JP2005190520A - Optical head device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレームタイプの半導体レーザ装置を備えた光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、半導体レーザ装置に対する放熱技術に関するものである。 The present invention relates to an optical head device provided with a frame type semiconductor laser device. More specifically, the present invention relates to a heat dissipation technique for a semiconductor laser device.
CDあるいはDVD等の光記録媒体の記録、再生に用いられる光ヘッド装置では、光源からの出射光を導光系を介して対物レンズに導き、この対物レンズによって導かれた光をディスク状の光記録媒体に収束させる。その際、対物レンズのトラッキング方向、フォーカシング方向の駆動は、レンズ駆動装置によって行われる。また、光記録媒体からの戻り光は、導光系を介して受光素子に導くようになっている。 In an optical head device used for recording and reproduction of an optical recording medium such as a CD or a DVD, light emitted from a light source is guided to an objective lens through a light guide system, and the light guided by the objective lens is disc-shaped light. It converges on the recording medium. At this time, driving of the objective lens in the tracking direction and the focusing direction is performed by a lens driving device. The return light from the optical recording medium is guided to the light receiving element via the light guide system.
ここで、光源、対物レンズ、導光系、およびレンズ駆動装置などは、光記録媒体の半径方向に走査される装置フレーム上に搭載されている。 Here, the light source, the objective lens, the light guide system, the lens driving device, and the like are mounted on a device frame that is scanned in the radial direction of the optical recording medium.
従来、光源としては、半導体レーザチップを金属製のステム上に搭載し、出射面にガラス窓を備えた円筒状の金属キャップで封止した、ステムタイプと言われる半導体レーザ装置が用いられている。 Conventionally, as a light source, a semiconductor laser device called a stem type, in which a semiconductor laser chip is mounted on a metal stem and sealed with a cylindrical metal cap having a glass window on an emission surface, is used. .
また、板状の金属フレームの上面側に半導体レーザチップが搭載され、かつ、金属フレームの半導体レーザチップが搭載された素子搭載部分を囲むように樹脂部が形成されたフレームタイプと言われる半導体レーザ装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、ステムタイプの半導体レーザ装置は、熱容量の大きな金属ブロックからなるステム上に直接あるいはサブマウントを介して半導体レーザチップが搭載されているため放熱性には優れているものの、外形の小型化には限界があるため、光ヘッド装置の薄型化が図れないという問題点がある。 However, the stem type semiconductor laser device is excellent in heat dissipation because the semiconductor laser chip is mounted directly on the stem made of a metal block having a large heat capacity or via a submount, but the outer size is reduced. However, there is a problem that the optical head device cannot be thinned.
一方、フレームタイプの半導体レーザ装置は、半導体レーザチップが搭載された板状の金属フレームの一部のみが樹脂で覆われた構成であるため、光ヘッド装置の薄型化に有利である反面、従来のフレームタイプの半導体レーザ装置では、樹脂部の両側に張り出した金属フレームのフィン部分のみによって放熱を行うので、放熱効率が低い。それ故、例えば、DVD記録用のハイパワーレーザ装置などを用いた場合には、半導体レーザ特性の熱劣化が著しいという問題点がある。 On the other hand, the frame type semiconductor laser device has a configuration in which only a part of the plate-like metal frame on which the semiconductor laser chip is mounted is covered with resin, which is advantageous for reducing the thickness of the optical head device. In this frame type semiconductor laser device, heat radiation is performed only by the fin portions of the metal frame projecting on both sides of the resin portion, so that the heat radiation efficiency is low. Therefore, for example, when a high power laser device for DVD recording or the like is used, there is a problem that the thermal degradation of the semiconductor laser characteristics is remarkable.
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、薄型という特長を備えたまま、放熱効率を向上可能なフレームタイプの半導体レーザ装置を搭載した光ヘッド装置を提案することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to propose an optical head device equipped with a frame type semiconductor laser device capable of improving heat dissipation efficiency while having the feature of being thin.
上記の課題を解決するために、本発明は、上面側に半導体レーザチップが搭載された金属フレームと、該金属フレームの上面の前記半導体レーザチップが搭載された素子搭載部分を囲むように当該金属フレームの上面から下面に跨って形成された樹脂部とを有する半導体レーザ装置をレーザ装置搭載部材に搭載した光ヘッド装置において、前記金属フレームは、前記素子搭載部分の両側で前記樹脂部の外側まで突き出たフィン部分を有するとともに、前記金属フレームの下面では、前記樹脂部が前記素子搭載部分の裏側を避けるように形成されていることにより、前記素子搭載部分の裏側に当該金属フレームの露出部分が形成され、前記半導体レーザ装置は、前記レーザ装置搭載部材の側に前記露出部分が向き、前記半導体レーザチップが前記レーザ装置搭載部材とは反対側を向くように前記レーザ装置搭載部材に搭載されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a metal frame having a semiconductor laser chip mounted on the upper surface side, and the metal frame so as to surround an element mounting portion on which the semiconductor laser chip is mounted on the upper surface of the metal frame. In an optical head device in which a semiconductor laser device having a resin portion formed from the upper surface to the lower surface of a frame is mounted on a laser device mounting member, the metal frame extends to the outside of the resin portion on both sides of the element mounting portion. An exposed portion of the metal frame is provided on the back side of the element mounting portion by having a protruding fin portion and forming the resin portion on the lower surface of the metal frame so as to avoid the back side of the element mounting portion. In the semiconductor laser device, the exposed portion faces the laser device mounting member side, and the semiconductor laser chip is in front. The laser device mounting member, characterized in that mounted on the laser device mounting member so as to face the opposite side.
