(57)【要約】本発明は、温度変化等による半導体発光素子の光出力特性の変動を高い精度で制御できる低コストの光送信器を提供することを目的とする。このため、本発明の光送信器は、半導体発光素子と、該半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、半導体発光素子の光出力パワーを検出する光出力検出部と、半導体発光素子に供給される駆動電流に関する温度特性データおよび光出力検出部に関する温度特性データを含んだ温度特性情報を記憶する記憶部と、温度を検出する温度検出部と、温度検出部で検出された温度に応じて記憶部から読み出した温度特性情報および光出力検出部の検出結果に基づいて、駆動回路の動作を制御する制御部とを備えて構成される。
2002069464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、前記半導体発光素子の光出力パワーを検出する光出力検出部と、該光出力検出部の検出結果に基づいて前記駆動回路の動作を制御する制御部とを備えた光送信器において、
前記半導体発光素子に供給される駆動電流に関する温度特性データおよび前記光出力検出部に関する温度特性データを含んだ温度特性情報を記憶する記憶部と、温度を検出する温度検出部と、を有し、
前記制御部が、前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み出した温度特性情報および前記光出力検出部の検出結果に基づいて、前記駆動回路の動作を制御することを特徴とする光送信器。
【請求項２】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記半導体発光素子が、レーザーダイオードであり、
前記記憶部が、前記レーザーダイオードに供給される閾値電流に相当する温度特性データと、前記レーザーダイオードに供給される変調電流に相当する温度特性データと、前記光出力検出部に用いられる受光素子から出力されるモニタ電流の温度特性データと、を前記温度特性情報として記憶することを特徴とする光送信器。
【請求項３】
請求項２に記載の光送信器であって、
前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み出したモニタ電流の温度特性データと、前記光出力検出部で検出された光出力パワーに対応するモニタ電流値とが一致するように、前記駆動回路から前記レーザーダイオードに供給される閾値電流および変調電流の少なくとも一方をフィードバック制御することを特徴とする光送信器。
【請求項４】
請求項３に記載の光送信器であって、
前記制御部は、前記駆動回路から前記レーザーダイオードに供給される閾値電流および変調電流の双方をフィードバック制御するとき、前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み出した温度特性情報を用いて閾値電流と変調電流の比を算出し、該閾値電流と変調電流の比の値が各温度において最適になるように前記駆動回路の動作を制御することを特徴とする光送信器。
【請求項５】
請求項４に記載の光送信器であって、
前記記憶部が、閾値電流と変調電流の比に関する温度特性データを前記温度特性情報として記憶していることを特徴とする光送信器。
【請求項６】
請求項２に記載の光送信器であって、
前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に応じて前記記憶部から読み出した温度特性情報のみに基づいて、前記駆動回路から前記レーザーダイオードに供給される閾値電流および変調電流の一方をフィードフォワード制御することを特徴とする光送信器。
【請求項７】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記半導体発光素子が、発光ダイオードであることを特徴とする光送信器。
【請求項８】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶される温度特性情報は、使用温度範囲について、少なくとも３点の温度で測定したデータを基に定めた近似式を利用して取得することを特徴とする光送信器。
【請求項９】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶された駆動電流に関する温度特性データのうちの前記温度検出部で検出された温度に対応するデータと、前記駆動回路で発生する駆動電流とを比較することによって、前記半導体発光素子に供給される駆動電流の増加または減少を検出可能な駆動電流モニタ回路を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項１０】
請求項１に記載の光送信器であって、
