(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、
前記光素子に入力または前記光素子が出力する前記光信号を通過させるスルーホールを備える基板と、
前記光信号を伝播する光ケーブルと、
紫外および可視光領域で透明な材質で形成されてなり、前記光ケーブル挿入用の貫通孔を有し、前記基板への実装面である底面が光学研磨されるとともに、前記底面に砂目状の凹部が形成されたガイド保持部材と、を備え、
前記光素子の前記受光部または前記発光部が、前記基板のスルーホール上に位置するようにフリップチップ実装されるとともに、前記光ケーブルを保持する前記ガイド保持部材は、前記基板を介して前記光素子と対向するように実装されることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項２】
前記凹部は、前記貫通孔の中心に対して対称な位置に２つ形成され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】
前記ガイド保持部材は、前記底面と対向する上面が光学研磨されるとともに、前記上面に凹部が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記上面に形成される凹部は前記貫通孔の中心に対して対称な位置に２つ形成され、前記上面の２つの凹部は、前記ガイド保持部材の重心を中心として前記底面の２つの凹部と対称に形成されることを特徴とする請求項３に記載の光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用の内視鏡は、挿入部が体内に深く挿入されることによって、病変部の観察を可能とし、さらに必要に応じて処置具が併用されることによって体内の検査、治療を可能としている。このような内視鏡として、挿入部の先端にＣＣＤ等の撮像素子を内蔵した撮像装置を備えた内視鏡がある。近年、より鮮明な画像観察を可能とする高画素数の撮像素子が開発されており、内視鏡への高画素数の撮像素子の使用が検討されている。内視鏡で高画素数の撮像素子を使用する場合、該撮像素子と信号処理装置との間を高速で信号を伝送するために、光ケーブルを用いた光伝送モジュールを内視鏡に組み込むことが必要となる。このような光伝送モジュールは、患者への負担軽減を考慮して先端部外径ならびに先端部長はできるだけ小さくすることが希求されるとともに、画質の向上のためにＣＣＤ等の撮像素子と光ケーブルとを精度よく位置合わせして光信号を伝播することが要求される。
【０００３】
光ファイバを精度よく固定する方法として、光ファイバをガイド・保持する止具を透明な部材により形成し、透明な側面から照明して観察することにより、光ファイバの偏光保持面の方向付けを行う技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−３２０４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、止具の透明な側面から観察しながら管内の光ファイバの偏光保持面を望ましい方向とし、管内に接着剤を浸透させて光ファイバを止具に固定する。その後、光学構成部品と光ファイバとを位置決め面を対向させながら、理想的な連結位置になるまで相互に滑動させて位置決めするとしているが、理想的な連結位置に位置決めする手段は何ら開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光ケーブルを精度よく位置合わせ可能な光伝送モジュール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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光伝送モジュールは、光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子に入力または出力する前記光信号を通過させるスルーホールを備える基板と、前記光素子から入力または出力される光信号を伝播する光ケーブルと、前記光ケーブル挿入用の貫通孔を有し、前記基板への実装面である底面が光学研磨されるとともに、前記底面に凹部が形成されたガイド保持部材と、を備え、前記光素子の前記受光部または前記発光部が、前記基板のスルーホール上に位置するようにフリップチップ実装されるとともに、前記光ケーブルを保持する前記ガイド保持部材は、前記基板を介して前記光素子と対向するように実装されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記発明において、前記凹部は、前記貫通孔の中心に対して対称な位