本発明において、前記レーザ装置搭載部材は、金属製であり、前記レーザ装置搭載部材には、前記露出部分に当接し前記半導体レーザチップで発生した熱を前記レーザ装置搭載部材側へ逃がす放熱部材が載置されていることが好ましい。このように構成すると、半導体レーザチップで発生した熱を、放熱部材を介してレーザ装置搭載部材の側へ効率よく逃がすことができる。 In the present invention, the laser device mounting member is made of metal, and the laser device mounting member includes a heat radiating member that contacts the exposed portion and releases heat generated in the semiconductor laser chip to the laser device mounting member side. It is preferable that it is mounted. If comprised in this way, the heat | fever generate | occur | produced with the semiconductor laser chip can be efficiently escaped to the laser apparatus mounting member side via a heat radiating member.
本発明において、前記放熱部材は、例えば、金属製である。 In the present invention, the heat radiating member is made of metal, for example.
本発明において、前記放熱部材は、前記レーザ装置搭載部材から半導体レーザ装置の露出部分に向かって突出した突出部とし、該突出部と露出部分とが当接していることが好ましい。このように構成すると、突出部をレーザ装置搭載部と一体成型することができるという利点がある。 In the present invention, it is preferable that the heat radiating member is a protruding portion protruding from the laser device mounting member toward the exposed portion of the semiconductor laser device, and the protruding portion and the exposed portion are in contact with each other. If comprised in this way, there exists an advantage that a protrusion part can be integrally molded with a laser apparatus mounting part.
本発明において、前記突出部は、前記半導体レーザ装置の前記露出部分に対して面接触していることが好ましい。このように構成すると、放熱板とレーザ装置搭載部材の接触面積が広いので、金属フレームの露出部分から放熱板への熱伝達効率が高い。 In the present invention, it is preferable that the protruding portion is in surface contact with the exposed portion of the semiconductor laser device. If comprised in this way, since the contact area of a heat sink and a laser apparatus mounting member is large, the heat transfer efficiency from the exposed part of a metal frame to a heat sink is high.
本発明において、前記半導体レーザチップから出射された出射光の光軸を調整するための光軸調整部材を有していることが好ましい。このように構成すると、突出部の成形誤差によって半導体レーザ装置の取り付け位置にずれが生じても半導体レーザチップから出射された出射光の光軸を光学系の光軸に一致させることができる。 In this invention, it is preferable to have an optical axis adjustment member for adjusting the optical axis of the emitted light emitted from the semiconductor laser chip. With this configuration, even if the mounting position of the semiconductor laser device is displaced due to the molding error of the protruding portion, the optical axis of the emitted light emitted from the semiconductor laser chip can be made coincident with the optical axis of the optical system.
本発明において、前記金属フレームは、前記樹脂部により前記露出部分と前記フィン部分とが隔絶され、前記フィン部分が接着剤により前記レーザ装置搭載部材に固定されていることが好ましい。このように構成すると、フィン部分を接着剤でレーザ装置搭載部材に固定する際、接着剤が露出部分の側に流出して露出部分を覆ってしまうことがない。それ故、露出部分への放熱部材の接触を接着剤が妨げて、放熱性を損なってしまうことがない。 In the present invention, it is preferable that the exposed portion and the fin portion are separated from each other by the resin portion, and the fin portion is fixed to the laser device mounting member by an adhesive. If comprised in this way, when fixing a fin part to a laser apparatus mounting member with an adhesive agent, an adhesive agent will not flow out to the exposed part side and will not cover an exposed part. Therefore, the adhesive prevents the heat radiating member from contacting the exposed portion, and the heat dissipation performance is not impaired.
