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WO2019208772A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2019208772A1
WO2019208772A1 PCT/JP2019/017951 JP2019017951W WO2019208772A1 WO 2019208772 A1 WO2019208772 A1 WO 2019208772A1 JP 2019017951 W JP2019017951 W JP 2019017951W WO 2019208772 A1 WO2019208772 A1 WO 2019208772A1
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WO
WIPO (PCT)
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groove
optical
insertion hole
endoscope
main surface
Prior art date
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Application number
PCT/JP2019/017951
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English (en)
French (fr)
Inventor
悠輔 中川
洋平 堺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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    • G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
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    • G02B6/3833—Details of mounting fibres in ferrules; Assembly methods; Manufacture
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/0011—Manufacturing of endoscope parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00163—Optical arrangements
    • A61B1/00165—Optical arrangements with light-conductive means, e.g. fibre optics

Definitions

  • the present invention provides an optical module for an endoscope having an insertion hole in which an optical fiber is inserted and fixed by a transparent resin, and an insertion module in which an optical fiber is inserted and fixed by a transparent resin.
  • the present invention relates to an endoscope having an endoscope optical module, and a method of manufacturing an endoscope optical module having an insertion hole into which an optical fiber is inserted and fixed by a transparent resin.
  • the endoscope has an image sensor at the distal end of the elongated insertion portion.
  • an image sensor having a high pixel count has been studied.
  • the amount of image signal transmitted from the image sensor to the signal processing device (processor) increases.
  • the signal processing device processor
  • the insertion portion becomes thick.
  • an E / O type optical module (electric-optical converter) that converts an electrical signal into an optical signal
  • an O / E type optical module optical-electrical conversion
  • ⁇ Miniaturization of the optical module is important for reducing the diameter of the insertion part of the endoscope.
  • the injected resin may spread not only to the light receiving surface of the optical element disposed at a position facing the insertion hole but also to the periphery of the optical element. Further, when the injected resin is an ultraviolet curable resin, the curing process of irradiating the resin in the insertion hole with ultraviolet rays is not easy. If resin curing is insufficient, the reliability of the optical module may be reduced.
  • Embodiments of the present invention include an endoscope optical module with high reliability, small size, and good transmission efficiency, an endoscope with high reliability, high performance, and minimally invasiveness, and easy to manufacture, reliable, and small in size. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an endoscope optical module with good transmission efficiency.
  • An endoscope optical module includes at least one light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and an external electrode connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • An opening of at least one insertion hole made of a transparent material on the bottom surface is in the first main surface, the optical fiber is inserted into the insertion hole, and the bonding electrode on the second main surface
  • a fiber holding portion to which the external electrode of the optical element is bonded, and the fiber holding portion has an opening of a groove having a bottom surface made of the transparent material connected to the insertion hole.
  • purple in the insertion hole and groove Line-curable or UV thermosetting combined-type transparent resin is disposed.
  • the endoscope of the embodiment includes an endoscope optical module, and the endoscope optical module includes a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit that receives the optical signal, and the light emitting unit or At least one optical element having an external electrode connected to the light receiving portion; at least one optical fiber for transmitting the optical signal; and a first main surface and a second main surface facing the first main surface. And an opening of at least one insertion hole made of a transparent material is in the first main surface, and the optical fiber is in the insertion hole. And a fiber holding portion in which the external electrode of the optical element is bonded to the bonding electrode on the second main surface, and the fiber holding portion is connected to the insertion hole.
  • the opening of the groove whose bottom surface is made of the transparent material Located major surface, the insertion hole and the groove, ultraviolet curable or UV thermosetting combined-type transparent resin is disposed.
  • An endoscope optical module manufacturing method includes a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit that receives the optical signal, and an external electrode that is connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • At least one optical element, at least one optical fiber for transmitting the optical signal, a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, and the first main surface are orthogonal to each other.
  • An opening of at least one insertion hole having a side surface and a bottom surface made of a transparent material is in the first main surface, the optical fiber is inserted into the insertion hole, and the second main surface is joined.
  • the insertion hole and the front A method of manufacturing an optical module for an endoscope in which an ultraviolet curable or ultraviolet thermosetting transparent resin is disposed in a groove, the step of producing the fiber holding portion, and the fiber holding portion Mounting the optical element; injecting the uncured transparent resin into the groove; and disposing the uncured transparent resin in the groove and the insertion hole; and inserting the optical fiber into the insertion hole. And a step of curing the transparent resin by ultraviolet irradiation or ultraviolet irradiation and heating.
  • an endoscope optical module with high reliability, small size, and high transmission efficiency an endoscope with high reliability, high performance, and minimally invasive, and easy to manufacture and reliable It is possible to provide a method for manufacturing an endoscope optical module that is high in size and has good transmission efficiency.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5. It is a manufacturing flowchart of the optical module of 1st Embodiment.
  • FIG. 1 It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 1 of 1st Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 2 of 1st Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 3 of 1st Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 4 of 1st Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 5 of 1st Embodiment. It is a perspective exploded view of the optical module of 2nd Embodiment. It is a top view of the optical module of 2nd Embodiment. FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 1 of 2nd Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 2 of 2nd Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 3 of 2nd Embodiment. It is a top view of the fiber holding part of the optical module of the modification 4 of 2nd Embodiment. It is a perspective exploded view of the optical module of the modification 5 of 2nd Embodiment. It is a schematic diagram of the endoscope of 3rd Embodiment.
  • optical module 1 The endoscope optical module 1 (hereinafter referred to as “optical module 1”) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the drawings based on each embodiment are schematic diagrams. It should be noted that the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the thickness of each part, and the like are different from the actual ones. In some cases, portions having different dimensional relationships and ratios may be included between the drawings. In addition, illustration of some components and provision of symbols may be omitted.
  • the optical module 1 is an ultra-compact E / O type module (electric-optical converter) that converts an electrical signal output from the imaging device 2 of the endoscope 5 into an optical signal and transmits the optical signal (see FIG. 22). ).
  • the optical module 1 includes an optical element 10, an optical fiber 20, and a fiber holding unit 30.
  • the optical element 10 is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical-Cavity-Surface-Emitting-LASER :) having a light-emitting unit 11 that outputs an optical signal.
  • the ultra-small optical element 10 having a size in plan view of 235 ⁇ m ⁇ 235 ⁇ m includes a light emitting unit 11 that outputs an optical signal and a diameter of 10 ⁇ m, and four external electrodes 12 that are connected to the light emitting unit 11 and have a diameter of 70 ⁇ m. Have. Note that two of the four external electrodes 12 are dummy electrodes.
  • the optical fiber 20 for transmitting an optical signal has, for example, a core having a diameter of 62.5 ⁇ m and a clad having a diameter of 80 ⁇ m covering the outer periphery of the core.
  • the fiber holding unit 30 includes a first main surface 30SA, a second main surface 30SB facing the first main surface 30SA, and a side surface 30SS orthogonal to the first main surface 30SA.
  • the fiber holding unit 30 is a bonding substrate of a silicon substrate 31 that constitutes the first main surface 30SA and a glass substrate 32 that constitutes the second main surface 30SB.
  • the direction in which the silicon substrate 31 of the fiber holding unit 30 is disposed may be referred to as “up”, and the direction in which the glass substrate 32 is disposed may be referred to as “down”.
  • the fiber holding part 30 is ultra-compact with a horizontal width of 1 mm and a vertical width of 0.5 mm.
