(57)【要約】【課題】面発光レーザ特有の高次モード、を簡単に検査する。【解決手段】第１の工程で、所定の駆動電流で駆動される面発光レーザ１４から出射されたレーザ光を光センサ２０で受光し、光センサ２０で受光した受光光量の値を記録し、第２の工程で、アパチャー２２を配置して受光光量の値を記録する。第３の工程において、第１の工程での受光光量の値と第２の工程での受光光量の値との比率Ａを求め、求めた比率Ａが予め定めた値から外れたか否かを判断する。第３の工程において、判断が否定された場合には、レーザ光が高次モードになったことを意味するので、その面発光レーザ１４は、例えば、画像形成装置の光学走査装置には不向きである、と判断できる。【選択図】  図１
2005011997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光レーザの検査装置であって、
面発光レーザを配置する配置部と、
前記配置部に配置された面発光レーザのレーザ光出射側に配置され、前記面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有する光センサと、
前記配置部と前記光センサとの間に抜き差し可能に配置され、前記レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーと、
を有することを特徴とする面発光レーザの検査装置。
【請求項２】
前記アパチャーに偏光フィルタを設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザの検査装置。
【請求項３】
面発光レーザの検査方法であって、
所定の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、前記駆動電流と前記光センサで受光した光量との関係を記録する第１の工程と、
前記面発光レーザと前記光センサとの間に前記レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置して、前記駆動電流と前記光センサで受光した光量との関係を記録する第２の工程と、
前記第１の工程での光量と前記第２の工程での光量との比率Ａを求め、前記比率Ａが、予め定めた値から外れたか否かを判断する第３の工程と、
を有することを特徴とする面発光レーザの検査方法。
【請求項４】
前記アパチャーに偏光フィルタを設けた、ことを特徴とする請求項３に記載の面発光レーザの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法にかかり、特に、面発光レーザから出射されたレーザ光が高次モードになっているか否かを簡単に検査することが出来る面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学走査装置を高速化、及び高解像度化する施策として、１つのチップから数十本というマルチビームを発生させる光源として面発光レーザを用いた光学走査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
面発光レーザは、端面発光レーザに比べて光共振器長が短いために高出力化が難しく、さらに、高出力化を図ると基本モードではなく、高次モードになり易いという問題があった。
【０００４】
そこで、面発光レーザの基本モードを高出力化させる手段が開示されている（例えば、特許文献２、３参照）
また、面発光レーザは、構造が基本的に等方性のため、端面発光レーザと違って、光の偏光方向の制御が難しいという問題があった。
【０００５】
そこで、面発光レーザの変更方向を制御する構造が提案されている（特許文献４、５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１５４２３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０８７５５号公報
【特許文献３】
特開２００２−３５３５６２号公報
【特許文献４】
特開平１０−２７９３８号公報
【特許文献５】
特開２０００−３６６３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
面発光レーザの基本モードの高出力化、及び偏光方向制御の施策が提案されているが、実際の製造のばらつきによっては、狙いとする単一モードの高出力化、及び偏光方向制御が達成できないものが発生する。
【０００８】
そのため、生産に当たっては、単一モード性、及び偏光方向を検査する必要がある。
【０００９】
レーザ光が高次モードになると、光学走査装置によって被走査面上に結像される光スポットの径が大きくなってしまうという問題が発生する。
【００１０】
図６のグラフは、面発光レーザの駆動電流と光出力の関係を示している。
【００１１】
面発光レーザは、光出力が増大すると高次モードが発生し易くなり、図中点線の光出力を超えた場合高次モードが発生している。
【００１２】
この面発光レーザを光学走査装置に取り付け、感光体上で結像された光スポットのスポットサイズとレーザ駆動電流の関係を示したものが図７のグラフである。
【００１３】
レーザ駆動電流が増大し、高次モードが発生すると、光スポットサイズが増大する挙動が実験により観察された。
【００１４】
