JP4111816B2 - 半導体レーザ装置および光ピックアップ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発するととも反射されたレーザ光を受ける半導体レーザ装置、およびそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ−ＲＯＭやＭＤ（ミニディスク）などの光ディスクを記録媒体として用いる光記録装置に備えられ、光ディスクの信号を読み取る光ピックアップには、ホログラムレーザ方式の半導体レーザ装置を採用したものがある。この方式の半導体レーザ装置は、例えば、特開平６−２０３４０３号公報に開示されているように、一つのパッケージに半導体レーザ素子とホログラム素子と信号読み取り用受光素子とを組み込んで、半導体レーザ素子からレーザ光を出射し、光ディスクによって反射されて戻ってきたレーザ光をホログラム素子により回折して、半導体レーザ素子から離れた場所に配置した受光素子に導くものである。
【０００３】
上記公報の半導体レーザ装置は、受光素子である半導体チップに半導体レーザ素子を搭載するための搭載部を形成し、半導体レーザ素子を受光素子に搭載して両者を一体化した構成である。このため、例えば仕様変更により、半導体レーザ素子と受光素子の相対位置を変える場合は、搭載部の位置や高さを変えなければならなくなり、受光素子そのものを新たに作製する必要が生じる。これは製造効率の観点から好ましくない。
【０００４】
そこで、本出願人は、半導体レーザ素子を受光素子から分離し、両者をそれぞれ別の搭載部上に搭載する構成を提案した（特願２００２−０６６６０１）。このようにすると、半導体レーザ素子と受光素子の相対位置を変える場合でも、複雑な受光素子ではなく、単純な搭載部を新たに作製すればよくなる。
【０００５】
この半導体レーザ装置の構成を図６に示す。図６において（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は内部が判るように（ｃ）からホログラム素子を除いた斜視図である。１は半導体レーザ素子、２は反射ミラー、１０はリードフレーム、４はモニター用ホトダイオード付きサブマウント、５は信号読み取り用受光素子（ホトダイオードと信号処理回路を集積したもの)、６はホログラム素子である。ホログラム素子６は、下面に３ビーム発生用グレーティングパターンが、また、上面にビームスプリット用ホログラムパターンが形成された透明部材（ガラスまたは樹脂）から構成されている。
【０００６】
図６の構成では、装置のパッケージとして、底壁６０ａとその縁に沿った側壁６０ｂを有する絶縁性樹脂製の枠体６０を用いている。枠体６０の側壁６０ｂは、対向する２つの円弧部６０ｃと、対向する２つの直線部６０ｄより成り、直線部６０ｄの上面にホログラム素子６が搭載されている。枠体６０の内部には、外部に達するリードフレーム１０が配置されており、また、半導体レーザ素子１、受光素子５、およびミラーが２が配置されている。半導体レーザ素子１はサブマウント４を搭載部としてこれに搭載され、受光素子５およびミラー２はそれぞれ樹脂製の搭載部に搭載されている。半導体レーザ素子１と受光素子５の電極はＡｕワイヤ８によりリードフレーム１０に電気的に接続されている。
【０００７】
ミラー２は、半導体レーザ素子１の前方に位置し、半導体レーザ素子１が発するレーザ光を反射してその光路を９０゜折り曲げ、ホログラム素子６に導く。受光素子５は、ミラー２の側方に位置し、光ディスクによって反射され、ホログラム素子６によって回折されて方向を変えられたレーザ光を受ける。
【０００８】
図６の半導体レーザ装置の内部を図７に示す。図７において、（ａ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線での断面図である。図７の（ａ）、（ｂ）は図６（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｃ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【０００９】
受光素子５の搭載部３２は、枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄに結合されており、また、リードフレーム１０のアイランドプレート３０上に位置する。ミラー２の搭載部３３も、枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄに結合されており、アイランドプレート３０上に位置する。さらに受光素子搭載部３２とミラー搭載部３３は互いに結合されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２０３４０３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザ装置は駆動時に発熱して高温になり、また、高湿の条件で使用されることも多い。樹脂製の枠体や搭載部は温度上昇や吸湿により体積膨張するが、上記の構成では、枠体６０の体積膨張は、枠体６０に結合されている受光素子搭載部３２やミラー搭載部３３を変位させる方向に働く。具体的に前述の座標系で述べると、枠体６０の膨張は、受光素子搭載部３２およびミラー搭載部３３をＹ軸の負方向に変位させる方向に働く。また、互いに結合されている受光素子搭載部３２とミラー搭載部３３の膨張は、両者を離間させる方向、つまり、受光素子搭載部３２に対してはＸ軸の正方向に、ミラー搭載部３３に対してはＸ軸の負方向に働く。この場合、より弱い構造体の方に変位が生じる。
【００１２】
これらの搭載部３２、３３に変位が生じると、最適に調整されている各光学素子１、２、５、６の光学的な位置関係にズレが発生し、その結果、受光素子５上でのレーザ光の集光位置にもズレが発生して、受光素子５がレーザ光を受ける状態が最適でなくなる。受光素子５の受光状態が最適でなくなれば、光ピックアップによる信号読み取りの信頼性は低下する。