本発明では、レーザチップが搭載された金属フレームからの放熱は、樹脂部の外側に突き出たフィン部分と、金属フレーム下面の樹脂部からの露出部分とで起こるので放熱面積が広い。しかも、本発明に係るフレームタイプの半導体レーザ装置をレーザ装置搭載部材に搭載した光ヘッド装置では、金属フレームの素子搭載部分の裏側に形成された露出部分がレーザ装置搭載部材の側を向いているため、露出部分とレーザ装置搭載部材との間に半導体レーザチップで発生した熱を露出部分からレーザ装置搭載部材へ効率良く逃がすための放熱部材を介在させるだけで容易に放熱させることができる。また、フレームタイプの半導体レーザ装置は、ステムタイプの半導体レーザ装置に比較して薄いので、光ヘッド装置の薄型化を図ることができる。 In the present invention, heat radiation from the metal frame on which the laser chip is mounted occurs at the fin portion protruding outside the resin portion and the exposed portion from the resin portion on the lower surface of the metal frame, so the heat radiation area is wide. Moreover, in the optical head device in which the frame type semiconductor laser device according to the present invention is mounted on the laser device mounting member, the exposed portion formed on the back side of the element mounting portion of the metal frame faces the laser device mounting member side. Therefore, it is possible to easily dissipate heat simply by interposing a heat dissipating member for efficiently releasing heat generated in the semiconductor laser chip from the exposed portion to the laser device mounting member between the exposed portion and the laser device mounting member. Further, since the frame type semiconductor laser device is thinner than the stem type semiconductor laser device, the optical head device can be made thinner.
図面を参照して、本発明を適用した光ヘッド装置の一例を説明する。 An example of an optical head device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(全体構成)
図1(A)、(B)、(C)は、本発明を適用した光ヘッド装置を斜め上方から見た斜視図、斜め下方から見た斜視図、および光ヘッド装置に用いた光学モジュールに給電用のフレキシブル基板を接続した状態を斜め上方から見た斜視図である。図2(A)、(B)は、図1の光ヘッド装置において光学系を構成する光学モジュールと全反射ミラープリズムと対物レンズを斜め上方から見た斜視図、および斜め下方から見た斜視図である。なお、図1(A)、(B)では、フレキシブル基板の図示を省略している。
(overall structure)
1A, 1B, and 1C are a perspective view of an optical head device to which the present invention is applied as viewed obliquely from above, a perspective view from obliquely below, and an optical module used in the optical head device. It is the perspective view which looked at the state which connected the flexible substrate for electric power feeding from diagonally upward. 2A and 2B are a perspective view of an optical module, a total reflection mirror prism, and an objective lens constituting an optical system in the optical head device of FIG. It is. In FIGS. 1A and 1B, illustration of the flexible substrate is omitted.
図1および図2に示す光ヘッド装置1は、光記録媒体2(光記録ディスク)としてDVD系ディスクおよびCD系ディスクに対する情報記録、情報再生を行うために、波長が650nm帯のレーザ光と、波長が780nm帯のレーザ光とを用いる2波長光ヘッド装置である。 An optical head device 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes a laser beam having a wavelength of 650 nm in order to perform information recording and information reproduction on a DVD disk and a CD disk as an optical recording medium 2 (optical recording disk), This is a two-wavelength optical head device using laser light having a wavelength of 780 nm.
本形態の光ヘッド装置1では、詳しくは後述するが、光源としてレーザダイオードを用いた半導体レーザ装置、フォトダイオードなどの受光素子、その他の光学素子が光学モジュール3として一体化されており、この光学モジュール3は、図1(C)に示すように、その上面にフレキシブル基板41が取り付けられた状態で金属製あるいは樹脂性の装置フレーム4に搭載されている。装置フレーム4には、光学モジュール3からの出射光Lを光記録媒体に向けて反射する全反射ミラープリズム42、および全反射ミラープリズム42により反射したレーザ光を光記録ディスクに収束させる対物レンズ51を駆動するための対物レンズ駆動機構5も搭載されている。
In the optical head device 1 of the present embodiment, as will be described in detail later, a semiconductor laser device using a laser diode as a light source, a light receiving element such as a photodiode, and other optical elements are integrated as an
図1(A)、(B)に示すように、対物レンズ駆動機構5は、対物レンズ51を上面中央に保持しているレンズホルダ52と、このレンズホルダ52を複数本のワイヤ53でトラッキング方向およびフォーカシング方向に移動可能に支持しているホルダ支持部材54と、装置フレーム4に固定されたヨーク55とを備えている。また、対物レンズ駆動機構5は、レンズホルダ52に取り付けられた駆動コイルと、ヨーク55に取り付けられた駆動マグネットにより構成される磁気駆動回路を備えており、駆動コイルに対する通電を制御することにより、レンズホルダ52に保持された対物レンズ51を光記録ディスク2に対してトラッキング方向およびフォーカシング方向に駆動する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the objective
(光ヘッド装置の光学系の説明)
図3は、図1の光ヘッド装置における光学系を示す説明図である
(Description of optical system of optical head device)
FIG. 3 is an explanatory view showing an optical system in the optical head device of FIG.