  • the bonding electrode 33 is disposed on the second main surface 30SB of the fiber holding unit 30, that is, the glass substrate 32, and the external electrode 12 of the optical element 10 is bonded to the bonding electrode 33.
  • the bonding electrode 33 is connected to a wiring (not shown) that transmits a drive signal.
  • the first main surface 30SA of the fiber holding unit 30 has an opening (insertion hole opening) of the insertion hole H1 into which the optical fiber 20 is inserted. Since the insertion hole H1 passes through the silicon substrate 31, the wall surface is silicon, but the bottom surface (bottom surface of the insertion hole) is a glass substrate 32 made of a transparent material.
  • the inner diameter of the bottom surface of the insertion hole H1 is slightly larger than the outer diameter of the optical fiber 20, for example, 85 ⁇ m.
  • the central axis of the optical fiber 20 inserted into the insertion hole H1 coincides with the optical axis O of the optical element 10, and the optical fiber 20 is Optically coupled with the optical element 10.
  • the first main surface 30SA of the fiber holding portion 30 has an opening (groove opening) of a groove (slit, path) H2 extending from the insertion hole H1.
  • the groove H2 extends to the side surface 30SS of the fiber holding unit 30, and the groove H2 also has an opening (side opening) on the side surface 30SS.
  • the width of the groove H2 decreases from the side surface 30SS toward the insertion hole H1. That is, the width of the groove H2 is the narrowest at the connection portion with the insertion hole H1. Since the groove H2 penetrates the silicon substrate 31, the wall surface is silicon, but the bottom surface and the bottom surface (groove bottom surface) are the glass substrate 32 made of a transparent material.
  • the width of the bottom surface of the groove is 50 ⁇ m at the side opening, and 30 ⁇ m at the connection portion with the insertion hole H1.
  • the width of the connection portion between the groove H2 and the insertion hole H1 may be less than the inner diameter of the insertion hole H1, but in order to stably hold the optical fiber 20 inserted into the insertion hole H1, the width of the insertion hole H1 It is preferable that it is 80% or less.
  • the insertion hole H1 and the groove H2 have a taper. That is, the insertion hole opening is larger than the bottom surface of the insertion hole, and the groove opening is larger than the bottom surface of the groove.
  • the inner diameter of the bottom surface of the insertion hole is 85 ⁇ m and the width of the bottom surface of the groove is 50 ⁇ m
  • the inner diameter of the opening of the insertion hole is 120 ⁇ m and the width of the groove opening is 90 ⁇ m.
  • the optical fiber 20 is fixed by an ultraviolet curable transparent resin 40 injected from the groove H2. For this reason, the transparent resin 40 is disposed in the insertion hole H1 and the groove H2. Note that the transparent resin 40 disposed in the insertion hole H1 is not illustrated because it is disposed in a slight gap between the outer surface of the optical fiber 20 and the wall surface of the insertion hole H1.
  • an ultra-small optical module it is not easy to fix an optical fiber to a fiber holding part (ferrule) with an adhesive. That is, it is not easy to irradiate the transparent resin 40 disposed in the gap between the optical fiber 20 and the insertion hole H1 with ultraviolet rays for curing. If the transparent resin 40 is not sufficiently cured, the optical fiber is not sufficiently fixed, and the reliability of the optical module may be reduced. In addition, when the uncured transparent resin 40 is injected into the insertion hole H1, if air bubbles remain, the transmission efficiency decreases.
  • the first main surface 30SA of the fiber holding unit 30 of the optical module 1 has not only the insertion hole H1 but also the groove H2. For this reason, the ultraviolet rays irradiated from at least one of the first main surface 30SA and the side surface 30SS reach the transparent resin 40 in the insertion hole H1 by passing through the transparent resin 40 disposed in the groove H2. For this reason, the transparent resin 40 in the insertion hole H1 for fixing the optical fiber 20 can be sufficiently cured. Further, since the transparent resin 40 flows into the insertion hole H1 through the groove H2, bubbles do not remain in the transparent resin 40.
  • the optical module 1 is highly reliable and small in size, has good transmission efficiency, and is easy to manufacture.
  • the silicon substrate 31 and glass are formed by cutting the silicon wafer and the glass wafer after forming the insertion hole H1, the groove H2, and the like in the bonded wafer in which, for example, the anode is bonded.
  • a fiber holding unit 30 including the substrate 32 is manufactured.
  • the external shape of the fiber holding part 30 is a rectangular parallelepiped, it may be a cylinder or a polygonal column.
  • the insertion hole H1 and the groove H2 are formed by etching the bonded wafer.
  • the insertion hole H1 and the like whose wall surface is substantially perpendicular to the main surface can be easily formed with high accuracy by a reactive ion etching (RIE) method.
  • RIE reactive ion etching
  • the glass wafer serves as an etching stop layer, an insertion hole H1 and the like having glass as the bottom surface are formed.
  • the insertion hole H1 and the like may be formed by wet etching.
  • the shape of the insertion hole H1 may be a prism as long as the optical fiber 20 can be held by its inner surface in addition to a cylinder.
  • the insertion hole H1 and the groove H2 of the fiber holding part 30 have a tapered opening.
  • the taper of the insertion hole H1 and the groove H2 is formed by performing anisotropic dry etching and then performing isotropic dry etching.
  • the taper is not an essential element of the insertion hole H1 and the groove H2.
  • the insertion hole H1 and the groove H2 having a taper can be easily inserted into the optical fiber 20 and injected with the transparent resin 40.
  • the glass wafer of the bonded wafer is thinned to a thickness of more than 5 ⁇ m and less than 50 ⁇ m.
  • the thickness of the glass substrate 32 is less than 50 ⁇ m, light with a wavelength of the optical signal transmits 95% or more, and thus transmission efficiency is good. In addition, if the thickness of the glass substrate 32 is more than 5 ⁇ m, the glass substrate 32 is not easily damaged in a later process.
  • the thickness of the silicon substrate 31 is preferably more than 100 ⁇ m in order to stably hold the optical fiber 20.
  • the glass wafer is thinned, and the bonding electrode 33 and the like are disposed on the second main surface 30SB. Then, the plurality of fiber holding units 30 are manufactured by cutting the bonded wafer.
  • the fiber holder may be manufactured by processing an SOI wafer. That is, the insertion hole H1 and the groove H2 are formed in the first silicon layer of the SOI wafer composed of the first silicon layer / silicon oxide layer / second silicon layer using the silicon oxide layer as an etching stop layer.
  • the bottom surface of the insertion hole H1 or the like is a silicon oxide layer.
  • a through hole serving as an optical path is formed in the second silicon layer. Note that the second silicon layer may be removed.
  • the fiber holding portion may be manufactured by processing a silicon substrate having a silicon oxide layer formed on one side.
  • a substrate made of a material capable of forming insertion holes and grooves such as a resin such as glass or polycarbonate, may be used.
  • a substrate made of a material that transmits light having a wavelength of an optical signal such as sapphire or quartz may be used.
  • the bonding method of the bonding substrate may be fusion bonding, fusion bonding, resin bonding, or the like.
  • the optical element 10 is mounted on the second main surface 30SB of the fiber holding unit 30.
  • a plurality of bonding electrodes 33 are provided in advance at predetermined positions on the second main surface 30SB.
  • the external electrode 12 of the optical element 10 is ultrasonically bonded to the bonding electrode 33, for example, the light emitting portion 11 of the optical element 10 is fixed at a position facing the insertion hole H1.
