JP2011175698A - 光学ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ駆動回路とカバーの密着性を確保し、半導体レーザおよびレーザ駆動回路の温度を動作保証度以下に抑えて、安定した動作が可能な光学ヘッドを提供することである。
【解決手段】フレキシブルプリント基板は、レーザ駆動回路の実装部分からコネクタ部と反対方向に皮膜のみを延長した延長部を有し、延長部をレーザ駆動回路の実装面と反対側に湾曲させて溝の表面に押し当てることで達成される。また、延長部は先端近傍に折り目を有し、折り目より先を溝の脇に設けたスリットに挿入して固定するとよい。延長部の長さＬを、延長部の長さＬと補強板の幅Ｗとの商（Ｌ／Ｗ）と、筺体の溝の表面からカバーの内面までの距離Ｄからレーザ駆動回路の高さｈを引いた長さ（Ｄ−ｈ）の比（Ｌ／Ｗ）／（Ｄ−ｈ）が１.５以上，４.０以下の範囲となるようにするとよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光ディスクの記録層に記録された情報の再生または記録層に情報の記録を行うディスク装置が備える光学ヘッドに関する。

一般的な光学ヘッドは、主に光学系，対物レンズ駆動装置およびフレキシブルプリント基板の３つの要素で構成される。光学系は、光源となる半導体レーザから照射される光を対物レンズで絞り込んで光ディスクの情報をその反射光を利用して再生を行う、あるいは光ディスクの記録層にレーザ光のエネルギーを集中させて情報の記録を行う。対物レンズ駆動装置は、対物レンズをフォーカシング方向とトラッキング方向に駆動することで光ディスクの記録層に設けられたトラック上に焦点を合わせる。フレキシブルプリント基板は、対物レンズ駆動装置や光学系を外部の回路基板と電気的に接続する。半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路が、このフレキシブルプリント基板に面実装される。

このような光学ヘッドにおいて、半導体レーザやレーザ駆動回路は熱源でありながら耐熱性が低いため、これらの温度が動作保証温度を超えない熱設計が求められる。特に、高速記録に対応した発光パルス特性を得るために半導体レーザとレーザ駆動回路が近接して配置される場合には、他方からの熱の流入による温度上昇の影響にも配慮する必要がある。

これを解決するために、レーザ駆動回路（下記特許文献１のレーザダイオード駆動回路）がカバー（下記特許文献１の上面カバー）と熱的に接続され、半導体レーザ（下記特許文献１のレーザダイオード）の放熱手段となる筐体（下記特許文献１の光学ベース）とは間に空間を設けて熱的に遮断させた光学ヘッド（下記特許文献１の図３に示す例）が知られている。また、レーザ駆動回路の筐体との接触を避けるために、レーザ駆動回路周辺の筐体を削除して、レーザ駆動回路をコの字状に折り曲げたカバーで挟み込む構造が知られている（下記特許文献１の図９に示す例）。

特許第４１１８２９２号公報（図３，図９）

上記先行技術では、レーザ駆動回路およびそれを実装したフレキシブルプリント基板がレーザ駆動回路の下方において筐体と非接触に保持されているため、レーザ駆動回路の上方にカバーを被せる際、レーザ駆動回路には下方から押し上げる力が作用しないため、レーザ駆動回路とカバーの間に空隙ができたり、レーザ駆動回路がカバーに対して傾いたりして、レーザ駆動回路とカバーの密着性が失われる可能性がある。この密着性の喪失は、レーザ駆動回路とカバー間の熱抵抗を増加させてレーザ駆動回路自身の温度を上昇させるだけでなく、レーザ駆動回路とカバー間の熱抵抗の増加の結果、レーザ駆動回路から筐体を介して近傍に配置された半導体レーザへ流入する熱量も増加させるため半導体レーザの温度も上昇させてしまうという課題があった。一方、レーザ駆動回路の筐体との接触を避けるために、レーザ駆動回路周辺の筐体を削除して、レーザ駆動回路をコの字状に折り曲げたカバーで挟み込む構造の場合にはレーザ駆動回路からの熱の流入による半導体レーザの温度上昇の影響は軽減されるものの、筺体の削除は光学ヘッドの強度を低下させ、衝撃力や振動などの外乱が作用した際に筐体が変形しやすくなり、高精度に位置決めされている部品の位置がずれて光学特性を劣化させてしまうという課題があった。

