JPH04112590A - 光ファイバ・ジャイロスコープにおける光源用装置および半導体光源の温度測定方法 - Google Patents
光ファイバ・ジャイロスコープにおける光源用装置および半導体光源の温度測定方法Info
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- JPH04112590A JPH04112590A JP2412462A JP41246290A JPH04112590A JP H04112590 A JPH04112590 A JP H04112590A JP 2412462 A JP2412462 A JP 2412462A JP 41246290 A JP41246290 A JP 41246290A JP H04112590 A JPH04112590 A JP H04112590A
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- G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明は温度感知装置かつ特に半導体光源温度を測定す
るための温度感知装置に関する。 ［０００２］
るための温度感知装置に関する。 ［０００２］
光フアイバジャイロスコープ（ＦＯＧ）は光エネルギ源
、例えばビームスプリッタによって実質上等しい２つの
ビームに分割されるコヒーレント光を供給するレーザダ
イオード半導体光源を含んでいる。ビームスプリッタは
１またはそれ以上の巻数のコイルに巻回された光ファイ
バの長さの端部に結合される。光ビームはコイルの各端
部に開始され、そして回転妨害が存在しないとき、ビー
ムがコイルのまわりで反対方向に等しく伝搬しカリ検出
器で縞パターンを形成するように再び結合する。 ［０００３］ コイルが該コイルに対して垂直な軸線のまわりの回転を
受けるとき、ザブナック効果として知られる非相互妨害
を発生し、それにより対向光ビームがコイルを横切るの
に異なる時間を取り、それによりそれらが検出器に達す
るとき位相差を生じる。ビーム間の位相差は検出器にお
いて縞パターンを移動する。線移動の大きさおよび方向
は、それぞれ、その軸線の回りのコイルに印加される回
転の量および方向に比例する。 ［０００４］ コイル中の２つのビーム間の位相差は、位相変調器、例
えば、ニオブ酸塩リチウム集積光位相変調器を使用する
ことにより現存する位相差に等しくかつ反対の方法にお
いてビーム上にさらに他の非相互移相を付与することに
より補正される（すなわち、無効にされる）ことができ
る。セロダイン閉ループＦＯＧにおいて、位相変調器は
直線状傾斜または階段状傾斜信号によって駆動されて位
相変調器を通過する光の移相を発生し、この移相はザブ
ナック効果によって発生されな移相と等しくかつ反対で
ある。傾斜の大きさが一定に保持され、そしてフライバ
ック時間の存続時間（すなわち、ピークから基準電圧に
変化するために傾斜電圧に関してかかる時間）がほぼゼ
ロであるとき、ジャイロ量情報は以下の関係、Ω＝（Ｓ
Ｆ）＊ （ｆ）によって与えられる。 ［０００５］ ここで、Ωは角度的ジャイロ回転量、ｆは直線状傾斜の
周波数、およびＳＦはスケールファクタである。傾斜周
波数は直接測定されることができ、そしてスケールファ
クタは光源波長に依存する比例係数である。 ［０００６］ 光源波長は光源温度の関数であり、例えばレーザダイオ
ードに関して０．０３％／℃である。この関係のため、
スケールファクタ補正が温度変化に関してなされること
ができるか、または光源（ソース）温度が一定の波長お
よびスケールファクタを維持するために制御されること
ができるように光源の温度を知ることが重要である。 ［０００７］ 幾つかの公知のパッケージ半導体光源は光源温度を測定
するために基板またはパッケージ表面に取り付けられる
サーミスタからなる温度制御ループ、および熱／電気冷
却器のごとき光源パッケージを冷却するための手段から
なる。冷却器は光源を一定の温度に維持するようにし、
それにより温度によって誘起される波長の変化を除去す
る。 ［０００８］ しかしながら、サーミスタは２つの型のエラーを結果と
して生じる光源の温度を直接測定しない。安定状態のエ
ラーはサーミスタと光源との間の熱抵抗により発生する
。このエラーはエージングにより変化することができる
光源の効率によりさらに変化するかも知れない。第２の
型のエラーは熱搬送遅れおよびサーミスタの時定数によ
って発生される遅延応答である。このエラーは装置のパ
ワーアップおよび光源のパワー遷移の間中はとんど一般
に行なわれている。 ［０００９］
、例えばビームスプリッタによって実質上等しい２つの
ビームに分割されるコヒーレント光を供給するレーザダ
イオード半導体光源を含んでいる。ビームスプリッタは
