JP4732756B2 - 超発光ダイオードの温度制御を実現する方法およびシステム - Google Patents
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Description
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本発明は、ファイバ光ジャイロスコープ(本明細書でFOGと呼ぶ)の高強度光源に関し、より詳細には、広い温度範囲にわたって超発光ダイオードの出力特性を安定化する方法およびシステムに関する。
他の実施形態は、サーミスタ設定抵抗の変化を決定することをさらに含み、温度センサはサーミスタを含み、設定信号は設定抵抗を含む。
他の実施形態は、SLDデバイスを囲むケースのケース温度を感知し、かつケース温度を周囲温度として使用して設定信号の変化を相殺するように温度制御帰還ループを修正することをさらに含む。そのようにすることで、1つまたは複数の出力特性の変化を周囲温度の関数として安定化する。
他の実施形態は、SLDデバイスを囲むケースにサーミスタを取り付けることをさらに含む。
他の実施形態は、支援回路と組み合わされたサーミスタが所望の抵抗プロファイルを示すように、ブリッジ回路中でサーミスタと支援回路を組み合わせることをさらに含む。
他の実施形態は、SLDデバイスを囲むケースのケース温度を感知することによって周囲温度を決定することをさらに含む。
他の実施形態は、設定信号および周囲温度の関数として補償されたTEC制御信号をアルゴリズム的に生成するプロセッサ実行符号で、温度制御帰還ループを修正することをさらに含む。
他の実施形態では、周囲温度センサは、SLDデバイスを囲むケースのケース温度を感知するサーミスタを含む。
他の実施形態では、サーミスタは、SLDデバイスを囲むケースに物理的に接触する。
他の実施形態では、サーミスタは、SLDデバイスを囲むケースに取り付けられる。
他の実施形態では、相殺回路は、サーミスタを温度制御電子回路内のブリッジ回路に電気的に結合するための導体を含む。
他の実施形態では、相殺回路は、補償されたTEC制御信号を設定信号および周囲温度の関数としてアルゴリズム的に生成するプロセッサ実行符号を含む。
他の実施形態では、相殺回路は、設定信号および周囲温度を表す感知信号を受け取りかつそれから補償されたTEC制御信号を生成するASICデバイスを含む。
本発明自体はもちろんのこと、本発明の前述および他の目的、様々な特徴もまた、添付の図面と共に読むとき以下の説明によって、より完全に理解することができる。
熱電冷却の式は、次式で与えられる。
Q=αTI−1/2I2 R−KΔT (1)
ここで、αはゼーベック係数、Rはモジュールの平均電気抵抗、Kはモジュールの平均熱抵抗、Iは電流、TはTECの平均温度、ΔTはTECの両端間の温度度差である。
したがって、次のステップが、周囲温度に対するSLDデバイスの波長感度を安定させる方法を与える。
1.図2に示すものと同様な、デバイス・ケース(すなわち、パッケージ)温度に対するSLDデバイスの光パワー感度(dPo/DTc)を実験的に決定する。
2.dPo/dTcに対応する、ケース温度に対するサーミスタ設定抵抗の変化(dR/dTc)を計算する。
3.TEC、サーミスタおよび外部温度制御電子回路から成る温度制御帰還ループに補償を入れる。ここで、補償はdR/dTcに等しくかつ逆の量に相当する。
dR/dTc=(500Ω/℃)(−0.0073)=−3.65Ω/℃
本発明は、本発明の精神または基本的な特徴から逸脱することなしに他の特定の形で具現することができる。したがって、現在の実施形態は、例示的で制限的でないような点で考えられるべきであり、本発明の範囲は前述の説明ではなく添付の特許請求の範囲で示され、したがって、この特許請求の範囲の同等の意味および範囲内に入る全ての変化物は、特許請求の範囲に含まれる意図である。
Claims (9)
- SLDデバイス(102)の1つまたは複数の出力特性を周囲温度に対して安定化する方法であって、前記SLDデバイスが、(i)SLDチップ(105)を冷却する熱電冷却モジュール(TEC)(114)、および(ii)前記熱電冷却モジュール上に配置され設定温度に対応する設定信号を供給する温度センサ(104)を含み、前記TECおよび前記温度センサが、温度制御電子回路(106)と共に、前記設定温度を予め決められた温度範囲内に維持するための温度制御帰還ループを形成し、前記方法は、
