JP2004178749A - 光ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】光ヘッドにおいて、レーザ駆動ICの発熱による半導体レーザの温度上昇を効果的に低減し得るとともに、小型の光ヘッドを実現すること。
【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズを含む光学系と、レーザ光源を駆動する駆動ICと、駆動ICを搭載した回路基板と、駆動ICの熱を放熱するためのヒートシンクと、これらを保持するケースとを、含んで構成され、駆動ICおよび回路基板を、レーザ光と平面的に重なり、かつ、対物レンズに入射するレーザ光を遮らない位置に配置し、ヒートシンクには、駆動ICに熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部と、放熱主体部と、IC接合部と放熱主体部とを連結する連結部とを設けて、放熱主体部を、レーザ光を挟んで回路基板と反対側に配置する。
【選択図】 図1
【解決手段】レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズを含む光学系と、レーザ光源を駆動する駆動ICと、駆動ICを搭載した回路基板と、駆動ICの熱を放熱するためのヒートシンクと、これらを保持するケースとを、含んで構成され、駆動ICおよび回路基板を、レーザ光と平面的に重なり、かつ、対物レンズに入射するレーザ光を遮らない位置に配置し、ヒートシンクには、駆動ICに熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部と、放熱主体部と、IC接合部と放熱主体部とを連結する連結部とを設けて、放熱主体部を、レーザ光を挟んで回路基板と反対側に配置する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク上にレーザ光を集光して情報の記録または再生を行う光ディスク装置の光ヘッドに係り、特に、光ヘッドに搭載する電子回路の放熱にかかわる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ディスク装置は、半導体レーザから出射した光を、回転する光ディスクの記録面に絞って照射することにより、光ディスク上への記録および光ディスク上の情報の再生を行う。一般の光ディスク装置は、半導体レーザに代表される光源と、レーザ光を光ディスク上に絞り込むための対物レンズを含む光学系と、光ディスクからの反射光から光ディスク上の情報を検出するための光検出器などを、主要構成要素とする光ヘッドを備えている。
【0003】
図9は、従来の技術による光ヘッドの構成の一例である。図9において、1は光ディスク、2は光ヘッド、3はケース、4はガイドバー、5は半導体レーザ、6はレーザ光、7はビームスプリッタ、8はコリメートレンズ、9はミラー、10は対物レンズ、11は光検出器、12は回路基板、13はレーザ駆動IC、14はフレキシブル基板、15はネジ、16は熱伝導性シート、50はヒートシンクである。
【0004】
光ヘッド2の金属製(例えば、アルミダイススト製)のケース3には、半導体レーザ5、ビームスプリッタ7、コリメートレンズ8、ミラー9、対物レンズ10、光検出器11が配置されており、対物レンズ10は、図示せぬバネによって移動可能な状態でケース3に支持されている。また、光ヘッド2は、2本のガイドバー4に沿って光ディスク1の半径方向に移動可能なように、図示せぬ光ディスク装置のシャーシに保持されている。
【0005】
また、ケース3には(ケース3の外側には)、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12がネジ15によって固定されており、レーザ駆動IC13は、回路基板12から延長されたフレキシブル基板14によって半導体レーザ5に接続されている。発熱要素であるレーザ駆動IC13には、弾性を有する熱伝導性シート16を介して、金属製(例えば、アルミ材、銅系材)のヒートシンク50が取り付けられており、レーザ駆動IC13の熱をヒートシンク50によって放熱するようになっている。なお、熱伝導性シート16の両面には接着剤が塗布されている。
【0006】
半導体レーザ5から出射したレーザ光6は、ビームスプリッタ7を透過し、コリメートレンズ8で平行光束となり、ミラー9で反射して向きを変えて、対物レンズ10によって光ディスク1上に焦点を結ぶ。
【0007】
光ディスク1で反射されたレーザ光6は、上記と逆の経路と通ってビームスプリッタ7で反射されて光検出器11に達し、図示せぬシステム制御回路が、光検出器11の出力によって、対物レンズ10の光ディスク1に対する位置制御を行うとともに、光ディスク1の信号を再生する。
【0008】
光ディスク装置で光ディスク1に情報を記録する際には、レーザ駆動IC13から半導体レーザ5に流す電流をパルス状に増減させることで、レーザ光6のパワーがパルス状に増減し、光ディスク1上に熱的に記録マークが形成される。
【0009】
ところで、DVDなどの高密度光ディスクの場合、光ディスク1の信号を再生するときに、レーザ駆動IC13から半導体レーザ5に流す電流を数百メガヘルツで変調する。これは、レーザ光5を数百メガヘルツでパルス発光させることによりレーザノイズを低減する方法で、高周波重畳法と呼ばれており、詳細は例えば、1985年10月発行の「光学」第14巻第5号「高周波電流重畳法による半導体レーザ搭載ビデオディスクプレーヤのレーザノイズ低減化」に記載されている。
【0010】
上記のように半導体レーザ5を高速で駆動するためには、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5のできるだけ近く(例えば、10mm以下)に配置するのが望ましい。一方、半導体レーザ5は、温度が上昇すると、電流対光出力特性の直線性が劣化したり、寿命が短くなることが知られており、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5の近くに配置すると、レーザ駆動IC13の発熱による半導体レーザ5の温度上昇が問題となる。
【0011】
このため、図9に示した構成のように、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12を光ヘッド2のケース3の外側に配置し、弾性のある熱伝導性シート16を介してヒートシンク50から放熱するようにすることで、半導体レーザ5とレーザ駆動IC13との間の距離をできるだけ短くし、また、半導体レーザ5の温度上昇を低減するようにした構成が、提案されていた(特許文献1、特許文献2参照)。
【0012】
