(57)【要約】【課題】窓ガラスの接合部の封止性を損なうことなく、レーザ光を出射するための有効径を広く確保することができるレーザモジュールを提供する。【解決手段】本発明のレーザモジュール１は、ステム２と、ステム２上にヒートシンク３及びサブマウント４を用いて実装された発光素子５と、発光素子５を囲む状態でステム２に固定されるとともに、発光素子５が発光したレーザ光を通過させるための開口７を有する筒状のキャップ６と、開口７を塞ぐ状態でキャップ６の内面に低融点ガラス９を用いて固定された窓ガラス８とを備えるもので、キャップ６の開口７の周縁部に、レーザ光の光軸方向でキャップ６の内側に突出する環状の突起１１が形成され、この突起１１を含めたキャップ６の内面に低融点ガラス９を窓ガラス８が固定されている。【選択図】図２
2009094179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子実装用構造体が設けられたステムと、
前記ステム上に前記素子実装用構造体を用いて実装された発光素子と、
前記発光素子を囲む状態で前記ステムに固定されるとともに、前記発光素子が発光したレーザ光を通過させるための開口を有する筒状のキャップと、
前記開口を塞ぐ状態で前記キャップの内面に接合材を用いて固定された光透過板とを備え、
前記キャップの開口の周縁部に、前記レーザ光の光軸方向で前記キャップの内側に突出する環状の突起が形成され、
前記突起を含めた前記キャップの内面に前記接合材を用いて前記光透過板が固定されている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記キャップは、前記開口周りの光軸方向の肉厚に比べて前記キャップの直径方向の肉厚が厚い円筒形に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザモジュール。
【請求項３】
素子実装用構造体が設けられたステムと、
前記ステム上に前記素子実装用構造体を用いて実装された発光素子と、
前記発光素子を囲む状態で前記ステムに固定されるとともに、前記発光素子が発光したレーザ光を通過させるための開口を有する筒状のキャップと、
前記開口を塞ぐ状態で前記キャップの内面に接合材を用いて固定された光透過板とを備えるレーザモジュールを具備し、
前記キャップの開口の周縁部に、前記レーザ光の光軸方向で前記キャップの内側に突出する環状の突起が形成され、
前記突起を含めた前記キャップの内面に前記接合材を用いて前記光透過板が固定されている
ことを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクにデータを書き込んだり光ディスクからデータを読み出したりする記録／再生のためのピックアップ用光源として用いられるレーザモジュールとこれを具備する光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来のレーザモジュール５０の構成を示す断面図である。図８において、ステム５１の上面５１Ａにはヒートシンク５２が設けられている。ヒートシンク５２にはサブマウント５３を介して発光素子５４が実装されている。発光素子５４は、ステム５１の上面５１Ａに取り付けられたキャップ５５によって囲まれている。キャップ５５の頂部には、発光素子５４が発光したレーザ光を通過させるための開口５６が設けられている。開口５６は、透明な窓ガラス５７によって塞がれている。窓ガラス５７は、低融点ガラス５８を用いてキャップ５５の内面に固定されている。また、ステム５１にはリードピン５９が取り付けられている。このレーザモジュール５０においては、発光素子５４から出射されたレーザ光が窓ガラス５７を透過してキャップ５５の開口５６から外部に出射される。
【０００３】
上記従来のレーザモジュール５０においては、ハット型に成形された金属製のキャップ５５の底面を抵抗溶接等でステム５１の上面５１Ａに接合するとともに、キャップ５５の内面に低融点ガラス５８を用いて窓ガラス５７を接合することにより、キャップ５５の内部（発光素子５４が実装される空間）を気密状態に封止している。この種のレーザモジュールとしては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザモジュールの製造工程では、ステム５１にキャップ５５を接合する前に、キャップ５５に窓ガラス５７を接合している。また、キャップ５５に窓ガラス５７を接合する工程では、まず、キャップ５５の内径や開口５６の口径に合わせてリング状に成形された低融点ガラス５８のタブレットを、逆さに置かれたキャップ５５の内部（キャップ頂部の裏側）に落とし込む。次に、低融点ガラス５８のタブレットの上に重なるように窓ガラス５７をキャップ５５の内部に落とし込む。次に、低融点ガラス５８を例えば６００℃前後に加熱して軟化させ、その状態で窓ガラス５７を軽く押し込むことにより、窓ガラス５７の周囲に低融点ガラス５８を回り込ませる。
