JP2004128027A - Semiconductor laser radiation angle measuring device and radiation angle measuring method - Google Patents
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Abstract
【課題】稼動部がなく高速に測定可能であり、さらに分解能が高く、レンズを用いない、光軸中心の校正が容易な半導体レーザの放射角測定系を提供する。
【解決手段】一次元センサ102受光部の長手方向の長さをL、一次元センサ102受光部の最小画素103の大きさをS、半導体レーザ素子101の発光点と前記一次元センサ102受光部との垂直距離をDとするとき、
450×S≦D≦0.5×L かつ L≧900×S
なる関係が成立する構成を備えた半導体レーザの放射角測定装置である。
【選択図】 図1An object of the present invention is to provide a semiconductor laser radiation angle measuring system which can be measured at a high speed without an operating section, has a higher resolution, does not use a lens, and can easily calibrate an optical axis center.
The length of the one-dimensional sensor 102 light receiving section in the longitudinal direction is L, the size of the minimum pixel 103 of the one-dimensional sensor 102 light receiving section is S, the light emitting point of the semiconductor laser element 101 and the one-dimensional sensor 102 light receiving section. Where D is the vertical distance from
450 × S ≦ D ≦ 0.5 × L and L ≧ 900 × S
1 is a radiation angle measuring device for a semiconductor laser having a configuration in which the following relationship is established.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理、光計測および光通信等の分野に利用される半導体レーザの特性評価装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体レーザ素子(以下LDという。)は、コンパクトディスク(CD)などの光ディスク記録装置や、レーザプリンタなどの信号光源として使用されている。半導体レーザの出射光は拡散光であるため、一般にレンズなどの光学系で集光されて使用される。この放射角および光軸中心の傾き角は、レンズや光学系の設計の基本となるため、再現性、安定性が求められ、レーザの重要な基本特性のひとつとなっている。さらに光学系の設計精度の向上により、測定精度も0.1°以下の分解能が要求されるようになってきている。
【0003】
放射角の測定方法としては、レーザ光の受光面をセンサがスキャンする方式(例えば特許文献1参照)、CCDを用いて受光面の光強度分布を一括して測定する方法(例えば特許文献2参照)、分割受光素子、またはCCDを用いてビームの横方向の広がりを検査する方法(例えば特許文献3参照)等が報告されている。
【0004】
従来のスキャン方式の放射角測定装置の構成図を図7に示す。LD701からの出射光は上方向に広がっている。受光素子703を先端に固定したアームが、軸を中心におよそ60°(±30°)の角度を移動し、LD701からの光強度を測定する。このアームが移動する角度θに対する光強度をプロットすると、LD701の光強度プロファイルになる。角度の原点(0°)は、発光点を含む基準面から垂直な角度とする。
【0005】
この測定結果の一例を図8に示す。LDの出射光はガウス分布で近似できる強度プロファイルを持っており、ピーク値に対して強度が半分になるときの放射角度の半値全幅(以下放射角という。)、原点に対して光軸がずれている角度(以下、光軸傾き角という。)で特徴付けられる。LDの放射角には、垂直方向と水平方向があるので、このようなスキャン装置を2台用いて測定する。また、受光素子の受光面が小さいほど、受光する光強度は小さくなるが、角度分解能は向上させることができる。そのため、受光素子の手前にスリットを設けて、分解能を高めることが行われる。ただし、このように稼動部がある測定系では、受光素子を移動するための時間が必要なため、測定時間が長くなる欠点がある。
【0006】
CCDを用いた放射角測定装置の構成を図9に示す。CCD902の大きさは、数百万画素数のものでも1/2インチ(約1.8cm)から1/3インチ程度と小さい。そのため、LD901からの出射光はレンズ911等の集光手段で集光してからCCD902に照射される。このCCD902からの出力信号は、コンピュータによりx−y平面上の強度分布に変換され、x方向とy方向の放射角がそれぞれ求められる。
【0007】
しかしながらこの例では、光放射特性を測定することは可能だが、光軸傾き角を同時に測定することは行われていない。
【0008】
また、分割受光素子、またはCCDを用いてビームの横方向の広がりを検査する方法は、LDの横モードが注入電流に依存して変化することを、3分割受光素子で簡便に検査するためのものである。つまり、3分割された中央の受光素子の出力信号に比較して、左右にある受光素子の出力信号の変化量が大きいと、横モードが変化していると判断するものである。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−85783号公報(第2−3頁 図7)
