WO2012043187A1 - 光電気変換コネクタ、光伝送モジュール、撮像装置および内視鏡 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a photoelectric conversion connector, an optical transmission module, and an imaging apparatus and an endoscope including the optical transmission module.
- medical endoscopes and industrial endoscopes have been widely used.
- medical endoscopes enable the observation of a lesioned part by inserting the insertion part deeply into the body.
- treatment tools can be used in combination to enable inspection and treatment of the body.
- an endoscope there is an endoscope provided with an imaging device having a built-in imaging element such as a CCD at the tip of an insertion portion.
- an image sensor having a high pixel number that enables clearer image observation has been developed, and the use of an image sensor having a high pixel number for an endoscope has been studied.
- an optical transmission module into the endoscope in order to transmit signals at high speed between the imaging device and the signal processing device.
- the outer diameter of the distal end of the endoscope insertion portion and the length of the distal end be made as small as possible, and constitute an optical transmission module incorporated in the endoscope. It is also necessary to make the width and length of the photoelectric conversion connector, which is a hard part, as small as possible.
- an optical active connector including a case that houses an electrical connector portion, an optical element, and a mounting board in a predetermined position has been proposed (for example, Patent Document 1).
- the present invention has been made in view of the above, and enables high-speed signal transmission between an imaging element having a high pixel count and a signal processing device, and can be miniaturized, an optical-electrical conversion connector, an optical transmission module, and An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and an endoscope that use a light transmission module.
- the photoelectric conversion connector includes an optical element that inputs or outputs an optical signal, an electrical element that controls light emission or light reception of the optical element,
- the photoelectric conversion connector comprising the electrical element and one or a plurality of substrates on which the optical element is mounted
- the substrate inputs an optical signal output from the optical element or inputs to the optical element
- An alignment connecting portion that connects an optical fiber that outputs an optical signal to be output, and the alignment connecting portion is provided on a surface different from a surface on which the optical element of the substrate is mounted, and the optical fiber is positioned at the position
- the optical element and the optical fiber are mounted and arranged side by side in the thickness direction of the substrate while being connected to the substrate via a mating connection portion.
- the photoelectric conversion connector according to the present invention is the photoelectric conversion connector according to the above invention, wherein the substrate is a single sheet, and an electrical signal is input to the electrical element on the back surface of the substrate on which the electrical element and the optical element are mounted.
- the output cable and the optical fiber are connected, and an external connection electrode is provided on a surface on which the electrical element and the optical element are mounted.
- the substrate includes at least a mounting substrate on which the optical element and the electrical element are mounted, and inputs and / or outputs electrical signals to the electrical element.
- the connection board is connected, and the mounting board is provided with an external connection electrode.
- the spacer is an electrode for connecting the mounting substrate and the connection substrate.
- the photoelectric conversion connector according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the spacer is a solder ball.
- the photoelectric conversion connector of the present invention is characterized in that, in the above invention, the mounting substrate and / or the connection substrate includes a condensing lens for condensing a light beam that is input to or output from the optical element.
- the photoelectric conversion connector according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the condensing lens is formed integrally with the mounting substrate and / or the connection substrate made of a light transmissive material.
- the condensing lens is provided so as to protrude on the connection substrate, and the lens curved surface from which the condensing lens protrudes is formed in a hole formed in the mounting substrate. By abutting, the optical element and the optical fiber are aligned.
- the photoelectric conversion connector of the present invention is characterized in that, in the above invention, a cable connection electrode for connecting the cable is provided on a surface on which the cable and the optical fiber are mounted.
- the photoelectric conversion connector according to the present invention is the above-described invention, wherein the alignment connecting portion includes an abutting portion that determines a distance between the optical fiber end face and the optical element, an optical axis of the optical element, and the optical fiber. And a guide portion for aligning the optical axes.
- a circuit for performing signal conversion relay processing between the optical element and the electric element is formed on the substrate, and the substrate is connected to the substrate via the cable.
- a power supply is supplied and an electrical signal is transmitted and received, and an optical signal is transmitted and received to and from the optical element through the optical fiber.
- the photoelectric conversion connector according to the present invention is configured so that, when a plurality of cables and optical fibers are connected to the substrate, the connection arrangement of the cables and the optical fibers to the substrate is different.
- the fibers are arranged adjacent to each other.
- the optical transmission module includes an optical element that inputs or outputs an optical signal, an electrical element that controls light emission or light reception of the optical element, and inputs and / or outputs an electrical signal to the electrical element.
- An optical transmission module comprising: a cable; an optical fiber that inputs or outputs an optical signal to the optical element; and one or a plurality of substrates on which the electrical element, the optical element, the cable, and the optical fiber are mounted.
- the cable and the optical fiber are mounted on the same surface of the substrate, and the electrical element and the optical element are different from the surface on which the cable and the optical fiber are mounted.
- the optical element and the optical fiber are mounted and arranged side by side in the thickness direction of the substrate.
- the imaging apparatus of the present invention is characterized in that an imaging element is connected to the external connection electrode of the photoelectric conversion connector according to any one of the above.
- the imaging apparatus of the present invention is characterized in that, in the above invention, the main surface of the imaging element is installed in parallel with the substrate for the photoelectric conversion connector.
- the imaging device of the present invention is characterized in that, in the above invention, an electrode formed on a back surface of the imaging element is connected to the external connection electrode.
- the imaging device of the present invention is characterized in that the imaging element and the substrate are connected via a flexible substrate.
- an endoscope according to the present invention is characterized by including the imaging device according to any one of the above.
- the photoelectric conversion connector comprising an electrical element, an optical element, and one or more substrates on which the cable and the optical fiber are mounted
- the cable and the optical fiber are provided on the same surface of the substrate.
- the electrical element and the optical element are different from the surface on which the cable and the optical fiber are mounted, and the electrical element and the cable, and the optical element and the optical fiber.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an endoscope according to the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the internal configuration of the distal end portion of the endoscope shown in FIG.
- FIG. 3 is a perspective view of the optical transmission module according to the first embodiment.
- 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the optical transmission module shown in FIG.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical transmission module according to the first modification of the first embodiment.
- FIG. 6 is a perspective view of the optical transmission module according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a BB cross-sectional view of the optical transmission module shown in FIG.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical transmission module according to the first modification of the second embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an endoscope according to the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the internal configuration of the distal end portion of
- FIG. 9 is an exploded perspective view of the mounting board and the connection board that constitute the optical transmission module according to the third embodiment.
- 10 is a cross-sectional view taken along the line CC in a state where the optical transmission module shown in FIG. 9 is assembled.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical transmission module according to Modification 1 of Embodiment 3.
- FIG. 12 is a plan view illustrating an arrangement of cables and optical fibers in the optical transmission module according to the fourth embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of the optical transmission module according to the fourth embodiment at the DD position shown in FIG.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an endoscope according to the present invention.
- an endoscope 1 that uses the light transmission module according to the first embodiment includes an elongated insertion portion 2 and a proximal end side of the insertion portion 2 that is held by an endoscope operator.
- a flexible universal cord 4 extending from a side portion of the operation unit 3.
- the universal cord 4 incorporates a light guide cable, an electric system cable, an optical fiber, and the like.
- the insertion portion 2 is a distal end portion 5 having a built-in image sensor such as a CCD, a bendable bending portion 6 constituted by a plurality of bending pieces, and a long length provided on the proximal end side of the bending portion 6. And a flexible tube portion 7 having flexibility.
- a built-in image sensor such as a CCD
- a bendable bending portion 6 constituted by a plurality of bending pieces, and a long length provided on the proximal end side of the bending portion 6.
