【発明の詳細な説明】
感温性プレーナー光学部品のためのパッケージ 発明の属する技術分野
本発明は感温性部品のためのパッケージに関し、特に、パッケージが外部温度
の大きな変化にさらされたときに上記部品を実質的に一定の温度に保つパッケー
ジに関するものである。
発明の背景
ある種の光学部品の光学的特性は温度に依存する。このような部品の典型的な
例は、フェーズ・アレイ構成を基にした（異なる光路を備えた多数の導波路間の
光学的干渉を基にした）プレーナーＷＤＭ部品である。このような部品は、通常
、ぺルティエ素子を利用した温度調節システムとともにパッケージされる。ここ
にその引用例として、ＯＦＣ１９９５年テクニカルダイジェスト、７６，７７頁
記載のエイチ・ウエツカ外による「ＦＤＭのための新規な１×Ｎ被挟導波マルチ
プレクサ／デマルチプレクサ」を挙げる。しかしながら、この形式の温度補償シ
ステムはいくつかの欠点を有している。それは高価であり、比較的多量の電力を
消費し、かつ外界との熱交換を必要とする。さらに、入力電力として交流１１０
ボルトまたは２２０ボルトの専用電源を必要とする。
したがって、本発明の一つの目的は、従来のシステムの上記した欠点を克服し
た温度補償システムを提供することにある。他の目的は、パッケージが外部温度
の大きな変化（典型的には０℃から７０℃）にさらされたときに、上記部品を実
質的に一定の温度に保つ部品パッケージを提供することにある。さらなる目的は
、構成が簡素で信頼性が高く、小型で、安価に製造できる部品パッケージを提供
することにある。さらに他の目的は、消費電力が少なく、標準的な電子的電源（
例えば、＋５ボルト／０ボルト、または＋５ボルト／−５ボルト）を用いた、自
給式の温度調節を行なう部品パッケージを提供することにある。
発明の開示
簡潔に言えば、本発明は、感温性部品のためのパッケージに関するもので、こ
のパッケージは外側および内側容器を備えている。上記感温性部品は内側容器内
に配置される。回路は外側容器内で内側容器の外部に配置される。上記部品に熱
的に接触する温度感知センサは上記回路に入力を提供する。この回路は、上記部
品に熱的に接触する加熱素子の発熱量を制御する。
一つの実施の形態においては、外側および内側容器が断熱性材料で形成され、
かつ外側容器と内側容器との間に断熱材が配置されている。回路は、加熱素子を
流れる電流を調節するためのトランジスタを備えている。
内側容器内には、上記部品、上記加熱素子、上記温度センサおよび上記トラン
ジスタが接触する熱伝導性プレートが配置されている。上記回路は、ホイットス
トーン・ブリッジ形態に配列された複数の抵抗器を備えている。上記温度センサ
は上記複数の抵抗器の一つであり、これにより、上記回路は、上記ホイットスト
ーン・ブリッジに供給される電圧の変動を補償する。
本発明のさらなる特徴および効果は、具体例として与えられ、かつ添付図面に
示された好ましい実施の形態の説明から明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
図１は本発明による光学部品パッケージの一実施の形態の断面図である。
図２は断熱材を除去して内側容器を露にした、図１の２−２線に沿った断面図
である。
図３は図１および図２の内側容器の断面図である。
図４は図１および図３のパッケージに用い得る抵抗加熱素子の構成を示す図で
ある。
図５は温度制御回路の概略図である。
発明の好ましい実施の形態
図１および図３に示されている本発明の好ましい実施の形態によれば、温度補
償パッケージ１０は、（a）光学的および電気的入出力端子を備えた外側容器１
２と、（b）光学部品２０が内蔵された内側容器１４と、（c）電子的温度制御回
路１６との三つの主要部分から構成されている。
外側容器１２および内側容器１４は低熱伝導性ポリマーで形成されているのが
好ましい。内外容器の間には発泡断熱材１８またはその類似物が配置されている
。
ポリマー製外側容器は、この容器の内部を外界から熱的に隔離している。ポリマ
ー製内側容器は発泡断熱材とともに、この内側容器と外側容器との間に熱伝導路
が生じないように内側容器を熱的に隔離している。このような内外容器と発泡断
熱材とを使用した結果、上記部品を７５℃の一定温度に保つときの電力消費量が
３ワット未満に制限され、温度補償パッケージ１０は０℃と７０℃の間の温度で
作動する。
光ファイバ３４および３６は部品２０の両端から延び、かつ内側容器１４に形
成された孔３８および４０をそれぞれ通って延びている。ファイバ３４は、外側
容器１２の一端に取り付けられた外力緩和カバー４２をも通って延び、ファイバ
３６は、外側容器１２の他端に取り付けられた外力緩和カバー４４をも通って延
びている。
内側容器１４の内部には熱伝導性プレート２２が設けられ、このプレート上に
光学部品２０が配置されている。プレート２２に適した材料はアルミニウムであ
る。これに代わり、他の材料も使用可能なことは明白である。抵抗加熱素子２６
がプレート２２の光学部品２０側とは反対側に取り付けられている。図４に示さ
れているように、加熱素子２６は、２枚のポリイミド・シート２８（１枚のシー
