JPH05145491A - 光駆動形半導体装置の冗長形光伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光伝送系の伝送損失が少なく、光源の出射光量
の低下を伝送損失による低下と弁別できる光駆動形半導
体装置の冗長形光伝送システムを得る。 【構成】光伝送系が冗長光源の光源数に対応した複数条
の光ファイバ−からなり、その受光端が主光源および予
備光源にそれぞれ光コネクタにより結合され、その他方
端が光駆動形半導体装置側に配された光コネクタに互い
に並列に接続され、この光コネクタを介して光駆動形半
導体装置内の受光側光ファイバ−に光結合されてなるも
のとする。また、冗長光源が発光面長２００μｍのレ−
ザ−ダイオ−ドモジュ−ルからなり、光伝送系における
光ファイバ−のコア径が２００μｍ，光駆動形半導体装
置内の受光側光ファイバ−のコア直径が４００μｍであ
るものとする。さらに、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ル
が出射光量監視モニタ−を内蔵してなるもの。またはヒ
−トシンクを備えてなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光トリガサイリスタ
など高電圧，大容量の光駆動形半導体装置に点弧光エネ
ルギ−を供給する冗長光源を有する光伝送システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】高電圧で小電流の補助光トリガサイリス
タ，高電圧で大電流の主光トリガサイリスタなどに代表
される光駆動形半導体装置は、発光ダイオ−ドやレ−ザ
−ダイオ−ドを光源とし、その出射光を光ファイバ−に
より光駆動形半導体装置の受光部に導く光伝送システム
を備え、伝送された光エネルギ−をトリガ−信号として
高速でタ−ンオン動作するものである。したがって、電
気駆動形半導体装置（電気トリガ−サイリスタ）と異な
り、光伝送システムの持つ低ノイズ，高耐電圧性能を利
用して、複数個直列接続した光駆動形半導体装置を厳密
な同時性を保持してトリガ−できるので、例えば高電圧
電力用変換装置など絶縁信頼性が重視される高電圧装置
に利用される。

【０００３】また、直列接続した複数の光駆動形半導体
装置を厳密な同時性を保持してトリガ−するためには、
光駆動形半導体装置の点弧特性のバラツキを凌駕する大
きな光パワ−を必要とするが、発光ダイオ−ドやレ−ザ
−ダイオ−ドは長期間使用する内にその出射光量が徐々
に低下するため、光パワ−が不足して光駆動形半導体装
置相互の点弧時期にずれが発生し、点弧の遅れた光駆動
形半導体装置に過大な電圧が印加されて損傷するという
事態に発展する。そこで、このような事態を回避するた
め、一つの光駆動形半導体装置に対して主光源および予
備光源からなる冗長光源を設け、可動中の光源の光パワ
−の低下を検知して予備光源に切り換えることによりシ
ステムダウンを防止した冗長形光伝送システムを備えた
光駆動形半導体装置が知られている。

【０００４】図５は光駆動形半導体装置の従来の冗長形
光伝送システムを模式化して示す構成図であり、光駆動
形半導体装置１０に対して主光源１Ａと図では１個の予
備光源１Ｂを有する冗長形光伝送システムを例にそのシ
ステム構成を説明する。主光源１Ａおよび予備光源１Ｂ
には、各々に入射側コネクタ２Ａ，２Ｂを介して冗長側
光ファイバ−３Ａおよび３Ｂが結合され、出射側コネク
タ４の直前の融着部３Ｃで２条の冗長光ファイバ−３Ａ
および３Ｂの端末が融着技術によって１条に融着され、
出射側光コネクタ４，２芯−１芯コネクタ５および入射
側コネクタ６を介して光伝送用の長尺光ファイバ−７に
結合される。光源１Ａおよび１Ｂは例えば発光面長２０
０μｍのレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルが用いられ、各
光ファイバ−３Ａ，３Ｂ，および７のコア径は１００μ
ｍに設定され、出射側光コネクタ８により光駆動形半導
体装置１０に光結合される。

【０００５】図６は従来の冗長形光伝送システムにおけ
る光源を簡略化して示す断面図であり、冗長光源として
の主光源１Ａおよび予備光源１Ｂは共にレ−ザ−ダイオ
−ドモジュ−ル（以下ＬＤモジュ−ルと略称する）で構
成され、そのベ−ス１３内にはレ−ザ−ダイオ−ド（Ｌ
Ｄ）１１，ロッドレンズ１２，および入射側コネクタ２
が収納され、レ−ザ−ダイオ−ド１１の発熱はベ−ス１
３の表面を放熱面として自然冷却される。

