CN1514944A - 温度控制装置和阵列波导光栅型光波长合分波器 - Google Patents

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Abstract

提供一种把被控制体保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置，和使用该温度控制装置的阵列波导光栅型光波长合分波器，目的在于彻底消除半导体控制元件的结温度的坏影响，从而简化整体结构，并且合理且充分地提高操作效率。把利用其结温度作为发热体起作用的带控制端子的半导体控制元件(3)和温度传感器(5)，固定在已固定了作为阵列波导光栅型光波长合分波元件的被控制体(10)的、由导热性好的材料制成的均热板(2)上，根据由来自该温度传感器(5)的温度检测信号s4得到的当前温度信号s2，和预先设定的目标温度信号s1间的误差信号s3，对半导体控制元件(3)的导通状态进行负反馈控制，从而不浪费半导体控制元件(3)的结温度，而是作为热源有效地利用，实现消耗电功率的降低化和性能的稳定化。

Description

温度控制装置和阵列波导光栅型光波长合分波器
技术领域
本发明涉及精细地加热阵列波导光栅型光波长合分波元件等被控制体，使之保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置，以及使用了该温度控制装置的阵列波导光栅型光波长合分波器。
背景技术
使阵列波导光栅型光波长合分波器等被控制体保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置的一般的以往的结构是如图6和图7所示那样，由均热部1和控制部6构成的。
均热部1的结构为，把加热器40埋设到固定了被控制体10的、用导热性良好的材料制成的均热板2上，并与被控制体相邻接地固定温度传感器5。
控制部6的结构为：将根据来自温度传感器5的温度检测信号s4而从温度检测电路7输出的当前温度信号s2，和从预先设定了加热目标温度的温度设定电路8输出的目标温度信号s1，用比较器9进行比较，该比较器9是串联连接在加热器40上的半导体控制元件30的控制端子电路，将用比较器9得到的比较结果的误差信号s3作为控制信号输入给半导体控制元件30的控制端子。
即，以往进行负反馈控制(例如，参照日本特开平9-306638号公报)，即专门使用加热器40作为热源，用控制部6处理来自热耦合到该加热器40上的温度传感器5的温度信息，用该控制部6的半导体控制元件30控制供给加热器40的电流，由此来驱动加热器40，把均热板2即被控制体10控制在固定温度上。
然而，在上述现有技术中，存在如下问题：在直接控制供给加热器40的电流的半导体控制元件30上，必然要产生较高的结温度，因而就必须有使该半导体控制元件30的结温度高效地散热的专用的功能部分，因此，温度控制装置的控制部6的结构就变得复杂，同时使用了该温度控制装置的阵列波导光栅型光波长合分波器的小型化也受到很大限制。
此外，还存在如下问题：由于加热驱动加热器40的电源电功率的一部分将作为半导体控制元件30的结温度而浪费掉，故在该半导体控制元件30中的损耗就成为无效部分，从而使温度控制装置整体的效率恶化。
另外，还存在如下问题：半导体控制元件30的热阻值(每1W的温度上升率)，是结温度、阵列波导光栅型光波长合分波器的壳体温度、直到空气为止的热阻值，虽然从壳体温度到空气之间，是作为热沉(散热装置)的热阻值，但小型化后将成为较高的数值，故无法期望进一步提高温度控制装置的可靠性。
因此，本发明是为消除上述现有技术中的问题点而设计的，目的在于，在将被控制体保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置，和使用了该温度控制装置的阵列波导光栅型光波长合分波器中，以全部消除半导体控制元件的结温度的坏影响为课题，由此而简化温度控制装置和阵列波导光栅型光波长合分波器的结构，同时，合理且充分地提高动作效率。
发明内容
在解决上述技术课题的本发明中，权利要求1所述的发明的装置，是使阵列波导光栅型光波长合分波元件等的被控制体保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置，其特征在于：
该温度控制装置由均热部和控制部构成，
均热部具有：加热固定了的被控制体的、由金属等的导热性好的材料制成的均热板；固定在该均热板上、用作发热体的带控制端子的半导体控制元件；与被控制体相邻接地固定在均热板上的温度传感器。
控制部具有：设定加热目标温度的温度设定电路；根据来自均热部的温度传感器的温度检测信号s4，检测当前温度的温度检测电路；比较来自温度设定电路的目标温度信号s1和来自温度检测电路的当前温度信号s2，将其差作为误差信号s3输出的、作为半导体控制元件的控制端子电路的比较器。
在该权利要求1所述的发明中，在均热部中，向半导体控制元件提供电功率以使之发热，由此加热均热板，从而加热被控制体，但对被控制体的加热温度，可以经常用温度传感器进行检测，把其测定结果作为测定信号s4送往控制部。
在控制部中，将温度检测信号s4输入给温度检测电路，生成当前温度信号s2，比较该当前温度信号s2和根据预先设定的加热目标温度而用温度设定电路产生的目标温度信号s1，把两者的差作为误差信号s3输入给半导体控制元件的控制端子。
带控制端子的半导体控制元件，根据误差信号s3控制电功率消耗，所以该误差信号s3越小，即当前温度信号s2的值越接近目标温度信号s1的值，则电功率消耗就越小，由此，将被控制体加热到作为目标的温度，同时维持在作为目标的恒温状态下。
由于把直接控制用于均热部发热的电功率的半导体控制元件，作为均热部的热源，所以均热板也用作半导体控制元件的散热板，因而无需在半导体控制元件上设置专用的散热功能部分。
此外，由于半导体控制元件控制所希望的其自身的发热所必需的电功率，所以可直接控制均热部的发热所需要的全部电功率，因此可以取得均热部的效率较好的加热作用，并且加热所需要的电源的负荷仅是半导体控制元件，所以实现电源的低电压化。
并且，由于半导体控制元件的结温度比以往的控制供给加热器的电流的动作时的温度要低，只要使之与预先设定的均热部的温度几乎相等即可，故不会影响周围温度，提高可靠性。
即，因为半导体控制元件的故障率(FIT数)依赖于结温度，所以由于能够降低该结温度，能够提高半导体控制元件的可靠性。