１またはそれ以上の巻数のコイルに巻回された光ファイ
バの長さの端部に結合される。光ビームはコイルの各端
部に開始され、そして回転妨害が存在しないとき、ビー
ムがコイルのまわりで反対方向に等しく伝搬しカリ検出
器で縞パターンを形成するように再び結合する。 ［０００３］ コイルが該コイルに対して垂直な軸線のまわりの回転を
受けるとき、ザブナック効果として知られる非相互妨害
を発生し、それにより対向光ビームがコイルを横切るの
に異なる時間を取り、それによりそれらが検出器に達す
るとき位相差を生じる。ビーム間の位相差は検出器にお
いて縞パターンを移動する。線移動の大きさおよび方向
は、それぞれ、その軸線の回りのコイルに印加される回
転の量および方向に比例する。 ［０００４］ コイル中の２つのビーム間の位相差は、位相変調器、例
えば、ニオブ酸塩リチウム集積光位相変調器を使用する
ことにより現存する位相差に等しくかつ反対の方法にお
いてビーム上にさらに他の非相互移相を付与することに
より補正される（すなわち、無効にされる）ことができ
る。セロダイン閉ループＦＯＧにおいて、位相変調器は
直線状傾斜または階段状傾斜信号によって駆動されて位
相変調器を通過する光の移相を発生し、この移相はザブ
ナック効果によって発生されな移相と等しくかつ反対で
ある。傾斜の大きさが一定に保持され、そしてフライバ
ック時間の存続時間（すなわち、ピークから基準電圧に
変化するために傾斜電圧に関してかかる時間）がほぼゼ
ロであるとき、ジャイロ量情報は以下の関係、Ω＝（Ｓ
Ｆ）＊ （ｆ）によって与えられる。 ［０００５］ ここで、Ωは角度的ジャイロ回転量、ｆは直線状傾斜の
周波数、およびＳＦはスケールファクタである。傾斜周
波数は直接測定されることができ、そしてスケールファ
クタは光源波長に依存する比例係数である。 ［０００６］ 光源波長は光源温度の関数であり、例えばレーザダイオ
ードに関して０．０３％／℃である。この関係のため、
スケールファクタ補正が温度変化に関してなされること
ができるか、または光源（ソース）温度が一定の波長お
よびスケールファクタを維持するために制御されること
ができるように光源の温度を知ることが重要である。 ［０００７］ 幾つかの公知のパッケージ半導体光源は光源温度を測定
するために基板またはパッケージ表面に取り付けられる
サーミスタからなる温度制御ループ、および熱／電気冷
却器のごとき光源パッケージを冷却するための手段から
なる。冷却器は光源を一定の温度に維持するようにし、
それにより温度によって誘起される波長の変化を除去す
る。 ［０００８］ しかしながら、サーミスタは２つの型のエラーを結果と
して生じる光源の温度を直接測定しない。安定状態のエ
ラーはサーミスタと光源との間の熱抵抗により発生する
。このエラーはエージングにより変化することができる
光源の効率によりさらに変化するかも知れない。第２の
型のエラーは熱搬送遅れおよびサーミスタの時定数によ
って発生される遅延応答である。このエラーは装置のパ
ワーアップおよび光源のパワー遷移の間中はとんど一般
に行なわれている。 ［０００９］
多くのＦＯＧ用途において、所望の暖機時間は秒によっ
て与えられることができるが、光源およびサーミスタの
熱的安定時間は実際には分において測定される。この望
ましくない長い暖機時間は他の方法では高い精度のジャ
イロの装置精度に重大に影響を及ぼすかも知れない。 ［００１０１ 本発明の目的は光源温度の変化に迅速に応答する改良さ
れた半導体光源温度測定を提供することにある。 ［００１１３
て与えられることができるが、光源およびサーミスタの
熱的安定時間は実際には分において測定される。この望
ましくない長い暖機時間は他の方法では高い精度のジャ
イロの装置精度に重大に影響を及ぼすかも知れない。 ［００１０１ 本発明の目的は光源温度の変化に迅速に応答する改良さ
れた半導体光源温度測定を提供することにある。 ［００１１３
【課題を解決するための手段］
本発明の第１の態様によれば、温度感知半導体装置が半
導体光源と同一の基板内につくられ、電流が感知装置を
通されそして装置を横切って発生された電圧が信号プロ
セッサによって感知される。さらに本発明によれば、電
圧は感知装置の公知の温度−電圧関係を使用する信号プ
ロセッサによって温度信号に変換される。さらに本発明
によれば、電圧信号は信号プロセッサによって観察され
る前に増幅される。 【０Ｏ１２】 本発明の第２の態様によれば、半導体基板上に作られた
現存の半導体光源はそれを通って電流が流されれそして
光源を横切って結果として生じる電圧が感知されカリ半
導体光源の公知の温度−電圧関係を使用する温度信号に
変換される。 ［００１３］
導体光源と同一の基板内につくられ、電流が感知装置を
通されそして装置を横切って発生された電圧が信号プロ