【特許文献1】
特開2002−25095号公報
【0013】
【特許文献2】
特開2001−307372号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来技術においては、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12を、ケース3の横外側に配置しているため、水平投影面の面積が大きくなり、光ヘッドの小型化に対して問題があることが指摘されていた。
【0015】
本発明の目的は、回路基板を光ヘッドケースの水平投影面内に配置するとともに、レーザ駆動ICの発熱による半導体レーザの温度上昇を可及的に低減して、小型で高性能の光ヘッドを実現することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の光ヘッドは、レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズを含む光学系と、レーザ光源を駆動する駆動ICと、駆動ICを搭載した回路基板と、駆動ICの熱を放熱するためのヒートシンクと、これらを保持するケースとを、含んで構成され、
駆動ICおよび回路基板を、レーザ光と平面的に重なり、かつ、対物レンズに入射するレーザ光を遮らない位置に配置し、
ヒートシンクには、駆動ICに熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部と、放熱主体部と、IC接合部と放熱主体部とを連結する連結部とを設けて、放熱主体部を、レーザ光を挟んで回路基板と反対側に配置する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【0018】
図1は、本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。図1において、1は光ディスク、2は光ヘッド、3はケース、4、4はガイドバー、5は半導体レーザ、6はレーザ光、7はビームスプリッタ、8はコリメートレンズ、9はミラー、10は対物レンズ、11は光検出器、12は回路基板、13はレーザ駆動IC、14、17はフレキシブル基板、16は熱伝導性シート、20はヒートシンクである。なお、図1に示す本実施形態において、図9に示す構成要素と均等なものには同一符号を付してある。
【0019】
半導体レーザ5、ビームスプリッタ7、コリメートレンズ8、ミラー9は、金属製(例えば、アルミダイカスト製)のケース3に接着固定されており、対物レンズ10は、図示せぬアクチュエータのバネによって支持され、常に光ディスク1のトラック上に焦点を結ぶように、図示せぬ制御回路によって制御されるようになっている。
【0020】
回路基板12には、レーザ駆動IC13と、フレキシブル基板17を介して光検出器11が搭載されており、回路基板12は、図1の矢印Aの方向からケース3の下面側に組み付けられるようになっている。そして、これにより、レーザ駆動IC13は、ケース3の下面(底面)に設けられた開口部3aを通して、ケース3の外表面より内側に位置するとともに、半導体レーザ5に対して近接配置されるようになっている。また、光検出器11は、回路基板12にフレキシブル基板17を介して取り付けられているので位置調整が可能となっており、ビームスプリッタ7で反射されたレーザ光6と位置を合わせた状態で、ケース3に接着固定されるようになっている(図1の矢印B参照)。また、回路基板12から延長された別のフレキシブル基板14が半導体レーザ2と接続され(図1の矢印C参照)、これによりレーザ駆動IC13により半導体レーザ5が駆動されるようになっている。なお、回路基板12のケース3に対する固定については、後述する。
【0021】
金属板製(例えば、アルミ板製)のヒートシンク20には、レーザ駆動IC13の上面に熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部20aと、ケース3の上面カバーを兼ねる平板状の放熱主体部20bと、IC接合部20aと放熱主体部20bとを連結する連結部20cとが設けられており、連結部20cによって、実質的にレーザ光6の通過を許容する(記録/再生に影響を与えないようにレーザ光6の通過を許容する)光通過部20dが形成されている。このヒートシンク20は、IC接合部20aが、両面に接着剤が塗布された弾性を有する熱伝導性シート16(例えば、厚み0.5mm程度)を介して、レーザ駆動IC13の上面に接合されるように、ケース3に組み付けられるようになっている(図1の矢印D参照)。ここで、本実施形態では、IC接合部20aを熱伝導性シート16を介してレーザ駆動IC13に接合しているが、IC接合部20aを熱伝導性接着剤を介してレーザ駆動IC13に接合しても、あるいは、IC接合部20aを接着部材を介在させることなく、直接レーザ駆動IC13に接合してネジ止めするようにしてもよい。なお、ヒートシンク20のケース3に対する固定については、後述する。
【0022】
次に、回路基板12の固定手法や、ヒートシンク20の形状、固定手法や、光ヘッド2内のレーザ光6の経路について、図1とともに図2〜図6を用いて説明する。図2は光ヘッド2の上面図(平面図)、図3はヒートシンク20を外した状態の光ヘッド2の上面図、図4は光ヘッド2の下面図(底面図)、図5は光ヘッド2の断正面図、図6はヒートシンクの斜視図である。
【0023】
図4、図5に示すように、回路基板12は、半導体レーザ5と離れた箇所において、ネジ15によってケース3の下面側に固定されており、本実施形態では、回路基板12とケース3との接触箇所は、上記のネジ止め部近傍のみとなっている(例えば、ケース3の下端面のネジ止め部に段差を設けて、これを実現している)。上記の回路基板12の取り付けによって、図5に示すように、レーザ駆動IC13はケース3の開口部3aに収まるようになっており、これにより、半導体レーザ5とレーザ駆動IC13との間の距離の短縮と、光ヘッド2の縦寸法の増大なく、光ヘッド2の水平投影面内での面積の縮小とが、達成されている。半導体レーザ5の一点から出射されたレーザ光6は放射状に進み、ビームスプリッタ7を透過してコリメートレンズ8で平行光束となって対物レンズ10に入射する。ここで、レーザ駆動IC13は、レーザ光6の下面側で対物レンズ10に入射するレーザ光6を遮蔽しない位置にあり、上記したように、レーザ駆動IC13は半導体レーザ5の近くに配置されているので、半導体レーザ5を高速で駆動することができる。また、回路基板12は、平面的にはケース3の内側においてレーザ光6と重なる位置に配置されているので、上記したように、光ヘッド2の水平投影面の面積を小さく抑えることができる。
【0024】