- a flexible tube portion 7 having flexibility.
- a connector portion 8 is provided at an end of the universal cord 4 on the extending side.
- the connector portion 8 includes a light guide connector 9 that is detachably connected to the light source device, and an electric signal of a subject image photoelectrically converted by an image sensor.
- an electric contact portion 10 for transmitting the air to the signal processing device and the control device, an air supply base 11 for sending air to the nozzle of the tip portion 5, and the like.
- the light source device incorporates a light source such as a halogen lamp, and supplies light from the light source as illumination light to the endoscope 1 connected via the light guide connector 9.
- the signal processing device or the control device is a device that supplies power to the image sensor and receives an electrical signal photoelectrically converted from the image sensor, and displays a display that processes and connects the electrical signal captured by the image sensor An image is displayed on the apparatus, and a drive signal for controlling and driving gain adjustment of the image sensor is output.
- the operation unit 3 includes a bending knob 12 for bending the bending unit 6 in the vertical direction and the horizontal direction, a treatment tool insertion unit 13 for inserting a treatment tool such as a biopsy forceps and a laser probe into the body cavity, a signal processing device or a control device, A plurality of switches 14 for operating peripheral devices such as air supply, water supply, and gas supply means are provided.
- the endoscope 1 in which the treatment tool is inserted into the treatment part insertion port projects the distal treatment part of the treatment tool through the treatment tool insertion channel provided inside, and collects the affected part tissue using, for example, biopsy forceps. We perform inspection.
- FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the internal configuration of the distal end portion 5 of the endoscope 1 shown in FIG.
- the distal end cover 15 is provided with an observation window 16, an illumination lens (not shown), an air supply / water supply nozzle 17, and a forceps opening 18.
- An imaging device 20 that images the inside of the body cavity is inserted into the observation window 16 through a plurality of lenses including the lens 16a.
- a tip block 23 provided with an air / water supply hole 21, a forceps insertion hole 22, and the like is disposed so as to correspond to the nozzle 17 and the forceps opening 18, respectively.
- An air / water supply pipe 24 is provided at the rear end of the air / water supply hole 21 in the tip block 23, and an air / water supply tube 25 is connected to the air / water supply pipe 24.
- a forceps insertion pipe 26 is provided at the rear end of the forceps insertion hole 22, and a forceps insertion tube 27 is connected to the forceps insertion pipe 26.
- the imaging device 20 includes an objective optical unit 28 composed of a plurality of optical lenses 20a to 20e, and an imaging element 30 such as a CCD that is disposed behind the objective optical unit 28 and receives light incident on the objective optical unit 28. And an optical transmission module 100 that transmits an image signal in the image pickup device 30 to a signal processing device that is an external device.
- a cover glass 36 is provided on the light receiving surface side of the image pickup device 30, and the inner peripheral portion of the image pickup device holding frame 37 is fitted to the outer peripheral portion of the cover glass 36 and is integrally formed by an adhesive or the like.
- the imaging element 30 includes a CCD chip 30a, a package 30b, a filter 30c, a bonding wire 30d, a sealing resin 30e, and the like.
- the optical transmission module 100 includes a photoelectric conversion connector 50 that converts an optical signal and an electrical signal, a cable 35 that supplies a drive signal and a power supply voltage to the photoelectric conversion connector 50, and light transmitted from the photoelectric conversion connector 50. And an optical fiber 38 that transmits a signal to a signal processing device that is an external device.
- the photoelectric conversion connector 50 controls a light emitting element 32A that converts an image signal as an electric signal transmitted from the imaging element 30 via a circuit such as an IC into an optical signal, and light emission of the optical signal transmitted by the light emitting element 32A.
- a circuit board 34 on which the light emitting element 32A, the electric element 33, and the like are mounted.
- a spacer 31 is provided between the image sensor 30 and the circuit board 34, and a shield frame 39 is provided at the rear end of the image sensor holding frame 37 so as to cover the image sensor 30 and the circuit board 34. .
- the shield frame 39 and the image sensor holding frame 37 are covered with a heat shrinkable tube 40 on the outer peripheral end side.
- the image sensor 30 and the light transmission module 100 are installed so that the main surface of the image sensor 30 is parallel to the circuit board 34 of the light transmission module 100 via the spacer 31 and the shield frame 39.
- FIG. 3 is a perspective view of the optical transmission module 100 according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical transmission module 100 shown in FIG.
- an external connection electrode 41 is provided on the main surface P1 of the circuit board 34 on which the light emitting element 32A and the electric element 33 are mounted.
- the external connection electrode 41 is connected to the imaging element 30 and the like via a spacer 31 functioning as an electrode and a wiring (not shown).
- the spacer 31 preferably has a function as an electrode, but the image sensor 30 and the optical transmission module 100 may be connected by a flexible substrate.
- a cable connection electrode 42 is provided on the back surface P2 opposite to the main surface of the circuit board 34 on which the light emitting element 32A and the electric element 33 are mounted.
- the cable 35 is connected to the circuit board 34 using an anisotropic conductive resin film (ACF) or the like via the cable connection electrode 42.
- ACF anisotropic conductive resin film
- the cable connection electrode 41 is connected to the end face of the cable 35, but the external insulator or the like of the cable 35 may be peeled off and connected to the side face of the cable 35.
- a hole 34a for guiding a light beam emitted from the light emitting element 32A to the optical fiber 38 is provided below the circuit board 34 on which the light emitting element 32A is mounted.
- the hole 34 a is penetrated in a cylindrical shape in the thickness direction of the circuit board 34.
- an alignment connecting portion 43 for efficiently entering the light beam emitted from the light emitting element 32A into the optical fiber 38 is provided.
- the alignment connecting portion 43 includes an abutting portion 43a that determines the distance between the end face of the optical fiber 38 and the light emitting element 32A, and a guide portion 43b that aligns the optical axis of the light emitting element 32A and the optical axis of the optical fiber 38.
- the alignment connecting portion 43 has a cylindrical shape, and the guide portion 43b and the hole portion 34a have the same center.
- the diameter of the guide portion 43b is substantially the same as the diameter of the optical fiber 38.
- the abutting portion 43a is formed at a position where the distance between the light emitting surface of the light emitting element 32A and the end surface of the optical fiber 38 is a predetermined length.
- the light transmission module 100 can be easily aligned without incorporating the light emitting element 32A and the optical fiber 38 into the case, the light transmission module 100 can be downsized and can be easily incorporated into an endoscope. Become.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical transmission module 100A according to the first modification of the first embodiment.
- the optical transmission module 100A does not have the alignment connecting portion 43 on the back surface P2 of the circuit board 34A.
- a hole 34a that guides the light beam emitted from the light emitting element 32A to the optical fiber 38 is provided so as to communicate with the back surface P2 of the circuit board 34A.
- the end face of the optical fiber 38 is brought into contact with the end face opening of the hole 34a communicating with the back face P2 of the circuit board 34A, and after alignment with the light emitting element 32A by active alignment or the like, the optical fiber 38 is connected to the cable.
- the cable 35 connected to the connection electrode 42 is sealed and fixed with a sealing resin 44 to the back surface of the circuit board 34A.
- the optical transmission module 100A according to the first modification can also be reduced in size and can be incorporated into an endoscope, like the optical transmission module according to the first embodiment.
- the circuit board constituting the photoelectric conversion connector includes a mounting board on which an optical element and an electric element are mounted, and a connection board on which a cable and an optical fiber are connected. This is different from the optical transmission module according to the first embodiment.