【０００６】上述のように構成された冗長形光伝送シス
テムにおいて、最初主光源１Ａの出射光により光駆動形
半導体装置１０の点弧が行われるが、主光源１Ａの出射
光量が低下して光駆動形半導体装置１０の点弧が不安定
になると、その電圧に跳ね上がりが生ずるので、この電
圧の跳ね上がりを図示しない監視装置により検出して予
備光源１Ｂに切り換えることにより、光駆動形半導体装
置の電圧破壊および装置のシステムダウンが回避され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の冗長形光伝送シ
ステムには、冗長側光ファイバ−部分に融着部３Ｃを含
む３か所の光結合部があり、長尺光ファイバ−部分にも
２か所の光結合部があり、結合部それぞれに光の伝送損
失が発生するため、光駆動形半導体装置に到達する光パ
ワ−はＬＤモジュ−ル１Ａが発する光パワ−の３０％程
度に迄低下し、ＬＤそのものの出射光量は低下していな
いにも係わらず、複数個直列接続された光駆動形半導体
装置の点弧特性のバラツキを凌駕する光パワ−が供給さ
れず、タ−ンオン時の電圧の跳ね上がりを招き、ついに
は光駆動形半導体装置が電圧破壊し、さらには変換装置
等がシステムダウンする事態に発展する危険性を生ず
る。また、光駆動形半導体装置１０の電圧の跳ね上がり
を検知して予備光源１Ｂに切換えても、その原因が主光
源１Ａ側に無いため、光駆動形半導体装置側に到達する
光パワ−が増加せず、冗長光源の機能そのものが失われ
てしまうという不都合も発生する。ことに、冗長側光フ
ァイバ−２Ａ，２Ｂの融着部３Ｃとその光コネクタ４と
の結合部、および２芯−１芯コネクタ５と長尺光コネク
タの入射側コネクタ６との結合部での伝送損失が大きく
約２．５ｄＢにもなるため、この部分を透過する光パワ
−が５６％程度に低下するという問題があり、その改善
が求められている。

【０００８】この発明の目的は、光伝送系での光の伝送
損失が少なく、この伝送損失による光量低下と光源の出
射光量の低下との弁別が可能な光駆動形半導体装置の冗
長形光伝送システムを得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、主光源および予備光源とからな
る冗長光源と、両光源の出射光を光駆動形半導体装置の
受光部に導く光伝送系とからなり、前記主光源の出射光
量が低下したとき予備光源に切り換えて前記光駆動形半
導体装置を光点弧するものにおいて、光伝送系が前記冗
長光源の光源数に対応した複数条の光ファイバ−からな
り、その受光端が前記主光源および予備光源にそれぞれ
光コネクタにより結合され、その他方端が前記光駆動形
半導体装置側に配された光コネクタに互いに並列に接続
され、この光コネクタを介して光駆動形半導体装置内の
受光側光ファイバ−に光結合されてなるものとする。

【００１０】また、光ファイバ−両端の光コネクタがそ
れぞれ回転防止機構を備え、着脱可能に主光源，予備光
源，および光駆動形半導体装置のいずれかに連結されて
なるものとする。

【００１１】さらに、主光源および予備光源が発光面長
がほぼ２００μｍのレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルから
なり、光伝送系における光源側光ファイバ−のコア径が
ほぼ２００μｍ，光駆動形半導体装置内の受光側光ファ
イバ−のコア直径がほぼ４００μｍであるものとする。

【００１２】さらにまた、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−
ルが、ホトダイオ−ドからなる出射光監視モニタ−を内
蔵してなるもの。またはヒ−トシンクを備えてなるもの
とする。

【００１３】

【作用】この発明の構成において、冗長形光伝送システ
ムにおける光伝送系が、冗長光源の光源数に対応した複
数条の光ファイバ−からなり、その受光端を主光源およ
び予備光源にそれぞれ光コネクタにより結合し、その他
方端を光駆動形半導体装置側に配された光コネクタに互
いに並列に接続し、この光コネクタを介して光駆動形半
導体装置内の受光側光ファイバ−に光結合するよう構成
したことにより、光伝送系光ファイバ−の中間に光量損
失の大きい光結合部がなく、したがって光源の光パワ−
を低損失で光駆動形半導体装置の受光部に伝送すること
が可能となり、光駆動形半導体装置の点弧特性のばらつ
きを凌駕する光パワ−により直列接続された複数の光駆
動形半導体装置を厳密な同時性を保持してタ−ンオンす
る機能が得られる。

