JPH0421110A - 精密温度制御装置 - Google Patents
精密温度制御装置Info
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- JPH0421110A JPH0421110A JP12626890A JP12626890A JPH0421110A JP H0421110 A JPH0421110 A JP H0421110A JP 12626890 A JP12626890 A JP 12626890A JP 12626890 A JP12626890 A JP 12626890A JP H0421110 A JPH0421110 A JP H0421110A
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- Japan
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- temperature
- frequency
- crystal
- controlled object
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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
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は光通信用LD等の温度制御のように極めて高精
度の温度コントロールが要求される分野において利用さ
れる精密温度制御装置に関し、特にベルチェ素子等の加
熱冷却素子を用い、温度制御対象を加熱冷却してその温
度をコントロールする精密温度制御装置に関するもので
ある。
度の温度コントロールが要求される分野において利用さ
れる精密温度制御装置に関し、特にベルチェ素子等の加
熱冷却素子を用い、温度制御対象を加熱冷却してその温
度をコントロールする精密温度制御装置に関するもので
ある。
(従来の技術)
近年、エレクトロニクス技術の高度化に伴い半導体素子
等からの出力信号の安定化が強く求められるようになっ
てきている。特にコヒーレント通信を目的としてレーザ
光を出力するレーザダイオードにおいては、常温雰囲気
中で±5/1000℃程度の範囲で温度を安定化させる
必要がある。
等からの出力信号の安定化が強く求められるようになっ
てきている。特にコヒーレント通信を目的としてレーザ
光を出力するレーザダイオードにおいては、常温雰囲気
中で±5/1000℃程度の範囲で温度を安定化させる
必要がある。
従来、上述したようなレーザダイオードの温度をコント
ロールするため、温度センサとしてサーミスタを用い、
このサーミスタの出力値を所定の目標値と比較し、この
比較結果に基づいてベルチェ素子を駆動し、このベルチ
ェ素子に熱の発生。
ロールするため、温度センサとしてサーミスタを用い、
このサーミスタの出力値を所定の目標値と比較し、この
比較結果に基づいてベルチェ素子を駆動し、このベルチ
ェ素子に熱の発生。
吸収を行なわしめるようにした温度制御装置が知られて
いる。このサーミスタセンサを用いた温度制御装置は、
サーミスタセンサの小型化が容易であるから制御装置全
体の小型化が図れ、ひいてはシステム全体の小型化が図
れるという利点がある。
いる。このサーミスタセンサを用いた温度制御装置は、
サーミスタセンサの小型化が容易であるから制御装置全
体の小型化が図れ、ひいてはシステム全体の小型化が図
れるという利点がある。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上述したようなサーミスタセンサを用い
た温度制御装置においてはサーミスタセンサの温度ドリ
フトが2〜b 化が極めて大きく、長時間に亘り高精度でレーザダイオ
ードの温度を制御することができず、信頼性の高いコヒ
ーレント通信を行なうことが難しかった。また、サーミ
スタセンサからはレベル信号が出力されるので、ノイズ
に影響されやすく演算処理を行なうのが難しいという欠
点もあった。
た温度制御装置においてはサーミスタセンサの温度ドリ
フトが2〜b 化が極めて大きく、長時間に亘り高精度でレーザダイオ
ードの温度を制御することができず、信頼性の高いコヒ
ーレント通信を行なうことが難しかった。また、サーミ
スタセンサからはレベル信号が出力されるので、ノイズ
