JP2001317926A - 半導体レーザの放射角度測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確な放射角度や放射パターンを測定できる
半導体レーザの放射角度測定方法等を提供する。 【解決手段】 半導体レーザ６の測定軸上に設置された
受光素子７の手前に回折格子１０を傾けて設置し、その
一次回折光を軸合わせ用受光素子９に受光させる。半導
体レーザ６は、測定軸Ｘを中心に回転する回転ステージ
５及び測定軸Ｘの垂直面上の直交二方向を移動する二方
向直動ステージ４に設置し、これらを駆動しながら軸合
わせ用受光素子９の出力に基づいて各回転位置の最大光
量位置を特定する。そして、上記回折格子１０を測定軸
Ｘ上から取り外し、上記最大光量位置の情報に基づいて
半導体レーザ６の回転角度及び位置を制御し放射パター
ン中心を測定軸Ｘに一致させて、発光点ｂを中心とした
円弧上の相対位置へ受光素子７を回動させ光量を計測
し、放射角度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体レーザダイ
オードから放たれる放射光の放射角度や放射パターンを
測定する測定装置及びその測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザダイオード（以下、
単に半導体レーザを称する）の放射角の測定では、半導
体レーザの発光点位置を回転軸上に固定し、この回転軸
を中心に受光素子円弧方向の相対位置へ回動させる手法
がある。この光軸方向を横切るような受光素子の回動に
より半導体レーザの放つ放射光の一断面方向における光
強度分布が計測され、放射角度が求まる。また、例えば
楕円に拡がる放射光の水平方向拡がりや垂直方向の拡が
りなど、その放射パターンを正確に捉えるには、半導体
レーザと受光素子の位置関係において受光素子中心がそ
の放射光の最大光量位置を通過する位置精度が求められ
る。以下、受光素子中心が放射光の最大光量位置、すな
わち放射パターンの中心を捉えるような光軸方向を「測
定軸」と称する。

【０００３】上記受光素子を用いた従来の測定装置にお
いて、その分解能を上げるために受光素子径が微小化
し、このため受光素子に最大光量位置を与えるような測
定軸の設定は容易ではない。この困難性に鑑みて、例え
ば、特開平１１−１４２１２５号には、複数セルからな
る１次元ＣＣＤを備え、半導体レーザの位置合わせの配
慮を無くした光放射角度測定装置が考案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれにして
も従来の測定装置においては、半導体レーザが受光素子
の回動軸に対して固定された状態であり、位置精度の高
い測定軸の設定は困難かつ面倒であった。

【０００５】本発明は、そのような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするとことは、受光素子に最
大光量位置を与える測定軸の設定が容易であり、また、
放射パターンを任意の断面方向から測定でき、また、複
数の断面方向を測定する場合にも正確な放射角度や放射
パターンを測定できる半導体レーザの放射角度測定装置
及びその測定方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザの放射角度測定装置は、半導
体レーザから測定軸上に放たれる放射光の放射角度や放
射パターンを測定する測定装置であって、上記半導体レ
ーザと、該半導体レーザの測定軸上を向くように設置さ
れた計測用受光素子と、上記半導体レーザの発光点を中
心とした円弧上の相対位置へ上記計測用受光素子を回動
させる第１の回転ステージと、上記測定軸を中心として
半導体レーザを回転させる第２の回転ステージと、上記
測定軸の垂直面上における直交二方向へ半導体レーザを
移動可能な二方向直動ステージと、上記計測用受光素子
の手前で測定軸上に傾かせて着脱自在に設置される回折
格子と、該回折格子からの一次回折光を透過するスリッ
ト手段と、該スリット手段を介して上記一次回折光を受
光する軸合わせ用受光素子と、上記第２の回転ステージ
及び上記直動ステージを駆動したときの上記軸合わせ用
受光素子の出力に基づいて放射光の最大光量位置を特定
し、該最大光量位置の情報に基づいて上記半導体レーザ
の位置を制御可能な制御演算手段と、を有することを特
徴としている。

