JP2007012138A - 光ヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレームタイプのレーザ発光素子の畜熱を抑制することにより、フレームレーザの特性変化の抑制、耐久性の向上、および小型化が可能な光ヘッド装置を提供すること。
【解決手段】 フレームタイプのレーザ発光素子２は、そのリードフレーム２０が、付勢部材８によって、発光素子ホルダ９の載置部９３、９４、９５に付勢状態で載置させられている。しかも、この発光素子ホルダ９は金属によって形成されているため、半導体レーザチップ２３からの発熱が、リードフレーム２０側から載置部９３、９４、９５を通じて発光素子ホルダ９側へ放熱されるため、レーザ発光素子２での畜熱を抑制することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体などの光記録ディスクの再生に用いられる光ヘッド装置に関するものである。さらに詳しくは、光ヘッド装置において、フレームタイプのレーザ発光素子をベースに搭載するための搭載技術に関するものである。

ＣＤやＤＶＤなどの光記録ディスクの再生に用いられる光ヘッド装置は、レーザ発光素子と、レーザ発光素子から出射されたレーザ光を光記録媒体に収束させる対物レンズが搭載されているとともにフォーカシング方向およびトラッキング方向に駆動される対物レンズ駆動機構と、光記録ディスクで反射した戻り光を受光する受光素子と、レーザ発光素子と受光素子の間でレーザ光を導く光学系部品を有している。これらの光学部品はベースに搭載されている。

ここで、レーザ発光素子としては、サイズの縮小化およびコスト低減の観点から、円筒状のケースを使用せずにレーザ発光素子をリードフレームと呼ばれる基板に実装されたフレームレーザが提供されている。このようなフレームレーザは直接ベース上に搭載されており、フレームレーザを固定するために、板ばねを用いている。（例えば、引用文献１参照）
特開平１０−２６９６０１号公報

コスト低減の点からベースが樹脂により形成されたものでは、熱伝導度が小さくフレームレーザから発生した熱を放熱することができない。また、リードフレームの両側の延設部が銅ベリリウム製の板ばねにより押え付けられているため、フレームレーザから発生した熱を板バネに放熱することは可能であるが、その体積は非常に小さいため充分な放熱を行うことができないという問題がある。故に、フレームレーザを長時間使用するとフレームレーザが畜熱し高温になるので、出射光の波長変動および消費電力の増加という問題がある。また、高温での使用時間が長いことによりフレームレーザの寿命が著しく低下するという問題がある。さらに、光学系部品をフレームレーザの近傍に設けると光学系部品に悪影響を及ぼすため、光学部品をフレームレーザから離間させる必要があり、光ヘッド装置の大型化を招くと言う問題がある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、フレームタイプのレーザ発光素子の畜熱を抑制することにより、フレームレーザの特性変化の抑制、耐久性の向上、および小型化が可能な光ヘッド装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明では、半導体レーザチップがリードフレーム上に搭載されるとともに前記半導体レーザチップが外部に露出するように該半導体レーザチップの周辺を除いて樹脂によりモールドされたフレームタイプのレーザ発光素子が光学部品とともにベース上に搭載された光ヘッド装置において、前記レーザ発光素子は、金属によって形成された発光素子ホルダを介して前記ベースに搭載され、前記発光素子ホルダは、前記リードフレームを載置するための載置部を有し、該載置部に前記リードフレームを付勢状態で載置させる付勢部材を有することを特徴とする。

本発明において、前記付勢部材は、金属製の薄板により形成されていることが好ましい。このように構成すると、同じ厚さで樹脂により形成した場合と比較して、ばね定数を大きく設定できる。故に、同じばね定数であれば付勢部材を薄型に形成することができるので、この付勢部材を装置に組み込むことによって装置の小型が図れる。しかも、金属は樹脂に比べ熱伝導度が高いので、半導体レーザチップからの発熱を放熱することができる。