【００１４】また、光コネクタおよび光結合器が回転防
止機構を備え、着脱可能に主光源，予備光源，および光
駆動形半導体装置のいずれかに連結されるよう構成すれ
ば、光ファイバ−両端の光結合器の位置ずれに起因する
伝送損失の増大を回避し、かつ着脱作業を容易化する機
能が得られる。

【００１５】さらに、主光源および予備光源が発光面長
がほぼ２００μｍのレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルから
なり、光伝送系における光ファイバ−のコア直径がほぼ
２００μｍ，光駆動形半導体装置内の受光側光ファイバ
−のコア直径がほぼ４００μｍとなるよう構成すれば、
各結合部における光ファイバ−の入射光量を最大限に保
持し、光量損失を一層低減する機能が得られる。

【００１６】さらにまた、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−
ルが、ホトダイオ−ドからなる出射光監視モニタ−を内
蔵するよう構成すれば、レ−ザ−ダイオ−ドの出射光量
の低下を光源側で検知して予備光源に切換えることがで
きるとともに、従来の監視装置と組み合わせることによ
り、光駆動形半導体装置の電圧の跳ね上がりが光源の出
射光量の低下によるものか，あるいは光伝送系の伝送損
失の増加によるものかを弁別して監視精度を高める機能
が得られる。また、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルにヒ
−トシンクを設けるよう構成すれば、レ−ザ−ダイオ−
ドの許容出射光量に及ぼす周囲温度の影響が緩和され、
光出力を相対的に向上する機能が得られる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる光駆動形半導体装置
の冗長形光伝送システムを模式化して示す構成図、図２
は図１における要部の説明図であり、従来技術と同じ構
成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説
明を省略する。図において、主光源１Ａおよび予備光源
１Ｂからなる冗長光源は共にレ−ザ−ダイオ−ドモジュ
−ルで構成され、入射側コネクタ２Ａおよび２Ｂにより
光ファイバ−２３Ａ，２３Ｂそれぞれの一方端に光結合
される。また、光ファイバ−２３Ａ，２３Ｂはその他方
端が光コネクタ（光結合器）に互いに並列に接続され、
光コネクタ２４を介して光駆動形半導体装置１０内の図
示しない受光側光ファイバ−に光結合される。従って、
光ファイバ−２３Ａ，２３Ｂは従来の光伝送系における
長尺光ファイバ−７の機能を兼ね、中間に結合部を持た
ない光伝送系を形成するので、従来必要とした結合コネ
クタ４，５，６，および冗長光ファイバ−相互の融着部
３Ｃが不用になり、この部分で発生した光量損失２．５
ｄＢが排除された、低損失の冗長形光伝送システムが得
られる。

【００１８】また、光ファイバ−２３Ａ，２３Ｂにはス
テップインデックス型の石英または多成分ガラス系の光
ファイバ−を用い、そのコア径をレ−ザ−ダイオ−ドの
発光面長と等しい２００μｍとすることにより、入射側
コネクタ２Ａ，２Ｂにおける光ファイバ−への入射損失
を低減できるとともに、光伝送系において光ファイバ−
に加わる機械的歪みに耐えるよう構成される。さらに、
光ファイバ−の光駆動形半導体装置側端末では、光ファ
イバ−２３Ａ，２３Ｂを相互に融着処理することなく図
２に示すように光結合器２４に並べて光結合し、図中破
線で示すコア径４００μｍを有する光駆動形半導体装置
内の受光側光ファイバ−２５に光結合することにより、
受光側光ファイバ−２５の入射光量が最大限に大きく保
持される。また、入射側コネクタおよび光結合器は、と
もに回り止めを有する着脱可能な構造とされ、着脱が繰
り返し行われても光の結合状態が変化しないよう構成さ
れる。その結果、得られた冗長形光伝送システム全体の
伝送損失は１．５ｄＢ程度に低減され、レ−ザ−ダイオ
−ドが出射する光パワ−の約７０％を安定して光駆動形
半導体装置に伝送できるので、複数個直列接続された光
駆動形半導体装置の点弧特性のばらつきを凌駕する十分
大きな光パワ−により、厳密な同時性を保持して光駆動
形半導体装置をタ−ンオンすることが可能になり、電圧
の跳ね上がりと、これに起因する光駆動形半導体装置の
電圧破壊を防止し、装置のシステムダウンを回避するこ
とができる。