光スポットサイズが変化すると、画像形成装置の中間調再現性（階調性）が変化してしまうので、画質の安定性が問題となる。
【００１５】
レーザ光の偏光方向が変化すると、走査光学系に用いられるレンズ、ミラー等の透過率や反射率が変動するため、被走査面上での光量が不安定になり、出力画像の濃度変動として現れてしまう。
【００１６】
レーザ光が高次モードになっているかどうか確認する方法として、出力光の広がり角度（ＦＦＰ：ファーフィールドパターン）を検査する方法がある。
【００１７】
図８は、面発光レーザ１００から出力された光全体をＣＣＤカメラ１０２で測定している様子を示している。
【００１８】
面発光レーザ１００とＣＣＤカメラ１０２との距離Ｌと、ＣＣＤカメラ上のビームの大きさＷ（通常はピークの半値高さＦＷＨＭでの径が用いられることが多い）から拡がり角度を測定する。
【００１９】
図９は拡がり角の測定の別の方法を示しており、面発光レーザ１００の発光点を中心に回転移動するスリット１０４を通過した光量を光センサ１０６で検出し、スリット１０４の回転角度と光センサ１０６の出力との関係から拡がり角度を計算している。
【００２０】
レーザ光に高次モードが発生すると、ＦＦＰの形状がガウシアンから二山のような形に崩れ（特開２００２−３５３５６２号公報、図１（ｂ）参照）拡がり角度の増大という形で現れる。
【００２１】
光学走査装置に用いられる面発光レーザに対する要求仕様としては、使用する最大光量で単一モード性、及び偏光方向が良好であることが必要とされる。
【００２２】
それらを検査するためには、先ず図６の特性を評価して最大光量時の駆動電流Ｉｍａｘを調べ、次に面発光レーザを図８あるいは図９の装置に移し、面発光レーザをＩｍａｘで駆動した状態で拡がり角度を測定することになる。
【００２３】
このように、従来の面発光レーザの検査方法においては、検査のため手番が多くなり、コスト増につながるという問題があった。
【００２４】
本発明は上記事実を考慮し、第１の目的は、面発光レーザ特有の高次モード、を簡単に検査することのできる面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法を提供することが目的である。また、第２の目的は、面発光レーザのレーザ光の偏光を簡単に検査することのできる面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法を提供することが目的である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
発明者が種々実験検討を重ねた結果、以下のことを見出した。
【００２６】
先ず、面発光レーザのレーザ光出射側に、面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有する光センサを配置し、面発光レーザの駆動電流を徐々に上げながら駆動電流と検出光量との関係を調べ、次に、面発光レーザと光センサとの間にレーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置し、同様に面発光レーザの駆動電流を徐々に上げながら駆動電流と検出光量との関係を図３に示すようにグラフ化した。
【００２７】
なお、図３のグラフにおいて、太いグラフ線はアパチャーの無い場合、細いグラフ線はアパチャーが有る場合の計測値である。
【００２８】
また、駆動電流を横軸に、アパチャー有りの場合の検出光量とアパチャー無しの場合の検出光量との比率Ａ（アパチャー無しの場合の検出光量／アパチャー有りの場合の検出光量）を縦軸に取り、比率Ａと駆動電流との関係を図４に示すようにグラフ化した。
【００２９】
また、面発光レーザのレーザ光出射側に、面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有するＣＣＤカメラを配置し、面発光レーザの駆動電流を徐々に上げながら駆動電流と拡がり角との関係を調べ、駆動電流と拡がり角との関係を図１０に示すようにグラフ化した。
【００３０】
なお、この実験で用いた面発光レーザは、特開平１０−２７９３８号公報に記載されている偏光方向制御構造が導入されているため、出射ビームが楕円形になっており、その短軸と長軸方向の拡がり角度が異なっている。そのため、図１０には、短軸方向（点線）と長軸方向（実線）の２本のグラフ線が描かれている。
【００３１】
図１０から、この実験に用いた面発光レーザでは、駆動電流が略２ｍＡを越えると拡がり角度が大きくなっており、図４の変曲点（図の矢印が示す部分）、及び図１０の変曲点が略同じ駆動電流で発生していること分かる。
【００３２】
レーザ光の拡がり角が大きくなると、アパチャーによる光のケラレが大きくなるので、光センサに到達する光量の比率が低下する。
【００３３】
このため、図４の変曲点と図１０の変曲点は、略同じ位置になるのである（なお、図１０のグラフを求めるための実験では、短軸方向と長軸方向とを同時に検出することになるので、変曲点は短軸方向と長軸方向との間になっている。）。
【００３４】
このことから、面発光レーザの使用光量範囲内、例えば、使用最大光量における駆動電流で面発光レーザを駆動し、上記比率が所定の値よりも小さくなった場合には、レーザ光の拡がり角度が大きくなった、即ち、レーザ光が高次モードになった、ということが容易に判断可能となる。