【０００７】本発明の半導体レーザの放射角度測定方法
は、半導体レーザから測定軸上に放たれる放射光の放射
角度や放射パターンを測定する測定方法であって、上記
半導体レーザの測定軸上を向くように計測用受光素子を
設置し、該計測用受光素子の手前で上記測定軸上に傾か
せた回折格子を設置し、該回折格子からの一次回折光が
スリット手段を介して入射する軸合わせ用受光素子を設
置し、上記測定軸を中心に半導体レーザを回転させると
ともに上記測定軸の垂直面上における直交二方向に移動
させることで任意の回転角度及び位置を与えながら、上
記軸合わせ用受光素子の出力に基づき上記放射光の最大
光量位置を特定した後、上記回折格子を取り除くととも
に、上記最大光量位置の情報に基づいて上記半導体レー
ザの回転角度及び位置を制御することによって上記測定
軸上に放たれる放射パターンの中心をその測定軸に一致
させてから、上記計測用受光素子を上記発光点を中心と
した円弧上の相対位置へ回動させ該計測用受光素子によ
り光量を計測することを特徴としている。

【０００８】上記測定方法において、上記最大光量位置
の特定は、上記半導体レーザを９０゜毎に回転させる工
程を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体レー
ザの放射角度測定方法。

【０００９】また、上記半導体レーザに任意の回転角度
及び位置を与えたときの各回転角度毎の最大光量位置を
測定軸に垂直な座標上にとり、これら最大光量位置間の
中心座標を基準に半導体レーザを各最大光量位置へ移動
するとよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を説明する。図１は、本発明に関わる測定装置の全
体構成図を示す斜視図である。本測定装置の概略構成
は、測定台１上に、第１の回転ステージとしてのＬＤ回
転ステージ２を介して回転アーム３を回転自在に支持
し、この回転アーム３の立設面３ａにＹ・Ｚ方向の二方
向直動ステージ４及び第２の回転ステージとしての方向
設定回転ステージ５を介して半導体レーザ６を取り付
け、この半導体レーザ６と対向する測定軸Ｘ上に計測用
受光素子７を設置したものである。計測用受光素子７
は、測定台１の立設部８に取り付けてある。半導体レー
ザ６の発光点ｂ近傍から計測用受光素子７に向けてほぼ
水平方向の測定軸Ｘが設定されている。

【００１１】上記測定台１の立設部８には、上記計測用
受光素子７のほかに、軸合わせ用受光素子９が設けられ
ている。また、その測定軸Ｘ上であって計測用受光素子
７の手前には回折格子１０が角度θに傾かせて取付けら
れ、この回折格子１０は立設部８から着脱自在となって
いる。図１に示されるように、回折格子１０によって下
方へ分光された一次回折光はスリット手段としてのスリ
ット板１５を通過して軸合わせ用受光素子９に入射す
る。また、スリット板１５のスリットは一次回折光の幅
と等しくなっている。

【００１２】半導体レーザ６は、駆動電源１１が接続さ
れ、二方向直動ステージ４上に取り付けられ、この二方
向直動ステージ４が方向設定回転ステージ５の回転面上
に設置されている。方向設定回転ステージ５は、回転ア
ーム３の立設面３ａに取り付けられ、その回転軸方向が
半導体レーザ６の発光点ｂを通るように設定されてい
る。この方向設定回転ステージ５により半導体レーザ６
は測定軸Ｘ方向を中心にして矢印Ａ方向で３６０゜回転
可能であり、また、二方向直動ステージ４により、Ｙ・
Ｚの各方向へ変位することができる。駆動電源１１をオ
ンすれば、半導体レーザ６の発光点ｂから計測用受光素
子７へ向けて放射光Ｂが照射される。

【００１３】一方、ＬＤ回転ステージ２の回転軸２ａは
半導体レーザ６の発光点ｂを通るように設定され、回転
アーム３が回転軸２ａを中心にして矢印Ｃ方向に回動す
る。これにより計測用受光素子７が、半導体レーザ６の
光軸と交わる円弧方向であって発光点ｂからの距離を一
定に保ちつつ、相対的には発光点ｂを中心とした円弧上
を回動自在となっている。

