CN112098047B

CN112098047B - 光电组件特性测量装置

Info

Publication number: CN112098047B
Application number: CN201910467021.7A
Authority: CN
Inventors: 王友延; 黄国玮; 翁思渊
Original assignee: Chroma ATE Suzhou Co Ltd
Current assignee: Chroma ATE Suzhou Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN112098047A

Abstract

本发明提供一种光电组件特性测量装置，包含：物镜、成像镜、摄影镜头以及光程调整模块。所述物镜设置于第一光路径上，用以接收第一待测光线，并将第一待测光线转换成第二待测光线。所述成像镜设置于第一光路径上，用以接收第二待测光线，并将第二待测光线转换成第三待测光线。所述摄影镜头设置于第一光路径上，用以测量第三待测光线的光束特性。所述光程调整模块设置于第一光路径上，且在第一光路径上位于成像镜与摄影镜头之间，光程调整模块受控于测试指令而相对于成像镜移动，据以调整在第一光路径上成像镜和摄影镜头的间隔为第一光程或第二光程。

Description

光电组件特性测量装置

技术领域

本发明是有关于一种电子组件的测量装置，特别是关于一种用于检查光电组件特性的测量装置。

背景技术

随着光电技术的进步，目前已知可以用许多介质产生雷射，例如可以通过气体、化学或半导体等介质产生雷射。目前市面上以通过半导体产生雷射较为常见，一般称此类半导体为雷射二极管。实务上，雷射二极管制造完成后，还需进行许多光学检测，以确保雷射质量的稳定。然而，在检测雷射二极管发出的雷射光时，许多测量项目需要经常性地移动物镜的物平面或成像镜的像平面，例如与光束特性相关的测量光束腰(beam waist)、发散角(divergence angle)及数值孔径(numerical aperture，NA)等近场参数。于所属技术领域具有通常知识者可以明白，经常性地移动物镜或成像镜，将导致光学架构的测量条件不稳定，也容易产生测量上的误差。

此外，多数的雷射二极管测试项目都需要有各自的测试站，例如前述测量光束腰、发散角及数值孔径等近场参数的测试站，实务上均未与测量发光度-电流-电压(luminance-current-voltage，LIV)的测试站整合。一般来说，在不同测试站之间搬运雷射二极管不仅容易造成意外损坏，因为测试站数量较多且搬运路线复杂，实务上也占用了非常多的厂房空间。据此，业界需要一种新的光电组件特性测量装置，不仅要在测量的过程中保持物镜与成像镜的稳定，更期待能够整合多个测量项目，以节省厂房空间。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种光电组件特性测量装置，可以用于检测雷射二极管的多个测量项目，并且在测量的过程中可以保持物镜与成像镜的稳定。

本发明提出一种光电组件特性测量装置，包含物镜、成像镜、摄影镜头以及光程调整模块。所述物镜设置于第一光路径上，用以接收第一待测光线，并将第一待测光线转换成第二待测光线。所述成像镜设置于第一光路径上，用以接收第二待测光线，并将第二待测光线转换成第三待测光线。所述摄影镜头设置于第一光路径上，用以测量第三待测光线的光束特性。所述光程调整模块设置于第一光路径上，且在第一光路径上位于成像镜与摄影镜头之间，光程调整模块受控于测试指令而相对于成像镜移动，据以调整在第一光路径上成像镜和摄影镜头的间隔为第一光程或第二光程。

于一些实施例中，光程调整模块可以包含镜面，镜面设置于第一光路径上，且镜面可以用以反射第三待测光线至摄影镜头。在此，当光程调整模块受控于测试指令时，镜面可以相对于摄影镜头移动。此外，摄影镜头测量第三待测光线的光束特性时，可以包含测量第三待测光线的光束腰、发散角及数值孔径等近场参数。另外，光程调整模块受控于测试指令而位移时，成像镜和摄影镜头的相对位置不变。

于一些实施例中，光电组件特性测量装置更可以包含第一滤镜，第一滤镜设置于第一光路径上且位于物镜和成像镜之间，可以用以减少第二待测光线的光强度。此外，在第一光路径上，摄影镜头大致上可以位于成像镜的出光侧焦平面。另外，第一待测光线是可以由雷射二极管射出，且在第一光路径上，雷射二极管是可以位在物镜的入光侧焦平面。

