(57)【要約】【課題】半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布をより正確に求めることのできる光強度分布計測方法、および光強度分布計測装置を提供すること。【解決手段】光強度分布計測装置１０は、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光束の光強度分布を計測するための装置であって、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光束の所定位置での光強度を計測する光強度検出装置１２と、この光強度検出装置１２での計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出するデータ処理装置１３とを有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布を計測するための光強度分布計測方法であって、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測し、その計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出することを特徴とする光強度分布計測方法。
【請求項２】
請求項１において、前記光強度分布を算出するにあたって、ｔ分布関数のパラメータについては非線形の最小自乗法を用いることを特徴とする光強度分布計測方法。
【請求項３】
半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布を計測するための光強度分布計測装置であって、
前記半導体レーザから出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測する光強度検出手段と、該光強度検出手段での計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出するデータ処理手段とを有することを特徴とする光強度分布計測装置。
【請求項４】
請求項３において、前記データ処理手段は、ｔ分布関数の各パラメータについては非線形の最小自乗法を用いることを特徴とする光強度分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザから出射されるレーザ光束の強度分布を計測するための光強度分布計測方法、および光強度分布計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体に対する情報の再生記録を行うための光ヘッド装置、光ファイバー光学系などといったレーザ光学系を構成する際、半導体レーザから出射されるレーザ光束の二次元方向における光強度分布を形成して、光の利用効率を算出したり、光学系により集光したときの焦点近傍におけるスポットサイズを計算する必要がある。但し、レーザ光束の二次元方向の光強度分布を求める際には、複数箇所の光強度を計測し、この計測結果を所定の確率密度関数に当てはめて光強度分布を算出する必要がある。
【０００３】
このため、レーザ光束の二次元方向の光強度分布を求めるための光強度分布計測装置には、図１に示すように、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測する光強度検出装置１２と、この光強度検出装置１２での計測結果に基づいて光強度分布を算出するデータ処理装置１３とが設けられている。ここで、光強度検出装置１２は、受光した光強度を電気信号に変換する受光素子１２１と、この受光素子１２１がレーザ光束の一部を検出可能とするピンホールやスリットが形成された遮光板１２２とを有しており、光強度検出装置１２を半導体レーザ１１の発光点を中心に回転させれば、発光点から任意の角度に到達するレーザ光の強度を検出できる。
【０００４】
一方、データ処理装置１３は、従来、レーザ光が下式（１）で示すガウス分布（正規分布）に従うとして、光強度検出装置１２での計測結果をガウス分布に当てはめて光強度分布を算出する。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
ここで、光強度分布は、下式（２）で示すように、レーザ光束の中心近傍での最大強度、その位置座標（δｘ、δｙ）、および最大強度位置からＸ方向およびＹ方向に傾けていったときに最大強度に対して１／２となる半値幅（ＦＷＨＭ）の角度位置（／／θ、⊥θ）で表わされる。
【０００７】
【数２】
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【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように、レーザ光の強度分布がガウス分布に従うとして求めた光強度分布と、実測値とを比較すると、図３に示すように、光強度分布の裾部分において数％もの誤差が生じており、レーザ光の利用効率やスポットサイズを正確に求めることができないという問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明では、半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布をより正確に求めることのできる光強度分布計測方法、および光強度分布計測装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布を計測するための光強度分布計測方法において、前記半導体レーザから出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測し、その計測結果を、以下の式（３）、（４）で表わされるｔ分布関数（スチューデント分布／ｔ−ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に当てはめて光強度分布を算出することを特徴とする。
【００１１】
【数３】
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【００１２】
【数４】
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【００１３】
また、本発明では、半導体レーザから出射されたレーザ光束の光強度分布を計測するための光強度分布計測装置において、前記半導体レーザから出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測する光強度検出手段と、該光強度検出手段での計測結果を、上式で表わされるｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出するデータ処理手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
レーザ光束の光強度分布を求める際には、複数箇所の光強度を計測し、この計測結果を所定の確率密度関数に当てはめて光強度分布を算出する必要があるが、本発明では、ガウス分布よりもｔ分布関数の方が実測値に近いとして、光強度検出手段での計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出する。このため、光強度分布の裾部分においても誤差の少ない光強度分布を求めることができるので、レーザ光の利用効率やスポットサイズを正確に求めることができる。