【特許文献2】
特開平6−94515号公報(第3頁 図1)
【特許文献3】
特開2001−50859号公報(第8頁 図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献2に示されたような構成で、原点からの光軸の傾きを測定するには、レンズ等の光学素子がLDの発光点から垂直な方向に一直線上にあり、かつ各光学素子が光軸を曲げないようにしないといけない。図9に、LDとレンズの軸がずれた場合の光軸のずれを破線で示す。LD901を固定する位置がずれ、レンズ911との相対位置が変わった場合にも、同様のずれは発生する。このずれにより、正確な光軸傾き角を求めることが困難である。
【0011】
また、特許文献3に示された構成によれば、分割受光素子の出力信号の差や比の励起強度依存性を求めており、光の広がり角の絶対値を求める方法は示されていない。また特定の受光素子が光軸に一致していることが前提であることより、光軸ずれを同時に測定することはできない。
【0012】
さらに、LDパッケージの構成によっては、LDからの出射光がパッケージの出射窓でケラレ、反射光による干渉やプロファイルの欠けが生じる。この場合の波形の一例を、図10(a)、(b)に示す。これらの波形を3分割受光素子で観測するのは困難であるし、CCDで測定する場合も画素数の多いものが必要であるが、CCD自体が高価となる。
【0013】
また、CCD等を用いた放射角測定系では、光学系にレンズ等の複数の光学部品を用いているため、光軸傾きの校正のためにそれらの光軸を全て調整・管理するという困難さが生じる。
【0014】
本発明は、稼動部がなく高速に測定可能であり、さらに分解能が高く、レンズを用いない、光軸中心の校正が容易な測定系を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明における半導体レーザの放射角測定装置は、一次元センサ受光部の長手方向の長さをL、前記一次元センサ受光部の最小画素の大きさをS、前記半導体レーザの発光点と前記一次元センサ受光部との垂直距離をDとするとき、
450×S≦D≦0.5×L かつ L≧900×S
なる関係が成立する構成を備えており、極めて短時間に、複雑な光軸調整することなく放射角と光軸傾きとを同時に測定するものである。
【0016】
また、本発明における半導体レーザの放射角測定方法は、レーザ光の強度分布を異なる時間幅で複数回測定し、各測定結果を合成して光強度分布を求めるものである。
【0017】
また、本発明における半導体レーザの別の放射角測定方法では、一次元センサをセンサの長辺方向に半画素移動させ、光強度分布を測定して測定系の分解能を向上するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の構成を図1に示す。
【0019】
封止用ガラス板107を有したパッケージ106に納められたLD101からの出射光は、シリコンサブマウント104上の反射ミラー105により反射され、封止用ガラス板107を通過して外部に出射される。出射された光は、パッケージ106の上部に配置された、長手方向の長さLの受光部に大きさSの画素103を一次元に配列したセンサ102に入射する。センサ102の長手方向とLD101の設置面とがほぼ平行となるように配置されている。このセンサでは画素はCCDを用いており、入射した光の光量に比例して容量が変化し、容量に比例した電気信号が出力される。
【0020】
2次元のCCDとは異なり、画素が一次元に配列されているため、一方向への画素数を多く取ることができ、高い分解能を実現できる特徴を有する。
【0021】
次に、LD101と一次元センサ102および一次元センサ中の画素103との関係を、図1を用いて説明する。なお、本実施形態では、レーザ光の光軸は一次元センサ102の受光面に対して垂直であるとしている。
【0022】
LD101と一次元センサ102との垂直距離をD、レーザ光の光軸が一次元センサ102と交わる点から、一次元センサ102上の光強度がレーザ光の光軸に対応する点の半値になる点までの距離をX、LD101からの出射光の放射角をθとすると、これらの関係は、
tanθ=X/D・・・(式1)
で表される。一次元センサ102で放射角を測定できる条件は、受光部の長さをLとすると、
L≧2X=2tanθ×D・・・(式2)
である。一方、角度分解能を0.1°以下にして測定するためには、
S≦0.1X/θ=0.1×tanθ×D/θ・・・(式3)
である必要がある。よって、(式2)と(式3)とから、Dの範囲は次のように定められる。
【0023】
10θ×(1/tanθ)×S≦D≦L/2tanθ・・・(式4)
LD101からの出射光の放射角は、通常の場合、±30°の範囲で収まるため、前記したようにこの範囲で測定することが多い。しかし、LDがパッケージに納められた場合等では、この範囲を超えて拡がった光がパッケージ内で散乱され、レーザへの戻り光となってノイズとなることがある。そのため、さらに広い範囲での測定が必要となる。また、前記したようにLDからの出射光がパッケージの出射窓によりケラレるため、検出される光はノイズ成分の多いものであり、分解能が低下する恐れもある。これらのことを考慮すると±45°の範囲まで測定可能な構成でなければならないから、(式4)でθ=45°として
450×S≦D≦0.5×L・・・(式5)
なる関係が成立する必要がある。また、分解能の規定から
L≧900×S・・・(式6)
なる関係も同時に成立する必要がある。
【0024】
本実施形態によれば、LDと一次元センサとの距離、一次元センサの受光部の長さ、および画素の大きさを上記のように規定することにより、LDがパッケージに納められている場合のように測定光自体に外乱の影響が大きい場合でも放射角を十分測定でき、かつ高い分解能を確保することができる。また、放射角と同時に光軸の傾き角も一回の測定で行うことが可能となる。
【0025】
また、本実施形態では、約10000個のCCDを一次元に配列し、受光部の長さは約50mmあるセンサを使用しており、一次元センサとLDとの垂直距離Dは25mm以下としている。本実施形態によれば、一次元センサが十分に長いため、LDからの出射光をレンズで集光することなく検出することが出来る。これにより測定系の精密な光軸を行わずに済む。