図2(B)および図3に示すように、光学モジュール3は、波長650nm帯の第1のレーザ光を出射するDVD用の第1の半導体レーザ装置21と、波長780nm帯の第2のレーザ光を出射するCD用の第2の半導体レーザ装置22とを備えている。
As shown in FIGS. 2B and 3, the
また、光学モジュール3は、第1の半導体レーザ装置21から出射された第1のレーザ光、および第2の半導体レーザ装置22から出射された第2のレーザ光を、部分反射膜(部分反射面)を備えた光路分離用光学素子である第1および第2のプリズム23、24を介して光記録ディスク2に向かう共通光路に導くようになっており、この共通光路上には、λ/4板25、コリメートレンズ26がこの順に配置されている。また、光ヘッド装置1においては、この共通光路のコリメートレンズ26の先に、装置フレーム4に搭載された全反射ミラープリズム42、および対物レンズ51が光記録ディスク2との間に配置される。
In addition, the
本形態の光ヘッド装置1において、光学モジュール3では、第1の半導体レーザ装置21は第1のプリズム23に対向配置され、第2の半導体レーザ装置22は第2のプリズム24に対向配置されている。また、第1の半導体レーザ装置21と第1のプリズム23との間には、光軸調整部材としての第1の光軸調整素子73および第1の回折素子71が配置され、第2の半導体レーザ装置22と第2のプリズム24との間には、光軸調整部材としての第2の光軸調整素子74および第2の回折素子72およびλ/2板79が配置されている。第1の回折素子71は、第1のレーザ光からトラッキングエラー検出のための3ビームを生成するものであり、第2の回折素子72は、第2のレーザ光からトラッキングエラー検出のための3ビームを生成するものである。第1および第2の回折素子71、72はいずれも、ガラス基板に対して誘電体膜により格子面が形成された平板状である。第1の光軸調整素子73は、第1の半導体レーザ装置21の半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸を図3のH方向に調整するものであり、第2光軸調整素子74は、第2の半導体レーザ装置22の半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸を図3のH方向に調整するものである。第1および第2の光軸調整素子73、74は、いずれも、ガラス基板からなる平行平板であり、必要に応じて表面に反射防止膜が形成されている。
In the optical head device 1 of the present embodiment, in the
また、第1のプリズム23に対して第2の半導体レーザ装置22が配置されている側とは反対側には、非点収差発生素子としてのセンサレンズ27と、センサレンズ27から出射された戻り光を90°反射する信号検出用全反射ミラー28(信号検出用偏向ミラー)と、信号検出用全反射ミラー28によって導かれた光を受光する信号検出用受光素子91とが配置されている。センサレンズ27は、レーザ光の戻り光に対して非点収差を発生させるためのレンズである。
Further, on the side opposite to the side where the second
さらに、第2のプリズム24に対して第2の半導体レーザ装置22と反対側、すなわち、信号検出用受光素子91が配置されている側と同一の側には、第1の半導体レーザ装置21および第2の半導体レーザ装置22から第1および第2のプリズム23、24に向けて出射された光の一部が導かれるモニター用全反射ミラー29(モニター用偏向ミラー)と、このモニター用全反射ミラー29によって90°反射された光を受光するモニター用受光素子92とが配置されている。
Further, on the opposite side of the
本形態において、第1および第2のプリズム23、24は、接着剤により接合された複合プリズム20として構成され、この複合プリズム20の入射面のうちの1面および出射面には、λ/4板25およびλ/2板79が接着固定されている。
In this embodiment, the first and
このように構成した光ヘッド装置1において、第1の半導体レーザ装置21から出射された第1のレーザ光は、一部が第1および第2のプリズム23、24の部分反射面を透過して、コリメートレンズ26を介して対物レンズ51に向けて出射される。また、第2の半導体レーザ装置22から出射された第2のレーザ光は、一部がプリズム24の部分反射面によって反射され、その光軸が90°折り曲げられてコリメートレンズ26を介して対物レンズ51に向けて出射される。
In the optical head device 1 configured as described above, a part of the first laser light emitted from the first
その際、第1の半導体レーザ装置21から出射された第1のレーザ光の一部、および第2の半導体レーザ装置22から出射された第2のレーザ光の一部は、モニター光として、第2のプリズム24およびモニター用全反射ミラー29を介してモニター用受光素子92に導かれる。このモニター用受光素子92でのモニター結果は、第1の半導体レーザ装置21、および第2の半導体レーザ装置22にフィードバックされ、各々から出射されるレーザ光の強度が制御される。
At that time, a part of the first laser light emitted from the first
一方、光記録ディスク2からの戻り光は、対物レンズ51、全反射ミラープリズム42を逆に戻り、コリメートレンズ26、第1および第2のプリズム24、23を介してセンサレンズ27に向けて出射され、このセンサレンズ27によって非点収差が付与された後、信号検出用全反射ミラー28によって信号検出用受光素子91に導かれ、信号検出用受光素子91で検出される。
On the other hand, the return light from the
この信号検出用受光素子91で検出される戻り光には、第1の半導体レーザ装置21から出射された第1のレーザ光が第1の回折素子71で回折された3ビームあるいは第2の半導体レーザ装置22から出射された第2のレーザ光が第2の回折素子72で回折された3ビームとが含まれ、これらの3ビームのうち、0次光からなるメインビームによって、信号の再生およびフォーカシングエラー信号の検出が行われるとともに、±1次回折光からなるサブビームによって、トラッキングエラー信号の検出が行われる。
The return light detected by the signal detecting light receiving
(光学モジュールの構成)
図4は、図1の光ヘッド装置に用いた光学モジュールにおいて第1のパッケージから第2のパッケージを取り外した状態を示す斜視図である。図5(A)、(B)、(C)は、図1の光ヘッド装置に用いた光学モジュールにおいて、第2のパッケージを斜め上方から見た斜視図、第2のパッケージを斜め下方から見た斜視図、および第2のパッケージから金属板を外した状態を斜め下方から見た斜視図である。
(Configuration of optical module)
FIG. 4 is a perspective view showing a state where the second package is removed from the first package in the optical module used in the optical head device of FIG. 5A, 5B, and 5C are perspective views of the optical module used in the optical head device of FIG. 1, in which the second package is viewed obliquely from above, and the second package is viewed from obliquely below. It is the perspective view which looked at the state which removed the metal plate from the perspective view, and the 2nd package from diagonally downward.