ト２８のみが示されている）の間に配置された一筋の抵抗加熱材料Ｒ２４からな
る。１個またはそれ以上の感熱抵抗器Ｒ２１を熱伝導性プレート２２の光学部品
２０側またはその反対側に取付けることができる。２個の感熱抵抗器Ｒ２１を使
用する場合には、プレート２２の各側に設ければよい。抵抗器Ｒ２１は白金で形
成されるのが好ましい。リード線３０が抵抗器Ｒ２１から容器１４の底部の孔３
２を通って温度補償回路（後述）に延びている。
温度補償回路１６は、内側容器１４に近接して外側容器１２内に配置されてい
る。この回路１６は、温度センサＲ２１によって提供される情報を用いて部品２
０の温度を制御する。回路１６に対する外部接続は、外側容器１２に形成された
孔を通って延びるピン４８を介して行なわれる。
図５は、図１〜図３のパッケージで温度補償回路１６として使用可能な回路を
示す。０／５ボルトの電源電圧は、電圧変換器Ｕ２により＋５ボルト／−５ボル
トに変換される。もし外部電圧源から適正な電圧が供給される場合には、電圧変
換器Ｕ２は不要であり、作動電圧が種々のピン４８に供給される。感熱抵抗器Ｒ
２１は、抵抗器Ｒ１，Ｒ２およびＲ３を含むホイットストーン・ブリッジ５０の
一部分をなす。ホイットストーン・ブリッジ５０に発生した電圧は増幅ステージ
Ｕ１Ｄに印加される。光学部品２０の所望の動作温度を生じさせる抵抗器Ｒ３の
値が決定され、その値を有する抵抗器を回路に半田付けすることができる。この
ような固定抵抗器を用いると、温度調節の安定性と信頼性を増大させる。しかし
ながら、（例えばレーザーの波長変動を補償すべく）調整が必要であれば、抵抗
器Ｒ３をポテンシオメータにしてもよい。
ステージＵ１Ｄの出力は素子Ｕ１ＣおよびＵ１Ａからなる調節量計算回路に接
続されている。抵抗器Ｒ１５とＲ１６との接続点で得られるＵ１Ａの出力は、電
流増幅器Ｕ１Ｂによって出力トランジスタＱ１に結合される。加熱抵抗Ｒ２４を
流れる電流はトランジスタＱ１によって調節される。
もし外部温度が低下すると、内側容器１４内部の温度も低下するから、抵抗器
Ｒ２１の抵抗値は減少し、これによって端子Ａ３における負の電圧値が低下する
。この電圧はステージＵ１Ｄで増幅され、ステージＵ１ＣおよびＵ１Ａで処理さ
れ、ステージＵ１Ｂで増幅されて、トランジスタＱ１に加熱素子２６の抵抗体Ｒ
２４を流れる電流を増大させる。
開示された温度補償回路は数々の利点を備えている。回路の温度は外部温度と
光学部品の温度との間にある。この温度は外部温度に従って変化する。その結果
、もし電子回路が自己の温度に不感のように設計されていない場合には、熱的調
節特性に変動を生じるであろう。熱的に安定な部品を用いることによる顕著な予
防措置が採られている。すべての部品は８５℃の動作温度が保証されていること
が好ましい。組み立てられた回路においては、すべての入力抵抗器（図５のＲ１
〜Ｒ７）は熱に対する低い抵抗値変化率（１％の範囲）を備えていなければなら
ない。残りの抵抗器（Ｒ８〜Ｒ１８）の抵抗値変化率の範囲は５％である。
さらに、熱によって動作が変化する電子部品の一つはＵ２、すなわち０／５ボ
ルトを＋５ボルト／−５ボルトに変換する変換器である。図５の回路のホイット
ストーン・ブリッジ部分においては、−５ボルトの電圧が白金抵抗器Ｒ２１およ
びＲ３に対称的に印加される。したがって、この回路は変換器Ｕ２における電圧
変動を補償する。
極めて小型で簡素な設計とするために、加熱素子２６を流れる電流調節用にバ
ラスト・トランジスタＱ１か用いられる。このトランジスタは、最少に保たなけ
ればならない全消費電力の一部分を使用している。さらに、高信頼性を有するシ
ステムにするために、このトランジスタの温度を８５℃未満に保つ必要がある。
このパッケージの電子的部分が、熱的に隔離された雰囲気中に配置されているの
で、上記電子的部分はこのトランジスタによって１４０℃もの高温に達すること
もあり得る。そこで、信頼性の高い効率的なシステムを提供するために、バラス
ト・トランジスタＱ１が内側容器１４内に延出して熱伝導性プレート２２（図３
）に取り付けられるように部品パッケージ１０が構成される。トランジスタＱ１
から発生する熱はプレート２２に放散され、これによって、トランジスタの温度
は、部品２０が維持されるのと同じ一定温度に維持される。かくして、トランジ
スタＱ１の信頼性が向上する。さらに、トランジスタＱ１によって消費される電
力が部品の加熱に用いられ、電力消費量を最少にする。
上述のように構成された典型的な回路には下記の部品が含まれる。キャパシタ
Ｃ１は２５ボルト、２２μＦのキャパシタである。抵抗体Ｒ２４は５．３Ω，２
０ワットのフィルム抵抗である。Ｒ２１の抵抗値は０℃において１００Ωである
。残りの抵抗は表１に示された抵抗値を有する。表 １ 抵抗器 抵抗値（Ω）
Ｒ１ １．５×１０3
Ｒ２ １．５×１０3
Ｒ３ １２９．１
Ｒ４ １０ ×１０3
Ｒ５ １０ ×１０3
Ｒ６ １５０×１０3
Ｒ７ １５０×１０3
Ｒ８ １０ ×１０3
Ｒ９ １０ ×１０3
Ｒ１０ ２２０×１０3
Ｒ１１ １００×１０3
Ｒ１２ １００×１０3