【0026】
一般には、レーザ光の光軸と、発光点から一次元センサに垂直に延ばした仮想の直線とは一致しない。その場合、一次元センサ102により一括して測定された光強度分布から、光強度のピーク値とその一次元センサ上の座標x0、および光強度が半値となる座標x1、x2を求め、距離Dを予め求めておくと、光軸の傾きが小さい範囲では、次の式で放射角θと光軸傾き角Δθを算出することができる。
【0027】
θ=tan−1{(x1+x2)/2D}・・・(式7)
Δθ=tan−1(Δθ/D)・・・(式8)
本実施形態によれば、従来の形態と比べてアーム等の稼動部がないため、非常に短時間に放射角の測定が可能となった。一例として、従来のスキャン式では垂直と水平の放射角測定に、各々15秒かかっていたのが、本方式では1秒以下で測定が終了可能となった。
【0028】
また、一次元センサを2台用いて、LDの垂直放射角と水平放射角を測定することが出来る。その場合、LDを搭載しているレールを移動して、垂直と水平を同時並行して測定することで、測定時間の短縮を図ることができる。
【0029】
図2は本発明の第1の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の別の構成である。図2に示すようにレール208上にLD201を載置して、互いに離間し、かつ直交して配置された第一の一次元センサ202および第二の一次元センサ202aとで水平放射角と垂直放射角をそれぞれ分けて測定する。
【0030】
この構成によれば、1つのLDに対して2回の測定を行うため、測定時間は増加するが、LDを回転させることなく、直交した方向の放射角を測定することができるので、回転誤差を含まない精度の高い測定が可能となる。さらに、複数のLDをレール上に載置して、レールを移動させることにより、連続して測定が行え、全体的な測定時間の増加を抑制することが可能である。
【0031】
また、図3に示すように、ビームスプリッタ309により、LD301からの出射光を元の出射光の進行方向とこれと直交する方向とにそれぞれ分割して、分割された光を、互いに離間し、かつ直交して配置された第一の一次元センサ302および第二の一次元センサ302aを用いて同時に測定することもできる。
【0032】
この構成によれば、各々の一次元センサに入射する光量は減少するものの、直交した方向の放射角を同時に測定できるため、測定時間を増やすことなく精度の高い測定が行える。
【0033】
なお、図2、図3で示したLDはパッケージに納められていてもよい。
【0034】
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態における一次元センサでの測定時間と電気信号強度との関係を示した図である。
【0035】
本実施形態における一次元センサおよびその画素、LDと一次元センサとの関係は第1の実施形態の場合と同じである。
【0036】
一次元センサのダイナミックレンジは一般に小さく、本実施形態のように32階調程度までである。また、入射光が一定のレベルを超えると、出力信号が飽和する。そのため、およそ3%の量子化誤差が生じ、詳細な放射角を測定することが不可能であった。なお、この入射信号光に対する出力信号が線形でなくなる限界レベルを、飽和レベルVsatとする。
【0037】
このダイナミックレンジを拡大する方法として、本実施形態では2段階取り込み法で信号を検出している。まず第1回目に、強い光に対しても飽和しないよう、短い時間T1での取り込みを行う。次に2回目には、微小な光に対しても感度を得られるように、より長い時間T2でデータを取り込む。そして画素ごとに、出力信号V2と飽和レベルVsatを比較する。
【0038】
本実施形態では、T2をT1の2倍の時間と設定しており、画素の出力信号V2のうち、飽和した信号(V2>Vsat)はV1に置換し、飽和していない信号(V2≦Vsat)は0.5×V2として、データを合成する(図5)。このような処理を行うことで、一次元センサのダイナミックレンジを実質的に向上させて放射角の測定を行うことができ、測定精度が劣化しない。
【0039】
特に、LDがパッケージに納められている場合、一次元センサおよびその最小画素、LDと一次元センサとの関係を第1の実施形態のように規定した上で本実施形態による方法で放射角測定を測定するとノイズの影響を抑制でき、有効である。
【0040】
なお、本実施形態では2段階データ取り込みを行ったが、さらに3段階以上で測定しデータを合成することで、より高いダイナミックレンジを実現することが可能である。
【0041】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の構成を図6に示す。
【0042】
封止用ガラス板607を有したパッケージ606に納められたLD601からの出射光は、シリコンサブマウント604上の反射ミラー605により反射され、封止用ガラス板607を通過して外部に出射される。出射された光は、パッケージ606の上部に配置された、長手方向の長さLの受光部に大きさSの画素603を一次元に配列したセンサ602に入射する。ここで、一次元センサは、第1の実施形態に示したものと同じであり、一次元センサおよびその画素、LDと一次元センサとの関係も第1の実施形態と同様である。
【0043】
一旦、出射光強度を測定した後、一次元センサ602に設けられた微動装置610を動作させて、一次元センサ602の1画素の大きさの半分だけ、センサを長手方向に動かす。この状態で再度、出射光強度を測定する。
【0044】
本実施形態の場合、1画素の大きさを5μmとしているので、センサは2.5μmだけ移動させることとなる。
【0045】
次に、1回目の測定データと2回目の測定データとを1画素毎に交互に並べて、データを合成する。このような画素ずらしにより、実効的なセンサの画素数を倍に、すなわち角度分解能を半分にすることができる。第1の実施形態に示した1構成によれば、角度分解能は0.01°程度であったから、本実施形態によれば0.005°まで角度分解能を向上させることが可能となる。
【0046】
なお、本実施形態では、微動装置として、電圧印加によりサブミクロン単位で移動する圧電素子を用いたが、電気で駆動するモーターを用いても構わない。