置に２つ形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記発明において、前記ガイド保持部材は、前記底面と対向する上面が光学研磨されるとともに、前記上面に凹部が形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記発明において、前記上面に形成される凹部は前記貫通孔の中心に対して対称に２つ形成され、前記上面の２つの凹部は、前記ガイド保持部材の重心を中心として前記底面の凹部と対称に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガイド保持部材の基板への実装面である底面を光学研磨するとともに、該底面に視認可能な凹部を形成することにより、該凹部をアライメントマークとしてガイド保持部材を基板に正確に実装することができる。これにより、ガイド保持部材の貫通孔に挿通される光ケーブルの位置合わせも精度よく行うことができ、光素子と光ケーブル間で入出力される光量が安定した光伝送モジュールを得ることができる。
また、基板にガイド保持部材を実装する際、余分な接着剤がある場合凹部に入り込むため、接着剤の貫通孔へのはみ出しを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る光伝送モジュールの断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るガイド保持部材の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るガイド保持部材の底面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る光伝送モジュールの側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る光伝送モジュールの製造工程のフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態の変形例１に係るガイド保持部材の斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態の変形例２に係るガイド保持部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率などは、現実と異なることに留意する必要がある。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。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態１に係る光伝送モジュールの断面図である。図２は、図１の光伝送モジュールで使用するガイド保持部材の斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係るガイド保持部材の底面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る光伝送モジュールの側面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る光伝送モジュール１００は、光素子である面発光レーザ１０と、面発光レーザ１０を実装する基板２０と、光信号を伝送する光ケーブル３０と、光ケーブル３０を保持するガイド保持部材４０とを備える。本発明に係る光伝送モジュールは、光素子としてフォトダイオード等の受光素子と、面発光レーザ等の発光素子のいずれも採用することができるが、光素子が面発光レーザ１０である場合について説明する。
【００１６】
基板２０は、ＦＰＣ基板やセラミック基板、ガラエポ基板、ガラス基板、Si基板等が使用され、面発光レーザ１０の発光部１１から射出される光を通過するスルーホール２１を有する。本実施の形態において、スルーホール２１の内径は、後述する光ケーブル３０の外径と同径または僅かに大きく形成される。
【００１７】
基板２０には、接続電極２２が形成され、接続電極２２を介し面発光レーザ１０に電気信号が送信される。面発光レーザ１０は、発光部１１が基板２０と対向するように基板２０に実装されるフリップチップタイプである。基板２０への面発光レーザ１０の実装は、例えば、面発光レーザ１０にＡｕバンプ１２を形成し、基板２０の接続電極２２上に超音波により接合するか、または、接合部に、アンダーフィル材やサイドフィル材等の接着剤１３を注入し、接着剤１３を硬化させて実装する。あるいは、Ａｕバンプ１２を使用せず、基板２０にはんだペースト等を印刷し、面発光レーザ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。あるいは、面発光レーザ１０にはんだバンプを形成し、基板２０の接続電極２２上に実装装置により配置し、はんだ溶融することで実装してもよい。