Ｒ１３ １００×１０3
Ｒ１４ １００×１０3
Ｒ１５ ８．２×１０3
Ｒ１６ １．２×１０3
Ｒ１７ ４７
Ｒ１８ ０．２２
上述した好ましい実施の形態に対して、本発明から離れることなしに種々の変
更が可能である。例えば、内外の容器の間に配置される断熱材は必ずしも発泡断
熱材である必要はなく、他の断熱材を使用してもよい。同様に、例えば熱伝導性
プレート２２は必ずしもアルミニウム製である必要はなく、他の熱伝導性材料を
使用してもよい。さらに、上表に挙げた、図５の回路に含まれる抵抗器のオーム
値は適当な値の例示に過ぎない。またさらに、図５の回路図を、例えば、増幅ス
テージの数を変更すること等によって適当に変更してもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Package for temperature-sensitive planar optics Technical field to which the invention belongs
The present invention relates to a package for a temperature-sensitive component, in particular, when the package is connected to an external temperature.
Package that maintains the above components at a substantially constant temperature when exposed to large changes in
It is about di.
Background of the Invention
The optical properties of certain optical components are temperature dependent. Typical of such parts
An example is based on a phased array configuration (between multiple waveguides with different optical paths).
Planar WDM components (based on optical interference). Such parts are usually
, Packaged with a temperature control system using Peltier elements. here
For example, OFC 1995 Technical Digest, pages 76 and 77
H. Wetzka et al., “New 1 × N pinched waveguide multi-channel for FDM”
Plexer / Demultiplexer ". However, this type of temperature compensation system
Stems have several disadvantages. It is expensive and requires a relatively large amount of power
It consumes and requires heat exchange with the outside world. Further, as input power, AC 110
Requires a dedicated power supply of volts or 220 volts.
Accordingly, one object of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of conventional systems.
To provide an improved temperature compensation system. Another purpose is if the package is
When exposed to large changes in temperature (typically 0 ° C to 70 ° C)
An object of the present invention is to provide a component package for maintaining a qualitatively constant temperature. A further purpose
Offers a component package with a simple configuration, high reliability, small size and low cost
Is to do. Yet another purpose is to use low power, standard electronic power (
(For example, +5 volts / 0 volts, or +5 volts / -5 volts).