【0047】
また、第1ないし第3の実施形態において、上部に封止用ガラス板を設けたパッケージを示したが、パッケージ全体がプラスチックのような光透過性材料であっても構わない。
【0048】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザの放射角測定装置によれば、一次元センサおよびその最小画素、LDと一次元センサとの関係を規定することにより、レンズを介さずに広い範囲の放射光を測定することができ、光軸調整個所が少なく、かつ稼動部がないことで短時間に測定ができる効果がある。
【0049】
また、本発明の半導体レーザの放射角測定方法によれば、短い時間で測定したデータからは強い光の強度分布を、長い時間で測定したデータからは弱い光の強度分布を取り出し、両者を合成することで実質的にダイナミックレンジの広いセンサを用いるのと同じ効果を得ることができる。
【0050】
また、一次元センサを1画素の長さの半分だけずらして光強度分布を2回測定し、両者を交互に組み合わせることで、測定系の角度分解能を実質的に倍にする効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の構成図
【図2】本発明の第1の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の別の構成図
【図3】本発明の第1の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置のさらなる別の構成図
【図4】本発明の第2の実施形態における測定時間と電気信号強度との関係を示す図
【図5】本発明の第2の実施形態における電気信号強度の変換・合成フロー図
【図6】本発明の第3の実施形態における半導体レーザの放射角測定装置の構成図
【図7】従来の技術におけるスキャン方式の半導体レーザの放射角測定装置の構成図
【図8】従来の技術における半導体レーザの放射角測定結果を示す図
【図9】従来の技術における2次元CCDを用いた半導体レーザの放射角測定装置の構成図
【図10】半導体レーザがパッケージに納められた場合の放射角測定結果であり、
(a)パッケージ内部の反射光による干渉ノイズが発生した場合の結果を示す図
(b)パッケージ内部の反射光によるデータ欠けが発生した場合の結果を示す図
【符号の説明】
101、201、301、601、701、901 半導体レーザ素子
102、602、702、902 一次元センサ
103 一次元センサの画素(CCD)
104、604 シリコンサブマウント
105、605 反射ミラー
106、606 パッケージ
107、607 封止用ガラス板
202、302 第一の一次元センサ
202a、302a 第二の一次元センサ
208、708 レール
309 ビームスプリッタ
610 一次元センサ微動装置
911 集光レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for evaluating characteristics of a semiconductor laser used in fields such as optical information processing, optical measurement, and optical communication.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A semiconductor laser device (hereinafter, referred to as an LD) is used as an optical disk recording device such as a compact disk (CD) or a signal light source for a laser printer or the like. Since the emitted light of the semiconductor laser is diffused light, it is generally condensed and used by an optical system such as a lens. Since the radiation angle and the tilt angle of the center of the optical axis are the basis of the design of a lens and an optical system, reproducibility and stability are required, and are one of the important basic characteristics of a laser. Further, due to the improvement in the design accuracy of the optical system, the measurement accuracy is required to have a resolution of 0.1 ° or less.
[0003]
As a method for measuring the radiation angle, a method in which a sensor scans a light receiving surface of a laser beam (for example, see Patent Document 1), and a method of collectively measuring the light intensity distribution of the light receiving surface using a CCD (for example, see Patent Document 2) ), A method of inspecting the lateral spread of a beam using a divided light receiving element or a CCD (for example, see Patent Document 3).