【００１８】
基板２０への面発光レーザ１０の実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ１０の発光部１１の中心とスルーホール２１の中心とを位置合わせし、発光部１１の真下にスルーホール２１が位置するように実装する。
【００１９】
ガイド保持部材４０は、光ケーブル３０を挿通する貫通孔４１を有する。貫通孔４１は、円柱状のほか、角柱状であってもよい。ガイド保持部材４０はガラス等の紫外および可視光領域で透明な材質で形成される。図２に示すように、本実施の形態に係るガイド保持部材４０は、直方体状をなし、貫通孔４１は、上面５１および底面５０の中央部に、上面５１および底面５０に垂直に形成されている。貫通孔４１の両端部には、テーパ４５、テーパ４６がそれぞれ形成されている。
【００２０】
基板２０上への接着剤４３の供給量が所定量より多く供給されたり、ガイド保持部材４０の基板２０へのマウントの際に所定より大きな負荷がかかったような場合、接着剤４３は、基板２０のスルーホール２１内部に溢れるおそれがあるが、テーパ４６を形成することにより、接着剤４３のスルーホール２１へのはみ出しを抑制しうる。また、貫通孔４１の光ケーブル３０挿入側にテーパ４５を形成することにより、光ケーブル３０の貫通孔４１への挿入を容易とするとともに、接着剤４４をテーパ４５内に供給して、光ケーブル３０とガイド保持部材４０とを接合するため、ガイド保持部材４０と光ケーブル３０との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００２１】
基板２０への実装面である底面、すなわち、図２に示す面５０は、光学研磨されている。また、底面である面５０には、凹部４２ａおよび凹部４２ｂが形成されている。本実施の形態において、凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、アライメントマークの機能を有する。ガイド保持部材４０は、二視野光学系を用いて面発光レーザ１０の発光部１１の中心と貫通孔４１の中心とを位置合わせして実装されるが、凹部４２ａおよび凹部４２ｂの位置から貫通孔４１の中心を認識することにより、精度よくガイド保持部材４０を基板２０に実装することができる。
【００２２】
凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、半球の溝状をなすが、円錐状であってもよく、面５０側から見た際、同一形状であればその形状を問うものではない。凹部４２ａおよび凹部４２ｂは溝状であるため、基板２０上に塗布した接着剤４３の量が多い場合、凹部４２ａおよび凹部４２ｂ内に接着剤４３を取り込むことができるため、接着剤４３の貫通孔４１へのはみ出しを防止することができる。
【００２３】
凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、図３に示すように、貫通孔４１の中心Ｃに対して対称な位置に形成されることが好ましい。また、凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、できるだけ離れた位置に形成されることが好ましいため、対角線上の角近傍にそれぞれ形成される。
【００２４】
ガイド保持部材４０は、例えば、ウエハ（ガラス板）の状態で、光学研磨された面に貫通孔４１、テーパ４５および４６、ならびに凹部４２ａおよび凹部４２ｂを複数形成し、ダイシングすることで個片化すればよい。貫通孔４１、テーパ４５および４６、ならびに凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、ドリル、エッチング等により形成するため、砂目状となる。したがって、面５０に形成された凹部４２ａおよび凹部４２ｂを光学系で撮像した際、光学研磨された面５０と砂目状の凹部４２ａおよび凹部４２ｂとはコントラスト差が大きくなり、画像認識しやすくなる。また、凹部４２ａおよび凹部４２ｂは、ドリルまたはエッチング等により、貫通孔４１等と同一の工程で形成することにより、貫通孔４１との位置関係も精度よく加工できる。
【００２５】
ガイド保持部材４０の側面、すなわち、貫通孔４１に挿通された光ケーブル３０の光軸と平行な面５２、５３、５４、５５のうち、少なくとも一面は光学研磨されていることが好ましい。２面を光学研磨面とする場合は、対向する面、例えば、面５２と５４を光学研磨面とし、面５３と５５を光学研磨しない砂目状の面とすることが好ましい。ガイド保持部材４０の光軸と平行な面を光学研磨することにより、貫通孔４１への光ケーブル３０の挿入を光学面から観察可能となる。