また、本発明において、前記リードフレームは、前記半導体レーザチップが搭載された側の反対側の面であって、前記半導体レーザチップの真下が前記載置部に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からの発熱を効率良く発光素子ホルダに放熱することができる。

さらに、本発明において、前記付勢部材は、連結部の両端部から互いに同方向に折曲した一対の折曲部を有し、該折曲部の一方側が前記レーザ発光素子に係合するとともに前記折曲部の他方側が前記発光素子ホルダの係合部に係合することにより前記リードフレームが前記載置部に付勢されている。特に、前記係合部は、前記載置部に対して前記レーザ発光素子の反対側で、且つ該レーザ発光素子を前記一対の折曲部により挟持可能な位置に配設されていることが好ましい。このように構成すると、同方向に折曲された一対の折曲部の間に発光素子ホルダを挟持することにより、載置部にリードフレームを付勢状態で載置させることができる。故に、特別な固定部材を用いることなく付勢部材を発光素子ホルダに固定することができる。なお、係合部は、載置部と略平行な平面であることが好ましい。

本発明において、前記発光素子ホルダは、前記載置部に前記リードフレームを載置するため前記半導体レーザチップから出射される出射光の光軸に直交する方向が切り欠かれた切り欠き部を有し、該切り欠き部から前記半導体レーザチップが露出するように前記リードフレームが前記載置部に載置されるとともに外部に露出した前記半導体チップの少なくとも一部が前記付勢部材によって覆われていることが好ましい。このように構成すると、リードフレームの載置部への載置作業を容易に行えるとともに、半導体レーザチップがフレームから露出したレーザ発光素子であって、切り欠き部から半導体レーザチップが露出するようにリードフレームを載置部に載置しても、半導体レーザチップの少なくとも一部を付勢部材によって覆うことにより、半導体レーザチップの保護、特に防塵効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明におけるフレームタイプのレーザ発光素子は、そのリードフレームが、付勢部材によって、発光素子ホルダの載置部に付勢状態で載置させられている。しかも、この発光素子ホルダは金属によって形成されているため、半導体レーザチップからの発熱が、リードフレーム側から発光素子ホルダの載置部を通じて発光素子ホルダ側へ放熱されるため、レーザ発光素子での畜熱を抑制することができる。従って、フレームタイプのレーザ発光素子であっても、特性変化の抑制、耐久性の向上、および小型化を図ることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した光ヘッド装置を説明する。
（全体構成）
図１は、本発明が適用される光ヘッド装置の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、光ヘッド装置１は、ＣＤあるいはＤＶＤなどの光記録ディスク５（光記録媒体）に対する情報記録、情報再生を行うものであり、レーザ発光素子２と、レーザ発光素子２からの出射されたレーザ光を光記録媒体５に向けて反射させるハーフミラー３と、ハーフミラー３で反射したレーザ光を光記録ディスク５に収束させる対物レンズ４と、光記録ディスク３で反射し、対物レンズ４およびハーフミラー３を通過した戻り光を受光する光検知器６とを有しており、これらの光学部品は、不図示のベースに搭載されている。また、ベースには、対物レンズ４のトラッキング方向およびフォーカシング方向の位置を調整するための対物レンズ駆動機構７なども搭載されている。

