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1. (WO2019038929) ENDOSCOPE OPTICAL MODULE, ENDOSCOPE, AND METHOD FOR MANUFACTURING ENDOSCOPE OPTICAL MODULE
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明 細 書

発明の名称 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011  

発明の効果

0012  

図面の簡単な説明

0013  

発明を実施するための形態

0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084  

符号の説明

0085  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

補正された請求の範囲(条約第19条)

1  *   2   3   4   5   6  *   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

明 細 書

発明の名称 : 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、光ファイバが挿入されている挿入孔があるファイバ保持部と、前記ファイバ保持部と接合されている封止部と、前記ファイバ保持部と前記封止部とが接合されることで形成された空間に格納された光素子と、を具備する内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡、および、前記内視鏡用光モジュールの製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 内視鏡は、細長い挿入部の先端部にCCD等の撮像素子を含む撮像装置を有する。近年、高画素数の撮像素子の内視鏡への使用が検討されている。高画素数の撮像素子を使用した撮像装置では、撮像素子から信号処理装置へ伝送する信号量が増加するため、電気信号によるメタル配線を介した電気信号伝送に替えて光信号による光ファイバを介した光信号伝送が好ましい。光信号伝送には、電気信号を光信号に変換するE/O型の光モジュール(電気-光変換器)と、光信号を電気信号に変換するO/E型の光モジュール(光-電気変換器)とが用いられる。
[0003]
 内視鏡の細径化のためには、光モジュールの小型化が重要である。また、光モジュールの信頼性向上のため、光素子は気密封止されていることが好ましい。
[0004]
 日本国特開2005-292739号公報および特開2012-160526号公報には、光素子が、透光性を有する基板に実装され、凹部のある基板で封止された光モジュールが開示されている。
[0005]
 日本国特表2015-524285号公報には、底面が酸化シリコンの挿入孔に光ファイバを挿入し、対向面に光素子を実装した医療器具が開示されている。
[0006]
 日本国特開2005-353637号公報には、光素子を隙間無く格納される内寸のパッケージに格納し、光透過性を有する樹脂で光路を充填した光モジュールが開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特開2005-292739号公報
特許文献2 : 特開2012-160526号公報
特許文献3 : 特表2015-524285号公報
特許文献4 : 特開2005-353637号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0008]
 本発明の実施形態は、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法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

[0009]
 実施形態の内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備する。
[0010]
 別の実施形態の内視鏡は内視鏡用光モジュールを具備し、前記内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備する。
[0011]
 別の実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法は、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、前記空間に透明樹脂を注入する補強工程の後に、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入する挿入工程、を具備する

発明の効果

[0012]
 本発明の実施形態によれば、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。

図面の簡単な説明

[0013]
[図1] 第1実施形態の光モジュールの斜視図である。
[図2] 第1実施形態の光モジュールの図1のII-II線に沿った断面図である。
[図3] 第1実施形態の光モジュールの分解図である。
[図4] 第1実施形態の光モジュールの製造方法のフローチャートである。
[図5] 第1実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
[図6] 第1実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
[図7] 第1実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
[図8] 第1実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
[図9] 第1実施形態の変形例1の光モジュールの断面図である。
[図10] 第1実施形態の変形例2の光モジュールの断面図である。
[図11] 第1実施形態の変形例3の光モジュールの断面図である。
[図12] 第1実施形態の変形例4の光モジュールの断面図である。
[図13] 第2実施形態の光モジュールの断面図である。
[図14] 第2実施形態の変形例1の光モジュールの断面図である。
[図15] 第3実施形態の内視鏡の斜視図である。

