(57)【要約】【課題】  生産性の高い光伝送モジュール１を提供する。【解決手段】  光伝送モジュール１は、光信号を出力する発光部１１が側面から第１の所定位置にある光素子１０と、光信号を伝送する光ファイバ５０と、光ファイバ５０が挿入された第１貫通孔が側面から第２の所定位置にある保持部材４０と、第１の凹部２０Ｘと第２の凹部２０Ｙと貫通孔２０Ｈとを有し、光素子１０が第１の凹部２０Ｘに嵌合した状態で接合されており、保持部材４０が第２の凹部２０Ｙと嵌合した状態で接合されており、光素子１０の発光部１１の直上に保持部材４０の第２貫通孔４０Ｈが配置されている配線板２０と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが挿入された、前記光ファイバの外径と同じ内径の第１貫通孔が、側面から第１の所定位置にある保持部材と、
前記光信号が入力する受光部または前記光信号を出力する発光部が、側面から第２の所定位置にある光素子と、
第１の位置決め部と第２の位置決め部と第２貫通孔とを有し、前記保持部材の側面が前記第１の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の側面が前記第２の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記受光部または前記発光部の直上に前記保持部材の前記第１貫通孔が配置されている基板と、を具備することを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項２】
前記基板が、前記光素子の外部接続電極と電気的に接続されている配線を有する配線板であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
【請求項３】
前記基板が、第１の主面に前記第１の位置決め部を有し、第２の主面に前記第２の位置決め部を有することを特徴とする請求項２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記基板が、第１の主面に前記第１の位置決め部および前記第２の位置決め部を有することを特徴とする請求項２に記載の光伝送モジュール。
【請求項５】
前記第１の位置決め部及び前記第２の位置決め部が、それぞれ前記基板の凹部又は凸部であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光伝送モジュール。
【請求項６】
前記保持部材が前記基板の前記第１の位置決め部である第１の凹部と嵌合しており、前記光素子が前記基板の前記第２の位置決め部である第２の凹部と嵌合していることを特徴とする請求項５に記載の光伝送モジュール。
【請求項７】
前記光素子が前記発光部を有する面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
【請求項８】
前記光素子が前記発光部を有するフォトダイオード素子であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光伝送モジュールを、挿入部の先端部に具備することを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子と、光ファイバと、光ファイバが挿入された保持部材と、を具備する光伝送モジュール、及び前記光伝送モジュールを有する内視鏡に関する。
【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部を有する。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場合には、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モジュール（光−電気変換器）とが用いられる。
【０００３】
例えば、特開２０１３−０２５０９２号公報には、光信号の入力または出力を行う光素子と、光素子が実装される基板と、光素子から入出力される光信号を伝送する光ファイバ挿入用の貫通孔を有し、光素子の厚さ方向に並べて実装配置される保持部と、を備える光伝送モジュールが開示されている。
【０００４】
上記光伝送モジュールは、光素子と光ファイバが挿入される保持部材（フェルール）との相対位置を正確に位置合わせする必要があった。すなわち、光素子の発光部の中心位置と、保持部の貫通孔の中心位置と、がずれていると、光ファイバに入射する光量等が減少し信号が減衰する。
【０００５】
