JP4570318B2 - 発光制御方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から発光される光の波長を安定に制御する発光制御方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信データの大容量化や多様化に伴い、基幹伝送である光伝送システムの高速化や大容量化の要望が高まっており、その解決策としては、たとえば波長多重通信方式（ＷＤＭ）が注目されている。この光波長多重通信方式では、異なる波長の光を各チャネルに割り当てて、データ変調を行った後に、これらを波長多重して共通の光伝送路に伝送している。
【０００３】
このため、多重通信に用いられる光源（たとえばレーザダイオード、以下「ＬＤ」という）には、隣接波長の光に対する干渉を防ぐために、高い精度に波長を安定化させる発光制御を行うものが求められている。このように、ＬＤから出力される光の波長を安定化する発光制御装置としては、たとえばサーミスタを検出部に用いてＬＤの温度を一定に保つことで光の波長を安定化するものと、２つの受光器と光フィルタを検出部に用いて、この出力される光の波長をモニタして、波長の安定化を図るものとがある。以下の図１３、図１４を用いて、これら装置について説明する。
【０００４】
図１３に示す発光制御装置では、図示しないＬＤの近隣に設けたサーミスタ１０および抵抗／電圧変換回路１１により、ＬＤの温度をモニタしており、このモニタされたＬＤ温度は、比較回路１２で予め設定されたＬＤ温度の制御目標値と比較されて、電流制御部１３に出力される。電流制御部１３では、入力する比較結果（差）が零になるように、ペルチェ素子１４の駆動電流を設定して、このペルチェ素子１４を駆動している。
【０００５】
この従来の発光制御装置では、ＬＤが載置されるペルチェ素子１４の温度を検出し、この検出値に基づいて温度制御を行うことにより、ＬＤの温度が一定に保持され、このＬＤから安定した波長の光が発光されることとなる。
【０００６】
また、図１４に示す発光制御装置では、図示しないＬＤの発光パワーを検出する第１の検出部２０を備えるとともに、このＬＤからの特定波長の光を透過させるフィルタ部を有して、このフィルタ部を透過した特定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出部２１とを備え、これら発光パワーを電流／電圧変換回路２２，２３で電圧信号に変換している。この変換された電圧信号は、割り算回路２４でその割合が求められ、さらに比較回路２５で予め設定された波長の制御目標値と比較されて、電流制御部１３に出力される。電流制御部２６では、図１３の装置と同様に、入力する比較結果（差）が零になるように、ペルチェ素子１４の駆動電流を設定して、このペルチェ素子１４を駆動している。
【０００７】
すなわち、この従来の発光制御装置では、図１５の起動時の制御に示すように、起動時にＬＤの温度またはＬＤ周辺の温度を検出し、この検出値に基づいてＬＤが載置されるペルチェ素子１４の温度制御を行うことにより、ＬＤの温度が一定に保持される。次に、ＬＤを点灯し、このＬＤの発光パワーが一定値になるまでこのペルチェ素子１４に対するサーミスタ制御を継続することで、このＬＤから安定した波長の光が発光されることとなる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２０００−１６４９７７号公報（第４−５頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このサーミスタを用いた従来例では、精度が低く、このために起動時には、図１６の波長変動の実測データの波形図に示すように、ある程度の波長ずれ、たとえば上記の測定結果では、３０［ＧＨｚ］程度の波長ずれが生じていた。
【００１０】
従来のＷＤＭでは、波長間隔が１００［ＧＨｚ］程度あり、起動時の波長ずれは大きな問題ではなく、またＬＤの起動時の波長ずれは、波長選択を行うフィルタによって隣接チャネルに影響を与えることはなかった。しかしながら、近年のＷＤＭシステムの多様化に伴い、隣接チャネルとの波長間隔が狭まってきているので、システムの波長ずれへの許容度が小さくなっており、隣接波長の光に対する干渉が懸念されるという問題点があった。
【００１１】
また近年、通信用のＬＤに対しては、発光パワーを変動可能にする要求が高まっている。ところが、従来のサーミスタを用いた発光制御装置では、発光パワーを変動させる場合にも、波長ずれが発生し、上述したＷＤＭシステムの波長すれへの許容度に対応することができないと言う問題点があった。
【００１２】
また、この波長検出を行う従来例では、ＬＤの起動時には、パワー制御されるこのＬＤ自体の発光パワーが低いために、波長ロックが良好にかからない場合があるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、サーミスタを用いた制御とその他の制御を併用して、波長の変動を抑えることができる発光制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出し、該両発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する第２の制御工程とを含み、前記第１および第２の制御工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御することで波長の変動を抑える。
【００１６】
また、この発明にかかる発光制御方法では、第１および第２の制御に、前記光の発光パワー、目標値と発光パワーとの差分または経時時間または発光パワーの差分に応じて、変動する重みを付与する付与工程をさらに含み、該重み付けに基づいて、前記第１および第２の制御工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御する。
【００１７】
この発明によれば、発光パワー、目標値と発光パワーとの差分または経時時間または発光パワーの差分に応じた重み付けを行って、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御することで波長の変動を抑える。
【００１８】
また、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源の発光パワーを検出する検出工程と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成工程と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、発光パワーの変化時に、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２０】
また、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出し、該発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する第２の制御工程と、前記光源の発光パワーを検出する検出工程と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成工程と、前記補正項を加えてから、前記発光パワーの変化を行う変化工程とを含み、前記第１および第２の制御工程と前記変化工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、上記の発明を組み合わせて、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御して、波長の変化を抑えるとともに、発光パワーの変化時には、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２２】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出手段と、少なくとも前記検出された温度と目標の温度、前記検出された発光パワーと目標の発光パワーに基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、制御手段によって温度と前記波長の関係、および既知である波長と発光パワーの関係ならびに波長と温度の関係から導かれる前記発光パワーと温度との関係から、連続的に前記光源の温度を制御することで波長の変動を抑える。
