(57)【要約】【課題】半導体レーザの放射方向を調整するレーザホルダ装置において、ホルダ内での熱抵抗を小さくして半導体レーザの温度上昇を抑制する。【解決手段】半導体レーザ１を保持するチルトホルダ２と、チルトホルダ２を保持するベースホルダ９の、それぞれに平面状のチルト摺接面８、ベース摺接面１２を設け、両者を面接触させる。これによりチルトホルダ２、ベースホルダ９間の熱抵抗を低減させる。その結果、半導体レーザ１の発熱はホルダ基準面１３を介して光ピックアップ筐体１６まで伝達しやすくなり、半導体レーザ１と光ピックアップ筐体１６の温度差を小さくできる。その結果、半導体レーザ１の温度上昇が抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを保持するとともに光ピックアップ筐体に固着せしめるレーザホルダ装置であって、前記半導体レーザを保持する第１のホルダ部材と、前記第１のホルダ部材を保持する第２のホルダ部材と、前記第１のホルダ部材に設けた第１摺接面と、前記第２のホルダ部材に設けた前記第１摺接面と摺接する第２摺接面とを有し、前記第１摺接面と前記第２摺接面を摺接させつつ前記第２のホルダ部材に対して前記第１のホルダ部材の姿勢を調整することを特徴とするレーザホルダ装置。
【請求項２】
半導体レーザを保持するとともに光ピックアップ筐体に固着せしめるレーザホルダ装置であって、前記半導体レーザを保持する第１のホルダ部材と、前記第１のホルダ部材を保持する第２のホルダ部材と、前記第２のホルダ部材に対して前記第１のホルダ部材を回動させる回動手段と、前記第１のホルダ部材に前記回動手段の回動方向に平行に設けた第１摺接面と、前記第２のホルダ部材に設けた前記第１摺接面と摺接する第２摺接面とを有することを特徴とするレーザホルダ装置。
【請求項３】
第１のホルダ部材および第２のホルダ部材は熱伝導率の高い金属材料で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザホルダ装置。
【請求項４】
レーザ光を放射する半導体レーザと、前記半導体レーザを保持するレーザホルダ装置と、前記レーザ光を集光して光学的情報記録媒体の記録面上に光スポットを集光する対物レンズと、前記記録面で反射された反射光束を受光する光検出器を少なくとも備える光ピックアップにであって、前記レーザホルダ装置が請求項３に記載のレーザホルダ装置であることを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップの光源となる半導体レーザの光軸方向調整を行うことが可能なレーザホルダ装置およびそれを用いた光ピックアップに関する
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザを用いて光ピックアップを構成する場合には、半導体レーザ自身の持つ特性ばらつきや組立てばらつきを吸収するために、半導体レーザの姿勢や位置を調整する必要が生じていた。特に、半導体レーザの出射光はガウス分布状の光量分布を持つ発散光であり、その強度分布の中心軸を光ピックアップの光軸に一致させることが行われる。
【０００３】
従来、半導体レーザの姿勢を調整するために、２つのホルダ部材の相対的な姿勢を調整する構成がとられていた（例えば特許文献１）。
【０００４】
図８および図９は、特許文献１に記載された従来のレーザホルダ装置およびそれを用いた光ピックアップ示すものである。図８において、１００はベースとなるベースホルダ、１０１は半導体レーザ、１０２はチルトホルダで、半導体レーザ１０１はチルトホルダ１０２に圧入固定されている。ベースホルダ１００には円筒面の一部分からなる凹円筒座１０３が設けられており、チルトホルダ１０２には円筒面の一部分からなる凸円筒部１０４が設けられ、凸円筒部１０４は凹円筒座１０３に圧接している。このとき、凸円筒部１０４と凹円筒座１０３は実質同一の半径をもち、その中心位置は半導体レーザ１０１の発光点（図示せず）と一致している。そのため、チルトホルダ１０２をベースホルダ１００上で傾き調整を行っても発光点位置を中心に回動するため、発光点位置は変化しない。
