JP2009140991A - チューナブルｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも簡易に波長選択が可能で、特殊な部品点数の低減が可能なチューナブルＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】例えば、車内通信、ＬＡＮ等の所定の短距離通信に使用可能であり、所望波長を含む所定の波長帯で発光可能なＬＥＤ１と、ＬＥＤ１からの発散光を平行光化するコリメータ２と、ＬＥＤ１からの出射光のうちの所望波長を含む所定の複数波長の光を選択する波長選択素子としてのエタロン３と、波長選択素子で選択された複数の波長のうちの所望波長の光を可変に弁別可能なチューニング素子としてのＢＲＦ４と、ＢＲＦ４によって弁別された光が入射して結合する光結合素子５と、銅又は銅合金等の高い熱伝導性を有する材料からなりＬＥＤ１を支持するＬＥＤ支持部材６と、ＢＲＦ４によって弁別された波長以外の波長の光のパワーを検出して検出された光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する受光器７と、を備える構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤの出射光から所定の波長の光を可変に弁別して出力するチューナブルＬＥＤモジュールに関する。

一般的なＬＥＤ（Light
Emitting Diode）は、広いスペクトル半値幅を持つため、高速光通信には不向きとされてきた。また、従来、その基本発光原理から、ＬＤ（Laser Diode）の発振機構を巧みに利用して波長可変する様な簡単な仕組みはなかった。その広いスペクトル幅故に波長選択を行う場合、出力の低下を招くため長距離通信には不向きなため、そもそも発想自体がなかった。

ここで、Ｅｒドープ光ファイバ増幅器等を所定の波長帯の光源として用い、導波路回折格子、共振器、光増幅器等をこの後段に配置して通信用光源とするものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の通信用光源は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）通信用に使用されるものであり、Ｅｒドープ光ファイバ増幅器からの所定の波長帯を導波路回折格子で切り分けるようになっている。

その一方で、近年、ＬＥＤの用途は飛躍的に広がり、交通信号灯用、装飾用、車両照明用、電照栽培用等の光源として使用されているのはよく知られていることである。また、更なる用の開拓のため、高出力化や白色化が盛んに研究され、実用化されだしてきている。
特開２００４−３５０２８０号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来の波長選択可能な光源では、Ｅｒドープ光ファイバ増幅器、導波路回折格子等を使用するため、規模が大きくかつ特殊な部品を必要とするという問題を有していた。そのため、必ずしもこのように特殊な装置を必要としない場合でも使用を強いられることとなっていた。具体的には、従来の光源は、車内通信等の近距離通信等で、適用し難いものであった。

以上の現状に鑑み、本発明の目的は、従来よりも簡易に波長選択が可能で、特殊な部品点数の低減が可能なチューナブルＬＥＤモジュールを提供する。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、所望波長を含む所定の波長帯の光を出射するＬＥＤと、前記ＬＥＤからの出射光のうちの前記所望波長を含む所定の複数波長の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子で選択された複数の波長のうちの前記所望波長の光を可変に弁別可能なチューニング素子と、前記チューニング素子によって弁別された光が結合する光結合素子と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のチューナブルＬＥＤモジュールにおいて、前記ＬＥＤの温度又は近傍の温度を検出して検出した温度を示す検出温度信号を発生する温度センサと、前記ＬＥＤの設定温度を示す設定温度信号を発生する温度設定基準値発生回路と、前記検出温度信号と設定温度信号に基づいて特定される設定温度からの温度差を所定範囲内に制御するための温度制御信号を発生する温度制御回路と、前記温度制御信号に応じて前記ＬＥＤの温度を調節する温度可変素子と、を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のチューナブルＬＥＤモジュールにおいて、前記チューニング素子で弁別された波長以外の波長の光のパワーを検出して検出された光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する選択光受光器と、前記ＬＥＤの出力レベルの設定値を示す出力設定レベル信号を発生するレベル設定基準値発生回路と、前記選択光レベル信号と前記出力設定レベル信号とに基づいて特定される設定レベルからのレベルを所定範囲内に制御するためのレベル制御信号を生成するレベル制御回路と、前記レベル制御信号に応じて前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路と、を備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のチューナブルＬＥＤモジュールにおいて、前記チューニング素子を出射して前記光結合素子に入射する光のうちの一部を反射し、残りを透過させる部分反射板と、前記部分反射板で反射した光のパワーを検出し検出した光のパワーに応じた反射光パワー信号を発生する反射光受光器と、前記チューニング素子に設定する所望波長を示す設定波長信号を発生する波長設定基準値発生回路と、前記反射光パワー信号及び前記設定波長信号に基づいて特定される所望波長からの波長差を所定範囲内に制御するための波長制御信号を発生する波長制御回路と、前記波長制御信号に応じて前記チューニング素子が弁別する波長を調節するバイアス回路と、を有する波長制御部を備える、ことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、所望波長を含む所定の波長帯の光を出射するＬＥＤと、ＬＥＤからの出射光のうちの所望波長を含む所定の複数波長の光を選択する波長選択素子と、波長選択素子で選択された複数の波長のうちの所望波長の光を可変に弁別可能なチューニング素子と、チューニング素子によって弁別された光が結合する光結合素子と、を備えるため、従来よりも簡易に波長選択が可能で、特殊な部品点数の低減が可能なチューナブルＬＥＤモジュールを実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、ＬＥＤの温度又は近傍の温度を検出して検出した温度を示す検出温度信号を発生する温度センサと、ＬＥＤの設定温度を示す設定温度信号を発生する温度設定基準値発生回路と、検出温度信号と設定温度信号に基づいて特定される設定温度からの温度差を所定範囲内に制御するための温度制御信号を発生する温度制御回路と、温度制御信号に応じてＬＥＤの温度を調節する温度可変素子と、を備えるため、ＬＥＤの温度安定性を確保して出射光の安定性を向上することができる。