【００２４】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記検出された温度と目標の温度に基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段と、前記光源の発光パワーを検出するパワー検出手段と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成手段と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、発光パワーの変化時に、変化手段によって光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２６】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出手段と、少なくとも前記検出された温度と目標の温度、前記検出された発光パワーと目標の発光パワーに基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段と、前記光源の発光パワーを検出するパワー検出手段と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成手段と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化手段とを備え、前記制御手段は、前記温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、上記の発明を組み合わせて、制御手段によって温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から、連続的に前記光源の温度を制御して、波長の変動を抑えるとともに、発光パワーの変化時に、変化手段によって光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加える補正を行ってから発光パワーの変動を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図１２の添付図面を参照して、この発明にかかる発光制御方法およびその装置の好適な実施の形態を説明する。なお、以下の図において、図１３、図１４と同様の構成部分に関しては、説明の都合上、同一符号を付記するものとする。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、この発明にかかる発光制御装置の実施の形態１の構成を示す構成ブロック図である。図において、この実施の形態では、サーミスタ制御と波長ロック制御を併用した点が、従来の制御装置と異なり、さらにはＬＤの起動時に、このサーミスタ制御と波長ロック制御の切り替えを行わずに重み付けを設定し、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うものである。なお、この実施の形態におけるサーミスタ制御では、図１３の従来例と同様、サーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２と、電流制御回路１３と、ペルチェ素子１４を有している。また、波長ロック制御では、図１４の従来例と同様、ＬＤの発光パワーを検出する第１の検出部２０と、このＬＤからの特定波長の光波長依存性のある光透過率を持つフィルタ部を備えて、このフィルタ部を透過した特定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出部２１と、電流／電圧変換回路２２，２３と、割り算回路２４と、比較回路２５とを有している。
【００３０】
また、この実施の形態では、発光制御装置は、パワー制御を行っており、ＬＤのバイアス電流３０を検出部３１で検出し、それを電流／電圧変換回路３２で電圧信号に変換した後、比較回路３３でバイアス電流の制御目標値と比較されて、電流制御部３４に出力している。電流制御部３４では、入力する比較結果が零になるようにＬＤのバイアスを設定して、このＬＤを駆動している。
【００３１】
これらの制御で用いられる各目標値は、制御部４０によって設定されている。
また、制御部４０は、電流／電圧変換回路３２を介して検出部３１と接続されており、検出部３１から入力する出力パワーと目標値の差分を求めている。
【００３２】
図において、この実施の形態は、上述したごとく、サーミスタ制御と波長ロック制御を併用した一例を示すもので、２入力１出力の関係になっている。この実施の形態では、重み付けを行う加算回路１５が設けられており、比較回路１２からのＬＤ温度とＬＤ温度の制御目標値との比較結果および比較回路２５からの演算された波長と波長の制御目標値との比較結果が入力している。なお、この発光制御装置では、比較回路１２，２５と、加算回路１５と、割り算回路２４とをデジタル回路で構成することによって、サーミスタ制御と波長ロック制御での制御の処理時間を均等にしている。
【００３３】
このサーミスタと波長ロッカの出力（比較回路１２，２５への入力）は、図２に示すような波形になっている。すなわち、サーミスタの出力は、図２中の左側の図に示すように、たとえば温度に対して右下がりの曲線になっており、波長ロッカの出力は、図２中の中央の図に示すように、たとえば温度に対してピークの立った周期的な曲線になっている。
【００３４】
加算回路１５は、これらの出力を足し合わせる時に足し合わせの重み付けの比率を設定して、この比率でサーミスタ出力と波長ロッカの出力を足し合わせて、図２中の右側に示すような合成関数を作成する。この合成関数の他に、加算回路１５には、たとえば図３に示すように出力パワーの差分に対する重み付けが設定されている。
【００３５】
制御部４０は、検出部３１から入力する現在の出力パワーと目標とする出力パワーの差分を求めており、この差分の情報を加算回路１５に出力している。この加算回路１５は、たとえば起動時などの制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが大きい時には、図３の関係図に基づいてサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝１）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝０）として、図２（ａ）の合成関数が求まる。
【００３６】
また、加算回路１５は、たとえば起動時などの制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが１／２程度（現在の出力パワーと目標とする出力パワーの差分が起動時の差分の１／２程度）の時には、図３の関係からサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝０．５）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝０．５）として、図２（ｂ）の合成関数が求まる。
【００３７】
さらに、加算回路１５は、たとえばＬＤの出力パワーが安定し、制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが小さい時には、図３の関係からサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝０）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝１）として、図２（ｃ）の合成関数が求まる。
【００３８】
ここで、出力パワーの差分をΔＰ、サーミスタ制御の重み付けおよび曲線関数をＷ１（ΔＰ）とｆ１、波長ロッカ制御の重み付けおよび曲線関数をＷ２（ΔＰ）とｆ２とすると、合成関数ｆ（ｔ）は、
ｆ（ｔ）＝ｆ１・Ｗ１（ΔＰ）＋ｆ２・Ｗ２（ΔＰ）
ただし、Ｗ１（ΔＰ）：０〜１
Ｗ２（ΔＰ）：１〜０
となり、出力パワーの差分ΔＰに応じて合成関数ｆ（ｔ）が変化することがわかる。
【００３９】
なお、この実施の形態では、制御の重み付けを出力パワーの差分に対応付けて設定したが、この発明はこれに限らず、たとえば起動時からの経時時間に対応付けて設定することも可能である。
【００４０】
また、この実施の形態では、出力パワーの差分に対応付けられた制御の重み付けは、図３のように曲線で設定したが、この他にたとえば図４に示すようにリニアに設定しても良いし、または図５に示すようにヒステリック曲線に設定しても良い。
【００４１】