前記記憶部に記憶された前記光出力検出部に関する温度特性データのうちの前記温度検出部で検出された温度に対応するデータと、前記光出力検出部で検出された光出力パワーに関する情報とを比較することによって、前記半導体発光素子の光出力パワーの変動を検出可能な光出力モニタ回路を備えたことを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、レーザーダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子を利用し電気信号を光信号に変換して送信する光送信器に関し、特に、温度変化等による半導体発光素子の光出力特性の変動を抑える制御技術に関する。
背景技術
光送信器に利用される半導体発光素子の特性は温度に応じて変化し、また、その温度特性は、使用する個々の半導体発光素子ごとにばらつきが存在する。このため、従来の光送信器では、光出力パワーの個別調整が基本的に必要となり、調整部品点数の増加に伴う回路規模の増大、個別調整のためのコストの上昇などの問題点があった。
上記のような問題点を解決するための従来の技術としては、例えば、特開平９−１６２８１１号公報等に記載された技術が知られている。この従来の技術は、レーザーダイオードおよびその駆動回路についその温度特性データを予め取得し、その取得データを制御のための特性情報として光送信器内に格納し、温度と目標とする光出力とに応じて格納データから特性情報を選択し、該特性情報に基づいて、駆動回路がレーザーダイオードに供給する駆動電流を制御するものである。これにより、レーザーダイオードの温度特性とそれを駆動制御する回路の温度特性の相違による、消光不良や発光遅延などの解消を図っている。
しかし、上記のような従来の光送信器では、特性情報として光送信器内に予め格納される温度特性データが、所定の雰囲気温度および光出力に対応させて取得したレーザーダイオードの駆動電流（具体的には、順方向電流および閾値電流）だけであるため、温度変化による光出力パワーの変動を高い精度で制御することが難しいという問題点がある。
すなわち、従来の光送信器で行われる光出力パワーの制御は、レーザーダイオードから出力される光のパワーをモニタ用フォトダイオード（以下、モニタＰＤとする）で検出し、その検出した光出力パワーと、固定の基準信号（電池）とを比較して、その比較結果の相違が相殺されるようにレーザーダイオードへの駆動電流を制御する。上記モニタＰＤの光電変換効率は、例えば図１２に示すように、温度に応じて変化することが知られているが、このモニタＰＤの温度特性の変動量は、一般的に、レーザーダイオードの温度特性の変動量に比べて小さく、従来の制御ではモニタＰＤの温度特性を無視していた。しかしながら、光出力パワーをより高い精度で制御しようとすると、モニタＰＤの温度特性による影響が無視できなくなるため、モニタＰＤの温度特性までを考慮した制御が必要になってくる。
また、従来の光送信器における光出力パワー制御では、モニタＰＤの検出結果を用いたＡＰＣ（オートパワーコントロール）が閾値電流に対してだけ行われ、変調電流については格納データから読み出した特性情報により直接制御される、いわゆるフィードフォワード制御が行われる。しかし、レーザーダイオードの経年劣化等による光出力特性の変化は、閾値電流に応じた変化であるのか、あるいは、変調電流に応じた変化であるのかを区別することが困難であるため、閾値電流に対してＡＰＣ等のフィードバック制御を行うだけでは、例えば２５年間等の長期間におよぶ特性補償を行うことが難しいという問題点もある。
さらに、従来の光送信器では、格納する特性情報を作成するために、所要の温度範囲について雰囲気温度を所定の割合で変えながら温度特性データが取得される。しかし、このような特性情報の作成方法において、より高精度の光出力パワー制御を実現させるためには、非常に多くの温度について特性データを取得する必要が生じるため、光送信器の調整に費やされる時間が長くなり、調整工数の増大によるコスト上昇を招いてしまうという問題点がある。
本発明は上記のような問題点に着目してなされたものであり、温度変化等による半導体発光素子の光出力特性の変動を高い精度で制御できる低コストの光送信器を提供することを目的とする。
発明の開示
このため本発明にかかる光送信器は、半導体発光素子と、該半導体発光素子に駆動電流を供給する駆動回路と、半導体発光素子の光出力パワーを検出する光出力検出部と、該光出力検出部の検出結果に基づいて駆動回路の動作を制御する制御部とを備えた光送信器において、半導体発光素子に供給される駆動電流に関する温度特性データおよび光出力検出部に関する温度特性データを含んだ温度特性情報を記憶する記憶部と、温度を検出する温度検出部とを有し、前記制御部が、温度検出部で検出された温度に応じて記憶部から読み出した温度特性情報および光出力検出部の検出結果に基づいて、駆動回路の動作を制御するようにしたものである。