【０００６】
上記窓ガラス５７の接合工程において、加熱によって軟化させた低融点ガラス５８の一部は、キャップ５５の開口５６の内側（縮径側）に流れ出す。その際、図９（Ａ）に示すように、開口５６の内側に流れ出した低融点ガラス５８のはみ出し寸法を「α」とすると、レーザ光を出射させるための有効径Ｄは、開口５６の口径よりも「２×α」だけ小さくなる。
【０００７】
特に、近年ではレーザモジュールの小型化が要求され、この要求に応えるためにキャップ５５の外径φβと開口５６の口径を相対的に小さくすると、図９（Ｂ）に示すように、低融点ガラス５８の流れ出しに伴うはみ出し寸法αの影響が相対的に大きくなる。その結果、有効径Ｄが使用限界を超えて小さくなってしまう恐れがある。有効径Ｄの使用限界は、発光素子５４の位置とそこから出射されるレーザ光の放射角で規定される。このため、レーザモジュールを小型化するには、低融点ガラス５８のはみ出し寸法αを小さく抑えて、有効径Ｄを大きく確保する必要がある。
【０００８】
また、低融点ガラス５８のはみ出しを抑えるために、窓ガラス５７の接合工程で用いる低融点ガラス５８のタブレット厚を薄くすると、加熱により軟化させた低融点ガラス５８を窓ガラス５７で押し込んだときに、低融点ガラス５８が窓ガラス５７の接合部全体に十分に行き渡らず、接合部の封止性が損なわれてしまう恐れがある。このため、レーザモジュールの製造上、タブレット厚を薄くして低融点ガラス５８の充填量を少なくするにも限界があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るレーザモジュールは、素子実装用構造体が設けられたステムと、前記ステム上に前記素子実装用構造体を用いて実装された発光素子と、前記発光素子を囲む状態で前記ステムに固定されるとともに、前記発光素子が発光したレーザ光を通過させるための開口を有する筒状のキャップと、前記開口を塞ぐ状態で前記キャップの内面に接合材を用いて固定された光透過板とを備え、前記キャップの開口の周縁部に、前記レーザ光の光軸方向で前記キャップの内側に突出する環状の突起が形成され、前記突起を含めた前記キャップの内面に前記接合材を用いて前記光透過板が固定されたものである。
【００１０】
本発明に係るレーザモジュールとこれを用いた光ピックアップ装置においては、キャップの開口の周縁部に環状の突起を形成し、その突起を含めたキャップの内面に接合材を用いて光透過板を固定した構成を採用することにより、レーザモジュールの製造段階でキャップの内面に光透過板を接合するにあたって、接合材の充填量を十分に確保したうえで、開口の内側への接合材のはみ出し寸法を小さく抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光透過板の接合部の封止性を損なうことなく、レーザ光を出射するための有効径を大きく確保することができる。その結果、レーザモジュールの小型化に適切かつ容易に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す一部破断図であり、図２は当該レーザモジュールの構成を示す断面図である。図１及び図２において、レーザモジュール１は、ステム２をベース部材として構成されている。ステム２は、熱伝導率の高い金属材料（例えば、銅系材料）によって構成されるものである。ステム２の上面には、当該ステム２と一体構造をなすヒートシンク３が設けられている。ヒートシンク３は、四角柱のブロック状に形成されている。ヒートシンク３は、ステム２と同様に、熱伝導率の高い金属材料によって構成されるものである。
【００１４】
ヒートシンク３の一側面には、サブマウント４を介して発光素子５が実装されている。ヒートシンク３及びサブマウント４は、素子実装用構造体を構成するものである。素子実装用構造体とは、ステム２上に発光素子５を実装するために用いられる構造体をいう。サブマウント4は、例えば窒化アルミニウムを用いて構成されるものである。発光素子５の一面はサブマウント４の一面に接合され、その反対側となるサブマウント４の他面がヒートシンク３の一側面に接合されている。
【００１５】
発光素子５は、チップ形状をなす半導体レーザ素子（例えば、レーザダイオード等）によって構成されるものである。発光素子５から出射されるレーザ光の光軸Ｋは、ステム２の主面（上面）と直交する方向となるように設定されている。発光素子５は、ステム２の上面２Ａに取り付けられた筒状のキャップ６によって囲まれている。キャップ６は、上述のようにヒートシンク３やサブマウント４を用いてステム２上に実装された発光素子５の実装空間を気密状態に封止するために設けられるものである。
【００１６】
