JP3798483B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばディスク状の記録媒体に対して光学的に情報の記録または再生を行なうための光ヘッド装置等に使用される半導体レーザ装置に係り、特にその駆動時の発熱による温度上昇を抑制するための放熱構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、首記の如き光ヘッド装置を搭載した光学式ディスクドライブ装置として、現在では、例えばCD(Compact Disk)プレーヤ、CD−ROM(Read Only Memory)プレーヤ、LD(Laser Disk)プレーヤ及びDVD(Didital Video Disk)プレーヤ等が、主流となっている。
【0003】
図11は、この種の光学式ディスクドライブ装置に使用される光ヘッド装置11の光学系の詳細を示している。すなわち、この光ヘッド装置11は、回転駆動される光ディスク12の信号記録面に対向して設置されており、光源として半導体レーザ11aを備えている。
【0004】
そして、光ディスク12への情報の記録時には、半導体レーザ11aから照射されたレーザ光が、回折格子11b,光軸分離用の光学素子11c,立ち上げミラー11d,収差補正用の光学素子11e及び対物レンズ11fを介して、光ディスク12の信号記録面上に集光されることにより、光ディスク12に対して情報の記録が行なわれる。
【0005】
また、光ディスク12からの情報の再生時には、上記のようにして光ディスク12の信号記録面上に照射され反射されたレーザ光が、対物レンズ11f,光学素子11e,ミラー11d及び光学素子11cを介して信号検出器11gに受光され、電気的信号に変換されることにより、光ディスク12に記録された情報の再生が行なわれる。
【0006】
ここで、上記半導体レーザ11a及び信号検出器11gは、図12に示すように、例えば銅等のような熱伝導性の高い材料で構成されたヒートシンク13に接合されている。また、このヒートシンク13には、半導体レーザ11aから照射されるレーザ光を検出するための光検出器11hも接合されている。
【0007】
このヒートシンク13は、略円盤状に形成されたステム14の中央部に接合されている。また、上記半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11hは、ステム14の周縁部にガラスハーメされた複数のピン15,15,……にワイヤーボンディングされており、この複数のピン15,15,……を介して外部との電気的接続が行なえるようになされている。
【0008】
そして、上記した半導体レーザ11a,信号検出器11g,光検出器11h,ヒートシンク13,ステム14及び複数のピン15,15,……が、IOU(Integrated Optical Unit )と称される、放熱構造を有する半導体レーザユニット17として一体化され、図示しないヘッド筐体内に組み込まれることになる。
【0009】
ところで、上記した半導体レーザ11aに対する放熱構造では、複数のピン15,15,……をステム14に対して絶縁して設置する必要がある。そして、この複数のピン15,15,……とステム14とを絶縁するために、従来では、図13に示すように、ピン15をガラス16によってステム14から浮かせるように構成している。
【0010】
しかしながら、このような構成の従来の放熱手段では、ヒートシンク13とステム14とを同じ材料で形成した場合、ガラス16との熱膨張率の違いにより、変形等の不都合が生じるという問題がある。また、上記半導体レーザ11aの発熱に対して、ヒートシンク13とステム14との間に熱抵抗が発生するため、良好な熱伝導が得られず放熱が妨げられるという問題も生じている。
【0011】
さらに、従来の放熱手段では、上記半導体レーザユニット17をヘッド筐体内に組み込む際に、同じヘッド筐体内に支持される回折格子11b,光学素子11c,ミラー11d,光学素子11e及び対物レンズ11f等の各種の光学部品に対して、光軸を一致させるための位置決め調整を行なう必要があり、組み立て作業性が悪いという不都合もある。
【0012】
なお、従来の光ヘッド装置としては、図14に示すように、上記半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11h7をセラミックパッケージ18に取り付け、このセラミックパッケージ18をヘッド筐体に取着する構成のものもある。
【0013】
そして、このような構成の光ヘッド装置の場合にも、セラミックパッケージ18をヘッド筐体内に組み込む際に、同じヘッド筐体内に支持された各種の光学部品に対して位置決め調整を行なう必要があり、組み立て作業性が悪くなるという上記した不都合が生じることになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、半導体レーザに対する従来の放熱手段では、ヒートシンクとステムとが別部材であるため、接合部の熱抵抗により放熱が妨げられるとともに、製造工程において細かな位置決め作業が必要で、組み立て作業性が悪いという問題を有している。