本形態では、光ヘッド装置1を構成するにあたって、全反射ミラープリズム42、対物レンズ51、および対物レンズ駆動機構5については装置フレーム4に直接、搭載するが、第1および第2の半導体レーザ装置21、22、プリズム23、24(複合プリズム20)、λ/4板25、λ/2板79、コリメートレンズ26、センサレンズ27、信号検出用全反射ミラー28、モニター用全反射ミラー29、第1の回折素子71、第2の回折素子72、第1の光軸調整素子73、第2の光軸調整素子74、信号検出用受光素子91、およびモニター用受光素子92については、図2に示す光学モジュール3として一体化された状態で装置フレーム4に実装されている。また、光学モジュール3では、プリズム23、24、λ/4板25、およびλ/2板79が一体化した状態で搭載される。
In this embodiment, when the optical head device 1 is configured, the total
図2(A)、(B)に示すように、光学モジュール3は、マグネシウムダイキャストやアルミダイキャストや亜鉛ダイキャストなどといった金属製の第1のパッケージ(メインパッケージ)31と、第2のパッケージ32(サブパッケージ)を重ねて接合したものであり、第2のパッケージ32には、信号用受光素子91およびモニター用受光素子92が隣接して配置され、それ以外の光学素子が第1のパッケージ31に配置されている。なお、第1のパッケージ31については、熱伝導率が高ければ、金属以外の素材を用いても構わない。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図2(A)に示すように、第1のパッケージ31は、屈曲して枠状になった壁部310を有し、図2(B)に示すように、その下面側に対して、半導体レーザ装置21、22、複合プリズム20、コリメートレンズ26、センサレンズ27、第1の回折素子71、第2の回折素子72、第1の光軸調整素子73、第2の光軸調整素子74が搭載されている。
As shown in FIG. 2A, the
これに対して、図2(A)、(B)および図4に示すように、第1のパッケージ31の壁部310の上面側には、信号検出用全反射ミラー28、およびモニター用全反射ミラー29が隣接して取り付けられ、これらのミラー28、29を覆うように第2のパッケージ32が第1のパッケージ31に被さるように搭載されている。従って、第2のパッケージ32は、第1のパッケージ31の壁部310の上面側に搭載されている一方、第1および第2の半導体レーザ装置21、22、複合プリズム20、コリメートレンズ26、センサレンズ27、第1の回折素子71、第1の光軸調整素子73、第2の光軸調整素子74および第2の回折素子72は、第2のパッケージ32とは反対に、第1のパッケージ31の壁部310の下面側に搭載された状態にある。
On the other hand, as shown in FIGS. 2A, 2B, and 4, the signal detection
図5(A)、(B)に示すように、第2のパッケージ32は、配線基板321(受光素子実装用基板)と、この配線基板321に接続されたフレキシブル基板41を間に挟むように配線基板321に重ねられた金属板322とから構成され、配線基板321には、信号検出用受光素子91とモニター用受光素子92が隣接する位置に実装されている。配線基板321は、信号検出用受光素子91およびモニター用受光素子92の搭載面を金属板322に向けており、金属板322には、信号検出用受光素子91およびモニター用受光素子92を露出させる開口323が形成されている。従って、この開口323を信号検出用全反射ミラー28、およびモニター用全反射ミラー29に向けるように、第2のパッケージ32は、第1のパッケージ31の上面側に重ねて配置される。また、図5(C)に示すように、信号検出用受光素子91およびモニター用受光素子92は、配線基板321に搭載された状態で、成形あるいは注型された透明樹脂324によって覆われているので、配線基板321を金属板322に重ねても、金属板322から絶縁された状態となる。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
(半導体レーザ装置の構成)
図6(A)、(B)は、本発明を適用した半導体レーザ装置21、22を斜め上方から見た斜視図、および発光素子を斜め下方から見た斜視図である。なお、第1および第2の半導体レーザ装置21、22は、同一の構成を有しているので、以下の説明では、それらをまとめて説明する。
(Configuration of semiconductor laser device)
6A and 6B are a perspective view of the
本形態では、図6(A)、(B)に示すように、第1および第2の半導体レーザ装置21、22として、厚さ0.25〜0.6mmの熱伝導率の良い銅または銅合金などといった横長の平板状の金属フレーム211の上面212にサブマウント基板214、および半導体レーザチップ215がこの順に実装されたフレームタイプの半導体レーザ装置が用いられ、これらの半導体レーザ装置21、22では、金属フレーム211に実装された半導体レーザチップ215を枠状の樹脂部218で囲んで保護している。
In this embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the first and second
第1および第2の半導体レーザ装置21、22において、金属フレーム211の上面212の中央部分が素子搭載部分212aであり、この素子搭載部分212aが樹脂部218によって囲まれている。また、金属フレーム211における素子搭載部分212aの両側は、樹脂部218から外側に突き出たフィン部分216になっている。
In the first and second