に影響されやすく演算処理を行なうのが難しいという欠
点もあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
長時間に亘り高精度で温度制御対象の温度を制御するこ
とができ、センサからの出力信号がノイズに影響されに
くく、演算処理が容易な小型の精密温度制御装置を提供
することを目的とするものである。
長時間に亘り高精度で温度制御対象の温度を制御するこ
とができ、センサからの出力信号がノイズに影響されに
くく、演算処理が容易な小型の精密温度制御装置を提供
することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段)
本発明の精密温度制御装置は、温度センサとして水晶温
度センサを用い、この水晶温度センサからの出力信号に
基づいて加熱冷却手段を駆動して温度制御対象の温度を
高精度で制御することを特徴とするものである。すなわ
ち、本発明の精密温度制御装置は、温度制御対象の温度
を測定して、その測定温度に応じた周波数信号を出力す
る水晶温度センサと、この水晶温度センサの出力信号の
周波数を所定のタイミングでカウントするカウンタと、
このカウンタからの圧力に基づいて前記温度制御対象の
現在温度を求め、この現在温度と目標温度との差に応じ
た信号を出力する演算手段と、この演算手段からの出力
信号に基づき前記温度制御対象の温度が前記目標温度と
なるように該温度制御対象を加熱または冷却する加熱冷
却手段とからなることを特徴とするものである。
度センサを用い、この水晶温度センサからの出力信号に
基づいて加熱冷却手段を駆動して温度制御対象の温度を
高精度で制御することを特徴とするものである。すなわ
ち、本発明の精密温度制御装置は、温度制御対象の温度
を測定して、その測定温度に応じた周波数信号を出力す
る水晶温度センサと、この水晶温度センサの出力信号の
周波数を所定のタイミングでカウントするカウンタと、
このカウンタからの圧力に基づいて前記温度制御対象の
現在温度を求め、この現在温度と目標温度との差に応じ
た信号を出力する演算手段と、この演算手段からの出力
信号に基づき前記温度制御対象の温度が前記目標温度と
なるように該温度制御対象を加熱または冷却する加熱冷
却手段とからなることを特徴とするものである。
(作 用)
上記構成によれば、温度センサとして水晶温度センサを
使用している。水晶温度センサは極めて優れた精度と安
定性を有し、特に経年的な温度ドリフトはサーミスタに
比べ2桁程度小さい。また、水晶温度センサの出力信号
は周波数信号であるから、レベル信号を出力信号とする
サーミスタに比べてノイズに強く、またこの後CPU等
でデジタル処理を行なうことが極めて容易となる。さら
に、最近では極めて小型の水晶温度センサも開発されて
おり、装置の小型化を図る上でサーミスタを温度センサ
として用いた場合に比べて遜色がない。
使用している。水晶温度センサは極めて優れた精度と安
定性を有し、特に経年的な温度ドリフトはサーミスタに
比べ2桁程度小さい。また、水晶温度センサの出力信号
は周波数信号であるから、レベル信号を出力信号とする
サーミスタに比べてノイズに強く、またこの後CPU等
でデジタル処理を行なうことが極めて容易となる。さら
に、最近では極めて小型の水晶温度センサも開発されて
おり、装置の小型化を図る上でサーミスタを温度センサ
として用いた場合に比べて遜色がない。
なお、従来の水晶温度センサは大型であり、精度も現在
のものに比べて悪かったので、このような水晶温度セン
サをコヒーレント通信用のレーザダイオードの温度制御
に用いることは考えられなかった。しかし、最近になっ
て水晶温度センサのサイズは大幅に小型化し、また精度
も向上してきたので、本願発明者はこの点に着目して本
発明をなしたのである。
のものに比べて悪かったので、このような水晶温度セン
サをコヒーレント通信用のレーザダイオードの温度制御
に用いることは考えられなかった。しかし、最近になっ
て水晶温度センサのサイズは大幅に小型化し、また精度
も向上してきたので、本願発明者はこの点に着目して本
発明をなしたのである。
(実 施 例)
以下、本発明の精密温度制御装置の実施例にっいて図面
を用いて説明する。この図面の装置は、温度制御対象(
コヒーレント通信用レーザダイオード)の現在温度を測
定する水晶発振子1、この発振子1の測定値に応じた周
波数の信号を出力する発振器2(これら水晶発振子1と
発振器2によりり水晶温度センサが構成される。)、こ