かかる光送信器では、半導体発光素子の駆動電流および光出力検出部に関する各温度特性データを含んだ温度特性情報が記憶部に予め記憶され、その記憶部の温度特性情報が、制御部によって、温度検出部で検出された温度に応じて読み出される。そして、制御部では、読み出した温度特性情報に基づいて、光出力検出部の検出結果についての温度変化に応じた誤差を補償しながら駆動回路の動作制御が行われる。これにより、半導体発光素子の光出力パワーの温度変動を高い精度で制御することができるようになる。
また、上記光送信器の具体的な構成として、半導体発光素子がレーザーダイオードであるとき、記憶部が、レーザーダイオードに供給される閾値電流および変調電流にそれぞれ相当する温度特性データと、光出力検出部に用いられる受光素子から出力されるモニタ電流の温度特性データと、を温度特性情報として記憶するようにしてもよい。さらに、上記光送信器の制御部は、温度検出部で検出された温度に応じて記憶部から読み出したモニタ電流の温度特性データと、光出力検出部で検出された光出力パワーに対応するモニタ電流値とが一致するように、駆動回路からレーザーダイオードに供給される閾値電流および変調電流の少なくとも一方をフィードバック制御するのが好ましい。閾値電流および変調電流の双方をフィードバック制御する場合には、閾値電流と変調電流の比の値が各温度において最適になるように駆動回路の動作を制御することが可能である。また、閾値電流および変調電流の一方をフィードバック制御する場合には、温度検出部で検出された温度に応じて記憶部から読み出した温度特性情報のみに基づいて、他方の電流をフィードフォワード制御するようにしてもよい。
上記のような具体的な構成によれば、閾値電流および変調電流の和に対応したレーザーダイオードの駆動電流が制御部によってフィードバック制御されることで、レーザーダイオードの光出力パワーを高い精度で所要のレベルに制御できるようになる。なお、前述した光送信器は、半導体発光素子を発光ダイオードとすることも可能であり、この場合には、発光ダイオードの光出力パワーを高い精度で制御できるようになる。
また、上述した光送信器の記憶部に記憶される温度特性情報は、使用温度範囲について、少なくとも３点の温度で測定したデータを基に定めた近似式を利用して取得するようにしてもよい。これにより、温度特性データの測定ポイントが比較的少なくても、使用温度範囲について精度の高い温度特性情報を取得することができるようになるため、光送信器の調整作業に要する時間の短縮を図ることが可能になる。
さらに、上述した光送信器については、記憶部に記憶された駆動電流に関する温度特性データのうちの温度検出部で検出された温度に対応するデータと、駆動回路で発生する駆動電流とを比較することによって、半導体発光素子に供給される駆動電流の増加または減少を検出可能な駆動電流モニタ回路を備えるようにしてもよい。加えて、記憶部に記憶された光出力検出部に関する温度特性データのうちの温度検出部で検出された温度に対応するデータと、光出力検出部で検出された光出力パワーに関する情報とを比較することによって、半導体発光素子の光出力パワーの変動を検出可能な光出力モニタ回路を備えるようにしても構わない。
上記のような構成とすることによって、半導体発光素子の駆動状態を外部等でモニタすることが可能になり、駆動電流や光出力パワーに異常が発生した場合の警報発出等にも利用することができるようになる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明にかかる光送信器の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる光送信器の基本構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本光送信器１は、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）１０ＡおよびモニタＰＤ（ＭＰＤ）１０Ｂを有するＬＤモジュール１０と、レーザーダイオード１０Ａを駆動する主信号部１１と、レーザーダイオード１０Ａおよびその駆動回路（ここでは主信号部１１）並びにモニタＰＤ１０Ｂに関する温度特性情報を記憶する記憶部１２と、モニタＰＤ１０Ｂからの出力信号を基に光出力モニタ信号を生成して主信号部１１に伝える光出力モニタ信号生成部１３と、温度を検出する温度検出部としての温度センサ１４とを備えて構成される。
レーザーダイオード１０Ａは、主信号部１１によって供給される駆動電流を光信号変換して光ファイバに出力する一般的な半導体発光素子である。モニタＰＤ１０Ｂは、レーザーダイオード１０Ａの光出力パワーを検出するための受光器であり、具体的には、例えばレーザーダイオード１０Ａの後方出射光を受光して電流信号に変換する受光素子等とすることができる。ここでは、上記のレーザーダイオード１０ＡおよびモニタＰＤ１０Ｂがモジュール化された一般的なＬＤモジュール１０を使用している。