樹脂部218は、金属フレーム211における上面212と下面213に跨るように、インサート成形などにより金属フレーム211と一体に形成される。また、樹脂部218は、金属フレーム211における上面212の側が素子搭載部分212aの周囲に枠状に形成され、サブマウント基板214およびその上に実装される半導体レーザチップ215を囲む枠部219aとなっている。また、枠部219aは、半導体レーザチップ215の出射面215aに対向する部分が凹んでおり、半導体レーザチップ215の出射光を通過させる凹部219cとなっている。
The
これに対して、金属フレーム211の下面213の側において、樹脂部218は、素子搭載部分212aの裏側を避けてコの字形状になっている。このため、金属フレーム211の下面213において、樹脂部218には、その一部が切り欠かれて切り欠き部分219dを備えた構造になっている。それ故、金属フレーム211は、その下面213に、素子搭載部分212aの裏側で露出する露出部分217を備え、この露出部分217とフィン部分216は、樹脂部218によって隔絶されている。
On the other hand, on the
ここで、樹脂部218は、半導体レーザチップ215やサブマウント基板214を金属フレーム211に搭載する前に、インサート成形などにより金属フレーム211と一体に形成される。また、半導体レーザチップ215とサブマウント基板214を固定するのに用いられる融着材、サブマウント基板214を金属フレーム211に固定するのに用いられる融着材あるいは接着剤としては、Au−Sn、Pb−Sn等の半田材やAgペーストが用いられる。これらの融着材は、融点が高く、例えば、Au−Snの融点は280℃である。このため、半導体レーザチップ215を搭載したサブマウント214を金属フレーム211上に搭載する際、融着材を溶融させるためあるいはAgペーストを硬化させるために加熱しても樹脂部218が変形することのないように、樹脂部218を形成する樹脂材料としては、荷重たわみ温度が300℃を超える液晶ポリマーやエポキシ樹脂などが用いられている。
(半導体レーザ装置の搭載構造)
Here, the
(Mounting structure of semiconductor laser device)
図7(A)、(B)は、図2(B)に示す光学モジュールをA−A’で切ったときの断面を模式的に表した断面図、および図1の光ヘッド装置に用いた光学モジュールにおいて、半導体レーザを取り外した状態を斜め下方から見た斜視図である。 7A and 7B were used for the optical head device of FIG. 1 and the cross-sectional view schematically showing the cross section when the optical module shown in FIG. 2B was cut along AA ′. It is the perspective view which looked at the state which removed the semiconductor laser in the optical module from diagonally downward.
図7(A)、(B)に示すように、第1の半導体レーザ装置21の一対のフィン部分216、216が固定される一対のレーザ装置搭載部313、313の間および第2の半導体レーザ装置21の一対のフィン部分216、216が固定される一対のレーザ装置搭載部323、323の間には、露出部217を囲むコの字形状の樹脂部218が落とし込まれる凹部31d、32dがそれぞれ形成され、この凹部31d、32dには、底部31b、32bからそれぞれ突出部31a、32aが突出形成されている。即ち、突出部31a、32aは、第1のパッケージ31と一体成形されている。従って、突出部31a、32aは、第1のパッケージ31同様、マグネシウムダイキャストやアルミニウムダイキャストや亜鉛ダイキャストといった熱伝導率の高い金属から形成される。
As shown in FIGS. 7A and 7B, between the pair of laser
第1の半導体レーザ装置21は、図7(A)に示すように、フィン部分216の下面がUV硬化性の接着剤550により第1のパッケージ31のレーザ装置搭載部313に固定される。このため、露出部分217が第1のパッケージ31と対向し互いに近接配置される。また、第2の半導体レーザ装置22も第1の半導体レーザ装置21と同様に、フィン部分216の下面がUV硬化性の接着剤550により第1のパッケージ31のレーザ装置搭載部323に固定される。このため露出部分217が第1のパッケージ31と対向し互いに近接配置される。また、突出部31a、32aの頂部31c、32cは、図7(A)に示すように露出部分217にそれぞれ面接触している。
In the first
(本形態の主な効果)
図8(A)、(B)、(C)は、光軸調整部材を光軸方向と垂直に配設した状態、光軸方向の前方に傾けた状態、および光軸方向の後方に傾けた状態による出射光の光軸変化を示す説明図である。
(Main effects of this form)
8A, 8 </ b> B, and 8 </ b> C, the optical axis adjusting member is disposed perpendicular to the optical axis direction, tilted forward in the optical axis direction, and tilted rearward in the optical axis direction. It is explanatory drawing which shows the optical axis change of the emitted light by a state.