- an optical transmission module according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
- FIG. 6 is a perspective view of the optical transmission module 200 according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a BB cross-sectional view of the optical transmission module 200 shown in FIG.
- the circuit board 34 of the optical transmission module 200 includes a mounting board 34B on which the light emitting element 32A and the electric element 33 are mounted, and a connection board 34C on which the cable 35 and the optical fiber 38 are connected. It consists of.
- a cylindrical hole 34a that guides the light beam emitted from the light emitting element 32A to the optical fiber 38 is provided below the mounting substrate 34B on which the light emitting element 32A is mounted.
- the mounting board 34B and the connection board 34C are connected via a spacer 34b.
- the cable 35 and the optical fiber 38 are connected to the back surface side of the connection surface of the connection substrate 34C to the mounting substrate 34B.
- the connection board 34C is provided with a hole 34a ′ for guiding the light beam emitted from the light emitting element 32A and irradiated through the hole 34a to the optical fiber 38, and the light beam emitted from the light emitting element 32A is supplied to the optical fiber 38.
- An alignment connecting portion 43 for efficient incidence is provided.
- the alignment connecting portion 43 includes an abutting portion 43a that determines the distance between the end face of the optical fiber 38 and the light emitting element 32A, and a guide portion 43b that aligns the optical axis of the light emitting element and the optical axis of the optical fiber 38.
- the alignment connecting portion 43 has a cylindrical shape, and the guide portion 43b, the hole portion 34a, and the hole portion 34a 'have the same center.
- the diameter of the guide portion 43b is substantially the same as the diameter of the optical fiber 38.
- the abutting portion 43a is formed at a position where the distance between the light emitting surface of the light emitting element 32A and the end surface of the optical fiber 38 is a predetermined length.
- optical transmission module 200 according to the second embodiment can be easily aligned without incorporating the light emitting element 32A and the optical fiber 38 into the case, similarly to the optical transmission module according to the first embodiment. It can be downsized and can be easily incorporated into an endoscope.
- the optical transmission module 200 independently mounts the light emitting element 32A and the electric element 33 on the mounting substrate 34B and connects the cable 35 and the optical fiber 38 to the connection substrate 34C. Since the mounting substrate 34B and the connection substrate 34C are finally connected by the spacer 34b or the like, the light emitting element 32A, the electric element 33, the cable 35, and the optical fiber 38 are individually mounted on one substrate. It can be manufactured more simply than
- the optical transmission module 200 including the mounting board 34B and the connection board 34C has been described.
- the light emitting element 32A and the electric element 33 are mounted on separate mounting boards, and the circuit Even in an optical transmission module having three or more substrates, each element is appropriately wired, and a hole for introducing a light beam emitted from the light emitting element 32A into the optical fiber 38 is provided in each substrate.
- the alignment connecting portion 43 By aligning the light emitting element 32A and the optical fiber 38 by the alignment connecting portion 43, the same effect can be obtained.
- a plurality of substrates are used, many elements can be arranged, and the size (width) and length of the optical transmission module can be adjusted as appropriate.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of an optical transmission module 200A according to the first modification of the second embodiment.
- the light emitting element 32A is mounted on the back surface side of the surface on which the electrical element 33 of the mounting substrate 34B 'is mounted, and on the surface facing the connection substrate 34C.
- the connection board 34C to which the cable 35 and the optical fiber 38 are connected has the same configuration as the optical transmission module 200 of the second embodiment.
- the mounting substrate 34B 'and the connection substrate 34C are connected via a spacer 34b' having a length equal to or greater than the height of the optical element 32A.
- the light beam emitted from the light emitting element 32A is applied to the optical fiber 38 through the hole 34a 'of the connection substrate 34C.
- An optical transmission module includes a light flux output from an optical element or an optical element on either a mounting substrate on which the optical element is mounted or a connection substrate to which an optical fiber is connected.
- the optical transmission module according to the second embodiment is different from the optical transmission module according to the second embodiment in that a condensing lens that condenses the light flux input to the optical fiber and collects the light flux output from the optical fiber or the light flux input to the optical fiber is provided.
- a condensing lens that condenses the light flux input to the optical fiber and collects the light flux output from the optical fiber or the light flux input to the optical fiber is provided.
- the condensing lens is provided on the connection substrate, but the condensing lens condenses the light beam on the light receiving surface of the light receiving element or can collect the light beam on the core of the end face of the optical fiber.
- the condensing lens may be provided on the mounting substrate, or the condensing lens may be disposed on the mounting substrate and the connection substrate, respectively.
- FIG. 9 is an exploded perspective view of the mounting board and the connection board constituting the optical transmission module 300 according to the third embodiment.
- 10 is a cross-sectional view taken along the line CC in a state where the optical transmission module shown in FIG. 9 is assembled.
- the circuit board 34 of the optical transmission module 300 is mounted with a light emitting element 32A, a light receiving element 32B, electric elements 33A and 33B, an external connection electrode 41, and a through electrode 45.
- the light receiving element 32B receives an optical signal such as a clock signal transmitted from the signal processing device via the optical fiber 38B.
- the electric element 33A controls electric / optical signal conversion of an electric signal input to the light emitting element 32A and controls light emission of an optical signal to be transmitted.
- the electric element 33B controls light reception of the optical signal input to the light receiving element 32B and also controls optical / electrical signal conversion.
- the mounting board 34D and the connection board 34E are connected by solder balls 47, and the electric elements 33A and 33B are connected to the cables 35A and 35B through the through electrode 45.
- the amount of solder balls 47 used for connecting the mounting substrate 34D and the connection substrate 34E is determined in consideration of the focal lengths of the condenser lenses 46A and 46B. Although the illustrated solder ball 47 is in a state after being connected, it is no longer in the shape of a ball, but for convenience, the name 47 in each embodiment is a solder ball.
- the condensing lenses 46A and 46B are disposed on the connection board 34E.
- the connection substrate 34E is preferably a glass substrate, and the condensing lenses 46A and 46B are preferably formed integrally with the connection substrate 34E by a light transmissive material such as a thermosetting resin.
- the fitting part for condensing lenses 46A and 46B may be formed in the board
- the light beam emitted from the light emitting element 32A is irradiated to the condensing lens 46A through the hole 34a, and the light beam irradiated to the condensing lens 46A is optical fiber from the condensing lens 46A. It is condensed on the core at the end of 38A. Further, the light beam emitted from the optical fiber 38B is irradiated to the condensing lens 46B, and the light beam irradiated to the condensing lens 46B is collected on the light receiving surface of the light receiving element 32B by the condensing lens 46B through the hole 34a. Lighted.
- the optical fibers 38A and 38B are sealed and fixed together with the cables 35A and 35B by the sealing resin 44.
- the sealing resin 44 is selected from light transmissive materials.
- the optical transmission module 300 can adjust the distance between the optical element and the optical fiber while maintaining the amount of transmitted light by using the condensing lenses 46A and 46B. Since the light emitting element 32A, the light receiving element 32B, and the optical fibers 38A and 38B are aligned without being incorporated in the case and are arranged side by side in the thickness direction of the mounting board 34D and the connection board 34E, the size can be reduced. It becomes easy to incorporate it into. Further, by adopting such an arrangement configuration, it is possible to suppress an increase in the longitudinal direction of an optical fiber or the like even in a multifunctional optical transmission module in which more elements are mounted.
- the optical transmission module 300 separately and separately mounts each element such as the light emitting element 32A on the mounting board 34D and connects to the connection board 34E such as the cable 35A.
- the mounting board 34D and the connection board 34E are connected by the solder balls 47 or the like, it is possible to manufacture more easily than mounting each element and cable individually on one board.