本発明の目的は、外乱に対する部品の位置ずれを抑制するための筐体の強度を確保しつつ、レーザ駆動回路とカバーの密着性を確保し、半導体レーザおよびレーザ駆動回路の温度を動作保証度以下に抑えて、安定した動作が可能な光学ヘッドを提供することである。

上記目的を達成する本発明の一つの特徴は、フレキシブルプリント基板が、レーザ駆動回路の実装部分からコネクタ部と反対方向に前記フレキシブルプリント基板の熱伝導率が配線部より小さな部分（例えば皮膜のみ）を延長した延長部を有し、延長部をレーザ駆動回路の実装面と反対側に湾曲させて筐体（例えば、レーザ駆動回路が収納される筐体の溝部分）の表面に接する部分を有することである。

また、本発明の他の特徴は、延長部は先端近傍に折り目を有し、折り目より先を溝の脇に設けたスリットに挿入して固定することである。

さらに、本発明のその他の特徴は、延長部の長さＬを、延長部の長さＬと補強板の幅Ｗとの商（Ｌ／Ｗ）と、筺体の溝の表面からカバーの内面までの距離Ｄからレーザ駆動回路の高さｈを引いた長さ（Ｄ−ｈ）の比（Ｌ／Ｗ）／（Ｄ−ｈ）が１.５以上，４.０以下の範囲となるようにすることである。

本発明によれば、レーザ駆動回路をカバーに密着させられるので、レーザ駆動回路とカバー間の熱抵抗を低減し、その結果として、レーザ駆動回路から筐体を介して半導体レーザへ流入する熱量も低減する。レーザ駆動回路とカバー間の熱抵抗の低減は、レーザ駆動回路の温度を動作保証温度以下に抑えて、レーザ駆動回路の誤動作が生じない安定した動作を行える光学ヘッドの提供を可能にする。また、レーザ駆動回路から半導体レーザへ流入する熱量の低減は、半導体レーザの温度上昇を、延いては半導体レーザの出力の低下を抑えて、光ディスクへの高速記録に対応した光学ヘッドの提供を可能にする。

本発明に係る光学ヘッドの概略を示す上面図である。 本発明に係る光学ヘッドに関する、フレキシブルプリント基板のレーザ駆動回路の実装部から延長した延長部を示す上面図である。 本発明に係る光学ヘッドに関する、レーザ駆動回路とカバーの密着構造を示す図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る光学ヘッドに関して、（ａ）レーザ駆動回路とカバーの相対傾きの定義を示す図と、（ｂ）フレキシブルプリント基板の延長部の長さの、筺体の溝の表面からカバーの内面までの距離とレーザ駆動回路の高さの差に対する比と、レーザ駆動回路とカバーの相対傾きとの関係を示す図である。 本発明の光ヘッドを適用したディスク装置の分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施例である光学ヘッド６を簡略化して示す上面図である。同図において、対物レンズ６４が図示されていない光ディスクへ近づく方向（図面紙面に対して垂直上方）を上、遠ざかる方向（図面紙面に対して垂直下方）を下と定義する。

光学ヘッド６は、前述のとおり、主に光学系と対物レンズ駆動装置、およびフレキシブルプリント基板６５から構成される。光学系は、半導体レーザ６１と、レーザ光を光ディスクの記録層上に焦点を合わせるためのレンズやミラーと、光ディスクからの反射光の変化を電気信号に変換する光検出器６３から構成される。対物レンズ駆動装置は、光ディスクに設けられたトラック上に焦点を合わせて正確に情報を再生，記録するために、対物レンズ６４の位置を移動する機構である。フレキシブルプリント基板６５は該対物レンズ駆動装置や光学系を制御回路と電気的に接続するための基板で、複数導体パターン６５ｐ（図２と図３参照。）が形成され、該半導体レーザ６１の出力を調整するレーザ駆動回路６２などの電子部品が実装されている。これらの部品は筺体６０に固定，保持される。筺体６０には、アルミニウム合金，亜鉛合金，マグネシウム合金などを原料としたダイカストや、ポリフェニレンサルファイドを基材としたプラスティックが主に用いられる。そして筐体６０の表面には、フレキシブルプリント基板６５の浮き防止と、レーザ駆動回路６２の冷却の役割を兼ねた、銅合金やステンレス鋼などを原料としたカバー６６が被せられる。