また、図2、図5に示すように、ヒートシンク20の前記した放熱主体部20bは、半導体レーザ5と離れた箇所において、ネジ15によってケース3の上面側に固定されている。ヒートシンク20の放熱主体部20bは、ケース3の上面を覆うカバーとしても機能するようになっており、これによって部品点数の削減が図れている。なお、図2において、ヒートシンク20の放熱主体部20bの右側に、対物レンズ10と対向する部位に開口を穿設した別ピースのカバーを取り付ける場合もあり得る。
【0025】
上記したように、レーザ駆動IC13は回路基板12のレーザ光側の面に半導体レーザ5に近づけて配置されているので、回路基板12はケース3の下面からの突出量が小さく、また、ヒートシンク20(放熱主体部20b)はケース3の上面からの突出量が小さいので、光ヘッド2全体の高さ寸法を小さく抑えることができるようにもなっている。
【0026】
本実施形態のヒートシンク20は、図6に示すような形状を呈しており、例えば厚み0.3〜0.5mmの金属板材を折り曲げ加工して形成されている。前記連結部20cから水平に折り曲げられた前記IC接合部20aは、ここでは端面同士で突き合わされるようにしているが、この端面間には隙間があってもよく、要は、IC接合部20aは、熱伝導性シート16(レーザ駆動IC13)からの熱が伝えられるのに十分な接触面積が得られるものであればよい。このヒートシンク20の材質は、アルミニウム、銅、真鍮などを条件に応じて選択することができる。本実施形態では、ヒートシンク20は、図6に示した放熱主体部20bのネジ穴20e近辺を除いて、ケース3とは接触しないように構成されており(例えば、ケース3の上端面のネジ止め部に段差を設けて、これを実現している)、また、放熱効果を大きくするため、放熱主体部20bは可能な範囲で大きな面積となるようにされている。図6に示した形状の本実施形態のヒートシンク20の場合、放熱主体部20bから折れ曲がった連結部20cは、他の部分に比較して幅が小さく、熱抵抗が相対的に大きいので、極力この部分の幅を大きくするかあるいは、厚みを他の部分よりも厚くすることが望ましい。
【0027】
本実施形態では、レーザ駆動IC13にはケース3と直接接触している部分はなく、また、回路基板12とケース3とは、レーザ駆動IC13に対し半導体レーザ5と反対側において固定されている。そして、ケース3に回路基板12をネジ止めで固定する部分以外の、ケース3の下端面と回路基板12との対向部位は、その間に所要の熱抵抗が存在するように、少なくとも0.1mm程度は離すように構成されている。回路基板12と空気の熱伝導率の比は10倍以上であるから、本実施形態の場合は、ケース3と回路基板12との間に1mm以上の厚みの回路基板を断熱材として挿入するのと同等である。
【0028】
レーザ駆動IC13の発熱の一部は、回路基板12を図4の矢印Hの方向に伝わって回路基板12から空気中に放熱されるとともに、図5の矢印Jに示すように、ケース3に固定されている部分からケース3に伝わって、ケース3から空気中に放熱されるとともに一部はガイドバー4から図示されていないシャーシにも伝わって空気中に放熱される。ここで、上記した回路基板12自身からの放熱や、回路基板12からケース3を伝わる経路からの放熱だけでは熱抵抗が大きいため、レーザ駆動IC13の温度上昇が大きくなり、レーザ駆動IC13近傍の空気の温度が上昇して、半導体レーザ5の温度を上昇させてしまう。そのため、本実施形態のように、別途ヒートシンク20を設けることが必要となる。
【0029】
本実施形態では上述したようなヒートシンク20を設けているので、レーザ駆動IC13で発生した熱の多くは、図5の矢印I方向に示すように、熱伝導性の良好な伝導性シート16から熱伝導性の良好なヒートシンク20に伝わり、図2の矢印G方向に示すように、ヒートシンク20から空気中に放熱されるとともに、さらに、ヒートシンク20からケース3に伝わって、ケース3からも放熱される。また、その熱の一部はさらにケース3からガイドバー4にも伝わって放熱される。特に、ヒートシンク20の放熱主体部20bは光ディスク1と対面しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによる放熱効果の増加が期待できる。このようなヒートシンク20を設けたことによって、レーザ駆動IC13で発生した熱を、発熱源の近くで効果的に放熱できるので、レーザ駆動IC13自体の温度上昇が小さく、したがって、半導体レーザ5の温度上昇を小さく抑えることができる。
【0030】
また、ヒートシンク20の取り付けにおいて、本実施形態では、ヒートシンク20の放熱主体部20bにおけるネジ穴20e近傍は、ネジ15により締め付けられてケース3の上端面に密着するが、それ以外のヒートシンク20の放熱主体部20bとケース3の上端面とは、その間に所要の熱抵抗が存在するように、少なくとも0.1mm程度離すように構成されている。例えばアルミ材と空気との熱伝導率の比は4000倍程度であるから、上記の隙間は400mmの長さのケース材の熱抵抗に相当する。なお、本実施形態では、ケース3の幅とヒートシンク20の放熱主体部20bの幅は同じであるが、上記した隙間から塵埃が光ヘッド2内に侵入しないように、放熱主体部20bの幅をケース3の幅より大きめにするようにしてもよい。なおまた、熱抵抗を大きくするために、上記のように隙間を設けるのでなく、熱伝導率の低いプラスチックシートなどをケース3の上端面と放熱主体部20bとの間に挟むことにすれば、塵埃の侵入を防止することができる。
【0031】
ここで、以上までの説明では、半導体レーザ5の発熱については触れなかったが、半導体レーザ5も発熱するため、半導体レーザ5のための放熱手段が必要である。光ヘッドの機能面から、半導体レーザ5はケース3に強固に取り付ける必要があり、通常の構成では、ケース3が半導体レーザ5の放熱手段になっている。半導体レーザ5の発熱を考慮すると、ケース3の半導体レーザ5に近い部分が半導体レーザ5のヒートシンクとして機能し、ケース3の半導体レーザ5から遠い側とヒートシンク20とがレーザ駆動IC13の放熱手段として機能するようにすれば良い。そのため、レーザ駆動IC13とケース3を熱的に接続するヒートシンク20あるいは回路基板12をケース3に固定する部分を、レーザ駆動IC13よりも半導体レーザ5から遠い側にする。このことは、前述したように、図1〜図6を用いて説明したヒートシンク20および回路基板12をケース3に固定するときの考慮すべき事項と一致している。
【0032】