【００１３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、光学素子の位置関係にずれが生じ難い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。また、信号読み取りの信頼性の高い光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、レーザ光を発する半導体レーザ素子と、レーザ光を受ける受光素子と、半導体レーザ素子が発するレーザ光を外部に導き、外部の物体によって反射されたレーザ光を受光素子に導くホログラム素子と、底壁と底壁の縁に沿う側壁とを有し、底壁と側壁が囲む空間内に半導体レーザ素子と受光素子を収容するとともに、側壁の上部にホログラム素子が搭載された樹脂製の枠体と、枠体の外から底壁と側壁が囲む空間内に達して、半導体レーザ素子と受光素子とに電気的に接続されたリードフレームを備える半導体レーザ装置において、受光素子がリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなる受光素子搭載部に搭載され、受光素子搭載部と枠体の側壁とが離間している構成とする。
【００１５】
この半導体レーザ装置では、受光素子搭載部と枠体の側壁が離間しているため、温度上昇や吸湿によって枠体が膨張しても、その膨張が受光素子搭載部を変位させることがない。したがって、受光素子は常に一定位置に保たれ、レーザ光を受ける最適の状態が確保される。また、このようにすると、受光素子搭載部の存在によってリードフレームの外形に制約が生じることがなくなって、リードフレームの作製が容易になり、また、受光素子搭載部の強度の確保も容易である。
【００１６】
本発明ではさらに、枠体の底壁と側壁が囲む空間内に収容されて、半導体レーザ素子が発するレーザ光の方向を変えてホログラム素子に導くミラーを備え、ミラーがリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなるミラー搭載部に搭載され、ミラー搭載部と枠体の側壁とが離間している構成とする。この構成では、ミラー搭載部と枠体の側壁が離間しているため、枠体の膨張によってミラー搭載部とミラーが変位することがない。
【００１７】
ここで、ミラー搭載部と受光素子搭載部とが離間している構成とするとよい。この構成では、受光素子搭載部やミラー搭載部の膨張が、他方を変位させることがない。
【００２２】
リードフレームが、枠体の底壁に対して略垂直な突起を有して、突起によって底壁と係合しているようにするとよい。このようにすると、リードフレームが枠体から外れるおそれがなくなる。
【００２３】
半導体レーザ素子がリードフレームのアイランドプレートに固定されたサブマウントに搭載され、枠体の底面のうちサブマウントの下方に位置する部位が、貫通孔を有する構成とすることもできる。半導体レーザ素子は駆動時に発熱するが、その熱を枠体の貫通孔を介して外部に放出することができて、レーザ素子搭載部の熱膨張が抑えられ、半導体レーザ素子の劣化も抑えられる。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明ではまた、レーザ光を発して光記憶媒体に導き、光記憶媒体によって反射されたレーザ光を受けて、光記憶媒体に記録されている情報を読み取る光ピックアップに、上記の半導体レーザ装置を備える。上記半導体レーザ装置の受光素子は高温や高湿の条件下でもレーザ光を最適に受け得る状態に保たれるから、信号読み取りの信頼性が高い光ピックアップとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の半導体レーザ装置１００の構成を図１および図２に示し、半導体レーザ装置１００を備えた光ピックアップ２００の構成を図３に示す。
【００２６】
図１において（ａ）は半導体レーザ装置１００の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は内部が判るように（ｃ）からホログラム素子を除いた斜視図である。また、図２は、半導体レーザ装置１００の内部を表したものであり、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線での断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）は図１（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｃ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【００２７】
１は半導体レーザ素子、２は反射ミラー、１０はリードフレーム、４はモニター用ホトダイオード付きサブマウント、５は信号読み取り用受光素子（ホトダイオードと信号処理回路を集積したもの)、６はホログラム素子である。ホログラム素子６の下面と上面にはそれぞれ、３ビーム発生用グレーティングパターン２０とビームスプリット用ホログラムパターン２１が形成されている。
【００２８】
光ピックアップ２００を示す図３において、１０１はコリメートレンズ、１０２は反射ミラー、１０３は集光レンズ、１２１は光ディスクである。５０はコリメートレンズ１０１、反射ミラー１０２等を取付けるための光ピックアップ筐体、５１は半導体レーザ装置１００を取付けるための円形の抜き穴、７０は半導体レーザ装置１００の光学軸である。筐体５０の円形の穴５１によって位置が規定される半導体レーザ装置１００の光学軸７０に一致するように、コリメートレンズ１０１および反射ミラー１０２は、筐体５０に対して精度よく配置されている。
【００２９】
図１、２に示すように、半導体レーザ装置１００では、装置のパッケージとして、底壁６０ａとその縁に沿った側壁６０ｂを有する絶縁性樹脂製の枠体６０を用いている。枠体６０の側壁６０ｂは、対向する２つの円弧部６０ｃと、対向する２つの直線部６０ｄより成り、直線部６０ｄの上面にホログラム素子６が搭載されている。２つの円弧部６０ａは同一の円の一部分であり、枠体６０は円弧部６０ｃの外面が円形の穴５１の周面に接するように光ピックアップ２００の筐体５０に取り付けられる。
【００３０】