【0015】
この発明は上記事情を考慮してなされたもので、効率的で高い放熱効果を得ることができるとともに、半導体レーザの光学部品に対する位置決めを高精度でしかも容易に行なうことができる極めて良好な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザが設けられる本体部とこの本体部に一体的に形成されたフランジ部とを有するヒートシンクを備えるとともに、このヒートシンクの本体部が挿通される挿通孔と半導体レーザに接続される配線パターンとが形成された基板を備え、基板の挿通孔に、ヒートシンクの本体部を挿通し、フランジ部を基板に取着するように構成している。
【0017】
上記のような構成によれば、ヒートシンクのフランジ部が完全に露出した状態となるので、例えばヘッド筐体内等に設置した際に、フランジ部を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることにより、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【0018】
また、この発明に係る半導体レーザ装置は、上記の構成において、ヒートシンクに筐体への取付部を設け、この取付部を半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように、筐体に支持させるようにしている。このため、半導体レーザは、ヘッド筐体内に支持される各種の光学部品に対して、その光軸を一致させるための位置決めが高精度でしかも容易に行なわれるようになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第1の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、図1は、半導体レーザユニット19を示している。この半導体レーザユニット19は、セラミック基板20の表面となる図中上面に、前述した半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11hがそれぞれ接合された、ヒートシンク21を突設している。
【0020】
また、このセラミック基板20の表面には、半導体レーザ11a(例えばレーザダイオード等でなる)を駆動するための発振用IC(Integrated Circuit)22や、信号検出器11g及び光検出器11h(いずれも例えばフォトダイオード等でなる)から得られる電気的信号を、電流/電圧変換するためのI/V変換増幅用IC23及びチップコンデンサ24等の各種電子部品が搭載されている。
【0021】
さらに、上記セラミック基板20の表面には、ヒートシンク21に接合された半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11h等の各種の電子素子や、発振用IC22,I/V変換増幅用IC23及びチップコンデンサ24等の各種の電子部品に対して、それらの相互間の電気的接続を行なうための配線パターン25が形成されている。
【0022】
ここで、図2は、上記セラミック基板20とヒートシンク21との取り付けを示している。すなわち、ヒートシンク21は、上記半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11h等がそれぞれ接合される本体部21aと、この本体部21aの図中下部に一体的に形成されるフランジ部21bとを備えた構造となっている。
【0023】
また、上記セラミック基板20には、その略中央部に、ヒートシンク21の本体部21aが挿通される挿通孔20aが形成されている。そして、ヒートシンク21の本体部21aを、セラミック基板20の裏面となる図中下面側から、つまり、発振用IC22,I/V変換増幅用IC23,チップコンデンサ24及び配線パターン25等が設けられていない面側から、挿通孔20aに挿通させる。
【0024】
その後、ヒートシンク21のフランジ部21bを、セラミック基板20の裏面にろう付けして固定する。これにより、ヒートシンク21は、図1に示したように、その本体部21aがセラミック基板20の表面側に突出されるようにして、セラミック基板20に取着されることになる。このとき、セラミット基板20上の配線と、ヒートシンク21とは、特別な位置決めや処理を供なうことなく、絶縁されている。
【0025】
なお、上記セラミック基板20の表面側に設置される、半導体レーザ11a,信号検出器11g,光検出器11h,発振用IC22,I/V変換増幅用IC23及びチップコンデンサ24等の各種の電子素子や電子部品は、窒素雰囲気中に図示しない金属円筒によって一体的に封止される構成とすることによって、シールド効果を得られるようになされている。