セッサによって感知される。さらに本発明によれば、電
圧は感知装置の公知の温度−電圧関係を使用する信号プ
ロセッサによって温度信号に変換される。さらに本発明
によれば、電圧信号は信号プロセッサによって観察され
る前に増幅される。 【０Ｏ１２】 本発明の第２の態様によれば、半導体基板上に作られた
現存の半導体光源はそれを通って電流が流されれそして
光源を横切って結果として生じる電圧が感知されカリ半
導体光源の公知の温度−電圧関係を使用する温度信号に
変換される。 ［００１３］
本発明において、電流が感知装置を通って流れ、装置を
横切って発生された電圧が信号プロセッサによって感知
され、そしてこの電圧が信号プロセッサにおいて感知装
置の公知の温度−電圧関係を使用して温度信号に変換さ
れる。 ［００１４］ 本発明の前記および他の目的、特徴および利点は添付図
面に示されるようなその実施例の以下の詳細な説明から
より明らかとなる。 ［００１５］
横切って発生された電圧が信号プロセッサによって感知
され、そしてこの電圧が信号プロセッサにおいて感知装
置の公知の温度−電圧関係を使用して温度信号に変換さ
れる。 ［００１４］ 本発明の前記および他の目的、特徴および利点は添付図
面に示されるようなその実施例の以下の詳細な説明から
より明らかとなる。 ［００１５］
図１を参照して、モノリシック集積回路（ＩＣ）１０は
ガリウムひ素（ＧａＡｓ）ダイオードのごとき温度感知
半導体装置１１、および半導体光源１２、例えばＧａＡ
ｓレーザダイオードからなる。感知ダイオード１１およ
びレーザダイオード１２は後述されるＩＣ用の公知のエ
ピタキ、シャル拡散製造方法を使用してＩＣｌ０の基板
上に作られる。 ［００１６］ 図２を参照して、ＩＣｌ０はまず基板材料１３、例えば
高濃度のｎ型ドナー原子（すなわち、原子は過剰自由電
子を有する）でドーピングされたＧａＡｓの薄い層を設
けることにより形成され、基板層１３の１側がラップ加
工されかつ研磨される。次に、エピタキシャル成長方法
が基板１３上に第２層１４を成長させるのに使用される
。エピタキシャル層１４は異なる型式または不純物原子
の濃度、例えば低濃度のｎ型不純物原子を有する。この
方法の間中、基板１３は高温のガス状環境にさらされ、
基板結晶材料を含んでいるガスは異なる濃度または異な
る型の不純物材料を有する。ガス中の結晶材料は基板の
研磨された側に堆積される。 酸化層１５が次いで構体を高温酸素または蒸気雰囲気に
さらすことによりエビタキシャル層１４上に形成される
。 ［００１７］ 図３を参照して、エツチングおよび拡散方法が酸化層１
５の部分１６が最初に除去されるところに実施される。 次に、絶縁拡散が構体を基板不純物と同一の不純物を含
んでいる雰囲気にさらすことにより行なわれる。この露
出の時間および温度は不純物がエピタキシャル層を貫通
しかつ基板１３にまで達するように制御され、それによ
り異なる回路成分間の電気的絶縁を許容する絶縁領域１
７を形成する。 ［００１８］ 新たな酸化層１５が次いで形成されかつ層の部分１８は
回路成分１９（例えば感知ダイオード１１およびレーザ
ダイオード１２）が構体に形成されることができるよう
に除去される（図４）。回路形成は、所望の回路成分を
形成するためにｎ型ドナー原子またはｐ型アクセプタ原
子（すなわち、原子が過剰自由ホールを有する）のごと
き、種々の拡散原子による上述した絶縁拡散方法を使用
して達成される。この方法は所望の回路成分を形成する
ために要求されるときに繰り返される。 ［００１９］ 酸化層形成および次の絶縁拡散のための除去に加えて、
酸化層の部分が、図５に示されるように、追加のエピタ
キシャル成長層２０の形成のために除去されることがで
きる。 ［００２０］ 拡散およびエピタキシャル成長工程が完了すると、新た
な酸化層１５が形成され、そして層の部分は再び金属の
堆積のために除去されて構体に形成された集積回路成分
とともにオーム接点２１（図６）を形成する。 ［００２１］ 図６を参照して、エピタキシャル拡散製造方法はＧａＡ
ｓダイオード１１およびＧａＡｓダイオード１２を含ん
でいる本発明のＩＣｌ０を製造するのに使用される［０
０２２］ 再び図１を参照して、ＤＣ電源３０は感知ダイオード１
１を順方向にバイアスおよびダイオード１１を通ってア
ースに流れる。電源とダイオード１１との間に接続され
た抵抗器３１の値は接合電流（ｉ、）が感知ダイオード
飽和電流（■８」 ）より大きいように選択される。 ［００２３］ 感知電圧（Ｖ ）は感知ダイオード１１と抵抗器３１
との間の接合（交点）３４において測定される感知ダイ
オードを横切る電圧であり、そして以下の関係Ｖラマン
定数でありそしてｑは電子の電荷である。図７は１０μ
Ａの接合電流を有するＧａＡｓダイオードについての電
圧対温度の関係を示すグラフである。この関係は２５℃