キャップ６は、薄い金属板をプレス加工によって成形することにより、ハット型に形成されている。キャップ６は、例えばコバールなどの金属材料を用いて構成されている。コバールは、ガラスと同等のレベルまで熱膨張係数を小さくした鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金である。キャップ６の底面は、抵抗溶接等でステム２の上面２Ａに接合固定されている。キャップ６の頂部には、発光素子５が発光したレーザ光を通過させるための開口７が設けられている。
【００１７】
開口７は、上記光軸Ｋの方向から見て円形に形成されている。開口７は、窓ガラス８によって塞がれている。窓ガラス８は、正面視円形をなす透明なガラス基板を用いて構成されている。窓ガラス８は、光透過板としてキャップ６の内面に固定されたものである。窓ガラス８は、接合材となる低融点ガラス９を用いてキャップ６の内面に固定されている。窓ガラス８の取り付けに使用される接合材の特性としては、空気や水分を通さない性質で、線膨張係数がキャップ６と窓ガラス８の線膨張係数の中間的な値をもつことが望ましい。
【００１８】
ステム２にはリードピン１０が取り付けられている。リードピン１０は、必要に応じて複数本（一般的には２〜３本）設けられるものである。図２ではリードピン１０の表記を省略している。
【００１９】
また、キャップ６の開口７の周縁部には突起１１が形成されている。突起１１は、開口７の縁に沿って環状に形成されている。突起１１は、上記レーザ光の光軸方向（図２の上下方向）でキャップ６の内側に突出する状態で形成されている。突起１１は、例えばキャップ６をプレス加工によって成形する場合に、開口７の縁の部分を内側に曲げ込むことにより、キャップ６と一体に形成されるものである。これに対して、光透過板となる窓ガラス８は、上記突起１１を含めたキャップ６の内面に低融点ガラス９を用いて固定されている。このため、窓ガラス８の周辺には低融点ガラス９が充填され、その一部は突起１１と窓ガラス８との間（隙間）に入り込んでいる。
【００２０】
図３はステム２に取り付ける前のキャップ６の状態を示す断面図である。図３において、レーザ光の光軸方向における突起１１の突出寸法を「Ｌｔ」とし、突起１１と窓ガラス８の離間寸法を「Ｌｇ」とすると、これらの大小関係は、好ましくはＬｔ≒Ｌｇの関係、さらに好ましくはＬｔ≧Ｌｇの関係に設定されている。一例として、突起１１が無しの場合にキャップ６頂部と窓ガラス８の離間距離を１００μｍに設定するものと仮定すると、突起１１の突出寸法Ｌｔはその半分の５０μｍに設定するとよい。その場合は、突起１１と窓ガラス８の離間寸法Ｌｇが、突起１１の突出寸法Ｌｔと同等に設定されることになる。
【００２１】
このようにキャップ６の開口７に突起１１を形成したものでは、突起１１の形成部位でキャップ６と窓ガラス８の間の距離（Ｌｇ）が局所的に短くなる。このため、レーザモジュール１の製造段階で、キャップ６頂部の内面に窓ガラス８を接合するにあたって、当該接合部の封止性を確保するのに必要とされる低融点ガラス９の充填量を十分に確保したうえで、開口７の内側への低融点ガラス９のはみ出し寸法αを小さく抑えることができる。その結果、突起１１無しのレーザモジュール（従来のレーザモジュール）において、同じ量（同じタブレット厚）の低融点ガラス９を用いて窓ガラス８を接合する場合に比較して、レーザ光を出射するための有効径Ｄを大きく確保することができる。
【００２２】
＜第２実施形態＞
図４は本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す断面図である。この第２実施形態においては、上記第１実施形態と比較して、キャップ６の開口７の周縁部に突起１１を形成した点は共通するものの、キャップ６全体の構造は異なっている。
【００２３】
すなわち、先の第１実施形態においては、キャップ６の素材となる薄い金属板をプレス加工によって成形することにより、キャップ６全体を均一な肉厚のハット型に形成しているが、本第２実施形態においては、キャップ６を鍛造、鋳造又は削り出し加工（切削加工）によって成形することにより、キャップ６全体の構造として、開口７周りの光軸方向（図４の上下方向）の肉厚Ｔｈに比べてキャップ６の直径方向の肉厚Ｔｄが厚い円筒形に形成している。具体例として、開口７周りの光軸方向の肉厚Ｔｈを０．２ｍｍに設定する場合は、キャップ６の直径方向の肉厚Ｔｄをその２倍相当の０．４ｍｍに設定するとよい。また、キャップ６の上端面６Ａは、当該キャップ６の底面と平行な平坦面に形成されている。
【００２４】
ちなみに、キャップ６を鋳造加工で製造する場合は、鋳造後に仕上げ加工（切削加工等）を行なってキャップ６を所定の寸法に仕上げる必要があるが、キャップ６を鍛造又は削り出し加工で製造する場合は、そうした仕上げ加工を行なわなくてもキャップ６を所定の寸法に加工することができる。また、キャップ６の構成材料は、上述したコバール以外の金属材料、例えば銅であってもよい。ただし、その場合は、キャップ６の形成材料に合わせて接合材の種類を変える必要がある。