  • the fiber holding unit 30 has an opposing region facing the region where the bonding electrode 33 of the second main surface 30SB is disposed, that is, the external electrode 12 of the optical element 10 There are no insertion hole H1 and groove H2 in the region to be joined.
  • the region where the bonding electrode 33 of the glass substrate 32 is disposed is reinforced because of the silicon substrate 31. For this reason, there is no possibility that the thin glass substrate 32 is damaged when the optical element 10 is bonded.
  • the optical module 1 has high reliability because, for example, when the optical element 10 is ultrasonically bonded, the bonding pressure can be set high.
  • the transparent resin 40 various ultraviolet curable resins having a high refractive index and a predetermined refractive index, or an ultraviolet thermosetting resin, for example, a silicone resin or an epoxy resin are used.
  • the transparent resin 40 is injected into the groove H2 from the opening of the groove H2 of the first main surface 30SA of the fiber holding unit 30.
  • the groove H2 has the narrowest connection with the insertion hole H1.
  • the groove H2 is wide at the side surface 30SS.
  • the transparent resin 40 may be injected into the groove H2 from the side opening of the groove H2 in a state where the side surface 30SS of the fiber holding unit 30 is faced up.
  • channel H2 of the fiber holding part 30 has a bottom face, mixing of bubbles can be effectively prevented by injecting the transparent resin 40 so as to connect the glass substrate 32 constituting the bottom face.
  • Step S40> Optical Fiber Insertion Step
  • the optical fiber 20 is inserted into the insertion hole H1.
  • the position of the inserted optical fiber 20 in the optical axis direction may move.
  • the optical fiber since the optical fiber is inserted after the resin is injected, there is no possibility that the optical fiber moves.
  • the extruded transparent resin 40 overflows from the opening of the groove H2. For this reason, when inserting the optical fiber 20 in the insertion hole H1, there is no possibility that the thin glass substrate 32 may be damaged by the insertion pressure.
  • Step S50> Resin curing step
  • the transparent resin 40 is cured. That is, the transparent resin 40 is irradiated with ultraviolet rays.
  • the gap between the insertion hole H1 and the optical fiber 20 is extremely small. For this reason, it is not easy to irradiate the transparent resin 40 in the gap with ultraviolet rays.
  • the fiber holding part 30 has a groove H2 connected to the insertion hole H1.
  • the transparent resin 40 of the insertion hole H1 can be efficiently irradiated with ultraviolet rays from at least one of the first main surface 30SA of the groove H2 of the first main surface 30SA and the opening on the side surface.
  • the groove H2 is effective not only for disposing the transparent resin 40 in the insertion hole H1, but also for irradiating the transparent resin 40 in the insertion hole H1 with ultraviolet rays.
  • the transparent resin 40 is an ultraviolet thermosetting combined type resin, for example, a thermosetting process at 100 ° C. for 1 hour is further performed after the ultraviolet irradiation process.
  • the optical module 1 is easy to manufacture because the step of fixing the optical fiber 20 inserted into the insertion hole H1 with the transparent resin 40 can be reliably performed without damaging the glass substrate 32.
  • step S30 (resin injection process) may be performed after step S40 (optical fiber insertion process).
  • step S30 the transparent resin 40 can be injected while monitoring the amount of light emitted from the optical element 10 and guided by the optical fiber 20. Then, it can be confirmed by the increase in the amount of light that the transparent resin 40 is filled in the gap between the tip surface of the optical fiber 20 and the glass substrate 32.
  • step S40 it can be visually confirmed that the optical fiber 20 is in contact with the glass substrate 32. Further, when the optical fiber 20 is inserted, since the transparent resin 40 does not enter the insertion hole H1, the optical fiber 20 can be inserted while checking the insertion hole H1.
  • the groove H2 of the fiber holding unit 30 has a constant width. Further, the insertion hole H1 and the groove H2 do not have a taper.
  • the optical module 1A is easier to manufacture, more reliable, and has better transmission efficiency than the conventional optical module without the groove H2.
  • the end of the groove H2 of the fiber holding unit 30 has a hole whose bottom surface is made of a transparent material and whose side surface is open.
  • the groove H2 has a semicircular shape in which the opening of the first main surface 30SA has a diameter larger than the width of the groove H2. That is, the opening width of the first main surface 30SA of the hole is larger than the width of the groove H2.
  • the transparent resin 40 can be easily injected from the opening of the side surface 30SS, and the positioning accuracy of the optical fiber 20 does not decrease.
  • the injection hole H3 is provided in the middle of the groove H2. That is, there is an injection hole H3 having an inner diameter larger than the width of the groove H2 between the insertion hole H1 of the groove H2 and the opening of the side surface 30SS. Furthermore, at the end of the groove H2, the bottom surface is made of a transparent material, the side surface has an opening, and the opening width of the first main surface 30SA of the hole is larger than the width of the groove H2.
  • the inner diameter of the insertion hole H1 is 85 ⁇ m
  • the inner diameter of the injection hole H3 is 200 ⁇ m
  • the width of the groove H2 is 50 ⁇ m.
  • the width of the portion in contact with the insertion hole H1 of the groove H2 may be less than the inner diameter of the insertion hole H1, but in order to stably hold the optical fiber 20 inserted into the insertion hole H1, the inner diameter of the insertion hole H1 is 80. % Or less is preferable.
  • the insertion hole H1, the groove H2, and the injection hole H3 do not have a taper, but may have a taper.
  • the inner surface shape of the injection hole H3 is not limited to a cylinder, and may be a prism.
  • the optical fiber 20 is fixed by an ultraviolet curable transparent resin 40 injected from the injection hole H3.
  • the transparent resin 40 is disposed in the insertion hole H1, the injection hole H3, and the groove H2.
  • the transparent resin 40 is injected from the bottom surface toward the first main surface 30SA using a microsyringe inserted into the injection hole H3. For this reason, in the optical module 1C, there is no possibility that bubbles are mixed.
  • the insertion hole H1, the injection hole H3, and the groove H2 of the fiber holding unit 30 are bottomed. For this reason, there is no possibility that the optical element 10 is damaged by the microsyringe or the transparent resin 40 spreads to the second main surface 30SB.
  • the insertion hole H1, the groove H2, and the injection hole H3 of the fiber holding portion 30C are arranged on one straight line. For this reason, when the optical fiber 20 is inserted into the insertion hole H1, the position of the tip surface of the optical fiber 20 can be confirmed from the side surface 30SS, and at the same time, ultraviolet rays can be irradiated from the side surface opening.
  • the end of the groove H2 is made of a transparent material at the bottom, the side has an opening, and the opening width of the first main surface 30SA of the hole is the groove H2. Greater than the width of Further, the groove H2 is not linear but is bent. Although not shown, the groove H2 can avoid a region where the external electrode 12 of the optical element 10 is joined.
  • the insertion hole H1 and the groove H2 do not have a taper, but may have a taper.
  • the optical module 1E of this modification shown in FIG. 13 includes two optical elements 10A and 10B, two optical fibers 20A and 20B, and a fiber holding unit 30.
  • the fiber holding portion 30 has two insertion holes H1A and H1B and two grooves H2A and H2B.
  • the insertion holes H1A and H1B and the grooves H2A and H2B do not have a taper, but may have a taper.
  • the optical fiber 20A inserted into the insertion hole H1A transmits the first optical signal output from the optical element 10A.
  • the optical fiber 20B inserted into the insertion hole H1B transmits the second optical signal output from the optical element 10B.