【００１５】
本発明において、前記光強度分布を算出するにあたって、ｔ分布関数のパラメータについては非線形の最小自乗法を用いることが好ましい。すなわち、本発明に係る光強度分布計測装置において、前記データ処理手段は、ｔ分布関数の各パラメータについては非線形の最小自乗法を用いることが好ましい。ｔ分布関数のパラメータについては、推定した分布から求められる予測値と、光強度検出手段での計測結果との残差の自乗和が最小となるパラメータを求める。この際、本発明においてｔ分布関数で表わすのに必要なパラメータは、それを偏微分したときに一次偏導関数がパラメータ自身を含むため、計算式を解析的には解けないが、ニュートン法、その改良手法などといった反復解法を用いるなど、非線形の最小自乗法を用いれば、ｔ分布関数のパラメータを求めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用した光強度分布計測方法、および光強度分布計測装置を説明する。
【００１７】
図１は、光強度分布計測装置の構成図である。図２は、本発明に係る方法で算出した光強度分布と、実測値とを比較して示すグラフである。
【００１８】
図１において、光強度分布計測装置１０は、半導体レーザ１１から出射されるレーザ光束の二次元方向における光強度分布を求めるためのものであり、半導体レーザ１１から出射されたレーザ光束の複数箇所での光強度を計測する光強度検出装置１２と、この光強度検出装置１２での計測結果に基づいて光強度分布を算出するデータ処理装置１３とを有している。
【００１９】
光強度検出装置１２は、受光した光強度を電気信号に変換する受光素子１２１と、この受光素子１２１と半導体レーザ１１との間に配置され、受光素子１２１がレーザ光束の一部を検出可能とするピンホールやスリットが形成された遮光板１２２とを有しており、光強度検出装置１２を半導体レーザ１１の発光点を中心に回転させれば、発光点から任意の角度に到達するレーザ光の強度を検出することができる。
【００２０】
一方、本形態において、データ処理装置１３は、以下の出順で光強度分布を求めるマイクロコンピュータ、およびその動作プログラムなどが格納されたメモリなどを備えており、レーザ光が下式（５）、（６）で示すｔ分布関数に従うとして、光強度検出装置１２での計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出する。
【００２１】
【数５】
2004184349.tif 000007
【００２２】
【数６】
2004184349.tif 000008
【００２３】
ここで、光強度分布は、半導体レーザ１１から出射されるレーザ光束の二次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向）で求める必要があるため、本形態では、式（５）を下式（７）のように変形して用いる。
【００２４】
【数７】
2004184349.tif 000009
【００２５】
なお、上式（７）において、自由度（計測点数）をｎｘ、ｎｙとしたとき、ｖｘ＝ｎｘ−１、ｖｙ＝ｎｙ−１である。
【００２６】
ここで、上式のＸ成分、およびＹ成分を下式（８）、（９）で表わすと、式（７）は、式（１０）として表わされる。
【００２７】
【数８】
2004184349.tif 000010
【００２８】
【数９】
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【００２９】
【数１０】
2004184349.tif 000012
【００３０】
また、レーザ光束の最高強度の中心からのずれを表わすには、下式（１１）で示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各々にオフセット値δｘ、δｙを入れる。
【００３１】
【数１１】
2004184349.tif 000013
【００３２】
また、通常、最高強度は１にノーマライズして表現するので、式（１１）の右辺をＴＰＤＦの最高値で割れば、式（１２）に示すように、ノーマライズできる。
【００３３】
【数１２】
2004184349.tif 000014
【００３４】
さらに、レーザ光束の広がり角を決める係数は、式（１３）に示すように、式（１２）において、各変数ｘ、ｙに係数αｘ、αｙをつけることによって表現できる。
【００３５】
【数１３】
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【００３６】
これにより、レーザ光の光束の二次元方向における光強度分布を表現できる。
【００３７】
ここで、上式については、各パラメータδｘ、δｙ、Ｖｘ、Ｖｙ、αｘ、αｙを求める必要があり、本形態では、ｔ分布関数の各パラメータについては非線形の最小自乗法を用いる。すなわち、ｔ分布関数のパラメータについては、推定した分布から求められる予測値と、光強度検出手段での計測結果との残差の自乗和が最小となるパラメータを求めるが、この際、各パラメータは、それを偏微分したときに一次偏導関数がパラメータ自身を含むため、計算式を解析的には解けない。そこで、本形態では、ニュートン法、その改良手法などといった反復解法を用いる。このような、非線形の最小自乗法についてはは、Ｄｅｎｎｉｓ，Ｊ．Ｅ．，Ｊｒ．，“Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ，”Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｉｎ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｅｄ．Ｄ．Ｊａｃｏｂｓ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，ｐｐ．２６９−３１２，１９７７などに詳しい。
【００３８】
このようにして、複数箇所の光強度の計測結果をｔ分布確率密度関数に当てはめてＸ軸方向およびＹ軸方向における光強度分布を算出し、その算出結果と、実測値とを比較すると、図２に示すように、光強度分布の裾部分においても誤差の少ない光強度分布を求めることができる。それ故、レーザ光の利用効率やスポットサイズを正確に求めることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、半導体レーザから出射されたレーザ光束の複数箇所の光強度を計測し、この計測結果をｔ分布関数に当てはめて光強度分布を算出する。このため、光強度分布の裾部分においても誤差の少ない光強度分布を求めることができるので、レーザ光の利用効率やスポットサイズを正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光強度分布計測装置の構成図である。
【図２】本発明に係る方法で算出した光強度分布と、実測値とを比較して示すグラフである。
【図３】従来の方法で算出した光強度分布と、実測値とを比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１０  光強度分布計測装置
１１  半導体レーザ
１２  光強度検出装置
１３  データ処理装置
１２１  受光素子
１２２  遮光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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