【0026】
上記した第1の実施の形態のような構成によれば、ヒートシンク21のフランジ部21bの底面が完全に露出しているので、半導体レーザユニット19を図示しないヘッド筐体内に設置した際に、フランジ部21bの底面を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることにより、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【0027】
また、同一セラミック基板20上に、ヒートシンク21を介して、半導体レーザ11a,信号検出器11g及び光検出器11h等の各種の電子素子を設置するとともに、発振用IC22,I/V変換増幅用IC23及びチップコンデンサ24等の各種の電子部品を、それぞれ設置するようにしている。
【0028】
このため、半導体レーザ11aとそれを駆動する発振用IC22とが近接して設置されるので、発振用IC22が伝送経路による高周波損失なく半導体レーザ11aを駆動することができる。また、信号検出器11g及び光検出器11hとI/V変換増幅用IC23とも近接して設置されるので、やはり伝送経路による信号損失を低減することができる。
【0029】
次に、図3は、この発明の第2の実施の形態を示すもので、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、上記セラミック基板20には、その裏面に沿って取付用フランジ部21cが設置されている。この取付用フランジ部21cは、その両端部が、セラミック基板20の長手方向の両端部からはみだすような長さに設定されている。
【0030】
ここで、この取付用フランジ部21cは、図4に示すように、ヒートシンク21のフランジ部21bの底面に一体的に形成されているものである。また、この取付用フランジ部21cの長手方向の両端部には、後述するヘッド筐体への取り付けに利用される、位置決め用の透孔21c1,21c2がそれぞれ形成されている。
【0031】
そして、前述したように、ヒートシンク21の本体部21aをセラミック基板20の挿通孔20aに挿通し、フランジ部21bをセラミック基板20にろう付けして、ヒートシンク21をセラミック基板20に取着することによって、図5に示されるように、取付用フランジ部21cがセラミック基板20と一体化されることになる。
【0032】
上記のように構成された半導体レーザユニット19は、図6に示すように、ヘッド筐体に取り付けられている。すなわち、ヘッド筐体には、上記取付用フランジ部21cの長手方向の両端部に対応する位置に、台座部26a,26bがそれぞれ形成されている。これら台座部26a,26bには、位置決め用のピン26a1,26b1がそれぞれ突設されている。
【0033】
そして、上記取付用フランジ部21cの両端部に形成された透孔21c1,21c2に、台座部26a,26bのピン26a1,26b1をそれぞれ挿通させた状態で、取付用フランジ部21cの両端部を台座部26a,26bに接着またはねじ27a,27bにより螺着することによって、半導体レーザユニット19がヘッド筐体内に取り付けられるようになる。
【0034】
上記した第2の実施の形態のような構成によれば、半導体レーザユニット19をヘッド筐体内に設置した際に、第1の実施の形態と同様に、取付用フランジ部21cの底面を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることによって、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【0035】
また、半導体レーザユニット19は、その取付用フランジ部21cの透孔21c1,21c2に、台座部26a,26bのピン26a1,26b1をそれぞれ挿通させることによって、同じヘッド筐体内に支持される各種の光学部品に対して、光軸を一致させるための位置決めが行なわれるので、半導体レーザユニット19の位置決めが高精度でしかも容易に行なわれることになる。
【0036】
次に、図7は、この発明の第3の実施の形態を示すもので、第2の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、上記取付用フランジ部21cの底面には、半導体レーザ11aの発光点に対応する仮想中心点O1が設定される。
【0037】
この仮想中心点O1は、半導体レーザユニット19がヘッド筐体内に取り付けられた状態で、同じヘッド筐体内に支持された図示しない各種の光学部品の光軸に対応した仮想中心点O2と一致されるように設定されている。そして、取付用フランジ部21cの長手方向の一方の端面は、仮想中心点O1から半径R1の円弧状に形成されている。
【0038】
また、ヘッド筐体内には、この半径R1の円弧状に形成された端面をガイドするガイド部28aが形成されている。さらに、取付用フランジ部21cの長手方向の他方の端面は、仮想中心点O1から半径R2の円弧状に形成されている。そして、ヘッド筐体内には、この半径R2の円弧状に形成された端面をガイドするガイド部28bが形成されている。