- the mounting board 34D and the connection board 34E are connected using a predetermined amount of solder balls, the light emitting element 32A, the optical fiber 38A, and the light receiving element 32B are provided by the self-alignment function and height adjustment function of the solder balls. And the optical fiber 38B can be easily aligned.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical transmission module 300A according to the first modification of the third embodiment.
- condensing lenses 46A 'and 46B' project from a connection substrate 34E 'that is a glass substrate.
- the optical fibers 38A and 38B are sealed together with the cables 35A and 35B. It is sealed and fixed with a stop resin 44.
- the sealing resin 44 is selected from light transmissive materials.
- the light emitting element 32A and the light receiving element 32B are mounted in alignment with the light transmitting hole 34a on the mounting substrate 34D.
- the condensing lenses 46A ′ and 46B ′ provided so as to protrude on the connection substrate 34E ′ are brought into contact with the hole 34a of the mounting substrate 34D, and the light emitting element 32A and the optical fiber 38A, and the light receiving element 32B and the optical fiber 38B.
- the mounting board 34D and the connection board 34E ′ are connected by the solder balls 47.
- Centering action works by contacting the curved surfaces of the condensing lenses 46A ′ and 46B ′ and the hole 34a, and the light emitting element 32A and the optical fiber 38A, and the light receiving element 32B and the optical fiber 38B are easily aligned. be able to.
- the optical transmission module according to the fourth embodiment of the present invention connects a signal processing device of an external device and a plurality of cables and optical fibers for signal transmission to the connection substrate, the cable and the optical fiber are arranged on the connection substrate.
- the cables are arranged so that cables or optical fibers are not adjacent to each other.
- an optical transmission module according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
- the third embodiment an example in which five cables and five optical fibers are arranged at equal intervals in two vertical rows and five horizontal rows will be described.
- a cable (or optical fiber) arranged at a specific position is described.
- FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of the cable 35 and the optical fiber 38 in the optical transmission module 400 according to the fourth embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of the optical transmission module 400 according to the fourth embodiment at the DD position shown in FIG. As shown in FIG. 13, cables 35A, 35B and 35C and optical fibers 38A and 38B are connected to the connection board 34E ′′, and the cable 35A, optical fiber 38A, cable 35B, optical fiber 38B, cable 35C, Cables 35 and optical fibers 38 are alternately arranged.
- the optical transmission module 400 includes cables 35D and 35E (not shown in FIG. 13) and optical fibers 38C, 38D and 38E in parallel with the cables 35A, 35B and 35C and the optical fibers 38A and 38B.
- the cable 35A, the optical fiber 38A, the cable 35B, the optical fiber 38B, and the cable 35C are connected and arranged at positions P-1, P-2, P-3, P-4, and P-5 shown in FIG.
- the optical fiber 38C, the cable 35D, the optical fiber 38D, the cable 35E, and the optical fiber 38E are connected and arranged at the positions P-6, P-7, P-8, P-9, and P-10 shown in FIG.
- the cables 35 or optical fibers 38 are arranged adjacent to each other at positions P-3, P-7, and P-9 at the most adjacent positions of the optical fiber 38D arranged at P-8.
- the cable 35D and the cable 35E are arranged. With such an arrangement, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk due to electrical signals and optical signals transmitted through the cables 35 and the optical fibers 38.
- the photoelectric conversion connector and the optical transmission module according to the present invention are useful for optical communication devices that require high-speed signal transmission, and are particularly suitable for use in fields where miniaturization is required.
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Abstract
高画素数の撮像素子と信号処理装置間の高速信号伝送を可能にするとともに、小型化可能な光電気変換コネクタおよび光伝送モジュールを提供する。光電気変換コネクタは、基板34に光素子32と光信号を入力または出力する光ファイバ38を接続する位置合わせ接続部43を備え、位置合わせ接続部43は、光素子32が実装される基板面と異なる基板面に設けられ、光ファイバ38は位置合わせ接続部43を介し基板34に接続されるとともに、光素子32と光ファイバ38とが基板34の厚さ方向に並べて実装配置される。
