JP2000208817A - 光源装置 - Google Patents

光源装置

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JP2000208817A
JP2000208817A JP791499A JP791499A JP2000208817A JP 2000208817 A JP2000208817 A JP 2000208817A JP 791499 A JP791499 A JP 791499A JP 791499 A JP791499 A JP 791499A JP 2000208817 A JP2000208817 A JP 2000208817A
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semiconductor light
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English (en)
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Kuniyoshi Watanabe
邦芳 渡邉
Toshiyuki Muroi
利幸 室井
Ryuichiro Sasaki
隆一郎 笹木
Norimoto Watanabe
紀元 渡辺
Tsurashi Yamamoto
貫志 山本
Yoshiaki Imamura
良明 今村
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Tokyo Keiki Inc
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Tokimec Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源に順方向の過電流が流れることを防止す
ることができる光源装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体発光素子と該半導体発光素子を支
持する基台と該基台の温度を一定に保持するための温度
制御装置と半導体発光素子に電源を供給するための電源
回路とを有する光源装置において、電源回路は一定の電
流を出力する定電流回路と半導体発光素子に逆方向の過
電圧が印加されることを防止するための保護回路とを有
し、該保護回路は半導体発光素子に順方向の過電流が流
れることを防止するための定電圧ダイオードを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子を使
用した光源装置に関し、より詳細には半導体発光素子に
定電流を供給するための光源用電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図5を参照して従来の光源装置の例を説
明する。この光源装置は、密閉容器であるケーシング1
0とケーシング10内に配置された発光ダイオード(L
ED)又は半導体発光素子11と光ファイバ12とを有
し、半導体発光素子11及び光ファイバ12は基台13
上に配置されている。
【0003】光源装置には、半導体発光素子11を一定
の温度に保持するための温度制御装置が設けられてい
る。図示の例では、温度制御装置は、基台13の下に配
置されたペルチエ素子の如き適当な電子冷却素子15と
温度センサ16と温度制御回路17とを含む。基台13
は、温度の不均一が生じないように、熱伝導性が高い材
料より形成される。電子冷却素子15は基台13に熱的
に接続するよう配置される。
【0004】温度センサ16の出力は温度制御回路17
に供給され、温度制御回路17は電子冷却素子15に命
令信号を供給する。こうして基台13は常に一定の温度
に保持され、従って、半導体発光素子11は常に一定の
温度に保持される。こうして、半導体発光素子11の温
度を一定に保持することによって、出力光の波長及び強
度が一定に保持される。光源装置は、更に、定電流回路
30と保護回路20とを含む電源回路を有するが、これ
については以下に図6を参照して説明する。
【0005】図6を参照して光源装置に使用される光源
電源回路の例を説明する。電源回路は定電流回路30と
保護回路20とを有する。定電流回路30によっては半
導体発光素子11に一定の直流電流が供給され、出力光
の波長及び強度が一定に保持される。定電流回路30の
構成は当業者に周知であるのでここでは説明を省略す
る。
【0006】保護回路20は、半導体発光素子11に逆
方向の過電圧が印加されるのを防止するために設けられ
る。半導体発光素子11には定電流回路30から一定の
直流電流が供給されるが、外乱32によって許容電圧を
超える逆方向の過電圧が印加されることがある。逆方向
の過電圧が印加されると、半導体発光素子11は損傷又
は破壊する。従って、半導体発光素子11の損傷又は破
壊を防止するために、保護回路20が定電流回路30と
半導体発光素子11の間に挿入される。
【0007】保護回路20は当業者に周知であり、様々
な構成が可能であるが、図示のように抵抗器21とダイ
オード22より構成してよい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図5及び図6を参照し
て説明した従来の光源装置の電源回路に使用される保護
回路は、半導体発光素子に逆方向の過電圧が印加される
ことを防止するように構成されており、順方向の過電流
が流れることを防止するようには構成されていなかっ
