JPH07321392A - レーザダイオードの自動温度制御回路及びこれを用いた電気／光信号変換ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷却／加熱の切替え時に温度制御が不安定にな
るという問題を解決するレーザダイオードの自動温度制
御回路を提供する。 【構成】加熱または冷却によりレーザダイオードの温度
を変えるペルチェ素子（４）と、レーザダイオードの温
度を検出し、対応する検出電圧を出力する温度検出部
（１）と、その出力電圧を所定値（２１）と比較し、誤
差電圧を出力する誤差増幅部（２）と、誤差増幅部から
の誤差電圧に対応してペルチェ素子に流れる駆動電流の
方向を制御するペルチェ電流駆動部（３）と、ペルチェ
素子に流れる駆動電流に対応する電圧を誤差増幅部の入
力側に帰還し、温度検出部の出力電圧に加算する回路を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザダイオードの自
動温度制御回路及びこれを用いた電気／光信号変換ユニ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信の高速化、広帯域化の為に光
通信が不可欠となっている。かかる光通信は、一般にレ
ーザダイオードの発光を電気信号で変調し、この変調さ
れた光信号を光伝送路を通して送り通信を行うものであ
る。

【０００３】レーザダイオードの発光は、かかる光通信
以外にも利用されるが、レーザダイオードの発光パワー
が特に温度に対し、安定であることが共通的に望まれ
る。

【０００４】ここでレーザダイオードは、これに流れる
電流が閾値電流（Ｉth）を超える時に発光する特性を有
する。更に、パルス電気信号を閾値電流（Ｉth）に重畳
して得られる駆動電流を与え、パルス電気信号により変
調された光出力が得られる。

【０００５】ここで、閾値電流（Ｉth）は、レーザダイ
オードが半導体素子であることから、温度により変化す
る特性を有する。また、レーザダイオードの個々の特性
にも一般的にバラツキがある。これにより同じ駆動電流
に対し、発光パワーが異なるものとなる。

【０００６】かかる特性を図により示すと、図７の如く
である。即ち、図７において、横軸に駆動電流、縦軸に
発光パワーが示される。I の特性は、閾値電流がＩthで
あり、このためにバイアス電流ＩB を供給するととも
に、発光パワーＰを得るためにＩp の信号電流が重畳さ
れる。

【０００７】更に、温度が上昇すると、IIの特性に変化
する。この時の閾値電流はＩth' となり、このためにバ
イアス電流ＩB'が供給され、更に同じ発光パワーＰを得
るための信号電流はＩp'となる。

【０００８】したがって 従来より、レーザからの発光
パワーを検出し、これが一定となるように、バイアス電
流及び信号電流を制御する自動発光パワー制御回路（Ａ
ＰＣ）が備えられている。

【０００９】かかる自動発光パワー制御回路（ＡＰＣ）
においては、一定の光パワーを得る閾値電流Ｉthと信号
電流Ｉp との関係を図８に示すような直線特性として考
え、この関係からバイアス電流及び信号電流の制御係数
を定めていた。

【００１０】しかし、先に述べたようにレーザダイオー
ドの個々の特性のバラツキにより、温度が所定温度以上
になると、例えば、閾値電流がＩth' となる温度におい
て、その特性が、図７のIII に示すような特性となる場
合がある。かかる場合、特性IIと同じ信号電流Ｉp'で
は、発光パワーはＰとならずにＰ’となる。

【００１１】このため一定の光パワーを得る閾値電流Ｉ
thと信号電流Ｉp との関係を図８に示すような直線関係
に基づくのみでは、十分ではない。このために従来より
レーザダイオードの温度を所定の範囲に制御する自動温
度制御回路（ＡＴＣ）を備えることが必要であった。

【００１２】図９は、かかる目的のために用意された従
来の自動温度制御回路（ＡＴＣ）の構成図である。図に
おいて、１は、温度検出部であり、図示されていないレ
ーザダイオードの温度に対応するインピーダンスを示す
サーミスタ１０、サーミスタ１０と直列に接続された可
変抵抗１１及び非反転増幅器１２を有する。

【００１３】したがって、レーザダイオードの温度に対
応してサーミスタ１０のインピーダンスが変わる、即
ち、温度が上昇するとサーミスタ１０のインピーダンス
が小さくなり、非反転増幅器１２の入力電圧が上昇す
る。２は、誤差増幅部であり、入力抵抗Ｒ1 と帰還抵抗
Ｒf が接続された演算増幅器２０を有する。演算増幅器
２０の一の入力端には、基準電圧ＶREF が接続され、他
の入力端に入力抵抗Ｒ1 を通して温度検出部１の検出出
力が入力される。

【００１４】したがって、演算増幅器２０からは、基準
電圧ＶREF と温度検出部１の検出出力との差電圧が出力
される。

【００１５】７は、電流調整部であり、一対の可変抵抗
７１、７２を有し、誤差増幅部２の演算増幅器２０から
の電圧を電流に変換し、その電流の大きさをバランスさ
せるように抵抗値に可変調整される。