ここで、被検者の負担軽減及び観察視野の確保のため、内視鏡の挿入部の先端部の外径及び長さはできるだけ小さくすることが好ましい。このため、内視鏡用の光伝送モジュールは、一般通信用の光伝送モジュールと比べ、非常に小さいサイズのものが必要とされる。したがって、内視鏡用の光伝送モジュールのさらなる小型化・細径化を進めながら生産性を向上しようとするならば、特に光素子と光ファイバとをより高精度に位置合わせすることが重要な課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０２５０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、生産性の高い光伝送モジュール、及び前記光伝送モジュールを有する内視鏡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】
【０００８】
本発明の実施形態の光伝送モジュールは、光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバが挿入された、前記光ファイバの外径と同じ内径の第１貫通孔が、側面から第１の所定位置にある保持部材と、前記光信号が入力する受光部または前記光信号を出力する発光部が、側面から第２の所定位置にある光素子と、第１の位置決め部と第２の位置決め部と第２貫通孔とを有し、前記保持部材の側面が前記第１の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の側面が前記第２の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の発光部の直上に前記保持部材の前記第１貫通孔が配置されている基板と、を具備する。
【０００９】
また別の実施形態の内視鏡は、光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバが挿入された、前記光ファイバの外径と同じ内径の第１貫通孔が、側面から第１の所定位置にある保持部材と、前記光信号が入力する受光部または前記光信号を出力する発光部が、側面から第２の所定位置にある光素子と、第１の位置決め部と第２の位置決め部と第２貫通孔とを有し、前記保持部材の側面が前記第１の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の側面が前記第２の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の発光部の直上に前記保持部材の前記貫第１通孔が配置されている基板と、を具備する光伝送モジュールを挿入部の先端部に有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば生産性の高い光伝送モジュール、及び前記光伝送モジュールを有する内視鏡を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の光伝送モジュールの斜視図である。
【図２】第１実施形態の光伝送モジュールの分解図である。
【図３】第１実施形態の光伝送モジュールの断面図である。
【図４】第１実施形態の光伝送モジュールの上面図である。
【図５】第１実施形態の光伝送モジュールの分解断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例１の光伝送モジュールの変形例１の分解図である。
【図７】第１実施形態の変形例１の光伝送モジュールの変形例２の分解図である。
【図８】第２実施形態の光伝送モジュールの分解断面図である。
【図９】第２実施形態の変形例１の光伝送モジュールの分解断面図である。
【図１０】第２実施形態の変形例２の光伝送モジュールの分解図である。
【図１１】第２実施形態の変形例３の光伝送モジュールの分解断面図である。
【図１２】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】
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１から図５を用いて、第１実施形態の光伝送モジュール１について説明する。本実施形態の光伝送モジュールは、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏモジュールである。なお、図５以降の図においては、光ファイバ５０の図示を省略している。
【００１３】
光伝送モジュール１は、光素子１０と、配線板２０と、保持部材４０と、光ファイバ５０と、を具備する。光伝送モジュール１では、光素子１０と基板である配線板２０と保持部材４０とが、光素子１０の厚さ方向に並べて配置されている。
【００１４】
光素子１０は、光信号の光を出力する発光部１１を有する面発光レーザ（垂直共振器型面発光レーザ；ＶＣＳＥＬ）チップである。光ファイバ５０は、出力された光信号を伝送する。光素子１０の上側に配設されている保持部材４０は、光ファイバ５０の外径と略同じ内径の第１貫通孔４０Ｈ（以下、「貫通孔４０Ｈ」ともいう）に光ファイバ５０が挿入されている。ここでいう「略同じ」とは、光ファイバ５０の外周面と保持部材４０に形成された第１貫通孔４０Ｈの壁面とが当接状態となるような、双方の径が実質的に「同じ」形状・サイズであることを意味する。