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図7の(a)は、本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの上面図、図7の(b)は、本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。なお、図7において、前記した第1実施形態と均等な構成要素には同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する(これは、以下の第3実施形態においても同様である)。
【0033】
本実施形態が前記第1実施形態と相違するのは、ヒートシンク20の放熱主体部の形状であり、本実施形態の放熱主体部20b’は、第1放熱主体部20b−1と、第2放熱主体部20b−2と、この両者20b−1、20b−2を連結する連結部20b−3とで構成されている。第1放熱主体部20b−1は前記第1実施形態の放熱主体部20bと均等なもので、先に述べたようにネジ15によってその一部がケース3の上端面に接触・固定されている。また、第2放熱主体部20b−2は、図7においてケース3の右側上面を覆うように、かつ、光ディスク1とより近接するように配設されており、この第2放熱主体部20b−2には、対物レンズ10と対向する部位にレーザ光通過用の窓20b−4が形成されている。
【0034】
本実施形態では、放熱主体部20b’の面積が前記第1実施形態の放熱主体部20bよりも広く、しかも、第2放熱主体部20b−2が光ディスク1のより近傍に位置しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによる放熱効果を、より一層向上させることが期待できる。
【0035】
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図8の(a)は、本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの上面図、図8の(b)は、本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。
【0036】
本実施形態が前記第1実施形態と相違するのは、本実施形態では、回路基板12がケース3の上面側に取り付けられており、ヒートシンク20がケース3の下面側に取り付けられている点にある。つまり、第1実施形態に対して、回路基板12、レーザ駆動IC13、熱伝導性シート16、シートシンク20の位置関係を上下反転させた配置になっている。本実施形態においても、レーザ駆動IC13の発熱は回路基板12に伝わるとともに熱伝導性シート16を介してヒートシンク20に伝わって放熱されるが、本実施形態では、回路基板12が光ディスク1と対面しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによって、回路基板11からの放熱効果が期待できる。
【0037】
本実施形態においても、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5の温度を上昇させずにその近くに配置することができるので、半導体レーザ5を高速で駆動することが可能であること、および、回路基板12が平面的にケース3の内側に配置されているので、光ヘッド2の水平投影面の面積を小さく抑えることができること、および、ケース3の下面と上面からのヒートシンク20と回路基板12の突出量が小さいので、光ヘッド16の高さ寸法を小さくできることの効果は、第1実施形態と同じように得ることができる。
【0038】
よって、光ヘッドの実装上の制約や必要な放熱効果に応じて、第1実施形態の配置もしくは第2実施形態の配置を選択するようになせばよい。
【0039】
なお、上述した実施形態では、1個のレーザ駆動IC13で発生した熱を放熱する構造を示したが、レーザ駆動ICが複数個の場合でも本発明は適用可能であり、また、レーザ駆動ICの放熱に併せて、回路基板12上の他の回路構成要素の放熱にも本発明は適用可能である。
【0040】
なおまた、上述した実施形態では、ヒートシンク20の放熱主体部や回路基板は、そのネジ止め部近傍を除いてケース3とは非接触であるとしたが、必要な放熱効果が得られるなら、ネジ止め部以外の部分においても、ケース3の上下の端面とヒートシンク20の放熱主体部や回路基板とを接触させるように構成してもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レーザ駆動ICを搭載した回路基板を半導体レーザの近くでレーザ光と平面的に重なる位置に配置するので、レーザ駆動ICによって半導体レーザを高速で駆動することができるとともに、光ヘッドの水平投影面の面積を小さくすることができ、さらに、レーザ駆動ICの発熱をレーザ光を挟んで反対側に導いて放熱するヒートシンクを設けたので、レーザ駆動ICの発熱による半導体レーザの温度上昇を可及的に低減することが可能となり、しかも、光ヘッドの高さ寸法を小さく抑えることができるので、光ヘッドの小型化に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの上面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドにおいてヒートシンクを外した状態の上面図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの下面図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。
【図6】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドにおける、ヒートシンクの斜視図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの上面図および断正面図である。
【図8】本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの上面図および断正面図である。
【図9】従来の光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。
【符号の説明】
1 光ディスク
2 光ヘッド
3 ケース
4 ガイドバー
5 半導体レーザ
6 レーザ光
7 ビームスプリッタ
8 コリメートレンズ
9 ミラー
10 対物レンズ
11 光検出器
12 回路基板
13 レーザ駆動IC
14、17 フレキシブル基板
16 熱伝導性シート
20 ヒートシンク
20a IC接合部
20b、20b’ 放熱主体部