の発振器2からの出力信号の平均周波数よりもやや高い
周波数の定周波を出力する基準発振器3、基準発振器3
と発振器2の出力信号の周波数の差をとって発振器2か
らの出力信号をビートダウンするミキサ4、ミキサ4か
らの出力信号を逓倍する逓倍器5、この逓倍器5と基準
発振器3の出力信号の周波数の差をとって逓倍器5から
の出力信号をビートダウンするミキサ6と、ミキサ6か
らの出力信号の高周波成分をカットするローパスフィル
タ7、このローパスフィルタ7を通過した信号の周波数
をカウントする周波数カウンタ8と、このカウンタ8に
より読み取られたカウント値に基づき温度制御対象の現
在温度が目標温度からどれだけずれているかを演算し、
この後、温度制御対象を目標温度に設定するための、ペ
ルチェ素子9への駆動電流を演算し、この電流値に対応
するデジタルデータをD/A変換器10に出力するCP
UIIと、CPUIIからの出力データに基づく駆動電
流に応じて温度制御対象を加熱冷却するペルチェ素子9
と、このペルチェ素子9に駆動電流を印加するための整
流回路12、トランス13およびスイッチ回路14等の
回路部とからなっている。
を用いて説明する。この図面の装置は、温度制御対象(
コヒーレント通信用レーザダイオード)の現在温度を測
定する水晶発振子1、この発振子1の測定値に応じた周
波数の信号を出力する発振器2(これら水晶発振子1と
発振器2によりり水晶温度センサが構成される。)、こ
の発振器2からの出力信号の平均周波数よりもやや高い
周波数の定周波を出力する基準発振器3、基準発振器3
と発振器2の出力信号の周波数の差をとって発振器2か
らの出力信号をビートダウンするミキサ4、ミキサ4か
らの出力信号を逓倍する逓倍器5、この逓倍器5と基準
発振器3の出力信号の周波数の差をとって逓倍器5から
の出力信号をビートダウンするミキサ6と、ミキサ6か
らの出力信号の高周波成分をカットするローパスフィル
タ7、このローパスフィルタ7を通過した信号の周波数
をカウントする周波数カウンタ8と、このカウンタ8に
より読み取られたカウント値に基づき温度制御対象の現
在温度が目標温度からどれだけずれているかを演算し、
この後、温度制御対象を目標温度に設定するための、ペ
ルチェ素子9への駆動電流を演算し、この電流値に対応
するデジタルデータをD/A変換器10に出力するCP
UIIと、CPUIIからの出力データに基づく駆動電
流に応じて温度制御対象を加熱冷却するペルチェ素子9
と、このペルチェ素子9に駆動電流を印加するための整
流回路12、トランス13およびスイッチ回路14等の
回路部とからなっている。
上述した水晶発振子1は温度変化により共振周波数を変
えるもので、Yカット法により切り出された水晶板を用
いており、その1次、2次および3次の温度係数は各々
例えば7.802 X 10’ /”C。
えるもので、Yカット法により切り出された水晶板を用
いており、その1次、2次および3次の温度係数は各々
例えば7.802 X 10’ /”C。
1.048 XIO°了/’C2および1.091 X
l0−” /’C3となっている。第1表に、この水晶
発振子1の仕様を示す。
l0−” /’C3となっている。第1表に、この水晶
発振子1の仕様を示す。
第
表
また、上述した発振回路2は水晶発振子1からの周波数
信号を発振させるためのもので、その仕様は第2表に示
すようになっている。なお、上記水晶発振子1からこの
発振回路2までの距離は15cm以上となっている。
信号を発振させるためのもので、その仕様は第2表に示
すようになっている。なお、上記水晶発振子1からこの
発振回路2までの距離は15cm以上となっている。
第
表
このように、上記水晶発振子1と発振回路2からなる水
晶温度センサはエージング特性(経時変化)が±0.0
1℃/年以下と優れ、また発振周波数が25〜30MH
zで1℃当りの周波数個移置が80ppm以上となって
いるから高分解能を確保できる。
晶温度センサはエージング特性(経時変化)が±0.0
1℃/年以下と優れ、また発振周波数が25〜30MH
zで1℃当りの周波数個移置が80ppm以上となって
いるから高分解能を確保できる。
また上記逓倍器5は、UBタイプのHCMOSロジック
ICからなる増幅部およびLCフィルタにより極めて小
型に構成されている。この逓倍器5を設けたのは以下の
理由による。すなわち、上述したように上記水晶温度セ
ンサによっては、25〜30MHzの周波数で80ap