【００１６】３は、トランジスタ３０、３２及び３１、
３３からなるＢ級プッシュプルパワー増幅回路で構成さ
れるペルチェ素子駆動部である。

【００１７】即ち、共通にエミッタが接続され、コレク
タ抵抗Ｒ7 に接続されるパワートランジスタ３２とコレ
クタ抵抗Ｒ8 に接続されるパワートランジスタ３３のそ
れぞれのベースに前段トランジスタ３０のエミッタ及び
前段トランジスタ３１のコレクタが接続されている。

【００１８】したがって、今、レーザダイオードの温度
が上昇すると、非反転増幅器１２の出力電圧は、大きく
なる。このため誤差増幅部２の演算増幅器２０からの出
力が、負方向に大きくなり、ペルチェ駆動部３のトラン
ジスタ３０がオフ、パワートランジスタ３２がオフとな
り、これに対応してトランジスタ３１がオン、パワート
ランジスタ３３がオン状態となる。

【００１９】このためＸ方向の冷却電流がペルチェ素子
４に流れ、レーザダイオードの温度を下げることにな
る。反対に、レーザダイオードの温度が低下すると、ト
ランジスタ３２がオンとなり、Ｙ方向の加熱電流がペル
チェ素子４に流れる。このようにして、ペルチェ素子４
に流れる電流が制御され、レーザダイオードの温度が一
定に保たれるように制御される。

【００２０】上記に説明した従来の温度制御について更
に考察すると、図９に示すようにプッシュプル出力段の
片側が、二段のトランジスタ３０及び３２、３１及び３
３で構成されている。

【００２１】今、出力段トランジスタ３１及び３３の組
が導通状態から、温度の上昇又は下降により非導通に転
じる場合を考える。出力段トランジスタ３０及び３２が
導通状態となるためには、トランジスタ３０のベースエ
ミッタ間電圧ＶBE0 とトランジスタ３２のベースエミッ
タ間電圧ＶBE2 の和（ＶBE0 ＋ＶBE2 ）以上の電位差が
トランジスタ３０のベースとトランジスタ３２のエミッ
タ間に生ずることが必要である。

【００２２】したがって、図３に示す従来の温度制御回
路の温度制御特性ａの通り、出力段の一方の組トランジ
スタ３１及び３３と他方の組トランジスタ３０及び３１
との間で導通、非導通が切り替わる際に不感帯が生じ
る。

【００２３】図３においては、横軸は、レーザダイオー
ド収容するモジュールの周囲温度であり、縦軸は、レー
ザダイオードの温度を示している。従来例の回路の温度
制御特性ａは、モジュールの周囲温度が２５°Ｃ以上で
レーザダイオードの温度が２５°Ｃになるように制御を
している様子を示している。

【００２４】したがって、不感帯が存在するために、モ
ジュールの周囲温度が２５°Ｃ以下では、レーザダイオ
ードの温度は２５°Ｃ以下となっている。

【００２５】一方、温度制御回路の制御は、例えば設定
温度が４０°Ｃで、この時周囲温度が８０°Ｃの場合、
８０°Ｃを４０°Ｃに制御する為にはペルチェ素子に何
Ａの電流を流せばよいかという考えかたではない。即
ち、一瞬の内にその設定温度に移行制御するために大電
流を流して、冷却、または加熱を行い、設定温度付近に
近づけ安定させる制御を行うものである。

【００２６】このために、電源投入時に周囲温度と設定
温度とのズレがあると、設定温度に制御するためにペル
チェ素子に大電流が流れ破壊する恐れがあった。図９に
示す従来例の回路では、かかる大電流を制限するために
演算増幅器２０の出力を飽和させ、且つ電流調整部７の
可変抵抗７１、７２を可変調整することを行っていた。

【００２７】したがって、次段のトランジスタ３０、３
１の増幅率、ＶBE、演算増幅器２０の出力が個別にバラ
ツクために、個々に調整を行う必要があり、試験工数が
大となる問題を有していた。更にトランジスタのベース
・エミッタ間電圧ＶBEが温度により変動する為にペルチ
ェ素子に流れる電流の制限値が変動するという問題も生
じていた。

【００２８】一方、図９の従来例の回路においては、試
験等を行う際に試験治具に回路モジュールを乗せてお
り、試験者により別々に±電源を投入する恐れがあり、
このために片電源投入の可能性が生じる。

【００２９】図９に示す従来例の回路では、例えば加熱
方向に制御を行う必要がある時に−５．２Ｖのみ投入す
ると、誤差増幅部２の出力が約−４Ｖの電位となる。そ
してペルチェ駆動部３の前段のトランジスタ３０、３１
のベースがロー（Ｌｏｗ）となり、トランジスタ３１が
導通状態となり、Ｘ方向の冷却電流が流れることにな
る。したがって、制御すべき方向と反対方向に電流が流
れてしまうという問題が存在していた。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記の冷却／加熱の切替え時に不感帯が存在
し、この不感帯内で温度制御が不安定になるという問題
を解決するレーザダイオードの自動温度制御回路を提供
することにある。