  • the optical module 1E has the effect of the optical module 1 and the like, and the optical module 1E can transmit more signals than the optical module 1 and the like.
  • the first main surface 30SA of the fiber holder 30 of the optical module 1F of the second embodiment shown in FIGS. 14 to 16 has an insertion hole H1 and a groove (slit, path) H2 connected to the insertion hole H1.
  • the groove H2 does not extend to the side surface 30SS.
  • Each of the insertion hole H1, the injection hole H3, and the groove H2 has an opening in the first main surface 30SA, and the wall surface is silicon, but it is bottomed and the bottom surface is glass.
  • the first main surface 30SA of the fiber holding unit 30 of the optical module 1F includes not only the opening of the insertion hole H1, but also the opening of the injection hole H3 and the opening of the groove H2. For this reason, the ultraviolet rays irradiated from above the first main surface 30SA reach the transparent resin 40 in the insertion hole H1 by passing through the transparent resin 40 disposed in the injection hole H3 and the groove H2. For this reason, the transparent resin 40 in the insertion hole H1 for fixing the optical fiber 20 can be sufficiently cured. Further, since the transparent resin 40 flows into the insertion hole H1 through the injection hole H3 and the groove H2, bubbles do not remain in the transparent resin 40.
  • the optical module 1F is highly reliable, small in size, has good transmission efficiency, and is easy to manufacture.
  • the optical modules 1G to 1K of the first to fifth modifications of the second embodiment are similar to the optical module 1F and have the same effects, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the insertion hole H1 or the like does not have a taper, but may have a taper.
  • the groove H2 of the fiber holder 30 of the optical module 1G of the present modification shown in FIG. 17 does not extend to the side surface 30SS.
  • the groove H2 that is linear and has a constant width has no opening on the side surface 30SS.
  • ⁇ Modification 2 of the second embodiment> The groove H2 of the fiber holder 30 of the optical module 1H of the present modification shown in FIG. 18 does not extend to the side surface 30SS.
  • the width of the groove H2 decreases toward the insertion hole H1.
  • the fiber holder 30 of the optical module 1J of this modification shown in FIG. 20 has two grooves H2A and H2B. That is, the number of grooves H2 extending from the insertion hole H1 is not limited to one.
  • An optical module 1K according to this modification shown in FIG. 21 includes two optical elements 10A and 10B, two optical fibers 20A and 20B, and a fiber holding unit 30.
  • the fiber holding portion 30 has two insertion holes H1A and H1B and two grooves H2A and H2B.
  • the two grooves H2A and H2B are extended to one injection hole H3.
  • the transparent resin 40 injected into the injection hole H3 is disposed in the insertion holes H1A and H1B through the grooves H2A and H2B.
  • the optical module 1K is easy to manufacture because the transparent resin 40 can be disposed in the two insertion holes H1A and H1B by a single injection operation.
  • the optical module of the present invention may include a plurality of optical fibers and the like.
  • one optical module may have grooves having different forms.
  • the linear groove shown in FIG. 9 may be extended from the insertion hole H1A
  • the bending groove shown in FIG. 12 may be extended from the insertion hole H1B.
  • the endoscope 5 shown in FIG. 22 has the optical module 1 (1A to 1K) at the distal end portion 9A of the insertion portion 9B.
  • the endoscope 5 includes an insertion portion 9B in which the image pickup device 2 having a high pixel count is disposed at the distal end portion 9A, an operation portion 9C disposed on the proximal end side of the insertion portion 9B, and an extension from the operation portion 9C.
  • Universal code 9D is
  • the electrical signal output from the imaging device 2 is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1, and the optical device disposed in the operation unit 9C after passing through the optical fiber 20 is an O / light receiving device. It is converted again into an electric signal by the E-type optical module 1X and transmitted by way of a metal wiring. That is, a signal is transmitted through the optical fiber 20 in the small-diameter insertion portion 9B.
  • the electrical signal output from the image pickup device 2 is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1, and after passing through the optical fiber 20, the insertion portion 9B, the operation portion 9C, the universal cord 9D, , Optical elements arranged in a processor (not shown) may be converted into electrical signals by an O / E type optical module 1X which is a PD.
  • the processor performs signal processing for displaying the electrical signal converted by the O / E type optical module 1X as an image on a display device, for example, a liquid crystal monitor.
  • the optical module 1 (1A to 1K) is small in size and high in reliability and productivity.
  • the endoscope 5 (5A to 5K) is less invasive because the insertion portion has a small diameter, and has high reliability and productivity.
  • the optical module 1X is disposed in the operation unit 9C having a relatively large arrangement space, but may have the same configuration as the optical module 1 of the present invention.
  • the endoscope 5 is a flexible mirror, it may be a rigid mirror, and its use may be medical or industrial.
  • a control signal to the image sensor 2 is converted into an optical signal by the optical module 1 disposed in the operation unit 9C, and an optical signal is converted into an electrical signal by the optical module 1X disposed in the distal end portion 9A. May be.
  • the optical module 1 or the like is a light emitting element having a light emitting unit 11 from which the optical element 10 or the like outputs an optical signal.
  • the optical element of the optical module has a light receiving unit to which an optical signal is input, for example, a light receiving element such as a photodiode, it has the same effect as the optical module 1 or the like.
  • the optical element only needs to have a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which an optical signal is input, and an external electrode connected to the light emitting unit or the light receiving unit.