枠体６０の内部には、外部に達するリードフレーム１０が配置されており、また、半導体レーザ素子１、受光素子５、およびミラーが２が配置されている。半導体レーザ素子１は、サブマウント４を搭載部として、これに搭載されている。受光素子５は樹脂製の搭載部３２に搭載されている。また、ミラー２は、リードフレーム１０のアイランドプレート３０に対して４５度の角度を成す傾斜面を有する樹脂製の搭載部３３の傾斜面に搭載されている。半導体レーザ素子１と受光素子５の電極はＡｕワイヤ８によりリードフレーム１０に電気的に接続されている。
【００３１】
リードフレーム１０は枠体６０の成形に際して枠体６０と一体化されている。半導体レーザ素子１は、ボンド材を用いてレーザ素子搭載部（サブマウント）４に固定されており、レーザ素子搭載部４は、リードフレーム１０のアイランドプレート３０にボンド材を用いて固定されている。受光素子搭載部３２は枠体６０の成形に際して底壁６０ａと一体に形成されており、受光素子５はボンド材により受光素子搭載部３２に接着されている。ミラー搭載部３３も枠体６０の成形に際して底壁６０ａと一体に形成されており、ミラー２はボンド材にて前述の傾斜面に接着されている。ホログラム素子６は枠体６０の側壁６０ｂのうちの直線部６０ｄの上面３５ａ、３５ｂに接着剤にて接着されている。
【００３２】
半導体レーザ素子１は、光学軸７０が枠体６０の円弧部６０ｃの中心に一致するように実装されている。また、枠体６０は基準面６１を有し、基準面６１と半導体レーザ素子１の発光点のＺ軸方向の距離は所定の距離となるように調整されている。
【００３３】
なお、枠体６０の円弧部６０ｃは、Ｙ軸に関して非対称である。これは、半導体レーザ素子１を枠体６０の中心に配置する必要をなくして、半導体レーザ装置１００の小型化を図るためである。Ｙ軸に関して円弧部６０ｃを対称にしてもよいが、そのようにすると、半導体レーザ素子１を枠体６０の中心に配置しなければならなくなり、受光素子５と反対側に受光素子５と同程度の大きさの無駄なスペースが生じる。
【００３４】
半導体レーザ素子１が発したレーザ光は、ミラー２により９０゜方向を変えられ、ホログラム素子６を透過して、半導体レーザ装置１００からＺ軸方向に出射する。出射したレーザ光は、図３（ａ）に示すように、コリメートレンズ１０１により平行光とされ、ミラー１０２により９０゜方向を変えられ、集光レンズ１０３によって光ディスク１２１上に集光される。
【００３５】
光ディスク１２１に集光したレーザ光は反射され、往路を逆方向に辿って（集光レンズ１０３→ミラー１０２→コリメートレンズ１０１）、半導体レーザ装置１００に戻ってくる。戻ってきたレーザ光は、図２（ｃ）に示すように、ホログラム素子６のホログラムパターン２１により回折されて、元の光学軸７０に対して傾斜した光学軸７１に沿って進み、受光素子５に集光する。受光素子５での受光信号により光ディスクの情報が得られる。
【００３６】
また、半導体レーザ素子１からコリメートレンズ１０１の方向と逆方向に出射するレーザ光は、半導体レーザ素子１の下部に設けられたモニター用ホトダイオードにより受光され、その受光量が一定になるように半導体レーザ素子の出力を制御することにより、光ディスク１２１で一定の光量を得ることができるようになっている。
【００３７】
なお、半導体レーザ装置１００は、図３（ａ）に示すように、光ピックアップ２００に対して筐体５０の穴５１に挿入した状態で、ホログラム素子６のグレーディングパターン２０で発生した３ビームが光ディスク１２１上での所望の位置関係になるように回転調整しておく。その状態で半導体レーザ装置１００を筐体５０に接着することにより光ピックアップ２００が完成する。
【００３８】
半導体レーザ装置１００の枠体６０は樹脂製であるため、高温高湿下では温度上昇や吸湿によって体積膨張が発生する。その体積膨張の影響によって半導体レーザ素子１、ミラー２、受光素子５、およびホログラム素子６の相対位置が変化しないようにするために、本実施形態では以下の構成を採用している。この点について、図４を参照して説明する。
【００３９】
図４は、各光学素子１、２、５、６を取り除いた枠体６０のみを表す図である。ここで、（ａ）は上面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ線での断面図であり、（ｂ）、（ｃ）は図１（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｄ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【００４０】
（１）受光素子搭載部３２と枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）は離間しており、両者の間には隙間４０が存在する。
（２）ミラー搭載部３３と枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）は離間しており、両者の間には隙間４１が存在する。
（３）ミラー搭載部３３と受光素子搭載部３２は離間しており、両者の間には隙間４２が存在する。
【００４１】
このように、受光素子５、ミラー２、ホログラム素子６を搭載するこれらの搭載部３２、３３、６０ｄを互いに離間させることにより、それらの体積膨張が隙間４０、４１、４２で吸収されて、他の搭載部を変位させることが防止される。
【００４２】
（４）枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）から離間した受光素子搭載部３２は、アイランドプレート３０に設けられた貫通孔４３を介して、枠体６０の底壁６０ａに結合されている。貫通孔４３は、受光素子搭載部３２の中央部の下方に設けられている。
（５）枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）から離間したミラー搭載部３３は、アイランドプレート３０に設けられた貫通孔４４を介して、枠体６０の底壁６０ａに結合されている。貫通孔４４は、ミラー搭載部３３の中央部の下方に設けられている。
【００４３】