于一些实施例中，光电组件特性测量装置更可以包含第一分光镜与发光度-电流-电压测试模块。第一分光镜设置于第一光路径上，用以从第二待测光线分光出第四待测光线。发光度-电流-电压测试模块用以基于第四待测光线执行发光度-电流-电压测试，据以判断雷射二极管的操作特性。

综上所述，本发明提供的光电组件特性测量装置通过调整光程调整模块，便能够改变成像镜和摄影镜头的间隔，从而不需要移动物镜或成像镜，可以保持光学架构的稳定。此外，由于雷射二极管发出的雷射光线具有很高的光强度，为了避免摄影镜头过曝，实务上需要在光学架构中滤掉大部分的雷射光线。本发明提供的光电组件特性测量装置可以利用原本要被滤除的雷射光线，导入发光度-电流-电压测试模块，从而实现整合多个测量项目的目标。

有关本发明的其它功效及实施例的详细内容，配合附图说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是依据本发明一实施例的光电组件特性测量装置的架构示意图；

图2是依据本发明另一实施例的光电组件特性测量装置的架构示意图。

符号说明

1、3光电组件特性测量装置

10、30物镜 12、32成像镜

14、31、33分光镜 16、34光程调整模块

160、340镜面 18、35摄影镜头

2雷射二极管 D1、D2、D3、S距离

36发光度-电流-电压测试模块

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参阅图1，图1是绘示依据本发明一实施例的光电组件特性测量装置的架构示意图。如图1所示，本实施例的光电组件特性测量装置1用于测量光电组件的特性，所述光电组件可以是图1绘示的雷射二极管2。本实施例不加以限制光电组件的种类，例如所述光电组件也可以是气体雷射组件或化学雷射组件。在此，光电组件特性测量装置1可以用于测量雷射二极管2的光束特性，特别是用来测量雷射二极管2发出雷射光线的近场(near field)参数。例如，光电组件特性测量装置1可以用来测量雷射光线的光束腰(beam waist，W₀)和、发散角(divergence angle，θ)及数值孔径(numerical aperture，NA)等近场参数。一般来说，测量雷射二极管2的近场参数需要使物镜或成像镜在一定范围内移动式扫描，本实施例在此提出了一种不需要移动使物镜或成像镜的光学架构。图1所绘示的光电组件特性测量装置1具有物镜10、成像镜12、分光镜14、光程调整模块16以及摄影镜头18，而物镜10、成像镜12、分光镜14、光程调整模块16以及摄影镜头18均设置于第一光路径上，以下依序说明第一光路径上的各个组件。

物镜10设置于第一光路径上，用以接收雷射二极管2发出的雷射光线(第一待测光线)。图1中雷射二极管2到物镜10之间的点炼线，是用以示意第一待测光线沿着第一光路径进入光电组件特性测量装置1，并不限制实际上物镜10与雷射二极管2的尺寸，也不限制雷射二极管2发出第一待测光线的角度。有别于已经组装完成的雷射发射器，雷射二极管2因为还没有组装上适当的透镜，因此雷射二极管2所发出的雷射光线(第一待测光线)并不是平行光。于所属技术领域具有通常知识者可知，如果将光源摆放在凸透镜一侧焦平面上，通过凸透镜的光学特性，光源发出的光线可以被转换成平行光而从凸透镜的另一侧射出。于一个例子中，物镜10可以是凸透镜，且雷射二极管2可以例如摆放在物镜10的入光侧焦平面上，从而可以将非平行的雷射光线(第一待测光线)转换成平行的雷射光线(第二待测光线)。换句话说，物镜10可以将第一待测光线转换成具有平行光束特性的第二待测光线。

此外，成像镜12同样设置于第一光路径上，用以接收物镜10出光侧平行的雷射光线(第二待测光线)。如图1中绘示的，物镜10到成像镜12之间的点炼线，是用以示意第二待测光线沿着第一光路径进入成像镜12。实务上，成像镜12可以是一种镜筒透镜(tubelens)，本实施例在此不加以限制。另外，因为雷射光线被转换成平行光，理论上可以被传送到直线上的任意距离，也等于延长了第一光路径的长度。例如，延长了第一光路径可以看成增加了物镜10到成像镜12之间的距离，从而有机会可以在物镜10到成像镜12之间摆放更多种光学组件。然而，于所属技术领域具有通常知识者可知，平行光由于没有聚焦(没有焦点)的原因，从而没有办法有效成像。因此，成像镜12可以是凸透镜且具有一个焦平面，平行的雷射光线经过成像镜12后，可以再被转换成非平行的雷射光线(第三待测光线)，使得第三待测光线可以被成像并测量。