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Abstract

内視鏡用光モジュール１は、光素子１０と、光ファイバ２０と、第１の主面１０ＳＡと第２の主面１０ＳＢと側面１０ＳＳとを有し、底面が透明材料からなる挿入孔Ｈ１の開口が第１の主面１０ＳＡにあり、挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０が挿入されており、第２の主面１０ＳＢの光素子１０が接合されているファイバ保持部３０と、を具備し、ファイバ保持部３０には、挿入孔Ｈ１とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が第１の主面１０ＳＡにあり、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２に透明樹脂４０が配設されている。

Description

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
　本発明は、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔があるファイバ保持部を具備する内視鏡用光モジュール、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔がある内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、および、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔がある内視鏡用光モジュールの製造方法に関する。
　内視鏡は、細長い挿入部の先端部に撮像素子を有する。近年、高品質の画像を表示するため、高画素数の撮像素子が検討されている。高画素数の撮像素子を使用した場合には、撮像素子から信号処理装置（プロセッサ）へ伝送する画像信号量が増加する。このため、電気信号によるメタル配線を経由した電気信号伝送では、必要な信号量を伝送するためにメタル配線の線径を太くしたり、複数のメタル配線を用いたりする必要があり、配線のため挿入部が太くなるおそれがある。
　挿入部を細径化し低侵襲化するには、電気信号に替えて光信号による細い光ファイバを経由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。
　内視鏡の挿入部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。
　国際公開第２０１６／１５７３０１号には、光ファイバが挿入され樹脂を用いて固定されている挿入孔のあるフェルールに、樹脂を注入する注入孔がある内視鏡用光モジュールが開示されている。
　しかし、注入された樹脂は、挿入孔と対向する位置に配設されている光素子の受光面だけでなく、光素子の周囲にまで広がってしまうおそれがあった。また、注入された樹脂が紫外線硬化型樹脂の場合には挿入孔内の樹脂に紫外線を照射する硬化処理は容易ではなかった。樹脂硬化が不十分だと光モジュールの信頼性が低下するおそれがあった。
国際公開第２０１６／１５７３０１号
　本発明の実施形態は、信頼性が高く小型で伝送効率のよい内視鏡用光モジュール、信頼性が高く高性能で低侵襲な内視鏡、および、製造が容易で信頼性が高く小型で伝送効率のよ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。
　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電極と、を有する少なくとも１つの光素子と、前記光信号を伝送する少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面と前記第１の主面と直交する側面とを有し、底面が透明材料からなる少なくとも１つの挿入孔の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第２の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されているファイバ保持部と、を具備し、前記ファイバ保持部には、前記挿入孔とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔および前記溝に、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の透明樹脂が配設されている。
　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電極と、を有する少なくとも１つの光素子と、前記光信号を伝送する少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面と前記第１の主面と直交する側面とを有し、底面が透明材料からなる少なくとも１つの挿入孔の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第２の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されているファイバ保持部と、を具備し、前記ファイバ保持部には、前記挿入孔とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔および前記溝に、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の透明樹脂が配設されている。
　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電極と、を有する少なくとも１つの光素子と、前記光信号を伝送する少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面と前記第１の主面と直交する側面とを有し、底面が透明材料からなる少なくとも１つの挿入孔の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第２の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されているファイバ保持部と、を具備し、前記ファイバ保持部には、前記挿入孔とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔および前記溝に、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の透明樹脂が配設されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、前記ファイバ保持部を作製する工程と、前記ファイバ保持部に前記光素子を実装する工程と、前記溝に未硬化の前記透明樹脂を注入し、前記溝および前記挿入孔に未硬化の前記透明樹脂を配設する工程と、前記挿入孔に前記光ファイバを挿入する工程と、紫外線照射、または、紫外線照射かつ加熱、によって前記透明樹脂を硬化する工程と、を具備する。
　本発明の実施形態によれば、信頼性が高く小型で伝送効率のよい内視鏡用光モジュール、信頼性が高く高性能で低侵襲な内視鏡、および、製造が容易で、信頼性が高く小型で伝送効率のよい内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。
第１実施形態の光モジュールの斜視分解図である。 第１実施形態の光モジュールの上面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造フローチャートである。 第１実施形態の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。 図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造フローチャートである。 第１実施形態の変形例１の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第１実施形態の変形例２の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第１実施形態の変形例３の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第１実施形態の変形例４の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第１実施形態の変形例５の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第２実施形態の光モジュールの斜視分解図である。 第２実施形態の光モジュールの上面図である。 図１５のＸＶ－ＸＶ線に沿った断面図である。 第２実施形態の変形例１の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第２実施形態の変形例２の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第２実施形態の変形例３の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第２実施形態の変形例４の光モジュールのファイバ保持部の上面図である。 第２実施形態の変形例５の光モジュールの斜視分解図である。 第３実施形態の内視鏡の模式図である。
＜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、模式図である。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る。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。
　光モジュール１は、内視鏡５の撮像素子２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型モジュール（電気－光変換器）である（図２２参照）。
　光モジュール１は、光素子１０と、光ファイバ２０と、ファイバ保持部３０と、を具備する。
　光素子１０は、光信号を出力する発光部１１を有する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting ＬＡＳＥＲ：）である。平面視寸法が２３５μｍ×２３５μｍと超小型の光素子１０は、光信号を出力する直径が１０μｍの発光部１１と、発光部１１と接続された直径が７０μｍの４つの外部電極１２を発光面１０ＳＡに有する。なお、４つの外部電極１２のうちの２つは、ダミー電極である。
　光信号を伝送する光ファイバ２０は、例えば、直径が６２．５μｍのコアと、コアの外周を覆う直径が８０μｍのクラッドとを有する。
