JP2005285234A

JP2005285234A - 半導体レーザ回動調整装置および光ピックアップ装置

Info

Publication number: JP2005285234A
Application number: JP2004098763A
Authority: JP
Inventors: Taichi Akiba; 太一秋葉; Yuichi Mizuuchi; 雄一水内
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】放熱効率を向上させるとともに、ヒートシンクとホルダとの当接部をレーザの回転調整機構に利用するようにしてホルダ機構の簡素化を実現すること。
【解決手段】半導体レーザチップ３１が搭載されるヒートシンク３３および内側ホルダ３７を直接当接するとともに、これら当接部に溝部４０および突起部４１からなる回動軸部を形成し、内側ホルダ３７の外壁部３７ａに半導体レーザチップ３１の発光点Ｑを中心とする円筒面を形成し、さらに外側ホルダ３８の内壁部に前記発光点Ｑを中心とする円筒面を形成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、半導体レーザの光軸調整を行う半導体レーザ回動調整装置および該半導体レーザ回動調整装置が搭載される光ピックアップ装置の放熱構造の改良に関するものである。

ＤＶＤ，ＣＤなど記録媒体の記録再生に用いられる光ピックアップ装置においては、半導体レーザからのレーザ光を光学系を介して記録媒体上に集光させ、その戻り光を光学系を介して受光素子で受光するような構成をとっており、半導体レーザの光軸は光学系の光軸に正確に一致させる必要がある。しかしながら、各部品の寸法精度誤差、組み立て誤差などにより、製造時、両光軸が一致していることは少なく、これらの光軸を一致させるための調整作業が必要となる。このため、この種の半導体レーザにおいては、半導体レーザの光軸を、上下および左右方向に揺動調整する光軸調整機構を持っているものが多い。

図１は従来の半導体レーザの光軸調整機構を示すものである。この従来技術においては、ステムと呼ばれる金属製の支持部材１００に、グランド端子１０１および信号端子１０２を圧入固定している。信号端子１０２の回りには絶縁体が設けられ、信号端子１０２は絶縁体を介してステムに固定されている。グランド端子１０１の端部の平坦部１０１´に、半導体レーザチップ１０３がダイボンディングされている。平坦部１０１´は図示しないヒートシンクに当接されている。ステム１００の半導体レーザチップ側の部分は、開孔１０４が形成されたキャップ１０５で覆われており、開孔１０４は保護用ガラス１０６で蓋をされている。ホルダ１０７はステム１００に固定されており、その外面は球面状に成型されている。ホルダ１０７は図示しないピックアップベースに形成された凹球面部に嵌合されており、ピックアップベースの凹球面部に沿ってホルダ１０７を摺動回動することで、半導体レーザの出射光軸の角度ずれを補正している。

しかしながら、上記従来技術では、熱源としての半導体レーザチップ１０３は、キャップ１０５で覆われているので、半導体レーザチップ１０３から発生した熱は、図示矢印のように、グランド端子１０１（ヒートシンク）、ステム１００、ホルダ１０７を介してピックアップベースに伝達されることになり、放熱経路が長く、放熱効率が悪いという問題が一例としてある。このため、従来技術では、半導体レーザの出力を上昇させらない、記録性能がよくない、半導体レーザの寿命が短くなるなどの問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱効率を向上させるとともに、ヒートシンクとホルダとの当接部をレーザの回転調整機構に利用するようにしてホルダ機構の簡素化を実現する半導体レーザ回動調整装置および光ピックアップ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、半導体レーザチップが搭載されたヒートシンクと、ヒートシンクの少なくとも両外側面に当接されヒートシンクを一軸を中心に回動可能に支持するホルダとを備え、前記ヒートシンクおよびホルダの当接部に、前記回動のための回動軸部を形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、半導体レーザチップが搭載されるヒートシンクと、ヒートシンクの少なくとも両外側面に当接されヒートシンクを支持するホルダとを備え、前記ヒートシンクの両外側面を部分球面形状とするとともに、前記ホルダのヒートシンクに当接される内壁面を前記ヒートシンクの部分球面に摺動可能な部分凹球面形状とすることを特徴とする。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体レーザ回動調整装置および光ピックアップ装置の好適な実施の形態および実施例を詳細に説明する。

