JP2003332640A - ペルチェ素子モジュール - Google Patents

ペルチェ素子モジュール

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JP2003332640A
JP2003332640A JP2002141900A JP2002141900A JP2003332640A JP 2003332640 A JP2003332640 A JP 2003332640A JP 2002141900 A JP2002141900 A JP 2002141900A JP 2002141900 A JP2002141900 A JP 2002141900A JP 2003332640 A JP2003332640 A JP 2003332640A
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peltier element
circuit
peltier
control circuit
drive control
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Susumu Fujita
進 藤田
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Seiko Instruments Inc
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度制御用ペルチェ素子を用いた光通信モジ
ュールを高密度化すると同時に温度制御精度を改善する
こと。 【解決手段】 駆動回路を、ペルチェ素子3の動作の制
御を行う駆動制御回路1と、ペルチェ素子3に必要な電
流を供給する電流出力回路2に分割し、駆動制御回路1
をペルチェ素子3の温度制御面に取り付け、ペルチェ素
子3と駆動制御回路1とを一体化してモジュールとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度制御が必要に
なる光通信用レーザーダイオードの冷却等に用いるペル
チェ素子モジュールに関し、特にペルチェ素子の駆動回
路の最適配置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6に従来のペルチェ素子モジュールの
配置を示す。ペルチェ素子7は冷却側基板5と放熱側基
板6とを持ち、図示していないが複数のP型及びN型の
熱電材料エレメントを挟み込んだ構造となっており、P
型エレメント、N型エレメントが交互に直列接続された
結線となっている。ペルチェ素子7の放熱側基板6は光
通信モジュールの箱型ケース4の底面にハンダ接合さ
れ、冷却側基板5にレーザーダイオード8が搭載され
る。レーザーダイオード8の近くにはサーミスタ21が
実装され、レーザーダイオード8の温度をモニターす
る。サーミスタ21が検出した温度情報は光通信モジュ
ールから外部に引き出され、光通信モジュールとは別に
設けた駆動モジュール22に送られ、これを信号処理
し、レーザーダイオード8が所望の温度になるような駆
動電流をペルチェ素子7に供給する。
【0003】ケース4には図示されたペルチェ素子7、
レーザーダイオード8、サーミスタ21が収納され、図
には示されていないが、更にレーザーダイオード8から
出力されるレーザー光を効率良く光ファイバーに結合す
るための光学部品等が収納され、最終的には窒素雰囲気
で蓋をして密閉される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】光通信の幹線系におい
ては、通信容量の増大に対応して波長多重による装置の
高密度化が進んでおり、多数の光通信モジュール及び光
通信モジュールの駆動回路がひとつのユニットに組み込
まれる傾向にある。このような高密度化を実現するに
は、光通信モジュールの小型化と同時に駆動回路の小型
化も同時に実現する必要がある。これには、従来のよう
に比較的大きな駆動回路を光通信モジュールとは別個に
設ける構成は不利である。
【0005】また、波長の有効活用の点から多重の波長
間隔が狭められているが、これに伴って光通信モジュー
ルの発光波長制御精度を高くする必要がある。従来方式
では、光通信モジュールと駆動回路とは全く独立に製造
された部品であるため、それらを最適な整合状態にする
には手間がかかり、困難であり、また、必要な性能を得
る為にはそれぞれの部品に過剰な品質が求められる事が
あり、コスト、製造能力の点でも問題を抱えていた。
【0006】また、光通信モジュールと駆動モジュール
は全く独立に製造され、装置組立工程で組み合わされる
ため、光通信モジュールと駆動モジュールを組み合わせ
る段階でそれぞれの特性バラツキを吸収する調整を行な
うか、それぞれの部品の性能を過剰に高めておく必要が
あり、コスト面での問題があった。
【0007】あるいは、光通信モジュール内に駆動IC
を組み込むことも考えられるが、この場合は、駆動IC
の発熱を考慮すると光通信モジュールのケースに直接取
り付けることになるが、駆動ICがケース温度変動の影
響を受けるため高精度化にとって不利となる。高精度化
のためにペルチェ素子の温度制御面に駆動ICを取り付
けるとペルチェ素子は駆動ICの発熱分も吸熱する必要
があり、要求される冷却能力が増大し、大型のペルチェ
素子及び大型のケースを採用しなければならなくなる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明では、駆動回路
を、ペルチェ素子動作の制御を行う駆動制御回路と、ペ