発明を実施するための形態

[0014]
<第1実施形態>
 図1から図3を用いて、第1実施形態の内視鏡用光モジュール1(以下、「光モジュール1」という)について説明する。なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示、符号の付与は省略する場合がある。また、光ファイバ10の配設方向、すなわち、図1等においてZ軸の値が増加する方向、すなわち、光ファイバ配置方向、を「上」方向という。
[0015]
 光モジュール1は、内視鏡9(図15参照)の撮像素子が出力する電気信号を光信号に変換し光信号を伝送する超小型のE/Oモジュール(電気-光変換器)である。
[0016]
 光モジュール1は、光素子20と、光ファイバ10を保持するフェルール機能を有するファイバ保持部30と、ファイバ保持部30と接合されている封止部40と、光素子20が格納されている空間S20を気密封止している環状の接合部材48と、空間S20に充填されている透明樹脂50と、を主要構成要素として具備する。
[0017]
 光信号を伝送する光ファイバ10は、光信号を伝送する直径が例えば50μmのコアと、コアの外周を覆う直径が125μmのクラッドとからなる。
[0018]
 光素子20は、光信号を出力する発光部21を有するVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER:垂直共振器面発光レーザ)である。平面視寸法が250μm×250μmと超小型の光素子20は、光出射面20SAに、直径が10μmの発光部21と、発光部21と接続された直径が70μmの2つの外部端子22A、22Bとを有する。
[0019]
 なお、以下、同じ機能の複数の構成要素のそれぞれを言うときは、符号の末尾のアルファベット1文字を省略する。例えば、外部端子22A、22Bのそれぞれを、外部端子22という。
[0020]
 ファイバ保持部30は、第1の主面30SAと第1の主面30SAと対向する第2の主面30SBとを有する。ファイバ保持部30は、第1の主面30SAに光ファイバ10が挿入される、挿入孔H30の開口を有するフェルールであると同時に、第2の主面30SBに光素子20が実装されている接続配線33を有する配線板でもある。
[0021]
 ファイバ保持部30は、透明部32とシリコンからなるフェルール部31とからなる。フェルール部31を貫通している挿入孔H30の底面が、透明部32により構成されている。すなわち、挿入孔H30は有底の凹部である。透明部32は、例えばフェルール部31への石英ガラス板等の接着もしくは陽極接合、フェルール部31の酸化処理、または、CVD法により配設される。透明部32は、光信号の波長(700~1600nm)の光に対して透光性を有している。
[0022]
 例えば、平面視寸法が1000μm×1000μmと超小型で厚さが500μmのファイバ保持部30は、厚さが470μmのフェルール部31と厚さが30μmの透明部32とからなる。
[0023]
 封止部40は、第3の主面40SAと第3の主面40SAと対向する第4の主面40SBとを有し、第3の主面40SAが、低融点ガラスからなる接合部材48を介してファイバ保持部30の第2の主面30SBと接合されている。
[0024]
 封止部40には、光素子20が格納されている気密封止された空間S20を構成している下凹部H41がある。封止部40は、下凹部H41の壁面を構成している枠部41と、下凹部H41の底面を構成している蓋部42と、枠部41と蓋部42とを接合している接合部材49と、を含む。
[0025]
 光素子20は、発光部21がファイバ保持部30の挿入孔H30と対向し光軸Oが一致するように、外部端子22がファイバ保持部30の第2の主面30SBの接続配線33と接合されている。
[0026]
 そして、空間S20は、透明樹脂50により光素子20の周囲の空間が充填されている。光素子20の発光部21と透明部32との間に充填されている透明樹脂50は、光信号の界面反射を防止する屈折率整合材の機能を有する。一方、光素子20の発光部21の周囲、4側面に配設されている透明樹脂50は、透明部32の補強効果および光素子20に印加される応力を低減する効果を有する。
[0027]
 すなわち、枠部41の内寸は、光素子20の外寸よりも大きく設定されているため、光素子20の側面と下凹部H41の壁面との間には隙間があり、その隙間を透明樹脂50が充填している。このため、光素子20の熱膨張係数と、下凹部H41の熱膨張係数とが、異なっていても、透明樹脂50が緩衝材となることで温度変化により、光素子20の側面に大きな応力が印加されることはない。