【００１９】図３はこの発明の異なる実施例を示す要部
の模式化した断面図であり、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ
−ル３１はそのベ−ス３４内に、レ−ザ−ダイオ−ド１
１，ロッドレンズ３２，入射側コネクタ３３と、図示し
ない光量監視モニタとしてのホトダイオ−ドを備えると
ともに、レ−ザ−ダイオ−ド１１に熱的に結合したヒ−
トシンク３５を備えるよう構成される。このように構成
されたレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ル３１においては、
主光源１Ａの出射光量の低下を光量監視モニタがレ−ザ
−ダイオ−ドモジュ−ル３１内で検知して予備光源１Ｂ
への切換えを指令するので、光伝送系の伝送損失に関わ
りなく光源の出射光量を監視し、その光量低下に基づい
て冗長光源の切換制御を行うことができる。また、光量
監視モニタと従来の監視装置とを組合せることにより、
光駆動形半導体装置の電圧の跳ね上がりが光源の出射光
量の低下によるものか，あるいは光伝送系の伝送損失の
増加によるものかを弁別できるので、光源の光量，およ
び光伝送系の伝送損失の双方を監視して監視精度を高め
る機能が得られる。

【００２０】図４は異なる実施例におけるヒ−トシンク
の有無によるレ−ザ−ダイオ−ドの許容出射光量対周囲
温度特性の変化を示す特性線図であり、ヒ−トシンク３
５を設けることにより、レ−ザ−ダイオ−ドの許容出射
光量に及ぼす周囲温度の影響が緩和され、温度の高い雰
囲気中においてもレ−ザ−ダイオ−ドの出射光量を高い
レベルに保持できるので、レ−ザ−ダイオ−ドの長期信
頼性を向上し、光駆動形半導体装置のタ−ンオン特性を
安定化できる利点が得られる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は前述のように、冗長形光伝送
システムにおける光伝送系が、冗長光源の光源数に対応
した複数条の光ファイバ−からなり、その受光端を主光
源および予備光源にそれぞれ光コネクタにより結合し、
その他方端を光駆動形半導体装置側に配された光コネク
タに並列に接続し、この光コネクタを介して光駆動形半
導体装置内の１条の受光側光ファイバ−に光結合するよ
う構成した。その結果、従来の冗長形光伝送システムに
おいて必要とした冗長側光ファイバ−の融着部，および
これを長尺光ファイバ−に結合するためのコネクタが不
用になり、従来この部分で発生した２．５ｄＢよも及ぶ
大きな光の伝送損失が排除され、光源の光パワ−を低損
失で光駆動形半導体装置の受光部に伝送し、光駆動形半
導体装置の点弧特性のばらつきを凌駕する光パワ−によ
り直列接続された複数の光駆動形半導体装置を厳密な同
時性を保持してタ−ンオンできるのて、光駆動形半導体
装置の電圧の跳ね上がり，およびこれに伴う光駆動形半
導体装置の電圧破壊を防止できるとともに、これがシス
テムダウンに進展する危険性をも排除できる冗長形光伝
送システムを備えた光駆動形半導体装置を提供すること
ができる。

【００２２】また、光ファイバ−両端の光コネクタが回
転防止機構を備え、着脱可能に主光源，予備光源，およ
び光駆動形半導体装置のいずれかに連結されるよう構成
すれば、光コネクタの位置ずれに起因する伝送損失の増
大を回避し、かつ着脱作業を容易化できる利点が得られ
る。

【００２３】さらに、主光源および予備光源が発光面長
がほぼ２００μｍのレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルから
なり、光伝送系における光ファイバ−のコア直径がほぼ
２００μｍ，光駆動形半導体装置内の受光側光ファイバ
−のコア直径がほぼ４００μｍとなるよう構成すれば、
各光結合部における光ファイバ−の入射光量が最大限に
保持されて伝送損失を一層低減できるので、冗長形光伝
送システム全体としてレ−ザ−ダイオ−ドが出力する光
パワ−のほぼ７０％を光駆動形半導体装置に伝送するこ
とが可能になり、伝送特性がより優れた冗長形光伝送シ
ステムを有する光駆動形半導体装置を提供することがで
きる。