主信号部１１は、光送信器１の外部等から入力されるデータ信号ＤＡＴＡおよびクロック信号ＣＬＫに従って、レーザーダイオード１０Ａに供給する駆動電流を発生すると共に、記憶部１２から読み取った温度特性情報、光出力モニタ信号生成部１３から伝えられる光出力モニタ信号および温度センサ１４から伝えられる温度モニタ信号に基づいて、上記駆動電流のレベルを調整する機能を備えた電気回路である。したがって、ここでは主信号部１１が駆動回路および制御部に相当することになる。
図２は、主信号部１１の具体的な構成例を示す回路図である。
図２の構成例において、主信号部１１は、演算処理回路２０と、外部等より入力されるデータ信号ＤＡＴＡおよびクロック信号ＣＬＫに従って、レーザーダイオード１０Ａに供給する駆動電流を制御して発光状態および消光状態を切り替えるオン／オフ制御回路２１と、演算処理回路２０からの出力情報に応じて、変調電流Ｉｍｏｄの値を制御可能な変調電流制御回路２２および閾値電流Ｉｔｈの値を制御可能な閾値電流制御回路２３と、を備えて構成される。
演算処理回路２０は、光出力モニタ信号生成部１３からの光出力モニタ信号および温度センサ１４からの温度モニタ信号の入力を受け、入力された温度モニタ信号に応じて記憶部１２に格納された温度特性情報を読み取り、その温度特性情報と入力された光出力モニタ信号とに基づいて、変調電流Ｉｍｏｄおよび閾値電流Ｉｔｈの各値を制御する制御信号を生成して出力する。なお、制御信号の具体的な生成方法については後述する。
オン／オフ制御回路２１は、例えば、フリップフロップ回路（Ｆ／Ｆ）２１Ａ、パルス幅調整回路２１ＢおよびＭＯＳＦＥＴ２１Ｃを有する。フリップフロップ回路２１Ａは、外部等より入力されるデータ信号ＤＡＴＡをクロック信号ＣＬＫでリタイミングする。パルス幅調整回路２１Ｂは、フリップフロップ回路２１Ａの出力信号のパルス幅を調整する。ＭＯＳＦＥＴ２１Ｃは、ゲート端子がパルス幅調整回路２１Ｂの出力端子に接続され、ドレイン端子がレーザーダイオード１０Ａのカソード端子に接続されて、パルス幅調整回路２１Ｂの出力信号に従いオン／オフ動作する。
変調電流制御回路２２は、例えば、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）２２ＡおよびＭＯＳＦＥＴ２２Ｂ，２２Ｃを有する。Ｄ／Ａコンバータ２２Ａは、演算処理回路２０から出力される、変調電流Ｉｍｏｄに関する制御信号をディジタル信号からアナログ信号に変換する。ＭＯＳＦＥＴ２２Ｂは、ダイオード接続されていて、Ｄ／Ａコンバータ２２Ａからの出力信号が入力される。ＭＯＳＦＥＴ２２Ｃは、ゲート端子がＭＯＳＦＥＴ２２Ｂのゲート端子に接続され、ドレイン端子がＭＯＳＦＥＴ２１Ｃのソース端子に接続され、ゲート端子に入力される信号に応じて変調電流Ｉｍｏｄの値を制御する。
閾値電流制御回路２３は、例えば、Ｄ／Ａコンバータ（ＤＡＣ）２３ＡおよびＭＯＳＦＥＴ２３Ｂ，２３Ｃを有する。Ｄ／Ａコンバータ２３Ａは、演算処理回路２０から出力される、閾値電流Ｉｔｈに関する制御信号をディジタル信号からアナログ信号に変換する。ＭＯＳＦＥＴ２３Ｂは、ダイオード接続されていて、Ｄ／Ａコンバータ２３Ａからの出力信号が入力される。ＭＯＳＦＥＴ２３Ｃは、ゲート端子がＭＯＳＦＥＴ２３Ｂのゲート端子に接続され、ドレイン端子がＬＤのカソード端子に接続されて、ゲート端子に入力される信号に応じて閾値電流Ｉｔｈの値を制御する。
記憶部１２は、レーザーダイオード１０Ａおよびその駆動回路となる主信号部１１についての温度特性データと、モニタＰＤ１０Ｂについての温度特性データとを含んだ温度特性情報を記憶する。ここでは、温度特性情報の具体例として、レーザーダイオード１０Ａに供給される駆動電流のうちの変調電流Ｉｍｏｄについての温度特性データＩｍｏｄ（Ｔ）と、閾値電流Ｉｔｈについての温度特性データＩｔｈ（Ｔ）と、モニタＰＤ１０Ｂのモニタ電流Ｉｍについての温度特性データＩｍ（Ｔ）とが、記憶部１２にそれぞれ格納される。各々の温度特性データＩｍｏｄ（Ｔ），Ｉｔｈ（Ｔ），Ｉｍ（Ｔ）は、所要の温度範囲に対して予め測定等により取得したものである。なお、温度特性情報の具体的な作成方法については後述する。
光出力モニタ信号生成部１３は、例えば図３の回路図に示すように、モニタＰＤ１０Ｂから出力されるモニタ電流Ｉｍを電圧に変換するための抵抗３０と、その変換された電圧信号を平滑化するためのローパスフィルタ３１としての抵抗３１Ａおよび容量３１Ｂと、ローパスフィルタ３１の出力信号を１倍の利得で増幅するバッファーとしての演算増幅器３２と、を有し、演算増幅器３２の出力信号を光出力モニタ信号として主信号部１１に出力する。したがって、ここではモニタＰＤ１０Ｂおよび光出力モニタ信号生成部１３が光出力検出部としての機能を備えることになる。
温度センサ１４は、光送信器１上の任意の箇所（例えば、ＬＤモジュール１０や、主信号部１１等を集積化したＬＳＩなど）における温度を測定し、その測定結果を温度モニタ信号として主信号部１１に出力する。