【００２６】
ガイド保持部材４０は、ウエハからダイシングにより個片化する際、ダイシングの速度を調整（遅く）することにより、光学研磨面を形成することができる。ウエハのＸ方向（横方向）のダイシングを通常の速度とし、Ｙ方向（縦方向）を、光学研磨される遅い速度でダイシングすることにより、対向する２面が光学研磨面で、他の２面は砂目（磨りガラス状）のガイド保持部材４０を得ることができる。
【００２７】
ガイド保持部材４０は、例えば、基板２０の実装面に接着剤４３を塗布後、ガイド保持部材４０を、二視野光学系を用いて面発光レーザ１０の発光部１１の中心と貫通孔４１の中心とを位置合わせし、ボンダー等の装置により接着剤４３上にマウントし、接着剤４３を硬化させて実装すればよい。ガイド保持部材４０は、基板２０を介して面発光レーザ１０と対向するように実装されている。
【００２８】
光ケーブル３０は、面発光レーザ１０からの光信号を伝播する光ファイバを、樹脂等のジャケットで被覆したものである。光ファイバは、光を伝送するコアと、コアの外周に設けられるクラッドとからなる。本実施の形態に係る光ケーブル３０は、光ファイバの保護の観点から、ジャケットで被覆された状態でガイド保持部材４０の貫通孔４１に挿通されることが好ましいが、ジャケットを剥離した状態で貫通孔４１に挿通してもよい。
【００２９】
つづいて、実施の形態１に係る光伝送モジュール１００の製造方法について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る光伝送モジュールの製造工程のフローチャートである。
【００３０】
まず、面発光レーザ１０を基板２０に実装する（ステップＳ１）。実装は、面発光レーザ１０の発光部１１の直下に、基板２０のスルーホール２１が位置するように位置合わせした後、面発光レーザ１０に形成されたＡｕバンプ１２等と基板の接続電極２２とを、接着剤１３等により接続する。
【００３１】
次に、ガイド保持部材４０の凹部４２ａおよび凹部４２ｂの位置により貫通孔４１中心を認識する（ステップＳ２）。光学系により底面である面５０上の凹部４２ａおよび凹部４２ｂを画像確認し、凹部４２ａと凹部４２ｂとの中間点を貫通孔４１の中心として座標認識するとともに、ガイド保持部材４０の傾き（θ）も確認する。
【００３２】
続いて、基板２０にガイド保持部材４０を実装する（ステップＳ３）。基板２０へのガイド保持部材４０の実装は、ステップＳ２で認識した貫通孔４１中心の座標、およびガイド保持部材４０の傾きに基づき、ガイド保持部材４０の傾きを調整するとともに、ガイド保持部材４０の貫通孔４１の中心が、面発光レーザ１０の発光部１１の中心に位置するよう、ボンダー等の装置により基板２０上にマウントし、基板２０に予め塗布された接着剤４３を硬化させて実装すればよい。
【００３３】
基板２０へのガイド保持部材４０の実装後、貫通孔４１内部に光ケーブル３０を挿入し、位置合わせを行う（ステップＳ４）。貫通孔４１に挿入された光ケーブル３０を、ガイド保持部材４０の光軸と平行な光学研磨面から観察し、光ケーブル３０の端部を目標位置に位置合わせする。本実施の形態では、ガイド保持部材４０の光軸と平行な光学研磨面から光ケーブル３０の端部位置を確認できるので、位置決めが容易となる。
【００３４】
本実施の形態では、ガイド保持部材４０の基板２０との実装面である底面（面５０）に、凹部４２ａおよび凹部４２ｂを形成しているが、ガイド保持部材４０の光軸と平行な光学研磨面から、砂目状の凹部４２ａおよび凹部４２ｂが観察できるため、凹部４２ａおよび凹部４２ｂの頂部を光ケーブル３０の端部の位置決め目標とすることができる。また、ガイド保持部材４０の光軸と平行な光学研磨面から、凹部４２ａおよび凹部４２ｂに入り込んだ接着剤４３も観察できるため、凹部４２ａおよび凹部４２ｂに入り込んだ接着剤４３の量から、接着材４３の過不足、すなわち、基板２０とガイド保持部材４０との接着強度等を判断することもできる。
【００３５】
なお、ガイド保持部材４０の光軸と平行な光学研磨面からの光ケーブル３０の端部の観察による光ケーブル３０の光軸方向の位置合わせ後、光ケーブル３０を固定してもよいが、光軸方向の位置合わせ後、光軸方向と垂直な面において光ケーブル３０を位置合わせした後、光ケーブル３０を固定することにより、さらに光量が安定した光伝送モジュールを得ることができる。光ケーブル３０の光軸方向と垂直な面における位置合わせは、面発光レーザ１０の発光部１１から光を出射しながら、光ケーブル３０に入力された光量を測定し、規定値以上の光量となるように光ケーブル３０を位置合わせする。光ケーブル３０に入力された光量の測定は、光ケーブル３０の他端をフォトダイオード、パワーメータ、オシロスコープ等に接続することにより行えばよい。