［実施の形態］
本ピックアップ装置は、光ディスク記録再生装置、ＤＶＤ／ＣＤレコーダ、ＤＶＤ／ＣＤプレーヤ、ＰＣ用ＤＶＤ／ＣＤドライブ、青紫色レーザ光を利用した次世代ＤＶＤ等に適用可能である。

本半導体レーザ回動調整装置においては、半導体レーザチップなどを覆っていたキャップおよび保護用ガラスを削除することで、半導体レーザチップを搭載しているヒートシンクを直接、光軸調整用ホルダに当接させ、これによりレーザチップから最短経路でホルダに熱を伝導させて、放熱効率を向上させる。また、ヒートシンクおよびホルダの当接部を利用して、これら当接部に半導体レーザの光軸調整用の機構を配置することで、装置構成の簡略化を実現する。したがって、本実施の形態では、半導体レーザの出力の上昇化、高記録性能化、長寿命化、装置構成の簡略化を図ることが可能となる。

つぎに、この発明の実施例１を説明する。まず、図２および図３を用いて本半導体レーザ回動調整装置が取り付けられる光ピックアップ装置について説明する。光ピックアップ装置１は金属製のピックアップベース２を備えており。ピックアップベース２に光ピックアップを構成する各構成要素が搭載される。ピックアップベース２は、図示しない主軸および副軸が挿入される主軸受け３および副軸受け４を有し、これらの機構によって矢印Ａで示すトラッキング方向（光記録媒体の径方向）に移動可能である。

ピックアップベース２には、その上面に開口部を有し、この開口箇所に、対物レンズ５，対物レンズホルダ６、フォーカス駆動コイル（図示せず）およびトラッキング駆動コイル（図示せず）からなるアクチュエータ可動部と、マグネット７およびヨーク８などから成るアクチュエータ固定部とを有するアクチュエータ１３が設けられている。このアクチュエータ１３によって、ピックアップベース２に対し対物レンズ５をトラッキング方向（矢印Ａ）およびフォーカシング方向に移動させる。

この光ピックアップ装置１では、２つの半導体レーザ素子９，１０が備えられている。一方の半導体レーザ素子９はＣＤ用の波長を持つレーザビームを発射する。他方の半導体レーザ素子１０はＤＶＤ用の波長を持つレーザビームを発射する。これら半導体レーザ素子は選択的に駆動される。ＣＤ用半導体レーザ素子９は、レーザホルダ１１によって支持されており、このレーザホルダ１１によってピックアップベース２に対する３次元位置を調整することができる。ＤＶＤ用半導体レーザ素子１０は、レーザホルダ１２によって支持されており、このレーザホルダ１２によってピックアップベース２に対する３次元位置および上下左右の回転角（姿勢角）を調整することができる。

ピックアップベース２の内部には、図３に示すような光学系が収容されている。この光学系は、２つのグレーティング１４，１５、光路合流素子としてのダイクロイックプリズム１６、ビームスプリッタ１７、フロントモニタ用受光素子１８、シリンダレンズ１９、４分割の受光面を有する受光素子２０、液晶収差補正素子２１、コリメータレンズ２２、１／４波長板２３、立ち上げミラー２４および対物レンズ５を備えている。

ＣＤ用半導体レーザ素子９から発射されたレーザビームは、グレーティング１４でトラッキングエラーを検出するための複数の光束（０次光、±１次光）に分離された後、ダイクロイックプリズム１６を介してビームスプリッタ１７に入射される。ビームスプリッタ１７に入射されたレーザビームは、一部が偏向されてフロントモニタ用受光素子１８に入射され、ここでレーザパワーなどがモニタされる。残りのレーザビームは、ビームスプリッタ１７を透過した後、液晶収差補正素子２１で各種の収差補正が行われ、さらにコリメータレンズ２２で平行光になり、１／４波長板２３を透過後、立ち上げミラー２４によって９０度偏向されて対物レンズ５に入射し、光記録媒体上にスポットを結ぶ。