また、この実施の形態では、制御の重み付けを「０」から「１」の範囲で設定したが、この発明はこれに限らず、たとえば「０．０５」から「０．９５」の範囲に設定して、常にサーミスタ制御と波長ロッカ制御の両者による影響がＬＤの発光制御に与えられるように設定することも可能である。さらに、この発明では、一方の制御の重み付けを一定にし、他方の制御の重み付けのみを可変に設定することも可能である。
【００４２】
このように、この実施の形態では、サーミスタ制御と波長ロッカ制御を併用するとともに、このサーミスタ制御と波長ロッカ制御に重み付けを設定し、かつ経時的に変化する出力パワーの差分に応じて、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うので、ＬＤの起動時に波長ずれが生じなくなり、これによって波長の変動を抑えることができる。
【００４３】
また、この実施の形態の構成ブロックは図１に限らず、たとえば図６や図７にように構成させることも可能である。このうち、図６は、サーミスタ制御のサーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２および波長ロック制御の検出部２０，２１と、電流／電圧変換回路２２，２３と、割り算回路２４および比較回路２５が、それぞれアナログ回路で構成され、かつ比較回路１２，２５と加算回路１５間に、重みデジタル可変抵抗回路１６，２８を接続させて、たとえば外部からの重み付けの設定を可能にしている。
【００４４】
図７の構成ブロックでは、サーミスタ制御のサーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２がアナログ回路で構成され、波長ロック制御の割り算回路２４と、比較回路２５がデジタル回路で構成され、比較回路１２，２５が重み付けが設定された重みデジタル可変抵抗回路１６，２８を介して加算回路１５とそれそれ接続されることで、良好な温度制御を行っている。
【００４５】
（実施の形態２）
図８は、この発明にかかる発光制御装置の実施の形態２の構成を示す構成ブロック図である。図において、この実施の形態では、ＬＤのパワー変動時に温度変動幅を利用して補正をかけて、サーミスタ制御を行うものである。この発光制御装置では、制御部４０がこの温度変動を利用した補正項を加算回路１５に出力するとともに、パワー変動に基づく出力パワーの目標値を設定して比較回路３３に出力している。
【００４６】
すなわち、ＬＤの波長は、ＬＤに流れる電流量とＬＤの温度の関係によって決まる。また、ＬＤの発光量も、ＬＤに流れる電流量とＬＤの温度の関係によって決まる。ここで、ＬＤからの光の波長をλ、ＬＤの発光量をＰ、ＬＤに流れる電流量をＩ、ＬＤの温度をＴとし、この電流Ｉと温度Ｔの微少変化量をΔＩ、ΔＴとすると、波長λと発光量Ｐの微少変化量ΔλとΔＰは、以下のように表される。
【数１】
【００４７】
次に、ＬＤの発光量を変動させる場合は（２）式で、
【数２】
と近似して電流の微少変化量ΔＩを求めると、
【数３】
となる。
【００４８】
ここで、波長を変動させずにＬＤの発光量を変動させるには、（１）式と（３）式を用いる。ここでは、まず（１）式において、Δλ＝０を代入し、さらに（３）式を代入して以下の（４）式を得る。
【数４】
この得られた（４）式が、出力パワーと発光する光の波長の関係式の一例である。
【００４９】
これらの関係式から導かれる値、すなわち光パワーを変動させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を、予め制御部４０内の図示しないメモリに記憶させておくことで、制御部４０は、このＬＤ温度の変動分から温度の補正項を求めて加算回路１５に出力するとともに、ＬＤの出力パワーの変動分から出力パワーの目標値を設定して比較回路３３に出力することで、ＬＤの発光量を変動させる時の波長の変動を抑えることができる。また、これらの関係式を利用して逐次最適な値を演算しながら、波長の変動を抑えることも可能である。
【００５０】
加算回路１５では、予め設定されている目標値に、この補正項を加算して比較回路１２に出力しており、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、ＬＤの発光する波長を上げている。なお、この実施の形態では、サーミスタ制御の比較回路１２と加算回路１５がデジタル回路で構成されている。
【００５１】
比較回路３３は、この設定された目標値とＬＤのバイアス値とを比較し、電流制御部３４は、この比較結果が零になるように、パワー制御を行って、ＬＤの出力パワーを予め設定されている目標値にする。
【００５２】
次に、この実施の形態の発光制御装置の動作を図９の図面に基づいて説明する。なお、図９の図面は、出力パワーと波長の関係を示す関係図である。この実施の形態では、発光する光の波長は変動させずに、ＬＤの出力パワーをたとえば２０［ｍＷ］から１０［ｍＷ］に変動させる場合について説明する。
【００５３】
ここで、まず２０［ｍＷ］と１０［ｍＷ］で発光する光の波長は、１５４１．２２［ｎｍ］と１５４１．０２［ｎｍ］であり、波長の変動幅は、０．２［ｎｍ］である。この波長０．１［ｎｍ］は上述した比例関係から１℃に対応しているので、この変動幅２［ｎｍ］は、２℃に対応している。この実施の形態では、この温度変動幅を利用して、補正を行うもので、たとえば１℃を補正項として加算回路１５に出力する。
【００５４】
加算回路１５では、予め設定されている目標値に、この補正項を加算して比較回路１２に出力するので、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、図８に示すように、ＬＤの発光する波長を現状のＰ１（１５４１．２２［ｎｍ］）からＰ２（１５４１．３２［ｎｍ］）に上げている。
【００５５】
この状態で、制御部４０がパワー制御の目標値を１０［ｍＷ］に設定すると、電流制御部３４は、出力パワーが１０［ｍＷ］になるように、ＬＤのバイアスを調整するパワー制御を行い、波長をＰ３（１５４１．１２［ｎｍ］）。そして、出力パワーが安定すると、次に温度の補正項を１℃として再びペルチェ素子１４の温度上昇を制御することで、出力パワーは１０［ｍＷ］に変動したが、出力波長は元の１５４１．２２［ｎｍ］に戻すことができる（図９中のＰ４参照）。
【００５６】
ところで、実際にペルチェ素子の温度を上昇させるには、タイムラグがあり、反応が遅いことがある。そこで、実際にＬＤのパワー変動時にこの制御を行う時には、補正項に設定する温度を１℃よりもっと低い値（たとえば、０．５℃）に設定し、出力パワーの目標値も１０［ｍＷ］より高い値（たとえば１７．５［ｍＷ］）に設定して、段階的に徐々に真の出力パワーの変動幅に近づくように設定すれば、上記の反応の遅さをカバーすることができる。
【００５７】
また、この実施の形態では、上記と同様の方法を用いて、回路構成にデジタル回路とアナログ回路が混在していて信号処理の応答速度に差がある場合でも、この回路構成に伴うタイムラグの補正が可能である。この場合には、例えばアナログ回路側の出力パワーの目標値をゆるやかに制御することで、両回路の応答速度を等しくすることができる。すなわち、アナログ回路側の出力パワーの目標値を、上述したごとく、段階的に徐々に真の出力パワーの変動幅に近づくように設定し、デジタル回路の応答速度の遅さをカバーして、出力パワーを目標値に制御することで、両回路の応答速度の違いを吸収し、これらの応答速度を等しくすることができる。
【００５８】
このように、この実施の形態では、ＬＤのパワーを変動させる時に、温度の補正項を用いて温度補正を行ってから、ＬＤのパワーを変動させるので、波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減することができる。
【００５９】
また、この実施の形態の構成ブロックは図８に限らず、たとえば図１０にように構成させることも可能である。この図１０では、サーミスタ制御の各回路がアナログ回路で構成され、かつ比較回路１２，２５と加算回路１５間に、重みデジタル可変抵抗回路１６を接続させて、たとえば外部からの重み付けの設定を可能にしている。
【００６０】
（実施の形態３）
ところで、上述した実施の形態で用いるサーミスタ制御は、経時変化などによって波長と温度の関係が変化してしまい、ＬＤの立ち上がり時に設定した温度からずれてくる可能性がある。
【００６１】
そこで、この実施の形態３では、図１１の構成ブロック図に、この問題を解決する発光制御装置を示す。図において、この発光制御装置は、図１と図８の発光制御装置を併用した構成になっており、サーミスタ制御、波長ロック制御および補正項にそれぞれ重み付けを設定している点が、他の実施の形態と異なっている。なお、補正項の重み付けは、サーミスタの制御と同様に、ＬＤのパワーの差分が大きい時に大きくなり、このパワーの差分が小さい時に、小さな値になっている。