【０００５】
また、図９において、１０５は光ピックアップ筐体、１０６はコリメートレンズ、１０７は対物レンズで、コリメートレンズ１０６は半導体レーザ１０１から放射されるレーザ光を略平行光に変換する。レーザ光は偏向ミラー１０８によって方向を変えられ、対物レンズ１０７を通して情報記録媒体である光ディスク１０９に照射される。
【０００６】
このような構成であるため、ベースホルダ１００でチルトホルダ１０１を傾斜させることで半導体レーザからの放射光の方向を調整することが可能である。
【０００７】
例えば出射光の強度分布を観測しながら姿勢を調整し、ベースホルダ１００のベース基準面１１０に対して垂直方向に強度分布の中心方向が一致するように調整した状態でベースホルダ１００とチルトホルダ１０２を接着固定して姿勢を確定する。その後にベースホルダ１００のベース基準面１１０と光ピックアップ筐体１０５上のピック基準面１１１を摺接させて光軸に垂直な面内で位置調整を行い、光ピックアップの光軸とレーザ光の強度分布中心軸を一致させる。そして、この状態を維持するために光ピックアップ筐体１０５とベースホルダ１００を接着固定することで、半導体レーザ１０１を光ピックアップ筐体１０５へ取り付ける調整作業が完了する。
【特許文献１】特開２０００−１５５９５２号公報（図２、図３を参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の構成では半導体レーザの温度上昇に対する考慮が必ずしも十分ではないという課題があった。
【０００９】
近年ではＣＤ−Ｒ／ＲＷやＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷといった記録可能な光ディスクが実用化され、広く普及している。そして、記録の速度向上やメディアの２層化といった技術的前進によって、半導体レーザには一層の高出力化が求められている。レーザ発光出力の増大に伴ってレーザ自身の発熱量も増加することになる。さらに、ピックアップには半導体レーザに電流を供給するためのＩＣが搭載され、半導体レーザ自身の発熱、ＩＣの発熱を合わせておびただしい熱がピックアップ上で発生して半導体レーザの温度を上昇させている。半導体レーザは温度が上昇すると発光に必要な動作電流が増大する特性を持つが、動作させられる電流にも限界がある。つまり温度上昇に伴って所望の発光パワーを得られなくなって信号の記録再生品質に悪影響を及ぼしたり、最悪の場合には半導体レーザそのものの破損を引き起こす場合もある。また、半導体レーザの動作温度上限は一般的にたかだか７０〜８０℃程度である。そのため、光ピックアップはレーザの温度上昇を抑制するための放熱が考慮された構成をとる必要がある。一般に半導体レーザの発熱は光学基台へ伝達され、光学基台自身を放熱フィンとして作用させて空気中へ放出する。
【００１０】
ところが上記した従来の構成では、半導体レーザの温度上昇抑制に対する考慮が必ずしも十分ではなかった。具体的には発熱を光学基台へと伝達させる際の熱の伝えやすさに関する考慮がなされていなかった。つまり、半導体レーザ１０１の発熱をチルトホルダ１０２からベースホルダ１００を介して光学基台へと伝達する際に、チルトホルダ１０２からベースホルダ１００への熱伝達が十分ではない場合があった。
【００１１】
従来の構成では、チルトホルダ１０２に設けた凸円筒部１０４をベースホルダ１００に設けた凹円筒座１０３へ圧接した状態でチルトホルダ１０２をベースホルダ１００に対して傾斜調整する構成であるが、凸円筒部１０４と凹円筒座１０３の半径が異なると、両者の接触は面接触を維持できず、空隙が発生する。部品加工精度の観点から、部品寸法には必ず誤差があるため、両者の半径を完全に一致させることは困難であり、わずかに寸法差が生ずることは避けられない。仮に凹円筒座１０３の半径が凸円筒部１０４の半径よりも小さいと、凸円筒部１０４は凹円筒座１０３に入り込めず、両者は凹円筒座１０３の外側端部でのみ接触することになる。逆に、凹円筒座１０３の半径が大きいと、凸円筒部１０４は凹円筒座１０３の内側端部でのみ接触することになる。すなわち、いずれの場合も両者の接触は２箇所の線接触になる。