It is an object of the present invention to provide a component package which performs feed-type temperature control.
Disclosure of the invention
Briefly, the present invention relates to a package for a temperature sensitive component.
Package includes outer and inner containers. The above temperature-sensitive parts are inside the inner container
Placed in The circuit is located inside the outer container and outside the inner container. Heat to above parts
A temperature contacting sensor provides input to the circuit. This circuit is
Control the amount of heat generated by the heating element in thermal contact with the product.
In one embodiment, the outer and inner containers are formed of an insulating material,
Further, a heat insulating material is disposed between the outer container and the inner container. The circuit has a heating element
A transistor for adjusting the flowing current is provided.
Inside the inner container, the components, the heating element, the temperature sensor, and the transformer
A thermally conductive plate is provided for contacting the resistor. The above circuit is Whits
A plurality of resistors are arranged in a tone bridge configuration. Above temperature sensor
Is one of the plurality of resistors, whereby the circuit
Compensating for variations in the voltage supplied to the tone bridge.
Further features and advantages of the present invention are given by way of example, and
It will be clear from the description of the preferred embodiment shown.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an optical component package according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 with the heat insulation removed and the inner container exposed.
It is.
FIG. 3 is a sectional view of the inner container of FIGS. 1 and 2.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a resistance heating element that can be used for the packages of FIGS. 1 and 3.
is there.
FIG. 5 is a schematic diagram of the temperature control circuit.
Preferred embodiments of the invention
According to the preferred embodiment of the invention shown in FIGS.
The compensation package 10 includes (a) an outer container 1 having optical and electrical input / output terminals.
2, (b) an inner container 14 in which an optical component 20 is incorporated, and (c) an electronic temperature control circuit.
The road 16 is composed of three main parts.
The outer container 12 and the inner container 14 are formed of a low heat conductive polymer.
preferable. The foam insulation 18 or the like is disposed between the inner and outer containers.
.
The polymer outer container thermally isolates the interior of the container from the outside world. Polymer
The inner container is made of foam insulation and has a heat conduction path between the inner and outer containers.
The inner container is thermally insulated so as not to cause cracks. Foam break with such inner and outer containers
As a result of using heat materials, the power consumption when maintaining the above parts at a constant temperature of 75 ° C is
Limited to less than 3 watts, the temperature compensation package 10 can be used at temperatures between 0 ° C and 70 ° C.
Operate.
Optical fibers 34 and 36 extend from both ends of component 20 and are formed in inner container 14.
Extending through holes 38 and 40 respectively formed. Fiber 34 is outside
The fiber extends through an external force reducing cover 42 attached to one end of the
36 extends through the external force reducing cover 44 attached to the other end of the outer container 12.
Is running.
A heat conductive plate 22 is provided inside the inner container 14, and the heat conductive plate 22 is provided on the plate.
An optical component 20 is arranged. A suitable material for the plate 22 is aluminum.
You. Obviously, other materials could be used instead. Resistance heating element 26
Is attached to the plate 22 on the side opposite to the optical component 20 side. Shown in FIG.
As shown, the heating element 26 includes two polyimide sheets 28 (one sheet).
(Only 28 are shown).
You. One or more thermal resistors R21 may be connected to the optical components of the thermally conductive plate 22.
It can be mounted on the 20 side or on the opposite side. Uses two thermal resistors R21
If used, it may be provided on each side of the plate 22. Resistor R21 is made of platinum
It is preferred that this be done. The lead wire 30 is connected from the resistor R21 to the hole 3 at the bottom of the container 14.
2 to a temperature compensation circuit (described below).
The temperature compensation circuit 16 is disposed in the outer container 12 close to the inner container 14.
You. This circuit 16 uses the information provided by the temperature sensor R21 to
0 temperature is controlled. External connections to circuit 16 were formed in outer container 12
This is done via a pin 48 extending through the hole.
FIG. 5 shows a circuit that can be used as the temperature compensation circuit 16 in the package of FIGS.
Show. The power supply voltage of 0/5 volts is +5 volts / -5 volts by the voltage converter U2.
Is converted to If an appropriate voltage is supplied from an external voltage source,
No converter U2 is required and the operating voltage is supplied to the various pins 48. Thermal resistor R
21 is a Whitstone bridge 50 including resistors R1, R2 and R3.