このように、アイランドプレート３０に貫通孔４３、４４を設けて、それらを介して受光素子５とミラー２の搭載部３２、３３を枠体６０の底壁６０ａに結合することにより、搭載部３２、３３の強度が確保される。また、搭載部３２、３３をアイランドプレート３０上に配置しながら、アイランドプレート３０の外形に制約が生じるのを避けることができて、リードフレームの作製が容易になる。しかも、貫通孔４３、４４をそれぞれ搭載部３２、３３の中央部に対応させることにより、温度上昇や吸湿によって搭載部３２、３３に体積膨張が生じても、その膨張は貫通穴４３、４４を中心とする放射線状の変位となり、各搭載部３２、３３の中心の位置にはずれが生じない。
【００４４】
上記構成により、各素子搭載部が結合している従来の構成のように変位が発生することがなくなり、安定した性能の半導体レーザ装置が得られる。
【００４５】
リードフレーム１０の形状の例を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５において、（ａ）、（ｂ）は異なる例の上面透視図、（ｃ）は両例の側面透視図であり、実線はリードフレーム１０、破線は枠体６０を表す。
【００４６】
図５（ａ）に示すリードフレーム１０では、アイランドプレート３０は略長方形の単純な形状であり、その両側部は枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄの下方に達している。アイランドプレート３０のうち枠体６０の直線部６０ｄの下方に位置する部位には、複数の貫通孔４５が設けられており、枠体６０の直線部６０ｄは、これらの貫通孔４５を介して底壁６０ａ結合されている。
【００４７】
このように、アイランドプレート３０が単純な形状で、その一部が直線部６０ｄの下方に位置する構成とする場合でも、アイランドプレート３０に貫通孔４５を設けて、貫通孔４５を介して直線部６０ｄと底壁６０ａを結合することで、ホログラム素子６の搭載部となる直線部６０ｄの強度が確保される。これにより、ホログラム素子６の位置が一定になり、他の光学素子１、２、５との相対位置の変動が防止される。
【００４８】
一方、図５（ｂ）に示すリードフレーム１０では、アイランドプレート３０は、枠体６０の直線部６０ｄの内側の形状に略一致した形状であり、直線部６０ｄの下方には達していない。アイランドプレート３０と枠体６０の直線部６０ｄとの間には隙間４６が存在し、直線部６０ｄは底壁６０ａに直接結合されている。この構成では、アイランドプレート３０の形状がやや複雑になるが、ホログラム素子６の搭載部となる枠体６０の直線部６０ｄの強度が一層高くなる。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）のいずれの構成とする場合でも、リードフレーム１０のうちアイランドプレート３０に接続されていないリードについては、図５（ｃ）に示すように、端部に屈曲部４７を設けておく。屈曲部４７が枠体６０の底壁６０ａと係合することになり、リードが枠体６０から抜けるおそれがない。なお、リードの端部に、下方に向かって突出する突起を設けるだけでもよい。
【００５０】
また、図２（ａ）に示すように、枠体６０の底壁６０ａのうち、半導体レーザ素子１の搭載部（サブマウント）４の下方に位置する部位には、貫通孔４８を設けておく。半導体レーザ素子１は駆動により発熱するが、その熱はレーザ素子搭載部４に伝わって、貫通孔４８を介して外部に容易に放出される。これにより、半導体レーザ素子１の温度上昇が抑えられて半導体レーザ素子１の熱的ストレスが緩和される。また、温度上昇によるレーザ素子搭載部４の体積膨張も軽減され、半導体レーザ素子１の他の光学素子２、５、６に対する相対位置の変動も抑えられる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置では、高温や高湿の条件下でも、光学素子相互の位置の変動が抑えられて、安定した性能を発揮する。また、本発明の光ピックアップでは、高温や高湿の条件下でも信号読み取りの信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の半導体レーザ装置の構成を模式的に示す図。
【図２】 上記半導体レーザ装置の内部構成を模式的に示す図。
【図３】 本発明の一実施形態の光ピックアップの構成を模式的に示す図。
【図４】 上記半導体レーザ装置の各光学素子搭載部の特徴を模式的に示す図。
【図５】 上記半導体レーザ装置のリードフレームの形状例を模式的に示す図。
【図６】 従来の半導体レーザ装置の構成を模式的に示す図。
【図７】 上記従来の半導体レーザ装置の内部構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ素子
２ 反射ミラー
４ サブマウント
５ 信号読み取り用受光素子
６ ホログラム素子
１０ リードフレーム
２０ ３ビーム発生用グレーティングパターン
２１ ビームスプリット用ホログラムパターン
３０ アイランドプレート
３２ 受光素子搭載部
３３ ミラー搭載部
４０、４１、４２ 隙間
４３、４４、４５ 貫通孔
４６ 隙間
４８ 貫通孔
５０ 筐体
５１ 取り付け穴
６０ 枠体
６０ａ 底壁
６０ｂ 側壁
６０ｃ 側壁円弧部
６０ｄ 側壁直線部
６１ 基準面
１００ 半導体レーザ装置
１０１ コリメートレンズ
１０２ 反射ミラー
１０３ 集光レンズ
１２１ 光ディスク
２００ 光ピックアップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発するととも反射されたレーザ光を受ける半導体レーザ装置、およびそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ−ＲＯＭやＭＤ（ミニディスク）などの光ディスクを記録媒体として用いる光記録装置に備えられ、光ディスクの信号を読み取る光ピックアップには、ホログラムレーザ方式の半導体レーザ装置を採用したものがある。この方式の半導体レーザ装置は、例えば、特開平６−２０３４０３号公報に開示されているように、一つのパッケージに半導体レーザ素子とホログラム素子と信号読み取り用受光素子とを組み込んで、半導体レーザ素子からレーザ光を出射し、光ディスクによって反射されて戻ってきたレーザ光をホログラム素子により回折して、半導体レーザ素子から離れた場所に配置した受光素子に導くものである。
【０００３】