H/”C以上の変化が得られる。例えば25MHzで8
0ppm /’Cのとき、2 KHz/℃の変化となる
。これを周波数カウンタ8により周波数カウントすると
、1秒ゲートの場合(1/2000) ’Cが1カウン
トの分解能となる。しかし、高精度で温度制御を行なう
場合には(1/10)秒ゲート程度とする必要があり、
上記信号をそのまま使用すると1カウントの分解能が(
1/200)℃となってしまうためもとの信号周波数を
この逓倍器5により9逓倍しておき、(1/10)秒ゲ
ートのときであっても1カウントの分解能を(1/1g
QQ) ”C確保できるようにしている。
ICからなる増幅部およびLCフィルタにより極めて小
型に構成されている。この逓倍器5を設けたのは以下の
理由による。すなわち、上述したように上記水晶温度セ
ンサによっては、25〜30MHzの周波数で80ap
H/”C以上の変化が得られる。例えば25MHzで8
0ppm /’Cのとき、2 KHz/℃の変化となる
。これを周波数カウンタ8により周波数カウントすると
、1秒ゲートの場合(1/2000) ’Cが1カウン
トの分解能となる。しかし、高精度で温度制御を行なう
場合には(1/10)秒ゲート程度とする必要があり、
上記信号をそのまま使用すると1カウントの分解能が(
1/200)℃となってしまうためもとの信号周波数を
この逓倍器5により9逓倍しておき、(1/10)秒ゲ
ートのときであっても1カウントの分解能を(1/1g
QQ) ”C確保できるようにしている。
また、上記ミキサ4.6は発振器2あるいは逓倍器5か
らの出力信号周波数と基準発振器3からの出力信号周波
数との間で減算処理を行ないビートダウンを行なうもの
である。すなわち、前述した発振器2からの出力信号周
波数は25〜30MHzと高く、これをさらに9逓倍し
た場合には信号処理に使用される周波数カウンタ8等の
デジタルICが高価となってしまう。そこで、基準発振
器3からの出力信号を用いてビートダウンを行なって変
化分を増大するようにしている。これにより高価なデジ
タルICを使用せずとも信号処理を行なうことができる
とともに誤差発生原因を最小限に押さえて実質感度を向
上させることができる。なお、誤差原因を最小とするた
め、上記基準発振器3として高安定の水晶発振器(−1
0〜+40℃において±0.O4ppm )を用いてい
る。
らの出力信号周波数と基準発振器3からの出力信号周波
数との間で減算処理を行ないビートダウンを行なうもの
である。すなわち、前述した発振器2からの出力信号周
波数は25〜30MHzと高く、これをさらに9逓倍し
た場合には信号処理に使用される周波数カウンタ8等の
デジタルICが高価となってしまう。そこで、基準発振
器3からの出力信号を用いてビートダウンを行なって変
化分を増大するようにしている。これにより高価なデジ
タルICを使用せずとも信号処理を行なうことができる
とともに誤差発生原因を最小限に押さえて実質感度を向
上させることができる。なお、誤差原因を最小とするた
め、上記基準発振器3として高安定の水晶発振器(−1
0〜+40℃において±0.O4ppm )を用いてい
る。
さらに、上述したミキサ4,6としてはDBM(ダブル
バランスドモジュレータ)が使用されている。
バランスドモジュレータ)が使用されている。
次に、前述したCPUIIによる演算処理について説明
する。このCPUIIでは周波数カウンタ8からのデー
タを入力され、設定されたセンサ係数(基準温度、基準
温度におけるる周波数データ。
する。このCPUIIでは周波数カウンタ8からのデー
タを入力され、設定されたセンサ係数(基準温度、基準
温度におけるる周波数データ。
1次および2次の周波数温度係数等)に基づいて現在温
度を算出する。この算出された現在温度を目標温度と比
較し、その比較結果に基づいてPID制御を行なう。P
ID定数等はCPUIIに接続されたキーボードから入
力される。この後、PID制御により得られたデジタル
データはD/A変換器10によりベルチェ素子9を駆動
するためのアナログ量に変換される。
度を算出する。この算出された現在温度を目標温度と比
較し、その比較結果に基づいてPID制御を行なう。P
ID定数等はCPUIIに接続されたキーボードから入
力される。この後、PID制御により得られたデジタル
データはD/A変換器10によりベルチェ素子9を駆動
するためのアナログ量に変換される。
また、上述したベルチェ素子9は温度制御対象を加熱冷