另外，由于半导体控制元件的热阻值，成为至结温度以及壳体温度为止的热阻值，从壳体温度到空气为止之间变成为相等，相当于安装了无限大的散热器的状态，所以，结温度降低，由此可靠性得以提高。
由于在控制部中没有发热的半导体控制元件，故无需设置散热装置或防热装置，从而可使结构简化，并可使整体小型、轻量化，由此，容易操作，并大大减少对安装的制约。
权利要求2所述的发明是在权利要求1所述的发明的结构的基础上，把加热器串联连接在半导体控制元件上。
在权利要求2所述的发明中，均热部的加热源采用半导体控制元件和由该半导体控制元件控制其动作的加热器2部分，所以对被控制体的加热能力得到充分地提高。
权利要求3所述的发明，是在权利要求1或权利要求2所述的发明的结构的基础上，采用晶体管来作为半导体控制元件。
在权利要求3所述的发明中，作为此种的温度控制装置的电源，一般是使用直流稳压电源的，所以作为加热的控制、即作为提供电功率的控制，适合进行电流控制，因此，采用可具有高电流效益的晶体管来作为半导体控制元件，实现效率较好的温度控制。
此外，权利要求4所述的发明的装置，是由作为阵列波导光栅型光波长合分波元件的被控制体，和使该被控制体保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置构成的阵列波导光栅型波长合分波器，其特征在于：
该温度控制装置由均热部和控制部构成，
温度控制装置的均热部，具有：加热固定了的上述被控制体的、由金属等导热性好的材料制成的均热板；固定在该均热板上、用作发热体的带控制端子的半导体控制元件；与上述被控制体相邻接地固定在上述均热板上的温度传感器；
此外，温度控制装置的控制部具有：设定加热目标温度的温度设定电路；根据来自上述温度传感器的温度检测信号s4，检测当前温度的温度检测电路；比较来自上述温度设定电路的目标温度信号s1和来自上述温度检测电路的当前温度信号s2，将其差作为误差信号s3输出的、作为上述半导体控制元件的控制端子电路的比较器。
在权利要求4所述的发明中，由温度控制装置进行的对被控制体的加热温度控制，不影响周围温度，可以正确而稳定地进行，所以可以将各输出波导中的输出波的波长正确地维持于所设定的值。
由于可以减少温度控制装置的电功率消耗，所以作为阵列波导光栅型光波长合分波器整体，也可以减少其电功率消耗。
可实现温度控制装置的电源的低电源化，并且能提高半导体控制元件的可靠性，从而延长了其寿命。
通过使温度控制装置的结构简单化且已小型化，从而可以简单地使整体小型化，由此使操作和安装变得容易。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的整体外观斜视图。
图2是图1所示的实施例的侧视图。
图3是表示图1所示的第一实施例的电路结构的框图。
图4是本发明的第二实施例的整体外观斜视图。
图5是表示图4所示的第二实施例的电路结构的框图。
图6是表示现有技术的结构的外观斜视图。
图7是表示图6所示的现有技术中的电路结构的框图。
优选实施例
下面，参照附图说明本发明的阵列波导光栅型光波长合分波器的
实施例。
图1～图3是表示第一实施例的图，温度控制装置T的均热部1的结构如下：如图1和图2所示，在用铝或铜等的金属或烧结金属(陶瓷)等的导热性好的材料成型为平板状的均热板2的上表面上，特性将随着温度变化而变化，所以，以尽可能大的接触面积粘合固定需要保持恒温状态的阵列波导光栅型光波长合分波元件的被控制体10，与该被控制体10相邻接地固定温度传感器5，然后，把带控制端子的半导体控制元件3的晶体管(功率晶体管)粘接固定在与均热板2的下表面的被控制体10相对的地方(参照图2)，然后把IC化了的控制部6粘接固定在同一均热板2的下表面上。
温度控制装置T的控制部6，由以下的部分构成：温度检测电路7，输入来自温度传感器5的温度信号的温度检测信号s4，输出与该温度检测信号s4对应的大小的当前温度信号s2；温度设定电路8，预先设定想要保持被控制体10的恒温值，输出根据该恒温值的固定大小的目标温度信号s1；比较器9，同时输入目标温度信号s1和当前温度信号s2，把其差作为误差信号s3输出，也作为半导体控制元件3的控制端子电路。
这样，控制部6实质上整体构成半导体控制元件3的控制端子电路，故可以以较小的电功率来运行，因此，整体的IC化是极其容易的。
此外，由于半导体控制元件3作为加热源而被固定粘接在均热板2上，故均热板2构成半导体控制元件3的散热功能部分，从而不必在半导体控制元件3上设置专用的散热功能部分。
图4和图5是表示本发明的阵列波导光栅型光波长合分波器的第二实施例的图，是在第一实施例的温度控制装置T的均热部1上，以埋设到均热板2中的状态来组装串联连接到半导体控制元件3上的加热器4的结构，温度控制装置T的控制部6的结构，与第一实施例完全相同。
该第二实施例中的加热器4，是辅助由半导体控制元件3进行的均热板2的加热的加热器，所以与以往的加热器40相比，其额定值足够小，如图4所示那样，优选的是以将用半导体控制元件3加热的区域围起来的形式进行安装。
发明效果
由于本发明采用上述结构，故具有以下所示的效果。
在权利要求1所述的发明中，作为均热部的热源，利用了控制用于该均热部的加热的电功率的半导体控制元件的结温度，从而减少作为热源的电功率的负荷，由此而降低电功率消耗，可实现低电压化，能够效率极佳地运行。
此外，由于均热板构成半导体控制元件的散热功能部分，故可以使半导体控制元件的结构简化，而且，要求均热部的目标温度比现有技术中的半导体控制元件的结温度足够小，故可以降低其结温度地使半导体控制元件进行动作，得益于此，从而能够提高半导体控制元件的可靠性，使其安全、稳定的进行动作。
控制部完全没有发热能达到需要进行散热的程度的结构部分，所以可以容易地使其整体进行足够地小型化且轻量化，由此而使应用变得容易，而且几乎可以消除应用场所的限制，根据情况，可以与均热部一体化，从而容易进行IC化。
在权利要求2所述的发明中，作为用作发热体的半导体控制元件的辅助，使用串联连接到该半导体控制元件上的加热器，从而可以得到足够高的加热能力，由此可以进行快速的加热控制。
在权利要求3所述的发明中，在使用直流稳压电源的温度控制装置中，能够以较高的电流效益的状态来实现由电流控制来进行加热的控制，所以能够进行效率高且稳定的温度控制。
在权利要求4所述的发明中，可以使各输出波导中的输出波的波长正确地维持在所设定的值上，所以可以稳定地维持正确的分波特性，而且能降低电功率消耗，取得较高的安全性。