【００６２】
この発光制御装置においては、実施の形態１と同様に、ＬＤの起動時には、重み付けの大きいサーミスタ制御で立ち上がり、波長が安定化してくると、重み付けの大きい波長ロッカによる制御に移行する。この際にＬＤのパワー変動が生じると、その時点ではサーミスタ制御のための温度がわからないので、波長ロッカで安定化されている温度をサーミスタ制御の目標値に定めて、比較回路１２に出力する。
【００６３】
この動作を行った後で、パワー変動の補正項を加算回路１５に出力して、比較回路１２からの比較結果にこの補正項を加算しており、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、ＬＤの発光する波長を上げている。
【００６４】
そして、加算回路１５は、ＬＤの出力パワーが安定し、制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが小さい時には、波長ロッカの重み付けが大きくなり、この波長ロッカによる発光制御を行う。
【００６５】
なお、この実施の形態においては、たとえば補正項を予め図示しないメモリに記憶することで、または逐次最適な値を演算することで、波長の変動を抑えることが可能である。この逐次演算を行う場合においては、経年劣化によってＬＤ特性が変動した後でも良好な温度制御が可能となる。
【００６６】
このように、この実施の形態では、立ち上がり時およびパワーの変動時に、波長ロッカで安定化されている温度をサーミスタ制御の目標値に定めて、サーミスタ制御を行い、パワーが安定すると波長ロッカでの制御を行うので、実施の形態１および２と同様の効果を得られるとともに、サーミスタの経年変化に対しても、良好な温度制御を行うことができる。
【００６７】
また、この実施の形態の構成ブロックは図１１に限らず、たとえば図１２のように構成することも可能である。図において、サーミスタ制御と波長ロック制御にデジタル回路を構成して、良好な温度制御を行っている。
【００６８】
この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、この実施の形態では、光の発光パワーを変動させる場合について説明したが、この発明はこれに限らず、経時変化などによって発光パワーが人的操作の影響によらずに変化した場合にも、光パワーが変化する前の波長と、変化した後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えて温度制御を行ってから、パワー制御によって発光パワーの変化を行うことが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、温度と波長の関係から光源の温度を制御する、たとえばサーミスタを用いた制御と、発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する波長ロッカの制御を切り替えることなく連続的に併用するとともに、このサーミスタ制御と波長ロッカ制御に重み付けを設定し、かつ経時的に変化する出力パワーと目標値の差分に応じて、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うので、光源の起動時に波長ずれが生じなくなり、これによって波長の変動を抑えることができる。
【００７０】
また、この発明では、発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成し、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を用いて温度補正を行ってから、光源の発光パワーを変化させるので、波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減することができる。
【００７１】
また、この発明では、立ち上がり時およびパワーの変化時に、温度と波長の関係から光源の温度を制御する工程と、発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する工程を連続的に併用し、光源から発光される光の波長を制御して、波長の変動を抑えるとともに、発光パワーの変化時には、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を用いた補正を行ってから、発光パワーの変化を行うので、上記と同様の効果が得られるとともに、サーミスタの経時変化に対しても、良好な温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態１の構成を示す構成ブロック図である。
【図２】 サーミスタと波長ロッカの出力の波形およびサーミスタ出力と波長ロッカ出力を足し合わせた合成関数を示す波形図である。
【図３】 図１に示したパワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係の一例を示す関係図である。
【図４】 同じく、パワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係の他の例を示す関係図である。
【図５】 同じく、パワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係のさらに他の例を示す関係図である。
【図６】 図１に示した発光制御装置の実施の形態１の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図７】 同じく、発光制御装置の実施の形態１の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図８】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態２の構成を示す構成ブロック図である。
【図９】 出力パワーと波長との関係を示す関係図である。
【図１０】 図８に示した発光制御装置の実施の形態２の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図１１】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態３の構成を示す構成ブロック図である。
【図１２】 図１に示した発光制御装置の実施の形態３の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図１３】 サーミスタを用いた場合の従来の発光制御装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図１４】 波長検出を行う場合の従来の発光制御装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図１５】 ＬＤ起動時の制御を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】 図１３に示したサーミスタでの制御における波長変動の実測データを示す波形図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源から発光される光の波長を安定に制御する発光制御方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信データの大容量化や多様化に伴い、基幹伝送である光伝送システムの高速化や大容量化の要望が高まっており、その解決策としては、たとえば波長多重通信方式（ＷＤＭ）が注目されている。この光波長多重通信方式では、異なる波長の光を各チャネルに割り当てて、データ変調を行った後に、これらを波長多重して共通の光伝送路に伝送している。
【０００３】
このため、多重通信に用いられる光源（たとえばレーザダイオード、以下「ＬＤ」という）には、隣接波長の光に対する干渉を防ぐために、高い精度に波長を安定化させる発光制御を行うものが求められている。このように、ＬＤから出力される光の波長を安定化する発光制御装置としては、たとえばサーミスタを検出部に用いてＬＤの温度を一定に保つことで光の波長を安定化するものと、２つの受光器と光フィルタを検出部に用いて、この出力される光の波長をモニタして、波長の安定化を図るものとがある。以下の図１３、図１４を用いて、これら装置について説明する。
【０００４】