【００２５】
ここで、本発明の第２実施形態に係るレーザモジュール１においては、上記第１実施形態に比較してキャップ６の直径方向の肉厚Ｔｄが厚くなり、その分だけキャップ６の熱容量が大きくなる。このため、キャップ６外周の厚肉部分を利用して発光素子５からの熱を効率良く外部に逃がすことができる。
【００２６】
具体的には、図５に示すように、本第２実施形態に係るレーザモジュール１を光ピックアップ装置のスライドベース１００に取り付ける場合に、キャップ６の外周面とこれに対向するスライドベース１００の内周面との間に高い熱伝導性を有する樹脂（例えば、放熱シリコーン）１２を充填することにより、発光素子５で発生した熱を、図中点線矢印で示す伝熱経路で、サブマウント４からヒートシンク３、ステム２及びキャップ６を通してスライドベース１００に逃がすことができる。スライドベース１００は、光ピックアップ装置において、データの書き込み又は読み出しの対象となる光ディスクの半径方向に往復移動可能に設けられるものである。
【００２７】
これに対して、図６に示すように、従来（又は第１実施形態）のレーザモジュール５０をスライドベース１００に取り付ける場合は、発光素子５で発生した熱を、図中一点鎖線の矢印で示す伝熱経路で、サブマウント４からヒートシンク３及びステム２を通してスライドベース１００に逃がすことになる。このため、レーザモジュール１とスライドベース１００との間の熱的な接触面積で比較すると、第２実施形態の方が第１実施形態よりも熱的な接触面積が広く確保され、その分だけ熱抵抗が小さくなる。このため、第２実施形態に係るレーザモジュール１を採用することによって高い放熱性が得られる。
【００２８】
また、従来のレーザモジュール５０のように、薄い金属板のプレス加工によってキャップ５５をハット型に形成する場合は、キャップ形成材料の延伸性の影響もあって、キャップ５５の高さ寸法Ｈ１（図８参照）に誤差が生じやすくなる。このため、キャップ５５の高さ寸法Ｈ１の精度が低くなる。したがって、上記図６に示すように、従来のレーザモジュール５０をスライドベース１００に取り付ける場合は、ステム５１の上面５１Ａを取り付け基準面として、当該取り付け基準面をスライドベース１００に突き当てている。この点は、上記第１実施形態に係るレーザモジュール１でも同様である。
【００２９】
これに対して、キャップ６を鍛造、鋳造又は削り出し加工によって円筒形に形成する場合は、直径方向の肉厚Ｔｄが厚くなることで、キャップ６の高さ寸法Ｈ２に誤差が生じにくくなる。このため、キャップ６の高さ寸法Ｈ２を高精度に保証することができる。したがって、図７に示すように、上記スライドベース１００のモジュール取り付け面１００Ａに対して、キャップ６の上端面６Ａを突き当てるだけで、光軸方向の位置合わせを行なうことができる。
【００３０】
また、ステム２の上面２Ａをレーザモジュール１の取り付け基準面とする場合に比較して、発光素子５の発光点から、レーザモジュール１の取り付け基準面となるキャップ６の上端面６Ａまでの距離Ｌｐ（図４参照）が短くなる。その結果、例えば上記図７に示すように、レーザモジュール１から出射されたレーザ光を対物レンズ１０１で収束させて光ディスク１０２に照射する場合に、レーザモジュール１の取り付け基準面（６Ａ）から、レーザ光の照射対象物となる光ディスク１０２までの距離Ｌｋを高精度に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す一部破断図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す断面図である。
【図３】ステムに取り付ける前のキャップの状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの取り付け構造の一例を説明する図である。
【図６】従来のレーザモジュールの取り付け構造を説明する図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るレーザモジュールの取り付け構造の他の例を説明する図である。
【図８】従来のレーザモジュールの構成を示す断面図である。
【図９】従来のレーザモジュールにおける不具合を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…レーザモジュール、２…ステム、３…ヒートシンク、４…サブマウント、５…発光素子、６…キャップ、７…開口、８…窓ガラス、９…低融点ガラス、１１…突起
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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