＬＤ１の温度を目標温度の近辺に収束させる。
【００３５】
また、ＬＤ１の温度が目標温度の近辺に収束すれば、ステップＳ７およびＳ８により、所定数の下位ビットがＰＷＭ制御され且つＰＩＤ制御された微調整（高分解能）用の制御信号による高精度の温度制御を実行する。
以下、図２の処理ルーチンを抜け出てステップＳ１に戻り、上記処理動作を繰り返し実行する。
【００３６】
上記処理動作において、ＣＰＵ６によるＰＷＭ制御でのパルス幅の分解能が少ない場合には、ＬＤ１の温度は、従来（図３参照）の温度制御部７がＤ／Ａ変換器で構成された場合と同等の分解能で制御されることになる。
【００３７】
しかし、前述のように、ＣＰＵ６Ａとして現在市販されているＣＰＵを用いた場合、ＰＷＭ制御でのパルス幅の分解能を１０ビット以上に設定することは容易なので、汎用のＤ／Ａ変換器９を用いても、１６ビット程度の高価なＤ／Ａ変換器を用いた場合と同等の温度制御分解能を得ることができる。
【００３８】
たとえば、８ビットの安価なＤ／Ａ変換器９を用いて、７００ｍＡのＩＤ電流を制御した場合、電流分解能は、図２内のステップＳ６に記載したように、７００ｍＡ／２５６（＝２．７３ｍＡ）となる。
【００３９】
従来のＰＷＭ制御を用いたＬＤ１の温度制御装置（図３参照）では、７００ｍＡの電流範囲の全てを常時ＯＮ／ＯＦＦ制御していることから、ジッタノイズが発生していた。
【００４０】
これに対して、この発明の実施の形態１（図１参照）によれば、目標温度近辺（Ｄ／Ａ変換器９の制御範囲の下位３ビット制御範囲）のみに対して、ＰＩＤ制御方式によるＰＷＭ制御を実行し、Ｄ／Ａ変換器９でアナログ制御信号を生成しているので、ＰＷＭ制御による温度変化が小さく、ジッタノイズはほとんど生じない。
すなわち、目標温度付近のみにおいて、Ｄ／Ａ変換器９の下位３ビットに対して、ＣＰＵ内６Ａで１０ビットのＰＷＭ制御を行うことにより高精度制御を実現しているので、ペルチェ素子３のＯＮ／ＯＦＦ時のＬＤ温度変化率は従来（２．７３ｍＡ程度）に対して小さい値（２１．３μＡ程度）で済み、ジッタは抑制される。
【００４１】
このとき、下位ビットでの制御電流範囲は、２．７３ｍＡ×２３（＝２．７３ｍＡ×８＝２１．８ｍＡ）となり、１０ビットによる電流分解能は、図２内のステップＳ８に記載したように、２１．８ｍＡ／１０２４（＝２１．３μＡ）となる。なお、ＰＷＭ制御ビット数を増やせば、さらに高精度化を実現することができる。
【００４２】
このように、下位ビット（数ビット分）のみをＰＷＭ制御することにより、低コスト（低分解能）で小形のＤ／Ａ変換器９を用いて高分解能（高精度）の温度制御を実行し、制御精度を向上させることができる。
【００４３】
また、パルスによりＯＮ／ＯＦＦされるペルチェ素子３への供給電流（ＩＤ電流）の変化量を低減させることにより、光通信信号に重畳するジッタノイズを低減させることができる。
【００４４】
さらに、ＰＷＭ制御を用いた温度制御において、ＬＤ１の目標温度と温度検出器２から測定された実温度との温度偏差をフィードバック値とすることにより、ＰＩＤ制御方式を用いてパルス幅を決定する方式を採用することができ、ＬＤ１の温度を確実に目標温度に一致させることができる。
【００４５】
なお、ここでは、３ビット分の下位ビットに対して、ＰＩＤ制御方式によるＰＷＭ制御を実行したが、ＰＷＭ制御で変化させるビット数は何ビット（たとえば、１ビット）に設定してもよく、システムの要求に応じて任意のビット数に設定され得る。
【００４６】
また、ＣＰＵ６Ａで算出されるデジタル制御信号による設定温度は、必要に応じて、任意に且つ容易に変化させることができる。
さらに、ここでは、温度検出器２の具体例について特に言及しなかったが、白金測温抵抗器またはサーミスタなどを用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、光デバイスに近接配置されて光デバイスの温度を検出する温度検出器と、光デバイスに近接配置されて光デバイスの温度を制御するペルチェ素子と、温度検出器の出力信号をデジタル検出信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル検出信号に基づいて、ペルチェ素子を駆動するための制御値を算出してデジタル制御信号を生成するＣＰＵと、デジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ制御信号に応答してペルチェ素子を駆動する電流制御回路とを備え、光デバイスの温度を目標温度に一致させるための光デバイスの温度制御装置であって、ＣＰＵは、目標温度の付近に対応した所定温度範囲を設定する温度範囲設定手段を含み、デジタル検出信号に基づく光デバイスの温度が所定温度範囲から逸脱している場合には、光デバイスの温度と目標温度との温度偏差を減少させるためのデジタル制御信号をＤ／Ａ変換器に入力し、光デバイスの温度が所定温度範囲内を示す場合には、デジタル制御信号のうちの所定数の上位ビットをＰＷＭ制御せずにＤ／Ａ変換器に入力するとともに、デジタル制御信号のうちの残りの下位ビットをＰＷＭ制御してＤ／Ａ変換器に入力するようにしたので、光デバイスモジュールの内部温度を一定に保つための温度制御方式をジッタノイズの影響の少ない方式に変更するとともに、低コストおよび小形化を実現した光デバイスの温度制御装置が得られる効果がある。
【００４８】
また、この発明によれば、ＣＰＵは、デジタル制御信号の下位ビットをＰＷＭ制御する場合に、光デバイスの温度とＰＷＭ制御により高精度化された目標温度との温度偏差をフィードバック値としたＰＩＤ制御によりデジタル制御信号を演算するようにしたので、ジッタノイズの影響の少ない温度制御を実現しつつ、低コストおよび小形化を実現するとともに、高精度な温度制御を可能にした光デバイスの温度制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の光デバイスの温度制御装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１　ＬＤ（レーザダイオード：光デバイス）、２　温度検出器、３　ペルチェ素子、４　ＬＤモジュール、５　Ａ／Ｄ変換器、６Ａ　ＣＰＵ、８　電流制御部、９　Ｄ／Ａ変換器。
【図１】
2004031418.tif 000003
【図２】
2004031418.tif 000004
【図３】
2004031418.tif 000005