[0004]
FIG. 7 shows a configuration diagram of a conventional scanning-type radiation angle measuring apparatus. The light emitted from the
[0005]
FIG. 8 shows an example of this measurement result. The emitted light of the LD has an intensity profile that can be approximated by a Gaussian distribution, the full width at half maximum of the emission angle when the intensity becomes half the peak value (hereinafter referred to as the emission angle), and the optical axis deviated from the origin. (Hereinafter, referred to as an optical axis tilt angle). Since the emission angle of the LD has a vertical direction and a horizontal direction, measurement is performed using two such scanning devices. Further, as the light receiving surface of the light receiving element is smaller, the intensity of the received light is lower, but the angular resolution can be improved. Therefore, a slit is provided in front of the light receiving element to increase the resolution. However, in a measurement system having such an operating section, a time for moving the light receiving element is required, and thus there is a disadvantage that the measurement time is long.
[0006]
FIG. 9 shows the configuration of a radiation angle measuring device using a CCD. The size of the
[0007]
However, in this example, light emission characteristics can be measured, but simultaneous measurement of the optical axis tilt angle is not performed.
[0008]
In addition, a method of inspecting the lateral spread of a beam using a divided light receiving element or a CCD is a method for easily inspecting that the lateral mode of an LD changes depending on an injection current using a three-part light receiving element. Things. In other words, when the output signal of the left and right light receiving elements has a larger change amount than the output signal of the central light receiving element divided into three, it is determined that the lateral mode has changed.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-85783 (FIG. 7 on page 2-3)
[Patent Document 2]
JP-A-6-94515 (FIG. 1 on page 3)
[Patent Document 3]
JP-A-2001-50859 (FIG. 1 on page 8)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to measure the inclination of the optical axis from the origin with the configuration shown in
[0011]
Further, according to the configuration disclosed in Patent Document 3, the excitation intensity dependence of the difference or ratio of the output signals of the divided light receiving elements is obtained, and no method for obtaining the absolute value of the divergence angle of light is disclosed. Further, since it is assumed that a specific light receiving element coincides with the optical axis, it is impossible to measure the optical axis shift at the same time.
[0012]
Further, depending on the configuration of the LD package, light emitted from the LD may be vignetted at the exit window of the package, interference due to reflected light, and lack of profile may occur. An example of the waveform in this case is shown in FIGS. It is difficult to observe these waveforms with a three-division light receiving element, and when measuring with a CCD, a large number of pixels is required, but the CCD itself is expensive.
[0013]
Further, in a radiation angle measurement system using a CCD or the like, since a plurality of optical components such as lenses are used in the optical system, it is difficult to adjust and manage all the optical axes in order to calibrate the optical axis tilt. Occurs.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a measurement system which can perform high-speed measurement without an operation unit, has a high resolution, does not use a lens, and can easily calibrate an optical axis center.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a semiconductor laser radiation angle measuring apparatus according to the present invention comprises a one-dimensional sensor light-receiving unit having a longitudinal length of L, a minimum pixel size of the one-dimensional sensor light-receiving unit of S, When the vertical distance between the laser emission point and the one-dimensional sensor light receiving unit is D,
450 × S ≦ D ≦ 0.5 × L and L ≧ 900 × S
The following relationship is established, and the radiation angle and the tilt of the optical axis are measured simultaneously in a very short time without complicated optical axis adjustment.
[0016]
In addition, the method for measuring the radiation angle of a semiconductor laser according to the present invention is to measure the intensity distribution of a laser beam a plurality of times at different time widths and combine the measurement results to obtain the light intensity distribution.
[0017]
In another radiation angle measuring method for a semiconductor laser according to the present invention, the one-dimensional sensor is moved by a half pixel in the long side direction of the sensor, and the light intensity distribution is measured to improve the resolution of the measuring system.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor laser radiation angle measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
Light emitted from the
[0020]
Unlike a two-dimensional CCD, the pixels are arranged one-dimensionally, so that the number of pixels in one direction can be increased and a high resolution can be realized.
[0021]
Next, the relationship between the
[0022]
The vertical distance between the
tan θ = X / D (Equation 1)
Is represented by The condition under which the one-
L ≧ 2X = 2tan θ × D (Equation 2)
It is. On the other hand, in order to measure with an angular resolution of 0.1 ° or less,
S ≦ 0.1X / θ = 0.1 × tan θ × D / θ (Equation 3)
Need to be Therefore, from (Equation 2) and (Equation 3), the range of D is determined as follows.
[0023]
10θ × (1 / tan θ) × S ≦ D ≦ L / 2tan θ (Equation 4)
The emission angle of the light emitted from the
The following relationship must be established. From the definition of resolution, L ≧ 900 × S (Equation 6)
Must also be established at the same time.