图1中绘示了分光镜14，是用以接收从成像镜12方向来的第三待测光线，且入射的第三待测光线可以穿透至光程调整模块16。所述第三待测光线经光程调整模块16反射后，再从原路径的相反方向回到分光镜14。如图1中绘示的，成像镜12到分光镜14之间的点炼线，是用以示意第三待测光线沿着第一光路径进入分光镜14，并且点炼线更穿透分光镜14至光程调整模块16，经过光程调整模块16反射后，点炼线再从光程调整模块16回到分光镜14。实务上，由于第三待测光线已经是非平行的雷射光线，会随着光线的前进而慢慢聚焦，因此可以看出光程调整模块16反射第三待测光线时，第三待测光线的截面积应该会略小于从成像镜12出光时的截面积。接着，分光镜14接收到光程调整模块16反射回来的第三待测光线后，会再将反射回来的第三待测光线导引向摄影镜头18。于一个例子中，光程调整模块16可以具有镜面160以及调整镜面160的马达或平台(图未示)，镜面160可以用来反射第三待测光线。本实施例在此不限制镜面160的形状或镜面160在光程调整模块16中的位置，只要镜面160可以用来反射第三待测光线，即符合本实施例对于镜面160的定义。

摄影镜头18同样设置于第一光路径上，用以测量分光镜14射出的第三待测光线的光束特性。如图1中绘示的，分光镜14到摄影镜头18之间的点炼线，是用以示意经过光程调整模块16中的镜面160反射的第三待测光线，沿着第一光路径从分光镜14射出并进入摄影镜头18。值得一提的是，本实施例不一定需要分光镜14，例如从成像镜12射出的第三待测光线可以直接被光程调整模块16的镜面160反射。于所属技术领域具有通常知识者应可以了解，在有分光镜14的情况下，镜面160的法线方向可以恰好相反于第三待测光线的入射方向，使得第三待测光线在镜面160的入射角为零，从而第三待测光线可以180度反射向原来的入射方向。另外，在没有分光镜14的情况下，只要计算第三待测光线在镜面160的入射角与出射角，并把摄影镜头18摆放在正确位置，应可以很轻易地接收到被光程调整模块16的镜面160反射后的第三待测光线。本实施例是为了让说明书简单易懂，后续仍以图1中绘示的有分光镜14的光电组件特性测量装置1进行说明。

于一个例子中，摄影镜头18可以摆放在成像镜12的出光侧焦平面上，即成像镜12和摄影镜头18在第一光路径上的距离，可以恰好是成像镜12的焦距长度。换句话说，第三待测光线由于聚焦于摄影镜头18的位置，故应能够成像于摄影镜头18中，使得摄影镜头18可以测量第三待测光线的光束特性。例如，摄影镜头18可以测量第三待测光线的光束腰、发散角及数值孔径等近场参数。

以实际操作的例子来说，在测量光束腰时，需要使成像镜12和摄影镜头18在第一光路径的距离(即第三待测光线的光程)略为改变，以找出光束腰、发散角及数值孔径等近场参数。由图1绘示的例子可知，第三待测光线的光程即成像镜12和摄影镜头18在第一光路径的距离，包含了第三待测光线从成像镜12到分光镜14的距离D1，第三待测光线从分光镜14到光程调整模块16中镜面160的距离D2，镜面160将第三待测光线反射回分光镜14时又会经过一次距离D2，以及第三待测光线从分光镜14到摄影镜头18的距离D3。也就是说，第三待测光线的光程可以简单表示为D1+2D2+D3。

为了改变使成像镜12和摄影镜头18在第一光路径的距离，光程调整模块16中的镜面160可以受控于测试指令相对于成像镜12移动，例如镜面160可以朝向成像镜12移动距离d或远离成像镜12移动距离d。当镜面160朝向成像镜12移动距离d时，即第三待测光线从分光镜14到光程调整模块16中镜面160的距离缩短了d，因此第三待测光线的光程可以进一步表示为D1+2(D2-d)+D3(例如可以称为第一光程)。另一方面，当镜面160远离成像镜12移动距离d时，即第三待测光线从分光镜14到光程调整模块16中镜面160的距离拉长了d，因此第三待测光线的光程可以进一步表示为D1+2(D2+d)+D3(例如可以称为第二光程)。