却するものであり、加熱または冷却、すなわち熱放出ま
たは熱吸収のいずれとするかは入力される電流の方向に
よって決まり、放出または吸収される熱量はその電流の
大きさに比例する。
却するものであり、加熱または冷却、すなわち熱放出ま
たは熱吸収のいずれとするかは入力される電流の方向に
よって決まり、放出または吸収される熱量はその電流の
大きさに比例する。
したがってこのベルチェ素子9に入力される電流の向き
および大きさを制御してベルチェ素子9による温度制御
対象物の加熱冷却量をコントロールすることで、温度制
御対象物を目標温度値に設定することが可能となる。な
お、ベルチェ素子9も温度変化により内部抵抗値か変化
するため、温度制御をさらに高精度とするためにはこの
ベルチェ素子9を定電流源により駆動する必要かある。
および大きさを制御してベルチェ素子9による温度制御
対象物の加熱冷却量をコントロールすることで、温度制
御対象物を目標温度値に設定することが可能となる。な
お、ベルチェ素子9も温度変化により内部抵抗値か変化
するため、温度制御をさらに高精度とするためにはこの
ベルチェ素子9を定電流源により駆動する必要かある。
本実施例装置では、小型化および高効率化を図るため図
面に示すようにスイッチング方式により定電流源を構成
している。またCPUIIから出力された極性信号の極
性反転に応じ、大電力FET16でベルチェ素子9の駆
動電流の向きを反転させるようにしており、高分解能で
ベルチェ素子9に電流を送出することができる。なお、
この駆動電流を得るため整流回路12、トランス13お
よびスイッチング用FET素子14が設けられている。
面に示すようにスイッチング方式により定電流源を構成
している。またCPUIIから出力された極性信号の極
性反転に応じ、大電力FET16でベルチェ素子9の駆
動電流の向きを反転させるようにしており、高分解能で
ベルチェ素子9に電流を送出することができる。なお、
この駆動電流を得るため整流回路12、トランス13お
よびスイッチング用FET素子14が設けられている。
このように本実施例装置では安定度、精度ともに優れた
小型の水晶温度センサを使用するとともに、検出信号の
ビートダウンを行なった後に逓倍する方式で分解能の向
上および計測時間間隔の短縮による高精度化を図るよう
にしているのでコヒーレント通信を目的とするレーザダ
イオードの温度制御装置として理想的である。
小型の水晶温度センサを使用するとともに、検出信号の
ビートダウンを行なった後に逓倍する方式で分解能の向
上および計測時間間隔の短縮による高精度化を図るよう
にしているのでコヒーレント通信を目的とするレーザダ
イオードの温度制御装置として理想的である。
なお、上述した実施例装置は種々の構成の変更が可能で
ある。例えば用途的にビートダウン処理や逓倍処理が必
要とされない場合にはミキサ4゜6、基準発振器3ある
いは逓倍器5等を設けないようにすることも可能である
。また逓倍器5を設けた場合において、その逓倍数とし
ては最適な値を選択すればよい。
ある。例えば用途的にビートダウン処理や逓倍処理が必
要とされない場合にはミキサ4゜6、基準発振器3ある
いは逓倍器5等を設けないようにすることも可能である
。また逓倍器5を設けた場合において、その逓倍数とし
ては最適な値を選択すればよい。
なお、本発明はコヒーレント通信のためのレーザダイオ
ードの温度制御に使用することを主目的としているが、
その他の精密温度制御に用いることももちろん可能であ
り、コヒーレント通信以外の光源として使用されるレー
ザダイオードの温度制御、ICの温度補償あるいはガス
の流量制御等に応用することも可能である。
ードの温度制御に使用することを主目的としているが、
その他の精密温度制御に用いることももちろん可能であ
り、コヒーレント通信以外の光源として使用されるレー
ザダイオードの温度制御、ICの温度補償あるいはガス
の流量制御等に応用することも可能である。
(発明の効果)
以上説明したように本発明の精密温度制御装置によれば
、温度センサとして水晶温度センサを使用しているので
、長時間に亘り高精度で温度制御対象の温度を制御する
ことができ、センサからの出力信号のS/N比を大きく
することができ、かつ演算処理を容易とすることができ
、装置の小型化を図ることが可能となる。
、温度センサとして水晶温度センサを使用しているので
、長時間に亘り高精度で温度制御対象の温度を制御する
ことができ、センサからの出力信号のS/N比を大きく