ルチェ素子に必要な電流を供給する電流出力回路に分割
し、駆動制御回路をペルチェ素子の温度制御面に取り付
ける。これにより大幅な温度変化が発生しない環境で駆
動制御回路を動作させる事ができ、上記の課題を解決し
ている。
【0009】また、レーザーダイオードの温度モニター
として駆動制御回路内に温度センサーを搭載する事がで
き、個別の温度センサを用いずに高精度の温度検出が可
能となり、更にペルチェ素子と駆動制御回路が組みにな
ってモジュール化されるため、光通信モジュールの段階
で制御特性の確認・調整が実施でき、装置組み立てでの
手間や無駄を省くことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一つの形態では、ペルチ
ェ素子の冷却側基板にレーザーダイオードとペルチェ素
子の駆動制御回路を載せて、電流出力回路は別に設けて
いる。これにより駆動制御回路の温度が比較的安定であ
る為、精度の高い制御が可能となっている。
【0011】また、別の形態ではペルチェ素子の冷却側
基板に熱伝導板を接合し、この上にレーザーダイオード
と温度検出器を含む駆動制御回路を載せ、電流出力回路
は別に設けている。この形態ではレーザーダイオードの
温度を駆動制御回路に含まれる温度検出器により正確に
モニターし、この温度を安定に保つよう高精度の制御が
可能である。
【0012】更に別の形態では放熱部材にペルチェ素子
と電流出力回路を実装し、ペルチェ素子の冷却側基板に
直接あるいは熱伝導板を介してレーザーダイオード及び
駆動制御回路を載せ、駆動制御回路と電流出力回路、電
流出力回路とペルチェ素子を結線して制御回路付きペル
チェ素子モジュールを構成している。この場合、一つの
モジュールの中にペルチェ駆動回路も組み込まれるた
め、トータルスペースの節約と使い勝手の点で有利とな
る。 (実施の形態1)本発明における実施の形態を図面を基
づいて説明する。
【0013】図1は、本発明の実施の形態1にかかわる
ペルチェ素子モジュールの回路構成を示すブロック図で
ある。駆動制御回路1はペルチェ素子3の制御情報を受
けて、例えばペルチェ素子3に取りつけられるレーザー
ダイオードの温度が一定になるような制御信号を電流出
力回路2に出力する。電流出力回路2はこの信号を受け
てペルチェ素子3に適切な電流を供給する。このように
制御回路は、扱う電流が小さく低消費電流である駆動制
御回路1と、比較的大電流を出力するため消費電流が大
きく、放熱が必要となる電流出力回路2とに分けられて
いる。
【0014】図2に、本発明の実施の形態1にかかわる
ペルチェ素子モジュールの部品配置を示す。この図2は
ペルチェ素子7の駆動回路の配置を示すための図であ
り、駆動回路の配置の説明にとって重要でないものは省
略している。放熱性を考慮されたケース4にペルチェ素
子7が取り付けられている。ペルチェ素子7はケース4
に接合される放熱側基板6と温度制御される冷却側基板
5と、これらの基板に挟まれ、交互に直列結線された図
示していない複数のP型及びN型の熱電材料エレメント
から成っている。
【0015】冷却側基板5の上にはレーザーダイオード
8が実装されており、ペルチェ素子7の動作を制御する
ための駆動制御回路IC9がレーザーダイオード8の横
に実装されている。レーザーダイオード8から出力され
るレーザー光はレンズを介して光ファイバーに入射され
ケース4の外に引き出されるが、これらの光学部品は図
2では省略している。また、駆動制御回路IC9及びペ
ルチェ素子7はケース4に設けられた端子を通じて外部
と電気的に接続されるが、これらも図2では省略してい
る。更に、最終的に光通信モジュールとして密閉するた
めの蓋も省略している。
【0016】ケース4の外には電流出力回路であるFE
T10が用意されている。ケース4及びFET10は放
熱部材に取り付けられて使用される。配線は省略してい
るが、FET10のゲートには駆動制御回路IC9の出
力電圧が加えられ、ペルチェ素子7に接続されるFET
10のドレイン出力を制御し、必要な冷却能力が得られ
るようペルチェ素子7の動作をコントロールする。
【0017】駆動制御回路IC9は低消費電力化するこ
とができ、ペルチェ素子7の冷却側基板5に取りつけて
も、ペルチェ素子7の冷却動作にとっては負担とならな
い。この場合、冷却側基板5は温度が制御されており、
駆動制御回路IC9の内部に設けられた制御のための基
準回路の動作を安定に保つことができ、高精度の制御が
可能となる。 (実施の形態2)図3は、本発明の実施の形態2にかか
わるペルチェ素子モジュールの構成を示す断面図であ
る。図2と同一の部品には同じ番号が付番されている。
ペルチェ素子は放熱側基板11と冷却側基板12とそれ
らの基板の間に挟まれた熱電材料エレメント13とから
なっている。実際には、熱電材料エレメント13はP型
とN型に分けられ、P型とN型が電気的に交互に直列接
続されている。冷却側基板12の上に熱伝導率の高い銅
系金属材料を用いた熱伝導板14が接合され、この熱伝
導板14の上にレーザーダイオード8と駆動制御回路I
C9が取り付けられている。
【0018】このように、冷却側基板12に比較して熱
伝導率の高い熱伝導板14を用いることにより、レーザ
ーダイオード8を有効に冷却できると同時に、駆動制御
回路IC9の温度安定性も改善されることになる。 (実施の形態3)図4は本発明の実施の形態3にかかわ
るペルチェ素子モジュールの回路構成を示すブロック図
である。駆動制御回路15の出力が電流出力回路2に接
続され、この出力がペルチェ素子3に供給され温度制御