図１３に示す発光制御装置では、図示しないＬＤの近隣に設けたサーミスタ１０および抵抗／電圧変換回路１１により、ＬＤの温度をモニタしており、このモニタされたＬＤ温度は、比較回路１２で予め設定されたＬＤ温度の制御目標値と比較されて、電流制御部１３に出力される。電流制御部１３では、入力する比較結果（差）が零になるように、ペルチェ素子１４の駆動電流を設定して、このペルチェ素子１４を駆動している。
【０００５】
この従来の発光制御装置では、ＬＤが載置されるペルチェ素子１４の温度を検出し、この検出値に基づいて温度制御を行うことにより、ＬＤの温度が一定に保持され、このＬＤから安定した波長の光が発光されることとなる。
【０００６】
また、図１４に示す発光制御装置では、図示しないＬＤの発光パワーを検出する第１の検出部２０を備えるとともに、このＬＤからの特定波長の光を透過させるフィルタ部を有して、このフィルタ部を透過した特定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出部２１とを備え、これら発光パワーを電流／電圧変換回路２２，２３で電圧信号に変換している。この変換された電圧信号は、割り算回路２４でその割合が求められ、さらに比較回路２５で予め設定された波長の制御目標値と比較されて、電流制御部１３に出力される。電流制御部２６では、図１３の装置と同様に、入力する比較結果（差）が零になるように、ペルチェ素子１４の駆動電流を設定して、このペルチェ素子１４を駆動している。
【０００７】
すなわち、この従来の発光制御装置では、図１５の起動時の制御に示すように、起動時にＬＤの温度またはＬＤ周辺の温度を検出し、この検出値に基づいてＬＤが載置されるペルチェ素子１４の温度制御を行うことにより、ＬＤの温度が一定に保持される。次に、ＬＤを点灯し、このＬＤの発光パワーが一定値になるまでこのペルチェ素子１４に対するサーミスタ制御を継続することで、このＬＤから安定した波長の光が発光されることとなる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２０００−１６４９７７号公報（第４−５頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このサーミスタを用いた従来例では、精度が低く、このために起動時には、図１６の波長変動の実測データの波形図に示すように、ある程度の波長ずれ、たとえば上記の測定結果では、３０［ＧＨｚ］程度の波長ずれが生じていた。
【００１０】
従来のＷＤＭでは、波長間隔が１００［ＧＨｚ］程度あり、起動時の波長ずれは大きな問題ではなく、またＬＤの起動時の波長ずれは、波長選択を行うフィルタによって隣接チャネルに影響を与えることはなかった。しかしながら、近年のＷＤＭシステムの多様化に伴い、隣接チャネルとの波長間隔が狭まってきているので、システムの波長ずれへの許容度が小さくなっており、隣接波長の光に対する干渉が懸念されるという問題点があった。
【００１１】
また近年、通信用のＬＤに対しては、発光パワーを変動可能にする要求が高まっている。ところが、従来のサーミスタを用いた発光制御装置では、発光パワーを変動させる場合にも、波長ずれが発生し、上述したＷＤＭシステムの波長すれへの許容度に対応することができないと言う問題点があった。
【００１２】
また、この波長検出を行う従来例では、ＬＤの起動時には、パワー制御されるこのＬＤ自体の発光パワーが低いために、波長ロックが良好にかからない場合があるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、サーミスタを用いた制御とその他の制御を併用して、波長の変動を抑えることができる発光制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出し、該両発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する第２の制御工程とを含み、前記第１および第２の制御工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御することで波長の変動を抑える。
【００１６】
また、この発明にかかる発光制御方法では、第１および第２の制御に、前記光の発光パワー、目標値と発光パワーとの差分または経時時間または発光パワーの差分に応じて、変動する重みを付与する付与工程をさらに含み、該重み付けに基づいて、前記第１および第２の制御工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御する。
【００１７】
この発明によれば、発光パワー、目標値と発光パワーとの差分または経時時間または発光パワーの差分に応じた重み付けを行って、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御することで波長の変動を抑える。
【００１８】
また、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源の発光パワーを検出する検出工程と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成工程と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、発光パワーの変化時に、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２０】
また、この発明にかかる発光制御方法では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、該温度と前記波長の関係から前記光源の温度を制御する第１の制御工程と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出し、該発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する第２の制御工程と、前記光源の発光パワーを検出する検出工程と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成工程と、前記補正項を加えてから、前記発光パワーの変化を行う変化工程とを含み、前記第１および第２の制御工程と前記変化工程を連続的に用いて前記光源から発光される光の波長を制御することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、上記の発明を組み合わせて、第１および第２の制御工程を切り替えることなく連続的に併用して光源から発光される光の波長を制御して、波長の変化を抑えるとともに、発光パワーの変化時には、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２２】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出手段と、少なくとも前記検出された温度と目標の温度、前記検出された発光パワーと目標の発光パワーに基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、制御手段によって温度と前記波長の関係、および既知である波長と発光パワーの関係ならびに波長と温度の関係から導かれる前記発光パワーと温度との関係から、連続的に前記光源の温度を制御することで波長の変動を抑える。
【００２４】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記検出された温度と目標の温度に基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段と、前記光源の発光パワーを検出するパワー検出手段と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成手段と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、発光パワーの変化時に、変化手段によって光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えてから発光パワーの変化を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２６】