[0028]
 透明部32は、光信号の波長の光を、例えば、95%以上透過するように、その厚さd、すなわち、透明部32における光信号の光路長dは30μmと短い。なお、透明部32は、さらに薄く、5μm程度でもよい。このため、ファイバ保持部30の挿入孔H30に光ファイバ10を挿入するときに、薄い透明部32が破損するおそれがあった。しかし、後述するように、光モジュール1では、光ファイバ10を挿入する前に、透明部32は透明樹脂50により補強されているため、破損することはない。
[0029]
 また、光素子20が格納されている空間S20は、光素子20の信頼性向上のため、気密封止されている。空間S20に気体が残存していると、気体の熱膨張係数は、空間S20を構成している周囲の固体の熱膨張係数よりも大きい。このため、周囲の温度変化により、内部の気体が膨張/収縮するため、光素子20の外部端子22と接続配線33との接合部に応力が印加され、接合信頼性が低下するおそれがあった。
[0030]
 しかし、空間S20には、透明樹脂50が充填されているため、残存する気体が少ない。このため、光素子20の接合信頼性が低下することはない。
[0031]
 以上の説明のように、屈折率整合材として光素子20の発光部21を覆うように配設されている透明樹脂50が、光素子20が格納されている空間S20に充填されている光モジュール1は信頼性が高い。また製造時に透明部32が破損することがないため、光モジュール1は生産性が高い。
[0032]
<内視鏡用光モジュールの製造方法>
 次に、図4のフローチャートに沿って光モジュール1の製造方法を説明する。
[0033]
<ステップS11> ファイバ保持部作製
 図5に示すように、シリコンウエハ31Wと、透明材料から構成されている透明ウエハ32Wとが、例えば、陽極接合され接合ウエハ30Wが作製される。透明ウエハ32Wは、光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料から構成されている。例えば、光信号の波長が可視光域の場合には、透明ウエハ32Wは、ガラスまたはポリカーボネート樹脂等からなる。光信号の光が赤外光の場合には、透明ウエハ32Wは、例えば、可視光を透過しないが赤外光を透過するシリコンで構成されていてもよい。
[0034]
 図6に示すように、シリコンウエハ31Wの第1の主面30SAから、エッチングマスクを介してRIE等のドライエッチング処理が行われ、透明ウエハ32Wがエッチングストップ層となり、シリコンウエハ31Wを貫通する挿入孔H30が形成される。挿入孔H30は、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングで形成してもよい。挿入孔H30は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ10を保持できれば、角柱状であってもよい。また挿入孔H30は、開口の径が底面の径より大きいテーパー形状であってもよい。
[0035]
 さらに、透明ウエハ32Wが所定の厚さdまで、薄層加工される。透明ウエハ32Wの厚さdが、透明部32の厚さとなる。光信号の波長の光を十分に透過するように、厚さdは、50μm以下であることが好ましい。なお、透明ウエハ32Wは、厚さが、例えば5μm以上であれば、透明樹脂50で補強されているため破損するおそれがない。
[0036]
 透明ウエハ32Wの第2の主面30SBに、例えば、金からなる接続配線33がスパッタ法により配設される。
[0037]
 接合ウエハ30Wを切断することにより、複数のファイバ保持部30が作製される。
[0038]
<ステップS12>枠部接合
 図7に示すように、例えば、ガラスからなる枠部41が、低融点ガラスからなる環状の接合部材48を介して、ファイバ保持部30の第2の主面30SBに接合される。すなわち、ファイバ保持部30と枠部41との間にガラスフリットを環状に配設し、枠部41の底面から透明材料からなる枠部41を介して、レーザ光を照射しガラスフリットを局部加熱し溶融することで、接合部材48は作製される。接合部材48は非導電性であるため、2本の接続配線33が短絡することはない。
[0039]
<ステップS13>光素子実装
 枠部41の中、すなわち、下凹部H41により壁面が構成されている空間S20に、光素子20が挿入され、例えば、超音波接合により、外部端子22が接続配線33に接合される。
[0040]
<ステップS14>樹脂注入
 光素子20の周囲の空間に、未硬化で液状の透明樹脂50が注入され、硬化処理が行われる。透明樹脂50には、光透過性の高い所定の屈折率の各種の樹脂、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等を用いる。