（レーザ発光素子の構成）
図２は、フレームタイプのレーザ発光素子を斜め上方から見た斜視図である。

図２に示すように、本形態で用いたレーザ発光素子２は、角型フレーム２１に半導体レーザチップ２３が収納されたフレームタイプのレーザ発光素子２であり、リードフレーム２０にサブマウント２２を介して半導体レーザチップ２３が搭載されている。リードフレーム２０は両側に延長部２４、２５を有しており、後端部には４本のピン端子２６を有している。半導体レーザチップ２３の保護およびピン端子２６の根元部の機械的強度を得るために、リードフレーム２０は、半導体レーザチップ２３の搭載部の周辺を除いて樹脂でモールドされたフレーム２１を有し、図中矢印で示す方向にレーザ光を発生する。すなわち、フレーム２１は、レーザ光の出射方向およびこの出射方向と直交する上方が切り欠かれ、半導体レーザチップ２３が外部に露出している。別言すれば、レーザ光の出射方向と直交する両側および後側は樹脂により閉鎖されている。なお、本形態で用いたレーザ発光素子２において、幅方向、高さ方向、およびレーザ光の光軸方向が、それぞれＸ、Ｙ、およびＺと定義され、半導体レーザチップ２３の発光点におけるＹ方向の基準面は、リードフレーム２０において、半導体レーザチップ２３が搭載された側の反対側の面になっている。

（発光素子ホルダの構成）
図３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、発光素子ホルダを後方より斜め上方から見た斜視図および前方より斜め下方から見た斜視図である。図４（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、フレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載した状態を後方より斜め上方から見た斜視図およびフレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載し、さらに付勢部材を装着した状態を後方より斜め上方から見た斜視図である。図５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、フレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載した状態を前方より斜め上方から見た斜視図およびフレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載し、さらに付勢部材を装着した状態を前方より斜め上方から見た斜視図である。

レーザ発光素子２は、以下に詳述する発光素子ホルダ９を介して樹脂製ベース１０上に搭載されている。（図７参照）発光素子ホルダ９は、金属製であり、例えば、アルミ材が用いられている。ただし、発光素子ホルダ９は、必ずしもアルミ材に限定されるものではなく、熱伝導性を考慮した上で他の金属により形成してもよい。

図３に示すように、発光素子ホルダ９には、円筒外壁９１の一部が、半導体レーザチップ２３から出射されるレーザ光の光軸に直交する方向から切り欠かれた切り欠き部９２が形成されており、この切り欠き部９２にレーザ発光素子２の少なくとも一部分が当接することによりレーザ発光素子２が載置される載置部９３、９４、９５が形成されている。具体的には、リードフレーム２０の半導体レーザチップ２３が搭載された側の反対側の面であって、半導体レーザチップ２３の直下が載置される第１載置部９３および、リードフレームの一対の延長部２４、２５がそれぞれ載置される第２載置部９４、９５が形成されている。なお、この第１載置部９３および第２載置部９４、９５は同一高さの平行な平面に形成されている。一方、それ以外の部分は、第１載置部９３および第２載置部９４、９５より一段低く形成され、リードフレーム２０が非接触状態となる段部９６になっている。故に、第１載置部９３および第２載置部９４、９５の３面によりレーザ発光素子２のＹ方向が位置決めされる。

（付勢部材の構成）
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ、付勢部材の左側面図、底面図、正面図、および付勢部材を斜め上方から見た斜視図である。

本形態では、レーザ発光素子２を付勢してリードフレーム２０を載置部９３、９４、９５に付勢状態で載置するため図６に示す付勢部材８を用いている。この付勢部材８は、金属製であり、例えば、ＳＵＳ材からなる薄板により形成されている。ただし、付勢部材８は、必ずしもＳＵＳ材に限定されるものではなく、付勢力を考慮した上で、他の金属により形成してもよい。

本形態の付勢部材８は、図６に示すように連結部８１の両端部から互いに同方向に折曲した一対の折曲部８２、８３を有している。また、連結部８１の中央には貫通孔８１ａが形成され、その両側に一対の延設部８１ｂ、８１ｂが形成されている。なお、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、第１折曲部８２は、レーザ発光素子２のフレーム２１の上面に係合されるとともに、第２折曲部８３は、発光素子ホルダ９の係合部としての第１載置部９３の下側であって、この第１載置部９３と平行に形成された係合面９７（図３（ｂ）参照）に係合されている。故に、第１折曲部８２と第２折曲部８３の間に配設されたレーザ発光素子２のリードフレーム２０を載置部９３、９４、９５に付勢状態で載置することができる。