一方、ＤＶＤ用半導体レーザ素子１０から発射されたレーザビームは、グレーティング１４、ダイクロイックプリズム１６を介してビームスプリッタ１７に入射される。ビームスプリッタ１７に入射されたレーザビームは、一部が偏向されてフロントモニタ用受光素子１８に入射される。残りのレーザビームは、ビームスプリッタ１７を透過した後、液晶収差補正素子２１で各種の収差補正が行われ、さらにコリメータレンズ２２で平行光になり、１／４波長板２３を透過後、立ち上げミラー２４を経て、対物レンズ５に入射し、光記録媒体上にスポットを結ぶ。

光記録媒体で反射された戻り光は、対物レンズ５、立ち上げミラー２４、１／４波長板２３、コリメータレンズ２２、液晶収差補正素子２１を透過後、ビームスプリッタ１７で偏向され、その後、シリンダレンズ１９を経て受光素子２０に入射する。この受光素子２０による検出信号に基づき、ファーカスエラー信号、トラッキングエラー信号などが生成されるとともに、光記録媒体の記録情報を復調再生した再生信号を取得される。

つぎに、図４及び図５を用いて本発明にかかる半導体レーザ回動調整装置の実施例１について説明する。この半導体レーザ回動調整装置は、例えば、図２に示すＤＶＤ用レーザホルダ１２として採用されるものである。図４において、上側の図は中央の図のＢ−Ｂ断面図であり、右側の図は中央の図のＣ−Ｃ断面図である。また、図５は、内側ホルダおよび外側ホルダを取り外した状態の半導体レーザ回動調整装置を示す図である。

図４および図５に示す半導体レーザ回動調整装置３０は、半導体レーザチップ３１、サブマウント３２、ヒートシンク３３，ステム３４、複数のピン端子３５，３６、内側ホルダ３７、外側ホルダ３８を備えている。

ステム３４は、ヒートシンク３３およびピン端子３５，３６を支持する支持部材として主に機能するものであり、ステム３４には、ヒートシンク３３が圧入あるいは溶接などにより固着されている。また、ステム３４には、複数のピン端子３５，３６が挿入固定されている。中央のピン端子３５は、例えばグランド端子として機能する。２本のピン端子３６は、例えば、半導体レーザの駆動信号用の端子、あるいはレーザ出力モニタ用の受光素子が搭載される場合はモニタ信号用の端子などとして機能する。信号ピン端子３６の周囲には、絶縁体３９が介在されている。また、この場合、各ピン端子３６と、半導体レーザチップ３１あるいはサブマウント３２とのワイヤボンディング配線は図示を省略した。

ヒートシンク３３は、熱伝導性の良い材料で構成されており、ヒートシンク３３の正面上には、サブマウント３２を介して半導体レーザチップ３１がマウントされている。ヒートシンク３３は、図５に示すように、レーザチップ３１を取り囲むような略Ｕ字状の断面を有し、レーザビームの照射方向に沿って延在する形状を呈している。ヒートシンク３３には、左右にその中心軸が半導体レーザの略発光点Ｑを通るように配された溝部４０（凹部）が形成されている。なお、この場合、ヒートシンク３３とピン端子３５とは一体に形成されている。

内側ホルダ３７は、ヒートシンク３３およびステム３４が収容できかつヒートシンク３３の側面にその内壁面が密着するような内部空間を有しており、内側ホルダ３７は、ヒートシンク３３の側面に密着して取り付けられる。したがって、レーザチップ３１から発生された熱は、ヒートシンク３３を通じて内側ホルダ３７に直接伝達される。なお、この場合、内側ホルダ３７は、レーザビームの照射方向に平行で且つ光記録媒体（ディスク）の主面に対して垂直なヒートシンク３３の面に略接するように設けられている。