また、この発明にかかる発光制御装置では、光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出する第１の検出手段と、前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出手段と、少なくとも前記検出された温度と目標の温度、前記検出された発光パワーと目標の発光パワーに基づいて、前記光源の温度を制御する制御手段と、前記光源の発光パワーを検出するパワー検出手段と、前記発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成する作成手段と、前記補正項を加える補正を行ってから、前記発光パワーの変化を行う変化手段とを備え、前記制御手段は、前記温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、上記の発明を組み合わせて、制御手段によって温度と前記波長の関係および前記発光パワーと温度との関係から、連続的に前記光源の温度を制御して、波長の変動を抑えるとともに、発光パワーの変化時に、変化手段によって光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加える補正を行ってから発光パワーの変動を行うことで波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図１２の添付図面を参照して、この発明にかかる発光制御方法およびその装置の好適な実施の形態を説明する。なお、以下の図において、図１３、図１４と同様の構成部分に関しては、説明の都合上、同一符号を付記するものとする。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、この発明にかかる発光制御装置の実施の形態１の構成を示す構成ブロック図である。図において、この実施の形態では、サーミスタ制御と波長ロック制御を併用した点が、従来の制御装置と異なり、さらにはＬＤの起動時に、このサーミスタ制御と波長ロック制御の切り替えを行わずに重み付けを設定し、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うものである。なお、この実施の形態におけるサーミスタ制御では、図１３の従来例と同様、サーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２と、電流制御回路１３と、ペルチェ素子１４を有している。また、波長ロック制御では、図１４の従来例と同様、ＬＤの発光パワーを検出する第１の検出部２０と、このＬＤからの特定波長の光波長依存性のある光透過率を持つフィルタ部を備えて、このフィルタ部を透過した特定波長の光の発光パワーを検出する第２の検出部２１と、電流／電圧変換回路２２，２３と、割り算回路２４と、比較回路２５とを有している。
【００３０】
また、この実施の形態では、発光制御装置は、パワー制御を行っており、ＬＤのバイアス電流３０を検出部３１で検出し、それを電流／電圧変換回路３２で電圧信号に変換した後、比較回路３３でバイアス電流の制御目標値と比較されて、電流制御部３４に出力している。電流制御部３４では、入力する比較結果が零になるようにＬＤのバイアスを設定して、このＬＤを駆動している。
【００３１】
これらの制御で用いられる各目標値は、制御部４０によって設定されている。
また、制御部４０は、電流／電圧変換回路３２を介して検出部３１と接続されており、検出部３１から入力する出力パワーと目標値の差分を求めている。
【００３２】
図において、この実施の形態は、上述したごとく、サーミスタ制御と波長ロック制御を併用した一例を示すもので、２入力１出力の関係になっている。この実施の形態では、重み付けを行う加算回路１５が設けられており、比較回路１２からのＬＤ温度とＬＤ温度の制御目標値との比較結果および比較回路２５からの演算された波長と波長の制御目標値との比較結果が入力している。なお、この発光制御装置では、比較回路１２，２５と、加算回路１５と、割り算回路２４とをデジタル回路で構成することによって、サーミスタ制御と波長ロック制御での制御の処理時間を均等にしている。
【００３３】
このサーミスタと波長ロッカの出力（比較回路１２，２５への入力）は、図２に示すような波形になっている。すなわち、サーミスタの出力は、図２中の左側の図に示すように、たとえば温度に対して右下がりの曲線になっており、波長ロッカの出力は、図２中の中央の図に示すように、たとえば温度に対してピークの立った周期的な曲線になっている。
【００３４】
加算回路１５は、これらの出力を足し合わせる時に足し合わせの重み付けの比率を設定して、この比率でサーミスタ出力と波長ロッカの出力を足し合わせて、図２中の右側に示すような合成関数を作成する。この合成関数の他に、加算回路１５には、たとえば図３に示すように出力パワーの差分に対する重み付けが設定されている。
【００３５】
制御部４０は、検出部３１から入力する現在の出力パワーと目標とする出力パワーの差分を求めており、この差分の情報を加算回路１５に出力している。この加算回路１５は、たとえば起動時などの制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが大きい時には、図３の関係図に基づいてサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝１）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝０）として、図２（ａ）の合成関数が求まる。
【００３６】
また、加算回路１５は、たとえば起動時などの制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが１／２程度（現在の出力パワーと目標とする出力パワーの差分が起動時の差分の１／２程度）の時には、図３の関係からサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝０．５）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝０．５）として、図２（ｂ）の合成関数が求まる。
【００３７】
さらに、加算回路１５は、たとえばＬＤの出力パワーが安定し、制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが小さい時には、図３の関係からサーミスタ制御の重み付け（Ｗ１＝０）とし、波長ロッカ制御の重み付け（Ｗ２＝１）として、図２（ｃ）の合成関数が求まる。
【００３８】
ここで、出力パワーの差分をΔＰ、サーミスタ制御の重み付けおよび曲線関数をＷ１（ΔＰ）とｆ１、波長ロッカ制御の重み付けおよび曲線関数をＷ２（ΔＰ）とｆ２とすると、合成関数ｆ（ｔ）は、
ｆ（ｔ）＝ｆ１・Ｗ１（ΔＰ）＋ｆ２・Ｗ２（ΔＰ）
ただし、Ｗ１（ΔＰ）：０〜１
Ｗ２（ΔＰ）：１〜０
となり、出力パワーの差分ΔＰに応じて合成関数ｆ（ｔ）が変化することがわかる。
【００３９】
なお、この実施の形態では、制御の重み付けを出力パワーの差分に対応付けて設定したが、この発明はこれに限らず、たとえば起動時からの経時時間に対応付けて設定することも可能である。
【００４０】
また、この実施の形態では、出力パワーの差分に対応付けられた制御の重み付けは、図３のように曲線で設定したが、この他にたとえば図４に示すようにリニアに設定しても良いし、または図５に示すようにヒステリック曲線に設定しても良い。
【００４１】
また、この実施の形態では、制御の重み付けを「０」から「１」の範囲で設定したが、この発明はこれに限らず、たとえば「０．０５」から「０．９５」の範囲に設定して、常にサーミスタ制御と波長ロッカ制御の両者による影響がＬＤの発光制御に与えられるように設定することも可能である。さらに、この発明では、一方の制御の重み付けを一定にし、他方の制御の重み付けのみを可変に設定することも可能である。
【００４２】
このように、この実施の形態では、サーミスタ制御と波長ロッカ制御を併用するとともに、このサーミスタ制御と波長ロッカ制御に重み付けを設定し、かつ経時的に変化する出力パワーの差分に応じて、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うので、ＬＤの起動時に波長ずれが生じなくなり、これによって波長の変動を抑えることができる。
【００４３】
また、この実施の形態の構成ブロックは図１に限らず、たとえば図６や図７にように構成させることも可能である。このうち、図６は、サーミスタ制御のサーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２および波長ロック制御の検出部２０，２１と、電流／電圧変換回路２２，２３と、割り算回路２４および比較回路２５が、それぞれアナログ回路で構成され、かつ比較回路１２，２５と加算回路１５間に、重みデジタル可変抵抗回路１６，２８を接続させて、たとえば外部からの重み付けの設定を可能にしている。