于所属技术领域具有通常知识者应可明白，基于成像的光学原理，只要透镜的焦距不变动，主动改变像平面到透镜的距离(像距)，也会同时使得物平面到透镜的距离(物距)产生变化。换句话说，本实施例的物镜10和成像镜12的焦距不变，通过移动镜面160使得第三待测光线的光程(像距)改变时，可以对应改变扫描雷射二极管2的深度(物距)。在此，可以简易地由下列成像公式说明本实施例的操作原理：

上述计算式中，f代表了物镜10和成像镜12的组合焦距。S代表了物距，即图1绘示的物镜10的像平面距离S，而像平面距离S代表了扫描雷射二极管2的。D代表了像距，即成像镜12到摄影镜头18之间的光程，也就是前述的D1+2D2+D3。由于本实施例物镜10和成像镜12的组合焦距是固定的，可以看出S和D之间存在着连动关系。以前述的例子来说，如果镜面160朝向成像镜12移动距离d，则上述计算式中的D实际上可用D1+2(D2-d)+D3代入，此时因为f和D均为已知，可以计算像平面距离S并表示为S1。如果镜面160远离成像镜12移动距离d，则上述计算式中的D实际上可用D1+2(D2+d)+D3代入，同样地因为f和D均为已知，可以计算像平面距离S并表示为S2。显然地，S1和S2并不相同，而上述S1到S2之间的差距即为光电组件特性测量装置1可以能够扫描的像平面纵深。

另外，由上述说明可知，成像镜12和摄影镜头18在第一光路径的光程变化范围可以是4倍的镜面160移动距离d(即+2d到-2d)。当然，本实施例虽以镜面160对称前后的移动为示范说明，但本实施例不限制镜面160必须对称地移动。此外，实务上由于雷射二极管2发出的雷射光线具有很高的光强度，为了避免摄影镜头18过曝，光电组件特性测量装置1更可以包含一个或多个滤光片(图未示)，例如所述滤光片可以设置在物镜10到成像镜12之间，本实施例不加以限制。

值得一提的是，传统上若要扫描雷射二极管达一定的纵深，通常需要移动整个光学系统，使得物镜和雷射二极管的物距改变。又或者，上述的例子中，要使成像镜和摄影镜头在第一光路径中产生4d(+2d到-2d)的光程变化范围，必须将成像镜或摄影镜头合计移动达4d的距离，才有可能使像距变化达4d(+2d到-2d)。然而，本实施例示范的例子中，由于分光镜14到光程调整模块16中镜面160的距离D2，镜面160反射回分光镜14的距离也是D2，因此只需要将镜面160移动2d(+d到-d)的距离，便可以使成像镜12和摄影镜头18在第一光路径中有+2d到-2d的光程变化范围。如此一来，本实施例不仅不需要移动到物镜10与成像镜12，由于镜面160的移动距离较短，在测量速度上也较传统方式更快速。另外，由于镜面160实际上重量可能十分地轻且体积小，因此更能使用高精密度的控制平台移动镜面160，从而测量精准度也有可能进一步提升。

另一方面，本实施例更可以整合测量发光度-电流-电压(luminance-current-voltage，LIV)的测量设备于光路中。请参阅图2，图2是绘示依据本发明另一实施例的光电组件特性测量装置的架构示意图。与图1相同的是，图2所绘示的光电组件特性测量装置3同样具有物镜30、成像镜32、分光镜33、光程调整模块34以及摄影镜头35，且物镜30、成像镜32、分光镜33、光程调整模块34以及摄影镜头35均设置于第一光路径上。此外，物镜30同样可以用以接收雷射二极管2发出的雷射光线(第一待测光线)，并将非平行的雷射光线(第一待测光线)转换成平行的雷射光线(第二待测光线)。成像镜32同样可以用以接收物镜30出光侧平行的雷射光线，并将平行的雷射光线转换成非平行的雷射光线(第三待测光线)。