内側ホルダ３７の内壁面には、ヒートシンク３３の溝部４０に嵌合する一対の突起部（凸部）４１が形成されている。これら突起部４１と溝部４０との嵌合により、ヒートシンク３３に固定されたレーザチップ３１は内側ホルダ３７に対し、Ｘ軸の回りに回転可能となる。ヒートシンク３３と内側ホルダ３７の回動軸は、レーザビームの光軸と交わる位置に設けられている。図４に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向は、図３に示すＸ，Ｙ，Ｚ方向と対応しており、Ｙ方向がフォーカシング方向（上下方向）となる。したがって、レーザチップ３１から出射されるレーザビームは、溝部４０と突起部４１による構成によって、発光点Ｑを中心にフォーカシング方向（上下方向）に回動（揺動）されることになる。

内側ホルダ３７の外側ホルダ３８に当接する外壁面３７ａは、そのＸＺ投影が発光点Ｑを中心とした円弧の一部をなす、部分円筒形状を呈している。また、内側ホルダ３７の上面壁には、レーザチップ３１と対向する箇所に、レーザビームが通過するための開孔部４２が形成されている。

外側ホルダ３８はピックアップベース２に当接しており、ピックアップベース２に対し、ＸＹＺ３方向の位置を調整可能な構成となっている。この３方向の位置調整機構に関しては、本発明の要部ではないので、その詳細説明を省略する。外側ホルダ３８の上面壁には、レーザチップ３１と対向する箇所に、レーザビームが通過するための開孔部４３が形成されている。外側ホルダ３８の内側ホルダ３７と当接する内壁面３８ａは、内側ホルダ３７の円筒形状の外壁面３７ａが嵌合かつ摺接される円筒形状をなしている。これにより、内側ホルダ３７は、外側ホルダ３８に対しＹ軸回りに回動可能となる。したがって、レーザチップ３１から出射されるレーザビームは、内側ホルダ３７および外側ホルダ３８による構成によって、発光点Ｑを中心に左右方向に回動（揺動）されることになる。

かかる構成により、レーザチップ３１は内側ホルダ３７に対しＸ軸回りに回転調整することができ、レーザチップ３１および内側ホルダ３７は外側ホルダ３８に対しＹ軸回りに回転調整することができる。なお、回転調整角度が決定された後、上記溝部４０と突起部４１、および内側ホルダ３７の外壁面３７ａと外側ホルダ３８の内壁面３８ａとを、例えば接着剤などによって接着固定することで、これら回動調整部が固定される。

このように実施例１では、レーザチップ３１が搭載されたヒートシンク３３を回転調整用の内側ホルダ３７に当接させるようにしたので、レーザチップ３１から最短経路でホルダに熱を伝導させることができる。また、ヒートシンク３３〜内側ホルダ３７〜外側ホルダ３８〜ピックアップベース２は密着しているため、レーザチップの熱を効率よくピックアップベース２に伝えることができ、ピックアップベース２を介して周囲に効率よく放熱することができる。これによりレーザチップ３１の温度上昇を抑えることができ、半導体レーザの出力の上昇化、記録性能の向上、レーザの長寿命化が可能となる。

また、ヒートシンク３３および内側ホルダ３７の伝熱経路としての当接部を利用し、これら当接部に溝部４０と突起部４１によるレーザ光軸調整用の機構を配置するようにしたので、ホルダ構成の簡略化を実現する。

なお、ヒートシンク３３に設けられる溝部４０を凸部とし、内側ホルダ３７に設けられる突起部４１を凹部としてもよい。また、図４の場合は、内側ホルダ３７の外側ホルダ３８に当接する外壁面３７ａの全面を円筒形状とするとともに外側ホルダ３８の内側ホルダ３７と当接する内壁面３８ａの全面を円筒形状としたが、外壁面３７ａおよび／または内壁面３８ａの一部に円筒形状部分を形成するようにしてもよい。また、ヒートシンク３３、ステム３４、内側ホルダ３７および外側ホルダ３８は、熱伝導性の良い材料で構成されており、通常は金属材料で構成されるかあるいは熱伝導性の良い材料表面に金属メッキを形成したりして作成される。