【００４４】
図７の構成ブロックでは、サーミスタ制御のサーミスタ１０と、抵抗／電圧変換回路１１と、比較回路１２がアナログ回路で構成され、波長ロック制御の割り算回路２４と、比較回路２５がデジタル回路で構成され、比較回路１２，２５が重み付けが設定された重みデジタル可変抵抗回路１６，２８を介して加算回路１５とそれそれ接続されることで、良好な温度制御を行っている。
【００４５】
（実施の形態２）
図８は、この発明にかかる発光制御装置の実施の形態２の構成を示す構成ブロック図である。図において、この実施の形態では、ＬＤのパワー変動時に温度変動幅を利用して補正をかけて、サーミスタ制御を行うものである。この発光制御装置では、制御部４０がこの温度変動を利用した補正項を加算回路１５に出力するとともに、パワー変動に基づく出力パワーの目標値を設定して比較回路３３に出力している。
【００４６】
すなわち、ＬＤの波長は、ＬＤに流れる電流量とＬＤの温度の関係によって決まる。また、ＬＤの発光量も、ＬＤに流れる電流量とＬＤの温度の関係によって決まる。ここで、ＬＤからの光の波長をλ、ＬＤの発光量をＰ、ＬＤに流れる電流量をＩ、ＬＤの温度をＴとし、この電流Ｉと温度Ｔの微少変化量をΔＩ、ΔＴとすると、波長λと発光量Ｐの微少変化量ΔλとΔＰは、以下のように表される。
【数１】
次に、ＬＤの発光量を変動させる場合は（２）式で、
【数２】
【数３】
【００４８】
ここで、波長を変動させずにＬＤの発光量を変動させるには、（１）式と（３）式を用いる。ここでは、まず（１）式において、Δλ＝０を代入し、さらに（３）式を代入して以下の（４）式を得る。
【数４】
【００４９】
これらの関係式から導かれる値、すなわち光パワーを変動させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を、予め制御部４０内の図示しないメモリに記憶させておくことで、制御部４０は、このＬＤ温度の変動分から温度の補正項を求めて加算回路１５に出力するとともに、ＬＤの出力パワーの変動分から出力パワーの目標値を設定して比較回路３３に出力することで、ＬＤの発光量を変動させる時の波長の変動を抑えることができる。また、これらの関係式を利用して逐次最適な値を演算しながら、波長の変動を抑えることも可能である。
【００５０】
加算回路１５では、予め設定されている目標値に、この補正項を加算して比較回路１２に出力しており、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、ＬＤの発光する波長を上げている。なお、この実施の形態では、サーミスタ制御の比較回路１２と加算回路１５がデジタル回路で構成されている。
【００５１】
比較回路３３は、この設定された目標値とＬＤのバイアス値とを比較し、電流制御部３４は、この比較結果が零になるように、パワー制御を行って、ＬＤの出力パワーを予め設定されている目標値にする。
【００５２】
次に、この実施の形態の発光制御装置の動作を図９の図面に基づいて説明する。なお、図９の図面は、出力パワーと波長の関係を示す関係図である。この実施の形態では、発光する光の波長は変動させずに、ＬＤの出力パワーをたとえば２０［ｍＷ］から１０［ｍＷ］に変動させる場合について説明する。
【００５３】
ここで、まず２０［ｍＷ］と１０［ｍＷ］で発光する光の波長は、１５４１．２２［ｎｍ］と１５４１．０２［ｎｍ］であり、波長の変動幅は、０．２［ｎｍ］である。この波長０．１［ｎｍ］は上述した比例関係から１℃に対応しているので、この変動幅２［ｎｍ］は、２℃に対応している。この実施の形態では、この温度変動幅を利用して、補正を行うもので、たとえば１℃を補正項として加算回路１５に出力する。
【００５４】
加算回路１５では、予め設定されている目標値に、この補正項を加算して比較回路１２に出力するので、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、図８に示すように、ＬＤの発光する波長を現状のＰ１（１５４１．２２［ｎｍ］）からＰ２（１５４１．３２［ｎｍ］）に上げている。
【００５５】
この状態で、制御部４０がパワー制御の目標値を１０［ｍＷ］に設定すると、電流制御部３４は、出力パワーが１０［ｍＷ］になるように、ＬＤのバイアスを調整するパワー制御を行い、波長をＰ３（１５４１．１２［ｎｍ］）。そして、出力パワーが安定すると、次に温度の補正項を１℃として再びペルチェ素子１４の温度上昇を制御することで、出力パワーは１０［ｍＷ］に変動したが、出力波長は元の１５４１．２２［ｎｍ］に戻すことができる（図９中のＰ４参照）。
【００５６】
ところで、実際にペルチェ素子の温度を上昇させるには、タイムラグがあり、反応が遅いことがある。そこで、実際にＬＤのパワー変動時にこの制御を行う時には、補正項に設定する温度を１℃よりもっと低い値（たとえば、０．５℃）に設定し、出力パワーの目標値も１０［ｍＷ］より高い値（たとえば１７．５［ｍＷ］）に設定して、段階的に徐々に真の出力パワーの変動幅に近づくように設定すれば、上記の反応の遅さをカバーすることができる。
【００５７】
また、この実施の形態では、上記と同様の方法を用いて、回路構成にデジタル回路とアナログ回路が混在していて信号処理の応答速度に差がある場合でも、この回路構成に伴うタイムラグの補正が可能である。この場合には、例えばアナログ回路側の出力パワーの目標値をゆるやかに制御することで、両回路の応答速度を等しくすることができる。すなわち、アナログ回路側の出力パワーの目標値を、上述したごとく、段階的に徐々に真の出力パワーの変動幅に近づくように設定し、デジタル回路の応答速度の遅さをカバーして、出力パワーを目標値に制御することで、両回路の応答速度の違いを吸収し、これらの応答速度を等しくすることができる。
【００５８】
このように、この実施の形態では、ＬＤのパワーを変動させる時に、温度の補正項を用いて温度補正を行ってから、ＬＤのパワーを変動させるので、波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減することができる。
【００５９】
また、この実施の形態の構成ブロックは図８に限らず、たとえば図１０にように構成させることも可能である。この図１０では、サーミスタ制御の各回路がアナログ回路で構成され、かつ比較回路１２，２５と加算回路１５間に、重みデジタル可変抵抗回路１６を接続させて、たとえば外部からの重み付けの設定を可能にしている。
【００６０】
（実施の形態３）
ところで、上述した実施の形態で用いるサーミスタ制御は、経時変化などによって波長と温度の関係が変化してしまい、ＬＤの立ち上がり時に設定した温度からずれてくる可能性がある。
【００６１】
そこで、この実施の形態３では、図１１の構成ブロック図に、この問題を解決する発光制御装置を示す。図において、この発光制御装置は、図１と図８の発光制御装置を併用した構成になっており、サーミスタ制御、波長ロック制御および補正項にそれぞれ重み付けを設定している点が、他の実施の形態と異なっている。なお、補正項の重み付けは、サーミスタの制御と同様に、ＬＤのパワーの差分が大きい時に大きくなり、このパワーの差分が小さい時に、小さな値になっている。
【００６２】
この発光制御装置においては、実施の形態１と同様に、ＬＤの起動時には、重み付けの大きいサーミスタ制御で立ち上がり、波長が安定化してくると、重み付けの大きい波長ロッカによる制御に移行する。この際にＬＤのパワー変動が生じると、その時点ではサーミスタ制御のための温度がわからないので、波長ロッカで安定化されている温度をサーミスタ制御の目標値に定めて、比較回路１２に出力する。
【００６３】
この動作を行った後で、パワー変動の補正項を加算回路１５に出力して、比較回路１２からの比較結果にこの補正項を加算しており、電流制御部１３は、サーミスタ出力がこの補正項が加算された目標値になるようにペルチェ素子１４を動作制御して、ＬＤの発光する波長を上げている。
【００６４】
そして、加算回路１５は、ＬＤの出力パワーが安定し、制御部４０からの出力パワーの差分ΔＰが小さい時には、波長ロッカの重み付けが大きくなり、この波長ロッカによる発光制御を行う。
【００６５】
なお、この実施の形態においては、たとえば補正項を予め図示しないメモリに記憶することで、または逐次最適な値を演算することで、波長の変動を抑えることが可能である。この逐次演算を行う場合においては、経年劣化によってＬＤ特性が変動した後でも良好な温度制御が可能となる。