【００１５】
例えば、平面視寸法が２５０μｍ×３００μｍである超小型の光素子１０は、直径が２０μｍの発光部１１と、発光部１１に駆動信号を供給する外部接続電極１２とを有する。光素子１０の発光部形成面と対向する主面には反射膜が配設されていてもよい。
【００１６】
配線板２０には、光素子１０がフリップチップ実装されている。すなわち、配線板２０は、光素子１０の外部接続電極１２と接続された接続電極２１を含む配線（不図示）を有する基板である。配線板２０の基体には、ＦＰＣ基板、セラミック基板、ガラエポ基板、ガラス基板、Ｓｉ基板等が使用される。例えば、光素子１０のＡｕバンプが、配線板２０の外部接続電極１２と超音波接合される。接合部には、図示しないが、アンダーフィル材やサイドフィル材等の樹脂が注入されてもよい。配線板２０にはんだペースト等を印刷し、光素子１０を配置した後、リフロー等ではんだを溶融して実装してもよい。配線板２０に、撮像部からの電気信号を光素子１０の駆動信号に変換するための処理回路が含まれていても良い。
【００１７】
配線板２０には、第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部である凹部２０Ｘが形成されており、第２の主面２０ＳＢに第２の位置決め部である凹部２０Ｙが形成されており、そして第１の主面２０ＳＡと第２の主面２０ＳＢとを貫通する第２貫通孔２０Ｈ（以下「貫通孔２０Ｈ｝ともいう）が、形成されている。配線板２０の貫通孔２０Ｈは、光路となる。
【００１８】
略直方体の保持部材４０には、挿入される光ファイバ５０の外径と、内径が略同一の円柱状の貫通孔４０Ｈが形成されている。貫通孔４０Ｈの内径は光ファイバ５０の外径よりも、わずかに大きいことが、位置決め精度の観点から特に好ましい。すなわち、保持部材４０の貫通孔４０Ｈに光ファイバ５０を挿通することで、光ファイバ５０の中心軸を貫通孔４０Ｈの中心軸と一致させることができる。
【００１９】
貫通孔４０Ｈは、円柱状のほか、その内面で光ファイバ５０を保持できれば、角柱状であってもよい。保持部材４０の材質はセラミック、Ｓｉ、ガラス、又はＳＵＳ等の金属部材等である。なお、保持部材４０は略直方体ではなく、略円柱状又は略円錐状であってもよい。
【００２０】
配線板２０の第１の主面２０ＳＡに矩形の凹部２０Ｘがあり、第２の主面２０ＳＢに矩形の凹部２０Ｙがある。凹部２０Ｘの内寸（ＸＹ面内寸法）は、保持部材４０の外寸（ＸＹ面内寸法）と略同じであり、凹部２０Ｙの内寸（ＸＹ面内寸法）は、光素子１０の外寸（ＸＹ面内寸法）と略同じである。
【００２１】
そして、凹部２０Ｘに保持部材４０が嵌合した状態で接合されており、凹部２０Ｙに光素子１０が嵌合した状態で接合されている。言い換えれば、保持部材４０の外周側面（外周面）は、第１の位置決め部である凹部２０Ｘの壁面と当接しており、光素子１０の外周側面は、第２の位置決め部である凹部２０Ｙの壁面と当接している。なお、接合には接着剤が用いられるが説明は省略する。
【００２２】
光素子１０の発光部１１は、ＸＹ面内において外周面から所定の位置（第１の所定位置）にある。保持部材４０の貫通孔４０Ｈは、ＸＹ面内において外周面から所定の位置（第２の所定位置）にある。
【００２３】
このため、共に配線板２０と嵌合している光素子１０と保持部材４０とは、所定の位置関係にある。具体的には、光素子１０の発光部１１の上に保持部材４０の貫通孔４０Ｈが配置されるように、第１の所定位置、第２の所定位置、凹部２０Ｘの（壁面）位置及び凹部２０Ｙの（壁面）位置が設定されている。このため、保持部材４０が凹部２０Ｘに嵌合し、光素子１０が凹部２０Ｙに嵌合すると、貫通孔４０Ｈの中心位置に光ファイバ５０の中心が配置される。
【００２４】
すなわち、第１の所定位置及び第２の所定位置は、光素子１０と保持部材４０とが配線板２０と嵌合した状態で、発光部１１の中心と保持部材４０の貫通孔４０Ｈの中心とが配線板２０の貫通孔２０Ｈの中心と同軸上に配置されるように設定されている。
【００２５】
光伝送モジュール１は、製造時に、配線板２０と嵌合することにより、光素子１０と光ファイバ５０との位置合わせが行われるため、生産性が高い。
【００２６】
なお、第１の位置決め部（凹部２０Ｘ）、第２の位置決め部（凹部２０Ｙ）、配線板２０の貫通孔２０Ｈ、発光部１１及び保持部材４０の貫通孔４０Ｈの位置精度は、例えば、±５μｍ以内であることが好ましい。
【００２７】