Claims (4)

1.一种温度控制装置(T)，使阵列波导光栅型光波长合分波元件等被控制体(10)保持在预先设定的恒温状态下，其特征在于：
由均热部(1)和控制部(6)构成，
上述均热部(1)具有：加热固定的上述被控制体(10)的、由金属等的导热性好的材料制成的均热板(2)；固定在该均热板(2)上、作为发热体起作用的带控制端子的半导体控制元件(3)；与上述被控制体(10)相邻接地固定在上述均热板(2)上的温度传感器(5)；
上述控制部(6)具有：设定加热目标温度的温度设定电路(8)；根据来自上述温度传感器(5)的温度检测信号(s4)，检测当前温度的温度检测电路(7)；比较来自上述温度设定电路(8)的目标温度信号(s1)和来自温度检测电路(7)的当前温度信号(s2)，将其差作为误差信号(s3)输出的、作为上述半导体控制元件(3)的控制端子电路的比较器(9)。
2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于：
把加热器(4)串联连接在半导体控制元件(3)上。
3.根据权利要求1或2所述的温度控制装置，其特征在于：
半导体控制元件(3)采用晶体管。
4.一种阵列波导光栅型光波长合分波器，由作为阵列波导光栅型光波长合分波元件的被控制体(10)，和使该被控制体(10)保持在预先设定的恒温状态下的温度控制装置(T)构成，
上述温度控制装置(T)由均热部(1)和控制部(6)构成，
上述均热部(1)，具有：加热固定了的上述被控制体(10)的、由金属等导热性好的材料制成的均热板(2)；固定在该均热板上(2)、用作发热体的带控制端子的半导体控制元件(3)；与上述被控制体(10)相邻接地固定在上述均热板(2)上的温度传感器(5)；
上述控制部(6)具有：设定加热目标温度的温度设定电路(8)；根据来自上述温度传感器(5)的温度检测信号(s4)，检测当前温度的温度检测电路(7)；比较来自上述温度设定电路(8)的目标温度信号(s1)和来自上述温度检测电路(7)的当前温度信号(s2)，将其差作为误差信号(s3)输出的、作为上述半导体控制元件(3)的控制端子电路的比较器(9)。
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