上記公報の半導体レーザ装置は、受光素子である半導体チップに半導体レーザ素子を搭載するための搭載部を形成し、半導体レーザ素子を受光素子に搭載して両者を一体化した構成である。このため、例えば仕様変更により、半導体レーザ素子と受光素子の相対位置を変える場合は、搭載部の位置や高さを変えなければならなくなり、受光素子そのものを新たに作製する必要が生じる。これは製造効率の観点から好ましくない。
【０００４】
そこで、本出願人は、半導体レーザ素子を受光素子から分離し、両者をそれぞれ別の搭載部上に搭載する構成を提案した（特願２００２−０６６６０１）。このようにすると、半導体レーザ素子と受光素子の相対位置を変える場合でも、複雑な受光素子ではなく、単純な搭載部を新たに作製すればよくなる。
【０００５】
この半導体レーザ装置の構成を図６に示す。図６において（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は内部が判るように（ｃ）からホログラム素子を除いた斜視図である。１は半導体レーザ素子、２は反射ミラー、１０はリードフレーム、４はモニター用ホトダイオード付きサブマウント、５は信号読み取り用受光素子（ホトダイオードと信号処理回路を集積したもの)、６はホログラム素子である。ホログラム素子６は、下面に３ビーム発生用グレーティングパターンが、また、上面にビームスプリット用ホログラムパターンが形成された透明部材（ガラスまたは樹脂）から構成されている。
【０００６】
図６の構成では、装置のパッケージとして、底壁６０ａとその縁に沿った側壁６０ｂを有する絶縁性樹脂製の枠体６０を用いている。枠体６０の側壁６０ｂは、対向する２つの円弧部６０ｃと、対向する２つの直線部６０ｄより成り、直線部６０ｄの上面にホログラム素子６が搭載されている。枠体６０の内部には、外部に達するリードフレーム１０が配置されており、また、半導体レーザ素子１、受光素子５、およびミラーが２が配置されている。半導体レーザ素子１はサブマウント４を搭載部としてこれに搭載され、受光素子５およびミラー２はそれぞれ樹脂製の搭載部に搭載されている。半導体レーザ素子１と受光素子５の電極はＡｕワイヤ８によりリードフレーム１０に電気的に接続されている。
【０００７】
ミラー２は、半導体レーザ素子１の前方に位置し、半導体レーザ素子１が発するレーザ光を反射してその光路を９０゜折り曲げ、ホログラム素子６に導く。受光素子５は、ミラー２の側方に位置し、光ディスクによって反射され、ホログラム素子６によって回折されて方向を変えられたレーザ光を受ける。
【０００８】
図６の半導体レーザ装置の内部を図７に示す。図７において、（ａ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線での断面図である。図７の（ａ）、（ｂ）は図６（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｃ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【０００９】
受光素子５の搭載部３２は、枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄに結合されており、また、リードフレーム１０のアイランドプレート３０上に位置する。ミラー２の搭載部３３も、枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄに結合されており、アイランドプレート３０上に位置する。さらに受光素子搭載部３２とミラー搭載部３３は互いに結合されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２０３４０３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザ装置は駆動時に発熱して高温になり、また、高湿の条件で使用されることも多い。樹脂製の枠体や搭載部は温度上昇や吸湿により体積膨張するが、上記の構成では、枠体６０の体積膨張は、枠体６０に結合されている受光素子搭載部３２やミラー搭載部３３を変位させる方向に働く。具体的に前述の座標系で述べると、枠体６０の膨張は、受光素子搭載部３２およびミラー搭載部３３をＹ軸の負方向に変位させる方向に働く。また、互いに結合されている受光素子搭載部３２とミラー搭載部３３の膨張は、両者を離間させる方向、つまり、受光素子搭載部３２に対してはＸ軸の正方向に、ミラー搭載部３３に対してはＸ軸の負方向に働く。この場合、より弱い構造体の方に変位が生じる。
【００１２】
これらの搭載部３２、３３に変位が生じると、最適に調整されている各光学素子１、２、５、６の光学的な位置関係にズレが発生し、その結果、受光素子５上でのレーザ光の集光位置にもズレが発生して、受光素子５がレーザ光を受ける状態が最適でなくなる。受光素子５の受光状態が最適でなくなれば、光ピックアップによる信号読み取りの信頼性は低下する。
【００１３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、光学素子の位置関係にずれが生じ難い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。また、信号読み取りの信頼性の高い光ピックアップを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、レーザ光を発する半導体レーザ素子と、レーザ光を受ける受光素子と、半導体レーザ素子が発するレーザ光を外部に導き、外部の物体によって反射されたレーザ光を受光素子に導くホログラム素子と、底壁と底壁の縁に沿う側壁とを有し、底壁と側壁が囲む空間内に半導体レーザ素子と受光素子を収容するとともに、側壁の上部にホログラム素子が搭載された樹脂製の枠体と、枠体の外から底壁と側壁が囲む空間内に達して、半導体レーザ素子と受光素子とに電気的に接続されたリードフレームを備える半導体レーザ装置において、受光素子がリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなる受光素子搭載部に搭載され、受光素子搭載部と枠体の側壁とが離間している構成とする。
【００１５】