[0024]
According to the present embodiment, when the distance between the LD and the one-dimensional sensor, the length of the light receiving portion of the one-dimensional sensor, and the size of the pixel are defined as described above, the case where the LD is housed in the package As described above, even when the measurement light itself is greatly affected by disturbance, the radiation angle can be measured sufficiently and a high resolution can be secured. In addition, the tilt angle of the optical axis can be measured in one measurement simultaneously with the emission angle.
[0025]
Further, in this embodiment, about 10,000 CCDs are arranged one-dimensionally, a sensor having a light receiving portion having a length of about 50 mm is used, and the vertical distance D between the one-dimensional sensor and the LD is set to 25 mm or less. . According to the present embodiment, since the one-dimensional sensor is sufficiently long, the light emitted from the LD can be detected without being collected by the lens. This eliminates the need for a precise optical axis of the measurement system.
[0026]
In general, the optical axis of the laser beam does not coincide with a virtual straight line extending from the light emitting point to the one-dimensional sensor perpendicularly. In this case, from the light intensity distribution collectively measured by the one-
[0027]
θ = tan −1 {(x1 + x2) / 2D} (Expression 7)
Δθ = tan −1 (Δθ / D) (Expression 8)
According to the present embodiment, the radiation angle can be measured in a very short time because there is no moving part such as an arm as compared with the conventional embodiment. As an example, in the conventional scanning method, it took 15 seconds for each of the vertical and horizontal radiation angle measurement, but in the present method, the measurement can be completed in 1 second or less.
[0028]
Moreover, the vertical radiation angle and the horizontal radiation angle of the LD can be measured using two one-dimensional sensors. In this case, the measurement time can be shortened by moving the rail on which the LD is mounted and measuring the vertical and horizontal simultaneously.
[0029]
FIG. 2 shows another configuration of the semiconductor laser radiation angle measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
[0030]
According to this configuration, the measurement time is increased because two measurements are performed for one LD, but the radiation angle in the orthogonal direction can be measured without rotating the LD, so that the rotation error is reduced. Measurement with high accuracy not including Further, by mounting a plurality of LDs on the rail and moving the rail, measurement can be performed continuously, and it is possible to suppress an increase in the overall measurement time.
[0031]
Also, as shown in FIG. 3, the
[0032]
According to this configuration, although the amount of light incident on each one-dimensional sensor decreases, the radiation angles in orthogonal directions can be measured at the same time, so that highly accurate measurement can be performed without increasing the measurement time.
[0033]
The LD shown in FIGS. 2 and 3 may be contained in a package.
[0034]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a measurement time and an electric signal intensity in the one-dimensional sensor according to the second embodiment of the present invention.
[0035]
The relationship between the one-dimensional sensor and its pixels, the LD, and the one-dimensional sensor in the present embodiment is the same as that in the first embodiment.
[0036]
The dynamic range of a one-dimensional sensor is generally small, up to about 32 gradations as in the present embodiment. When the incident light exceeds a certain level, the output signal is saturated. Therefore, a quantization error of about 3% occurs, and it is impossible to measure a detailed radiation angle. The limit level at which the output signal with respect to the incident signal light becomes non-linear is referred to as a saturation level Vsat.
[0037]
As a method of expanding the dynamic range, in the present embodiment, a signal is detected by a two-stage capturing method. First, the capturing is performed for a short time T1 so as not to saturate even strong light. Next, in the second time, data is taken in a longer time T2 so that sensitivity can be obtained even for minute light. Then, the output signal V2 is compared with the saturation level Vsat for each pixel.
[0038]
In the present embodiment, T2 is set to be twice as long as T1, and a saturated signal (V2> Vsat) of the pixel output signal V2 is replaced with V1, and a non-saturated signal (V2 ≦ Vsat). ) Is 0.5 × V2 and data is synthesized (FIG. 5). By performing such processing, the dynamic range of the one-dimensional sensor can be substantially improved to measure the radiation angle, and the measurement accuracy does not deteriorate.
[0039]
In particular, when the LD is housed in a package, the one-dimensional sensor and its minimum pixel, the relationship between the LD and the one-dimensional sensor are defined as in the first embodiment, and the radiation angle measurement is performed by the method according to the present embodiment. Is effective because the influence of noise can be suppressed.
[0040]
In the present embodiment, two-stage data acquisition is performed, but a higher dynamic range can be realized by synthesizing data by measuring at three or more stages.
[0041]
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a configuration of a semiconductor laser radiation angle measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[0042]
The light emitted from the
[0043]
Once the intensity of the emitted light is measured, the
[0044]
In the case of this embodiment, since the size of one pixel is 5 μm, the sensor is moved by 2.5 μm.