【００３１】更に、本発明の目的は、ペルチェ駆動電流
のリミッタ調整が必要であり、リミッタ値が温度によっ
て変動するという問題を解決するレーザダイオードの自
動温度制御回路を提供することにある。

【００３２】また、本発明の目的は、片電源投入時にペ
ルチェ素子の温度制御の方向と逆の方向に電流が流れる
恐れを解決するレーザダイオードの自動温度制御回路を
提供することにある。

【００３３】更に、本発明の目的は、上記の冷却／加熱
の切替え時に不感帯が存在し、この不感帯内で温度制御
が不安定になるという問題を解決するレーザダイオード
の自動温度制御回路を用いた電気／光信号変換ユニット
を提供することにある。

【００３４】更にまた、本発明の目的は、ペルチェ駆動
電流のリミッタ調整が必要であり、リミッタ値が温度に
よって変動するという問題を解決するレーザダイオード
の自動温度制御回路を用いた電気／光信号変換ユニット
を提供することにある。

【００３５】また本発明の目的は、片電源投入時にペル
チェ素子の温度制御の方向と逆の方向に電流が流れる恐
れを解決するレーザダイオードの自動温度制御回路を用
いた電気／光信号変換ユニットを提供することにある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明に従うレーザダイ
オードの自動温度制御回路は、基本的構成として加熱ま
たは冷却によりレーザダイオードの温度を変えるペルチ
ェ素子と、レーザダイオードの温度を検出し、対応する
電圧を出力する温度検出部と、温度検出部の出力電圧を
所定値と比較し、誤差電圧を出力する誤差増幅部と、誤
差増幅部からの誤差電圧に対応し、ペルチェ素子に流れ
る駆動電流の方向を制御するペルチェ電流駆動部と、ペ
ルチェ素子に流れる該駆動電流に対応する電圧を誤差増
幅部の入力側に帰還し、温度検出部の出力電圧に加算す
る回路を有する。

【００３７】更に、本発明に従うレーザダイオードの自
動温度制御回路を用いた電気／光信号変換ユニットは、
基本的構成としてレーザダイオード及びフォトダイオー
ドを含むレーザダイオードユニットを有し、このフォト
ダイオードにより、レーザダイオードの発光レベルを検
出し、検出される発光レベルに対応して、レーザダイオ
ードのバイアス電流（Ｉth) 及び入力信号レベル（Ｉp)
を制御する自動パワー制御部及び、レーザダイオードユ
ニットに一体に収容され、加熱または冷却によりレーザ
ダイオードの温度を変えるペルチェ素子と、レーザダイ
オードの温度を検出し、対応する電圧を出力する温度検
出部と、この温度検出部の出力電圧を所定値と比較し、
誤差電圧を出力する誤差増幅部と、この誤差増幅部から
の誤差電圧に対応し、ペルチェ素子に流れる駆動電流の
方向を制御するペルチェ電流駆動部と、このペルチェ素
子に流れる駆動電流に対応する電圧を誤差増幅部の入力
側に帰還し、温度検出部の出力電圧に加算する回路を有
する自動温度制御部を有する。

【００３８】

【作用】本発明の基本的構成において、図９に示す従来
の自動温度制御回路に比較して、電流方向の切替え時に
ＶBEを電圧降下を２段分に減少している。更に、ペルチ
ェ駆動部を含めて誤差増幅部の演算増幅器に帰還をかけ
る構成としている。このために演算増幅器のゲインを理
想的に∞と考えると、２×ＶBE／∞≒０となり、温度不
感帯幅を減少させることが出来る。

【００３９】更に、温度不感帯幅を減少させる自動温度
制御回路を用いることにより、電気／光変換ユニット
は、より安定したレーザ発光を得ることが可能である。

【００４０】

【実施例】図１は、本発明に従う自動温度制御回路の一
構成例である。以下実施例の説明において同一または類
似のものには、同一の番号及び記号を付して説明する。

【００４１】図１において、温度検出部１は、図示され
ていないレーザダイオードの温度に対応するインピーダ
ンスを示すサーミスタ１０、このサーミスタ１０と直列
に接続された可変抵抗１１及び非反転増幅器１２を有す
る。更に電源として、安定化電源から供給される電圧−
４．０Ｖが供給されている。

【００４２】したがって、レーザダイオードの温度に対
応してサーミスタ１０のインピーダンスが変わる、即
ち、温度が上昇するとサーミスタ１０のインピーダンス
が小さくなり、非反転増幅器１２の入力電圧が上昇す
る。