つぎに、図６を用いて本発明にかかる半導体レーザ回動調整装置の実施例２について説明する。この半導体レーザ回動調整装置も、例えば、図２に示すＤＶＤ用レーザホルダ１２として採用されるものである。先の実施例１に示した構成要素と同じ機能を達成する構成要素については、同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図５に示す半導体レーザ回動調整装置５０は、半導体レーザチップ３１、サブマウント３２、ステム３４、複数のピン端子３５，３６、ヒートシンク５１、ホルダ６０を備えている。

金属製のステム３４には、複数のピン端子３５，３６が挿入固定されるとともに、ヒートシンク５１が固着されている。信号ピン端子３６の周囲には、絶縁体３９が介在されている。ヒートシンク５１は、熱伝導性の良い金属で構成されており、その正面にはサブマウント３２を介して半導体レーザチップ３１がマウントされている。ヒートシンク５１は、レーザチップ３１を取り囲むような略コ字形状を呈している。ヒートシンク５１のホルダ６０と当接する両外側壁５１ａは、半導体レーザの発光点Ｑ近傍を中心とした球の一部としての部分球面形状を呈している。

ホルダ６０のヒートシンク５１と当接する内壁面６０ａは、ヒートシンク５１の球面形状の両外側壁５１ａが嵌合かつ摺接されるような凹球面形状をなしている。ホルダ６０の内壁面６０ａはヒートシンク３３の球面形状をなす両外側壁５１ａと密着して取り付けられる。したがって、レーザチップ３１から発生された熱は、ヒートシンク３３を通じてホルダ６０に直接伝達される。また、ヒートシンク５１の球面形状の両外側壁５１ａおよびホルダ６０の内壁面６０ａによる球面同士の摺動により、ヒートシンク５１に搭載されたレーザチップ３１は、ホルダ６０に対し略発光点Ｑの回りに左右方向および上下方向に回動可能となり、レーザ光軸の回動角の調整が可能となる。回転調整角度が決定された後、ヒートシンク５１の外側壁５１ａとホルダ６０の内壁面６０ａとを、例えば接着剤などによって接着固定することで、これら回動調整部が固定される。

なお、ホルダ６０はピックアップベース２に当接しており、ピックアップベース２に対し、ＸＹＺ３方向の位置を調整可能な構成となっている。ホルダ６０の上面壁には、レーザチップ３１と対向する箇所に、レーザビームが通過するための開孔部６１が形成されている。

このように実施例２では、レーザチップ３１が搭載されたヒートシンク３３を回転調整用のホルダ６０に当接させるようにしたので、レーザチップ３１から最短経路でホルダに熱を伝導させることができる。また、ヒートシンク３３〜ホルダ５１〜ピックアップベース２は密着しているため、レーザチップ３１の熱を効率よくピックアップベース２に伝えることができ、ピックアップベース２を介して周囲に効率よく放熱することができる。これによりレーザチップ３１の温度上昇を抑えることができ、半導体レーザの出力の上昇化、記録性能の向上、レーザの長寿命化が可能となる。

また、ヒートシンク３３およびホルダ５１の伝熱経路としての当接部を利用し、これら当接部に、球面摺動構成によるレーザ光軸調整用の機構を配置するようにしたので、ホルダ構成の簡略化を実現する。さらに、実施例１では、２つのホルダが必要であったが、実施例２は１つのホルダで上下左右２方向の調整が可能となる。

従来技術を示す図である。本発明を適用する光ピックアップ装置の外観構成を示す斜視図である。光ピックアップ装置の光学系の構成例を示す斜視図である。本発明にかかる半導体レーザ回動調整装置の実施例１の構成を示す図である。ホルダを取り外した状態の実施例１の半導体レーザ回動調整装置を示す図である。本発明にかかる半導体レーザ回動調整装置の実施例２の構成を示す図である。