20c 連結部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク上にレーザ光を集光して情報の記録または再生を行う光ディスク装置の光ヘッドに係り、特に、光ヘッドに搭載する電子回路の放熱にかかわる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ディスク装置は、半導体レーザから出射した光を、回転する光ディスクの記録面に絞って照射することにより、光ディスク上への記録および光ディスク上の情報の再生を行う。一般の光ディスク装置は、半導体レーザに代表される光源と、レーザ光を光ディスク上に絞り込むための対物レンズを含む光学系と、光ディスクからの反射光から光ディスク上の情報を検出するための光検出器などを、主要構成要素とする光ヘッドを備えている。
【0003】
図9は、従来の技術による光ヘッドの構成の一例である。図9において、1は光ディスク、2は光ヘッド、3はケース、4はガイドバー、5は半導体レーザ、6はレーザ光、7はビームスプリッタ、8はコリメートレンズ、9はミラー、10は対物レンズ、11は光検出器、12は回路基板、13はレーザ駆動IC、14はフレキシブル基板、15はネジ、16は熱伝導性シート、50はヒートシンクである。
【0004】
光ヘッド2の金属製(例えば、アルミダイススト製)のケース3には、半導体レーザ5、ビームスプリッタ7、コリメートレンズ8、ミラー9、対物レンズ10、光検出器11が配置されており、対物レンズ10は、図示せぬバネによって移動可能な状態でケース3に支持されている。また、光ヘッド2は、2本のガイドバー4に沿って光ディスク1の半径方向に移動可能なように、図示せぬ光ディスク装置のシャーシに保持されている。
【0005】
また、ケース3には(ケース3の外側には)、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12がネジ15によって固定されており、レーザ駆動IC13は、回路基板12から延長されたフレキシブル基板14によって半導体レーザ5に接続されている。発熱要素であるレーザ駆動IC13には、弾性を有する熱伝導性シート16を介して、金属製(例えば、アルミ材、銅系材)のヒートシンク50が取り付けられており、レーザ駆動IC13の熱をヒートシンク50によって放熱するようになっている。なお、熱伝導性シート16の両面には接着剤が塗布されている。
【0006】
半導体レーザ5から出射したレーザ光6は、ビームスプリッタ7を透過し、コリメートレンズ8で平行光束となり、ミラー9で反射して向きを変えて、対物レンズ10によって光ディスク1上に焦点を結ぶ。
【0007】
光ディスク1で反射されたレーザ光6は、上記と逆の経路と通ってビームスプリッタ7で反射されて光検出器11に達し、図示せぬシステム制御回路が、光検出器11の出力によって、対物レンズ10の光ディスク1に対する位置制御を行うとともに、光ディスク1の信号を再生する。
【0008】
光ディスク装置で光ディスク1に情報を記録する際には、レーザ駆動IC13から半導体レーザ5に流す電流をパルス状に増減させることで、レーザ光6のパワーがパルス状に増減し、光ディスク1上に熱的に記録マークが形成される。
【0009】
ところで、DVDなどの高密度光ディスクの場合、光ディスク1の信号を再生するときに、レーザ駆動IC13から半導体レーザ5に流す電流を数百メガヘルツで変調する。これは、レーザ光5を数百メガヘルツでパルス発光させることによりレーザノイズを低減する方法で、高周波重畳法と呼ばれており、詳細は例えば、1985年10月発行の「光学」第14巻第5号「高周波電流重畳法による半導体レーザ搭載ビデオディスクプレーヤのレーザノイズ低減化」に記載されている。
【0010】
上記のように半導体レーザ5を高速で駆動するためには、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5のできるだけ近く(例えば、10mm以下)に配置するのが望ましい。一方、半導体レーザ5は、温度が上昇すると、電流対光出力特性の直線性が劣化したり、寿命が短くなることが知られており、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5の近くに配置すると、レーザ駆動IC13の発熱による半導体レーザ5の温度上昇が問題となる。
【0011】
このため、図9に示した構成のように、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12を光ヘッド2のケース3の外側に配置し、弾性のある熱伝導性シート16を介してヒートシンク50から放熱するようにすることで、半導体レーザ5とレーザ駆動IC13との間の距離をできるだけ短くし、また、半導体レーザ5の温度上昇を低減するようにした構成が、提案されていた(特許文献1、特許文献2参照)。
【0012】
【特許文献1】
特開2002−25095号公報
【0013】
【特許文献2】
特開2001−307372号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来技術においては、レーザ駆動IC13を搭載した回路基板12を、ケース3の横外側に配置しているため、水平投影面の面積が大きくなり、光ヘッドの小型化に対して問題があることが指摘されていた。
【0015】
本発明の目的は、回路基板を光ヘッドケースの水平投影面内に配置するとともに、レーザ駆動ICの発熱による半導体レーザの温度上昇を可及的に低減して、小型で高性能の光ヘッドを実現することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の光ヘッドは、レーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズを含む光学系と、レーザ光源を駆動する駆動ICと、駆動ICを搭載した回路基板と、駆動ICの熱を放熱するためのヒートシンクと、これらを保持するケースとを、含んで構成され、
駆動ICおよび回路基板を、レーザ光と平面的に重なり、かつ、対物レンズに入射するレーザ光を遮らない位置に配置し、
ヒートシンクには、駆動ICに熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部と、放熱主体部と、IC接合部と放熱主体部とを連結する連結部とを設けて、放熱主体部を、レーザ光を挟んで回路基板と反対側に配置する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【0018】
図1は、本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。図1において、1は光ディスク、2は光ヘッド、3はケース、4、4はガイドバー、5は半導体レーザ、6はレーザ光、7はビームスプリッタ、8はコリメートレンズ、9はミラー、10は対物レンズ、11は光検出器、12は回路基板、13はレーザ駆動IC、14、17はフレキシブル基板、16は熱伝導性シート、20はヒートシンクである。なお、図1に示す本実施形態において、図9に示す構成要素と均等なものには同一符号を付してある。