【００２４】さらにまた、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−
ルが、ホトダイオ−ドからなる出射光監視モニタ−を内
蔵するよう構成すれば、主光源の出射光量の低下を光量
監視モニタがレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ル内で検知し
て予備光源１Ｂへの切換えを指令するので、光伝送系の
伝送損失に関わりなく光源の出射光量を監視し、その光
量低下に基づいて冗長光源の切換制御を行うことがで
き、冗長光源本来の機能を発揮できるとともに、光量監
視モニタと従来の監視装置とを組合せることにより、光
駆動形半導体装置の電圧の跳ね上がりが光源の出射光量
の低下によるものか，あるいは光伝送系の伝送損失の増
加によるものかを弁別することが可能になるので、冗長
形光伝送システムの異常を光伝送系の伝送損失，冗長光
源の出射光量の双方で監視できる高度な監視機能を有す
る冗長形光伝送システムを備えた光駆動形半導体装置を
提供することができる。

【００２５】また、レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルにヒ
−トシンクを設けるよう構成すれば、レ−ザ−ダイオ−
ドの許容出射光量に及ぼす周囲温度の影響が緩和され、
温度の高い雰囲気中においてもレ−ザ−ダイオ−ドの出
射光量を高いレベルに保持できるので、レ−ザ−ダイオ
−ドの長期信頼性を向上し、光駆動形半導体装置のタ−
ンオン特性を安定化できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例になる光駆動形半導体装置の
冗長形光伝送システムを模式化して示す構成図

【図２】図１における要部の説明図

【図３】この発明の異なる実施例を示す要部の模式化し
た断面図

【図４】異なる実施例におけるヒ−トシンクの有無によ
るレ−ザ−ダイオ−ドの許容出射光量対周囲温度特性の
変化を示す特性線図

【図５】光駆動形半導体装置の従来の冗長形光伝送シス
テムを模式化して示す構成図

【図６】従来の冗長形光伝送システムにおける光源を簡
略化して示す断面図

【符号の説明】

１Ａ 主光源 １Ｂ 予備光源 ２ 入射側コネクタ ３ 冗長側光ファイバ− ４ 出射側コネクタ ５ ２芯−１芯コネクタ ６ 入射側コネクタ ７ 長尺光ファイバ− ８ 出射側コネクタ １０ 光駆動形半導体装置 １１ レ−ザ−ダイオ−ド １２ ロッドレンズ １３ ベ−ス ２３Ａ 光ファイバ− ２３Ｂ 光ファイバ− ２４ 出射側コネクタ（光結合器） ２５ 受光側光ファイバ− ３１ レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ル ３３ 入射側コネクタ ３４ ベ−ス ３５ ヒ−トシンク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主光源および予備光源とからなる冗長光源
   と、両光源の出射光を光駆動形半導体装置の受光部に導
   く光伝送系とからなり、前記主光源の出射光量が低下し
   たとき予備光源に切り換えて前記光駆動形半導体装置を
   光点弧するものにおいて、光伝送系が前記冗長光源の光
   源数に対応した複数条の光ファイバ−からなり、その受
   光端が前記主光源および予備光源にそれぞれ光コネクタ
   により結合され、その他方端が前記光駆動形半導体装置
   側に配された光コネクタに互いに並列に接続され、この
   光コネクタを介して前記光駆動形半導体装置内の受光側
   光ファイバ−に光結合されてなることを特徴とする光駆
   動形半導体装置の冗長形光伝送システム。
2. 【請求項２】光ファイバ−両端の光コネクタがそれぞれ
   回転防止機構を備え、着脱可能に主光源，予備光源，お
   よび光駆動形半導体装置のいずれかに連結されてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光駆動形半導体装置の冗
   長形光伝送システム。
3. 【請求項３】主光源および予備光源が発光面長がほぼ２
   ００μｍのレ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルからなり、光
   伝送系における光ファイバ−のコア径がほぼ２００μ
   ｍ，光駆動形半導体装置内の受光側光ファイバ−のコア
   直径がほぼ４００μｍであることを特徴とする請求項１
   記載の光駆動形半導体装置の冗長形光伝送システム。
4. 【請求項４】レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルが、ホトダ
   イオ−ドからなる出射光監視モニタ−を内蔵してなるこ
   とを特徴とする請求項３記載の光駆動形半導体装置の冗
   長形光伝送システム。
5. 【請求項５】レ−ザ−ダイオ−ドモジュ−ルが、ヒ−ト
   シンクを備えてなることを特徴とする請求項３記載の光
   駆動形半導体装置の冗長形光伝送システム。