【００３６】
あるいは、光軸と平行な面が光学研磨されないガイド保持部材を用いた場合には、貫通孔に挿入された光ケーブル３０の光軸方向および光軸と垂直な面での位置合わせのいずれも、光ケーブル３０に入力された光量を測定して、規定値以上の光量となるように位置合わせしてもよい。
【００３７】
光ケーブル３０の位置決めの後、光ケーブル３０を接着剤４４で固定する（ステップＳ５）。光ケーブル３０の固定は、テーパ４５内に接着剤４４を充填し、光学研磨面からＵＶ光等を照射して、接着剤４４を硬化すればよい。接着剤４４の硬化により光ケーブル３０は、光伝送モジュール１００に接着固定される。光学研磨されない砂目状の面からＵＶ光等を照射してもよいが、ＵＶ高の乱反射を防止して、接着剤を効率よく硬化させるためには、光学研磨面からＵＶ光を照射することが好ましい。本実施の形態では、接着剤４４をテーパ４５内に供給して、光ケーブル３０とガイド保持部材４０とを接合するため、ガイド保持部材４０と光ケーブル３０との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００３８】
上記のようにして作成された光伝送モジュール１００は、面発光レーザ１０の発光部１１から光を出射し、出射された光は、基板２０に形成されたスルーホール２１を介して光ケーブル３０に入射する。光ケーブル３０で伝播された光信号は、光ケーブル３０の他端が接続されたフォトダイオードやトランスインピーダンスアンプ等を備えた光素子モジュールや、さらに外部の信号処理回路にて処理される。
【００３９】
本実施の形態に係る光伝送モジュール１００は、基板２０との実装面である底面（面５０）に、アライメントマークとして機能する溝状の凹部４２ａおよび凹部４２ｂを設けているため、ガイド保持部材４０の貫通孔４１中心を正確に認識でき、基板２０へのガイド保持部材４０の実装精度を向上することができる。また、基板２０とガイド保持部材４０とを固定する接着剤４３の塗布量が多い場合でも、凹部４２ａおよび凹部４２ｂ内に接着材４３を取り込めるため、接着剤４３の貫通孔４１へのはみ出しを防止することができる。
【００４０】
また、本実施の形態において、ガイド保持部材４０は、基板２０への実装面である底面（面５０）を光学研磨し、凹部４２ａおよび凹部４２ｂを形成しているが、底面と対向する上面も光学研磨し、上面にも凹部を形成してもよい。図６は、実施の形態の変形例１に係るガイド保持部材の斜視図である。変形例１に係るガイド保持部材４０Ａにおいて、底面と対向する上面(面５１）は光学研磨され、上面（面５１）に凹部４２ｃおよび凹部４２ｄが形成されている。凹部４２ｃおよび凹部４２ｄは、貫通孔４１の中心に対して対称な位置に形成されている。変形例１によれば、ガイド保持部材の上面または下面のいずれの面でも実装することができる。
【００４１】
また、ガイド保持部材の上面に形成される２つの凹部は、ガイド保持部材の重心を中心として、底面の２つの凹部と対称になるように形成されることが好ましい。図７は、実施の形態の変形例２に係るガイド保持部材の斜視図である。変形例２に係るガイド保持部材４０Ｂにおいて、ガイド保持部材４０Ｂの上面（面５１）に形成される２つの凹部４２ｅおよび凹部４２ｆは、ガイド保持部材４０Ｂの重心を中心として底面（面５０）の２つの凹部４２ａおよび凹部４２ｂと対称、すなわち、ガイド保持部材４０Ｂを１８０°回転した際、凹部４２ａおよび凹部４２ｂの位置となるように形成される。変形例２によれば、ガイド保持部材の上面または下面のいずれの面でも実装できるとともに、実装面での凹部の位置がいずれの面でも同一となるため、光学系による観察の際、処理が容易となる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  面発光レーザ
１１  発光部
１２  Ａｕバンプ
１３、４３、４４  接着剤
２０  基板
２１  スルーホール
２２  接続電極
３０  光ケーブル
４０、４０Ａ、４０Ｂ  ガイド保持部材
４１  貫通孔
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ  凹部
４５、４６  テーパ
５０、５１、５２、５３、５４、５５  面
１００  光伝送モジュール
【図１】
0006382585.tif 000002
【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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