さらに、図６に示すように、第１折曲部８２は、レーザ発光素子２を載置部９３、９４、９５に載置させた状態で、第１折曲部８２および第２折曲部８３をそれぞれレーザ発光素子２のフレーム２１上面および係合面９７にスムーズに係合させるため、第１折曲部８２の中間から先端にかけての先端領域が、第２折曲部８３の反対方向に向かって屈曲した屈曲部８２ａになっている。

また、連結部８１は、付勢部材８が完全に係合された位置において、その貫通孔８１ａと第２折曲部８３との間が、レーザ光の出射方向の前方であって第１載置部９３と係合面９７とを連結する連結面９８（図５（ａ）参照）に当接するとともに、一対の延設部８１ｂ、８１ｂがレーザ光の出射方向の前方であって、円筒外壁９１の前面９９に当接されている。この前面９９の延設部８１ｂ、８１ｂが当接する当接部９９ａ、９９ａは、図５（ａ）に示すように、他より一段低く形成されており、当接部９９ａ、９９ａおよび連結面９８は、発光素子ホルダ９のレーザ光の光軸方向と直交する同一平面内に形成されている。故に、一対の延設部８１ｂ、８１ｂおよび貫通孔８１ａと第２折曲部８３との間の３箇所を同時に当接させることができる。従って、半導体レーザチップ２３の発光点と貫通孔８１ａの中心とを正確に位置決することが可能となり、半導体レーザチップ２３から出射されるレーザ光が、貫通孔８１ａを通過可能になっている。

このようにしてレーザ発光素子２が保持された状態では、フレーム２１のレーザ光の出射方向が、貫通孔８１ａを除いて連結部８１によって閉鎖されるとともに、フレーム２１の上方が第１折曲部８２によってレーザ光の出射方向と直交する上方が閉鎖されている。

また、その際に図４に示すように、レーザ発光素子２は、一方側の延長部２４の端部２４ａ（図２参照）が第２載置部９４の前方であって、レーザ光の光軸方向と直交する第１の基準面９１ｂに突き当たり、そこが度当たりになってレーザ発光素子２のＺ方向が位置決めされる。なお、端部２４ａが、半導体レーザチップ２３の発光点におけるＺ方向の基準面になっている。さらに、延設部２４の端部２４ａの前方であって、この端部２４ａと直交する直交部２４ｂ（図２参照）が第１載置部の側方に位置する円筒外壁９１の内壁９１ａに突き当たり、そこが度当たりになってレーザ発光素子２のＸ方向が位置決めされる。なお、直交部２４ｂが、半導体レーザチップ２３の発光点におけるＸ方向の基準面になっている。

このように、レーザ発光素子２が付勢部材８によって発光素子ホルダ９に固定される一方で、図４（ｂ）に示すように、一対の延長部２４、２５がＵＶ接着剤１１を用いて第２載置部９４、９５に接着固定されている。しかも、本形態の場合、付勢部材８がＵＶ接着剤１１を用いて発光素子ホルダ９に固定されている。すなわち、第１折曲部８２が、第１載置部９３の両側に位置する円筒外壁９１の内壁９１ａ、９１ａに、ＵＶ接着剤１１を用いて固定されている。ＵＶ接着剤１１の塗布は、レーザ発光素子２が発光素子ホルダ９の載置部９３、９４、９５に載置され、付勢部材８が装着された後なされ、その後、紫外線を照射させることにより硬化させられる。

上記の通り構成されたレーザ発光素子２を保持した発光素子ホルダ９を、図７に示すように光ヘッド装置１のベース１０に形成された凹部１０ａに係合して接着剤を用いて固定すれば、発光素子ホルダ９を介してレーザ発光素子２をベース１０に搭載することができる。この際には、発光素子ホルダ９については、円筒外壁９１の外壁９１ｂが凹部１０ａの内壁に圧入されている。故に、ベース１０に対する半導体レーザチップ２３の発光点の位置合わせを容易に行うことができる。

