WO2018134933A1 - 光モジュールおよび内視鏡 - Google Patents

光モジュールおよび内視鏡 Download PDF

Info

Publication number
WO2018134933A1
WO2018134933A1 PCT/JP2017/001657 JP2017001657W WO2018134933A1 WO 2018134933 A1 WO2018134933 A1 WO 2018134933A1 JP 2017001657 W JP2017001657 W JP 2017001657W WO 2018134933 A1 WO2018134933 A1 WO 2018134933A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
main surface
wiring board
optical element
optical module
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/001657
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
弘典 河原
Original Assignee
オリンパス株式会社
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by オリンパス株式会社 filed Critical オリンパス株式会社
Priority to PCT/JP2017/001657 priority Critical patent/WO2018134933A1/ja
Publication of WO2018134933A1 publication Critical patent/WO2018134933A1/ja
Priority to US16/509,681 priority patent/US20200012086A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/0006—Coupling light into the fibre
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2461—Illumination
    • G02B23/2469—Illumination using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
    • G02B6/0008—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type the light being emitted at the end of the fibre
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4212—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element being a coupling medium interposed therebetween, e.g. epoxy resin, refractive index matching material, index grease, matching liquid or gel
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4239—Adhesive bonding; Encapsulation with polymer material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/424—Mounting of the optical light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4274—Electrical aspects
    • G02B6/428—Electrical aspects containing printed circuit boards [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09009—Substrate related
    • H05K2201/09072—Hole or recess under component or special relationship between hole and component
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10121—Optical component, e.g. opto-electronic component