　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、第１の主面３０ＳＡと直交する側面３０ＳＳと、を有する。ファイバ保持部３０は、第１の主面３０ＳＡを構成するシリコン基板３１と、第２の主面３０ＳＢを構成するガラス基板３２との接合基板である。なお、ファイバ保持部３０のシリコン基板３１が配置されている方向を「上」といい、ガラス基板３２が配置されている方向を「下」ということがある。
　ファイバ保持部３０は、図２に示した上面図において、横幅１ｍｍ、縦幅０．５ｍｍと超小型である。
　ファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢ、すなわち、ガラス基板３２には接合電極３３が配設されており、接合電極３３には光素子１０の外部電極１２が接合されている。接合電極３３は駆動信号を伝送する図示しない配線と接続されている。
　ファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡには、光ファイバ２０が挿入されている挿入孔Ｈ１の開口（挿入孔開口）がある。挿入孔Ｈ１はシリコン基板３１を貫通しているため、壁面はシリコンであるが、有底で底面（挿入孔底面）が、透明材料であるガラス基板３２である。挿入孔Ｈ１の底面の内径は、光ファイバ２０の外径よりも僅かに大きい、例えば８５μｍである。
　挿入孔Ｈ１は、光素子１０の発光部１１と対向する位置にあるため、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０の中心軸は、光素子１０の光軸Ｏと一致し、光ファイバ２０は光素子１０と光結合する。
　ファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡには、挿入孔Ｈ１から延設されている溝（スリット、パス）Ｈ２の開口（溝開口）がある。溝Ｈ２は、ファイバ保持部３０の側面３０ＳＳまで延設されており、溝Ｈ２は、側面３０ＳＳにも開口（側面開口）を有する。溝Ｈ２は、側面３０ＳＳから挿入孔Ｈ１に向かって幅が狭くなっている。すなわち、溝Ｈ２の幅は、挿入孔Ｈ１との接続部が最も狭い。溝Ｈ２はシリコン基板３１を貫通しているため、壁面はシリコンであるが、有底で底面（溝底面）が、透明材料であるガラス基板３２である。
　例えば、挿入孔Ｈ１の底面の内径が８５μｍの場合、溝の底面の幅は、側面開口において５０μｍであり、挿入孔Ｈ１との接続部では、３０μｍである。溝Ｈ２の挿入孔Ｈ１との接続部の幅は、挿入孔Ｈ１の内径未満であればよいが、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０を安定に保持するために、挿入孔Ｈ１の内径の８０％以下であることが好ましい。
　なお、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、テーパーを有している。すなわち、挿入孔開口が挿入孔底面よりも大きく、溝開口が溝底面よりも大きい。例えば、挿入孔底面の内径が８５μｍ、溝底面の幅が５０μｍの場合、挿入孔開口の内径は１２０μｍ、溝開口の幅は９０μｍである。
　後述するように、光ファイバ２０は、溝Ｈ２から注入された紫外線硬化型の透明樹脂４０によって固定されている。このため、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２には、透明樹脂４０が配設されている。なお、挿入孔Ｈ１に配設されている透明樹脂４０は、光ファイバ２０の外面と挿入孔Ｈ１の壁面との間のわずかな隙間に配設されているため、図示されていない。
　超小型の光モジュールでは、光ファイバをファイバ保持部（フェルール）に接着剤によって固定する作業は容易ではない。すなわち、光ファイバ２０と挿入孔Ｈ１との間の隙間に配設された透明樹脂４０に、硬化のための紫外線を照射することは容易ではない。透明樹脂４０の硬化が不十分だと、光ファイバの固定が不十分となり、光モジュールの信頼性が低下するおそれがあった。また、未硬化の透明樹脂４０を挿入孔Ｈ１に注入するときに、気泡が残留すると伝送効率が低下する。
　光モジュール１のファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡには、挿入孔Ｈ１の開口だけでなく、溝Ｈ２の開口がある。このため、第１の主面３０ＳＡおよび側面３０ＳＳの少なくともいずれかから照射された紫外線は、溝Ｈ２に配設された透明樹脂４０を通過することによって挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に到達する。このため、光ファイバ２０を固定する挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０を十分に硬化処理できる。さらに、溝Ｈ２を経由することによって透明樹脂４０が挿入孔Ｈ１に流入するため、透明樹脂４０に気泡が残留することもない。
　なお、後述するように、ファイバ保持部３０では、接合電極３３が配設されている領域と対向している対向領域には、溝Ｈ２がない。このため、光素子１０の接合時に薄いガラス基板３２が破損するおそれがない。
　光モジュール１は、信頼性が高く小型であり、かつ、伝送効率がよく、製造が容易である。
＜内視鏡用光モジュールの製造方法＞
　図４のフローチャートにそって、光モジュール１の製造方法を説明する。
＜ステップＳ１０＞　ファイバ保持部作製工程
　シリコンウエハとガラスウエハとが、例えば陽極接合された接合ウエハに、挿入孔Ｈ１、および溝Ｈ２等を形成してから、切断することによって、シリコン基板３１とガラス基板３２とからなるファイバ保持部３０は作製される。
　なお、ファイバ保持部３０は外形が直方体であるが、円柱または多角柱であってもよい。
　挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、接合ウエハのエッチング処理によって形成される。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によって主面に対して壁面が略垂直な挿入孔Ｈ１等を精度良く容易に形成できる。また、ガラスウエハがエッチングストップ層となるため、ガラスを底面とする挿入孔Ｈ１等が形成される。
　挿入孔Ｈ１等は、ウエットエッチングによって形成してもよい。挿入孔Ｈ１の形状は、円柱のほか、その内面によって光ファイバ２０を保持できれば、角柱であってもよい。
　図５～図７に示すようにファイバ保持部３０の挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、開口にテーパーを有する。挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２のテーパーは、異方性ドライエッチングを行い、その後、等方性ドライエッチングを行うことによって形成される。テーパーは挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２の必須要素ではない。しかし、テーパーを有する挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、光ファイバ２０の挿入および透明樹脂４０の注入が容易である。
　なお、ガラス基板３２の厚さが厚いと伝送効率が低下する。このため、接合ウエハのガラスウエハは、５μｍ超５０μｍ未満の厚さに薄層化加工される。
　すなわち、ガラス基板３２の厚さは、５０μｍ未満であれば、光信号の波長の光が、９５％以上透過するため、伝送効率がよい。なお、ガラス基板３２は、厚さが、５μｍ超であれば、後の工程において破損しにくい。
　なお、シリコン基板３１の厚さは、光ファイバ２０を安定に保持するため、１００μｍ超であることが好ましい。
　接合ウエハは、第１の主面３０ＳＡに挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２を形成後に、ガラスウエハが薄層化され、第２の主面３０ＳＢに、接合電極３３等が配設される。そして、接合ウエハを切断することによって、複数のファイバ保持部３０が作製される。
　なお、ファイバ保持部を、ＳＯＩウエハの加工によって作製してもよい。すなわち、第１のシリコン層／酸化シリコン層／第２のシリコン層からなるＳＯＩウエハの第１のシリコン層に、酸化シリコン層をエッチングストップ層として、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２が形成される。挿入孔Ｈ１等の底面は酸化シリコン層である。第２のシリコン層には、光路となる貫通孔が形成される。なお、第２のシリコン層を除去してもよい。また、光信号が赤外光の場合には、シリコンは赤外光に対しては実質的に透明な材料であるため、光路に第２のシリコン層があっても、伝送効率が低下することはない。また、片面に酸化シリコン層が形成されたシリコン基板の加工によってファイバ保持部を作製してもよい。
　シリコン基板３１に替えて、ガラスまたはポリカーボネードのような樹脂などの、挿入穴および溝を形成できる材料によって構成されている基板を用いてもよい。また、ガラス基板３２に替えて、サファイアまたは石英などのような光信号の波長の光を透過する材料によって構成されている基板を用いてもよい。接合基板の接合方法は、溶融接合、フュージョンボンディング、または、樹脂接合などでもよい。
＜ステップＳ２０＞　光素子実装工程
　ファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢに光素子１０が実装される。
　第２の主面３０ＳＢには、予め所定の位置に複数の接合電極３３が配設されている。光素子１０の外部電極１２が接合電極３３と、例えば超音波接合されると、光素子１０の発光部１１は挿入孔Ｈ１と対向する位置に固定される。
　光素子１０の接合時には、ファイバ保持部３０のガラス基板３２に応力が印加される。しかし、図２に示したように、ファイバ保持部３０は、第２の主面３０ＳＢの接合電極３３が配設されている領域と対向している対向領域、すなわち光素子１０の外部電極１２が接合される領域には、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２がない。ガラス基板３２の接合電極３３が配設されている領域は、シリコン基板３１があるため補強されている。このため、光素子１０の接合時に薄いガラス基板３２が破損するおそれがない。光モジュール１は、光素子１０を例えば、超音波接合する時に、接合圧力を高く設定できるため、信頼性が高い。
＜ステップＳ３０＞　樹脂注入工程
　ファイバ保持部３０の溝Ｈ２から、硬化前の液体状の透明樹脂４０が注入され、溝Ｈ２および挿入孔Ｈ１に透明樹脂４０が配設される。
　挿入孔Ｈ１には、流路である溝Ｈ２を経由することによって、側面から透明樹脂４０が流入するため、気泡が残存することがない。
　透明樹脂４０には、光透過性の高い所定の屈折率の各種の紫外線硬化型樹脂、または、紫外線熱硬化併用型樹脂、例えば、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂を用いる。