ないし３００℃の温度範囲においてほぼ直線でありそし
て以下の弐Ｔ＝４３４．６５℃−（４４４，４２℃／ボ
ルト）（Ｖ ）（式２）によって与えられる。 ［００２４］ 演算増幅器３６の非逆転端子３５は交点３４に接続され
る。分流抵抗器（Ｒ８）４０が演算増幅器３６の逆転端
子４１とアース３２との間に接続される。帰還抵抗器（
Ｒ，−）４２が逆転端子４１と演算増幅器３６の出力端
子４５との間に接続される。 ［００２５］ 感知電圧（■８）は非逆転端子３５において印加される
。出力端子４５に発生される出力電圧（Ｖ）は以下（７
）関係Ｖ ＝Ｖ （１＋Ｒｆ／Ｒ８）（式３）にお
いて与えられるように感知電圧、分流抵抗および帰還抵
抗の関数である。 ［００２６］ 出力電圧（■ｏ）はライン５０でアナログ／デジタル変
換器５５（ＡＤＣ）に印７Ｊ［ｆ’：ｈ、ル。ＡＤＣ５
５はライン５０上のアナログ電圧信号を対応するデジタ
ル信号に変換する。ＡＤＣ５５の出力は信号ライン５６
でマイクロプロセッサ６０に供給され、該マイクロプロ
セッサ６０はデジタル電圧信号をルックアップテープル
６１を使用して対応する温度信号に変換する。ルックア
ップテーブル６１は対応する温度信号情報を記憶するた
めの複数のメモリ位置からなる。 ［００２７］ 作動の間中、バイアス電流信号がレーザダイオード１２
を付勢するために信号ライン７０で供給される。レーザ
ダイオード１２の温度はそれが作動されるとき変化し、
それによりレーザダイオードによって放出される光の波
長を変化する。 基板１３の温度はレーザダイオード温度の変化に応じて
変化する。また、レーザダイオードおよび感知ダイオー
ドが同一基板上にあるので、それらの間の熱抵抗は減少
される。かくして、感知ダイオードの温度はレーザダイ
オードの温度にぼぼ等しく、−力感知電圧（Ｖ ）は
感知ダイオード温度（Ｔ）の変化に迅速に応答する。 ［００２８］ 前述されたように、感知電圧（ｖ８）は演算増幅器３６
によって増幅され、ＡＤＣ５５によってデジタル信号に
変換されかつ次いでルックアップテーブル６１を使用し
てマイクロプロセッサ６０により温度信号に変換される
。温度信号は感知ダイオード１１の温度を示し、そして
感知ダイオード１１とレーザダイオード１２との間の減
じられた熱抵抗のため、温度信号はレーザダイオード温
度にぼぼ等しい。 ［００２９］ 温度信号は、所望ならば、レーザダイオードを所望の温
度に維持するために温度制御ループにおいて使用される
ことができる。この場合に、温度信号はマイクロフロセ
ッサから適切な制御回路に出力されることができるが、
またはマイクロプロセッサ自体が当該技術に普通に熟練
した者に明らかである適切な方法においてレーザダイオ
ード温度を制御するのに温度信号に応答することができ
る。 ［００３０１ 温度変化に対する感知電圧の迅速な応答は熱的遅延によ
る温度測定エラーが非常に減じられるのでレーザダイオ
ードを使用する器具（例えば、ＦＯＧ）の暖機時間を減
する。加えて、温度信号はさらにレーザダイオードによ
って放出される光の波長を決定するためにレーザダイオ
ード１２の代表的な温度対波長特性に関連して使用され
ることができ、それによりセロダイン閉ループ、光ファ
イン〈ジャイロスコープにおけるスケールファクタ相関
を許容する。 ［００３１］ 上述した好適な実施例の代替例として、演算増幅器３６
の非逆転入力３５は、図８に示されるように、信号ライ
ン７０に直接接続されることができる。この代替実施例
において、ＩＣｌ０上に温度感知ダイオードを製造する
必要はなり）。代わりに、半導体光源１２自体を横切る
電圧が光源１２の温度を示す温度信号を発生するために
演算増幅器３６、ＡＤＣ５５、マイクロプロセッサ６０
およびルックアップテーブル６１によって同様な方法に
おいて使用されることができる。すなわち、光源がライ
ン７０にバイアス電流信号を供給することにより作動さ
れるとき、交点３４での電圧は演算増幅器３６の非逆転
入力３５に直接供給される。 ［００３２］ しかしながら、この代替実施例と好適な実施例との間の
差異は、好適な実施例において、温度感知ダイオード１
１の作動点（バイアス点）が最大測定選択性に関してダ
イオード動作曲線上で選択されることができるというこ
とである。他方において、代替実施例に関しては、半導
体光源の作動点が最大電圧測定選択性を必ずしも発生し
ない。 ［００３３］ 本発明はダイオードによって実行されるように示される
カミ他の温度感知半導体装置が本発明の精神または範囲
から逸脱することなしに基板上に製造されることができ
る。ツェナーダイオード、半導体抵抗器、およびトラン
ジスタのベース−エミッタまたはベース−コレクタ接合
が適切な温度特性を有する半導体装置の例である。また
、理解されるべきことは、半導体光源１２として使用さ
れるＧａＡｓレーザダイオードは例であり、他の光源、