ここで、レーザーダイオード１０Ａの変調電流Ｉｍｏｄおよび閾値電流Ｉｔｈ、並びに、モニタＰＤ１０Ｂのモニタ電流Ｉｍについての各温度特性について、具体的に説明する。
図４は、一般的なレーザーダイオードの温度特性を示す説明図であって、例えば、レーザーダイオードの雰囲気温度を−４０℃、＋２５℃、＋８５℃にそれぞれ変化させた場合の駆動電流に対する光出力パワーの関係を示したものである。
図４に示すように、所要の光出力パワーを得るためには、雰囲気温度の上昇に伴って駆動電流を増加させる必要がある。各温度における駆動電流は、レーザーダイオードの閾値電流Ｉｔｈと変調電流Ｉｍｏｄの和、若しくは、レーザーダイオードの消光不良や発光遅延等を考慮して補正を行った閾値電流Ｉｂ（＝ｋ×Ｉｔｈ；ｋ≦１．０）と変調電流Ｉｐ（＝Ｉｍｏｄ＋（１−ｋ）×Ｉｔｈ）の和で表すことができる。雰囲気温度の変化に対する、閾値電流Ｉｔｈ（またはＩｂ）および変調電流Ｉｍｏｄ（またはＩｐ）の各変化量は、例えば図５の中段および上段に示すようにそれぞれ異なる。このため、温度変化による光出力変動の補償に用いる温度特性情報として、光送信器１の使用が想定される所要の温度範囲に対応した、閾値電流の温度特性データＩｔｈ（Ｔ）および変調電流の温度特性データＩｍｏｄ（Ｔ）が記憶部１２にそれぞれ格納される。
また、モニタＰＤ１０Ｂのモニタ電流Ｉｍについても、上述の図１２で説明したようにモニタＰＤの光電変換効率が温度に応じて変化するため、図５の下段に示すような温度特性が生じる。そこで本発明では、温度変化による光出力変動の補償に用いる温度特性情報として、所要の温度範囲に対応したモニタ電流の温度特性データＩｍ（Ｔ）も記憶部１２に格納される。
温度特性情報として記憶部１２に格納される、図５に例示したような各温度特性データＩｍｏｄ（Ｔ），Ｉｔｈ（Ｔ），Ｉｍ（Ｔ）は、次のようにして取得することが可能である。
例えば、光送信器１の使用温度範囲として−４０〜＋８５℃を想定した場合、まず、−４０℃、＋２５℃、＋８５℃の３点を測定温度に設定して、閾値電流Ｉｔｈ（−４０），Ｉｔｈ（＋２５），Ｉｔｈ（＋８５）の測定を行う。次に、各温度について、測定した閾値電流Ｉｔｈ（−４０），Ｉｔｈ（＋２５），Ｉｔｈ（＋８５）をレーザーダイオード１０Ａに流した状態で、目標とする光出力パワーを得るのに必要な変調電流Ｉｍｏｄ（−４０），Ｉｍｏｄ（＋２５），Ｉｍｏｄ（＋８５）の測定を行う。また、各温度での変調電流Ｉｍｏｄの測定と同時に、目標の光出力パワーが得られた時におけるモニタ電流Ｉｍ（−４０），Ｉｍ（＋２５），Ｉｍ（＋８５）の測定も行う。
そして、各温度で測定した各々の電流値を用いて、次に示す各近似式（１），（２），（３）の各々の係数ａ〜ｃ，ｄ〜ｆ，ｘ〜ｚをそれぞれ算出する。ただし、各近似式における次数ｍ，ｎ，ｏは、各々の特性曲線に応じて予め設定しておくものとする。
Ｉｔｈ（Ｔ）≒ａＴｍ＋ｂＴ＋ｃ    …（１）
Ｉｍｏｄ（Ｔ）≒ｄＴｎ＋ｅＴ＋ｆ  …（２）
Ｉｍ（Ｔ）≒ｘＴｏ＋ｙＴ＋ｚ      …（３）
そして、算出した各係数を適用した各々の近似式（１）〜（３）を用いて、使用温度範囲に対する閾値電流Ｉｔｈ、変調電流Ｉｍｏｄ、モニタ電流Ｉｍの各テーブルを作成して、温度特性情報として記憶部１２にそれぞれ格納する。
上記のように近似式（１）〜（３）を利用して温度特性情報を作成するようにすれば、比較的少ない測定点（ここでは各電流値に対して３点）でも精度の高い温度特性情報を取得できるため、光送信器１の調整に費やされる時間の短縮を図ることが可能になり、調整工数の削減による低コスト化を実現できるようになる。
なお、上記温度特性データの測定時にモニタする温度は、光送信器１を実際に使用するときに温度センサ１４でモニタされる温度と同じ位置にするのが望ましい。あるいは、データ測定時と光送信器１の使用時とで温度をモニタする位置が異なる場合には、それぞれの位置における温度差を予め測定しておき、その温度差分だけ図５の特性曲線の横軸をシフトさせた近似式を用いて温度特性情報を取得し、記憶部１２に格納するようにしても構わない。
また、上記温度特性情報の取得方法では、各近似式の項数を増やし次数をあげることで、高精のより高い温度特性情報を得ることが可能である。ただし、この場合には、測定する温度のポイントを増やす必要がある。
さらに、上記の取得方法では、各温度について各々の電流値を実測するようにしたが、例えば、光送信器１に使用するＬＤモジュール１０単体の温度特性データが入手可能であれば、そのデータを用いて上記近似式の各係数を算出するようにしてもよい。このようにすることによって、組み立てた後の光送信器１としてのデータ取得作業は、ある１つの温度（例えば常温等）のみで実施可能となるため、光送信器１の調整時間を大幅に短縮することが可能になる。