【００３５】
請求項１に記載の面発光レーザの検査装置は上記事実に鑑みてなされたものであって、面発光レーザを配置する配置部と、前記配置部に配置された面発光レーザのレーザ光出射側に配置され、前記面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有する光センサと、前記配置部と前記光センサとの間に抜き差し可能に配置され、前記レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーと、を有することを特徴としている。
【００３６】
次に、請求項１に記載の面発光レーザの検査装置の作用を説明する。
【００３７】
先ず、第１の工程で、所定の駆動電流（面発光レーザの用いられる装置での使用電流）で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、光センサで受光した受光光量の値を記録する。
【００３８】
次に、第２の工程で、面発光レーザと光センサとの間にレーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置し、第１の工程と同様に所定の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、光センサで受光した受光光量の値を記録する。
【００３９】
次に、第３の工程において、第１の工程での受光光量の値と第２の工程での受光光量の値との比率Ａ（例えば、第２の工程での受光光量の値／第１の工程での受光光量の値）を求め、求めた比率Ａが予め定めた値（予め実験により求める）から外れたか否かを判断する。
【００４０】
なお、光センサは、面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有するものを使用する。この場合、同じ駆動電流であれば、光量はレーザ光の拡がり角度の影響を受けない。しかし、レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置した場合、レーザ光の拡がり角度が大きくなると、アパチャーで遮られる光量が大きくなるので、相対的に光センサに到達する光量は減る。
【００４１】
レーザ光の拡がり角度が大きくなる、ということはレーザ光が高次モードになったことを意味するので、使用時の光量に設定されたレーザ光が高次モードにならない比率Ａの値を予め決めておけば、アパチャーを配置したときに比率Ａの値が予め定めた値以下になった場合に、その面発光レーザは画像形成装置の光学走査装置には用いない方が良い、と判断できる。
【００４２】
したがって、第３の工程において、判断が否定された場合には、レーザ光が高次モードになったことを意味するので、その面発光レーザは、例えば、画像形成装置の光学走査装置には不向きである、と判断できる。
【００４３】
このように、請求項１の面発光レーザの検査装置によれば、例えば、光学走査装置等に用いる面発光レーザを簡単な構成で簡単に選別可能となる。
【００４４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の面発光レーザの検査装置において、前記アパチャーに偏光フィルタを設けた、ことを特徴としている。
【００４５】
次に、請求項２に記載の面発光レーザの検査装置の作用を説明する。
【００４６】
先ず、レーザ光の偏光方向に対し、偏光フィルタの方向を、使用時の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されるレーザ光の透過光量が最大となるように予め合わせておく。
【００４７】
レーザ光の偏光方向が変化しなければ、偏光フィルタの取り付けられたアパチャーを面発光レーザと光センサとの間に入れても駆動電流と検出光量の関係は変わらないはずである（厳密には、偏光フィルタの透過率分は光量は減衰する。）。
【００４８】
しかしながら、レーザ光の偏光方向が駆動電流等によって変化すると、レーザ光の偏光方向と偏光フィルタの方向との対向が取れなくなるので検出光量が変化（減少）してしまう。
【００４９】
請求項２に記載の面発光レーザの検査装置では、配置部と光センサとの間に偏光フィルタを取り付けたアパチャーを配置することにより、レーザ光の偏光方向が変化したことも検出可能となる。
【００５０】
請求項３に記載の発明は、面発光レーザの検査方法であって、所定の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、受光光量の値を記録する第１の工程と、前記面発光レーザと前記光センサとの間に前記レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置して、で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、受光光量の値を記録する第２の工程と、前記第１の工程での受光光量の値と前記第２の工程での受光光量の値との比率Ａを求め、前記比率Ａが、予め定めた値から外れたか否かを判断する第３の工程と、を有することを特徴としている。
【００５１】
次に、請求項３に記載の面発光レーザの検査方法を説明する。
【００５２】