符号の説明

１光ピックアップ装置
２ピックアップベース
３主軸受け
４副軸受け
５対物レンズ
６対物レンズホルダ
７マグネット
８ヨーク
９，１０半導体レーザ素子
１１ＣＤ用レーザホルダ
１２ＤＶＤ用レーザホルダ
１３アクチュエータ
１４，１５グレーティング
１６ダイクロイックプリズム
１７ビームスプリッタ
１８フロントモニタ用受光素子
１９シリンダレンズ
２０受光素子
２１液晶収差補正素子
２２コリメータレンズ
２３１／４波長板
２４立ち上げミラー
３０半導体レーザ回動調整装置
３１レーザチップ（半導体レーザチップ）
３２サブマウント
３３ヒートシンク
３４ステム
３５，３６ピン端子
３７内側ホルダ
３８外側ホルダ
３９絶縁体
４０溝部
４１突起部
４２開孔部
４３開孔部
５０半導体レーザ回動調整装置
５１ヒートシンク
５１ホルダ
６０ホルダ
６１開孔部

Claims

半導体レーザチップが搭載されたヒートシンクと、ヒートシンクの少なくとも両外側面に当接されヒートシンクを一軸を中心に回動可能に支持するホルダとを備え、
前記ヒートシンクおよびホルダの当接部に、前記回動のための回動軸部を形成するようにしたことを特徴とする半導体レーザ回動調整装置。
前記ホルダの外壁部の少なくとも一部に前記回動軸に垂直な方向の軸を中心とした円筒面を形成するとともに、
前記ホルダの外壁部の円筒面に摺接する円筒面を内壁部の少なくとも一部に有する外側ホルダを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ回動調整装置。
前記回動軸部は、前記ヒートシンクのホルダとの当接部に形成された凸部または凹部と、前記ホルダのヒートシンクとの当接部に形成された凹部または凸部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ回動調整装置。
前記回動軸は、半導体レーザの略発光点を通る位置に設けられている請求項１〜３の何れか一つに記載の半導体レーザ回動調整装置。
前記ホルダの外壁部および前記外側ホルダの内壁部に形成された円筒面は、半導体レーザの略発光点を中心とした円弧上にあることを特徴とする請求項２〜４の何れか一つに記載の半導体レーザ回動調整装置。
請求項２〜５に記載の半導体レーザ回動調整装置と、受光素子と、前記半導体レーザ回動調整装置の半導体レーザからのレーザ光を光記録媒体に導光するとともに光記録媒体からの戻り光を前記受光素子に導光する光学系と、これら半導体レーザ回動調整装置、受光素子および光学系が搭載される光ピックアップベースとを備え、前記外側ホルダが前記光ピックアップベースに取付けられることを特徴とする光ピックアップ装置。
半導体レーザチップが搭載されるヒートシンクと、
ヒートシンクの少なくとも両外側面に当接されヒートシンクを支持するホルダと、
を備え、
前記ヒートシンクの両外側面を部分球面形状とするとともに、前記ホルダのヒートシンクに当接される内壁面を前記ヒートシンクの部分球面に摺動可能な部分凹球面形状とすることを特徴とする半導体レーザ回動調整装置。
前記部分球面および凹部分球面は、半導体レーザの略発光点を中心とした球面の一部であることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ回動調整装置。
請求項７または８に記載の半導体レーザ回動調整装置と、受光素子と、前記半導体レーザ回動調整装置の半導体レーザからのレーザ光を光記録媒体に導光するとともに光記録媒体からの戻り光を前記受光素子に導光する光学系と、これら半導体レーザ回動調整装置、受光素子および光学系が搭載される光ピックアップベースとを備え、前記ホルダが前記光ピックアップベースに取付けられることを特徴とする光ピックアップ装置。