上記のようにして、閾値電流、変調電流およびモニタ電流の各温度特性データＩｔｈ（Ｔ），Ｉｍｏｄ（Ｔ），Ｉｍ（Ｔ）が記憶部１２に格納された光送信器１では、主信号部１１において、光出力モニタ信号生成部１３からの光出力モニタ信号および温度センサ１４からの温度モニタ信号に応じて記憶部１２内の温度特性情報が読み取られ、レーザーダイオード１０Ａの光出力パワーが目標とする値で一定となるように駆動電流の制御が行われる。ここでは、駆動電流の制御方式として、例えば、光出力モニタ信号に応じて変調電流Ｉｍｏｄがフィードバック制御され、温度モニタ信号に対応した記憶部１２の温度特性情報に応じて閾値電流Ｉｔｈがフィードフォワード制御される方式を想定して、光送信器１の具体的な動作を説明することにする。図６は、上記の制御方式における光送信器１の動作を説明する概念図である。
図６に示すように、光送信器１では、まず、温度センサ１４によってモニタされた光送信器１上の所要の部位の温度が温度モニタ信号として主信号部１１の演算処理回路２０に送られる。演算処理回路２０では、入力された温度モニタ信号に対応する閾値電流Ｉｔｈ、変調電流Ｉｍｏｄおよびモニタ電流Ｉｍの各値が記憶部１２の温度特性情報から読み出される。そして、読み出した閾値電流Ｉｔｈを初期値に設定する制御信号が、演算処理回路２０から閾値電流制御回路２３に送られ、閾値電流制御回路２３によって制御された閾値電流Ｉｔｈがレーザーダイオード１０Ａに供給される。
次に、光出力モニタ信号生成部１３から出力される光出力モニタ信号が演算処理回路２０に送られる。演算処理回路２０では、記憶部１２から読み出したモニタ電流Ｉｍの値をＡＰＣの基準値として、光出力モニタ信号を用いた変調電流Ｉｍｏｄのフィードバック制御が行われる。具体的には、モニタ電流Ｉｍの基準値に対する実測値の差が求められて、その差分に応じて変調電流Ｉｍｏｄを調整する制御信号が演算処理回路２０から変調電流制御回路２２に送られ、ＭＯＳＦＥＴ２２Ｃを流れる変調電流Ｉｍｏｄがフィードバック制御される。
このような制御方式においては、温度モニタ信号に応じてモニタ電流Ｉｍの目標値が読み出されフィードバック制御（ＡＰＣ）の基準値に設定されるため、従来のようにフィードバック制御用の基準値の初期調整を行う必要がなくなると共に、モニタＰＤ１０Ｂの光電変換効率の温度変化による光出力パワーの変動をも補償することが可能になる。これにより、光出力パワーを高い精度で制御できる低コストの光送信器が実現可能になる。
なお、上記の制御方式では、閾値電流Ｉｔｈをフィードフォワード制御し、変調電流Ｉｍｏｄをフィードバック制御する場合を考えたが、本発明による駆動電流の制御方式はこれに限られるものではなく、閾値電流Ｉｔｈをフィードバック制御し、変調電流Ｉｍｏｄをフィードフォワード制御する方式や、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄの双方をフィードバック制御する方式を採用することも可能である。
閾値電流Ｉｔｈをフィードバック制御し、変調電流Ｉｍｏｄをフィードフォワード制御する場合、具体的には図７の概念図に示すように、温度センサ１４からの温度モニタ信号に対応して記憶部１２から読み出した変調電流Ｉｍｏｄの値を直接用いてレーザーダイオード１０Ａに供給する変調電流Ｉｍｏｄが設定されると共に、温度モニタ信号に対応して記憶部１２から読み出したモニタ電流Ｉｍの値をＡＰＣの基準値として、光出力モニタ信号を用いた閾値電流Ｉｔｈのフィードバック制御が行われる。
また、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄの双方をフィードバック制御する場合、具体的には図８の概念図に示すように、温度センサ１４からの温度モニタ信号に対応して記憶部１２から読み出したモニタ電流Ｉｍの値をＡＰＣの基準値とし、さらに、閾値電流Ｉｔｈに対する変調電流Ｉｍｏｄの比（Ｉｍｏｄ／Ｉｔｈ）が温度モニタ信号に対応した温度特性情報に一致するように、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄのフィードバック制御が行われる。なお、Ｉｍｏｄ／Ｉｔｈについての温度特性情報は、図８の例では、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄの各温度特性データを用いて予め算出して記憶部１２に格納しておくようにしたが、温度モニタ信号に対応した閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄの各値を記憶部１２からそれぞれ読み出して、Ｉｍｏｄ／Ｉｔｈの値を主信号部１１の演算処理回路２０で随時演算するようにしてもよい。このようにＩｍｏｄ／Ｉｔｈの値を随時演算するようにすれば、記憶部１２の容量を削減できるため、回路規模の削減および低コスト化を図ることが可能である。
上記のように本発明による駆動電流の制御方式は、温度モニタ信号に対応して記憶部１２から読み出したモニタ電流Ｉｍの値をＡＰＣの基準値として、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄの少なくとも一方をフィードバック制御するものであり、そのような制御は上述の図１および図２に示したような比較的簡単な回路構成で実現可能である。