すなわち、配線板２０の貫通孔２０Ｈの径が光ファイバ５０の径と略同じ場合には、貫通孔２０Ｈは凹部２０Ｘ及び２０Ｙに対して所定の位置（第３の所定位置）にある。なお、貫通孔２０Ｈの径が光ファイバ５０の径よりも十分に大きい場合、例えば、２倍以上大きい場合には、貫通孔２０Ｈの位置精度は、位置決め部の位置精度とは異なり、厳密に管理する必要は無い。
【００２８】
＜変形例＞
次に第１実施形態の変形例の光伝送モジュール１Ａ、１Ｂについて説明する。光伝送モジュール１Ａ、１Ｂは、光伝送モジュール１と類似しているので、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。
【００２９】
変形例の光伝送モジュール１Ａ、１Ｂは、光伝送モジュール１と同様に、配線板２０Ｄが第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部を有し、第２の主面２０ＳＢに第２の位置決め部を有する。
そして、光伝送モジュール１Ａ、１Ｂは、光伝送モジュール１と同様の効果を有する。
【００３０】
図６に示す変形例１の光伝送モジュール１Ａでは、保持部材４０Ａが、上面が平面の略円錐形であり、保持部材４０Ａの底部が嵌合する、配線板２０Ａの第１の位置決め部である凹部２０ＸＡが円形である。
【００３１】
すなわち、嵌合部の平面視形状は、矩形に限られるものではなく、光伝送モジュール１Ａのように円形でもよいし、更に多角形又は楕円等であってよい。
【００３２】
次に、図７に示す変形例２の光伝送モジュール１Ｂでは、配線板２０Ｂの第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部である２つの凸部２２Ｂ１、２２Ｂ２がある。
【００３３】
配線板２０Ｂの側面を、凸部２２Ｂ１、２２Ｂ２の側面と当接状態とすることで、配線板２０Ｂに対して保持部材４０Ｂを所定位置に配置することができる。すなわち、位置決め部はＸＹ平面における位置決めのため、Ｘ座標値を一義的とする側面を有する凸部２２Ｂ１と、Ｙ座標値を一義的とする側面を有する凸部２２Ｂ２と、を有していればよい。
【００３４】
なお、変形例１、２の説明では、保持部材と配線板との位置決めについて説明したが、光素子と配線板との位置決めについても同様である。また、上記２つの位置決め部が異なる構成であってもよい。例えば、保持部材が配線板の凹部と嵌合し、光素子１０の２つの側面が、配線板のそれぞれの凸部と当接していてもよい。
【００３５】
また、光素子１０の外部接続電極１２が、発光部形成面と対向する主面に配設されている場合には、外部接続電極１２は、例えば、ボンディングワイヤーにより配線板２０の接続電極２１と接続される。すなわち、光素子１０と配線板２０との電気的接続方法は、光素子１０の仕様に応じて各種の方法を用いることができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の光伝送モジュール１Ｃは、光伝送モジュール１等と類似しているので、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。
【００３７】
図８に示すように、光伝送モジュール１Ｃは、配線板２０Ｃが、第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部である凹部２０ＸＣおよび第２の位置決め部である凹部２０ＹＣを有する。
【００３８】
そして、保持部材４０Ｃの下部が、凹部２０ＸＣと嵌合しており、光素子１０が凹部２０ＹＣと嵌合している。
【００３９】
光伝送モジュール１Ｃは、光伝送モジュール１等の効果を有し、更に長さ（高さ）が短い。
【００４０】
なお、光伝送モジュール１Ｃは、凹部２０ＹＣの深さを深くすることで、より長さを短くすることができる。
【００４１】
＜変形例＞
次に第２実施形態の変形例の光伝送モジュール１Ｄ〜１Ｆについて説明する。光伝送モジュール１Ｄ〜１Ｆは、光伝送モジュール１Ｃと類似しているので、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。
【００４２】
光伝送モジュール１Ｄ〜１Ｆは、光伝送モジュール１Ｃと同様に、配線板２０Ｄが第１の主面２０ＳＢに第１の位置決め部及び第２の位置決め部を有する。そして、光伝送モジュール１Ｄ〜１Ｆは、光伝送モジュール１Ｃの効果を有する。
【００４３】
図９に示す変形例１の光伝送モジュール１Ｄは、配線板２０Ｄが第１の主面２０ＳＢＡに第１の位置決め部である凸部２２Ｄおよび第２の位置決め部である凹部２０ＹＤを有する。
【００４４】
なお、光素子１０Ｄの外部接続電極１２と、配線板２０Ｄの接続電極２１とは、ボンディングワイヤー１９により接続されている。なお光伝送モジュール１Ｄでは、保持部材４０Ｄの外部接続電極１２と対向する部分に凹部を設けることで、保持部材自体の長さ（高さ）をさらに短くすることができる。