[0041]
 透明樹脂50は、光素子20の発光部21と透明部32との間だけでなく、その周囲の透明部32および光素子20の側面の一部までを少なくとも覆っていれば、空間S20を完全に隙間無く充填している必要はない。例えば、透明樹脂50は、光素子20の底面の一部を覆っていなくともよい。ただし、透明樹脂50は、空間S20の体積の90%以上を充填していることが、残留する気体の量が少なく、周囲の温度変化により、光素子20に応力が印加されることはないために、好ましい。
[0042]
<ステップS15> 蓋部接合
 枠部41の底面に蓋部42が環状の接合部材49を介して接合され、空間S20が気密封止される。なお、接合部材49は半田からなるが、蓋部42が透明材料からなる場合には、接合部材48と同じようにガラスフリットのレーザ加熱により形成されるガラスから構成されていてもよい。
[0043]
<ステップS16> 光ファイバ挿入
 図8に示すように、挿入孔H30に光ファイバ10が挿入される。光ファイバ10は、その先端面が挿入孔H30の底面と当接するように配置され、接着剤(不図示)により固定される。このとき、光ファイバ10は、挿入孔H30の底面を構成している透明部32と接触する。
[0044]
 薄い透明部32は機械的強度が十分ではない。しかし、透明部32は底面側(光素子側)が透明樹脂50で補強されている。このため、光ファイバ10が接触しても透明部32が破損することはない。このため、光モジュール1は生産性が高い。
[0045]
 なお、上記製造方法では、個片化されたファイバ保持部30に、それぞれ接合部材48が接合された。しかし、接合ウエハ30Wに、枠部ウエハ、蓋部ウエハを接合後に、個片化してもよい。すなわち、ファイバ保持部30の外寸と接合部材49の外寸とが同じで、ファイバ保持部30の側面と、枠部41の側面および蓋部42の側面と、が同一の切断面であってもよい。
[0046]
<第1実施形態の変形例>
 次に、第1実施形態の変形例の光モジュール1A~1Dについて説明する。光モジュール1A~1Dは、光モジュール1と類似し同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
[0047]
 すなわち、光モジュール1A~1Dは、いずれも、光素子が格納されている空間に透明樹脂50が充填されている。
[0048]
<第1実施形態の変形例1>
 図9に示すように第1実施形態の変形例1の光モジュール1Aでは、封止部40Aは第3の主面40SAに下凹部H40のある一体物からなる。光素子20が実装されたファイバ保持部30の第2の主面30SBに、下凹部H40に未硬化の透明樹脂50が注入された封止部40Aが、接合部材48を介して接合される。
[0049]
 すなわち、環状にパターニング配設されたガラスフリットに対して、封止部40Aは第4の主面40SBからレーザ光が照射され、下凹部H40が封止される。
[0050]
 なお、予め光素子20の発光部21と透明部32との間には、透明樹脂50が充填されていることが光路に気泡が残存しにくいため好ましい。下凹部H40(空間20A)に充填される未硬化の透明樹脂50の量は、下凹部H40の体積から、光素子20の体積を除算して設定される。
[0051]
 光モジュール1Aは、封止部40Aが一体物であるため、光モジュール1よりも製造が容易である。
[0052]
<第1実施形態の変形例2>
 図10に示すように第1実施形態の変形例2の光モジュール1Bでは、封止部40Bは第3の主面40SAと第4の主面とを貫通する貫通配線47を有する。光素子20が実装されている接続配線33は、貫通配線47を介して第4の主面40SBの電極47Bと電気的に接続されている。
[0053]
 光モジュール1Bでは、ファイバ保持部30と封止部40Bとを接合している接合部材48Bは絶縁材料である必要はなく、半田を用いる。なお、封止部40Bは非透明材料により構成されていてもよい。
[0054]
<第1実施形態の変形例3>
 図11に示すように第1実施形態の変形例3の光モジュール1Cでは、光素子20が格納されている空間S20Cは、ファイバ保持部30Cの第2の主面30SBに開口のある上凹部H30Cにより構成されている。
[0055]
 ファイバ保持部30Cは、光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる。そして、光路を構成している透明部に相当する、挿入孔H30の底面と上凹部H30Dの上面との間の距離(長さ)dが、5μm以上50μm以下と薄く設定されている。