た。
【0009】本発明は、このような点に鑑み、半導体発
光素子に順方向の過電流が流れることを防止することが
できる光源装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によると、半導体
発光素子と該半導体発光素子を支持する基台と該基台の
温度を一定に保持するための温度制御装置と半導体発光
素子に電源を供給するための電源回路とを有する光源装
置において、電源回路は一定の電流を出力する定電流回
路と半導体発光素子に逆方向の過電圧が印加されること
を防止するための保護回路とを有し、更に該保護回路は
半導体発光素子に順方向の過電流が流れることを防止す
るための定電圧ダイオードを有する。
【0011】本発明によると、光源である半導体発光素
子を、逆方向の過電圧ばかりでなく順方向の過電流から
も保護することができる。従って、外乱によって逆方向
の過電圧及び順方向の過電流が生じても、光源は保護さ
れる。
【0012】本発明によると、光源装置において、定電
圧ダイオードは温度制御装置によって一定の温度に保持
されている。従って、定電圧ダイオードの逆方向の電流
が常に一定となり、定電圧ダイオードに並列に接続され
た半導体発光素子の順方向の電流は常に一定となり、半
導体発光素子からの出力光の強度及び波長は常に一定と
なる。
【0013】本発明によると、光源装置において、定電
圧ダイオードは基台上に配置されている。即ち、定電圧
ダイオードは半導体発光素子用の温度制御装置を使用す
るから、定電圧ダイオード用に別個の温度制御装置を設
ける必要がない。
【0014】
【発明の実施の形態】図1を参照して本発明による光源
装置の例について説明する。図1は本例の光源装置の電
源回路の例を示す。本例の光源用電源回路は定電流回路
30と保護回路20とを有し、保護回路20は抵抗器2
1と逆方向過電圧防止用ダイオード22と順方向過電流
防止用の定電圧ダイオード25又はツェナーダイオード
を有する。
【0015】定電圧ダイオード25は、図示のように、
半導体発光素子11、即ち、発光ダイオードと並列に且
つ正極及び負極が発光ダイオードと逆になるように接続
される。
【0016】本例の電源回路は図6を参照して説明した
従来の光源用電源回路と比較して、順方向過電流防止用
の定電圧ダイオード25が付加的に設けられている点が
異なり、それ以外の構成は同様であっててよい。本例に
よると、保護回路20は逆方向過電圧防止用ダイオード
22ばかりでなく順方向過電流防止用の定電圧ダイオー
ド25を有するから、半導体発光素子11に逆方向の過
電圧が印加されることばかりでなく順方向の過電流が流
れることを防止することができる。
【0017】図2及び図3を参照して本発明の光源装置
の他の例を説明する。本例によると、保護回路20に含
まれる順方向過電流防止用の定電圧ダイオード25は温
度制御装置によって一定の温度に保持される。図示のよ
うに、定電圧ダイオード25は、基台13上に配置され
てよい。即ち、定電圧ダイオード25の温度制御装置と
して、半導体発光素子11用の温度制御装置13、1
5、16、17が使用されてよい。温度制御装置13、
15、16、17の詳細は図5及び図6を参照して説明
したので、その説明はここでは省略する。
【0018】こうして、本例によると、半導体発光素子
11用の温度制御装置13、15、16、17を定電圧
ダイオード25の温度制御装置として共用するから、定
電圧ダイオード25用の温度制御装置を別個に設ける必
要がない。
【0019】図4を参照して本例の保護回路20の定電
圧ダイオード即ち、ツェナーダイオード25の機能を説
明する。図4はツェナーダイオード25の特性を示す曲
線であり、縦軸は逆方向の電流IZ 、横軸は逆方向の電
圧VZ である。尚、添え字Zは逆方向を表し、添え字F
は順方向を表す。図示のように、ツェナーダイオード2
5は、逆方向の電圧VZ が所定の値より大きくなると、
逆方向に大きな電流I Z が流れることを許す。この逆方
向の電流IZ が増加する領域はツェナー領域と称され
る。
【0020】上述のように、ツェナーダイオード25は
発光ダイオード11と正極及び負極が逆になるように並
列に接続される。従って、発光ダイオード11に順方向
の電流IF が流れるとき、ツェナーダイオード25には
逆方向の電圧VZ が印加される。そこで、発光ダイオー
ド11の順方向の電流IF が所定の許容値を超えたと
き、ツェナーダイオード25の逆方向の電圧VZ がツェ
ナー領域に入るように、ツェナーダイオード25の特性
を選択すればよい。
【0021】次にツェナーダイオード25の温度特性に
ついて説明する。ツェナーダイオード25には、逆方向
の電圧VZ がツェナー領域より小さくても、実際には逆
方向の僅かな電流IZ が流れる。従って、定電流回路3
0より出力される電流I0 は、発光ダイオード11の順
方向の電流IF とツェナーダイオード25の逆方向の電
流IZ の和である。
【0022】
【数1】I0 =IF +IZ
【0023】従って、定電流回路30より出力される電
流I0 の変動ΔI0 がゼロのとき、ツェナーダイオード
25の逆方向の電流の変動ΔIZ は、発光ダイオード1
1の順方向の電流の変動ΔIF となって表れる。
【0024】
【数2】ΔIZ =−ΔIF
【0025】一方、ツェナーダイオード25の逆方向の
電流IZ は温度依存性があり、例えば、温度がΔTだけ
増加した場合、図4の特性曲線は、破線にて示すよう
に、全体に右側に移動する。従って、ツェナーダイオー