【００４３】２は、誤差増幅部であり、入力抵抗Ｒ1 と
帰還容量Ｃf 及び出力抵抗Ｒ3 が接続された演算増幅器
２０を有する。演算増幅器２０の一の入力端には、基準
電圧( ＶREF)２１が接続され、他の入力端に入力抵抗Ｒ
1 を通して温度検出部１の検出出力が入力される。

【００４４】したがって、演算増幅器２０からは、基準
電圧ＶREF と温度検出部１の検出出力との差電圧が出力
される。更に、演算増幅器２０の他の入力端には、後に
説明する電流モニタ部５で検出される電圧が帰還抵抗Ｒ
2 を通して帰還される。

【００４５】３は、トランジスタ３０、３２及び３１、
３３からなるＢ級プッシュプルパワー増幅回路で構成さ
れるペルチェ素子駆動部である。

【００４６】互いに反対極性のトランジスタ３０、３１
は、直列に接続されるとともに、そのベースが共通に演
算増幅器２０の出力に接続されている。更に、トランジ
スタ３０、３１の直列接続点が、電源間に直列接続され
るツェナーダイオード３４、３５の接続点に接続されて
いる。

【００４７】更にトランジスタ３０のコレクタは、パワ
ートランジスタ３２のベースに、トランジスタ３１のコ
レクタは、パワートランジスタ３３のベースに接続され
ている。パワートランジスタ３２、３３は、互いに反対
極性であり、直列接続されて電源間に挿入されている。

【００４８】パワートランジスタ３２、３３の直列接続
点は、ペルチェ素子４の入力端に接続されている。ペル
チェ素子４の出力端は、電流モニタ部５の抵抗Ｒ6 に接
続されている。

【００４９】かかる回路において、例えばレーザダイオ
ードの温度が上昇すると、誤差増幅部３の出力は、負電
位方向に大きくなり、トランジスタ３１が導通、したが
ってパワートランジスタ３３も導通状態となり、ペルチ
ェ素子４にＸ方向の冷却電流が流れ、レーザダイオード
の温度が下げられる。

【００５０】本発明においては、更にペルチェ素子４に
流れる電流に比例して電流モニタ部５の抵抗Ｒ6 に生じ
る電位が、誤差増幅部２の演算増幅器２０の入力側に帰
還されている。この構成により、先に図３に基づき説明
した不感帯が減少出来る。この効果を次に図１の動作を
説明する等価回路である図２を参照しながら更に説明す
る。

【００５１】図２において、今抵抗Ｒ2 を流れる電流を
Ｉ0 とすると、次の関係式（１）、（２）が導かれる。 （Ｖth−Ｖr)／Ｒ1 ＝（Ｖc −Ｖr)／Ｒ2 ＝Ｉ0 ・・・（１） Ｖa ＝（Ｖr'−Ｖr ）Ａ ・・・（２） ここで、Ｖr'＝Ｒ12・（-5.2Ｖ）／（Ｒ11＋Ｒ12） Ｖth＝Ｒth・（-5.2Ｖ）／（Ｒ10＋Ｒth）

【００５２】したがって、温度が下がった時は加熱する
電流が流れ、次の関係が成立する。 （Ｖa −Ｖb)・ｈ1 ｈ2 ／Ｒ3 ＝Ｉtec ・・・（３） Ｖb ＝Ｖbe1 ・・・（４） Ｖc ／Ｒ7 ＝Ｉtec −Ｉ0 ・・・（５） ここで、ｈ1 、ｈ2 はそれぞれトランジスタ３０、３２
の電流増幅率である。

【００５３】圧縮誤差をΔＶH ＝Ｖr'−Ｖr とすると、
（２）〜（５）より、 ΔＶH ＝Ｖr'−Ｖr ＝Ｖａ／Ａ ＝（Ｒ3 ・Ｉtec ／ｈ1 ｈ2 ＋Ｖbe1 ）／Ａ ・・・（６）

【００５４】一方、温度が上がった時は、冷却電流が流
れ、次の関係が成立する。 （Ｖa −Ｖb)・ｈ3 ｈ4 ／Ｒ3 ＝Ｉtec ・・・（７） Ｖb ＝−Ｖbe3 ・・・（８） ここで、ｈ3 、ｈ4 はそれぞれトランジスタ３１、３３
の電流増幅率である。

【００５５】更に、上記と同様に圧縮誤差をΔＶC ＝Ｖ
r'−Ｖr とすると、（２）、（７）、（８）より ΔＶC ＝Ｖr'−Ｖr ＝Ｖａ／Ａ ＝（Ｒ3 ・Ｉtec ／ｈ3 ｈ4 −Ｖbe3 ）／Ａ ・・・（９）

【００５６】圧縮誤差の温度変化は、それぞれ dΔＶH/dt＝Ｒ3 Ａ／ｈ1 ｈ2 dＩtec/dt ・・・（１０） dΔＶC/dt＝Ｒ3 Ａ／ｈ3 ｈ4 dＩtec/dt ・・・（１１） となり、温度制御不感帯は、（６）、（９）において、
Ｉtec ＝０とすると、 ΔＶH ＝Ｖbe1 ／Ａ、 ΔＶC ＝−Ｖbe3 ／Ａ ・・・（１２） となる。