[0056]
 光素子20は、ファイバ保持部30Cの上凹部H30Cの上面に実装されており、光素子20の外部端子22が接合されている接続配線33は上凹部H30Cの壁面を介して、第2の主面30SBまで延設されている。
[0057]
 接合部材48を介してファイバ保持部30Cに、セラミック基板等からなる封止部40Cが接合されると、空間S20Cは密封される。低融点ガラスからなる接合部材48は、例えば、レーザ加熱により溶融し、空間S20Cを気密封止する。
[0058]
 光モジュール1Cは、上凹部H30Cに液体の透明樹脂50を、注入することが容易である。すなわち、光素子20の発光部21と透明部32との間の光路に気泡が存在することを防止できるだけでなく、透明樹脂50を過剰に注入し、封止部40Cとの接合部にまで透明樹脂50が配設されてしまうおそれがない。
[0059]
<第1実施形態の変形例4>
 図12に示すように第1実施形態の変形例4の光モジュール1Dでは、光素子20が格納されている空間S20Dは、第2の主面30SBに開口があるファイバ保持部30Dの上凹部H30D(S30D)および第3の主面40SAに開口がある封止部40Dの下凹部H40D(S40D)により構成されている。
[0060]
 すなわち、光素子20は、上部(一部)が上凹部H30D(空間S30D)に格納され、下部(一部)が下凹部H4DC(空間S40D)に格納されている。
[0061]
 光モジュール1Dの製造方法では、光素子20を上凹部H30Dに配設するときに、一部が上凹部H30Dから突出する。このため、光素子20の側面を治具で固定しながら所定位置に配設することが容易である。また、上凹部H30Dへの透明樹脂50の適量注入および光路への気泡の残留防止が容易である。
[0062]
 なお、下凹部H40D(空間S40D)の体積が、空間S20Dの体積の10%未満の場合には、下凹部H40Dには透明樹脂50が充填されていなくともよい。
[0063]
 以上の説明のように、光素子20が格納されている空間は、ファイバ保持部の上凹部および封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されていればよい。言い替えれば、光素子20が格納されている空間は、少なくとも一部が、下凹部により構成されていればよい。また、封止部は、枠部と蓋部とを含んでいてもよいし、一体物でもよい。
[0064]
<第2実施形態および変形例>
 次に、第2実施形態の光モジュール1E、および第2実施形態の変形例の光モジュール1Fについて説明する。光モジュール1E、1Fは、光モジュール1、1A~1Dと類似し同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
[0065]
<第2実施形態>
 図13に示すように、第2実施形態の光モジュール1Eの封止部40Eは、枠部41と蓋部42Eとを含む。枠部41の下凹部H41により光素子20Eが格納されている空間S20Eが構成されている。蓋部42Eは、接続配線33E1、33E2、および貫通配線47Eを有するセラミック配線板である。光素子20Eは発光面20SAの外部端子22Aと、発光面20SAと対向する裏面20SBの外部端子22Bと、を有する。
[0066]
 外部端子22Aは、蓋部42Eの接続配線33E1と、ボンディングワイヤ29を介して電気的に接続されている。外部端子22Bは蓋部42Eの接続配線33E2と直接接合されている。
[0067]
 すなわち、光素子20Eは、ファイバ保持部30ではなく、封止部40Eに配設され封止部40Eの接続配線33Eと電気的に接続されている。
[0068]
 光モジュール1Eの製造方法では、光素子20Eは、封止部40Eの蓋部42Eに配設され、外部端子22Bが接続配線33E2と接合される。また、ワイヤボンディング装置を用いて、外部端子22Aと接続配線33E1とが接続される。
[0069]
 そしてファイバ保持部30と枠部41とが、例えば半田からなる接合部材48Eを介して接合され、液状の透明樹脂50が枠部41の空間S20Eに注入される。そして、枠部41と蓋部42Eとが、半田からなる接合部材49を介して接合される。透明樹脂50の硬化処理による補強後に、光ファイバ10が挿入孔H30に挿入され固定される。
[0070]
 なお、光モジュール1Eでは、ファイバ保持部30の発光部21と対向している第2の主面30SBには、樹脂からなるハイブリッドレンズ28が配設されている。
[0071]
<第2実施形態の変形例>