Description
本発明は、光電気変換コネクタ、光伝送モジュール、ならびに光伝送モジュールを備える撮像装置および内視鏡に関する。
従来、医療用および工業用の内視鏡が広く用いられており、特に、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伝送するために、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。患者への負担ならびに観察視野の確保のためには、内視鏡挿入部の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ており、内視鏡内に組み込む光伝送モジュールを構成する硬質部分である光電気変換コネクタの幅および長さもできるだけ小さくする必要がある。
一方、光信号と電気信号とを変換する光アクティブコネクタに関する技術として、電気コネクタ部と光素子と実装基板とを所定の位置に収容するケースを備えた光アクティブコネクタが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載の光アクティブコネクタにおいては、光素子と光ファイバとをケースに組み込むことにより位置合わせを行っているため、小型化するのが困難である。さらに、実装基板と光ファイバとを基板の長手方向に並べて設置するため、先端部長が長くなるという問題を有している。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高画素数の撮像素子と信号処理装置間の高速信号伝送を可能にするとともに、小型化可能な光電気変換コネクタ、光伝送モジュール、ならびに光伝送モジュールを使用する撮像装置および内視鏡を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光電気変換コネクタは、光信号の入力または出力を行う光素子と、前記光素子の発光または受光を制御する電気素子と、前記電気素子と前記光素子とが実装される1または複数の基板と、を備える光電気変換コネクタにおいて、前記基板は、前記光素子から出力される光信号を入力する、または前記光素子に入力される光信号を出力する光ファイバを接続する位置合わせ接続部を備え、前記位置合わせ接続部は、前記基板の前記光素子が実装される面と異なる面に設けられ、前記光ファイバは前記位置合わせ接続部を介し前記基板に接続されるとともに、前記光素子と前記光ファイバとが前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記基板は1枚であって、前記電気素子と前記光素子が実装される基板面の裏面に、前記電気素子に電気信号の入力および/または出力を行うケーブルと前記光ファイバとが接続され、前記電気素子と前記光素子とが実装される面に外部接続用電極が設けられることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記基板は、少なくとも前記光素子と前記電気素子とが実装された実装基板と、電気信号の入力および/または出力を前記電気素子に行うケーブルと前記光ファイバとが接続された接続基板とからなり、前記光素子が発光または受光する光束径と前記光ファイバのファイバコア径が略一致する様に調整したスペーサを介して前記実装基板と前記接続基板とを接続するとともに、前記実装基板には外部接続用電極が設けられることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記スペーサは、前記実装基板と前記接続基板とを接続する電極であることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記スペーサは、はんだボールであることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記実装基板および/または前記接続基板は、前記光素子に入力または出力する光束を集光する集光レンズを備えることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記集光レンズは、光透過性材料からなる前記実装基板および/または前記接続基板と一体に形成されることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記集光レンズは前記接続基板上に突出して設けられ、前記集光レンズの突出したレンズ曲面を前記実装基板に形成された孔部に当接させることにより、前記光素子と前記光ファイバとを位置合わせすることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記ケーブルと前記光ファイバとが実装される面には、前記ケーブルを接続するケーブル接続用電極が設けられることを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記位置合わせ接続部は、前記光ファイバ端面と前記光素子との距離を決める突き当て部と、前記光素子の光軸と前記光ファイバの光軸を合わせるガイド部とを有することを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記基板には、前記光素子と前記電気素子との間で信号変換中継処理を行う回路が形成され、前記ケーブルを介して前記基板に電源を供給し、かつ電気信号を送受信するとともに、前記光ファイバを介して前記光素子に光信号を送受信することを特徴とする。
また、本発明の光電気変換コネクタは、上記発明において、前記基板に複数のケーブルおよび光ファイバがそれぞれ接続される場合において、前記ケーブルおよび前記光ファイバの前記基板への接続配置を、異種のケーブルまたはファイバを隣接させて配置することを特徴とする。
また、本発明の光伝送モジュールは、光信号の入力または出力を行う光素子と、前記光素子の発光または受光を制御する電気素子と、前記電気素子に電気信号の入力および/または出力を行うケーブルと、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、前記電気素子、前記光素子、前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装される1または複数の基板と、を備える光伝送モジュールにおいて、前記基板の同一面に前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装され、前記電気素子および前記光素子は、前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装される面と異なる面に、前記電気素子と前記ケーブル、前記光素子と前記光ファイバとがそれぞれ前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されることを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタの外部接続用電極に、撮像素子を接続することを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子の主面は光電気変換コネクタ用の基板と平行に設置されることを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子の裏面に形成された電極と前記外部接続用電極とが接続されることを特徴とする。
また、本発明の撮像装置は、上記発明において、前記撮像素子と前記基板とはフレキシブル基板を介して接続されることを特徴とする。
また、本発明の内視鏡は、上記のいずれか一つに記載の撮像装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、電気素子と、光素子と、ケーブルと光ファイバとが実装される1または複数の基板と、を備える光電気変換コネクタにおいて、前記基板の同一面に前記ケーブルおよび前記光ファイバを実装し、前記電気素子および前記光素子は、前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装される面と異なる基板面であって、かつ、前記電気素子と前記ケーブル、前記光素子と前記光ファイバとをそれぞれ前記基板の厚さ方向に並べて実装配置することにより、ケースを使用することなく、光電気変換コネクタを小型化することが可能となる。
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。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1にかかる光伝送モジュールを使用する内視鏡について説明する。図1は、本発明の内視鏡の概略構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる光伝送モジュールを使用する内視鏡1は、細長な挿入部2と、この挿入部2の基端側であって内視鏡操作者が把持する操作部3と、この操作部3の側部より延伸する可撓性のユニバーサルコード4とを備える。ユニバーサルコード4は、ライトガイドケーブル、電気系ケーブルおよび光ファイバなどを内蔵する。
まず、実施の形態1にかかる光伝送モジュールを使用する内視鏡について説明する。図1は、本発明の内視鏡の概略構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる光伝送モジュールを使用する内視鏡1は、細長な挿入部2と、この挿入部2の基端側であって内視鏡操作者が把持する操作部3と、この操作部3の側部より延伸する可撓性のユニバーサルコード4とを備える。ユニバーサルコード4は、ライトガイドケーブル、電気系ケーブルおよび光ファイバなどを内蔵する。