Part of. The voltage generated at the Whitstone Bridge 50 is the amplification stage
Applied to U1D. Resistor R3, which produces the desired operating temperature of optical component 20,
The value is determined and a resistor having that value can be soldered to the circuit. this
The use of such a fixed resistor increases the stability and reliability of temperature control. However
However, if adjustments are needed (eg to compensate for laser wavelength variations),
The device R3 may be a potentiometer.
The output of stage U1D is connected to an adjustment amount calculation circuit composed of elements U1C and U1A.
Has been continued. The output of U1A obtained at the connection point between resistors R15 and R16 is
A current amplifier U1B couples to output transistor Q1. Heating resistor R24
The flowing current is regulated by the transistor Q1.
If the external temperature decreases, the temperature inside the inner container 14 also decreases.
The resistance of R21 decreases, thereby reducing the negative voltage at terminal A3.
. This voltage is amplified at stage U1D and processed at stages U1C and U1A.
Is amplified by the stage U1B, and the resistance R of the heating element 26 is added to the transistor Q1.
The current flowing through 24 is increased.
The disclosed temperature compensation circuit has a number of advantages. The temperature of the circuit is
Between the temperature of the optical components. This temperature varies according to the external temperature. as a result
If the electronics are not designed to be insensitive to their temperature,
Variations in nodal characteristics will occur. Significant savings from using thermally stable components
Precautionary measures have been taken. All parts are guaranteed to operate at 85 ° C
Is preferred. In the assembled circuit, all input resistors (R1 in FIG. 5)
~ R7) must have a low rate of change of resistance to heat (1% range)
Absent. The range of the resistance value change rate of the remaining resistors (R8 to R18) is 5%.
Further, one of the electronic components whose operation is changed by heat is U2, that is, 0/5 button.
This is a converter that converts the voltage to +5 volts / -5 volts. Whit of the circuit of Figure 5
In the stone bridge section, a voltage of -5 volts is applied to the platinum resistor R21 and
And R3. Therefore, this circuit is capable of providing the voltage at converter U2.
Compensate for fluctuations.
For a very compact and simple design, a battery for regulating the current flowing through the heating element 26 is provided.
The last transistor Q1 is used. This transistor must be kept to a minimum
It uses a fraction of the total power that must be consumed. In addition, a highly reliable system
In order to be a stem, the temperature of this transistor must be kept below 85 ° C.
The electronics of this package are located in a thermally isolated atmosphere
The electronic part can reach as high as 140 ° C by this transistor
It is possible. To provide a reliable and efficient system,
The transistor Q1 extends into the inner container 14 and the heat conductive plate 22 (FIG. 3)
The component package 10 is configured to be attached to the component package 10). Transistor Q1
The heat generated from the transistor is dissipated to the plate 22, thereby increasing the temperature of the transistor.
Is maintained at the same constant temperature as the component 20 is maintained. Thus, the transi
The reliability of the star Q1 is improved. Further, the power consumed by transistor Q1
Force is used to heat the part, minimizing power consumption.
A typical circuit configured as described above includes the following components. Capacitor
C1 is a 25 volt, 22 μF capacitor. Resistor R24 is 5.3Ω, 2
0 watt film resistance. The resistance value of R21 is 100Ω at 0 ° C.
. The remaining resistors have the resistance values shown in Table 1.Table 1 Resistor Resistance value (Ω)
R1 1.5 × 10Three
R2 1.5 × 10Three
R3 129.1
R4 10 × 10Three
R5 10 × 10Three
R6 150 × 10Three
R7 150 × 10Three
R8 10 × 10Three
R9 10 × 10Three
R10 220 × 10Three
R11 100 × 10Three
R12 100 × 10Three
R13 100 × 10Three
R14 100 × 10Three
R15 8.2 × 10Three
R16 1.2 × 10Three
R17 47
R18 0.22
Various modifications to the preferred embodiment described above may be made without departing from the invention.
Changes are possible. For example, the insulation placed between the inner and outer containers is not necessarily foam cut.
It does not need to be a heat material, and other heat insulating materials may be used. Similarly, for example, thermal conductivity
The plate 22 does not necessarily need to be made of aluminum, but may be made of another heat conductive material.
May be used. In addition, the ohms of the resistors included in the circuit of FIG.
The values are merely examples of suitable values. Furthermore, the circuit diagram of FIG.
The number may be changed appropriately by changing the number of tages.