 図14に示すように、第2実施形態の変形例の光モジュール1Fの光素子20Fは、発光面20SAの外部端子22Aが、ファイバ保持部30Fの接続配線33と接合されている。もう1つの裏面20SBの外部端子22Bはファイバ保持部30Fの接続配線33と、ボンディングワイヤ29を介して電気的に接続されている。
[0072]
 すなわち、光モジュール1Fの製造方法では、光素子20Fがファイバ保持部30Fに配設され、ワイヤボンディング装置を用いて、外部端子22Bと接続配線33とが接続される。そして、枠部41と蓋部42とが半田からなる接合部材49Fを介して接合された封止部40Fの空間S20Fに液状の透明樹脂50が注入される。そして、第1の主面30SA側からのレーザ照射により低融点ガラスからなる環状の接合部材48が溶融することで、ファイバ保持部30Fと封止部40Fとが接合される。そして、光ファイバ10が挿入孔H30に挿入され固定される。
[0073]
 ファイバ保持部30Fでは、フェルール部31Fが、挿入孔H30を形成するときに同時に、外周部もエッチングされている。このため、第1の主面30SA側、すなわち、透明部32を介してレーザ照射することで、低融点ガラスからなる接合部材48により、ファイバ保持部30Fと封止部40Eとが接合される。
[0074]
 なお、光モジュール1E、1Fは、光素子の2つの外部端子22の一方が、ボンディングワイヤ29を介して接合されていたが、例えば、複数の外部端子が光素子の同一面にすべて配設されている場合、複数の外部端子22の全てが、それぞれボンディングワイヤ29を介して接合されていてもよい。
[0075]
<第3実形態施>
 次に、第3実施形態の内視鏡9について説明する。図15に示すように、内視鏡9は、挿入部9Bの先端部9Aに光モジュール1(1A~1F)を有する。
[0076]
 内視鏡9は、高画素数の撮像素子を有する撮像部が先端部9Aに配設された挿入部9Bと、挿入部9Bの基端側に配設された操作部9Cと、操作部9Cから延出するユニバーサルコード9Dと、を具備する。
[0077]
 撮像部が出力した電気信号は、E/O型の光モジュール1(1A~1F)により光信号に変換され、光ファイバ10を介して操作部9Cに配設された光素子がPDであるO/E型の光モジュール1Xにより再び電気信号に変換され、メタル配線を介して伝送される。すなわち、細径の挿入部9B内においては光ファイバ10を介して信号が伝送される。
[0078]
 または、撮像部が出力した電気信号は、挿入部9Bにおいては電気信号としてメタル配線を介して伝送し、操作部9Cに配設されたE/O型の光モジュール1(1A~1F)により光信号に変換され、光ファイバを介してユニバーサルコード9Dを経由して、本体(不図示)に配設された光素子がPDであるO/E型の光モジュール1Xにより電気信号に変換されてもよい。
[0079]
 または、撮像部が出力した電気信号は、E/O型の光モジュール1(1A~1F)により光信号に変換され、光ファイバ10を介して挿入部9Bと、操作部9Cと、ユニバーサルコード9Dとを経由して、本体(不図示)に配設された光素子がPDであるO/E型の光モジュール1Xにより電気信号に変換されてもよい。
[0080]
 すでに説明したように、光モジュール1(1A~1F)は、小型で生産性が高い。また、光素子20が空間S20に密封されているが、空間S20が透明樹脂で充填されているため、信頼性が高い。このため、内視鏡9は、信頼性が高く、小型で生産性が高い。
[0081]
 なお、光モジュール1Xは、比較的、配置スペースが広い操作部9Cに配設されているが、本発明の光モジュール1等と同じ構成であることが好ましい。また、内視鏡9は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、操作部9Cに配設された光モジュール1(1A~1F)により、撮像部への制御信号が光信号に変換され、先端部9Aに配設された光モジュール1Xにより光信号が電気信号に変換されてもよい。
[0082]
 なお、光モジュール1等は、光素子20が光信号を出力する発光部21を有する発光素子である。これに対して、光モジュールの光素子が、光信号が入力される受光部を有する、例えば、フォトダイオード等の受光素子であっても、光モジュール1等と同様の効果を有することは言うまでも無い。
[0083]
 すなわち、本発明の光モジュールの光素子は、光信号を出力する発光部または光信号が入力される受光部と、発光部または受光部と接続された外部端子と、を有していればよい。
[0084]
 本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせ、および応用が可能である。

