(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ単体又は半導体レーザユニットを測定対象とし、該測定対象からの出射光を受光して半導体レーザの特性を測定する装置であって、
上記測定対象を取付け可能な測定ヘッドと、
該測定ヘッドに取付けた上記測定対象からの出射光を受光するための受光素子と、
該受光素子を上記出射光の光軸に交わる方向から上記光軸上の測定位置へ進退させる受光ステージ手段と、
少なくとも光軸方向における上記測定対象と上記受光素子との相対的な位置関係を可変にする光軸方向変位手段と、を備え、
上記受光ステージ手段は、複数の受光素子を備え、各受光素子を光軸方向の異なる位置へ進退自在に保持することを特徴とする半導体レーザの特性測定装置。
【請求項２】
上記受光ステージ手段又は上記光軸方向変位手段が、上記受光素子の進退方向及び上記光軸方向の双方に直角な方向で、上記測定対象と受光素子との位置関係が可変であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの特性測定装置。
【請求項３】
上記受光ステージ手段は、上記受光素子の進退方向に障害物があるか否かを検知する干渉防止手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザの特性測定装置。
【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、又は該半導体レーザと調整レンズ等を一体化した半導体レーザユニットからの出射光を受光する半導体レーザの特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザの測定装置としては、その基本特性である電流−光出力特性を測定する目的の装置が市販されている。この種の測定装置では、測定ヘッドに固定された半導体レーザへの印加電流を変化させながら、半導体レーザからの出射光を受光素子で受光し出射光強度を測定するものが良く知られている。一般的には、半導体レーザを固定する測定ヘッドに対して非測定時に退避していた受光素子を測定時には半導体レーザの直上へ移動するようになっている。
【０００３】
一方、レーザプリンタやデジタル複写機といった各種の画像形成装置に関して広く知られている走査光学系等で使用される光源においても、半導体レーザが使用されている。一般にこの種の光源には、半導体レーザを調整レンズやアパーチャなどと一体化した、いわゆる半導体レーザユニットが用いられる。半導体レーザからの出射光は、カップリングレンズにより平行又はやや発散若しくはやや収束光にされ、アパーチャにより整形される。ここで、半導体レーザ単体からの出射光量と、半導体レーザユニットのアパーチャからの出射光量との比をカップリング効率といい、走査光学系等のシステム光源において評価すべき基本特性の一つである。正確な評価を行うためには、半導体レーザ単体の測定と、半導体レーザユニットの測定とが同じ条件で行われることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体レーザの電流−光出力特性等の測定装置では、測定対象が単体の半導体レーザに限られていた。すなわち、従来の測定装置では、受光素子が半導体レーザの出射光位置に近接可能であるが、この場合に高さの異なる半導体レーザユニットのアパーチャからの出射位置に調整する機能は無く、したがって、半導体レーザ単体の場合と同じ条件で半導体レーザユニットからの出射光量等を測定することはできなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体レーザと半導体レーザユニットなどの出射位置の異なる測定対象を同一の測定装置で測定でき、また、同一の条件で半導体レーザと半導体レーザユニットからの出射光を測定でき、また特に、電流−光出力特性やカップリング効率を精度よく測定できる半導体レーザの特性測定装置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特性測定装置は、半導体レーザ単体又は半導体レーザユニットを測定対象とし、該測定対象からの出射光を受光して半導体レーザの特性を測定する装置であって、上記測定対象を取付け可能な測定ヘッドと、該測定ヘッドに取付けた上記測定対象からの出射光を受光するための受光素子と、該受光素子を上記出射光の光軸に交わる方向から上記光軸上の測定位置へ進退させる受光ステージ手段と、少なくとも光軸方向における上記測定対象と上記受光素子との相対的な位置関係を可変にする光軸方向変位手段と、を備え、上記受光ステージ手段は、複数の受光素子を備え、各受光素子を光軸方向の異なる位置へ進退自在に保持することを特長とする。
また、請求項１に記載の半導体レーザの特性測定装置において、上記受光ステージ手段又は上記光軸方向変位手段が、上記受光素子の進退方向及び上記光軸方向の双方に直角な方向で、上記測定対象と受光素子との位置関係が可変であることを特長とする。
また、請求項１又は２に記載の半導体レーザの特性測定装置において、上記受光ステージ手段は、上記受光素子の進退方向に障害物があるか否かを検知する干渉防止手段を備えたことを特長とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を適用した半導体レーザの特性測定装置の実施例を説明する。