光学ヘッド６に搭載されている部品のうち、記録または再生時に発熱する部品として、
半導体レーザ６１やレーザ駆動回路６２などがある。半導体レーザ６１で発生した熱は主に放熱剤を介して筐体６０へ伝熱し、筐体の表面や軸受から周囲へ放熱される。レーザ駆動回路６２で発生した熱は主にカバーへ伝熱しカバー６６の表面から周囲へ放熱される。

特にレーザ駆動回路６２の発熱量は光学ヘッド６内で発生する全発熱量の４割強を占めるほど大きいため、レーザ駆動回路６２とカバー６６の接触面積が減少したり、レーザ駆動回路６２と筐体６０が接触すると、レーザ駆動回路６２とカバー６６間の熱抵抗が大きくなってレーザ駆動回路６２自身の温度を上昇させたり、レーザ駆動回路６２から筐体６０を介して近傍に配置された半導体レーザ６１へ流入する熱量が増加して半導体レーザ６１の温度を上昇させたりする。したがって、レーザ駆動回路６２をカバー６６へ密着させると同時に筐体６０とは非接触に保つための構造が重要となる。

これを実現する具体的な構造について図２と図３を用いて説明する。

図２は本発明実施例に係る光学ヘッドに関するフレキシブルプリント基板６５の、レーザ駆動回路６２の実装部を拡大して示す上面図、図３は本発明実施例に係る光学ヘッドに関するレーザ駆動回路６２とカバー６６の密着構造を示す図１におけるＡ−Ａ断面図である。

レーザ駆動回路６２の実装部の表面には、端子との接合点を除き、絶縁性を確保するためのポリイミド樹脂の皮膜６５ｒが施され、またレーザ駆動回路６２の実装面の裏にははんだの剥離防止のための補強板６５ａが貼り付けられている。フレキシブルプリント基板６５は、絶縁性を確保するためのポリイミド樹脂の皮膜６５ｒの部分と、回路配線となる配線部を有している。そして、絶縁性を確保するためのポリイミド樹脂の皮膜６５ｒの部分は、前記フレキシブルプリント基板の熱伝導率が配線部より小さな部分である。

本実施例では、フレキシブルプリント基板６５が補強板６５ａのコネクタ端子部６５ｃと反対側の端辺から、皮膜６５ｒのみを延長した延長部６５ｅを有することを第１の特徴とする。このように延長部６５ｅを熱伝導率の小さな皮膜６５ｒのみで構成するのは、後述するように延長部６５ｅが筐体６０と接触してもレーザ駆動回路６２から筐体６０への熱の流入量を抑制するためである。

本実施例では、レーザ駆動回路６２を収納するために筐体６０に設けた溝６０ｃの脇にスリット６０ｓを開けたことを第２の特徴とする。このスリット６０ｓを利用して次のように延長部６５ｅを筐体６０に取り付ける。まず延長部６５ｅの先端近傍を上側（谷折り）に折って折り目６５ｂをつけ、延長部６５ｅ全体を下側に湾曲させる。次に折り目６５ｂから先をスリット６０ｓに挿入する。最後に筐体６０の上からカバー６６を被せる。この状態で、上方からはカバー６６の内面でレーザ駆動回路６２のパッケージ表面が、下方からは溝６０ｃの表面でフレキシブルプリント基板の延長部６５ｅが、それぞれ押圧され、延長部６５ｅが作る湾曲部の曲率が縮められる。その結果、延長部６５ｅの湾曲部が広がろうとする力の作用により、レーザ駆動回路６２はカバー６６に押し当てられると同時に、逆に、筐体６０の溝６０ｃの表面からは浮き上がり、レーザ駆動回路６２と筐体６０を非接触に保つ。また、本実施例では延長部６５ｅの先端の折り目６５ｂから先をスリット６０ｓに挿入して抜けないように固定しているため、カバー６６を取り付ける際に、延長部６５ｅと溝６０ｃの接触面で滑りが生じても湾曲形状が解かれることなく、レーザ駆動回路６２とレキシブルプリント基板の延長部６５ｅをカバー６６の内面と溝６０ｃの表面で挟むことができる。これにより、延長部６５ｅの湾曲が広がろうとする力を常に作用させられるため、より確実にレーザ駆動回路６２をカバー６６に押し当てることが可能となる。