【００５７】ここで、演算増幅器２０の増幅率を∞と考
えると、ΔＶH ＝ΔＶC ＝０となり、温度制御不感帯
は、無視できる。この関係は、更に従来例の回路の特性
と比較して図３に示される。

【００５８】図３は、先に説明したように横軸にレーザ
ダイオードの周囲温度Ｔａ即ち、サーミスタ１０により
検出される温度であり、縦軸は、サーミスタ１０により
検出される温度に基づき制御されるレーザダイオードチ
ップの温度ＴLDである。

【００５９】図３において、従来例の回路の温度制御特
性ａでは、不感帯が生じているが、本発明の自動温度制
御（ＡＴＣ）回路においては、特性ｂに示すように不感
帯は、生じておらず、レーザダイオードの目標制御温度
２５°Ｃ近傍でレーザダイオードの周囲温度Ｔａとレー
ザダイオードチップの温度ＴLDとの略直線的な関係が得
られている。

【００６０】図４は、本発明の第二の実施例であり、特
にペルチェ素子４に流れる電流を制限するための構成で
ある。図において、先に従来の技術に関し、説明したよ
うに電源投入時に周囲温度と設定温度とのズレがある
と、設定温度に制御するためにペルチェ素子に大電流が
流れ破壊する恐れがあった。これを解決するための従来
例の回路における方策では、調整と試験工数が大であっ
た。

【００６１】図４の回路は、かかる従来の問題を解決す
るものであり、図１の実施例に対し付加される部分を明
らかにすべく、図１の実施例の誤差増幅部２の一部とペ
ルチェ駆動部３を抜き出して示している。

【００６２】即ち、図４において回路ブロック６が本発
明の第二の実施例として付加された電流調整部である。
この電流調整部６は、二つの演算増幅器６１、６２を有
し、それらの負入力端子が共通にペルチェ素子４の出力
側に接続され、電流モニタ部５の抵抗Ｒ6 の電位Ｖe が
供給される。

【００６３】更に、一方の演算増幅器６１の正入力端子
には、負の基準電圧ＶREF が、他方の演算増幅器６2 の
正入力端子には、正の基準電圧−ＶREF が供給接続され
ている。

【００６４】更に、直列に接続されたダイオード６３、
６４が二つの演算増幅器６１、６２の出力端子間に備え
られる。直列に接続されたダイオード６３、６４の直列
接続点は、誤差増幅部２の出力抵抗Ｒ3 とトランジスタ
３０、３１の共通ベースに接続されている。

【００６５】このような構成により温度が上昇した場
合、Ｖth（図２参照）が上がり、Ｖbが下がる。この
時、トランジスタ３１、３３がオン状態となり、ペルチ
ェ素子４にＸ方向の冷却電流が流れる。

【００６６】この結果、ペルチェ素子４と電流モニタ部
５の抵抗Ｒ6 の接続点電位Ｖe が下がるので、演算増幅
器６１、６２の出力電位Ｖd 、Ｖc が上昇する。ここで
ＶdがＶb より大きくなると、ダイオード６３に電流が
流れ、Ｖd とＶb との間にダイオード６３の順方向電圧
降下Ｖbe分の電位差が生じる。

【００６７】したがって、電位Ｖb がＶd によりクラン
プされ、ペルチェ素子４に流れる電流を制限することが
可能となる。

【００６８】また温度が下降した場合も同様の原理によ
り、ダイオード６４に電流が流れるようになり、演算増
幅器６２の出力電位Ｖc により電位Ｖb がクランプさ
れ、ペルチェ素子４に流れる電流を制限することが可能
となる。

【００６９】次に本発明の第三の実施例として、先に従
来の技術に関して説明した片電源投入の場合に本来の制
御すべき方向と反対方向の電流がペルチェ素子４に流れ
る問題を解決する構成について、以下に説明する。

【００７０】図１及び図４に示されるように、本発明の
第三の実施例として±電源間に直列に接続された二つの
ツェナーダイオード３４、３５を有する。これらツェナ
ーダイオード３４、３５の降伏電圧を例えば４Ｖのもの
を使用すると、二つのツェナーダイオード３４、３５を
オン状態とする為には、８Ｖの電圧が必要となる。

【００７１】したがって、片電源投入時には、ツェナー
ダイオードをオン状態にする電圧が十分ではない。この
ためトランジスタ３０、３１のバイアス電圧が十分では
なく、オン状態とすることができず、ペルチェ素子４に
は電流が流れず従来の片電源投入の時の問題が解決され
る。

【００７２】図５は、電気／光変換ユニットの一般的構
成ブロックである。図において、１５は、クロックＣＬ
Ｋに同期して、入力される電気信号データＤＡＴＡを整
形するフリップフロップである。