[0045]
Next, the first measurement data and the second measurement data are alternately arranged for each pixel to synthesize data. By such pixel shifting, the number of effective sensor pixels can be doubled, that is, the angular resolution can be halved. According to the one configuration shown in the first embodiment, the angular resolution is about 0.01 °, and according to the present embodiment, it is possible to improve the angular resolution to 0.005 °.
[0046]
In the present embodiment, a piezoelectric element that moves in sub-micron units by applying a voltage is used as the fine movement device, but a motor that is driven by electricity may be used.
[0047]
Further, in the first to third embodiments, the package in which the sealing glass plate is provided on the upper portion is described, but the entire package may be made of a light transmitting material such as plastic.
[0048]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the radiation angle measuring device of the semiconductor laser of this invention, by defining the one-dimensional sensor and its minimum pixel, and the relationship between LD and the one-dimensional sensor, it is possible to measure a wide range of radiation light without passing through a lens. Since there are few optical axis adjustment points and no moving parts, measurement can be performed in a short time.
[0049]
According to the method for measuring the radiation angle of a semiconductor laser of the present invention, the intensity distribution of strong light is extracted from data measured in a short time, and the intensity distribution of weak light is extracted from data measured in a long time, and the two are combined. By doing so, it is possible to obtain substantially the same effect as using a sensor having a wide dynamic range.
[0050]
Further, by measuring the light intensity distribution twice by shifting the one-dimensional sensor by half the length of one pixel and combining the two alternately, the effect of substantially doubling the angular resolution of the measurement system can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor laser radiation angle measuring device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is another configuration diagram of a semiconductor laser radiation angle measuring device according to the first embodiment of the present invention; 3 is still another configuration diagram of the semiconductor laser radiation angle measuring device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the measuring time and the electric signal intensity in the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart for converting and synthesizing electric signal intensity according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram of a semiconductor laser radiation angle measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a configuration diagram of a scan-type semiconductor laser radiation angle measuring device according to the related art. FIG. 8 is a diagram illustrating a radiation angle measurement result of the semiconductor laser according to the related art. Radiation angle measurement A radiation angle measurement results when the block diagram Figure 10. The semiconductor laser of location is housed in a package,
(A) A diagram showing a result when interference noise occurs due to reflected light inside the package. (B) A diagram showing a result when data loss occurs due to reflected light inside the package.
101, 201, 301, 601, 701, 901
104, 604
Claims (8)
前記一次元センサ受光部の長手方向の長さをL、前記一次元センサ受光部の画素の大きさをS、前記半導体レーザの発光点と前記一次元センサ受光部との垂直距離をDとするとき、
450×S≦D≦0.5×L かつ L≧900×S
なる関係が成立することを特徴とする半導体レーザの放射角測定装置。A one-dimensional sensor that receives light emitted from the semiconductor laser and converts the light into an electric signal,
The length in the longitudinal direction of the one-dimensional sensor light receiving unit is L, the size of the pixel of the one-dimensional sensor light receiving unit is S, and the vertical distance between the light emitting point of the semiconductor laser and the one-dimensional sensor light receiving unit is D. When
450 × S ≦ D ≦ 0.5 × L and L ≧ 900 × S
A radiation angle measuring device for a semiconductor laser, wherein the following relationship is established.
前記第一および第二の一次元センサの受光面に対して平行な面に半導体レーザが載置された移動機構とを備え、
前記第一の一次元センサ受光部の長手方向の長さをL1、前記第一の一次元センサ受光部の画素の大きさをS1、前記半導体レーザの発光点と前記第一の一次元センサ受光部との垂直距離をD1とするとき、
450×S1≦D1≦0.5×L1 かつ L1≧900×S1
なる関係が成立し、かつ
前記第二の一次元センサ受光部の長手方向の長さをL2、前記第二の一次元センサ受光部の画素の大きさをS2、前記半導体レーザの発光点と前記第二の一次元センサ受光部との垂直距離をD2とするとき、
450×S2≦D2≦0.5×L2 かつ L2≧900×S2
なる関係が成立することを特徴とする半導体レーザの放射角測定装置。A first one-dimensional sensor and a second one-dimensional sensor spaced apart from each other and arranged orthogonally;
A moving mechanism having a semiconductor laser mounted on a plane parallel to a light receiving surface of the first and second one-dimensional sensors,
The length in the longitudinal direction of the first one-dimensional sensor light receiving portion is L1, the size of the pixel of the first one-dimensional sensor light receiving portion is S1, the light emitting point of the semiconductor laser and the first one-dimensional sensor light receiving portion. When the vertical distance to the part is D1,
450 × S1 ≦ D1 ≦ 0.5 × L1 and L1 ≧ 900 × S1
And the length in the longitudinal direction of the second one-dimensional sensor light receiving portion is L2, the size of the pixel of the second one-dimensional sensor light receiving portion is S2, and the light emitting point of the semiconductor laser is When the vertical distance from the second one-dimensional sensor light receiving unit is D2,
450 × S2 ≦ D2 ≦ 0.5 × L2 and L2 ≧ 900 × S2
A radiation angle measuring device for a semiconductor laser, wherein the following relationship is established.