別の温度センサ(116)の傍にある、前記SLDデバイスを囲むケースの外側における周囲温度を決定する工程と、
前記1つまたは複数の出力特性の変化を周囲温度の関数として決定する工程と、
前記設定信号の変化を周囲温度の関数として決定する工程であって、前記設定信号の前記変化が前記1つまたは複数の出力特性の前記変化に対応し、前記設定信号が温度変化に比例して変化する可変抵抗値を示す、工程と、
前記温度制御電子回路内のブリッジ回路の第1の部分において、前記温度センサ(104)からの出力を受信する工程と、
前記ブリッジ回路の第2の部分において、前記別の温度センサ(116)の出力を受信する工程と、
前記ブリッジ回路内の増幅器(U5A)に前記ブリッジ回路の第1の部分及び第2の部分を結合させることにより、前記増幅器からの出力が、前記ブリッジ回路の第1の部分及び第2の部分の出力の結合に基づいて制御される工程であって、前記増幅器からの出力は入力として前記熱電冷却モジュールへ結合される制御電圧である、工程と、
前記設定信号の前記変化を相殺するために前記熱電冷却モジュールへの入力を制御するように、前記増幅器、前記ブリッジ回路の第1の部分及び第2の部分を含む前記温度制御帰還ループを修正し、それによって、周囲温度の関数として、前記1つまたは複数の出力特性の前記変化を安定させる工程と、を備える方法。 - 前記1つまたは複数の出力特性の変化を周囲温度の関数として決定する前記工程は、周囲温度に対する前記SLDデバイスの光パワー出力の変化を決定する工程である、請求項1に記載の方法。
- SLDデバイス(102)の1つまたは複数の出力特性を周囲温度に対して安定化するシステムであって、前記SLDデバイスが、(i)SLDチップ(105)を冷却する熱電冷却モジュール(TEC)(114)、および(ii)設定温度に対応する設定信号を供給する設定温度センサ(104)を含み、前記TECおよび前記設定温度センサが、温度制御電子回路と共に、前記設定温度を予め決められた温度範囲内に維持するための温度制御帰還ループを形成し、
前記システムは、
周囲温度を表す検出信号を提供するために、周囲温度センサ(116)が前記SLDデバイスを囲むケース(118)に近接して設置され、
増幅器(U5A)が前記TECにより提供される冷却量を駆動制御するための出力電圧を提供し、
前記設定温度センサ及び周囲温度センサが、各々、互いに接続される一方の端子を有し、前記増幅器に接続されたブリッジ回路の部分を形成し、前記周囲温度センサの他方の端子が前記増幅器の出力に接続され、前記設定温度センサの他方の端子が前記増幅器の入力に接続され、
前記ブリッジ回路が前記増幅器に接続されることにより、前記増幅器の出力は、前記設定温度センサの出力及び前記周囲温度センサの出力の結合に基づき制御され、前記増幅器の出力電圧は、入力として前記TECへ結合され、前記TECにより提供される冷却量を制御し、
前記増幅器の出力は、周囲温度の関数として前記設定信号中の変化を相殺する前記TECへ、補償されたTEC制御信号を提供し、それによって、温度変化に関する前記SLDデバイスの1つまたは複数の出力特性を安定させる、
ことを特徴とするシステム。 - 前記設定温度センサがサーミスタを含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記周囲温度センサが、前記SLDデバイスを囲む前記ケースのケース温度を感知するサーミスタを含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記サーミスタが、前記SLDデバイスを囲む前記ケースに物理的に接触する、請求項5に記載のシステム。
- 前記サーミスタが、前記SLDデバイスを囲む前記ケースに取り付けられる、請求項6に記載のシステム。
- 前記設定信号及び周囲温度の関数として、補償されたTEC制御信号をアルゴリズム的に生成するためのコードを実行するプロセッサをさらに含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記設定温度センサの一端(E2−2)が前記周囲温度センサの一端(RTD2−2)に接続することにより、前記増幅器の入力へ接続される共通接続ポイントを形成することを特徴とする、請求項3に記載のシステム。
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