挿入部2は、CCDなどの撮像素子を内蔵した先端部5と、複数の湾曲駒によって構成され湾曲自在の湾曲部6と、この湾曲部6の基端側に設けられた長尺であって可撓性を有する可撓管部7とを備える。
ユニバーサルコード4の延伸側端部にはコネクタ部8が設けられており、コネクタ部8には、光源装置に着脱自在に接続されるライトガイドコネクタ9、撮像素子で光電変換した被写体像の電気信号を信号処理装置や制御装置に伝送するための電気接点部10、先端部5のノズルに空気を送るための送気口金11などが設けられている。なお、光源装置は、ハロゲンランプなどの光源が内蔵されたものであり、光源からの光を、ライトガイドコネクタ9を介して接続された内視鏡1へ照明光として供給する。また、信号処理装置や制御装置は、撮像素子に電源を供給し、撮像素子から光電変換された電気信号が入力される装置であり、撮像素子によって撮像された電気信号を処理して接続する表示装置に画像を表示させるとともに、撮像素子のゲイン調整などの制御および駆動を行なう駆動信号の出力を行なう。
操作部3には湾曲部6を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ12、体腔内に生検鉗子、レーザプローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部13、信号処理装置や制御装置あるいは送気、送水、送ガス手段などの周辺機器の操作を行なう複数のスイッチ14が設けられている。処置部挿入口に処置具が挿入された内視鏡1は、内部に設けられた処置具挿通用チャンネルを経て処置具の先端処置部を突出させ、たとえば生検鉗子によって患部組織を採取する生検などを行なう。
つぎに、内視鏡の先端部の構成を説明する。図2は、図1に示す内視鏡1の先端部5の内部構成を説明する断面図である。図2に示すように、内視鏡1の挿入部2先端側に位置する先端部5は、先端カバー15によって先端部が外嵌されている。先端カバー15には、観察窓16、図示しない照明レンズ、送気および送水用のノズル17および鉗子開口部18が設けられている。観察窓16には、レンズ16aを含む複数のレンズを介して、体腔内を撮像する撮像装置20が挿嵌されている。また、観察窓16の後方には、ノズル17および鉗子開口部18にそれぞれ対応するように、送気・送水孔21および鉗子挿通孔22などが設けられた先端ブロック23が配設されている。
先端ブロック23における送気・送水孔21の後端部には、送気・送水パイプ24が設けられており、この送気・送水パイプ24に送気・送水チューブ25が接続している。鉗子挿通孔22の後端部には鉗子挿通パイプ26が設けられており、鉗子挿通パイプ26に鉗子挿通チューブ27が接続されている。
撮像装置20は、複数の光学レンズ20a~20eによって構成された対物光学ユニット28と、この対物光学ユニット28の後方に配置され、対物光学ユニット28に入射した光を受光するCCDなどの撮像素子30と、この撮像素子30における画像信号を外部装置である信号処理装置に伝送する光伝送モジュール100などによって構成される。
撮像素子30の受光面側には、カバーガラス36が設けられており、このカバーガラス36の外周部には、撮像素子保持枠37の内周部が嵌合し、接着剤などによって一体的に固定される。たとえばCCDユニットを撮像部として用いる場合、撮像素子30は、CCDチップ30a、パッケージ30b、フィルタ30c、ボンディングワイヤ30dおよび封止樹脂30eなどからなる。
光伝送モジュール100は、光信号と電気信号とを変換する光電気変換コネクタ50と、光電気変換コネクタ50へ駆動信号や電源電圧を供給するケーブル35と、光電気変換コネクタ50から送信された光信号を外部装置である信号処理装置に伝送する光ファイバ38とを備える。
光電気変換コネクタ50は、撮像素子30からICなどの回路を介して送信された電気信号としての画像信号を光信号に変換する発光素子32Aと、発光素子32Aが送信する光信号の発光を制御する電気素子33と、発光素子32Aおよび電気素子33などを実装した回路基板34とを備える。撮像素子30と回路基板34との間にはスペーサ31が設けられ、撮像素子保持枠37の後端部には、撮像素子30と回路基板34とを覆うようにシールド枠39が設けられている。このシールド枠39および撮像素子保持枠37の外周部先端側は、熱収縮チューブ40によって被覆されている。なお、撮像素子30と光伝送モジュール100とは、スペーサ31およびシールド枠39を介して、撮像素子30の主面が光伝送モジュール100の回路基板34と平行になるように設置される。
つぎに、本実施の形態1にかかる光伝送モジュール100について、図を参照して詳細に説明する。図3は、実施の形態1にかかる光伝送モジュール100の斜視図である。図4は、図3に示す光伝送モジュール100のA-A断面図である。
図3に示すように、発光素子32Aと電気素子33とが実装される回路基板34の主面P1には、外部接続用電極41が設けられる。外部接続用電極41は、電極として機能するスペーサ31および図示しない配線を介して撮像素子30等と接続される。スペーサ31は電極としての機能を有するものが好ましいが、撮像素子30と光伝送モジュール100とをフレキシブル基板で接続してもよい。また、図4に示すように、発光素子32Aと電気素子33とが実装される回路基板34主面と反対側の裏面P2には、ケーブル接続用電極42が設けられる。ケーブル35は、ケーブル接続用電極42を介して異方性導電性樹脂フィルム(Anisotropic Conductive Adhesive Film:ACF)などを使用して回路基板34に接続される。本実施の形態1では、ケーブル35の端面でケーブル接続用電極41と接続しているが、ケーブル35の外部絶縁体等を剥離してケーブル35の側面で接続してもよい。
発光素子32Aが実装される回路基板34の下部には、発光素子32Aから発光される光束を光ファイバ38に導く孔部34aが設けられる。孔部34aは、回路基板34の厚さ方向に円筒状に刳り貫かれている。発光素子32Aが実装される位置の回路基板34の裏面P2には、発光素子32Aから発光された光束を光ファイバ38に効率よく入射するための位置合わせ接続部43が設けられる。位置合わせ接続部43は、光ファイバ38の端面と発光素子32Aとの距離を決める突き当て部43aと、発光素子32Aの光軸と光ファイバ38の光軸とを合わせるガイド部43bとからなる。位置合わせ接続部43は円筒形状をなし、ガイド部43bと孔部34aとは同一中心となる。ガイド部43bの径は、光ファイバ38の径と略同一である。また、突き当て部43aは、発光素子32Aの発光面と光ファイバ38の端面との距離が所定の長さとなる位置に形成される。
本実施の形態1にかかる光伝送モジュール100は、発光素子32Aおよび光ファイバ38をケースに組み込むことなく、簡易に位置合わせを行うことが出来るため小型化でき、内視鏡への組み込みも容易となる。
なお、本実施の形態1の変形例1として、回路基板34の裏面P2に位置合わせ接続部43を設けずに回路基板34に光ファイバ38端面を接続する光伝送モジュールを例示することができる。図5は、実施の形態1の変形例1にかかる光伝送モジュール100Aの断面図である。光伝送モジュール100Aは、回路基板34Aの裏面P2に位置合わせ接続部43を有しない。また、光伝送モジュール100Aは、発光素子32Aから発光される光束を光ファイバ38に導く孔部34aが、回路基板34Aの裏面P2まで連通して設けられる。本変形例1では、光ファイバ38の端面を回路基板34Aの裏面P2まで連通する孔部34aの端面開に当接させ、アクティブアライメント等により発光素子32Aと位置合わせした後、光ファイバ38をケーブル接続用電極42と接続したケーブル35とともに回路基板34Aの裏面に封止樹脂44で封止固定する。本変形例1にかかる光伝送モジュール100Aも、実施の形態1の光伝送モジュールと同様に、小型化可能であり、内視鏡への組み込みが可能となる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2にかかる光伝送モジュールは、光電気変換コネクタを構成する回路基板が、光素子と電気素子とが実装された実装基板と、ケーブルと光ファイバとが接続された接続基板とからなる点で、実施の形態1の光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、本発明の実施の形態2にかかる光伝送モジュールについて説明する。
本発明の実施の形態2にかかる光伝送モジュールは、光電気変換コネクタを構成する回路基板が、光素子と電気素子とが実装された実装基板と、ケーブルと光ファイバとが接続された接続基板とからなる点で、実施の形態1の光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、本発明の実施の形態2にかかる光伝送モジュールについて説明する。
図6は、実施の形態2にかかる光伝送モジュール200の斜視図である。図7は、図6に示す光伝送モジュール200のB-B断面図である。図6および7に示すように、光伝送モジュール200の回路基板34は、発光素子32Aと電気素子33とが実装された実装基板34Bと、ケーブル35と光ファイバ38とが接続された接続基板34Cとからなる。
発光素子32Aが実装される実装基板34B下部には、発光素子32Aから発光される光束を光ファイバ38に導く、円筒形状の孔部34aが設けられる。実装基板34Bと接続基板34Cとは、スペーサ34bを介して接続される。接続基板34Cの実装基板34Bとの接続面の裏面側には、ケーブル35と光ファイバ38とが接続される。接続基板34Cには、発光素子32Aから発光され孔部34aを介して照射された光束を光ファイバ38に導く孔部34a’が設けられるとともに、発光素子32Aから発光された光束を光ファイバ38に効率よく入射するための位置合わせ接続部43が設けられる。位置合わせ接続部43は、光ファイバ38の端面と発光素子32Aとの距離を決める突き当て部43aと、発光素子の光軸と光ファイバ38の光軸とを合わせるガイド部43bとからなる。位置合わせ接続部43は円筒形状をなし、ガイド部43bと孔部34aおよび孔部34a’とは同一中心となる。ガイド部43bの径は、光ファイバ38の径と略同一である。また、突き当て部43aは、発光素子32Aの発光面と光ファイバ38の端面との距離が所定の長さとなる位置に形成される。