請求項３に係る発明によれば、上記請求項１又は請求項２の効果に加えて、チューニング素子で弁別された波長以外の波長の光のパワーを検出して検出された光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する選択光受光器と、ＬＥＤの出力レベルの設定値を示す出力設定レベル信号を発生するレベル設定基準値発生回路と、選択光レベル信号と出力設定レベル信号とに基づいて特定される設定レベルからのレベルを所定範囲内に制御するためのレベル制御信号を生成するレベル制御回路と、レベル制御信号に応じてＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路と、を備えるため、ＬＥＤの出力レベルの安定性を向上することができる。

請求項４に係る発明によれば、上記請求項１乃至請求項３のいずれか一項の効果に加えて、チューニング素子を出射して光結合素子に入射する光のうちの一部を反射し、残りを透過させる部分反射板と、部分反射板で反射した光のパワーを検出し検出した光のパワーに応じた反射光パワー信号を発生する反射光受光器と、チューニング素子に設定する所望波長を示す設定波長信号を発生する波長設定基準値発生回路と、反射光パワー信号及び設定波長信号に基づいて特定される所望波長からの波長差を所定範囲内に制御するための波長制御信号を発生する波長制御回路と、波長制御信号に応じてチューニング素子が弁別する波長を調節するバイアス回路と、を有する波長制御部を備えるため、弁別する波長の安定性を向上することができる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールの一実施例を模式的に示すブロック構成図である。チューナブルＬＥＤモジュール１００は、例えば、車内通信、ＬＡＮ（Local Area Network）等の所定の短距離通信に使用可能であり、図１に示すように、所望波長を含む所定の波長帯で発光可能なＬＥＤ１と、ＬＥＤ１からの発散光を平行光化するコリメータ２と、ＬＥＤ１からの出射光のうちの所望波長を含む所定の複数波長の光を選択する波長選択素子としてのエタロン３と、波長選択素子で選択された複数の波長のうちの所望波長の光を可変に弁別可能なチューニング素子としてのＢＲＦ（Band Rejection Filter）４と、ＢＲＦ４によって弁別された光が入射して結合する光結合素子５と、を備える。

チューナブルＬＥＤモジュール１００は、また、銅又は銅合金等の高い熱伝導性を有する材料からなりＬＥＤ１を支持するＬＥＤ支持部材６と、ＢＲＦ４によって弁別された波長以外の波長の光のパワーを検出して検出された光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する受光器７とを備えるのでもよい。ここで、ＬＥＤ１には図示しない駆動回路が接続されている。また、選択光レベル信号は、電流値、電圧値等のアナログ信号でも、これらを示すデジタル信号でもよい。

図２は、チューナブルＬＥＤモジュールに使用されるＬＥＤの出射スペクトルとエタロンの透過スペクトルとの一例を示す、模式図である。図２において、一定周期の曲線はエタロンの透過スペクトルを概念的に表し、残りの曲線はＬＥＤの出射スペクトルの一例を表す。