本形態では、光源としてフレームタイプの半導体レーザ装置21、22を用いたため、ステムタイプの半導体レーザ装置に比べ、光ヘッド装置1の薄型化を図ることができる。
In this embodiment, since the frame type
また、第1および第2の半導体レーザ装置21、22において、金属フレーム211は、その下面213の側に、樹脂部218からの露出部分217を備えている。このため、第1および第2の半導体レーザ装置21、22では、フィン部分216での熱輻射並びに熱伝導と、露出部分217での熱輻射並びに熱伝導で放熱することができる。しかも、露出部分217は、金属フレーム211における素子搭載部分212aの裏側の直下に位置しているため、半導体レーザチップ215で発生した熱を効果的に逃がすことができる。従って、半導体レーザチップ215としてDVD記録用のハイパワータイプのものを用いた場合にも十分な放熱効果が得られる。さらに、本形態の光ヘッド装置1においては、半導体レーザチップ215が外を向き、露出部分217と第1のパッケージ31とが対向するように半導体レーザ装置21、22が搭載されるので、第1のパッケージ31から露出部分217に当接する突出部32aを形成するだけの簡単な構成で半導体レーザチップ215で発生した熱を露出部分217からレーザ装置搭載部材へ効率良く逃がすことができる。
In the first and second
また、第1のパッケージ31を金属で形成し、この第1のパッケージ31の底部32bから半導体レーザ装置21、22の露出部分217に向かって突出した突出部31a、32aを設け、突出部31a、32aの頂部31c、32cと露出部分217とが接しているので、半導体レーザチップ215で発生した熱を突出部31a、32aを介して第1のパッケージ31の側へ最短経路で効率よく熱伝導により逃がすことができる。その上、突出部31a、32aを第1のパッケージ31と一体成型することができるという利点がある。
The
さらに、突出部31a、32aの頂部31c、32cと露出部分217とが面接触しているので、頂部31c、32cと露出部分217の接触面積が広い。従って、第1および第2の半導体レーザ装置21、22から発生した熱を突出部31a、32aを通して第1のパッケージ31側へ効率よく逃がすことができる。それ故、フレームタイプの半導体レーザ装置21、22であるにもかかわらず、温度上昇を抑制することができる。
Furthermore, since the
さらにまた、半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸を調整するための光軸調整素子73、74を設けたため、突出部31a、32aの成形誤差によって半導体レーザ装置の取り付け位置にずれが生じても半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸を光学系の光軸に一致させることができる。即ち、本形態では、放熱を重視する上で、頂部31c、32cと露出部分217とを確実に当接する必要があるため、半導体レーザチップ215から出射される出射光の光軸の高さ方向(図3に示したH方向)が機械的な寸法によって決定される。従って、機械的な寸法に誤差が生じると、半導体レーザ装置21、22を動かして半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸を光学系の光軸に一致させることが不可能になる。しかし本形態の場合、光軸調整部材として光軸調整素子73、74を設けたことにより、図8に示すように、光軸調整素子73、74を光軸の前方(B)または後方(C)に傾け、半導体レーザチップ215から出射された出射光の光軸をH方向に移動させることができる。このため、光軸調整素子73、74の傾け量を調整することにより出射光の光軸を光学系の光軸に一致させることができる。このとき頂部31c、32cと露出部分217とは当接された状態が維持されるので、同時に放熱効率も確保することができる。
Furthermore, since the optical
また、金属フレーム211では、樹脂部218により露出部分217とフィン部分216の側が隔絶されているため、フィン部分216を第1のパッケージ31に接着剤550で固定する際、フィン部分216に塗布した接着剤が露出部分217の方に流出することがない。それ故、露出部分217と突出部31a、32aの頂部31c、32cとの接触を接着剤が妨げることがない。
Moreover, in the
(その他の実施の形態)
上記の実施の形態では、第1および第2の半導体レーザ装置21、22は、レーザチップ215が個別にパッケージ化されたものを用いているが、1つの発光素子から波長の異なるレーザ光を出射する2波長発光素子を用いた光ヘッド装置に本発明を適用してもよい。この場合、第1および第2の回折格子71、72の代わりに、波長選択性回折格子を用いることにより、光学モジュール3に搭載される部品を減らすことができるので、光学モジュール3の小型化をさらに図ることが可能である。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the first and second
また、上記の実施の形態では、第1のパッケージ31の底部32bから一体成形により突出した放熱部材としての突出部31a、32aを設けているが、放熱部材は必ずしも一体成型する必要はない。即ち、この突出部31a、32aに相当する部分を第1のパッケージ31と別部材で構成しても構わない。別部材で構成した突出部31a、32aに相当する部分は、熱伝導率が高ければ、金属以外の素材を用いても構わない。
In the above-described embodiment, the protruding
さらに、上記の実施の形態では図6(B)および図7(A)に示すように、金属フレーム211の下面213は、一対のレーザ装置搭載部313、313(323、323)およびこの一対のレーザ装置搭載部313、313(323、323)に挟まれた突出部31a(32a)の頂部31c(32c)に同時に当接する必要がある。そのためにはレーザ装置搭載部313、313(323、323)と頂部31c(32c)とを同一高さに形成すれば良いことになるが、現実的に非常に困難なため、放熱部材を弾性機能を有する例えば金属性のコイルばねのようなもので構成することにより、レーザ装置搭載部313、313(323、323)の位置精度に関係なく常に第1のパッケージ31と露出部分との双方に接触させることができる。
Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 6B and FIG. 7A, the