【0019】
半導体レーザ5、ビームスプリッタ7、コリメートレンズ8、ミラー9は、金属製(例えば、アルミダイカスト製)のケース3に接着固定されており、対物レンズ10は、図示せぬアクチュエータのバネによって支持され、常に光ディスク1のトラック上に焦点を結ぶように、図示せぬ制御回路によって制御されるようになっている。
【0020】
回路基板12には、レーザ駆動IC13と、フレキシブル基板17を介して光検出器11が搭載されており、回路基板12は、図1の矢印Aの方向からケース3の下面側に組み付けられるようになっている。そして、これにより、レーザ駆動IC13は、ケース3の下面(底面)に設けられた開口部3aを通して、ケース3の外表面より内側に位置するとともに、半導体レーザ5に対して近接配置されるようになっている。また、光検出器11は、回路基板12にフレキシブル基板17を介して取り付けられているので位置調整が可能となっており、ビームスプリッタ7で反射されたレーザ光6と位置を合わせた状態で、ケース3に接着固定されるようになっている(図1の矢印B参照)。また、回路基板12から延長された別のフレキシブル基板14が半導体レーザ2と接続され(図1の矢印C参照)、これによりレーザ駆動IC13により半導体レーザ5が駆動されるようになっている。なお、回路基板12のケース3に対する固定については、後述する。
【0021】
金属板製(例えば、アルミ板製)のヒートシンク20には、レーザ駆動IC13の上面に熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部20aと、ケース3の上面カバーを兼ねる平板状の放熱主体部20bと、IC接合部20aと放熱主体部20bとを連結する連結部20cとが設けられており、連結部20cによって、実質的にレーザ光6の通過を許容する(記録/再生に影響を与えないようにレーザ光6の通過を許容する)光通過部20dが形成されている。このヒートシンク20は、IC接合部20aが、両面に接着剤が塗布された弾性を有する熱伝導性シート16(例えば、厚み0.5mm程度)を介して、レーザ駆動IC13の上面に接合されるように、ケース3に組み付けられるようになっている(図1の矢印D参照)。ここで、本実施形態では、IC接合部20aを熱伝導性シート16を介してレーザ駆動IC13に接合しているが、IC接合部20aを熱伝導性接着剤を介してレーザ駆動IC13に接合しても、あるいは、IC接合部20aを接着部材を介在させることなく、直接レーザ駆動IC13に接合してネジ止めするようにしてもよい。なお、ヒートシンク20のケース3に対する固定については、後述する。
【0022】
次に、回路基板12の固定手法や、ヒートシンク20の形状、固定手法や、光ヘッド2内のレーザ光6の経路について、図1とともに図2〜図6を用いて説明する。図2は光ヘッド2の上面図(平面図)、図3はヒートシンク20を外した状態の光ヘッド2の上面図、図4は光ヘッド2の下面図(底面図)、図5は光ヘッド2の断正面図、図6はヒートシンクの斜視図である。
【0023】
図4、図5に示すように、回路基板12は、半導体レーザ5と離れた箇所において、ネジ15によってケース3の下面側に固定されており、本実施形態では、回路基板12とケース3との接触箇所は、上記のネジ止め部近傍のみとなっている(例えば、ケース3の下端面のネジ止め部に段差を設けて、これを実現している)。上記の回路基板12の取り付けによって、図5に示すように、レーザ駆動IC13はケース3の開口部3aに収まるようになっており、これにより、半導体レーザ5とレーザ駆動IC13との間の距離の短縮と、光ヘッド2の縦寸法の増大なく、光ヘッド2の水平投影面内での面積の縮小とが、達成されている。半導体レーザ5の一点から出射されたレーザ光6は放射状に進み、ビームスプリッタ7を透過してコリメートレンズ8で平行光束となって対物レンズ10に入射する。ここで、レーザ駆動IC13は、レーザ光6の下面側で対物レンズ10に入射するレーザ光6を遮蔽しない位置にあり、上記したように、レーザ駆動IC13は半導体レーザ5の近くに配置されているので、半導体レーザ5を高速で駆動することができる。また、回路基板12は、平面的にはケース3の内側においてレーザ光6と重なる位置に配置されているので、上記したように、光ヘッド2の水平投影面の面積を小さく抑えることができる。
【0024】
また、図2、図5に示すように、ヒートシンク20の前記した放熱主体部20bは、半導体レーザ5と離れた箇所において、ネジ15によってケース3の上面側に固定されている。ヒートシンク20の放熱主体部20bは、ケース3の上面を覆うカバーとしても機能するようになっており、これによって部品点数の削減が図れている。なお、図2において、ヒートシンク20の放熱主体部20bの右側に、対物レンズ10と対向する部位に開口を穿設した別ピースのカバーを取り付ける場合もあり得る。
【0025】
上記したように、レーザ駆動IC13は回路基板12のレーザ光側の面に半導体レーザ5に近づけて配置されているので、回路基板12はケース3の下面からの突出量が小さく、また、ヒートシンク20(放熱主体部20b)はケース3の上面からの突出量が小さいので、光ヘッド2全体の高さ寸法を小さく抑えることができるようにもなっている。
【0026】
本実施形態のヒートシンク20は、図6に示すような形状を呈しており、例えば厚み0.3〜0.5mmの金属板材を折り曲げ加工して形成されている。前記連結部20cから水平に折り曲げられた前記IC接合部20aは、ここでは端面同士で突き合わされるようにしているが、この端面間には隙間があってもよく、要は、IC接合部20aは、熱伝導性シート16(レーザ駆動IC13)からの熱が伝えられるのに十分な接触面積が得られるものであればよい。このヒートシンク20の材質は、アルミニウム、銅、真鍮などを条件に応じて選択することができる。本実施形態では、ヒートシンク20は、図6に示した放熱主体部20bのネジ穴20e近辺を除いて、ケース3とは接触しないように構成されており(例えば、ケース3の上端面のネジ止め部に段差を設けて、これを実現している)、また、放熱効果を大きくするため、放熱主体部20bは可能な範囲で大きな面積となるようにされている。図6に示した形状の本実施形態のヒートシンク20の場合、放熱主体部20bから折れ曲がった連結部20cは、他の部分に比較して幅が小さく、熱抵抗が相対的に大きいので、極力この部分の幅を大きくするかあるいは、厚みを他の部分よりも厚くすることが望ましい。