図１は、本発明に関わる測定装置の第１実施例の構成を示す斜視図である。これらの図において、符号１は測定対象を取り付ける測定ヘッド、２はSiPINフォトダイオード等の受光素子、３は受光ステージ手段としての受光ステージ、４は測定対象としての単体の半導体レーザ、５は半導体レーザ４を含む測定対象としての半導体レーザユニット、８は光軸方向変位手段である。半導体レーザユニット５は、単体の半導体レーザ４にカップリングレンズ及びアパーチャを一体化したものである。図１（ａ）は単体の半導体レーザ４の測定時、同図（ｂ）は半導体レーザユニット５の測定時を示している。
【００１１】
また、図２に示すように、制御演算手段６に、上記半導体レーザ４等の測定対象に電流・電圧を印可する駆動電源７及び受光素子２が接続されており、制御演算手段６は、駆動電源７を介して測定対象の半導体へ電荷注入を行うとともに、受光素子２から出力される光強度を取り込み、また、各種の演算処理や各駆動手段（例えば、受光ステージ３）の駆動制御を行うようになっている。
【００１２】
受光ステージ３は、測定ヘッド１側と一定の位置関係を保持するように図示しない定盤上に設置された保持部３ａと、この保持部３ａに保持されたアーム３ｂとかならなり、アーム３ｂの先端には、測定対象と対向する方向に受光素子２が固定されている。アーム３ｂは、保持部３ａから光軸と直交する方向Ｙへ進退可能であり、測定時には、このアーム３ｂの突出量を大きくすることで、測定対象上の出射光のレーザ光軸上に受光素子２を配置し、また、測定を行わないときは、アーム３ｂの突出量を小さくして受光素子２を光軸上から退避させることができる。
【００１３】
上記測定ヘッド１上には上記測定対象として、単体の半導体レーザ４、又は半導体レーザユニット５を設置可能であり、いずれを設置しても各出射光の光軸方向が揃うようになっている。図１に示す第１実施例では、測定ヘッド１を上下のユニット１ａ，２ａに分割でき、測定対象を設置するための上ユニット１ａは、下ユニット２ａを固定台としてその上下方向へ、すなわち光軸方向に沿ったＺ方向に移動可能になっている。このように、第１実施例では測定ヘッド１に、「光軸方向変位手段８」が設けられている。
【００１４】
上記構成の測定装置による測定手順はつぎの通りである。半導体レーザ４からの出射光は発散光であるため、上記受光素子２がその全ての光を取り込むためには半導体レーザ４の近傍に受光素子２を位置する必要がある。このため、半導体レーザ４を単体で測定するときは、図１（ａ）に示すように受光素子２を測定ヘッド１上に固定された半導体レーザ４のすぐ真上まで移動して受光させる。続いて、上記半導体レーザ４の代わりに、これよりも大きな半導体レーザユニット５を固定する場合、図1（ａ）の位置関係では受光素子２と半導体レーザユニット５とが干渉してしまう。そこで、図１（ｂ）に示すように、測定ヘッド１の光軸方向変位手段８を駆動して、上ユニット１ａをＺ方向に下げる。このとき、半導体レーザユニット５を固定してもこれに受光素子２が干渉しない位置まで上ユニット１ａを下げるが、同一条件の測定という観点から、半導体レーザユニット５のアパーチャ、すなわち出射位置を半導体レーザ単体の場合の出射位置関係と等しくなるように、上ユニット１ａの変位量を設定することが望ましい。そして、所定位置まで下げた上ユニット１ａに半導体レーザユニット５を固定し、半導体レーザユニット５からの出射光を受光する。なお、上記受光ステージ３や光軸方向変位手段８は、ステッピングモータ等を用いて制御演算手段６により駆動制御してもよいし、手動でも構わない。
【００１５】
図３は、上記測定装置で計測された電流−光出力特性を示す線図である。ここで、半導体レーザ４単体からの出射光量Ｌ１に対する、半導体レーザユニット５のアパーチャからの出射光量Ｌ２の比、すなわちＬ２／Ｌ１をカップリング効率といい、本測定で求めるべき重要な基本特性の一つである。この測定結果において、上記のように受光素子２と各測定対象の出射位置との間には一定の位置関係が形成された同一の条件の下に受光処理が行われるので、制御演算手段６により正確なＬ２／Ｌ１等の特性を算出することができる。
【００１６】
図４は、本発明の第２実施例を示す斜視図である。同図（ａ）は単体の半導体レーザ４の測定時、同図（ｂ）は半導体レーザユニット５の測定時を示す。この第２実施例では、光軸方向変位手段８が、測定ヘッド１ではなく受光ステージ３側に設けられている。この光軸方向変位手段８を駆動することにより、受光素子２を保持する受光ステージ３の保持部３ａをＺ方向に変位する。これによりアーム３ｂの進退位置が光軸方向に上昇し、半導体レーザユニット５の出射位置へ受光素子２を配置させることができる。以上のように、光軸方向変位手段８は、測定ヘッド１に限らず受光ステージ３に設けてもよく、いずれにしても受光素子２と測定対象との間で、光軸方向における相対的な位置関係を調整できればよいのである。
【００１７】
図５は、本発明の第３実施例の構成を示す斜視図である。この第３実施例では、上記光軸方向変位手段８を設けていないが、受光ステージ３に複数のアーム３ａ及び受光素子２を備えている。各アーム３ｂ，３ｂの受光素子２,２は光軸方向に所定距離で離れており、光軸方向における異なった複数の測定位置、すなわち測定対象の各出射位置高さに対応している。受光ステージ３からは、その測定対象において求められる高さにある一のアーム３ｂがＹ方向に移動され、一の受光素子２を選択的に光軸上へ配置する。図示の例では、下段の受光素子２が単体の半導体レーザ４の測定用で、上段の受光素子２が半導体レーザユニット５の測定用になっている。
【００１８】