【0039】
このため、上記半導体レーザユニット19は、ヘッド筐体内に取り付けられる際に、取付用フランジ部21cの長手方向の両端面がそれぞれガイド部28a,28bによって、仮想中心点O1を中心に回動するようにガイドされるので、半導体レーザ11aの光学部品に対する位置を決めるための微調整を行なうことができるようになる。
【0040】
次に、図8(a),(b)は、この発明の第4の実施の形態を示すもので、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、ヒートシンク21のフランジ部21bの底面で、半導体レーザ11aの発光点に対応する部分に、略円筒形状の凹部21dを形成している。
【0041】
また、略平板状の取付板29が用意されている。この取付板29は、その両端部がヘッド筐体に支持されることにより固定されている。そして、この取付板29の略中央部には、ヒートシンク21の凹部21dに遊挿される略円柱形状の突部29aが形成されている。
【0042】
このため、ヘッド筐体内に固定された取付板29の突部29aに、ヒートシンク21の凹部21dを遊挿させることにより、半導体レーザユニット19が取付板29の平面に沿って回動される。これにより、半導体レーザ11aの、ヘッド筐体内に支持された各種の光学部品に対する位置を決めるための微調整を行なうことができるようになる。
【0043】
この場合、半導体レーザ11aの回動中心部上である、半導体レーザ11aが出射するレーザ光の光軸延長線上のヒートシンク21の一部に、凹部21dによる回動基準部を設けるようにしたので、同じ形状精度で図7のように周縁部に回動基準を設ける場合に比して、部材の形状精度による軸ずれを緩和することができ、回動の精度を手軽に向上させることができる。また、回動基準の構造を小形化することもできる。
【0044】
次に、図9は、この発明の第5の実施の形態を示している。すなわち、セラミック基板30には、ヒートシンク31が取り付けられている。このヒートシンク31は、前記半導体レーザ11a等の電子素子が接合される本体部31aと、この本体部31aの一方面から突出して、セラミック基板30の中央部に形成された透孔30aを挿通する脚部31bとを備えた構造となっている。
【0045】
そして、このヒートシンク31は、その脚部31bがセラミック基板30の透孔30aを挿通した状態で、その本体部31aがセラミック基板32にろう付けされて固定されている。また、ヒートシンク31の脚部31bの中央部には、略円柱形状の突部31cが形成されている。
【0046】
ここで、図9において、符号32はヘッド筐体である。このヘッド筐体32には、その一端部に、ヒートシンク31の脚部31bに対向する台座32aが形成されており、この台座32aの略中央部には、ヒートシンク31の突部31cが遊挿される挿通孔32bが形成されている。
【0047】
そして、ヒートシンク31の突部31cをヘッド筐体32の挿通孔32bに挿通させ、ヒートシンク31の脚部31bをヘッド筐体32の台座32aに接触させた状態で、セラミック基板30に対して、脚部31bを台座32aに圧接させる付勢力が、板ばね33によって与えられている。
【0048】
このような構成によれば、まず、ヒートシンク31の脚部31bが、板ばね33によってヘッド筐体32の台座32aに圧接されるため、脚部31bと台座32aとの間の熱抵抗が低くなり、効率的で高い放熱効果を得ることができる。また、突部31cを中心としてヒートシンク31を回転させることにより、半導体レーザ11aのヘッド筐体32内における位置調整を行なうことができるが、圧接されているので位置を決めた後にぐらついてずれることがない。
【0049】
次に、図10は、この発明の第6の実施の形態を示している。すなわち、セラミック基板34には、その透孔34aに裏面側からヒートシンク35の本体部35aが挿通され、フランジ部35bがろう付けされている。なお、セラミック基板34の表面側に突出したヒートシンク35の本体部35aは、セラミック基板34に取着されたケース34bによって覆われ、図示しない金属円筒により窒素封止されている。
【0050】
ここで、上記ヒートシンク35のフランジ部35bの底面は、冷却素子であるペルチェ素子36の一方のプレート36aに接触されている。また、このペルチェ素子36の他方のプレート36bは、ヘッド筐体37に形成された台座37aに接触されている。
【0051】
そして、プレート36bの中央部には、略円柱形状の突部36cが形成され、台座37aには、突部36cが遊挿される挿通孔37bが形成されている。このプレート36bの突部36cを台座37aの挿通孔37bに挿通させた状態で、プレート36bが台座37aに圧接されるように、セラミック基板34に付勢力が与えられている。
【0052】