ＢＲＦ４は、例えば、液晶の屈折率を変化させて、反射側に回折する光の波長を調節する回折素子からなるのでもよい。ＢＲＦ４が回折素子からなる場合、残りの光は実質的に透過するものとする。図３は、ＬＥＤの出射スペクトル、エタロンの透過スペクトル、及び、ＢＲＦの反射スペクトルを概念的に説明する説明図である。チューナブルＬＥＤモジュール１００は、一点鎖線で示す広いＬＥＤ１の出射スペクトル中の、破線で示すエタロン３の透過スペクトル部分を選択し、最終的に実線で示すＢＲＦ４の反射スペクトルで所望波長を含む波長帯を弁別するものである。

光結合素子５は、例えば、入射端に光を収束させる結合レンズを有し、結合レンズを通った光が光結合素子５に接続された光ファイバに伝播していくようになっている。これにより、ＬＥＤを出射した発散光はコリメータ２で平行光化され、エタロン３によって上記の通信に使用可能な複数波長の光が出射光中から選択され、ＢＲＦ４によって所望波長を有する波長帯の光が反射されて光結合素子５を介して結合し、伝播していく。

図４は、本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールを、光結合素子から出射する光をより安定化させるようにした構成の一例を示す模式図である。図４に示す構成手段のうちの、チューナブルＬＥＤモジュール１００を構成する構成手段と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略する。

チューナブルＬＥＤモジュール２００は、ＬＥＤ支持部材６の温度を検出し検出した温度を示す検出温度信号を発生する温度センサ８と、ＬＥＤ１の設定温度を示す設定温度信号を発生する温度設定基準値発生回路９と、検出温度信号と設定温度信号とを入力とし、これらの信号に基づいて特定される設定温度からの温度差に応じて温度制御信号を出力する温度制御回路１０と、温度制御回路１０から出力された温度制御信号に応じてＬＥＤ支持部材６の温度を変化させる、ペルチェ素子等からなる温度可変素子１１と、からなるＬＥＤ温度制御部を有する。ここで、温度センサ８は、熱電変換素子を有するように構成され、ＬＥＤ支持部材６のみならず、ＬＥＤ１の温度を直接検出するのでもよい。また、上記の温度制御信号は、設定温度からの温度差を所定範囲内に制御するためのものであり、例えばアナログの電圧からなる。

チューナブルＬＥＤモジュール２００は、また、ＢＲＦ４を弁別されずに透過した光のパワーを検出するホトダイオード等を有し検出した光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する受光器７と、ＬＥＤ１の出力レベルの設定値を示す出力設定レベル信号を発生するレベル設定基準値発生回路１２と、選択光レベル信号と出力設定レベル信号とを入力とし、これらの信号に基づいて特定される設定レベルからのレベル差に応じてレベル制御信号を出力するレベル制御回路１３と、レベル制御信号に応じてＬＥＤ１を駆動するＬＥＤ駆動回路１４と、からなるＬＥＤレベル制御部を有する。ここで、上記のレベル制御信号は、設定レベルからのレベル差を所定範囲内に制御するためのものであり、例えばアナログの電圧からなる。

チューナブルＬＥＤモジュール２００は、さらに、ＢＲＦ４を出射して光結合素子５に入射する光のうちの一部をモニタ用に反射し、残りを透過させる部分反射板１５と、受光器７と同様に構成され、部分反射板１５で反射した光のパワーを検出して反射光パワー信号として出力する受光器１６と、ＢＲＦ４への所望波長の設定値を示す設定波長信号を出力する波長設定基準値発生回路１７と、反射光パワー信号と設定波長信号とを入力とし、これらの信号に基づいて特定される設定波長からの波長差に応じて波長制御信号を出力する波長制御回路１８と、波長制御回路１８から入力された波長制御信号に応じて、例えば液晶に印加する交流電圧を変化させること等によって、ＢＲＦ４の反射波長を制御するバイアス回路１９と、からなる波長制御部を有する。ここで、上記の波長制御信号は、設定波長即ち所望波長からの波長差を所定範囲内に制御するためのものであり、例えばアナログの電圧からなる。

図５は、本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールを、光結合素子から出射する光をより安定化させるようにした他の構成例の一部を示す模式図である。図５には、チューニング素子としてのＢＲＦ４がＢＰＦ（Band Pass Filter）２０で置き換えられ、光がＢＰＦ２０を透過する側に光結合素子５が配置された構成の一部が示されている。ここで、チューナブルＬＥＤモジュール２００のＬＥＤレベル制御部と波長制御部の構成が以下のように変更されることによって、チューナブルＬＥＤモジュール２００と同様の機能が実現可能である。