図６は、本発明の第４実施例を示す斜視図である。第４実施例では、受光ステージ３が、図示しないＸ方向ステージ上に設置されている。このＸ方向は、Ｙ方向及びＺ方向に直角な方向であり、このようなＸ方向ステージの駆動により、受光素子２が受光ステージ３ごとＸ方向に変位可能である。このような構成は、半導体レーザユニット５が、マルチビームの場合、プリズムなどにより光軸を曲げられた場合など、異なる光軸位置に対応する。例えば、図６で示されるように、一の測定対象の有する複数の光軸方向に対して、受光素子２をＸ方向に変位させ、それぞれの光軸上に移動し各出射光の全体を捉えた計測が可能となる。また、本実施例のように、直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で変位可能な場合、これらの複合的な移動により受光素子２の空間上の配置は極めて自由度が高い点で有利な形態である。なお、Ｘ方向ステージは測定ヘッド１側を変位させるものでもよい。
【００１９】
図７は、本発明の第５実施例を示す斜視図である。この第５実施例においては、アーム３ｂの先端であって、例えば同図のように、受光素子２を取付けたの反対面に、干渉防止手段として位置検出器９を取り付けている。図７中の鎖線で示されるように、上記位置検出器９は受光素子２の進退方向、すなわちアーム３ｂを伸ばすと、アーム３ｂの先端及び受光素子２が到達する光軸上に、障害となる物体が存在するか否かを光検知する。位置検出器９には、投光部と受光部を組み合わせたフォトセンサなどを用いることができる。このような位置検出器９を上記制御演算手段６と接続し、位置検出器９からの信号を受光ステージ３や光軸方向変位手段８等の制御に用いる構成となっている。また、障害物が検知されると、上記制御演算手段６を介して警告を発動する構成にしてもよい。
【００２０】
上記第５実施例の動作は次のようになる。半導体レーザ４を測定した後、受光素子２は半導体レーザ４に対応する高さからＹ方向移動により一旦光軸上から退避する。ついで、測定ヘッド１上に半導体レーザユニット５を設置して測定するが、光軸方向変位手段８が駆動されずに、受光素子２が再び光軸上へ移動されると、半導体レーザユニット５に干渉して測定装置及び半導体レーザユニット５を損傷する恐れがある。
【００２１】
そこで、上記位置検出器９により、受光素子２の移動先に障害となる物体が有るか否かを常に検知して、受光素子２のＹ方向移動を中止する。また、受光素子２のＺ方向又はＸ方向の移動においても、その移動範囲に半導体レーザユニット５等の障害物を検知した場合、同様にその移動を中止する。さらに本例では、位置検出器９から得られる信号を光軸方向変位手段８の駆動制御にフィードバックし、受光素子２が測定対象に干渉しない位置まで確実に移動させることもできる。以上のように、位置検出器９を設けることにより大きなユニットである半導体レーザユニット５への衝突が防止されるのみならず、さらには、各出射光位置に合わせるように、それぞれの測定対象から一定距離の上方位置へ受光素子２を配置させるような、受光素子２位置の自動制御も可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に関わる半導体レーザの特性測定装置は、少なくとも光軸方向における測定対象と受光素子との相対的な位置関係を可変にする光軸方向変位手段を備えた構成なので、半導体レーザと半導体レーザユニットなどの出射位置の異なる測定対象を同一の測定装置で測定でき、また、同一の条件で半導体レーザと半導体レーザユニットからの出射光を測定でき、また特に、電流−光出力特性やカップリング効率を精度よく測定できる半導体レーザの特性測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる測定装置の第１実施例の構成を示す斜視図で、同図（ａ）は半導体レーザ単体での測定時、同図（ｂ）は半導体レーザユニットの測定時を示す図である。
【図２】本発明に関わる測定装置の制御構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に関わる測定装置で計測された電流−光出力特性を示す線図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す斜視図で、同図（ａ）は半導体レーザ単体での測定時、同図（ｂ）は半導体レーザユニットの測定時を示す図である。
【図５】本発明の第３実施例の構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４実施例の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第５実施例の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    測定ヘッド
２    受光素子
３    受光ステージ
４    半導体レーザ
５    半導体レーザユニット
８    光軸方向変位手段
９    位置検出器９（干渉防止手段）
Ｙ    受光素子の進退方向
Ｘ    受光素子の進退方向及び光軸方向の双方に直角な方向
【図１】
0004061009.tif 000002
【図２】
0004061009.tif 000003
【図３】
0004061009.tif 000004
【図４】
0004061009.tif 000005
【図５】
0004061009.tif 000006
【図６】
0004061009.tif 000007
【図７】
0004061009.tif 000008