ド25の逆方向の電流IZ が一定でも、温度が増加する
と、逆方向の電圧VZ がΔVZ だけ増加したのと等価に
なる。ツェナーダイオード25の逆方向の電圧の増加Δ
Z に相当するツェナーダイオード25の逆方向の電流
の変動ΔIZ は次の式によって表される。
【0026】
【数3】 ΔIZ =(∂IZ /∂V)(∂VZ /∂T)ΔT
【0027】例えば、(∂IZ /∂V)=10mA/
V、(∂VZ /∂T)=10mV/℃、温度増加をΔT
=100℃、とすると、ツェナーダイオード25の逆方
向の電流の変動ΔIZ は10mAとなる。数2の式よ
り、発光ダイオード11の順方向の電流の変動ΔIF
10mAとなる。
【0028】例えば、発光ダイオード11の波長の電流
感度を−25ppm/mAとすると、波長は−250p
pm変化することとなる。
【0029】従って、光ファイバジャイロのように、高
い波長安定性が求められる場合には、図2及び図3に示
した例のように、定電圧ダイオード、即ち、ツェナーダ
イオード25を温度制御装置によって一定の温度に保持
する必要がある。勿論、高い波長安定性及び光強度安定
性が必要でない場合には、図1に示した例のように、ツ
ェナーダイオード25を温度制御装置によって一定の温
度に保持する必要はない。
【0030】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。
【0031】
【発明の効果】本発明によると、光源装置の保護回路に
は、従来のように逆方向の過電圧防止用ダイオードばか
りでなく順方向の過電流防止用の定電圧ダイオードが設
けられているから、光源である半導体発光素子又は発光
ダイオードを、逆方向の過電圧ばかりでなく順方向の過
電流に対して保護することができる利点がある。
【0032】本発明によると、光源装置の保護回路に設
けられた定電圧ダイオード、即ち、ツェナーダイオード
は温度制御装置によって一定の温度に保持されているか
ら、ツェナーダイオードを流れる逆方向の電流を一定に
保持することができる。従って、半導体発光素子の順方
向の電流を一定に保持することができ、半導体発光素子
の出力光の強度及び波長を一定に保持することができる
利点がある。
【0033】本発明の光源装置によると、光源装置の保
護回路に設けられた定電圧ダイオードは、半導体発光素
子の温度制御装置によって一定の温度に保持されている
から、定電圧ダイオード用の温度制御装置を別個に設け
る必要がない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光源装置の第1の例の電源回路の例を
示す回路図である。
【図2】本発明の光源装置の第2の例の電源回路を示す
回路図である。
【図3】本発明の光源装置の第2の例の全体を示す説明
図である。
【図4】本発明の光源装置の保護回路に使用される定電
圧ダイオードの特性を示す図である。
【図5】従来の光源装置の例を説明するための説明図で
ある。
【図6】従来の光源装置の電源回路の例を説明するため
の回路図である。
【符号の説明】
10…ケーシング、 11…半導体発光素子又は発光ダ
イオード、 12…光ファイバ、 13…基台、 15
…電子冷却素子、 16…温度センサ、 17…温度制
御回路、 20…保護回路、 21…抵抗器、 22…
ダイオード、 25…定電圧ダイオード又はツェナーダ
イオード、 30…定電流回路、 32…外乱
フロントページの続き (72)発明者 笹木 隆一郎 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 渡辺 紀元 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 山本 貫志 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 (72)発明者 今村 良明 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株式 会社トキメック内 Fターム(参考) 5F041 AA09 AA23 AA32 BB06 BB22 BB25 BB32 EE01 FF16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体発光素子と該半導体発光素子を支
    持する基台と該基台の温度を一定に保持するための温度
    制御装置と上記半導体発光素子に電源を供給するための
    電源回路とを有する光源装置において、 上記電源回路は一定の電流を出力する定電流回路と上記
    半導体発光素子に逆方向の過電圧が印加されることを防
    止するための保護回路とを有し、更に該保護回路は上記
    半導体発光素子に順方向の過電流が流れることを防止す
    るための定電圧ダイオードを有することを特徴とする光
    源装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光源装置において、上記
    定電圧ダイオードは温度制御装置によって一定の温度に
    保持されていることを特徴とする光源装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光源装置において、上記
    定電圧ダイオードは上記基台上に配置されていることを
    特徴とする光源装置。
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