本実施の形態2にかかる光伝送モジュール200は、実施の形態1にかかる光伝送モジュールと同様に、発光素子32Aおよび光ファイバ38をケースに組み込むことなく、簡易に位置合わせを行うことが出来るため小型化でき、内視鏡への組み込みも容易となる。
また、本実施の形態2にかかる光伝送モジュール200は、発光素子32Aと電気素子33との実装基板34Bへの実装と、ケーブル35と光ファイバ38との接続基板34Cへの接続をそれぞれ独立して別途に行い、最後に実装基板34Bと接続基板34Cとをスペーサ34b等により接続して形成するため、1の基板に発光素子32A、電気素子33、ケーブル35および光ファイバ38をそれぞれ個別に実装するよりも簡易に製造することが出来る。
なお、本実施の形態2では、実装基板34Bと接続基板34Cとから構成される光伝送モジュール200について説明したが、たとえば、発光素子32Aと電気素子33とが別々の実装基板に実装され、回路基板が3枚以上で構成されるような光伝送モジュールにおいても、各素子間を適宜配線し、発光素子32Aから発光される光束を光ファイバ38に導入するための孔部を各基板に設けて、位置合わせ接続部43により発光素子32Aと光ファイバ38とを位置合わせすることにより同様の効果を奏することができる。複数の基板を使用する場合、多くの素子の配置が可能となり、光伝送モジュールの大きさ(幅)と長さを適宜調整することができるという効果を奏する。
なお、本実施の形態2の変形例1として、光素子を実装基板の接続基板と対向する面に実装した光伝送モジュール200Aを例示することができる。図8は、実施の形態2の変形例1にかかる光伝送モジュール200Aの断面図である。光伝送モジュール200Aは、実装基板34B’の電気素子33が実装された面の裏面側であって、接続基板34Cと対向する面に発光素子32Aが実装される。発光素子32Aが接続基板34Cと対向する面に実装され、発光素子32Aの発光面が接続基板34C側の面となるため、実装基板34B’に発光素子から発光される光束を導くための孔部は形成されない。一方、ケーブル35と光ファイバ38とが接続される接続基板34Cは、実施の形態2の光伝送モジュール200と同様の構成を有する。実装基板34B’と接続基板34Cとは、光素子32Aの高さ以上の長さを有するスペーサ34b’を介して接続される。本変形例1にかかる光伝送モジュール200Aでは、発光素子32Aから発光された光束は、接続基板34Cの孔部34a’を介して光ファイバ38に照射される。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3にかかる光伝送モジュールは、光素子が実装された実装基板、または光ファイバが接続された接続基板のいずれか一方の基板に、光素子から出力される光束または光素子へ入力される光束を集光し、かつ光ファイバから出力される光束または光ファイバに入力される光束を集光する集光レンズが設けられる点で実施の形態2にかかる光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、集光レンズを接続基板に設けた本発明の実施の形態3にかかる光伝送モジュールについて説明する。本実施の形態3では、集光レンズを接続基板に設けているが、集光レンズが受光素子の受光面に光束を集光し、または光ファイバ端面のコアに光束を集光可能であれば、集光レンズは実装基板に設けてもよく、あるいは、実装基板と接続基板とに集光レンズをそれぞれ配置してもよい。
本発明の実施の形態3にかかる光伝送モジュールは、光素子が実装された実装基板、または光ファイバが接続された接続基板のいずれか一方の基板に、光素子から出力される光束または光素子へ入力される光束を集光し、かつ光ファイバから出力される光束または光ファイバに入力される光束を集光する集光レンズが設けられる点で実施の形態2にかかる光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、集光レンズを接続基板に設けた本発明の実施の形態3にかかる光伝送モジュールについて説明する。本実施の形態3では、集光レンズを接続基板に設けているが、集光レンズが受光素子の受光面に光束を集光し、または光ファイバ端面のコアに光束を集光可能であれば、集光レンズは実装基板に設けてもよく、あるいは、実装基板と接続基板とに集光レンズをそれぞれ配置してもよい。
図9は、実施の形態3にかかる光伝送モジュール300を構成する実装基板と接続基板とを分解して表示した斜視図である。図10は、図9に示す光伝送モジュールを組み立てた状態におけるC-C断面図である。図9および図10に示すように、光伝送モジュール300の回路基板34は、発光素子32Aと、受光素子32Bと、電気素子33Aおよび33Bと、外部接続用電極41と、貫通電極45とが実装された実装基板34Dと、ケーブル35Aおよび35Bと、光ファイバ38Aおよび38Bとがそれぞれ接続された接続基板34Eとからなる。
受光素子32Bは、光ファイバ38Bを介し信号処理装置から送信されたクロック信号などの光信号を受信する。電気素子33Aは、発光素子32Aに入力される電気信号の電気/光信号変換を制御するとともに、送信する光信号の発光を制御する。電気素子33Bは、受光素子32Bに入力される光信号の受光を制御するとともに、光/電気信号変換を制御する。また、実装基板34Dと接続基板34Eとは、はんだボール47により接続され、電気素子33Aおよび33Bは、貫通電極45を介してケーブル35Aおよび35Bと接続される。実装基板34Dと接続基板34Eとの接続に使用するはんだボール47の使用量は、集光レンズ46Aおよび46Bの焦点距離を考慮して決定される。なお、図示したはんだボール47は接続後の状態であるのでボール状ではなくなっているが、便宜上、各実施例における47の名称をはんだボールとする。
接続基板34Eには、集光レンズ46Aおよび46Bが配置される。接続基板34Eをガラス基板とし、集光レンズ46Aおよび46Bを熱硬化性樹脂などの光透過性材料により接続基板34Eと一体として形成されることが好ましい。あるいは、金属材料からなる基板に集光レンズ46Aおよび46B用の嵌合部を形成し、集光レンズ46Aおよび46Bを配置してもよい。
電気素子33Aの制御の元、発光素子32Aから発光された光束は、孔部34aを介して集光レンズ46Aに照射され、集光レンズ46Aに照射された光束は、集光レンズ46Aより光ファイバ38A端部のコアに集光される。また、光ファイバ38Bから発光された光束は、集光レンズ46Bに照射され、集光レンズ46Bに照射された光束は、孔部34aを介して集光レンズ46Bにより受光素子32Bの受光面に集光される。集光レンズ46Aと光ファイバ38A、および集光レンズ46Bと光ファイバ38Bとを、それぞれ位置合わせした後、光ファイバ38Aおよび38Bは、ケーブル35Aおよび35Bとともに封止樹脂44で封止固定される。封止樹脂44は光透過性材料から選択される。
本実施の形態3にかかる光伝送モジュール300は、集光レンズ46Aおよび46Bを使用することにより、伝送される光束量を保持しながら光素子と光ファイバとの距離を調整することができるとともに、発光素子32Aと、受光素子32Bと、光ファイバ38Aおよび38Bとをケースに組み込むことなく位置合わせし、実装基板34Dおよび接続基板34Eの厚さ方向にそれぞれ並べて配置するため小型化でき、内視鏡への組み込みも容易となる。また、かかる配置構成をとることにより、実装される素子が増えた多機能の光伝送モジュールでも、光ファイバ等の長手方向に大きくなることを抑制することができる。
さらに、本実施の形態3にかかる光伝送モジュール300は、発光素子32A等の各素子の実装基板34Dへの実装と、ケーブル35A等の接続基板34Eへの接続をそれぞれ独立して別途に行い、最後に実装基板34Dと接続基板34Eとをはんだボール47等により接続して形成するため、一つの基板に各素子およびケーブルをそれぞれ個別に実装するよりも簡易に製造することが出来る。さらにまた、所定量のはんだボールを使用して実装基板34Dと接続基板34Eとを接続するため、はんだボールのセルフアライメント機能と高さ調整機能により、発光素子32Aと光ファイバ38A、および受光素子32Bと光ファイバ38Bとの位置合わせを容易に行うことができる。
また、本実施の形態3の変形例1として、接続基板上に集光レンズを突出して設けた光伝送モジュール300Aを例示することができる。図11は、実施の形態3の変形例1にかかる光伝送モジュール300Aの断面図である。光伝送モジュール300Aは、ガラス基板である接続基板34E’上に集光レンズ46A’および46B’が突出して設けられる。実施の形態3と同様に、集光レンズ46A’と光ファイバ38A、および集光レンズ46B’と光ファイバ38Bとを、それぞれ位置合わせした後、光ファイバ38Aおよび38Bは、ケーブル35Aおよび35Bとともに封止樹脂44で封止固定される。封止樹脂44は光透過性材料から選択される。
発光素子32Aおよび受光素子32Bは、実装基板34D上の光透過用の孔部34aに位置合わせして実装される。接続基板34E’上に突出して設けた集光レンズ46A’および46B’を、実装基板34Dの孔部34aと当接させて、発光素子32Aと光ファイバ38A、および受光素子32Bと光ファイバ38Bとを位置合わせし、実装基板34Dと接続基板34E’とをはんだボール47により接続する。集光レンズ46A’および46B’の曲面と孔部34aとを当接することにより心出し作用が働き、発光素子32Aと光ファイバ38A、および受光素子32Bと光ファイバ38Bとの位置合わせを容易に行うことができる。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4にかかる光伝送モジュールは、外部装置の信号処理装置と信号伝送を行う複数のケーブルと光ファイバとを接続基板に接続する際、ケーブルと光ファイバの接続基板への配置を、ケーブル同士または光ファイバが隣接しないように配置する点で、実施の形態3にかかる光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、本発明の実施の形態4にかかる光伝送モジュールについて説明する。本実施の形態3では、5本のケーブルと5本の光ファイバを、縦2列、横5列で等間隔に配置する例で説明するが、特定の位置に配置されたケーブル(または光ファイバ)の最も隣接する位置に、異種のケーブル(または光ファイバ)を配置すればよく、本例に限定されるものではない。