先ず、第１の工程において、所定の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、光センサで受光した受光光量の値を記録する。
【００５３】
次に、第２の工程において、面発光レーザと光センサとの間にレーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置し、第１の工程と同様に所定の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されたレーザ光を光センサで受光し、光センサで受光した受光光量の値を記録する。
【００５４】
次に、第３の工程において、第１の工程での受光光量の値と第２の工程での受光光量の値との比率Ａ（例えば、第２の工程での受光光量の値／第１の工程での受光光量の値）を求め、求めた比率Ａが予め定めた値から外れたか否かを判断する。
【００５５】
なお、光センサは、面発光レーザから出射されたレーザ光を全て受光できる受光面積を有するものを使用する。この場合、同じ駆動電流であれば、光量はレーザ光の拡がり角度の影響を受けない。しかし、レーザ光の外周側の一部分を遮るアパチャーを配置した場合、レーザ光の拡がり角度が大きくなると、アパチャーで遮られる光量が大きくなるので、相対的に光センサに到達する光量は減る。
【００５６】
レーザ光の拡がり角度が大きくなる、ということはレーザ光が高次モードになったことを意味するので、使用時の光量に設定されたレーザ光が高次モードにならない比率Ａの値を予め決めておけば、アパチャーを配置したときに比率Ａの値が予め定めた値以下になった場合に、その面発光レーザは画像形成装置の光学走査装置には用いない方が良い、と判断できる。
【００５７】
したがって、第３の工程の判断が否定された場合には、レーザ光が高次モードになったことを意味するので、その面発光レーザは、例えば、画像形成装置の光学走査装置には不向きである、と判断できる。
【００５８】
このように、請求項３の面発光レーザの検査方法によれば、例えば、光学走査装置等に用いる面発光レーザを簡単な構成で簡単に選別可能となる。
【００５９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の面発光レーザの検査方法において、前記アパチャーに偏光フィルタを設けた、ことを特徴としている。
【００６０】
次に、請求項４に記載の面発光レーザの検査方法を説明する。
【００６１】
先ず、レーザ光の偏光方向に対し、偏光フィルタの方向を、使用時の駆動電流で駆動される面発光レーザから出射されるレーザ光の透過光量が最大となるように予め合わせておく。
【００６２】
レーザ光の偏光方向が変化しなければ、偏光フィルタの取り付けられたアパチャーを面発光レーザと光センサとの間に入れても駆動電流と検出光量の関係は変わらないはずである（厳密には、偏光フィルタの透過率分は光量は減衰する。）。
【００６３】
しかしながら、レーザ光の偏光方向が駆動電流等によって変化すると、レーザ光の偏光方向と偏光フィルタの方向との対向が取れなくなるので検出光量が変化（減少）してしまう。
【００６４】
請求項４に記載の面発光レーザの検査方法では、配置部と光センサとの間に偏光フィルタを取り付けたアパチャーを配置することにより、レーザ光の偏光方向が変化したことも検出可能となる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの検査装置１０を図１乃至図４にしたがって説明する。
【００６６】
図１は、本実施形態の面発光レーザの検査装置１０の側面図である。
【００６７】
図１に示すように、面発光レーザの検査装置１０は、ベース部材１２の上に、面発光レーザ１４の取り付けられたレーザ基板１６を挿入する溝部１８Ａを備えたレーザ装着部１８、及び受光したレーザ光の光量を計測する光センサ２０を備えている。なお、レーザ装着部１８は、レーザ基板１６を挿入する溝部１８Ａを備えているが、少なくともレーザ装着部１８を固定できる形態であれば本実施形態の形状に限らない。例えば、レーザ装着部１８は、レーザ基板１６を固定するねじ孔を設けていてもよく、また、面発光レーザ１４そのものを固定するように構成されていても良い。
【００６８】
光センサ２０は、レーザ装着部１８に装着した面発光レーザ１４の正面側に、一定距離を置いて対向して設けられており、面発光レーザ１４が出射したレーザ光の全てを受光できる受光面積を有している。
【００６９】
また、ベース部材１２の上には、レーザ装着部１８と光センサ２０との間に、アパチャー２２を挿入する溝部２４Ａを備えたアパチャー装填部２４が設けられている。
【００７０】
本実施形態のアパチャー２２は、円径の孔２６を有しており、面発光レーザ１４から出射されるレーザビームＬＢの外周側の一部分を遮るような径に設定されている。
【００７１】
図２に示すように、面発光レーザ１４には、ドライバ２８が連結されている。
【００７２】
ドライバ２８は、駆動電流を可変可能であり、また、面発光レーザ１４の駆動電流を計測する電流計３０が接続されている。
【００７３】
電流計３０は、計測値を記憶するパーソナルコンピュータ３２に接続されている。
【００７４】
なお、光センサ２０もパーソナルコンピュータ３２に接続されている。
（作用）
次に、本実施形態の面発光レーザの検査装置１０を用いた面発光レーザの検査方法を説明する。