Definitions

  • the present invention relates to an optical module in which a refractive index matching material is disposed between an optical element and an optical waveguide, and an endoscope having the optical module.
  • the endoscope has an image sensor such as a CCD at the distal end of an elongated flexible insertion portion.
  • an image sensor such as a CCD at the distal end of an elongated flexible insertion portion.
  • optical signal transmission through a thin optical fiber using an optical signal instead of an electrical signal is preferable.
  • an E / O type optical module electric-optical converter
  • an O / E type optical module optical-electrical conversion
  • the optical coupling efficiency between an optical element and an optical fiber (optical waveguide) that transmits an optical signal is important.
  • it is effective to fill a refractive index matching material between the optical element and the optical fiber.
  • the refractive index matching material may contain bubbles that reduce the optical coupling efficiency.
  • an optical element is arranged so as not to completely block the upper part of the opening of the holding hole into which the optical fiber is inserted, so that it is included in the refractive index matching material.
  • An optical coupling element that discharges open bubbles to the outside is disclosed.
  • the optical element is arranged so that the upper part of the opening of the holding hole is not completely blocked, the optical axis of the optical element does not coincide with the optical axis of the optical fiber. For this reason, there existed a possibility that optical coupling efficiency might not become high enough.
  • the refractive index matching material is excellent in translucency, external light may enter through the refractive index matching material, which may reduce transmission quality.
  • Embodiments of the present invention are intended to provide an optical module with high optical coupling efficiency and high transmission quality, and an endoscope capable of displaying a high-quality image.
  • An optical module includes an optical element that emits or receives an optical signal, an optical element having an external electrode on a front surface, a first main surface, and the first main surface.
  • a wiring board having a through-hole that is an optical path, and a connection board that is connected to the external electrode of the optical element on the first main surface;
  • An optical waveguide that transmits the optical signal, the optical element and the wiring board are bonded to each other, and a joint portion between the external electrode and the connection electrode is sealed.
  • an adhesive member disposed so as to surround the optical path of the optical signal, and a refractive index matching material filling the optical path between the optical element and the optical waveguide, and the adhesive
  • the refractive index matching material extends around the adhesive member through a gap of the member.
  • An endoscope includes an optical module, and the optical module includes an optical element that emits or receives an optical signal and an external electrode on the front surface, and a first optical element.
  • a wiring board having a through hole, an optical waveguide for transmitting the optical signal, an optical waveguide for transmitting the optical signal, the optical element and the wiring board, and the external electrode
  • the joint with the connection electrode is sealed, and the optical path between the optical element and the optical waveguide is filled with an adhesive member disposed so as to surround the optical path of the optical signal.
  • a refractive index matching material, and the refractive index matching material is connected to the adhesive member through a gap of the adhesive member. It has spread to surrounding members.
  • an optical module with high optical coupling efficiency and high transmission quality, and an endoscope capable of displaying high quality images.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 2A for describing the method for manufacturing the optical module of the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIC-IIC in FIG. 2A for describing the method for manufacturing the optical module of the first embodiment.
  • It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment.
  • FIG. 1 The optical module 1 of this embodiment is demonstrated using FIG.
  • the drawings based on each embodiment are schematic, and it is 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. There should be a case where parts having different dimensional relationships and ratios are included in the drawings. In addition, illustration of some components and provision of symbols may be omitted.
  • the optical module 1 of the present embodiment is an E / O module that converts an electrical signal into an optical signal and transmits the optical signal.
  • the optical module 1 includes an optical element 10, a wiring board 20, a holding member 50, and an optical fiber 60 that is an optical waveguide that transmits an optical signal.
  • the optical element 10 is a light emitting element having a light emitting part 11 which is an optical element part for outputting light of an optical signal, for example, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser).
  • the ultra-small optical element 10 having a size in plan view of 250 ⁇ m ⁇ 450 ⁇ m mainly includes a light emitting unit 11 having a diameter of 25 ⁇ m and two external electrodes 12 having a diameter of 80 ⁇ m for supplying a driving signal to the light emitting unit 11.
  • the light emitting surface 10SA which is a vertical surface, is provided.
  • a dummy external electrode 12A having the same configuration as that of the external electrode 12 is also disposed on the light emitting surface 10SA.
  • the wiring board 20 has a first main surface 20SA and a second main surface 20SB facing the first main surface 20SA.
  • the optical element 10 is mounted on the first main surface 20SA. That is, the wiring board 20 has the connection electrode 22 bonded to the external electrode 12 including the bump of the optical element 10 on the first main surface 20SA.
  • a drive signal is transmitted to the connection electrode 22 via a wiring (not shown).
  • the base of the wiring board 20 is made of polyimide having a thickness of 25 ⁇ m, for example.
  • the substrate of the wiring board 20 may be a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a glass substrate, a silicon substrate, or the like.
  • the cylindrical holding member 50 has an insertion hole H50 into which the tip of the optical fiber 60 is inserted.
  • the holding member 50 is positioned so that the central axis of the insertion hole H50 coincides with the central axis of the through hole H20 of the wiring board 20, and is disposed on the second main surface 20SB of the wiring board 20.
  • the insertion hole H50 of the holding member 50 and the through hole H20 of the wiring board 20 have substantially the same inner diameter.