例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ） スーパールミネッ
セントダイオード（ＳＬＤ） または分布帰還（ＤＦ
Ｂ）レーザダイオードが使用されることができるという
ことである。さらに、本発明は演算増幅器とともに使用
されるように示されるカミ他の増幅装置を使用すること
もできる。しかしながら、理解されるべきことは、感知
電圧（■８）がＡ／Ｄ変換器によって感知されるのに十
分であるならば増幅装置は必要とされなり）とり）うこ
とである。 ［００３４］ マイクロプロセッサデジタル信号をルックアップテーブ
ルを使用して温度信号に変換するものとして説明される
。しかしながら、信号変換方法は光源電圧対温度特性の
曲線を定義する関係を使用して計算を実行するサブルー
チンのごとく使用されることができる。加えて、集積回
路１０がエピタキシャル拡散製造方法を使用して製造さ
れるように記載されるが、他の集積回路製造技術、例え
ば、結晶成長技術および合金または融合構造を使用する
こともできる。 ［００３５］ 本発明はその例示として実施例に関連して説示されたが
、当該技術に熟練した者に理解されるべきことは、前期
お處び種々の他の変化、削除および付加が、本発明の精
神および範囲を逸脱することなしになされることができ
るということである。 ［００３６］
ガリウムひ素（ＧａＡｓ）ダイオードのごとき温度感知
半導体装置１１、および半導体光源１２、例えばＧａＡ
ｓレーザダイオードからなる。感知ダイオード１１およ
びレーザダイオード１２は後述されるＩＣ用の公知のエ
ピタキ、シャル拡散製造方法を使用してＩＣｌ０の基板
上に作られる。 ［００１６］ 図２を参照して、ＩＣｌ０はまず基板材料１３、例えば
高濃度のｎ型ドナー原子（すなわち、原子は過剰自由電
子を有する）でドーピングされたＧａＡｓの薄い層を設
けることにより形成され、基板層１３の１側がラップ加
工されかつ研磨される。次に、エピタキシャル成長方法
が基板１３上に第２層１４を成長させるのに使用される
。エピタキシャル層１４は異なる型式または不純物原子
の濃度、例えば低濃度のｎ型不純物原子を有する。この
方法の間中、基板１３は高温のガス状環境にさらされ、
基板結晶材料を含んでいるガスは異なる濃度または異な
る型の不純物材料を有する。ガス中の結晶材料は基板の
研磨された側に堆積される。 酸化層１５が次いで構体を高温酸素または蒸気雰囲気に
さらすことによりエビタキシャル層１４上に形成される
。 ［００１７］ 図３を参照して、エツチングおよび拡散方法が酸化層１
５の部分１６が最初に除去されるところに実施される。 次に、絶縁拡散が構体を基板不純物と同一の不純物を含
んでいる雰囲気にさらすことにより行なわれる。この露
出の時間および温度は不純物がエピタキシャル層を貫通
しかつ基板１３にまで達するように制御され、それによ
り異なる回路成分間の電気的絶縁を許容する絶縁領域１
７を形成する。 ［００１８］ 新たな酸化層１５が次いで形成されかつ層の部分１８は
回路成分１９（例えば感知ダイオード１１およびレーザ
ダイオード１２）が構体に形成されることができるよう
に除去される（図４）。回路形成は、所望の回路成分を
形成するためにｎ型ドナー原子またはｐ型アクセプタ原
子（すなわち、原子が過剰自由ホールを有する）のごと
き、種々の拡散原子による上述した絶縁拡散方法を使用
して達成される。この方法は所望の回路成分を形成する
ために要求されるときに繰り返される。 ［００１９］ 酸化層形成および次の絶縁拡散のための除去に加えて、
酸化層の部分が、図５に示されるように、追加のエピタ
キシャル成長層２０の形成のために除去されることがで
きる。 ［００２０］ 拡散およびエピタキシャル成長工程が完了すると、新た
な酸化層１５が形成され、そして層の部分は再び金属の
堆積のために除去されて構体に形成された集積回路成分
とともにオーム接点２１（図６）を形成する。 ［００２１］ 図６を参照して、エピタキシャル拡散製造方法はＧａＡ
ｓダイオード１１およびＧａＡｓダイオード１２を含ん
でいる本発明のＩＣｌ０を製造するのに使用される［０
０２２］ 再び図１を参照して、ＤＣ電源３０は感知ダイオード１
１を順方向にバイアスおよびダイオード１１を通ってア
ースに流れる。電源とダイオード１１との間に接続され
た抵抗器３１の値は接合電流（ｉ、）が感知ダイオード
飽和電流（■８」 ）より大きいように選択される。 ［００２３］ 感知電圧（Ｖ ）は感知ダイオード１１と抵抗器３１
との間の接合（交点）３４において測定される感知ダイ
オードを横切る電圧であり、そして以下の関係Ｖラマン
定数でありそしてｑは電子の電荷である。図７は１０μ
Ａの接合電流を有するＧａＡｓダイオードについての電
圧対温度の関係を示すグラフである。この関係は２５℃