また、本実施例においては、レーザ駆動回路６２を収納するために筐体６０に溝６０ｃとスリット６０ｓのみを設けるにとどめることで、筺体６０の強度低下を防止してある。これにより、衝撃力や振動などの外乱が作用した際でも、筐体６０の変形が抑えられるので、レーザ駆動回路６２の近傍に配置されている半導体レーザ６１をはじめ高精度に位置決めされて筺体６０に保持されている部品の位置がずれを生じることなく、光学特性の劣化の防止との両立が図れる。

次に、実施例２として、図４を用いてレーザ駆動回路６２のカバー６６への密着性を高めるための延長部６５ｅの詳細形状について説明する。図４の（ａ）は、本発明に係る光学ヘッド６に関してレーザ駆動回路６２とカバー６６の相対傾きθの定義を示す図で、図４の（ｂ）は、図２と図４の（ａ）で定義したフレキシブルプリント基板６５の延長部６５ｅの長さＬ（補強板６５ａのコネクタ端子部６５ｃとは反対側の端辺から延長部６５ｅの先端近傍に設けた折り目６５ｂまでの長さ）と補強板６５の幅Ｗの商（Ｌ／Ｗ）の、溝６０ｃの表面からカバー６６の内面までの距離Ｄとレーザ駆動回路６２の高さｈの差（Ｄ−ｈ）に対する比（Ｌ／Ｗ）／（Ｄ−ｈ）と、レーザ駆動回路６２とカバー６６の相対傾きθとの関係の計算結果を示す図である。同図の上方には２本の破線で分割した３つの範囲における延長部６５ｅの変形を簡易的に示した変形図も併記してある。本実施例では、レーザ駆動回路６２とカバー６６が密着、すなわちレーザ駆動回路６２とカバー６６の相対傾きθを抑制するために、延長部６５ｅの長さＬを、延長部６５ｅの長さＬと補強板の幅Ｗとの商（Ｌ／Ｗ）と、筺体の溝６０ｃの表面からカバー６６の内面までの距離Ｄからレーザ駆動回路６２の高さｈを引いた長さ（Ｄ−ｈ）の比（Ｌ／Ｗ）／（Ｄ−ｈ）が１.５以上，４.０以下の範囲にあるとしたことを第３の特徴とする。この範囲は図中で破線を用いて挟んだ部分である。この範囲において、上方からはカバー６６の内面でレーザ駆動回路６２のパッケージ表面が、下方からは溝６０ｃの表面でフレキシブルプリント基板６５の延長部６５ｅが、それぞれ押圧される。つまり延長部６５ｅが上下から挟まれて湾曲の曲率半径が小さくなり、レーザ駆動回路６２を上方へ押し上げる力が生じるため、レーザ駆動回路６２とカバー６６を密着させることができる。

これに対して図中の破線で挟まれた範囲の左側にあたる延長部６５ｅの長さＬが短すぎる、あるいは筺体６０の溝６０ｃの表面からカバー６６の内面までの距離Ｄが遠すぎる場合は、延長部６５ｅを下方に湾曲させたときにできるレーザ駆動回路６２の傾きを補正しきれず、カバー６６に対して傾きが残る恐れがある。逆に、図中の破線で挟まれた範囲の右側にあたる延長部の６５ｅ長さＬが長すぎる、あるいは筺体６０の溝６０ｃの表面からカバー６６の内面までの距離Ｄが近すぎる場合は、延長部６５ｅの途中で座屈が生じて、カバー６６に対して傾きが生じてしまう恐れがある。このように上記の範囲外ではレーザ駆動回路６２はカバー６６と密着できない恐れがある。

以上、本発明実施例によれば、レーザ駆動回路６２をカバー６６に密着させられるので、レーザ駆動回路６２とカバー６６間の熱抵抗を低減し、その結果、レーザ駆動回路６２から筐体６０を介して半導体レーザ６１へ流入する熱量を低減する。レーザ駆動回路６２とカバー６６間の熱抵抗の低減は、レーザ駆動回路６２の温度を動作保証温度以下に抑えて、レーザ駆動回路６２の誤動作が生じない安定した動作を行える光学ヘッド６の提供を可能にする。また、レーザ駆動回路６２から筐体６０を介して半導体レーザ６１へ流入する熱量の低減は、半導体レーザ６１の温度上昇を、延いては半導体レーザ６１の出力の低下を抑えて、光ディスクへの高速記録に対応した光学ヘッド６の提供を可能にする。