【００７５】
先ず最初に、面発光レーザ１４から出射されたレーザ光を光センサ２０で受光し、面発光レーザ１４の駆動電流を変化させて駆動電流と光センサ２０で受光した光量との関係を、パーソナルコンピュータ３２に記録する。このとき、アパチャー２２が無い場合と、有る場合とを記録する。
【００７６】
パーソナルコンピュータ３２は、ディスプレイ３２Ａに、例えば、図３に示すような駆動電流と検出光量との関係を示すグラフを映し出すことができる。なお、図３のグラフにおいて、太いグラフ線はアパチャー２２が無い場合であり、細いグラフ線はアパチャー２２が有る場合である。
【００７７】
次に、パーソナルコンピュータ３２を用いて、同一駆動電流におけるアパチャー有りの場合の光量と、アパチャー無しの場合の光量との比率Ａを演算し、求めた比率Ａと駆動電流との関係を記録する。
【００７８】
パーソナルコンピュータ３２は、ディスプレイ３２Ａに、例えば、図４に示すような比率Ａ（アパチャー無しの場合の検出光量／アパチャー無しの場合の検出光量）と駆動電流との関係を示すグラフを映し出すことができる。
【００７９】
図４のグラフから、駆動電流が１ｍＡから２．１ｍＡまでは比率Ａが０．７で略一定であるが、２．１ｍＡを越えると比率Ａが急激に下がり始めていることが分かる。
【００８０】
これは、駆動電流が２．１ｍＡ以上になると、レーザ光の拡がり角度が急激に大きくなったこと、即ち、高次モードに入ったことを表している。
【００８１】
なお、駆動電流が１ｍＡ以下になると、比率Ａが大きく変化しているが、これは極小光出力を検出するときに加わる外乱の影響が計算上現れているものであり、本実施形態では、面発光レーザ１４は、１ｍＡ以上の駆動電流で使用するので問題ない。
【００８２】
したがって、本実施形態では、実際に使用する際の駆動電流で高次モードとならない面発光レーザ１４を選別する場合、面発光レーザ１４を実際に使用する駆動電流で駆動し、アパチャー無しの場合と有りの場合の光量の比率Ａを求め、その比率Ａが０．７未満になるものを除外すればよいことが分かる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る面発光レーザの検査装置１０を図５にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成に関しては同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８３】
本実施形態のアパチャー２２には、孔２６に偏光フィルター３４が取り付けられている。
【００８４】
なお、偏光フィルター３４の取り付け方向は、使用時の駆動電流で駆動される面発光レーザ１４から出射されるレーザ光の透過光量が最大となるように予め合わせておく。
【００８５】
レーザー光の拡がり角度が大きくならず、かつレーザー光の偏光方向が変化しなければ、比率Ａの変化は生じないが、本実施形態では、レーザー光の偏光方向が変化していると、比率Ａが減少するので、検査している面発光レーザ１４のレーザー光の偏光方向が異なっていることが分かる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の面発光レーザの検査装置、及び面発光レーザの検査方法によれば、１台の装置で面発光レーザの高次モードを簡単に検査することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はアパチャーの装填されていない本発明の第１実施形態に係る面発光レーザの検査装置の側面図であり、（Ｂ）はアパチャーを装填した面発光レーザの検査装置の側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの検査装置の電気系のブロック図である。
【図３】駆動電流と検出光量との関係を示すグラフである。
【図４】駆動電流と比率Ａとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの検査装置の側面図である。
【図６】面発光レーザの駆動電流と光出力の関係を示したグラフである。
【図７】感光体上で結像された光スポットのスポットサイズとレーザ駆動電流の関係を示したグラフである。
【図８】レーザ光の拡がり角度の測定方法の一例を示す説明図である。
【図９】レーザ光の拡がり角度の測定方法の一例を示す説明図である。
【図１０】駆動電流と拡がり角度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    検査装置
１４    面発光レーザ
２０    光センサ
２２    アパチャー
３４    偏光フィルター
【図１】
2005011997.tif 000003
【図２】
2005011997.tif 000004
【図３】
2005011997.tif 000005
【図４】
2005011997.tif 000006
【図５】
2005011997.tif 000007
【図６】
2005011997.tif 000008
【図７】
2005011997.tif 000009
【図８】
2005011997.tif 000010
【図９】
2005011997.tif 000011
【図１０】
2005011997.tif 000012