なお、本発明による光送信器１の構成によれば、閾値電流Ｉｔｈおよび変調電流Ｉｍｏｄをフィードフォワード制御する方式にも対応可能ではあるが、この場合には、モニタＰＤ１０Ｂでのモニタ結果を用いた制御が行われなくなるため、レーザーダイオード１０Ａの経時劣化等による光出力変動を補償することが難しくなる。
次に、本発明にかかる光送信器のより具体的な実施形態について説明する。
図９は、本発明にかかる光送信器の具体的な構成例を示す回路図である。ただし、上述の図１〜図３に示した構成と同様の部分には同じ符号が付してある。
図９において、本光送信器１’は、一般的なマイクロコンピュータ５０を有し、該マイクロコンピュータ５０は、例えば、バス５１に結合されたＣＰＵ５２、ＲＡＭ５３、メモリ５４およびタイマー５５を有すると共に、光出力モニタ信号生成部１３および温度センサ１４とのインターフェースとなるアナログ／ディジタル変換回路５６と、変調電流制御回路２２および閾値電流制御回路２３とのインターフェースとなるディジタル／アナログ変換回路５７と、その他のインターフェースとしてＩ／Ｏ５８，５９とを有する。
ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５２の作業領域またはデータの一時記憶領域として使用される。メモリ５４は、上述した記憶部１２に対応するものであって、予め測定等により取得した温度特性情報を格納するための領域である。Ｉ／Ｏ５８は、メモリ５４へのデータの書き込みおよび読み出し、並びに、各種ラッチ回路（ＬＡＴ）に対する情報の書き込みおよび読み出しなどの制御を、外部のパソコン等を用いて行う際のインターフェース信号を処理する回路であって、インターフェースには一般的なシリアル伝送を用いている。また、Ｉ／Ｏ５９は、ディジタル入出力信号のインターフェースであり、例えば、本光送信器１’の光出力を強制的に遮断するための外部からのシャットダウン制御信号ＸＳＤの入力や、ＣＰＵ５２が演算し出力する駆動電流の異常増加を知らせる警報信号ＬＣＡや、光出力パワーの異常な劣化を知らせる警報信号ＳＯＡなどを出力する。
アナログ／ディジタル変換回路５６は、ここでは、Ａ／Ｄコンバータ１４Ａ，３３Ａおよびラッチ回路１４Ｂ，３３Ｂから構成される。Ａ／Ｄコンバータ１４Ａは、温度センサ１４からの温度モニタ信号をディジタル信号に変換してラッチ回路１４Ｂに出力する。ラッチ回路１４Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１４Ａからの出力信号をラッチしバス５１に出力する。また、Ａ／Ｄコンバータ３３Ａは、光出力モニタ信号生成部１３からの出力信号をディジタル信号に変換してラッチ回路３３Ｂに出力する。ラッチ回路３３Ｂは、Ａ／Ｄコンバータ３３Ａからの出力信号をラッチしバス５１に出力する。
ディジタル／アナログ変換回路５７は、ここでは、ラッチ回路２２Ｄ，２３ＤおよびＤ／Ａコンバータ２２Ａ，２３Ａから構成される。ラッチ回路２２Ｄは、バス５１から出力される変調電流Ｉｍｏｄについての制御信号をラッチし、Ｄ／Ａコンバータ２２Ａに出力する。Ｄ／Ａコンバータ２２Ａは、ラッチ回路２２Ｄの出力信号をアナログ信号に変換して、ダイオード接続されたＭＯＳＦＥＴ２２Ｂに出力する。また、ラッチ回路２３Ｄは、バス５１から出力される閾値電流Ｉｔｈについての制御信号をラッチし、Ｄ／Ａコンバータ２３Ａに出力する。Ｄ／Ａコンバータ２３Ａは、ラッチ回路２３Ｄの出力信号をアナログ信号に変換して、ダイオード接続されたＭＯＳＦＥＴ２３Ｂに出力する。
また、本光送信器１’のマイクロコンピュータ５０には、駆動状態を外部に出力するために、ラッチ回路６０，６２およびＤ／Ａコンバータ６１，６３が設けられている。ラッチ回路６０は、ラッチ回路２２Ｄ，２３Ｄに格納されている、ＣＰＵ５２が制御する変調電流Ｉｍｏｄおよび閾値電流Ｉｔｈの和と、メモリ５４に格納されている変調電流Ｉｍｏｄおよび閾値電流Ｉｔｈの初期値の和との比をラッチしてＤ／Ａコンバータ６１に出力する。Ｄ／Ａコンバータ６１は、ラッチ回路６０の出力信号をアナログ信号に変換し、駆動電流の制御状態を示すモニタ信号ＬＣＭとして外部に出力する。また、例えば図１０に示すように、ラッチ回路６０の出力信号レベルと、駆動電流の異常（劣化）を判断するために予め設定した警報発出レベルとを演算回路６４で比較して、駆動電流の異常発生時に警報ＬＣＡを発出する機能を本光送信器１’に設けるようにしてもよい。
ラッチ回路６２は、ラッチ回路３３Ｂに格納されている光出力のモニタ電流Ｉｍに相当する信号と、メモリ５４に格納されているモニタ電流Ｉｍの初期値との比をラッチしてＤ／Ａコンバータ６３に出力する。Ｄ／Ａコンバータ６３は、ラッチ回路６２の出力信号をアナログ信号に変換し、光出力パワーの制御状態を示すモニタ信号ＳＯＭとして外部に出力する。また、例えば図１１に示すように、ラッチ回路６２の出力信号レベルと、光出力パワーの異常（劣化）を判断するために予め設定した警報発出レベルとを演算回路６５で比較して、光出力パワーの異常発生時に警報ＳＯＡを発出する機能を本光送信器１’に設けるようにしてもよい。