この半導体レーザ装置では、受光素子搭載部と枠体の側壁が離間しているため、温度上昇や吸湿によって枠体が膨張しても、その膨張が受光素子搭載部を変位させることがない。したがって、受光素子は常に一定位置に保たれ、レーザ光を受ける最適の状態が確保される。また、このようにすると、受光素子搭載部の存在によってリードフレームの外形に制約が生じることがなくなって、リードフレームの作製が容易になり、また、受光素子搭載部の強度の確保も容易である。
【００１６】
本発明ではさらに、枠体の底壁と側壁が囲む空間内に収容されて、半導体レーザ素子が発するレーザ光の方向を変えてホログラム素子に導くミラーを備え、ミラーがリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなるミラー搭載部に搭載され、ミラー搭載部と枠体の側壁とが離間している構成とする。この構成では、ミラー搭載部と枠体の側壁が離間しているため、枠体の膨張によってミラー搭載部とミラーが変位することがない。
【００１７】
ここで、ミラー搭載部と受光素子搭載部とが離間している構成とするとよい。この構成では、受光素子搭載部やミラー搭載部の膨張が、他方を変位させることがない。
【００２２】
リードフレームが、枠体の底壁に対して略垂直な突起を有して、突起によって底壁と係合しているようにするとよい。このようにすると、リードフレームが枠体から外れるおそれがなくなる。
【００２３】
半導体レーザ素子がリードフレームのアイランドプレートに固定されたサブマウントに搭載され、枠体の底面のうちサブマウントの下方に位置する部位が、貫通孔を有する構成とすることもできる。半導体レーザ素子は駆動時に発熱するが、その熱を枠体の貫通孔を介して外部に放出することができて、レーザ素子搭載部の熱膨張が抑えられ、半導体レーザ素子の劣化も抑えられる。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明ではまた、レーザ光を発して光記憶媒体に導き、光記憶媒体によって反射されたレーザ光を受けて、光記憶媒体に記録されている情報を読み取る光ピックアップに、上記の半導体レーザ装置を備える。上記半導体レーザ装置の受光素子は高温や高湿の条件下でもレーザ光を最適に受け得る状態に保たれるから、信号読み取りの信頼性が高い光ピックアップとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の半導体レーザ装置１００の構成を図１および図２に示し、半導体レーザ装置１００を備えた光ピックアップ２００の構成を図３に示す。
【００２６】
図１において（ａ）は半導体レーザ装置１００の上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図、（ｄ）は内部が判るように（ｃ）からホログラム素子を除いた斜視図である。また、図２は、半導体レーザ装置１００の内部を表したものであり、（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線での断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）は図１（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｃ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【００２７】
１は半導体レーザ素子、２は反射ミラー、１０はリードフレーム、４はモニター用ホトダイオード付きサブマウント、５は信号読み取り用受光素子（ホトダイオードと信号処理回路を集積したもの)、６はホログラム素子である。ホログラム素子６の下面と上面にはそれぞれ、３ビーム発生用グレーティングパターン２０とビームスプリット用ホログラムパターン２１が形成されている。
【００２８】
光ピックアップ２００を示す図３において、１０１はコリメートレンズ、１０２は反射ミラー、１０３は集光レンズ、１２１は光ディスクである。５０はコリメートレンズ１０１、反射ミラー１０２等を取付けるための光ピックアップ筐体、５１は半導体レーザ装置１００を取付けるための円形の抜き穴、７０は半導体レーザ装置１００の光学軸である。筐体５０の円形の穴５１によって位置が規定される半導体レーザ装置１００の光学軸７０に一致するように、コリメートレンズ１０１および反射ミラー１０２は、筐体５０に対して精度よく配置されている。
【００２９】
図１、２に示すように、半導体レーザ装置１００では、装置のパッケージとして、底壁６０ａとその縁に沿った側壁６０ｂを有する絶縁性樹脂製の枠体６０を用いている。枠体６０の側壁６０ｂは、対向する２つの円弧部６０ｃと、対向する２つの直線部６０ｄより成り、直線部６０ｄの上面にホログラム素子６が搭載されている。２つの円弧部６０ａは同一の円の一部分であり、枠体６０は円弧部６０ｃの外面が円形の穴５１の周面に接するように光ピックアップ２００の筐体５０に取り付けられる。
【００３０】
枠体６０の内部には、外部に達するリードフレーム１０が配置されており、また、半導体レーザ素子１、受光素子５、およびミラーが２が配置されている。半導体レーザ素子１は、サブマウント４を搭載部として、これに搭載されている。受光素子５は樹脂製の搭載部３２に搭載されている。また、ミラー２は、リードフレーム１０のアイランドプレート３０に対して４５度の角度を成す傾斜面を有する樹脂製の搭載部３３の傾斜面に搭載されている。半導体レーザ素子１と受光素子５の電極はＡｕワイヤ８によりリードフレーム１０に電気的に接続されている。
【００３１】
リードフレーム１０は枠体６０の成形に際して枠体６０と一体化されている。半導体レーザ素子１は、ボンド材を用いてレーザ素子搭載部（サブマウント）４に固定されており、レーザ素子搭載部４は、リードフレーム１０のアイランドプレート３０にボンド材を用いて固定されている。受光素子搭載部３２は枠体６０の成形に際して底壁６０ａと一体に形成されており、受光素子５はボンド材により受光素子搭載部３２に接着されている。ミラー搭載部３３も枠体６０の成形に際して底壁６０ａと一体に形成されており、ミラー２はボンド材にて前述の傾斜面に接着されている。ホログラム素子６は枠体６０の側壁６０ｂのうちの直線部６０ｄの上面３５ａ、３５ｂに接着剤にて接着されている。
【００３２】