此外，分光镜33同样可以用以接收从成像镜32方向来的第三待测光线，且入射的第三待测光线可以穿透至光程调整模块34。光程调整模块34可以具有镜面340，镜面340可以用来反射第三待测光线，且镜面340同样可以受控于测试指令相对于成像镜32移动。摄影镜头35同样可以测量第三待测光线的光束特性，例如可以测量第三待测光线的光束腰、发散角及数值孔径等近场参数。物镜30、成像镜32、分光镜33、光程调整模块34以及摄影镜头35的其他说明，可以参阅前一实施例中，对于物镜10、成像镜12、分光镜14、光程调整模块16以及摄影镜头18的说明，本实施例在此不予赘述。

与图1不相同的是，图2所绘示的光电组件特性测量装置3更可以具有分光镜31(第一分光镜)以及发光度-电流-电压测试模块36。在此，分光镜31可以设置在第一光路径上，且位于物镜30和成像镜32之间。如前所述，由于雷射二极管2发出的雷射光线具有很高的光强度，光电组件特性测量装置3除了可以包含一个或多个滤光片(图未示)之外，也可以通过分光镜31，将一定比例的雷射光线(第四待测光线)导引出第一光路径，从而可以减少第一光路径中的滤光片数量，或者可以选用较淡的滤光片。于一个例子中，分光镜31除了可以协助减去第一光路径中一部分的雷射光线，被导引出第一光路径的雷射光线，则更可以被发光度-电流-电压测试模块36接收。实务上，发光度-电流-电压测试模块36可以基于被导引出第一光路径的雷射光线，执行发光度-电流-电压测试，据以判断雷射二极管2的操作特性。举例来说，发光度-电流-电压测试可以测量雷射二极管2的激发电流(I_TH)、工作电压(V_OP)或工作电流(I_OP)等。

换句话说，被分光镜31导引出第一光路径的雷射光线，可以再被发光度-电流-电压测试模块36用于其他的测量项目，而不是单纯地将雷射光线从第一光路径滤除。由此可知，光电组件特性测量装置3可以更有效地利用雷射光线，减少不必要的能量消耗，有实际上的节能意义。此外，有别于传统上要用两个测试站分别测量雷射光线的近场参数以及雷射二极管2的操作特性，本实施例示范的光电组件特性测量装置3不仅可以由摄影镜头35测量雷射光线的近场参数，也可以由发光度-电流-电压测试模块36测量雷射二极管2的操作特性，更能有效地利用厂房的空间。

以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本发明技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本发明技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修改为其它等效的实施例，但仍应视为与本发明实质相同的技术或实施例。

Claims

1.一种光电组件特性测量装置，其特征在于，包含：

一物镜，设置于一第一光路径上，用以接收一第一待测光线，并将该第一待测光线转换成一第二待测光线；

一成像镜，设置于该第一光路径上，用以接收该第二待测光线，并将该第二待测光线转换成一第三待测光线；

一摄影镜头，设置于该第一光路径上，用以测量该第三待测光线的一光束特性；以及

一光程调整模块，设置于该第一光路径上，且在该第一光路径上位于该成像镜与该摄影镜头之间，该光程调整模块受控于一测试指令而相对于该成像镜移动，据以调整在该第一光路径上该成像镜和该摄影镜头的间隔为一第一光程或一第二光程；

该光程调整模块包含一镜面，该镜面用以反射该第三待测光线至该摄影镜头。

2.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，当该光程调整模块受控于该测试指令时，该镜面相对于该摄影镜头移动。

3.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，该摄影镜头测量该第三待测光线的该光束特性时，包含测量该第三待测光线的光束腰、发散角及数值孔径。

4.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，该光程调整模块受控于该测试指令而位移时，该成像镜和该摄影镜头的相对位置不变。

5.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，更包含一第一滤镜，设置于该第一光路径上且位于该物镜和该成像镜之间，用以减少该第二待测光线的光强度。

6.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，在该第一光路径上，该摄影镜头位于该成像镜的一出光侧焦平面。

7.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，该第一待测光线是由一雷射二极管射出，且在该第一光路径上，该雷射二极管是位在该物镜的一入光侧焦平面。

8.如权利要求1所述的光电组件特性测量装置，其特征在于，更包含：

一第一分光镜，设置于该第一光路径上，用以从该第二待测光线分光出一第四待测光线；以及

一发光度-电流-电压测试模块，用以基于该第四待测光线执行一发光度-电流-电压测试，据以判断一雷射二极管的一操作特性。