【００１２】
このことは、凸円筒部１０４と凹円筒座１０３は線接触であり、両者の円筒面の大部分が空隙であることを意味する。一般に空気の熱伝導率は金属材料に比べてきわめて小さく、空隙があると熱抵抗が大きくなることが知られている。例えば、ダイカスト用アルミニウム合金と空気の熱伝導率は、それぞれおおよそ１００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．０１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、１万倍もの差異がある。仮に空隙の隙間を０．０１［ｍｍ］、円筒面の対向する面積を２０［ｍｍ２］とすると、この空隙部分を通して熱を伝達する場合の熱抵抗は空気の熱伝導率を用いて５０［Ｋ／Ｗ］と計算される。この値はきわめて大きく、空隙部分は凸円筒部１０４から凹円筒座１０３への熱伝達にあまり寄与しないことを表す。
【００１３】
一方、凸円筒部１０４と凹円筒座１０３は、線接触ではあるが接しているため、多くの熱はこの接触部を通して伝達される。しかし、熱の流れやすさは接触面積にほぼ比例する関係があるため、接触面積の小さい線接触では十分に熱抵抗を小さくすることが困難であるが、上記した従来の構成では３〜１０［Ｋ／Ｗ］程度である。１０［Ｋ／Ｗ］であれば、半導体レーザの発熱が０．５［Ｗ］のとき、チルトホルダ１０２とベースホルダ１００の温度差が５℃も存在することになる。この温度差はそのまま半導体レーザの温度上昇へ直結する。
【００１４】
すなわち、従来の構成では上記したようにチルトホルダ１０２とベースホルダ１００間の熱の伝わりやすさについての考慮が十分ではなく、半導体レーザの温度上昇を誘引するという課題があった。
【００１５】
本発明は前記従来の課題を解決するためになされ、半導体レーザの姿勢調整を可能としつつ、半導体レーザの温度上昇を抑えたレーザホルダ装置を提供することを目的とし、さらには前記レーザホルダ装置を用いた光ピックアップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明は、半導体レーザを保持するとともに光ピックアップ筐体に固着せしめるレーザホルダ装置であって、半導体レーザを保持する第１のホルダ部材と、第１のホルダ部材を保持する第２のホルダ部材と、第１のホルダ部材に設けた第１摺接面と、第２のホルダ部材に設けた第１摺接面と摺接する第２摺接面とを有し、第１摺接面と第２摺接面を摺接させつつ第２のホルダ部材に対して第１のホルダ部材の姿勢を調整するものである。
【００１７】
また、半導体レーザを保持するとともに光ピックアップ筐体に固着せしめるレーザホルダ装置であって、半導体レーザを保持する第１のホルダ部材と、第１のホルダ部材を保持する第２のホルダ部材と、第２のホルダ部材に対して第１のホルダ部材を回動させる回動手段と、第１のホルダ部材に回動手段の回動方向に平行に設けた第１摺接面と、第２のホルダ部材に設けた第１摺接面と摺接する第２摺接面とを有し、第１摺接面と第２摺接面を摺接させつつ第２のホルダ部材に対して第１のホルダ部材の姿勢を調整するものである。
【００１８】
また、第１のホルダ部材および第２のホルダ部材は熱伝導率の高い金属材料で形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザホルダ装置によれば、第１のホルダ部材と第２のホルダ部材を平面で摺接させる構造としたため、第１のホルダ部材と第２のホルダ部材間の熱抵抗を小さくすることができ、半導体レーザの温度上昇を抑制することが可能である。
【００２０】
レーザホルダ装置を用いることで半導体レーザの温度上昇を抑制した光ピックアップも提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるレーザホルダ装置の構成を示す斜視図、図２は、レーザホルダ装置の分解斜視図、図３は、光ピックアップの構成を示す斜視図である。これらの図面を用い、本発明におけるレーザホルダ装置およびそれを用いた光ピックアップについて説明する。