ないし３００℃の温度範囲においてほぼ直線でありそし
て以下の弐Ｔ＝４３４．６５℃−（４４４，４２℃／ボ
ルト）（Ｖ ）（式２）によって与えられる。 ［００２４］ 演算増幅器３６の非逆転端子３５は交点３４に接続され
る。分流抵抗器（Ｒ８）４０が演算増幅器３６の逆転端
子４１とアース３２との間に接続される。帰還抵抗器（
Ｒ，−）４２が逆転端子４１と演算増幅器３６の出力端
子４５との間に接続される。 ［００２５］ 感知電圧（■８）は非逆転端子３５において印加される
。出力端子４５に発生される出力電圧（Ｖ）は以下（７
）関係Ｖ ＝Ｖ （１＋Ｒｆ／Ｒ８）（式３）にお
いて与えられるように感知電圧、分流抵抗および帰還抵
抗の関数である。 ［００２６］ 出力電圧（■ｏ）はライン５０でアナログ／デジタル変
換器５５（ＡＤＣ）に印７Ｊ［ｆ’：ｈ、ル。ＡＤＣ５
５はライン５０上のアナログ電圧信号を対応するデジタ
ル信号に変換する。ＡＤＣ５５の出力は信号ライン５６
でマイクロプロセッサ６０に供給され、該マイクロプロ
セッサ６０はデジタル電圧信号をルックアップテープル
６１を使用して対応する温度信号に変換する。ルックア
ップテーブル６１は対応する温度信号情報を記憶するた
めの複数のメモリ位置からなる。 ［００２７］ 作動の間中、バイアス電流信号がレーザダイオード１２
を付勢するために信号ライン７０で供給される。レーザ
ダイオード１２の温度はそれが作動されるとき変化し、
それによりレーザダイオードによって放出される光の波
長を変化する。 基板１３の温度はレーザダイオード温度の変化に応じて
変化する。また、レーザダイオードおよび感知ダイオー
ドが同一基板上にあるので、それらの間の熱抵抗は減少
される。かくして、感知ダイオードの温度はレーザダイ
オードの温度にぼぼ等しく、−力感知電圧（Ｖ ）は
感知ダイオード温度（Ｔ）の変化に迅速に応答する。 ［００２８］ 前述されたように、感知電圧（ｖ８）は演算増幅器３６
によって増幅され、ＡＤＣ５５によってデジタル信号に
変換されかつ次いでルックアップテーブル６１を使用し
てマイクロプロセッサ６０により温度信号に変換される
。温度信号は感知ダイオード１１の温度を示し、そして
感知ダイオード１１とレーザダイオード１２との間の減
じられた熱抵抗のため、温度信号はレーザダイオード温
度にぼぼ等しい。 ［００２９］ 温度信号は、所望ならば、レーザダイオードを所望の温
度に維持するために温度制御ループにおいて使用される
ことができる。この場合に、温度信号はマイクロフロセ
ッサから適切な制御回路に出力されることができるが、
またはマイクロプロセッサ自体が当該技術に普通に熟練
した者に明らかである適切な方法においてレーザダイオ
ード温度を制御するのに温度信号に応答することができ
る。 ［００３０１ 温度変化に対する感知電圧の迅速な応答は熱的遅延によ
る温度測定エラーが非常に減じられるのでレーザダイオ
ードを使用する器具（例えば、ＦＯＧ）の暖機時間を減
する。加えて、温度信号はさらにレーザダイオードによ
って放出される光の波長を決定するためにレーザダイオ
ード１２の代表的な温度対波長特性に関連して使用され
ることができ、それによりセロダイン閉ループ、光ファ
イン〈ジャイロスコープにおけるスケールファクタ相関
を許容する。 ［００３１］ 上述した好適な実施例の代替例として、演算増幅器３６
の非逆転入力３５は、図８に示されるように、信号ライ
ン７０に直接接続されることができる。この代替実施例
において、ＩＣｌ０上に温度感知ダイオードを製造する
必要はなり）。代わりに、半導体光源１２自体を横切る
電圧が光源１２の温度を示す温度信号を発生するために
演算増幅器３６、ＡＤＣ５５、マイクロプロセッサ６０
およびルックアップテーブル６１によって同様な方法に
おいて使用されることができる。すなわち、光源がライ
ン７０にバイアス電流信号を供給することにより作動さ
れるとき、交点３４での電圧は演算増幅器３６の非逆転
入力３５に直接供給される。 ［００３２］ しかしながら、この代替実施例と好適な実施例との間の
差異は、好適な実施例において、温度感知ダイオード１
１の作動点（バイアス点）が最大測定選択性に関してダ
イオード動作曲線上で選択されることができるというこ
とである。他方において、代替実施例に関しては、半導
体光源の作動点が最大電圧測定選択性を必ずしも発生し
ない。 ［００３３］ 本発明はダイオードによって実行されるように示される
カミ他の温度感知半導体装置が本発明の精神または範囲
から逸脱することなしに基板上に製造されることができ
る。ツェナーダイオード、半導体抵抗器、およびトラン
ジスタのベース−エミッタまたはベース−コレクタ接合
が適切な温度特性を有する半導体装置の例である。また
、理解されるべきことは、半導体光源１２として使用さ
