JPH0282659A

JPH0282659A - 光発信器

Info

Publication number: JPH0282659A
Application number: JP63235871A
Authority: JP
Inventors: Akemichi Okimoto; 沖本　明道; Kenji Tsuge; 拓植　憲治; Yoshiaki Kamejima; 義明亀嶋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】し産業上の利用分野］この発明は光フアイバセンサ、光学式センサ等のセンサ
部を用いた光計測システムに使用される光発信器に関す
るものである。

Ｕ従来の技術］従来、この種の光発信器として、例えば第６図に示すよ
うな光計測系に適用されるものが一服的に知られている
。

即ち、この光計測系では、発光ダイオード等の発光素子
７０を有する光発信器７Ｉから出射されたた光が、光フ
ァイバ７２を介してセンサ部７３に導かれ、同センサ部
７３にて計測対象に照射されて強度変調されたりした後
、再び光ファイバ７２を介してフォトダイオード等の受
光素子７４を有する光受信器７５に導かれる。光受信器
７５に導かれた光信号は、光、電変換され、増幅等され
てから計測信号としで出力される。

［発明が解決しようとする課題］前記従来の光発信器７１においては、発光素子駆動回路
として、発光素子７０を定電流で駆動するもの、発光素
子７０の発光量を一定にするために供給電流を変化させ
たりするもの等がある。しかしながら、発光ダイオード
等の発光素子では、同素子７０自体の温度変化によって
発光波長が変化するという特徴があり、光計測系の精度
の点で問題があった。

即ち、周囲の温度変化によって発光素子７０自体の温度
が変化し、これによって発光波長が変化すると、発光素
子７０からセンサ部７３に導かれた光の光学効果が変化
し、センサ部７３から出力される光信号に誤差を生じる
ことになった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、発光素子からセンサ部へ出射される発光
波長を、周囲の温度変化に影響されることなく一定に保
つことが可能な光発信器を提供することにある。

［課題を解決するための手段〕上記の目的を達成するためにこの発明においては、光出
射用の発光素子を備えた光発信器において、発光素子の
温度を調整するための温度調整手段と、発光素子の温度
を検出するための温度検出手段と、温度検出手段による
検出温度に基いて発光素子を所定温度に保つべく温度調
整手段を駆動制御する制御手段とを備えている。

［作用コ従って、温度検出手段が発光素子の温度を検出すること
により、制御手段がその検出温度を所定温度に保つため
に温度調整手段を駆動制御する。

［第１実施例コ以下、この発明を具体化した第１実施例を図面に基いて
詳細に説明する。

第１図に示すように、この実施例の光発信器はアルミ類
の支持板１を備え、その上面にはステンレスよりなる箱
状の外ケース２が取付けられている。この外ケース２の
内壁面及び支持板１の上面には発泡スチロールよりなる
断熱板３が貼着され、これら支持板１、外ケース２及び
断熱板３により保温性のよい断熱ケース４が構成されて
いる。

断熱ケース４の内側には発光素子としての発光ダイオー
ド５が内包されて配設されている。即ち、断熱ケース４
の内側には伝熱性のよい銅よりなる断面り字状の基板６
が取付けられ、同基板６の起立部６ａに対して発光ダイ
オード５が取付けられている。そして、接続端子７を介
して発光ダイオード５に接続された光ファイバ８の一端
が、断熱ケース４の外側へ導出されている。又、発光ダ
イオード５のリード線５ａは、断熱ケース４の外側へ導
出され、図示しない発光ダイオード用駆動回路に接続さ
れている。

又、基板６の基部６ｂの上面には、同基板６を介して発
光ダイオード５の温度を調整するための温度調整手段と
しての加熱用トランジスタ９が熱伝導の良い接着剤等を
介して固着されている。更に、同基部６ｂ中には、基板
６を介して発光ダイオード５の温度を検出するための温
度検出手段としてのサーミスタＩＯが熱伝導の良い接着
剤等を介して埋設されている。そして、加熱用トランジ
スタ９及びサーミスタ１０の各リード線９ａ。

１０ａは断熱ケース４の外側へ導出されている。

次に、発光ダイオード５を所定温度に保つためにサーミ
スタ１０の検出温度に基いて加熱用トランジスタ９を駆
動制御する制御手段について説明する。

第２図に示すように、制御手段としての制御回路１１は
２つのトランジスタ１２．１３、複数の抵抗１４〜２４
及びヒユーズ２５により構成されている。そして、抵抗
１４にはサーミスタ１ｏが並列接続されている。又、抵
抗２４及びヒユーズ２５の間には加熱用トランジスタ９
が介装され、同トランジスタ９０ベースが抵抗１．９．
２０間に接続されている。前記両トランジスタ１２．１
３及び各抵抗１８〜２１は差動増幅回路を構成しており
、これによって温度変化の影響による加熱用トランジス
タ９への出力のドリフトを防止している。