ＬＥＤレベル制御部は、異なる光路上に配置され、チューナブルＬＥＤモジュール２００のＬＥＤレベル制御部の各構成手段と同様に構成される、受光器７と、レベル設定基準値発生回路１２と、レベル制御回路１３と、からなる。ここで、受光器７には、ＢＰＦ２０によって弁別されず反射した光が入射する。

波長制御部は、同様に異なる光路上に配置され、チューナブルＬＥＤモジュール２００の波長制御部の各構成手段と同様に構成される、部分反射板１５と、受光器１６と、波長設定基準値発生回路１７と、波長制御回路１８と、バイアス回路１９と、からなる。ここで、部分反射板１５には、ＢＰＦ２０を透過した光が入射する。

本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールは、車内通信、ＬＡＮ等の、制御信号その他の信号を光を介して伝送可能な短距離通信への利用が可能である。

本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールの一実施例を模式的に示すブロック構成図である。 チューナブルＬＥＤモジュールに使用されるＬＥＤの出射スペクトルとエタロンの透過スペクトルとの一例を示す、模式図である。 ＬＥＤの出射スペクトル、エタロンの透過スペクトル、及び、ＢＲＦの反射スペクトルを概念的に説明する説明図である。 本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールを、光結合素子から出射する光をより安定化させるようにした構成の一例を示す模式図である。 本発明によるチューナブルＬＥＤモジュールを、光結合素子から出射する光をより安定化させるようにした他の構成例の一部を示す模式図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ コリメータ
３ 波長選択素子（エタロン）
４ チューニング素子（ＢＲＦ）
５ 光結合素子
６ ＬＥＤ支持部材
７、１６ 受光器
８ 温度センサ
９ 温度設定基準値発生回路
１０ 温度制御回路
１１ 温度可変素子
１２ レベル設定基準値発生回路
１３ レベル制御回路
１４ ＬＥＤ駆動回路
１５ 部分反射板
１７ 波長設定基準値発生回路
１８ 波長制御回路
１９ バイアス回路
２０ チューニング素子（ＢＰＦ）
１００、２００ チューナブルＬＥＤモジュール

Claims (4)

1. 所望波長を含む所定の波長帯の光を出射するＬＥＤと、前記ＬＥＤからの出射光のうちの前記所望波長を含む所定の複数波長の光を選択する波長選択素子と、前記波長選択素子で選択された複数の波長のうちの前記所望波長の光を可変に弁別可能なチューニング素子と、前記チューニング素子によって弁別された光が結合する光結合素子と、を備えることを特徴とするチューナブルＬＥＤモジュール。
2. 前記ＬＥＤの温度又は近傍の温度を検出して検出した温度を示す検出温度信号を発生する温度センサと、前記ＬＥＤの設定温度を示す設定温度信号を発生する温度設定基準値発生回路と、前記検出温度信号と設定温度信号に基づいて特定される設定温度からの温度差を所定範囲内に制御するための温度制御信号を発生する温度制御回路と、前記温度制御信号に応じて前記ＬＥＤの温度を調節する温度可変素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のチューナブルＬＥＤモジュール。
3. 前記チューニング素子で弁別された波長以外の波長の光のパワーを検出して検出された光のパワーに応じた選択光レベル信号を発生する選択光受光器と、前記ＬＥＤの出力レベルの設定値を示す出力設定レベル信号を発生するレベル設定基準値発生回路と、前記選択光レベル信号と前記出力設定レベル信号とに基づいて特定される設定レベルからのレベルを所定範囲内に制御するためのレベル制御信号を生成するレベル制御回路と、前記レベル制御信号に応じて前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチューナブルＬＥＤモジュール。
4. 前記チューニング素子を出射して前記光結合素子に入射する光のうちの一部を反射し、残りを透過させる部分反射板と、前記部分反射板で反射した光のパワーを検出し検出した光のパワーに応じた反射光パワー信号を発生する反射光受光器と、前記チューニング素子に設定する所望波長を示す設定波長信号を発生する波長設定基準値発生回路と、前記反射光パワー信号及び前記設定波長信号に基づいて特定される所望波長からの波長差を所定範囲内に制御するための波長制御信号を発生する波長制御回路と、前記波長制御信号に応じて前記チューニング素子が弁別する波長を調節するバイアス回路と、を有する波長制御部を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のチューナブルＬＥＤモジュール。

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