符号の説明

[0085]
1、1A~1F、1X・・・内視鏡用光モジュール
9・・・内視鏡
10・・・光ファイバ
20・・・光素子
S20・・・空間
21・・・発光部
22・・・外部端子
28・・・ハイブリッドレンズ
29・・・ボンディングワイヤ
30・・・ファイバ保持部
30SA・・・第1の主面
30SB・・・第2の主面
31・・・フェルール部
31W・・・シリコンウエハ
32・・・透明部
32W・・・透明ウエハ
33・・・接続配線
40・・・封止部
40SA・・・第3の主面
40SB・・・第4の主面
41・・・枠部
42・・・蓋部
48・・・接合部材
49・・・接合部材
50・・・透明樹脂

請求の範囲

[請求項1]
 光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
 第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなり、前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、
 第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
 前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、
 前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備することを特徴とする内視鏡用光モジュール。
[請求項2]
 前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第2の主面を構成している透明部と、を含み、
 前記透明部における前記光信号の光路長が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[請求項3]
 前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
 前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[請求項4]
 前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
 前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
 前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[請求項5]
 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の内視鏡用光モジュールを具備することを特徴とする内視鏡。
[請求項6]
 光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
 第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、
 第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
 前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
 前記空間に透明樹脂を注入する補強工程の後に、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入する挿入工程、を具備することを特徴とする内視鏡用光モジュールの製造方法。
[請求項7]
 前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第2の主面を構成している透明部と、を含み、
 前記透明部における前記光信号の光路長が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[請求項8]
 前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
 前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[請求項9]
 前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
 前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
 前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[請求項10]
 透明部材を介したレーザ照射により加熱され溶融した環状の低融点ガラスである前記接合部材により、前記空間が気密封止されていることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。

補正された請求の範囲(条約第19条)
[ 2018年12月21日 ( 21.12.2018 )  国際事務局受理 ]

[1]
[補正後] 光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
 第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなり、前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、
 第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
 前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、
 前記空間に充填され、前記光素子の4側面に配設されている透明樹脂を更に具備することを特徴とする内視鏡用光モジュール。
[2]
 前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第2の主面を構成している透明部と、を含み、
 前記透明部における前記光信号の光路長が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[3]
 前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
 前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[4]
 前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
 前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
 前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項1に記載の内視鏡用光モジュール。
[5]
 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の内視鏡用光モジュールを具備することを特徴とする内視鏡。
[6]
[補正後] 光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
 第1の主面と前記第1の主面と対向する第2の主面とを有し、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第1の主面にあるファイバ保持部と、
 第3の主面と前記第3の主面と対向する第4の主面とを有し、前記第3の主面が前記ファイバ保持部の前記第2の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
 前記第2の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第3の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
 前記空間に透明樹脂を注入することによって、前記透明樹脂を前記光素子の4側面に配設する補強工程の後に、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入する挿入工程、を具備することを特徴とする内視鏡用光モジュールの製造方法。
[7]
 前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第2の主面を構成している透明部と、を含み、
 前記透明部における前記光信号の光路長が、5μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[8]
 前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
 前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[9]
 前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
 前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
 前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
[10]
 透明部材を介したレーザ照射により加熱され溶融した環状の低融点ガラスである前記接合部材により、前記空間が気密封止されていることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]