尚、この実施例では、加熱用トランジスタ９の設定温度
を調整するために、抵抗１６の抵抗値が所定範囲内で変
更可能になっている。

従って、発光ダイオード５と共に基板６の温度が低下す
ると、サーミスタ１ｏの温度が低下してその抵抗値が大
きくなる。このため、サーミスタ１０及び各抵抗１４〜
１７によって決定されるトランジスタ１２のベース電圧
が増大し、加熱用トランジスタ９へのベース電圧が増大
して同トランジスタ９の通電が増大し、その発熱量が増
大する。

加熱用トランジスタ９の発熱量が増大すると、基板６を
介して発光ダイオード５が加熱されると共に、断熱ケー
ス４内が加熱される。

そして、発光ダイオード５が加熱されてその温度が所定
温度に達すると、サーミスタ１０の温度が上昇してその
抵抗値が小さくなる。このため、トランジスタ１２のベ
ース電圧が小さくなり、加熱用トランジスタ９のベース
電圧が低減して同トランジスタ１９の通電が減少し、そ
の発熱量が低減する。

加熱用トランジスタ９の発熱量が低減すると、基板６を
介して発光ダイオード５の温度上昇が抑えられ、やがて
サーミスタ１０の温度が再び低下し始めてトランジスタ
１２のベース電圧が増大し、加熱用トランジスタ９の発
熱量が再び増大する。

このように、サーミスタＩＯによる温度検出に基いて加
熱用トランジスタ９の通電が制御され、その発熱量が制
御されると、発光ダイオード５が予め設定された所定の
温度で略一定に保たれる。

この結果、発光ダイオード５からの発光波長を略一定の
値に保持することができ、光フアイバセンサ等のセンサ
部に対して安定した波長の光を供給することができる。

よって、発光波長の変化による計測誤差の発生を未然に
防止することができる。

ここで、前記加熱用トランジスタ９及びサーミスタ１０
を用いた温度制御に関する実験結果を第３図に示す。こ
の図において、横軸は周囲の温度、即ち光発信器の周囲
の温度を示し、縦軸は発光ダイオード５の温度を測定し
たセンサの出力変化率を示している。尚、前記センサは
基板６に取付けられたものである。

この図からも明らかなように、温度制御有りの実線のグ
ラフは、２５°Ｃの周囲温度を基準にして０℃から５０
°Ｃまでの周囲温度の間でのセンサ出力変化率が、＋０
．２４〜−０．３６％と小さく、発光ダイオード５の温
度が略一定に保たれていることがわかる。これに対して
、温度制御無しの破線のグラフは、２５℃の周囲温度を
基準にして、０℃から５０°Ｃまでの周囲温度の間での
センサ出力変化率が、＋２．７２〜−２．８５％と大き
く、発光ダイオード５の温度が一定に保たれていないこ
とがわかる。

［第２実施例］次に、この発明を具体化した第２実施例を図面に基いて
説明する。尚、この実施例において、前記実施例と同様
の部材については同様の符号を付して説明を省略し、異
なった点についてのみ説明する。

第４図に示すように、この実施例では、支持板１の下側
に対して支持板ｌと同形状の２枚の補助板３１が所定の
間隔隔てて組付けられ、これら各板１，３１により放熱
板３２が構成されている。

又、断熱ケース４内において、支持板１上には断熱板３
を施さない露出部１ａが設けられ、同露出部ｌａ上にお
いて温度調整手段としてのベルチェ素子３３が配設され
ている。このベルチェ素子３３はベルチェ効果を応用し
た電子冷凍可能な周知の素子である。このベルチェ素子
３３の下側面は支持板１に当接固定され、上側面は基板
６に当接固定されている。

そして、この実施例では、加熱用トランジスタ９に代わ
って冷却用のベルチェ素子３３を設けた点で前記第１実
施例と異なっており、ベルチェ素子３３を通電すること
より、その上側面側が吸熱されると共にに下側面側が発
熱される。又、前記上側面側の吸熱により、基板６を介
して発光ダイオード５の吸熱が行われ、前記下側面側の
発熱は放熱板３２を介して放熱されるようになっている
。

更に、断熱ケース４内の空洞部分には、断熱効果の高い
グラスウール、発泡ウレタン等の充填材（図示路）が設
けら、基板６及び発光ダイオード５の冷却効果を高める
ようにしている。

次に、発光ダイオード５を所定温度に保つためにサーミ
スタ１０の検出温度に基いてベルチェ素子３３を駆動制
御する制御手段について説明する。

第５図に示すように、制御手段としての制御回路３４は
オペアンプ３５、抵抗３６．３７，３８゜３９よりなる
第１０差動増幅器４０を備えている。

オペアンプ３５のマイナス入力側には、抵抗３７を介し
、抵抗４１及びサーミスタ１０の抵抗値によって決定さ
れる電圧が人力される。又、オペアンプ３５のプラス入
力側には、抵抗３８を介し、抵抗４２．４３によって決
定される電圧が入力される。更に、抵抗３９には別の抵
抗４４を介して基準電圧が印加される。この基準電圧は
可変になっている。