【００７３】２５は、再生回路であり比較器２５１と、
レーザダイオード駆動回路２５２を有する。比較器２５
１の一の入力には、基準電圧２５３が与えられ、他の入
力にはフリップフロップ１５から成形された電気信号デ
ータＤＡＴＡが入力される。

【００７４】比較器２５１は、電気信号データＤＡＴＡ
が基準電圧２５３を超えるときにパルス出力を生成す
る。

【００７５】３５は、レーザダイオードモジュールであ
り、レーザダイオード３５１と受光ダイオード３５２が
一体のモジュールとして収納されている。レーザダイオ
ード３５１は、バイアス電流ＩB とレーザダイオード駆
動回路２５２からのパルス出力に対応する信号電流Ｉp
を重畳した電流により駆動される。

【００７６】受光ダイオード３５２は、レーザダイオー
ド３５１の発光の一部を受光し、自動パワー制御回路４
５に入力する。自動パワー制御回路４５は、バッファ増
幅器４５１と係数回路４５２を有して構成される。

【００７７】バッファ増幅器４５１は、受光ダイオード
３５２により検出されるレーザダイオード３５１の発光
パワーに対応する電圧を電流に変換する機能を有する。
バッファ増幅器４５１で変換された電流は、バイアス電
流ＩB と信号電流Ｉp とに分岐される。

【００７８】バイアス電流ＩB は、増幅器５５をとお
り、レーザダイオード３５１のバイアス電流として帰還
される。一方、信号電流Ｉp は係数回路４５２により所
定量係数倍され、増幅器６５をとおり、レーザダイオー
ド駆動回路２５２に帰還される。

【００７９】ここで、係数回路４５２における係数量
は、図８で説明したようにレーザダイオード３５１のＩ
th（ＩB ）対Ｉp 特性に対応してバイアス電流ＩB に対
し一定比率となるように係数回路４５２により所定量係
数倍される。

【００８０】更に、増幅器６５を通して信号電流Ｉp が
与えられるレーザダイオード駆動回路２５２において
は、帰還される信号電流Ｉp のレベルが一定となるよう
にその駆動信号電流を制御する。

【００８１】このように図５の回路では、レーザダイオ
ード３５１の発光レベルを検出して帰還することにより
一定レベルの発光を得るように自動パワー制御される。

【００８２】しかし、かかる自動パワー制御のみでは十
分でないために、レーザダイオードの自動温度制御回路
が設けられる。

【００８３】図６は、本発明にしたがう図１及び図４で
示した自動温度制御回路を簡略化して示し、且つ図５に
おいて説明した電気／光信号変換ユニットに使用する場
合の実施例を説明する図である。

【００８４】したがって、図６において使用する参照番
号及び記号は、図１及び図４において同一の対応するも
のを示している。

【００８５】本発明の実施例では、レーザダイオード３
５１と受光ダイオード３５２が一体のモジュールとして
収納されているレーザダイオードモジュール３５に更
に、サーミスタ１０及びペルチェ素子４を一体に収容し
ている。

【００８６】このためレーザダイオード３５１の温度を
直接にサーミスタ１０により検出し、更にペルチェ素子
４に加熱又は、冷却する電流を流し、レーザダイオード
３５１の温度を制御することが可能になる。

【００８７】

【発明の効果】以上実施例にしたがい説明したように、
本発明によりペルチェ素子駆動部を含めて帰還をかけた
誤差増幅部により温度不感帯による従来の問題を解消す
ることが可能である。

【００８８】更に、ペルチェ電流のモニタ部を設け、こ
れによるペルチェ電流のモニタ値と設定基準値と比較す
ることにより、ペルチェ駆動電流を制限することにより
ペルチェ駆動電流の制限値の温度変動を抑えることがで
きる。

【００８９】また、ツェナーダイオードを二個±電源間
に直列に接続することにより、片電源投入時の不本意な
制御電流を素子することが可能である。

【００９０】本発明の範囲は、特許請求の範囲により定
められ、実施例には制限されない。更に、特許請求の範
囲に記載のものと均等のものも本発明の保護の範囲であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う自動温度制御回路の一構成例であ
る。