【００４５】
次に、図１０に示す変形例２の光伝送モジュール１Ｅは、配線板２０Ｅが第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部である凸部２２Ｅおよび第２の位置決め部である凹部２０ＹＥを有する。なお、図１０においては、光素子１０の外部接続電極１２は図示していない。
【００４６】
直交する２側面のある凸部２２Ｅは、配線板２０Ｅの２側面と一体化している。
【００４７】
保持部材４０Ｄの直交する２側面は、凸部２２Ｅの直交する２つの内側面と当接している。そして、光素子１０は凹部２０ＹＤと嵌合している。
【００４８】
図１１に示す変形例３の光伝送モジュール１Ｆは、配線板２０Ｆが第１の主面２０ＳＡに第１の位置決め部の機能及び第２の位置決め部の機能を有する凸部２２Ｆを有する。なお、図１１においては、光素子１０の外部接続電極１２は図示していない。
【００４９】
すなわち、凸部２２Ｆは、その外周側面が保持部材４０Ｆの内側面と当接する第１の位置決め部であり、内周側面が光素子１０の側面と当接する第２の位置決め部である。
【００５０】
以上の説明のように、位置決め部は、それぞれＸ方向位置及びＹ方向位置を一義的に規定できる形態であれば、凹部でも凸部でもよいし、どの主面に形成されていてもよい。また、ＸＹ２方向を一義的に規定できる１体の部材でもよい。また、位置決め部は、配線板の一部でもよいし、配線板に配設された別部材でもよい。
【００５１】
なお、以上において説明した実施形態等の光伝送モジュールは、光素子として、面発光レーザチップを具備するＥ／Ｏモジュールが用いられている。しかし、光素子として、光信号を入力する受光部が形成された、例えばフォトダイオード（ＰＤ）チップを具備するＯ／Ｅモジュールを用いても同様の効果を有する。
【００５２】
すなわち、光信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバが挿入された、前記光ファイバの外径と同じ内径の第１貫通孔が側面から第１の所定位置にある保持部材と、前記光信号が入力する受光部が側面から第２の所定位置にある光素子と、第１の位置決め部と第２の位置決め部と第２貫通孔とを有し、前記保持部材の側面が前記第１の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の側面が前記第２の位置決め部に当接する状態で接合されており、前記光素子の発光部の直上に前記保持部材の前記第１貫通孔が配置されている基板と、を具備するＯ／Ｅモジュールは、生産性が高い。
【００５３】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の内視鏡６０について説明する。内視鏡６０の光伝送モジュール６１Ａ、６１Ｂは、すでに説明した本発明の実施形態の光伝送モジュール１等と同じであるため説明は省略する。
【００５４】
図１０に示すように、内視鏡６０は、高画素数の撮像素子を有する撮像部６２が先端部２に配設された挿入部６５と、挿入部６５の基端側に配設された操作部６６と、操作部６６から延出するユニバーサルコード６７と、を具備する。
【００５５】
撮像部６２が出力した電気信号は、光素子が面発光レーザチップであるＥ／Ｏモジュール６１Ａにより光信号に変換され、光ファイバ６３を介して操作部６６に配設された光素子がＰＤ素子チップであるＯ／Ｅモジュール６１Ｂにより再び電気信号に変換され、メタル配線６４を介して伝送される。すなわち、細径の挿入部６５内においては光ファイバ６５を介して信号が伝送される。
【００５６】
Ｅ／Ｏモジュール６１Ａは、光伝送モジュール１〜１Ｄ等と同じ構成を有するため超小型であるが、生産性が高い。このため、内視鏡６０は先端部及び挿入部が細径であるが、生産性が高い。
【００５７】
なお、Ｏ／Ｅモジュール６１Ｂは、比較的、配置スペースが広いが、Ｅ／Ｏモジュール６１Ａ、すなわち、本発明の光伝送モジュール１〜１Ｄ等と同じ構成であることが好ましい。
【００５８】
本発明は、上述した実施形態等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、及び応用が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ〜１Ｆ・・・光伝送モジュール
１０・・・光素子
１０Ｄ・・・光素子
１１・・・発光部
２０・・・配線板
２０Ｈ・・・第２貫通孔
２０Ｘ、２０Ｙ・・・凹部
４０・・・保持部材
４０Ｈ・・・第１貫通孔
５０・・・光ファイバ
６０・・・内視鏡
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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