このような構成によれば、まず、ペルチェ素子36に一定電流を流すことにより、ヒートシンク35からヘッド筐体37への熱伝達が良好に行なえるようになるので、効率的で高い放熱効果を得ることができる。また、突部36cを中心としてヒートシンク35を回転させることにより、半導体レーザ11aのヘッド筐体37内における位置調整を行なうことができる。
なお、この発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0053】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、効率的で高い放熱効果を得ることができるとともに、半導体レーザの光学部品に対する位置決めを高精度でしかも容易に行なうことができる極めて良好な半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る半導体レーザ装置の第1の実施の形態を示す斜視図。
【図2】同第1の実施の形態における半導体レーザユニットを示す分解斜視図。
【図3】この発明の第2の実施の形態を示す斜視図。
【図4】同第2の実施の形態における半導体レーザユニットを示す分解斜視図。
【図5】同半導体レーザユニットの詳細な構成を示す側面図。
【図6】同半導体レーザユニットのヘッド筐体への取付手段を示す分解斜視図。
【図7】この発明の第3の実施の形態を示す分解斜視図。
【図8】この発明の第4の実施の形態を示す構成図。
【図9】この発明の第5の実施の形態を示す側断面図。
【図10】この発明の第6の実施の形態を示す側断面図。
【図11】光ヘッド装置の詳細を示す構成図。
【図12】同光ヘッド装置における従来の放熱手段を示す斜視図。
【図13】同従来の放熱手段の詳細な構成を示す側断面図。
【図14】光ヘッド装置の他の例を示す平面図。
【符号の説明】
11…光ヘッド装置、
12…光ディスク、
13…ヒートシンク、
14…ステム、
15…ピン、
16…ガラス、
17…半導体レーザユニット、
18…セラミックパッケージ、
19…半導体レーザユニット、
20…セラミック基板、
21…ヒートシンク、
22…発振用IC、
23…I/V変換増幅用IC、
24…チップコンデンサ、
25…配線パターン、
26a,26b…台座部、
27a,27b…ねじ、
28a,28b…ガイド部、
29…取付板、
30…セラミック基板、
31…ヒートシンク、
32…ヘッド筐体、
33…板ばね、
34…セラミック基板、
35…ヒートシンク、
36…ペルチェ素子、
37…ヘッド筐体。
Claims (9)
- 半導体レーザが設けられる本体部とこの本体部に一体的に形成されたフランジ部とを有するヒートシンクを備えるとともに、このヒートシンクの本体部が挿通される挿通孔と前記半導体レーザに接続される配線パターンとが形成された基板を備え、前記基板の挿通孔に、前記ヒートシンクの本体部を挿通し、前記フランジ部を前記基板に取着するように構成してなることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 前記ヒートシンクには、筐体に支持される取付用フランジ部が設けられることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記取付用フランジ部は、前記半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように、前記筐体に支持されることを特徴とする請求項2記載の半導体レーザ装置。
- 前記ヒートシンクは、筐体に固定された取付板に対して、前記半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように支持されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記ヒートシンクと前記取付板とは、一方に凹部が形成され他方に突部が形成され、該凹部と突部とを遊嵌させて回動させる構成であることを特徴とする請求項4記載の半導体レーザ装置。
- 前記ヒートシンクには、前記筐体に圧接される脚部が設けられることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記フランジ部と筐体との間には、冷却素子が介在されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記基板の一方の面には、前記半導体レーザの駆動用回路が取り付けられ、前記配線パターンを介して前記半導体レーザに接続されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記半導体レーザが出射するレーザ光の光軸延長線上の前記ヒートシンクの一部に回動基準部を設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
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