なお、本実施例では、レーザ駆動回路６２とカバー６６を直接密着させてあるが、レーザ駆動回路６２とカバー６６の間に放熱剤などの樹脂または伝熱グリースを介在させてもよい。また、放熱剤として接着性又は粘着性があるものを使用する場合は、本発明実施例の態様を併用することにより押圧力が追加されるのでより信頼性を高めることができる。さらに、この場合、実施例２で述べた密着性を高めるための数値範囲以外でも要求される放熱性および信頼性を保つことができる。

次に、本発明の光ヘッドを適用したディスク装置に関する実施例３を説明する。図５は本発明の光ヘッド６を適用したディスク装置１の分解斜視図である。図５において、ディスク装置１は、主にボトムケース１０と、情報の記録媒体であるディスクを装置内へ搬入または装置外へ搬出するためのディスクトレイ４と、ディスク装置内に搭載された電子部品の駆動制御および信号処理を行う半導体部品が搭載された回路基板９などから構成される。ボトムケース１０の上面と前面には、それぞれトップケース２，フロントパネル３が設けられ、ボトムケース１０の前記上面および前面を覆っている。

前記ディスクトレイ４には、ユニット化された機構部（以下、ユニットメカと称す）６が取付けられ、その下面はアンダーカバー８で覆われている。ユニットメカ６には、ディスクを回転させるためのスピンドルモータ５と、光ヘッド６と、光ヘッド６を図示しない案内軸に沿ってディスクの半径方向に移動させるための光学ヘッド送り機構などが搭載されている。本発明の光ヘッド６を使用しているので、ディスクへの情報の記録、あるいはディスクの情報の再生を高速に行うことができる。

以上の実施例では、前記フレキシブルプリント基板を延長した延長部を用いるので、高速記録に対応できる放熱構造を達成するのに、部品点数の増加や加工工数の増加を抑制できるという民生用製品として重要かつ顕著な効果がある。

なお、本明細書で使用する「光学ヘッド」という用語は、「光ピックアップ」とも称する場合がある。

６ 光学ヘッド
６０ 筺体
６０ｓ スリット
６０ｃ 溝
６１ 半導体レーザ
６２ レーザ駆動回路
６３ 光検出器
６４ 対物レンズ
６５ フレキシブルプリント基板
６５ｅ 延長部
６５ｃ コネクタ部
６５ｐ 導体パターン
６５ｒ 皮膜
６５ａ 補強板
６５ｂ 折り目
６６ カバー
ｈ レーザ駆動回路の高さ
Ｌ 延長部の長さ
Ｄ 筺体の溝の表面からカバーの内面までの距離
Ｗ 補強板の幅
θ レーザ駆動回路とカバーの相対傾き

Claims (4)

1. 光ディスクの情報の再生あるいは記録をするためのレーザ光を射出する半導体レーザと、前記半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、前記半導体レーザとレーザ駆動回路を外部の回路基板と電気的に接続するコネクタ部を備え、前記レーザ駆動回路の実装面の裏面に補強板を貼り付けたフレキシブルプリント基板と、を筺体に搭載し、前記レーザ駆動回路は前記筐体に設けられた溝内に収納され、前記筺体の表面を金属製のカバーで覆った光学ヘッドにおいて、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記レーザ駆動回路の実装部分から前記コネクタ部と反対方向に、前記フレキシブルプリント基板の熱伝導率が配線部より小さな部分を延長した延長部を有し、前記延長部を前記レーザ駆動回路の実装面と反対側に湾曲させて前記溝の表面に接する部分を有することを特徴とする光学ヘッド。
2. 前記延長部は先端近傍に折り目を有し、前記折り目より先を前記溝の脇に設けたスリットに挿入して固定したことを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。
3. 前記延長部の長さＬは、前記延長部の長さＬと前記補強板の幅Ｗとの商（Ｌ／Ｗ）と、前記筺体の溝の表面から前記カバーの内面までの距離Ｄから前記レーザ駆動回路の高さｈを引いた長さ（Ｄ−ｈ）の比（Ｌ／Ｗ）／（Ｄ−ｈ）が１.５以上，４.０以下の範囲となるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学ヘッド。
4. 前記延長部は、前記フレキシブルプリント基板の皮膜のみを延長した延長部であることを特徴とする請求項１に記載の光学ヘッド。

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