【0027】
本実施形態では、レーザ駆動IC13にはケース3と直接接触している部分はなく、また、回路基板12とケース3とは、レーザ駆動IC13に対し半導体レーザ5と反対側において固定されている。そして、ケース3に回路基板12をネジ止めで固定する部分以外の、ケース3の下端面と回路基板12との対向部位は、その間に所要の熱抵抗が存在するように、少なくとも0.1mm程度は離すように構成されている。回路基板12と空気の熱伝導率の比は10倍以上であるから、本実施形態の場合は、ケース3と回路基板12との間に1mm以上の厚みの回路基板を断熱材として挿入するのと同等である。
【0028】
レーザ駆動IC13の発熱の一部は、回路基板12を図4の矢印Hの方向に伝わって回路基板12から空気中に放熱されるとともに、図5の矢印Jに示すように、ケース3に固定されている部分からケース3に伝わって、ケース3から空気中に放熱されるとともに一部はガイドバー4から図示されていないシャーシにも伝わって空気中に放熱される。ここで、上記した回路基板12自身からの放熱や、回路基板12からケース3を伝わる経路からの放熱だけでは熱抵抗が大きいため、レーザ駆動IC13の温度上昇が大きくなり、レーザ駆動IC13近傍の空気の温度が上昇して、半導体レーザ5の温度を上昇させてしまう。そのため、本実施形態のように、別途ヒートシンク20を設けることが必要となる。
【0029】
本実施形態では上述したようなヒートシンク20を設けているので、レーザ駆動IC13で発生した熱の多くは、図5の矢印I方向に示すように、熱伝導性の良好な伝導性シート16から熱伝導性の良好なヒートシンク20に伝わり、図2の矢印G方向に示すように、ヒートシンク20から空気中に放熱されるとともに、さらに、ヒートシンク20からケース3に伝わって、ケース3からも放熱される。また、その熱の一部はさらにケース3からガイドバー4にも伝わって放熱される。特に、ヒートシンク20の放熱主体部20bは光ディスク1と対面しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによる放熱効果の増加が期待できる。このようなヒートシンク20を設けたことによって、レーザ駆動IC13で発生した熱を、発熱源の近くで効果的に放熱できるので、レーザ駆動IC13自体の温度上昇が小さく、したがって、半導体レーザ5の温度上昇を小さく抑えることができる。
【0030】
また、ヒートシンク20の取り付けにおいて、本実施形態では、ヒートシンク20の放熱主体部20bにおけるネジ穴20e近傍は、ネジ15により締め付けられてケース3の上端面に密着するが、それ以外のヒートシンク20の放熱主体部20bとケース3の上端面とは、その間に所要の熱抵抗が存在するように、少なくとも0.1mm程度離すように構成されている。例えばアルミ材と空気との熱伝導率の比は4000倍程度であるから、上記の隙間は400mmの長さのケース材の熱抵抗に相当する。なお、本実施形態では、ケース3の幅とヒートシンク20の放熱主体部20bの幅は同じであるが、上記した隙間から塵埃が光ヘッド2内に侵入しないように、放熱主体部20bの幅をケース3の幅より大きめにするようにしてもよい。なおまた、熱抵抗を大きくするために、上記のように隙間を設けるのでなく、熱伝導率の低いプラスチックシートなどをケース3の上端面と放熱主体部20bとの間に挟むことにすれば、塵埃の侵入を防止することができる。
【0031】
ここで、以上までの説明では、半導体レーザ5の発熱については触れなかったが、半導体レーザ5も発熱するため、半導体レーザ5のための放熱手段が必要である。光ヘッドの機能面から、半導体レーザ5はケース3に強固に取り付ける必要があり、通常の構成では、ケース3が半導体レーザ5の放熱手段になっている。半導体レーザ5の発熱を考慮すると、ケース3の半導体レーザ5に近い部分が半導体レーザ5のヒートシンクとして機能し、ケース3の半導体レーザ5から遠い側とヒートシンク20とがレーザ駆動IC13の放熱手段として機能するようにすれば良い。そのため、レーザ駆動IC13とケース3を熱的に接続するヒートシンク20あるいは回路基板12をケース3に固定する部分を、レーザ駆動IC13よりも半導体レーザ5から遠い側にする。このことは、前述したように、図1〜図6を用いて説明したヒートシンク20および回路基板12をケース3に固定するときの考慮すべき事項と一致している。
【0032】
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図7の(a)は、本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの上面図、図7の(b)は、本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。なお、図7において、前記した第1実施形態と均等な構成要素には同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する(これは、以下の第3実施形態においても同様である)。
【0033】
本実施形態が前記第1実施形態と相違するのは、ヒートシンク20の放熱主体部の形状であり、本実施形態の放熱主体部20b’は、第1放熱主体部20b−1と、第2放熱主体部20b−2と、この両者20b−1、20b−2を連結する連結部20b−3とで構成されている。第1放熱主体部20b−1は前記第1実施形態の放熱主体部20bと均等なもので、先に述べたようにネジ15によってその一部がケース3の上端面に接触・固定されている。また、第2放熱主体部20b−2は、図7においてケース3の右側上面を覆うように、かつ、光ディスク1とより近接するように配設されており、この第2放熱主体部20b−2には、対物レンズ10と対向する部位にレーザ光通過用の窓20b−4が形成されている。
【0034】
本実施形態では、放熱主体部20b’の面積が前記第1実施形態の放熱主体部20bよりも広く、しかも、第2放熱主体部20b−2が光ディスク1のより近傍に位置しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによる放熱効果を、より一層向上させることが期待できる。
【0035】
次に、本発明の第3実施形態を説明する。図8の(a)は、本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの上面図、図8の(b)は、本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。
【0036】