【００６６】
このように、この実施の形態では、立ち上がり時およびパワーの変動時に、波長ロッカで安定化されている温度をサーミスタ制御の目標値に定めて、サーミスタ制御を行い、パワーが安定すると波長ロッカでの制御を行うので、実施の形態１および２と同様の効果を得られるとともに、サーミスタの経年変化に対しても、良好な温度制御を行うことができる。
【００６７】
また、この実施の形態の構成ブロックは図１１に限らず、たとえば図１２のように構成することも可能である。図において、サーミスタ制御と波長ロック制御にデジタル回路を構成して、良好な温度制御を行っている。
【００６８】
この発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、この実施の形態では、光の発光パワーを変動させる場合について説明したが、この発明はこれに限らず、経時変化などによって発光パワーが人的操作の影響によらずに変化した場合にも、光パワーが変化する前の波長と、変化した後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を加えて温度制御を行ってから、パワー制御によって発光パワーの変化を行うことが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、温度と波長の関係から光源の温度を制御する、たとえばサーミスタを用いた制御と、発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する波長ロッカの制御を切り替えることなく連続的に併用するとともに、このサーミスタ制御と波長ロッカ制御に重み付けを設定し、かつ経時的に変化する出力パワーと目標値の差分に応じて、この重み付けを連続的に変化させて発光制御を行うので、光源の起動時に波長ずれが生じなくなり、これによって波長の変動を抑えることができる。
【００７０】
また、この発明では、発光パワーの変化時に、変化前の発光パワーと変化後の発光パワーの差分に基づいて、温度の補正項を作成し、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を用いて温度補正を行ってから、光源の発光パワーを変化させるので、波長の変動幅が少なくなり、これによって波長ずれを低減することができる。
【００７１】
また、この発明では、立ち上がり時およびパワーの変化時に、温度と波長の関係から光源の温度を制御する工程と、発光パワーと温度との関係から前記光源の温度を制御する工程を連続的に併用し、光源から発光される光の波長を制御して、波長の変動を抑えるとともに、発光パワーの変化時には、光パワーを変化させる前後での波長が一定になるようにするための温度の補正項を用いた補正を行ってから、発光パワーの変化を行うので、上記と同様の効果が得られるとともに、サーミスタの経時変化に対しても、良好な温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態１の構成を示す構成ブロック図である。
【図２】 サーミスタと波長ロッカの出力の波形およびサーミスタ出力と波長ロッカ出力を足し合わせた合成関数を示す波形図である。
【図３】 図１に示したパワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係の一例を示す関係図である。
【図４】 同じく、パワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係の他の例を示す関係図である。
【図５】 同じく、パワー制御の検出部で検出される出力パワーの差分と重み付けの関係のさらに他の例を示す関係図である。
【図６】 図１に示した発光制御装置の実施の形態１の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図７】 同じく、発光制御装置の実施の形態１の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図８】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態２の構成を示す構成ブロック図である。
【図９】 出力パワーと波長との関係を示す関係図である。
【図１０】 図８に示した発光制御装置の実施の形態２の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図１１】 この発明にかかる発光制御装置の実施の形態３の構成を示す構成ブロック図である。
【図１２】 図１に示した発光制御装置の実施の形態３の他例の構成を示す構成ブロック図である。
【図１３】 サーミスタを用いた場合の従来の発光制御装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図１４】 波長検出を行う場合の従来の発光制御装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図１５】 ＬＤ起動時の制御を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】 図１３に示したサーミスタでの制御における波長変動の実測データを示す波形図である。
Claims (8)
- 光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御方法において、
前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、前記検出した温度と目標の温度とを比較し、その差を比較結果として出力する第１の検出工程と、
前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーとを検出し、前記検出した所定波長の光の発光パワーと光源からの光の発光パワーとの比を計算し、前記計算した比と目標の比とを比較し、その差を比較結果として出力する第２の検出工程と、
前記第１の検出工程の出力と、前記第２の検出工程の出力とを入力し、所定の加算処理を行なう加算工程と、
を含み、前記加算工程における加算処理の結果に基づいて前記光源の温度を制御して、前記光源から発光される光の波長を制御することを特徴とする発光制御方法。 - 前記加算工程において、前記第１の検出工程の出力と、前記第２の検出工程の出力とに所定の重みを付与して加算処理を行なうことを特徴とする請求項１に記載の発光制御方法。
- 前記加算工程において、前記第１の検出工程の出力と、前記第２の検出工程の出力とに変動する重みを付与して加算処理を行なうことを特徴とする請求項２に記載の発光制御方法。
- 前記加算工程において、前記光源からの光の発光パワーと目標値との差分または経時時間に応じて、前記変動する重みを付与することを特徴とする請求項３に記載の発光制御方法。
- 光源から発光される光の波長をフィードバック制御する発光制御装置において、
前記光源の温度または該光源の周辺温度を検出し、前記検出した温度と目標の温度とを比較し、その差を比較結果として出力する第１の検出手段と、
前記光源からの光の発光パワーと所定波長の光の発光パワーとを検出し、前記検出した所定波長の光の発光パワーと光源からの光の発光パワーとの比を計算し、前記計算した比と目標の比とを比較し、その差を比較結果として出力する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段の出力と、前記第２の検出手段の出力とを入力し、所定の加算処理を行なう加算手段と、
前記加算手段における加算処理の結果に基づいて前記光源の温度を制御して、前記光源から発光される光の波長を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする発光制御装置。 - 前記加算手段は、前記第１の検出工程の出力と、前記第２の検出工程の出力とに所定の重みを付与して加算処理を行なうことを特徴とする請求項５に記載の発光制御装置。
- 前記加算手段は、前記第１の検出工程の出力と、前記第２の検出工程の出力とに変動する重みを付与して加算処理を行なうことを特徴とする請求項６に記載の発光制御装置。
- 前記加算手段は、前記光源からの光の発光パワーと目標値との差分または経時時間に応じて、前記変動する重みを付与することを特徴とする請求項７に記載の発光制御装置。
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