　例えば、ファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡの溝Ｈ２の開口から透明樹脂４０が溝Ｈ２に注入される。溝Ｈ２は、挿入孔Ｈ１との接続部が最も狭い。逆に言えば、溝Ｈ２は、側面３０ＳＳにおける幅が広い。このため、ファイバ保持部３０の側面３０ＳＳを上にした状態において、溝Ｈ２の側面開口から、透明樹脂４０が溝Ｈ２に注入されてもよい。
　なお、ファイバ保持部３０の溝Ｈ２には底面があるため、底面を構成しているガラス基板３２をつたうように、透明樹脂４０を注入することによって、泡の混入を効果的に防止できる。
＜ステップＳ４０＞　光ファイバ挿入工程
　挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０が挿入される。
　光ファイバ２０を挿入後に樹脂を注入する場合には、挿入されている光ファイバ２０の光軸方向の位置が移動したりするおそれがあった。本実施形態の製造方法では、樹脂を注入後に光ファイバを挿入するため、光ファイバが移動するおそれはない。
　光ファイバ２０を透明樹脂４０が注入された挿入孔Ｈ１に挿入すると、光ファイバ２０に押された透明樹脂４０によって圧力が印加されるために、ガラス基板３２が破損するおそれがあった。
　本実施形態の製造方法では、押し出された透明樹脂４０は、溝Ｈ２の開口からあふれ出す。このため、挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０を挿入するときに、薄いガラス基板３２が挿入圧力によって破損するおそれがない。
＜ステップＳ５０＞　樹脂硬化工程
　透明樹脂４０が硬化処理される。すなわち透明樹脂４０に紫外線が照射される。挿入孔Ｈ１と光ファイバ２０との隙間は極めて小さい。このため、隙間の透明樹脂４０に紫外線を照射することは容易ではない。
　しかし、ファイバ保持部３０には、挿入孔Ｈ１とつながっている溝Ｈ２がある。このため、第１の主面３０ＳＡの溝Ｈ２の第１の主面３０ＳＡおよび側面の開口の少なくともいずれかから紫外線を効率良く挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に照射できる。
　すなわち、溝Ｈ２は、透明樹脂４０を挿入孔Ｈ１に配設するためだけでなく、挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に紫外線を照射するためにも有効である。
　なお、透明樹脂４０が紫外線熱硬化併用型樹脂の場合には、紫外線照射工程の後に、更に、例えば、１００℃、１時間の熱硬化工程が行われる。
　光モジュール１は、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０を透明樹脂４０によって固定する工程を、ガラス基板３２を破損することなく確実に行うことが出来るため、製造が容易である。
　なお、図８のフローチャートに示すように、ステップＳ４０（光ファイバ挿入工程）のあとに、ステップＳ３０（樹脂注入工程）が行われてもよい。
　この場合、ステップＳ３０において、光素子１０を発光し、光ファイバ２０が導光する光量をモニタリングしながら、透明樹脂４０の注入を行うことができる。すると、透明樹脂４０が、光ファイバ２０の先端面とガラス基板３２との隙間に充填されたことを、光量の増加によって確認できる。
　さらに、ステップＳ４０において、光ファイバ２０がガラス基板３２と当接したことを目視によって確認できる。また光ファイバ２０を挿入するときに、挿入孔Ｈ１に透明樹脂４０が入っていないので、挿入孔Ｈ１を確認しながら光ファイバ２０が挿入できる。
＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の変形例１～５の光モジュール１Ａ～１Ｅは、光モジュール１と類似し、同じ効果を有するので、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。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図９に示す光本変形例の光モジュール１Ａでは、ファイバ保持部３０の溝Ｈ２は、幅が一定である。また、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２はテーパーを有していない。
　光モジュール１Ａであっても、溝Ｈ２の無い従来の光モジュールよりも、製造が容易で、信頼性が高く、伝送効率がよいことは言うまでも無い。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図１０に示す本変形例の光モジュール１Ｂでは、ファイバ保持部３０の溝Ｈ２の端部に、底面が透明材料からなり、側面が開口の孔がある。溝Ｈ２は第１の主面３０ＳＡの開口が、溝Ｈ２の幅よりも径が大きい半円形である。すなわち、孔の第１の主面３０ＳＡの開口の幅が溝Ｈ２の幅よりも大きい。
　光モジュール１Ｂは、光モジュール１と同じように、側面３０ＳＳの開口からの透明樹脂４０の注入が容易であり、かつ、光ファイバ２０の位置決め精度が低下することがない。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図１１に示す本変形例の光モジュール１Ｃでは、溝Ｈ２の途中に注入孔Ｈ３がある。すなわち、溝Ｈ２の挿入孔Ｈ１と側面３０ＳＳの開口との間に、溝Ｈ２の幅より、内径が大きい注入孔Ｈ３がある。さらに、溝Ｈ２の端部に、底面が透明材料からなり、側面が開口の孔があり、孔の第１の主面３０ＳＡの開口の幅が溝Ｈ２の幅よりも大きい。
　例えば、挿入孔Ｈ１の内径が８５μｍの場合、注入孔Ｈ３の内径は２００μｍ、溝Ｈ２の幅は５０μｍである。溝Ｈ２の挿入孔Ｈ１と接する部分の幅は、挿入孔Ｈ１の内径未満であればよいが、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０を安定に保持するために、挿入孔Ｈ１の内径の８０％以下であることが好ましい。挿入孔Ｈ１、溝Ｈ２および注入孔Ｈ３はテーパーを有していないが、テーパーを有していてもよい。また、注入孔Ｈ３の内面形状は、円柱に限られるものではなく、角柱であってもよい。
　後述するように、光ファイバ２０は、注入孔Ｈ３から注入された紫外線硬化型の透明樹脂４０によって固定されている。このため、挿入孔Ｈ１、注入孔Ｈ３および溝Ｈ２には、透明樹脂４０が配設されている。
　例えば、注入孔Ｈ３に挿入されたマイクロシリンジを用いて、底面側から第１の主面３０ＳＡに向かって透明樹脂４０が注入される。このため、光モジュール１Ｃは、特に、泡が混入するおそれがない。
　なお、ファイバ保持部３０の挿入孔Ｈ１、注入孔Ｈ３、および溝Ｈ２は有底である。このため、マイクロシリンジによって光素子１０が破損したり、透明樹脂４０が、第２の主面３０ＳＢへ広がったりするおそれがない。
　ファイバ保持部３０Ｃの挿入孔Ｈ１と溝Ｈ２と注入孔Ｈ３とは、１本の直線の上に配置されている。このため、光ファイバ２０を挿入孔Ｈ１に挿入するときに、光ファイバ２０の先端面位置を側面３０ＳＳから確認できると同時に、側面開口から紫外線を照射できる。
＜第１実施形態の変形例４＞
　図１２に示す本変形例の光モジュール１Ｄでは、溝Ｈ２の端部に、底面が透明材料からなり、側面が開口の孔があり、孔の第１の主面３０ＳＡの開口の幅が溝Ｈ２の幅よりも大きい。また、溝Ｈ２は直線状ではなく、屈曲している。図示しないが、溝Ｈ２は、光素子１０の外部電極１２が接合される領域を避けることができる。挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、テーパーを有していないが、テーパーを有していてもよい。
＜第１実施形態の変形例５＞
　図１３に示す本変形例の光モジュール１Ｅは、２つの光素子１０Ａ、１０Ｂと、２つの光ファイバ２０Ａ、２０Ｂと、ファイバ保持部３０と、を具備する。ファイバ保持部３０には、２つの挿入孔Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂと、２つの溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂと、がある。挿入孔Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂおよび溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂはテーパーを有していないが、テーパーを有していてもよい。
　挿入孔Ｈ１Ａに挿入された光ファイバ２０Ａは光素子１０Ａが出力する第１の光信号を伝送する。挿入孔Ｈ１Ｂに挿入された光ファイバ２０Ｂは光素子１０Ｂが出力する第２の光信号を伝送する。
　光モジュール１Ｅは、光モジュール１等の効果を有し、さらに、光モジュール１Ｅは、光モジュール１等よりも多くの信号を伝送できることは言うまでも無い。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の光モジュール１Ｆおよび第２実施形態の変形例の光モジュール１Ｇ～１Ｋは、光モジュール１等と類似し、同じ効果を有するので、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。
　図１４～図１６に示す第２実施形態の光モジュール１Ｆのファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡには、挿入孔Ｈ１と、挿入孔Ｈ１とつながっている溝（スリット、パス）Ｈ２と、溝Ｈ２の端部とつながっている溝Ｈ２の幅よりも、内径の大きい注入孔Ｈ３とがある。溝Ｈ２は、側面３０ＳＳまでは延設されていない。挿入孔Ｈ１、注入孔Ｈ３および溝Ｈ２は、いずれも、第１の主面３０ＳＡに開口があり、壁面はシリコンであるが、有底で底面はガラスである。
　光モジュール１Ｆのファイバ保持部３０の第１の主面３０ＳＡには、挿入孔Ｈ１の開口だけでなく、注入孔Ｈ３の開口および溝Ｈ２の開口がある。このため、第１の主面３０ＳＡの上から照射された紫外線は、注入孔Ｈ３および溝Ｈ２に配設された透明樹脂４０を通過することによって挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に到達する。このため、光ファイバ２０を固定する挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０を十分に硬化処理できる。さらに、注入孔Ｈ３および溝Ｈ２を経由することによって透明樹脂４０が挿入孔Ｈ１に流入するため、透明樹脂４０に気泡が残留することもない。
　光モジュール１Ｆは、信頼性が高く小型であり、かつ、伝送効率がよく、製造が容易である。
＜第２実施形態の変形例＞