【００２３】
図１および図２において、半導体レーザ１は第１のホルダ部材であるチルトホルダ２へ取り付けられる。半導体レーザ１はフレームレーザと呼ばれるタイプであり、平坦なリードフレーム３に樹脂モールドされた本体にレーザチップ４が搭載された形態をとる。チルトホルダ２には半導体レーザ１を取り付けるための凹部に取付け面５と放熱面６が形成されている。取付け面５と放熱面６は同一平面であり、半導体レーザ１のリードフレーム３の端部を取付け面５に当接させると、リードフレーム３の中央部すなわちレーザチップ４の裏面に相当する位置が放熱面６に当接する。この状態でリードフレーム３の端部を半田付けもしくは接着でチルトホルダ２の取付け面に固定する。
【００２４】
チルトホルダ２には凸円筒面７が形成されており、その中心軸はレーザチップ４の発光点に一致している。また、図１および図２において表面および裏面にはそれぞれチルト摺接面８が設けられ、それぞれ凸円筒面７の中心軸に直交している。
【００２５】
第２のホルダ部材であるベースホルダ９にチルトホルダ２が搭載される。このとき、ベースホルダ９に設けられた凹円筒面１０とチルトホルダ２の凸円筒面７が当接し、両円筒面の中心軸周りに自由に回動可能な状態となり、回動手段１１を構成している。また、ベースホルダ９に設けたベース摺接面１２とチルトホルダ２に設けたチルト摺接面８も同時に当接され、面と面が対向して接した状態になっている。なお、チルトホルダ２およびベースホルダ９は、特に限定されるものではないが、熱伝導率の高い金属材料で形成されることが望ましい。
【００２６】
このように、回動手段１１は凸円筒面７と凹円筒面１０による回転対偶となるので、両円筒面の中心軸回りに回動可能である。
【００２７】
ベースホルダ９にはホルダ基準面１３があり、ホルダ基準面１３は凹円筒面１０の中心軸に平行で半導体レーザ１の出射光軸に対してほぼ直交する位置関係にある。半導体レーザ１、チルトホルダ２、ベースホルダ９によって、レーザホルダ装置が構成される。
【００２８】
また、図３において、コリメートレンズ１４や対物レンズ１５などが光ピックアップ筐体１６に搭載されている。コリメートレンズ１４は半導体レーザ１から放射されるレーザ光を略平行光に変換する。レーザ光は偏向ミラー１７によって方向を変えられ、対物レンズ１４を通して情報記録媒体である光ディスク１８に照射される。
【００２９】
ホルダ基準面１３は光ピックアップ筐体１６への取り付け基準であり、光ピックアップ筐体１３に設けたピック基準面１９と対向して当接せしめる。
【００３０】
このような構成であるため、ベースホルダ９でチルトホルダ２を傾斜させることで半導体レーザ１からの放射光の方向を調整することが可能である。例えば出射光の強度分布を観測しながら姿勢を調整し、ベースホルダ９のホルダ基準面１３に対して水平方向に強度分布の中心方向が一致するように調整した状態でベースホルダ９とチルトホルダ２を接着固定して姿勢を確定する。その後にベースホルダ９のホルダ基準面１３と光ピックアップ筐体１６上のピック基準面１９を摺接させて面内で位置調整を行うことで、光ピックアップの光軸とレーザ光の強度分布中心軸を一致させる。そして、この状態を維持するために光ピックアップ筐体１６とベースホルダ９を接着固定することで、半導体レーザ１を光ピックアップ筐体１６へ取り付ける調整作業が完了する。
【００３１】
さて、従来の課題の項で説明したように、現実的には各機構部品には加工誤差が存在し、一般的には図面上で公差として規定される。そのため、従来の課題と同様に凸円筒面７と凹円筒面１０の両者の半径は完全には一致せず、面と面との接触を安定的に確保することができない。一方、チルト摺接面８とベース摺接面１２は平面で構成されるため、両者を面接触させることは比較的容易である。これは、加工上、円筒面よりも平面の形成の方が容易なためである。
【００３２】
以上のような構成におけるレーザホルダ装置を用いた光ピックアップの半導体レーザの熱の移動について、以下説明する。