上記のような構成の光送信器１’では、上述した光送信器１の場合と同様の作用効果が得られると共に、ラッチ回路６０，６２およびＤ／Ａコンバータ６１，６３を介して出力されるモニタ信号ＬＣＭ，ＳＯＭにより、各ラッチ回路２２Ｄ，２３Ｄ，３３Ｂの状態を光送信器１’の外部からモニタすることが可能であり、さらには、駆動電流や光出力パワーの異常（劣化）発生を外部に警報することも可能である。このように、駆動電流や光出力パワーの制御状態をモニタし、異常発生時に警報を発出するような回路は、従来の回路構成でも、レーザーダイオードに供給される閾値電流Ｉｔｈや変調電流Ｉｍｏｄ、モニタＰＤから出力されるモニタ電流Ｉｍをモニタするためのアナログ回路を別途設けることで実現可能ではある。しかし、上記のようなアナログ回路は、カレントミラーや抵抗の絶対値偏差、比較器のオフセットなどといった回路部品のばらつきによる誤差が大きいので、そのような誤差を補正するための初期調整を光送信器ごとに行う必要であり、調整工数の増大を招くことになると共に、抵抗や比較器などといった回路部品が必要となるため、回路規模が大きくなるという欠点もある。一方、本発明による駆動電流や光出力パワーのモニタおよび警報の発出は、フィードバック制御されている駆動電流の情報やモニタＰＤが出力するモニタ電流Ｉｍの情報と、メモリ５４に格納されている温度特性情報とを比較し、その比較結果をモニタ信号として出力し、さらに、上記の比較結果と警報発出レベルを比較した結果を異常発生時の警報として発出するものである。したがって、モニタ信号の出力および警報の発出がマイクロコンピュータ５０で処理される各種情報の比較演算だけで実現されるため、上記のような従来の回路における不都合を回避することが可能である。
なお、光出力パワーのモニタ出力および警報発出のために行うモニタ電流Ｉｍの比較処理は、駆動電流の制御方式によらずに実行可能であるため、駆動電流のフィードフォワード制御およびフィードバック制御のどちらに対しても有効である。
また、上述した実施の形態では、半導体発光素子としてレーザーダイオードを使用する場合を示したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用した光送信器に対しても同様にして適用することが可能である。この場合には、レーザーダイオードにおける閾値電流以下の領域でＬＥＤを駆動して変調を行うことになる。
産業上の利用可能性
本発明は、半導体発光素子の駆動電流および光出力検出部に関する各温度特性データを温度特性情報として記憶部に格納し、それらの温度特性情報を用いて駆動電流を制御するようにしたことで、半導体発光素子の光出力パワーを高い精度で制御できる低コストの光送信器を提供することが可能になる。このような本発明による半導体発光素子の制御技術は、例えば光通信分野などに用いられる各種の光送信器に適用することができ、産業上の利用可能性が大である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明にかかる光送信器の基本構成を示す機能ブロック図である。
図２は、図１の光送信器に用いられる主信号部の具体的な構成例を示す回路図である。
図３は、図１の光送信器に用いられる光出力モニタ信号生成部の具体的な構成例を示す回路図である。
図４は、一般的なレーザーダイオードの温度特性を説明する図である。
図５は、本発明において、温度特性情報として記憶される、閾値電流、変調電流およびモニタ電流の各温度特性データの一例を示す図である。
図６は、本発明において、閾値電流をフィードフォワード制御し、変調電流をフィードバック制御する場合の動作を説明する概念図である。
図７は、本発明において、閾値電流をフィードバック制御し、変調電流をフィードフォワード制御する場合の動作を説明する概念図である。
図８は、本発明において、閾値電流および変調電流の双方をフィードバック制御する場合の動作を説明する概念図である。
図９は、本発明にかかる光送信器の具体的な構成例を示す回路図である。
図１０は、図９の光送信器について、駆動電流の異常発生時に警報を発出する機能を設けた場合の一例を示す図である。
図１１は、図９の光送信器について、光出力パワーの異常発生時に警報を発出する機能を設けた場合の一例を示す図である。
図１２は、従来の光送信器におけるモニタＰＤの光電変換効率の温度変化を説明する図である。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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