　第２実施形態の変形例１～５の光モジュール１Ｇ～１Ｋは、光モジュール１Ｆと類似しており、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。なお、光モジュール１Ｇ～１Ｋは、挿入孔Ｈ１等が、テーパーを有していないが、テーパーを有していてもよい。
＜第２実施形態の変形例１＞
　図１７に示す本変形例の光モジュール１Ｇのファイバ保持部３０の溝Ｈ２は、側面３０ＳＳまでは延設されていない。直線状であり、幅が一定の溝Ｈ２は、側面３０ＳＳに開口がない。
＜第２実施形態の変形例２＞
　図１８に示す本変形例の光モジュール１Ｈのファイバ保持部３０の溝Ｈ２は、側面３０ＳＳまでは延設されていない。溝Ｈ２は、挿入孔Ｈ１に向かって幅が狭くなっている。
＜第２実施形態の変形例３＞
　図１９に示す本変形例の光モジュール１Ｉのファイバ保持部３０の溝Ｈ２は、光モジュール１Ｄと同じように屈曲している。このため、溝Ｈ２は、光素子１０の外部電極１２が接合される領域を避けることができる。
＜第２実施形態の変形例４＞
　図２０に示す本変形例の光モジュール１Ｊのファイバ保持部３０には、２本の溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂがある。すなわち、挿入孔Ｈ１から延設されている溝Ｈ２は１つに限られるものではない。
＜第２実施形態の変形例５＞
　図２１に示す本変形例の光モジュール１Ｋは、２つの光素子１０Ａ、１０Ｂと、２つの光ファイバ２０Ａ、２０Ｂと、ファイバ保持部３０と、を具備する。ファイバ保持部３０には、２つの挿入孔Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂと、２つの溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂと、がある。２つの溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂは、１つの注入孔Ｈ３まで延設されている。
　注入孔Ｈ３に注入された透明樹脂４０は、溝Ｈ２Ａ、Ｈ２Ｂを経由することによって挿入孔Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂに配設される。光モジュール１Ｋは、１回の注入作業により、２つの挿入孔Ｈ１Ａ、Ｈ１Ｂに透明樹脂４０を配設できるため、製造が容易である。
　以上の説明のように本発明の光モジュールは、複数の光ファイバ等を具備していてもよい。
　なお１つの光モジュールが、形態の異なる溝を有していてもよい。例えば、挿入孔Ｈ１Ａからは図９に示した直線状の溝が延設されており、挿入孔Ｈ１Ｂからは図１２に示した屈曲する溝が延設されていてもよい。
＜第３実形態施＞
　次に、第３実施形態の内視鏡５について説明する。図２２に示す内視鏡５は、挿入部９Ｂの先端部９Ａに光モジュール１（１Ａ～１Ｋ）を有する。
　内視鏡５は、高画素数の撮像素子２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。
　撮像素子２が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１によって光信号に変換され、光ファイバ２０を経由してから操作部９Ｃに配設された光素子が受光素子であるＯ／Ｅ型の光モジュール１Ｘによって再び電気信号に変換され、メタル配線を経由することによって伝送される。すなわち、細径の挿入部９Ｂ内においては光ファイバ２０を経由することによって信号が伝送される。
　また、撮像素子２が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１によって光信号に変換され、光ファイバ２０を経由してから、挿入部９Ｂと、操作部９Ｃと、ユニバーサルコード９Ｄと、を挿通した後に、プロセッサ（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によって電気信号に変換されてもよい。プロセッサは、Ｏ／Ｅ型の光モジュール１Ｘによって変換された電気信号を表示装置、例えば液晶モニタに画像として表示させるための信号処理を行う。
　すでに説明したように、光モジュール１（１Ａ～１Ｋ）は、小型であり、かつ信頼性および生産性が高い。このため、内視鏡５（５Ａ～５Ｋ）は挿入部が細径のため低侵襲であり、かつ、信頼性および生産性が高い。
　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等と同じ構成でもよい。また、内視鏡５は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよいし、その用途は医療用でも工業用でもよい。また、操作部９Ｃに配設された光モジュール１によって、撮像素子２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によって、光信号が電気信号に変換されてもよい。
　なお、光モジュール１等は、光素子１０等が光信号を出力する発光部１１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。
　すなわち、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電極と、を有していればよい。
　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。
　本出願は、２０１８年４月２６日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／０１７１０１号、および、２０１８年１２月６日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／０４４９８１号を、優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
１、１Ａ～１Ｋ・・・内視鏡用光モジュール
２・・・撮像素子
５、５Ａ～５Ｋ・・・内視鏡
１０・・・光素子
２０・・・光ファイバ
３０・・・ファイバ保持部
３０ＳＡ・・・第１の主面
３０ＳＢ・・・第２の主面
３０ＳＳ・・・側面
３１・・・シリコン基板
３２・・・ガラス基板
３３・・・接合電極
４０・・・透明樹脂

Claims (9)

  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電極と、を有する少なくとも１つの光素子と、
    　前記光信号を伝送する少なくとも１つの光ファイバと、
    　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面と前記第１の主面と直交する側面とを有し、底面が透明材料からなる少なくとも１つの挿入孔の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第２の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されているファイバ保持部と、を具備し、
    　前記ファイバ保持部には、前記挿入孔とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔および前記溝に、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の透明樹脂が配設されてい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がシリコンからなり、
    　前記挿入孔および前記溝が、テーパーを有し、それぞれの前記第１の主面の開口がそれぞれの底面よりも大きい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. 　前記溝は、前記ファイバ保持部の前記側面まで延設されており、前記溝は、前記側面にも開口を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光モジュール。
  4. 　前記溝は、前記ファイバ保持部の前記側面まで延設されていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光モジュール。
  5. 　前記溝の幅は、前記挿入孔との接続部が最も狭いことを特徴とする請求項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。
  6. 　前記溝の途中に底面が前記透明材料からなる注入孔があり、
    　前記注入孔の内径が前記溝の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  7. 　前記溝の端部に、底面が前記透明材料からなり、側面が開口の孔があり、
    　前記孔の幅が前記溝の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  8. 　請求項１から請求項７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。
  9. 　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電極と、を有する少なくとも１つの光素子と、
    　前記光信号を伝送する少なくとも１つの光ファイバと、
    　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面と前記第１の主面と直交する側面とを有し、底面が透明材料からなる少なくとも１つの挿入孔の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第２の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されているファイバ保持部と、を具備し、
    　前記ファイバ保持部には、前記挿入孔とつながっている、底面が前記透明材料からなる溝の開口が前記第１の主面にあり、前記挿入孔および前記溝に、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の透明樹脂が配設されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
    　前記ファイバ保持部を作製する工程と、
    　前記ファイバ保持部に前記光素子を実装する工程と、
    　前記挿入孔に前記光ファイバを挿入する工程と、
    　前記溝に未硬化の前記透明樹脂を注入し、前記溝および前記挿入孔に未硬化の前記透明樹脂を配設する工程と、
    　紫外線照射、または、紫外線照射かつ加熱、によって前記透明樹脂を硬化する工程と、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。
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