本実施形態が前記第1実施形態と相違するのは、本実施形態では、回路基板12がケース3の上面側に取り付けられており、ヒートシンク20がケース3の下面側に取り付けられている点にある。つまり、第1実施形態に対して、回路基板12、レーザ駆動IC13、熱伝導性シート16、シートシンク20の位置関係を上下反転させた配置になっている。本実施形態においても、レーザ駆動IC13の発熱は回路基板12に伝わるとともに熱伝導性シート16を介してヒートシンク20に伝わって放熱されるが、本実施形態では、回路基板12が光ディスク1と対面しているので、光ディスク1の回転で生じる空気の流れによって、回路基板11からの放熱効果が期待できる。
【0037】
本実施形態においても、レーザ駆動IC13を半導体レーザ5の温度を上昇させずにその近くに配置することができるので、半導体レーザ5を高速で駆動することが可能であること、および、回路基板12が平面的にケース3の内側に配置されているので、光ヘッド2の水平投影面の面積を小さく抑えることができること、および、ケース3の下面と上面からのヒートシンク20と回路基板12の突出量が小さいので、光ヘッド16の高さ寸法を小さくできることの効果は、第1実施形態と同じように得ることができる。
【0038】
よって、光ヘッドの実装上の制約や必要な放熱効果に応じて、第1実施形態の配置もしくは第2実施形態の配置を選択するようになせばよい。
【0039】
なお、上述した実施形態では、1個のレーザ駆動IC13で発生した熱を放熱する構造を示したが、レーザ駆動ICが複数個の場合でも本発明は適用可能であり、また、レーザ駆動ICの放熱に併せて、回路基板12上の他の回路構成要素の放熱にも本発明は適用可能である。
【0040】
なおまた、上述した実施形態では、ヒートシンク20の放熱主体部や回路基板は、そのネジ止め部近傍を除いてケース3とは非接触であるとしたが、必要な放熱効果が得られるなら、ネジ止め部以外の部分においても、ケース3の上下の端面とヒートシンク20の放熱主体部や回路基板とを接触させるように構成してもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レーザ駆動ICを搭載した回路基板を半導体レーザの近くでレーザ光と平面的に重なる位置に配置するので、レーザ駆動ICによって半導体レーザを高速で駆動することができるとともに、光ヘッドの水平投影面の面積を小さくすることができ、さらに、レーザ駆動ICの発熱をレーザ光を挟んで反対側に導いて放熱するヒートシンクを設けたので、レーザ駆動ICの発熱による半導体レーザの温度上昇を可及的に低減することが可能となり、しかも、光ヘッドの高さ寸法を小さく抑えることができるので、光ヘッドの小型化に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。
【図2】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの上面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドにおいてヒートシンクを外した状態の上面図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの下面図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドの断正面図である。
【図6】本発明の第1実施形態に係る光ヘッドにおける、ヒートシンクの斜視図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係る光ヘッドの上面図および断正面図である。
【図8】本発明の第3実施形態に係る光ヘッドの上面図および断正面図である。
【図9】従来の光ヘッドの構成を示す一部を分解した斜視図である。
【符号の説明】
1 光ディスク
2 光ヘッド
3 ケース
4 ガイドバー
5 半導体レーザ
6 レーザ光
7 ビームスプリッタ
8 コリメートレンズ
9 ミラー
10 対物レンズ
11 光検出器
12 回路基板
13 レーザ駆動IC
14、17 フレキシブル基板
16 熱伝導性シート
20 ヒートシンク
20a IC接合部
20b、20b’ 放熱主体部
20c 連結部
Claims (7)
- レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光を光ディスク上に集光する対物レンズを含む光学系と、前記レーザ光源を駆動する駆動ICと、この駆動ICを搭載した回路基板と、前記駆動ICの熱を放熱するためのヒートシンクと、これらを保持するケースとを、含んで構成される光ヘッドであって、
前記駆動ICおよび前記回路基板を、前記レーザ光と平面的に重なり、かつ、前記対物レンズに入射する前記レーザ光を遮らない位置に配置し、
前記ヒートシンクには、前記駆動ICに熱伝導性材を介してあるいは直接接合されるIC接合部と、放熱主体部と、前記IC接合部と前記放熱主体部とを連結する連結部とを設けて、前記放熱主体部を、前記レーザ光を挟んで前記回路基板と反対側に配置したことを特徴とする光ヘッド。 - 請求項1記載において、
前記ヒートシンクの前記連結部は、前記対物レンズに入射する前記レーザ光を遮らない位置に配置されていることを特徴とする光ヘッド。 - 請求項1または2記載において、
前記ヒートシンクの放熱主体部は、前記光ディスク側に配置され、前記回路基板は、前記レーザ光を挟んで前記光ディスクと反対側に配置されたことを特徴とする光ヘッド。 - 請求項3記載において、
前記ヒートシンクの放熱主体部は、前記ケースにおける前記光ディスク側の開放面をほぼ覆い、前記放熱主体部には、前記対物レンズと対向する部位に前記レーザ光通過用の窓が形成されたことを特徴とする光ヘッド。 - 請求項1または2記載において、
前記回路基板は、前記光ディスク側に配置され、前記ヒートシンクの主体部は、前記レーザ光を挟んで前記光ディスクと反対側に配置されたことを特徴とする光ヘッド。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載において、
前記ヒートシンクの放熱主体部における前記半導体レーザから遠い箇所において、前記ヒートシンクは前記ケースに接触・固定されていることを特徴とする光ディスク。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載において、
前記回路基板における前記半導体レーザから遠い箇所において、前記回路基板は前記ケースに接触・固定されていることを特徴とする光ディスク。
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Legal Events
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