【００１４】上記ＬＤ回転ステージ２、二方向直動ステ
ージ４及び方向設定回転ステージ５は、コントローラ１
２を介して制御演算手段１３に接続され、各々の駆動量
が制御される。また、制御演算手段１３には光量計測装
置１４を経て計測用受光素子７及び軸合わせ用受光素子
９が接続され、これら受光素子７，９からの受光情報信
号が入力される。この制御演算手段１３は、図示しない
演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ・ＲＡＭ）を有
し、上記ＬＤ回転ステージ２、二方向直動ステージ４若
しくは方向設定回転ステージ５を独立に駆動可能であ
る。そして、これらの駆動の組み合わせによって半導体
レーザ６を任意の回転角度及び位置に設定し、その放射
光Ｂを受光素子７又は９に受光させその計測結果を記憶
するほか、後述の軸合わせ処理、放射角度及び放射パタ
ーンの演算処理など、各処理の実行に必要なプログラム
を格納している。

【００１５】つぎに、上記構成の測定装置による放射角
度及び放射パターンの測定方法を説明する。駆動電源１
１から半導体レーザ６へ電荷を注入して安定した点灯状
態にする。先ず、測定軸Ｘに半導体レーザ６の放射パタ
ーン中心、すなわち最大光量位置に合わせるための軸合
わせ処理を行う。このため、測定軸Ｘ上に回折格子１０
を設置し、放射光Ｂを軸合わせ用受光素子９へ回折格子
１０及びスリット板１５を介して入射させる。図示の例
では軸合わせ用受光素子９上のＰ点に入射させている。
この軸合わせ用受光素子９は、計測用受光素子９の中心
に入射する光軸が回折格子によって曲げられたとき、そ
の曲げられら光軸が軸合わせ用受光素子９の中心に入射
するように設置されている。そして、上記制御演算手段
１３により方向設定回転ステージ５を駆動し、半導体レ
ーザ６に矢印Ａ方向で任意の回転角度を与えつつ、各回
転位置毎に二方向直動ステージ４を駆動する。半導体レ
ーザ６に複数の回転角度及び位置を与えながら、軸合わ
せ用受光素子９からの出力を取り込み、各位置での計測
光量を記憶する。

【００１６】各回転角度で得られた計測光量間の値を比
較し、一の回転角度における一の最大光量値を選択す
る。最大光量値は、放射光Ｂの軸ずれに応じた最大光量
点であり、各回転位置の最大光量値をＹ・Ｚ方向の２次
元座標上にプロットすれば、各々のＹ・Ｚ方向の移動量
から、図２のような楕円方向で示される。このようにし
て、半導体レーザ６が回転角度αに位置するときの、各
最大光量点の測定軸Ｘからのずれ量とその方向を特定す
る。そして、その座標上に示された複数の最大光量位置
間の平均値、すなわち楕円の中心座標Ｐ′からのずれ量
Ｌと各角度αを算出する。最小の計測回数で座標Ｐ′を
算出するには、回転角度αのピッチを少なくとも９０゜
にするとよい。

【００１７】そして、放射光Ｂの最大光量点を測定軸Ｘ
に一致させるには、上記制御演算手段１３が座標Ｐ′を
基準とした角度α及びずれ量Ｌ（最大光量点の位置情
報）に基づき、方向設定回転ステージ５及び二方向直動
ステージ４を駆動する。こうして任意の回転角度αで最
大光量点が与えらえるＹ・Ｚ平面上の各位置に、半導体
レーザ６を移動し、その放射パターン中心と測定軸の
「軸合わせ処理」を行う。

【００１８】実際に半導体レーザ６の放射角度や放射パ
ターンを測定する場合、上記回折格子１０を取り外して
計測用受光素子７による光量計測を行う。放射角度の測
定では、ＬＤ回転ステージ２で回転アーム３をＣ方向に
回動し、半導体レーザ６の発光点ｂを中心とした円弧方
向に計測用受光素子７を相対的に移動させながら、各回
動位置で計測用受光素子７の出力を取り込む。これによ
り、図３に示すように半導体レーザ６の任意の回転角度
αにおける一断面方向の光強度分布が得られる。この波
形のうち所定の設定値を越えた回転角度を放射角度とす
る。また、予め各回転角度αに応じた軸合わせ処理を行
うので、図４に示すように、各方向の放射角度をＹ・Ｚ
平面上に各最大光強度で交差して位置づければ、放射光
Ｂの正確な放射パターンを再現できる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、測定軸上に傾かせた回折格子からの一次回折光
を入射する軸合わせ用受光素子を設置し、半導体レーザ
の測定軸を中心とした任意の回転角度における最大光量
位置を特定できるので、半導体レーザから放たれる放射
パターンの中心を測定軸に一致させる軸合わせ処理が可
能であり、特に測定軸を中心に半導体レーザを回転させ
る場合においても、各回転角度における正確な放射角度
及び放射パターンを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる測定装置の全体構成図を示す斜
視図である。