が行なわれる点では、図1と同様な構成となっている。
しかし、図4では駆動制御回路15は温度検出回路16
と温度制御回路17とから成っており、駆動制御回路1
5そのものが温度検出機能を持っている。
【0019】図5は、図4に示す回路構成を採用した実
施の形態3にかかわるペルチェ素子モジュールの構成を
説明するための部品配置図である。図2と同様に冷却側
基板5と放熱側基板6などから構成されるペルチェ素子
7の冷却側基板5にレーザーダイオード8が搭載されて
いる。冷却側基板5には更に温度検出機能を持った温度
制御IC18が取り付けられている。温度制御IC18
は電流出力能力が低い低消費電力のICであり、ペルチ
ェ素子7の冷却能力にとって負担にならない設計となっ
ている。温度制御IC18の出力は電流出力回路である
電力用FETチップ20に加えられ、FETチップ20
の出力がペルチェ素子7に供給されて温度制御する。発
熱のあるペルチェ素子7の放熱側基板6及びFETチッ
プ20は放熱性能を考慮された箱型ケース19の底面に
接合され、ここでは省略されているが、必要な光学部品
を含めてケース19内に収納される構成となっている。
【0020】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成を採
用する事により、以下のような効果が得られる。
【0021】ペルチェ素子の冷却側基板にレーザーダイ
オードとペルチェ素子の駆動制御回路を載せて、電流出
力回路は別に設ける構成により駆動制御回路の温度を安
定化する事ができ、比較的簡単な回路構成でも精度の高
い動作が可能である。
【0022】また本発明では、放熱部材にペルチェ素子
と電流出力回路を実装し、ペルチェ素子の冷却側基板に
レーザーダイオード及び駆動制御回路を載せる構成によ
り、ペルチェ素子・温度検出素子・制御素子全てが光通
信モジュール内に実装され、これらの特性を最適化し、
モジュールを動作させる上で必要となるペルチェ素子に
関する調整をモジュール段階で完結できる。このため、
トータルのスペース効率の向上、システムとしての調整
工程を最適化し、使い勝手の良いペルチェ素子モジュー
ルを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1にかかわるペルチェ素子
モジュールの回路構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかわるペルチェ素子
モジュールの部品配置を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態2にかかわるペルチェ素子
モジュールの構成を示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態3にかかわるペルチェ素子
モジュールの回路構成を示すブロック図である。
【図5】図4に示す回路構成を採用した実施の形態3に
かかわるペルチェ素子モジュールの構成を説明するため
の部品配置図である。
【図6】従来のペルチェ素子モジュールを示す配置図で
ある。
【符号の説明】
1 駆動制御回路 2 電流出力回路 3 ペルチェ素子 4 ケース 5 冷却側基板 6 放熱側基板 7 ペルチェ素子 8 レーザーダイオード 9 駆動制御回路IC 10 FET 11 放熱側基板 12 冷却側基板 13 熱電材料エレメント 14 熱伝導板 15 駆動制御回路 16 温度検出回路 17 温度制御回路 18 温度制御IC 19 ケース 20 FETチップ 21 サーミスタ 22 駆動モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 35/32 H01L 23/36 C

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ペルチェ素子とペルチェ素子の動作を制
    御する駆動制御回路と、駆動制御回路から出される信号
    に従って前記ペルチェ素子に必要な電流を供給する電流
    出力回路とからなり、前記駆動制御回路を前記ペルチェ
    素子の温度制御面に、直接あるいは熱伝導部材を介して
    取り付けて一体のモジュールを構成し、前記電流出力回
    路はこの一体モジュールとは別体としていることを特徴
    とするペルチェ素子モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のペルチェ素子モジュール
    であって、ペルチェ素子の温度制御面とは反対面を放熱
    板に接合すると共に、電流出力回路も前記放熱板に取り
    付けられていることを特徴とするペルチェ素子モジュー
    ル。
JP2002141900A 2002-05-16 2002-05-16 ペルチェ素子モジュール Pending JP2003332640A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017525135A (ja) * 2014-06-02 2017-08-31 ハット テクノロジ アノニム シルケット 冷却アレイを有している集積回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017525135A (ja) * 2014-06-02 2017-08-31 ハット テクノロジ アノニム シルケット 冷却アレイを有している集積回路

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Effective date: 20040304