【００３３】
半導体レーザ１を発光させると、電圧および電流に応じたジュール熱が発生する。この発熱はまずレーザチップ４からリードフレーム３へと熱伝導によって伝達され、リードフレーム３から、取付け面５および放熱面６を介してチルトホルダ２へと伝達される。上記伝達経路の接続は、半田付けや接着によって密になされており、熱抵抗は比較的小さい。
【００３４】
チルトホルダ２とベースホルダ９はチルト摺接面８とベース摺接面１２が対向して面接触をしており、チルトホルダ２からベースホルダ９への熱抵抗は小さい。理論上、面接触部の熱抵抗はその接触面積に略反比例するため、接触面が大きいほど熱抵抗は小さい。したがって従来例の課題であった接触部が線接触になる場合に比べ、面同士の接触の場合には熱抵抗を著しく小さくすることができる。このことから、チルトホルダ２からベースホルダ９への熱移動に際しての熱抵抗は小さい。
【００３５】
このため、半導体レーザ１で発生した熱は、チルトホルダ２からベースホルダ９へと伝えられ、さらに光ピックアップ筐体１６へと伝達される。ベースホルダ９と光ピックアップ筐体１６もホルダ基準面１３とピック基準面１９とが面接触しているため、上記に説明したように熱抵抗は小さい。このように、半導体レーザ１から光ピックアップ筐体１６まで熱が移動する際の経路の各部品の接続部についてはいずれも低熱抵抗であるため、トータル熱抵抗も小さくすることができる。これはすなわち、半導体レーザ１の発熱による温度上昇を考えたとき、光ピックアップ筐体１６と半導体レーザ１の温度差が小さいことを意味する。
【００３６】
半導体レーザ１の発熱が光ピックアップ筐体１６に伝達されると、その熱は光ピックアップ筐体１６の表面を通じて周囲空気に伝達される。物体から周囲空気への熱抵抗はその表面積に略反比例する関係があるため、表面積が大きいほど熱を放出しやすい。つまり、半導体レーザ１やチルトホルダ２、ベースホルダ９といった小型の部品から空気中へ放出される熱量は小さく、大半が光ピックアップ筐体１６から空気中へ放出されているとみなすことができる。
【００３７】
半導体レーザ１の温度は、半導体レーザ１から光ピックアップ筐体１６までの熱抵抗と発熱量によって決まる温度差と、光ピックアップ筐体１６の温度の和になる。光ピックアップ筐体１６の温度は半導体レーザ１から光ピックアップ筐体１６までの熱抵抗にはあまり影響を受けず、光ピックアップ筐体１６から周囲空気への熱抵抗と半導体レーザ１の発熱量によって決まる。厳密には、チルトホルダ２やベースホルダ９の表面から空気中に放出される熱量を差し引く必要があるが、無視して差し支えない。
【００３８】
上記したように本発明の実施の形態１では、半導体レーザ１から光ピックアップ筐体１６まで熱が移動する際の経路の各部品の接続部についてはいずれも低熱抵抗とすることが可能となったことから、光ピックアップ筐体１６と半導体レーザ１の温度差が小さくすることができ、その結果として半導体レーザ１の温度上昇を抑制することが可能となった。
【００３９】
（実施の形態２）
つづいて、本発明の実施の形態２について図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と重複する部分については詳細な説明を省略するとともに、符号についても重複部は同一の符号を用いる。
【００４０】
図４に示すように、実施の形態１との差異は本実施の形態では凸円筒面７および凹円筒面１０を持たないことである。この場合、チルトホルダ２が回動を行うためのガイドを持たないことになるが、これを外部に持たせることで実施の形態１と同様の動作が可能である。すなわち、図示しない把持機構によってチルトホルダ２を把持し、その把持機構に回動運動を行うガイド部材（図示せず）を用意すれば所望の姿勢調整動作が可能である。
【００４１】
一方で半導体レーザ１の発熱による熱の移動や温度上昇の考え方については実施の形態と全く同一となり、実施の形態１と同様に光ピックアップ筐体１６と半導体レーザ１の温度差が小さくすることができ、その結果として半導体レーザ１の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００４２】