【図２】各回転位置αの最大光量値をＹ・Ｚ方向の座標
上に示す図である。

【図３】任意の各回転位置αにおける受光素子の出力波
形図である。

【図４】本実施例で測定された放射パターンを示す図で
ある。

【符号の説明】

２ ＬＤ回転ステージ（第１の回転ステージ） ４ 二方向直動ステージ ５ 方向設定回転ステージ（第２の回転ステージ） ６ 半導体レーザ ｂ 半導体レーザの発光点 Ｂ 放射光 ７ 計測用受光素子 ９ 軸合わせ用受光素子 １０ 回折格子 １３ 制御演算手段 １５ スリット板（スリット手段） Ｘ 測定軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザから測定軸上に放たれる放
   射光の放射角度や放射パターンを測定する測定装置であ
   って、上記半導体レーザと、該半導体レーザの測定軸上
   を向くように設置された計測用受光素子と、上記半導体
   レーザの発光点を中心とした円弧上の相対位置へ上記計
   測用受光素子を回動させる第１の回転ステージと、上記
   測定軸を中心として半導体レーザを回転させる第２の回
   転ステージと、上記測定軸の垂直面上における直交二方
   向へ半導体レーザを移動可能な二方向直動ステージと、
   上記計測用受光素子の手前で測定軸上に傾かせて着脱自
   在に設置される回折格子と、該回折格子からの一次回折
   光を透過するスリット手段と、該スリット手段を介して
   上記一次回折光を受光する軸合わせ用受光素子と、上記
   第２の回転ステージ及び上記直動ステージを駆動したと
   きの上記軸合わせ用受光素子の出力に基づいて放射光の
   最大光量位置を特定し、該最大光量位置の情報に基づい
   て上記半導体レーザの位置を制御可能な制御演算手段
   と、を有することを特徴とする半導体レーザの放射角度
   測定装置。
2. 【請求項２】 半導体レーザから測定軸上に放たれる放
   射光の放射角度や放射パターンを測定する測定方法であ
   って、上記半導体レーザの測定軸上を向くように計測用
   受光素子を設置し、該計測用受光素子の手前で上記測定
   軸上に傾かせた回折格子を設置し、該回折格子からの一
   次回折光がスリット手段を介して入射する軸合わせ用受
   光素子を設置し、上記測定軸を中心に半導体レーザを回
   転させるとともに上記測定軸の垂直面上における直交二
   方向に移動させることで任意の回転角度及び位置を与え
   ながら、上記軸合わせ用受光素子の出力に基づき上記放
   射光の最大光量位置を特定した後、上記回折格子を取り
   除くとともに、上記最大光量位置の情報に基づいて上記
   半導体レーザの回転角度及び位置を制御することによっ
   て上記測定軸上に放たれる放射パターンの中心をその測
   定軸に一致させてから、上記計測用受光素子を上記発光
   点を中心とした円弧上の相対位置へ回動させ該計測用受
   光素子により光量を計測することを特徴とする半導体レ
   ーザの放射角度測定方法。
3. 【請求項３】 上記最大光量位置の特定は、上記半導体
   レーザを９０゜毎に回転させる工程を含むことを特徴と
   する請求項２に記載の半導体レーザの放射角度測定方
   法。
4. 【請求項４】 上記半導体レーザに任意の回転角度及び
   位置を与えたときの各回転角度毎の最大光量位置を測定
   軸に垂直な座標上にとり、これら最大光量位置間の中心
   座標を基準に半導体レーザを各最大光量位置へ移動する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体レーザ
   の放射角度測定方法。