【図２】図１の動作を説明する等価回路である。

【図３】温度制御回路の温度制御特性を示す図である。

【図４】本発明の第二の実施例を説明する図である。

【図５】電気／光変換ユニットの一般的構成ブロックで
ある。

【図６】本発明の自動温度制御回路を電気／光信号変換
ユニットに使用する場合の実施例を説明する図である。

【図７】レーザダイオードの発光特性の一例を示す図で
ある。

【図８】閾値電流（Ｉth）と駆動信号電流（Ｉp)との関
係を示す図である。

【図９】自動温度制御回路の従来の構成例である。

【符号の説明】

１ 温度検出部 ２ 誤差増幅部 ３ ペルチェ駆動部 ４ ペルチェ素子 ５ 電流モニタ部 ６ 電流調整部 １０ サーミスタ １１ 可変抵抗 １２ 非反転増幅器 ２０、６１、６２ 演算増幅器 ２１ 基準電圧 ３０〜３３ トランジスタ ３４、３５ ツェナーダイオード ６３、６４ ダイオード １５ フリップフロップ ２５ 再生回路 ３５ レーザダイオードモジュール ４５ 自動パワー制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 高至 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱または冷却によりレーザダイオードの
   温度を変えるペルチェ素子（４）と、 該レーザダイオードの温度を検出し、対応する検出電圧
   を出力する温度検出部（１）と、 該温度検出部（１）の出力電圧を所定値（２１）と比較
   し、誤差電圧を出力する誤差増幅部（２）と、 該誤差増幅部（２）からの誤差電圧に対応して該ペルチ
   ェ素子（４）に流れる駆動電流の方向を制御するペルチ
   ェ電流駆動部（３）と、 該ペルチェ素子（４）に流れる該駆動電流に対応する電
   圧を該誤差増幅部（２）の入力側に帰還し、該温度検出
   部（１）の出力電圧に加算する回路を有して構成される
   ことを特徴とするレーザダイオードの自動温度制御回
   路。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記温度検出部（１）は、サーミスタ（１０）とこれに
   直列に接続される抵抗（１１）とを有し、更に該抵抗
   （１１）に生じる電圧を前記誤差増幅部（２）に入力す
   る非反転増幅器（１２）を有して構成されることを特徴
   とするレーザダイオードの自動温度制御回路。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記サーミスタ（１０）と前記ペルチェ素子（４）は、
   前記レーザダイオードと一体に収容されることを特徴と
   するレーザダイオードの自動温度制御回路。
4. 【請求項４】請求項２において、 前記誤差増幅部（２）は、第一及び第二の入力端を備え
   た演算増幅器（２０）を有し、該第一の入力端には前記
   所定値（２１）が入力され、該第二の入力端には、前記
   温度検出部（１）及び前記帰還回路の出力を入力するよ
   うに構成されることを特徴とするレーザダイオードの自
   動温度制御回路。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記ペルチェ電流駆動部（３）は、電源間に直列接続さ
   れた互いに反対極性の一対のトランジスタ（３２、３
   ３）を有し、該一対のトランジスタ（３２、３３）の接
   続点に前記ペルチェ素子（４）が接続されるように構成
   されることを特徴とするレーザダイオードの自動温度制
   御回路。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記ペルチェ電流駆動部（３）は、更に互いに反対極性
   の直列に接続された一対のトランジスタ（３０、３１）
   を有し、それぞれのコレクタまたはエミッタが前記一対
   のトランジスタ（３２、３３）のそれぞれのベースに接
   続され、且つ該一対のトランジスタ（３０、３１）のベ
   ースが共通に前記誤差増幅部（２）の出力に接続される
   ように構成されることを特徴とするレーザダイオードの
   自動温度制御回路。
7. 【請求項７】請求項６において、 更に電源間に直列に接続される一対のツェナーダイオー
   ド（３４、３５）を有し、該一対のツェナーダイオード
   の共通の接続点と、前記一対のトランジスタ（３０、３
   １）の共通の接続点とが接続されて構成されることを特
   徴とするレーザダイオードの自動温度制御回路。
8. 【請求項８】請求項１において、 更に、順方向に直列接続された一対のダイオード（６
   ３、６４）と、 互いに反対極性の参照電圧（Ｖref)が接続される第一の
   入力端と、共通に前記ペルチェ素子（４）に流れる該駆
   動電流に対応する電圧が入力される第二の入力端を備
   え、且つそれぞれ出力間に該直列接続された一対のダイ
   オード（６３、６４）の両端が接続された一対の演算増
   幅器（６１、６２）を有し、 該一対のダイオード（６３、６４）の直列接続点に前記
   誤差増幅部（２）の出力及び前記ペルチェ電流駆動部
   （３）の入力が接続されるように構成されたことを特徴
   とするレーザダイオードの自動温度制御回路。
9. 【請求項９】請求項６において、 更に、順方向に直列接続された一対のダイオード（６
   ３、６４）と、 互いに反対極性の参照電圧（Ｖref)が接続される第一の
   入力端と、共通に前記ペルチェ素子（４）に流れる該駆