なお、実施の形態１および実施の形態２においては、半導体レーザ１を図中上向きとしているが、これは逆向きでもよい。この場合、図５のような形態となるが、上記した実施の形態と同様の効果を得られることは明らかである。
【００４３】
なお、実施の形態１および実施の形態２では、チルトホルダ２の上側を開放構造としたが、これは図６、図７のように開放でない構造としてもよい。この場合、上側面も摺接面とすることが望ましいが、加工寸法公差を考えると上下面ともに摺接面とすることは困難である。その場合、例えば下面側を摺接面（チルト摺接面８およびホルダ摺接面１３）とし、上側の対向面はわずかに空隙が生ずることになるが、そこに放熱性グリス等の充填剤を塗布して隙間を埋めると放熱効果を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記の実施の形態において、チルト摺接面８およびホルダ摺接面１３の表面粗さによってわずかに生ずる空隙を埋めるために放熱グリスや放熱樹脂等を微小量塗布してもよい。
【００４５】
以上のように本発明によるレーザホルダ装置を用いることにより、半導体レーザ１から光ピックアップ筐体１６まで熱が移動する際の経路のトータル熱抵抗も小さくすることができ、光ピックアップ筐体１６と半導体レーザ１の温度差が小さくすることが可能となる。
【００４６】
その結果、本発明によるレーザホルダ装置を用いた光ピックアップでは、半導体レーザの温度上昇を抑制することが可能となり、安定した記録再生信号品質の安定化や半導体レーザの長寿命化を図った光ピックアップを提供可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかるレーザホルダ装置は、レーザホルダ装置から光ピックアップ筐体までの熱抵抗を小さくすることが可能となるため、特に発熱量の大きな高出力レーザを用いた光ピックアップ等に用いるレーザホルダ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザホルダ装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるレーザホルダ装置の構成を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における光ピックアップの構成を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態２におけるレーザホルダ装置の構成を示す斜視図
【図５】本発明のその他の形態のレーザホルダ装置の構成を示す斜視図
【図６】本発明のその他の形態のレーザホルダ装置の構成を示す分解斜視図
【図７】本発明のその他の形態のレーザホルダ装置の構成を示す斜視図
【図８】従来のレーザホルダ装置の構成を斜視図
【図９】従来のレーザホルダ装置を用いた光ピックアップの構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００４９】
１    半導体レーザ
２    チルトホルダ
３    リードフレーム
４    レーザチップ
５    取付け面
６    放熱面
７    凸円筒面
８    チルト摺接面
９    ベースホルダ
１０    凹円筒面
１１    回動手段
１２    ベース摺接面
１３    ホルダ基準面
１４    コリメートレンズ
１５    対物レンズ
１６    光ピックアップ筐体
１７    偏向ミラー
１８    光ディスク
１９    ピック基準面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008021367.tif 000007
【図６】
2008021367.tif 000008
【図７】
2008021367.tif 000009
【図８】
2008021367.tif 000010
【図９】
2008021367.tif 000011