半導体レーザ素子１は、光学軸７０が枠体６０の円弧部６０ｃの中心に一致するように実装されている。また、枠体６０は基準面６１を有し、基準面６１と半導体レーザ素子１の発光点のＺ軸方向の距離は所定の距離となるように調整されている。
【００３３】
なお、枠体６０の円弧部６０ｃは、Ｙ軸に関して非対称である。これは、半導体レーザ素子１を枠体６０の中心に配置する必要をなくして、半導体レーザ装置１００の小型化を図るためである。Ｙ軸に関して円弧部６０ｃを対称にしてもよいが、そのようにすると、半導体レーザ素子１を枠体６０の中心に配置しなければならなくなり、受光素子５と反対側に受光素子５と同程度の大きさの無駄なスペースが生じる。
【００３４】
半導体レーザ素子１が発したレーザ光は、ミラー２により９０゜方向を変えられ、ホログラム素子６を透過して、半導体レーザ装置１００からＺ軸方向に出射する。出射したレーザ光は、図３（ａ）に示すように、コリメートレンズ１０１により平行光とされ、ミラー１０２により９０゜方向を変えられ、集光レンズ１０３によって光ディスク１２１上に集光される。
【００３５】
光ディスク１２１に集光したレーザ光は反射され、往路を逆方向に辿って（集光レンズ１０３→ミラー１０２→コリメートレンズ１０１）、半導体レーザ装置１００に戻ってくる。戻ってきたレーザ光は、図２（ｃ）に示すように、ホログラム素子６のホログラムパターン２１により回折されて、元の光学軸７０に対して傾斜した光学軸７１に沿って進み、受光素子５に集光する。受光素子５での受光信号により光ディスクの情報が得られる。
【００３６】
また、半導体レーザ素子１からコリメートレンズ１０１の方向と逆方向に出射するレーザ光は、半導体レーザ素子１の下部に設けられたモニター用ホトダイオードにより受光され、その受光量が一定になるように半導体レーザ素子の出力を制御することにより、光ディスク１２１で一定の光量を得ることができるようになっている。
【００３７】
なお、半導体レーザ装置１００は、図３（ａ）に示すように、光ピックアップ２００に対して筐体５０の穴５１に挿入した状態で、ホログラム素子６のグレーディングパターン２０で発生した３ビームが光ディスク１２１上での所望の位置関係になるように回転調整しておく。その状態で半導体レーザ装置１００を筐体５０に接着することにより光ピックアップ２００が完成する。
【００３８】
半導体レーザ装置１００の枠体６０は樹脂製であるため、高温高湿下では温度上昇や吸湿によって体積膨張が発生する。その体積膨張の影響によって半導体レーザ素子１、ミラー２、受光素子５、およびホログラム素子６の相対位置が変化しないようにするために、本実施形態では以下の構成を採用している。この点について、図４を参照して説明する。
【００３９】
図４は、各光学素子１、２、５、６を取り除いた枠体６０のみを表す図である。ここで、（ａ）は上面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線での断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ線での断面図であり、（ｂ）、（ｃ）は図１（ｃ）に示した直交座標系におけるＹ−Ｚ断面に相当し、（ｄ）はＸ−Ｚ断面に相当する。
【００４０】
（１）受光素子搭載部３２と枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）は離間しており、両者の間には隙間４０が存在する。
（２）ミラー搭載部３３と枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）は離間しており、両者の間には隙間４１が存在する。
（３）ミラー搭載部３３と受光素子搭載部３２は離間しており、両者の間には隙間４２が存在する。
【００４１】
このように、受光素子５、ミラー２、ホログラム素子６を搭載するこれらの搭載部３２、３３、６０ｄを互いに離間させることにより、それらの体積膨張が隙間４０、４１、４２で吸収されて、他の搭載部を変位させることが防止される。
【００４２】
（４）枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）から離間した受光素子搭載部３２は、アイランドプレート３０に設けられた貫通孔４３を介して、枠体６０の底壁６０ａに結合されている。貫通孔４３は、受光素子搭載部３２の中央部の下方に設けられている。
（５）枠体６０の側壁６０ｂ（６０ｄ）から離間したミラー搭載部３３は、アイランドプレート３０に設けられた貫通孔４４を介して、枠体６０の底壁６０ａに結合されている。貫通孔４４は、ミラー搭載部３３の中央部の下方に設けられている。
【００４３】
このように、アイランドプレート３０に貫通孔４３、４４を設けて、それらを介して受光素子５とミラー２の搭載部３２、３３を枠体６０の底壁６０ａに結合することにより、搭載部３２、３３の強度が確保される。また、搭載部３２、３３をアイランドプレート３０上に配置しながら、アイランドプレート３０の外形に制約が生じるのを避けることができて、リードフレームの作製が容易になる。しかも、貫通孔４３、４４をそれぞれ搭載部３２、３３の中央部に対応させることにより、温度上昇や吸湿によって搭載部３２、３３に体積膨張が生じても、その膨張は貫通穴４３、４４を中心とする放射線状の変位となり、各搭載部３２、３３の中心の位置にはずれが生じない。
【００４４】
上記構成により、各素子搭載部が結合している従来の構成のように変位が発生することがなくなり、安定した性能の半導体レーザ装置が得られる。
【００４５】
リードフレーム１０の形状の例を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５において、（ａ）、（ｂ）は異なる例の上面透視図、（ｃ）は両例の側面透視図であり、実線はリードフレーム１０、破線は枠体６０を表す。
【００４６】
図５（ａ）に示すリードフレーム１０では、アイランドプレート３０は略長方形の単純な形状であり、その両側部は枠体６０の側壁６０ｂの直線部６０ｄの下方に達している。アイランドプレート３０のうち枠体６０の直線部６０ｄの下方に位置する部位には、複数の貫通孔４５が設けられており、枠体６０の直線部６０ｄは、これらの貫通孔４５を介して底壁６０ａ結合されている。