れるＧａＡｓレーザダイオードは例であり、他の光源、
例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ） スーパールミネッ
セントダイオード（ＳＬＤ） または分布帰還（ＤＦ
Ｂ）レーザダイオードが使用されることができるという
ことである。さらに、本発明は演算増幅器とともに使用
されるように示されるカミ他の増幅装置を使用すること
もできる。しかしながら、理解されるべきことは、感知
電圧（■８）がＡ／Ｄ変換器によって感知されるのに十
分であるならば増幅装置は必要とされなり）とり）うこ
とである。 ［００３４］ マイクロプロセッサデジタル信号をルックアップテーブ
ルを使用して温度信号に変換するものとして説明される
。しかしながら、信号変換方法は光源電圧対温度特性の
曲線を定義する関係を使用して計算を実行するサブルー
チンのごとく使用されることができる。加えて、集積回
路１０がエピタキシャル拡散製造方法を使用して製造さ
れるように記載されるが、他の集積回路製造技術、例え
ば、結晶成長技術および合金または融合構造を使用する
こともできる。 ［００３５］ 本発明はその例示として実施例に関連して説示されたが
、当該技術に熟練した者に理解されるべきことは、前期
お處び種々の他の変化、削除および付加が、本発明の精
神および範囲を逸脱することなしになされることができ
るということである。 ［００３６］
以上のように本発明によれば、半導体基板と、該半導体
基板に形成された半導体光源と、そして該半導体光源に
近接して前記半導体基板に形成され、それを横切る電圧
を示す電気信号を供給するための温度感知手段とからな
り、前記電気信号が前記半導体基板の温度の関数として
変化し、それにより前記半導体基板の温度は前記光源が
作動されるとき変化するようにしたので、熱的抵抗が同
一基板に製造された光源と温度感知半導体装置との間で
非常に減少されるため、サーミスタのごとき従来の半導
体光源温度測定に勝ることができる。それゆえ、熱的抵
抗による安定状態のエラーおよび搬送遅延が非常に減少
される。また、より正確な温度情報が所望温度に光源を
より良好に維持するために温度制御ループに供給される
ことができる。加えて、ジャイロの所定の暖機時間は光
源温度の変化に対する迅速な応答時間のため減少される
。 ［００３７］ さらに、本発明によれば、より正確な光源温度測定が光
源によって放出される光の波長を正確に決定するために
光源の波長対温度特性とともに使用されることができ、
その場合に波長決定は光源、例えばセロダイン閉ルーフ
、光フアイバジャイロスコープを使用する装置の波長選
択性を除去するのに使用されることができる。
基板に形成された半導体光源と、そして該半導体光源に
近接して前記半導体基板に形成され、それを横切る電圧
を示す電気信号を供給するための温度感知手段とからな
り、前記電気信号が前記半導体基板の温度の関数として
変化し、それにより前記半導体基板の温度は前記光源が
作動されるとき変化するようにしたので、熱的抵抗が同
一基板に製造された光源と温度感知半導体装置との間で
非常に減少されるため、サーミスタのごとき従来の半導
体光源温度測定に勝ることができる。それゆえ、熱的抵
抗による安定状態のエラーおよび搬送遅延が非常に減少
される。また、より正確な温度情報が所望温度に光源を
より良好に維持するために温度制御ループに供給される
ことができる。加えて、ジャイロの所定の暖機時間は光
源温度の変化に対する迅速な応答時間のため減少される
。 ［００３７］ さらに、本発明によれば、より正確な光源温度測定が光
源によって放出される光の波長を正確に決定するために
光源の波長対温度特性とともに使用されることができ、
その場合に波長決定は光源、例えばセロダイン閉ルーフ
、光フアイバジャイロスコープを使用する装置の波長選
択性を除去するのに使用されることができる。
【図１】
本発明の半導体温度感知装置の温度感知回路を示す概略
図。
図。
【図２】
エピタキシャル拡散製造方法による集積回路の工程を示
す概略図。
す概略図。
【図３】
エピタキシャル拡散製造方法による集積回路の工程を示
す概略図。
す概略図。
【図４】
エピタキシャル拡散製造方法による集積回路の工程を示
す概略図。
す概略図。
【図５】
エピタキシャル拡散製造方法による集積回路の工程を示
す概略図。
す概略図。
【図６】
図１の半導体温度感知装置を含む集積回路を示す概略図
。
。
【図７】
図１の温度感知装置の温度対電圧特性をグラフで示す説
明図。
明図。
【図８】
本発明の他の実施例の半導体光源および温度感知回路を
示す概略図。
示す概略図。
１０ 集積回路
１１ 温度感知半導体装置
１２ 半導体光源
１３ 半導体基板
３６ 増幅器
６０ マイクロプロセッサ
【図１】
図面