することができ、かつ演算処理を容易とすることができ
、装置の小型化を図ることが可能となる。
図面は本発明の一実施例に係る精密温度制御装置を示す
回路口である。 1・・・水晶発振子 3・・・基準発振器 5・・・逓倍器 8・・・周波数カウンタ 10・・・D/A変換器 2・・・発振器 4.6・・・ミキサ 7・・・ローパスフィルタ 9・・・ペルチェ素子 11・・・CPU
回路口である。 1・・・水晶発振子 3・・・基準発振器 5・・・逓倍器 8・・・周波数カウンタ 10・・・D/A変換器 2・・・発振器 4.6・・・ミキサ 7・・・ローパスフィルタ 9・・・ペルチェ素子 11・・・CPU
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 温度制御対象の温度を測定して、その測定温度に応じた
周波数信号を出力する水晶温度センサと、この水晶温度
センサの出力信号の周波数を所定のタイミングでカウン
トするカウンタと、 このカウンタからの出力に基づいて前記温度制御対象の
現在温度を求め、この現在温度と目標温度との差に応じ
た信号を出力する演算手段と、この演算手段からの出力
信号に基づき前記温度制御対象の温度が前記目標温度と
なるように該温度制御対象を加熱または冷却する加熱冷
却手段とからなることを特徴とする精密温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12626890A JPH0421110A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 精密温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12626890A JPH0421110A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 精密温度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421110A true JPH0421110A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14930984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12626890A Pending JPH0421110A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 精密温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0421110A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07319559A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Nec Yamagata Ltd | 恒温槽 |
| JP2007024716A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Denso Corp | センサ装置 |
| JP2015219503A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社リコー | 発電装置、画像形成装置、発電方法、およびプログラム |
-
1990
- 1990-05-16 JP JP12626890A patent/JPH0421110A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07319559A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Nec Yamagata Ltd | 恒温槽 |
| JP2007024716A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Denso Corp | センサ装置 |
| JP2015219503A (ja) * | 2014-05-21 | 2015-12-07 | 株式会社リコー | 発電装置、画像形成装置、発電方法、およびプログラム |
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