さらにまた、上記の実施の形態では、第1および第2の光軸調整素子73、74が第1および第2の回折素子71、72とは別体で構成されているが、平行平板を基板とする回折素子71、72を図8に示す光軸調整素子73、74と同様に光軸の前方(B)または後方(C)に傾けることにより光軸調させるように構成しても良い。このように構成すれば、回折素子71、72に光軸調整の機能を付与できるため、回折素子71、72と別体で光軸調整素子73、74を設ける必要がなく部品点数を削減できる。
Furthermore, in the above embodiment, the first and second optical
1 光ヘッド装置
2 光記録ディスク
3 光学モジュール
4 装置フレーム
5 対物レンズ駆動機構
20 複合プリズム
21 第1の半導体レーザ装置
22 第2の半導体レーザ装置
23 第1のプリズム
24 第2のプリズム
27 コリメートレンズ
28 信号検出用全反射ミラー(信号検出用偏向ミラー)
29 モニター用全反射ミラー(モニター用偏向ミラー
31 第1のパッケージ(レーザ装置搭載部材)
31a 突出部(放熱部材)
32 第2のパッケージ
32a 突出部(放熱部材)
41 フレキシブル基板
42 全反射ミラープリズム
51 対物レンズ
71 第1の回折素子
72 第2の回折素子
73 第1の光軸調整素子(光軸調整部材)
74 第2の光軸調整素子(光軸調整部材)
91 信号検出用受光素子
92 モニター用受光素子
211 金属フレーム
212 上面
212a 素子搭載部分
213 下面
214 サブマウント
215 半導体レーザチップ
216 フィン部分
217 露出部分
218 樹脂部
219a 枠部
219d 切り欠き部
313、323 レーザ装置搭載部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
29 total reflection mirror for monitor (
31a Protruding part (heat dissipation member)
32
41
74 Second optical axis adjustment element (optical axis adjustment member)
91 Light receiving element for
Claims (7)
前記金属フレームは、前記素子搭載部分の両側で前記樹脂部の外側まで突き出たフィン部分を有するとともに、
前記金属フレームの下面では、前記樹脂部が前記素子搭載部分の裏側を避けるように形成されていることにより、前記素子搭載部分の裏側に当該金属フレームの露出部分が形成され、
前記半導体レーザ装置は、前記レーザ装置搭載部材の側に前記露出部分が向き、前記半導体レーザチップが前記レーザ装置搭載部材とは反対側を向くように前記レーザ装置搭載部材に搭載されていることを特徴とする光ヘッド装置。 A metal frame on which the semiconductor laser chip is mounted on the upper surface side, and a resin portion formed from the upper surface to the lower surface of the metal frame so as to surround the element mounting portion on which the semiconductor laser chip is mounted on the upper surface of the metal frame In an optical head device in which a semiconductor laser device having:
The metal frame has fin portions protruding to the outside of the resin portion on both sides of the element mounting portion,
On the lower surface of the metal frame, by forming the resin portion so as to avoid the back side of the element mounting portion, an exposed portion of the metal frame is formed on the back side of the element mounting portion,
The semiconductor laser device is mounted on the laser device mounting member such that the exposed portion faces the laser device mounting member and the semiconductor laser chip faces the opposite side of the laser device mounting member. An optical head device.
前記レーザ装置搭載部材には、前記露出部分に当接し前記半導体レーザチップで発生した熱を前記レーザ装置搭載部材側へ逃がす放熱部材が載置されていることを特徴とする光ヘッド装置。 The laser device mounting member according to claim 1, wherein the laser device mounting member is made of metal.
An optical head device characterized in that a heat radiating member is placed on the laser device mounting member so as to contact the exposed portion and release heat generated by the semiconductor laser chip to the laser device mounting member side.
7. The metal frame according to claim 1, wherein the exposed portion and the fin portion are separated from each other by the resin portion, and the fin portion is fixed to the laser device mounting member by an adhesive. An optical head device.
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- 2003-12-24 JP JP2003428112A patent/JP2005190520A/en active Pending
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