【００４７】
このように、アイランドプレート３０が単純な形状で、その一部が直線部６０ｄの下方に位置する構成とする場合でも、アイランドプレート３０に貫通孔４５を設けて、貫通孔４５を介して直線部６０ｄと底壁６０ａを結合することで、ホログラム素子６の搭載部となる直線部６０ｄの強度が確保される。これにより、ホログラム素子６の位置が一定になり、他の光学素子１、２、５との相対位置の変動が防止される。
【００４８】
一方、図５（ｂ）に示すリードフレーム１０では、アイランドプレート３０は、枠体６０の直線部６０ｄの内側の形状に略一致した形状であり、直線部６０ｄの下方には達していない。アイランドプレート３０と枠体６０の直線部６０ｄとの間には隙間４６が存在し、直線部６０ｄは底壁６０ａに直接結合されている。この構成では、アイランドプレート３０の形状がやや複雑になるが、ホログラム素子６の搭載部となる枠体６０の直線部６０ｄの強度が一層高くなる。
【００４９】
図５（ａ）、（ｂ）のいずれの構成とする場合でも、リードフレーム１０のうちアイランドプレート３０に接続されていないリードについては、図５（ｃ）に示すように、端部に屈曲部４７を設けておく。屈曲部４７が枠体６０の底壁６０ａと係合することになり、リードが枠体６０から抜けるおそれがない。なお、リードの端部に、下方に向かって突出する突起を設けるだけでもよい。
【００５０】
また、図２（ａ）に示すように、枠体６０の底壁６０ａのうち、半導体レーザ素子１の搭載部（サブマウント）４の下方に位置する部位には、貫通孔４８を設けておく。半導体レーザ素子１は駆動により発熱するが、その熱はレーザ素子搭載部４に伝わって、貫通孔４８を介して外部に容易に放出される。これにより、半導体レーザ素子１の温度上昇が抑えられて半導体レーザ素子１の熱的ストレスが緩和される。また、温度上昇によるレーザ素子搭載部４の体積膨張も軽減され、半導体レーザ素子１の他の光学素子２、５、６に対する相対位置の変動も抑えられる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ装置では、高温や高湿の条件下でも、光学素子相互の位置の変動が抑えられて、安定した性能を発揮する。また、本発明の光ピックアップでは、高温や高湿の条件下でも信号読み取りの信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の半導体レーザ装置の構成を模式的に示す図。
【図２】 上記半導体レーザ装置の内部構成を模式的に示す図。
【図３】 本発明の一実施形態の光ピックアップの構成を模式的に示す図。
【図４】 上記半導体レーザ装置の各光学素子搭載部の特徴を模式的に示す図。
【図５】 上記半導体レーザ装置のリードフレームの形状例を模式的に示す図。
【図６】 従来の半導体レーザ装置の構成を模式的に示す図。
【図７】 上記従来の半導体レーザ装置の内部構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ素子
２ 反射ミラー
４ サブマウント
５ 信号読み取り用受光素子
６ ホログラム素子
１０ リードフレーム
２０ ３ビーム発生用グレーティングパターン
２１ ビームスプリット用ホログラムパターン
３０ アイランドプレート
３２ 受光素子搭載部
３３ ミラー搭載部
４０、４１、４２ 隙間
４３、４４、４５ 貫通孔
４６ 隙間
４８ 貫通孔
５０ 筐体
５１ 取り付け穴
６０ 枠体
６０ａ 底壁
６０ｂ 側壁
６０ｃ 側壁円弧部
６０ｄ 側壁直線部
６１ 基準面
１００ 半導体レーザ装置
１０１ コリメートレンズ
１０２ 反射ミラー
１０３ 集光レンズ
１２１ 光ディスク
２００ 光ピックアップ
Claims (6)
- レーザ光を発する半導体レーザ素子と、レーザ光を受ける受光素子と、半導体レーザ素子が発するレーザ光を外部に導き、外部の物体によって反射されたレーザ光を受光素子に導くホログラム素子と、底壁と底壁の縁に沿う側壁とを有し、底壁と側壁が囲む空間内に半導体レーザ素子と受光素子を収容するとともに、側壁の上部にホログラム素子が搭載された樹脂製の枠体と、枠体の外から底壁と側壁が囲む空間内に達して、半導体レーザ素子と受光素子とに電気的に接続されたリードフレームを備える半導体レーザ装置において、
受光素子がリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなる受光素子搭載部に搭載され、
受光素子搭載部と枠体の側壁とが離間していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 枠体の底壁と側壁が囲む空間内に収容されて、半導体レーザ素子が発するレーザ光の方向を変えてホログラム素子に導くミラーを備え、
ミラーがリードフレームのアイランドプレートに設けた貫通孔を介して枠体の底壁に結合している樹脂部からなるミラー搭載部に搭載され、
ミラー搭載部と枠体の側壁とが離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。 - ミラー搭載部と受光素子搭載部とが離間していることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
- リードフレームが、枠体の底壁に対して略垂直な突起を有して、突起によって底壁と係合していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
- 半導体レーザ素子がリードフレームのアイランドプレートに固定されたサブマウントに搭載され、
枠体の底壁のうちサブマウントの下方に位置する部位が、貫通孔を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。 - レーザ光を発して光記憶媒体に導き、光記憶媒体によって反射されたレーザ光を受けて、光記憶媒体に記録されている情報を読み取る光ピックアップであって、
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置を備えることを特徴とする光ピックアップ。
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