（本形態の効果）
本形態の光ヘッド装置１において、フレームタイプのレーザ発光素子２は、そのリードフレーム２０が、付勢部材８によって、発光素子ホルダ９の載置部９３、９４、９５に付勢状態で載置させられている。しかも、この発光素子ホルダ９は金属によって形成されているため、半導体レーザチップ２３からの発熱が、リードフレーム２０側から載置部９３、９４、９５を通じて発光素子ホルダ９側へ放熱されるため、レーザ発光素子２での畜熱を抑制することができる。従って、フレームタイプのレーザ発光素子２であっても、特性変化の抑制、耐久性の向上、および小型化を図ることができる。

また、本形態において、付勢部材８は、ＳＵＳ材からなる薄板により形成されているので、同じ厚さで樹脂により形成した場合と比較して、ばね定数を大きく設定できる。故に、同じばね定数であれば付勢部材８を薄型に形成することができるので、この付勢部材８を装置に組み込むことによって装置の小型が図れる。しかも、金属は樹脂に比べ熱伝導度が高いので、半導体レーザチップ２３からの発熱を放熱することができる。

さらに、本形態において、リードフレーム２０は、半導体レーザチップ２３が搭載された側の反対側の面であって、半導体レーザチップ２３の真下が載置部９３に載置されているので、半導体レーザチップ２３からの発熱を効率良く発光素子ホルダ９に放熱することができる。

さらにまた、本形態において、付勢部材８は、連結部８１の両端部から互いに同方向に折曲した一対の折曲部８２、８３を有し、折曲部８２がレーザ発光素子２に係合するとともに折曲部８３が発光素子ホルダ９の係合面９７に係合されている。特に、係合面９７は、載置部９３に対してレーザ発光素子２の反対側で載置部９３と略平行な平面であって、且つレーザ発光素子２を一対の折曲部８２、８３により挟持可能な位置に形成されているので、一対の折曲部８２、８３の間に発光素子ホルダ９を挟持することにより、載置部９３、９４、９５にリードフレーム２０を付勢状態で載置させることができる。故に、特別な固定部材を用いることなく付勢部材８を発光素子ホルダ９に固定することができる。

また、本形態において、フレーム９は、載置部９３、９４、９５にリードフレーム２０を載置するため半導体レーザチップ２３から出射される出射光の光軸に直交する方向が切り欠かれた切り欠き部９２を有し、切り欠き部９２から半導体レーザチップ２３が露出するようにリードフレーム２０が載置部９３、９４、９５に載置されるとともに、レーザ発光素子２が保持された状態では、フレーム２１のレーザ光の出射方向が、貫通孔８１ａを除いて連結部８１によって閉鎖されるとともに、レーザ光の出射方向と直交する上方が第１折曲部８２によって閉鎖されている。故に、リードフレーム２０の載置部９３、９４、９５への載置作業を容易に行えるとともに、半導体レーザチップ２３がフレーム９から露出したレーザ発光素子であって、切り欠き部９２から半導体レーザチップ２３が露出するようにリードフレーム２０を載置部９３、９４、９５に載置しても、半導体レーザチップ２３が付勢部材８によって覆われているので、半導体レーザチップ２３の保護、特に防塵効果を得ることができる。

（その他の実施の形態）
上記の形態では、付勢部材がＳＵＳ材の薄板により形成されているが、必ずしも金属に限定されるものではなく、樹脂により形成してもよい。
また、上記の形態では、付勢部材８は、一対の折曲部８２、８３を、連結部８１の両端部から互いに同方向に折曲させているが、一対の折曲部８２、８３は、必ずしも同方向に折曲させる必要はない。すなわち、載置部９３、９４、９５にリードフレーム２０を付勢状態で載置可能であれば、一対の折曲部８２、８３を連結部８１の両端部からそれぞれ異なる方向へ折曲させてもよいし、特許文献１に示すように円弧状の板バネのように構成してもよい。