本発明の実施の形態4にかかる光伝送モジュールは、外部装置の信号処理装置と信号伝送を行う複数のケーブルと光ファイバとを接続基板に接続する際、ケーブルと光ファイバの接続基板への配置を、ケーブル同士または光ファイバが隣接しないように配置する点で、実施の形態3にかかる光伝送モジュールと異なる。以下、図面を参照して、本発明の実施の形態4にかかる光伝送モジュールについて説明する。本実施の形態3では、5本のケーブルと5本の光ファイバを、縦2列、横5列で等間隔に配置する例で説明するが、特定の位置に配置されたケーブル(または光ファイバ)の最も隣接する位置に、異種のケーブル(または光ファイバ)を配置すればよく、本例に限定されるものではない。
図12は、実施の形態4にかかる光伝送モジュール400におけるケーブル35および光ファイバ38の配列を示す平面図である。図13は、実施の形態4にかかる光伝送モジュール400の図12に示すD-D位置での断面図である。図13に示すように、接続基板34E''には、ケーブル35A、35Bおよび35Cと、光ファイバ38Aおよび38Bが接続され、ケーブル35A、光ファイバ38A、ケーブル35B、光ファイバ38B、ケーブル35Cと、ケーブル35と光ファイバ38が交互に並べて配置されている。また、光伝送モジュール400は、ケーブル35A、35Bおよび35C、光ファイバ38Aおよび38Bと平行に、図13に図示しないケーブル35Dおよび35E、光ファイバ38C、38Dおよび38Eを備えている。
ケーブル35A、光ファイバ38A、ケーブル35B、光ファイバ38Bおよびケーブル35Cは、図12に示すP-1、P-2、P-3、P-4およびP-5の位置にそれぞれ接続配置される。また、光ファイバ38C、ケーブル35D、光ファイバ38D、ケーブル35Eおよび光ファイバ38Eは、図12に示すP-6、P-7、P-8、P-9およびP-10の位置に接続配置される。ケーブル35または光ファイバ38は異種のものが隣接配置するように、たとえば、P-8に配置される光ファイバ38Dの最も隣接する位置P-3、P-7およびP-9には、ケーブル35B、ケーブル35Dおよびケーブル35Eが配置される。このような配置とすることにより、各ケーブル35および光ファイバ38で伝送される電気信号および光信号によるクロストークの発生を防止することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
以上のように、本発明にかかる光電気変換コネクタおよび光伝送モジュールは、高速信号伝送を要する光通信機器に有用であり、特に、小型化が要求される分野への使用に適している。
1 内視鏡
2 挿入部
3 操作部
5 挿入部の先端部
8 コネクタ部
20 撮像装置
30 撮像素子
31 スペーサ
32A 発光素子
32B 受光素子
33 電気素子
34 回路基板
35 ケーブル
38 光ファイバ
41 外部接続用電極
42 ケーブル接続用電極
43 位置合わせ接続部
44 封止樹脂
45 貫通電極
46A、46B 集光レンズ
47 はんだボール
100 光伝送モジュール
2 挿入部
3 操作部
5 挿入部の先端部
8 コネクタ部
20 撮像装置
30 撮像素子
31 スペーサ
32A 発光素子
32B 受光素子
33 電気素子
34 回路基板
35 ケーブル
38 光ファイバ
41 外部接続用電極
42 ケーブル接続用電極
43 位置合わせ接続部
44 封止樹脂
45 貫通電極
46A、46B 集光レンズ
47 はんだボール
100 光伝送モジュール
Claims (18)
- 光信号の入力または出力を行う光素子と、前記光素子の発光または受光を制御する電気素子と、前記電気素子と前記光素子とが実装される1または複数の基板と、を備える光電気変換コネクタにおいて、
前記基板は、前記光素子から出力される光信号を入力する、または前記光素子に入力される光信号を出力する光ファイバを接続する位置合わせ接続部を備え、
前記位置合わせ接続部は、前記基板の前記光素子が実装される面と異なる面に設けられ、前記光ファイバは前記位置合わせ接続部を介し前記基板に接続されるとともに、前記光素子と前記光ファイバとが前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されることを特徴とする光電気変換コネクタ。 - 前記基板は1枚であって、前記電気素子と前記光素子が実装される基板面の裏面に、前記電気素子に電気信号の入力および/または出力を行うケーブルと前記光ファイバとが接続され、前記電気素子と前記光素子とが実装される面に外部接続用電極が設けられることを特徴とする請求項1に記載の光電気変換コネクタ。
- 前記基板は、少なくとも前記光素子と前記電気素子とが実装された実装基板と、電気信号の入力および/または出力を前記電気素子に行うケーブルと前記光ファイバとが接続された接続基板とからなり、
前記光素子が発光または受光する光束径と前記光ファイバのファイバコア径が略一致する様に調整したスペーサを介して前記実装基板と前記接続基板とを接続するとともに、前記実装基板には外部接続用電極が設けられることを特徴とする請求項1に記載の光電気変換コネクタ。 - 前記スペーサは、前記実装基板と前記接続基板とを接続する電極であることを特徴とする請求項3に記載の光電気変換コネクタ。
- 前記スペーサは、はんだボールであることを特徴とする請求項3に記載の光電気変換コネクタ。
- 前記実装基板および/または前記接続基板は、前記光素子に入力または出力する光束を集光する集光レンズを備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタ。
- 前記集光レンズは、光透過性材料からなる前記実装基板および/または前記接続基板と一体に形成されることを特徴とする請求項6に記載の光電気変換コネクタ。
- 前記集光レンズは前記接続基板上に突出して設けられ、前記集光レンズの突出したレンズ曲面を前記実装基板に形成された孔部に当接させることにより、前記光素子と前記光ファイバとを位置合わせすることを特徴とする請求項7に記載の光電気変換コネクタ。
- 前記ケーブルと前記光ファイバとが実装される面には、前記ケーブルを接続するケーブル接続用電極が設けられることを特徴とする請求項1~8のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタ。
- 前記位置合わせ接続部は、前記光ファイバ端面と前記光素子との距離を決める突き当て部と、前記光素子の光軸と前記光ファイバの光軸を合わせるガイド部とを有することを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタ。
- 前記基板には、前記光素子と前記電気素子との間で信号変換中継処理を行う回路が形成され、前記ケーブルを介して前記基板に電源を供給し、かつ電気信号を送受信するとともに、前記光ファイバを介して前記光素子に光信号を送受信することを特徴とする請求項1~10のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタ。
- 前記基板に複数のケーブルおよび光ファイバがそれぞれ接続される場合において、前記ケーブルおよび前記光ファイバの前記基板への接続配置を、異種のケーブルまたはファイバを隣接させて配置することを特徴とする請求項1~11のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタ。
- 光信号の入力または出力を行う光素子と、前記光素子の発光または受光を制御する電気素子と、前記電気素子に電気信号の入力および/または出力を行うケーブルと、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、前記電気素子、前記光素子、前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装される1または複数の基板と、を備える光伝送モジュールにおいて、
前記基板の同一面に前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装され、
前記電気素子および前記光素子は、前記ケーブルおよび前記光ファイバが実装される面と異なる面に、前記電気素子と前記ケーブル、前記光素子と前記光ファイバとがそれぞれ前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されることを特徴とする光伝送モジュール。 - 請求項2~12のいずれか一つに記載の光電気変換コネクタの外部接続用電極に、撮像素子を接続することを特徴とする撮像装置。
- 前記撮像素子の主面は光電気変換コネクタ用の基板と平行に設置されることを特徴とする請求項14に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子の裏面に形成された電極と前記外部接続用電極とが接続されることを特徴とする請求項14または15に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子と前記基板とはフレキシブル基板を介して接続されることを特徴とする請求項14~16のいずれか一つに記載の撮像装置。
- 請求項14~17のいずれか一つに記載の撮像装置を備えることを特徴とする内視鏡。
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