そして、サーミスタ１０の検出温度の変化、即ちサーミ
スタ１０の抵抗値の変化に基き、第１の差動増幅器４０
の出力が変化する。

第１の差動増幅器４０の出力は、オペアンプ４５、抵抗
４６．４７．４８及びコンデンサ４９゜５０よりなる第
２の差動増幅器５１に人力される。

即ち、第１の差動増幅器４０の出力は、抵抗４７を介し
、オペアンプ４５のマイナス入力側に人力される。又、
オペアンプ４５のプラス入力側には、抵抗４８を介し、
抵抗５２及びコンデンサ５３゜５４等よりなる定電圧回
路５６から定電圧が印加される。

そして、第１の差動増幅器４０の出力の変化に基き、第
２の差動増幅器５１の出力が変化する。

第２の差動増幅器５１の出力は、抵抗５７を介し、３つ
のトランジスタ５８，５９．６０よりなるダーリントン
回路６１のベース側に入力される。

又、ダーリントン回路６１のベース側及びエミッタ側の
間には、抵抗６２，６３．６４及びトランジスタ６５よ
りなる保護回路６６が介装され、同保護回路６６を介し
てベルチェ素子３３に通電が行われるようになっている
。

そして、第２の差動増幅器５１の出力の変化に基き、ダ
ーリントン回路６１の出力が変化してベルチェ素子３３
への通電が変化するようになっている。又、このときの
、ダーリントン回路６１の出力が予め定めされた値より
も大きくなると、保護回路６６が作動してベルチェ素子
３３への通電が抑えられるようになっている。つまり、
ベルチェ素子３３への必要以上の通電が防止されてベル
チェ素子３３が保護されるようになっている。

従って、発光ダイオード５と共に基板６の温度が上昇す
ると、サーミスタ１ｏの温度が上昇してその抵抗値が小
さくなる。このため、サーミスタ１０及び各抵抗４１に
よって決定される第１の差動増幅器４０への入力電圧が
低下する。よって、第１の差動増幅器４０の出力電圧が
増大し、更に第２の差動増幅器５１の出力電圧が増大し
てダーリントン回路６１の出力電流が増大する。

この結果、ベルチェ素子３３への通電が増大して同素子
３３の上側面側の吸熱量が増大し、基板６を介して発光
ダイオード５が冷却されると共に、断熱ケース４内が冷
却される。

ソシて、発光ダイオード５が冷却されてその温度が所定
温度に達すると、サーミスタ１ｏの温度が低下してその
抵抗値が大きくなる。このため、サーミスタ１０及び各
抵抗４１によって決定される第１の差動増幅器４０への
入力電圧が増大し、第１及び第２の差動増幅器４０．５
１での増幅率が小さくなり、ダーリントン回路６１の出
力電流が低下する。

この結果、ベルチェ素子３３への通電が低減して同素子
３３の上側面側の吸熱量が低残し、基板６を介した発光
ダイオード５の冷却が抑えられる。

このように、サーミスタ１０による温度検出に基いてベ
ルチェ素子３３の通電が制御され、その吸熱量が制御さ
れると、発光ダイオード５が予め設定された所定の温度
で略一定に保たれる。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を適宜
に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記各実施例では、１つの発光ダイオード５の温
度制御に具体化したが、例えば各相交流線路用に設けら
れた光計測系において複数の発光ダイオードの温度制御
を同時に行うように構成してもよい。

（２）前記各実施例では、温度検出手段としてサーミス
タ１０を設けたが、熱転対、測温抵抗体等のその他のセ
ンサを設けてもよい。

（３）前記各実施例では、温度調整手段として加熱用ト
ランジスタ９、ベルチェ素子３３を設けたが、加熱用抵
抗器等のその他の部品を設けてもよい。

（４）前記各実施例では、制御手段として各制御回路１
１．３４を設けたが、これ以外の温度制御回路を設けて
もよい。

［発明の効果］以上詳述したようにこの発明によれば、発光素子からセ
ンサ部へ出射される発光波長を、周囲の温度変化に影響
されることなく略一定に保つことができ、延いては発光
波長の変化による計測誤差の発生を未然に防止すること
ができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はこの発明を具体化した第１実施例を示
す図面であって、第１図は主要部を示す部分破断側面図
、第２図は制御回路等の電気回路図、第３図は周囲温度
とセンサ出力変化率の関係を示すグラフである。第４図
及び第５図はこの発明を具体化した第２実施例を示す図
面であって、第４図は主要部を示す部分破断側面図、第
５図は制御回路等の電気回路口である。第６図は従来例
の光計測系を示すブロック図である。図中、５は発光素子としての発光ダイオード、９は加熱
用トランジスタ、３３はベルチェ素子（９，３３はそれ
ぞれ温度調整手段を構成している）、１１．３４は制御
手段としての制？ｉｎ回路である。

Claims

【特許請求の範囲】１光出射用の発光素子（５）を備えた光発信器において
、前記発光素子（５）の温度を調整するための温度調整手
段（９、３３）と、前記発光素子（５）の温度を検出するための温度検出手
段（１０）と、前記温度検出手段（１０）による検出温度に基いて前記
発光素子（５）を所定温度に保つべく前記温度調整手段
（９、３３）を駆動制御する制御手段（１１、３４）とを備えたことを特徴とする光発信器。