さらに、上記の形態では、リードフレーム２０の載置部９３、９４、９５への載置作業の容易性から、発光素子ホルダ９は、半導体レーザチップ２３から出射される出射光の光軸と直交する方向が切り欠かれていているが、リードフレーム２０を載置部９３、９４、９５へ載置可能であれば、発光素子ホルダ９の切り欠き方向は何れの方向であってもよい。

本発明が適用される光ヘッド装置の光学系を示す概略構成図である。 フレームタイプのレーザ発光素子を斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、発光素子ホルダを後方より斜め上方から見た斜視図および前方より斜め下方から見た斜視図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、フレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載した状態を後方より斜め上方から見た斜視図およびフレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載し、さらに付勢部材を装着した状態を後方より斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、フレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載した状態を前方より斜め上方から見た斜視図およびフレームタイプのレーザ発光素子を発光素子ホルダに搭載し、さらに付勢部材を装着した状態を前方より斜め上方から見た斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ、付勢部材の左側面図、底面図、正面図、および付勢部材を斜め上方から見た斜視図である。 図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す発光素子ホルダを光ヘッド装置のベースに取り付けた状態を斜め上方から見た斜視図である。

符号の説明

１ 光ヘッド装置
２ フレームタイプのレーザ発光素子
８ 付勢部材
９ 発光素子ホルダ
１０ ベース
２０ リードフレーム
２３ 半導体レーザチップ
８１ 連結部
８２、８３ 一対の折曲部
９２ 切り欠き部
９３ 第１載置部
９４、９５ 第２載置部
９７ 係合面（係合部）

Claims (8)

1. 半導体レーザチップがリードフレーム上に搭載されるとともに前記半導体レーザチップが外部に露出するように該半導体レーザチップの周辺を除いて樹脂によりモールドされたフレームタイプのレーザ発光素子が光学部品とともにベース上に搭載された光ヘッド装置において、
   前記レーザ発光素子は、金属によって形成された発光素子ホルダを介して前記ベースに搭載され、
   前記発光素子ホルダは、前記リードフレームを載置するための載置部を有し、該載置部に前記リードフレームを付勢状態で載置させる付勢部材を有することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 請求項１において、前記付勢部材は、金属製の薄板により形成されていることを特徴とする光ヘッド装置。
3. 請求項１または２において、前記リードフレームは、前記半導体レーザチップが搭載された側の反対側の面であって、前記半導体レーザチップの真下が前記載置部に載置されたことを特徴とする光ヘッド装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記付勢部材は、連結部の両端部から互いに同方向に折曲した一対の折曲部を有し、該折曲部の一方側が前記レーザ発光素子に係合するとともに前記折曲部の他方側が前記発光素子ホルダの係合部に係合することにより前記リードフレームを前記載置部に付勢したことを特徴とする光ヘッド装置。
5. 請求項４において、前記係合部は、前記載置部に対して前記レーザ発光素子の反対側で、且つ該レーザ発光素子を前記一対の折曲部により挟持可能な位置に配設されていることを特徴とする光ヘッド装置。
6. 請求項５において、前記係合部は、前記載置部と略平行な平面であることを特徴とする光ヘッド装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記発光素子ホルダは、前記載置部に前記リードフレームを載置するため前記半導体レーザチップから出射される出射光の光軸に直交する方向が切り欠かれた切り欠き部を有し、該切り欠き部から前記半導体レーザチップが露出するように前記リードフレームが前記載置部に載置されるとともに外部に露出した前記半導体チップの少なくとも一部が前記付勢部材によって覆われていることを特徴とする光ヘッド装置。
8. 請求項７において、前記出射光の出射方向を前方とすると、この前方および前記レーザチップの上方が前記連結部および前記折曲部の一方側により覆われていることを特徴とする光ヘッド装置。
   

Images