   動電流に対応する電圧が入力される第二の入力端を備
   え、且つそれぞれ出力間に該直列接続された一対のダイ
   オード（６３、６４）の両端が接続された一対の演算増
   幅器（６１、６２）を有し、 該一対のダイオード（６３、６４）の直列接続点に前記
   誤差増幅部（２）の出力及び前記一対のトランジスタ
   （３０、３１）のベースが接続されるように構成された
   ことを特徴とするレーザダイオードの自動温度制御回
   路。
10. 【請求項１０】レーザダイオード（３５１）及びフォト
    ダイオード（３５２）を含むレーザダイオードユニット
    （３５）を有し、該フォトダイオード（３５２）によ
    り、該レーザダイオード（３５１）の発光レベルを検出
    し、該検出される発光レベルに対応して、該レーザダイ
    オード（３５１）のバイアス電流（ＩB)及び入力信号レ
    ベル（Ｉp)を制御する自動パワー制御部及び、 該レーザダイオードユニット（３５）に一体に収容さ
    れ、加熱または冷却によりレーザダイオードの温度を変
    えるペルチェ素子（４）と、該レーザダイオードの温度
    を検出し、対応する検出電圧を出力する温度検出部
    （１）と、該温度検出部（１）の出力電圧を所定値（２
    １）と比較し、誤差電圧を出力する誤差増幅部（２）
    と、該誤差増幅部（２）からの誤差電圧に対応して該ペ
    ルチェ素子（４）に流れる駆動電流の方向を制御するペ
    ルチェ電流駆動部（３）と、該ペルチェ素子（４）に流
    れる該駆動電流に対応する電圧を該誤差増幅部（２）の
    入力側に帰還し、該温度検出部（１）の出力電圧に加算
    する回路を有する自動温度制御部を有することを特徴と
    する電気／光信号変換ユニット。
11. 【請求項１１】請求項１０において、 前記温度検出部（１）は、サーミスタ（１０）とこれに
    直列に接続される抵抗（１１）とを有し、更に該抵抗
    （１１）に生じる電圧を前記誤差増幅部（２）に入力す
    る非反転増幅器（１２）を有して構成されることを特徴
    とする電気／光信号変換ユニット。
12. 【請求項１２】請求項１１において、 前記サーミスタ（１０）と前記ペルチェ素子（４）を、
    レーザダイオードユニットとして前記レーザダイオード
    と一体に収容される構成であることを特徴とする電気／
    光信号変換ユニット。
13. 【請求項１３】請求項１１において、 前記誤差増幅部（２）は、第一及び第二の入力端を備え
    た演算増幅器（２０）を有し、該第一の入力端には前記
    所定値（２１）が入力され、該第二の入力端には、前記
    温度検出部（１）及び前記帰還回路の出力を入力するよ
    うに構成されることを特徴とする電気／光信号変換ユニ
    ット。
14. 【請求項１４】請求項１０において、 前記ペルチェ電流駆動部（３）は、電源間に直列接続さ
    れた互いに反対極性の一対のトランジスタ（３２、３
    ３）を有し、該一対のトランジスタ（３２、３３）の接
    続点に前記ペルチェ素子（４）が接続されるように構成
    されることを特徴とする電気／光信号変換ユニット。
15. 【請求項１５】請求項１４において、 前記ペルチェ電流駆動部（３）は、更に直列接続された
    互いに反対極性の一対のトランジスタ（３０、３１）を
    有し、それぞれのコレクタまたはエミッタが前記一対の
    トランジスタ（３２、３３）のそれぞれのベースに接続
    され、且つ該一対のトランジスタ（３０、３１）のベー
    スが共通に前記誤差増幅部（２）の出力に接続されるよ
    うに構成されることを特徴とする電気／光信号変換ユニ
    ット。
16. 【請求項１６】請求項１６において、 更に電源間に直列に接続される一対のツェナーダイオー
    ド（３４、３５）を有し、該一対のツェナーダイオード
    の共通の接続点と、前記一対のトランジスタ（３０、３
    １）の共通の接続点とが接続されて構成されることを特
    徴とする電気／光信号変換ユニット。
17. 【請求項１７】請求項１０において、 更に、順方向に直列接続された一対のダイオード（６
    ３、６４）と、互いに反対極性の参照電圧（Ｖref)が接
    続される第一の入力端と、共通に前記ペルチェ素子
    （４）に流れる該駆動電流に対応する電圧が入力される
    第二の入力端を備え、且つそれぞれ出力端が該一対のダ
    イオード（６３、６４）の両端に接続された一対の演算
    増幅器（６１、６２）を有し、 該一対のダイオード（６３、６４）の直列接続点に前記
    誤差増幅部（２）の出力及び前記ペルチェ電流駆動部
    （３）の入力が接続されるように構成されたことを特徴
    とする電気／光信号変換ユニット。
18. 【請求項１８】請求項１５において、 更に、順方向に直列接続された一対のダイオード（６
    ３、６４）と、互いに反対極性の参照電圧（Ｖref)が接
    続される第一の入力端と、共通に前記ペルチェ素子
    （４）に流れる該駆動電流に対応する電圧が入力される
    第二の入力端を備えた一対の演算増幅器（６１、６２）
    を有し、 該一対のダイオード（６３、６４）の直列接続点に前記
    誤差増幅部（２）の出力及び前記一対のトランジスタ
    （３０、３１）のベースが接続されるように構成された
    ことを特徴とする電気／光信号変換ユニット。