半導体レーザから出射された光を分割して前記第一の一次元センサと前記第二の一次元センサとにそれぞれ導くビームスプリッタとを備え、
前記第一の一次元センサ受光部の長手方向の長さをL1、前記第一の一次元センサ受光部の画素の大きさをS1、前記半導体レーザの発光点と前記第一の一次元センサ受光部との垂直距離をD1とするとき、
450×S1≦D1≦0.5×L1 かつ L1≧900×S1
なる関係が成立し、かつ
前記第二の一次元センサ受光部の長手方向の長さをL2、前記第二の一次元センサ受光部の画素の大きさをS2、前記半導体レーザの発光点と前記第二の一次元センサ受光部との垂直距離をD2とするとき、
450×S2≦D2≦0.5×L2 かつ L2≧900×S2
なる関係が成立することを特徴とする半導体レーザの放射角測定装置。A first one-dimensional sensor and a second one-dimensional sensor spaced apart from each other and arranged orthogonally;
A beam splitter that splits light emitted from the semiconductor laser and guides the light to the first one-dimensional sensor and the second one-dimensional sensor, respectively.
The length in the longitudinal direction of the first one-dimensional sensor light receiving portion is L1, the size of the pixel of the first one-dimensional sensor light receiving portion is S1, the light emitting point of the semiconductor laser and the first one-dimensional sensor light receiving portion. When the vertical distance to the part is D1,
450 × S1 ≦ D1 ≦ 0.5 × L1 and L1 ≧ 900 × S1
And the length in the longitudinal direction of the second one-dimensional sensor light receiving portion is L2, the size of the pixel of the second one-dimensional sensor light receiving portion is S2, and the light emitting point of the semiconductor laser is When the vertical distance from the second one-dimensional sensor light receiving unit is D2,
450 × S2 ≦ D2 ≦ 0.5 × L2 and L2 ≧ 900 × S2
A radiation angle measuring device for a semiconductor laser, wherein the following relationship is established.
第一の測定時間T1で前記半導体レーザの第一の光強度分布を測定するステップと、
前記測定時間T1より長い第二の測定時間T2で前記半導体レーザの第二の光強度分布を測定するステップと、
前記第二の光強度分布の情報において、前記一次元センサの飽和レベルを超えた情報は、前記一次元センサにおける当該位置での前記第一の光強度分布の情報に前記測定時間T2に対するT1の比を乗じた情報に置換するステップと、
前記一次元センサの飽和レベルを超えた情報が置換された前記第二の光強度分布の情報から前記半導体レーザの放射角および光軸の傾きを同時に算出するステップとを備えた半導体レーザの放射角測定方法。A method for measuring a radiation angle of a semiconductor laser using the radiation angle measuring device according to claim 1,
Measuring a first light intensity distribution of the semiconductor laser at a first measurement time T1,
Measuring a second light intensity distribution of the semiconductor laser at a second measurement time T2 longer than the measurement time T1,
In the information of the second light intensity distribution, the information exceeding the saturation level of the one-dimensional sensor includes information of the first light intensity distribution at the position in the one-dimensional sensor in T1 with respect to the measurement time T2. Substituting the information multiplied by the ratio;
Simultaneously calculating a radiation angle and a tilt of an optical axis of the semiconductor laser from information of the second light intensity distribution in which information exceeding a saturation level of the one-dimensional sensor is replaced. Measuring method.
前記半導体レーザの第一の光強度分布を測定するステップと、
前記画素の大きさの半分の距離だけ一次元センサを移動するステップと、
前記半導体レーザの第二の光強度分布を測定するステップと、
前記第一の光強度分布の位置情報と前記第二の光強度分布の位置情報とを交互に配置し、これらの情報から第三の光強度分布を算出するステップと、
前記第三の光強度分布の情報から前記半導体レーザの放射角および光軸の傾きを同時に算出するステップとを備えた半導体レーザの放射角測定方法。A method for measuring a radiation angle of a semiconductor laser using the radiation angle measuring device according to claim 6,
Measuring a first light intensity distribution of the semiconductor laser,
Moving the one-dimensional sensor a distance of half the size of the pixel;
Measuring a second light intensity distribution of the semiconductor laser,
Arranging the position information of the first light intensity distribution and the position information of the second light intensity distribution alternately, and calculating a third light intensity distribution from these information,
Calculating a radiation angle of the semiconductor laser and a tilt of the optical axis simultaneously from the information on the third light intensity distribution.
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