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
Claims (12)
- 【請求項１】半導体基板と、該半導体基板に形成された
半導体光源と、そして該半導体光源に近接して前記半導
体基板に形成され、それを横切る電圧を示す電気信号を
供給するための温度感知手段とからなり、前記電気信号
が前記半導体基板の温度の関数として変化し、それによ
り前記半導体基板の温度は前記光源が作動されるとき変
化することを特徴とする半導体光源の温度測定装置。 - 【請求項２】さらに、前記電気信号に応答して、前記半
導体光源の温度を示す温度信号を供給するための信号処
理手段からなることを特徴とする請求項１に記載の半導
体光源の温度測定装置。 - 【請求項３】前記信号処理手段が前記電気信号に応答し
てデジタル信号を供給し、そして前記デジタル信号に応
答して前記温度信号を供給するための手段からなること
を特徴とする請求項２に記載の半導体光源の温度測定装
置。 - 【請求項４】前記信号処理手段が、前記温度信号に応答
して、前記半導体光源の波長を示す波長信号を供給する
ための手段からなることを特徴とする請求項２に記載の
半導体光源の温度測定装置。 - 【請求項５】さらに、前記電気信号を増幅するための増
幅手段からなることを特徴とする請求項１に記載の半導
体光源の温度測定装置。 - 【請求項６】前記温度感知手段がダイオードであること
を特徴とする請求項１に記載の半導体光源の温度測定装
置。 - 【請求項７】前記温度感知手段はツェナーダイオードで
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体光源の温
度測定装置。 - 【請求項８】前記温度感知手段がトランジスタベース−
エミッタ接合であることを特徴とする請求項１に記載の
半導体光源の温度測定装置。 - 【請求項９】前記温度感知手段がトランジスタベース−
コレクタ接合であることを特徴とする請求項１に記載の
半導体光源の温度測定装置。 - 【請求項１０】前記温度感知手段が半導体抵抗器である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光源の温度測
定装置。 - 【請求項１１】半導体基板材料に形成された半導体光源
の温度を測定するための半導体光源の温度測定方法にお
いて、温度感知装置を光源に近接して半導体基板材料に
形成し、電流を前記温度感知装置を通して注入し、 前記温度感知装置を横切る電圧を測定し、そして光源の
温度を前記温度感知装置を横切る前記測定電圧の関数と
して測定する工程からなり、それにより前記光源の温度
が該光源に近接して形成されている前記温度感知装置に
よる該温度感知装置の温度にぼぼ等しいことを特徴とす
る半導体光源の温度測定装置。 - 【請求項１２】半導体基板材料に近接して形成された半
導体光源の温度を測定するための半導体光源の温度測定
方法において、電流を前記光源を通して注入し、 次に、前記光源を横切る電圧を測定し、そして次に前記
光源を横切る前記測定された電圧の関数として前記光源
の温度を測定する工程からなることを特徴とする半導体
光源の温度測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/453,538 US5024535A (en) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | Semiconductor light source temperature measurement |
| US453538 | 1989-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04112590A true JPH04112590A (ja) | 1992-04-14 |
| JP3240475B2 JP3240475B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=23800951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41246290A Expired - Fee Related JP3240475B2 (ja) | 1989-12-20 | 1990-12-20 | 光ファイバ・ジャイロスコープにおける光源用装置および半導体光源の温度測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5024535A (ja) |
| JP (1) | JP3240475B2 (ja) |
| FR (1) | FR2656093B1 (ja) |
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