  • the opening diameter of the second main surface 20SB of the through hole H20 is substantially the same as the inner diameter of the insertion hole H50 and is larger than the outer diameter R of the optical fiber 60.
  • the opening diameter of the first main surface 20SA of the through hole H20 is smaller than the outer diameter R of the optical fiber 60. That is, the inner diameter of the through hole H20 changes in the depth direction.
  • the optical fiber 60 is inserted into the through hole H20 through the insertion hole H50, and the tip surface of the optical fiber 60 comes into contact with a portion where the inner diameter of the through hole H20 is smaller than the outer diameter of the optical fiber 60. A distance from 10 is defined.
  • the distance between the tip surface of the optical fiber 60 and the optical element 10 may be defined by the through hole H20 having an inner diameter smaller than the diameter R of the optical fiber 60. That is, in this case, the optical fiber 60 is not inserted into the through hole H20. Conversely, the optical fiber 60 may be inserted through the through hole H20.
  • the optical fiber 60 is, for example, an optical waveguide composed of a core having an outer diameter R of 125 ⁇ m, an outer diameter for transmitting light of 50 ⁇ m, and a clad covering the outer periphery of the core.
  • the optical fiber 60 that transmits the optical signal is disposed so as to be optically coupled to the optical element 10 through the through hole H20 by being inserted into the insertion hole H50 of the holding member 50.
  • the optical element 10 and the wiring board 20 are bonded via an adhesive member 30.
  • the adhesive member 30 that seals the joint between the external electrode 12 and the connection electrode 22 is U-shaped. That is, the adhesive member 30 is a wall disposed so as to surround the optical path of the optical signal, but the wall is not continuous and there is a gap (cut) G30.
  • the adhesive member 30 is a side fill material that is injected into the gap between the side surface of the optical element 10 and the joint after the optical element 10 and the wiring board 20 are bonded.
  • the adhesive member 30 is made of a light shielding material in which a light shielding material such as a dye or a non-conductive black pigment is mixed with a resin. Note that the adhesive member 30 may have a light-transmitting property instead of a light-shielding material as long as the influence of light passing through the adhesive member 30 is small.
  • the resin of the adhesive member 30 examples include an acrylic resin, an epoxy resin, a vinyl resin, an ethylene resin, a silicone resin, a urethane resin, a polyamide resin, a fluorine resin, a polybutadiene resin, or a polycarbonate resin. Can be used. Among these, acrylic resins and epoxy resins are suitable for the adhesive member 30 from the viewpoint of moisture resistance, heat resistance, peel resistance, and impact resistance.
  • the optical path between the optical element 10 and the optical fiber 60 is filled with a refractive index matching material 40.
  • the refractive index matching material 40 is made of a transparent resin having substantially the same refractive index as that of the core of the optical fiber 60.
  • Examples of the refractive index matching material 40 include acrylic resin, epoxy resin, vinyl resin, ethylene resin, silicone resin, urethane resin, polyamide resin, fluorine resin, polybutadiene resin, or polycarbonate resin. Can be used. Among these, acrylic resins and epoxy resins are preferable from the viewpoints of moisture resistance, heat resistance, peel resistance, and impact resistance.
  • the resin of the adhesive member 30 and the resin of the refractive index matching material 40 may be the same resin. Further, as the resin of the adhesive member 30, the same resin as the refractive index matching material 40 mixed with a light shielding material may be used. When the adhesive member 30 and the refractive index matching material 40 are the same resin, both have high adhesive strength and the same thermal expansion coefficient, and therefore have high reliability.
  • the refractive index matching material 40 spreads around the adhesive member 30 through the gap G30 of the adhesive member 30. In other words, a part of the refractive index matching material 49 of the refractive index matching material 40 protrudes from the gap G30 of the adhesive member 30.
  • the optical module 1 As will be described later, in the optical module 1, there are no bubbles in the refractive index matching material 40 filling the optical path between the optical element 10 and the optical fiber 60. For this reason, the optical module 1 has high optical coupling efficiency between the optical element 10 and the optical fiber 60. Furthermore, since the adhesive member 30 surrounding the optical path is made of a light shielding material, the optical module 1 is hardly affected by external light and has high transmission quality. ⁇ Manufacturing method>
  • FIGS. 2A, 2B, and 2C are views for explaining a state before the liquid refractive index matching material 40 is injected.
  • the optical element 10 is bonded to the first main surface 20SA of the wiring board 20, and the side 1 shows an optical module 1 being manufactured that is bonded and sealed by an adhesive member 30 that is a filling material.
  • connection electrode 22 made of copper plated with Au on the wiring board 20.
  • solder paste or the like is printed on the connection electrode 22 and the optical element 10 is disposed, the solder may be melted and joined by reflow or the like.
  • the connection electrode 22 may be thermocompression bonded.
  • the external electrode 12 may be a bump, and the connection electrode 22 may be a bump.
  • the connection electrode 22 is a bump
  • the external electrode 12 is a terminal pad formed on the light emitting surface 10SA of the optical element 10.
  • the wiring board 20 may include, for example, a processing circuit for converting an electrical signal into a drive signal for the optical element 10.
  • the optical element 10 is fixed to the wiring board 20 via a joint (bump).
  • a joint bump
  • the strength of the joint is not sufficient.
  • the joint is preferably sealed.
  • the adhesive strength between the optical element 10 and the wiring board 20 is reinforced by the adhesive member 30 that is a side fill, and the joint is sealed.
  • the adhesive member 30 that is a side fill, and the joint is sealed.
  • the liquid adhesive member 30 is injected into the side surface of the optical element 10 and the gap between the light emitting surface 10SA and the first main surface 20SA, and a curing process is performed to form the adhesive member 30.
  • the liquid adhesive member 30 is disposed around the optical element 10 so as to surround the optical path. However, it is not disposed in a part of the periphery of the optical element 10 so as to be U-shaped. Further, an appropriate amount of the side fill material is disposed so as not to block the optical path.
  • the resin of the adhesive member 30 is mixed with a light shielding material such as a dye or a non-conductive black pigment.
  • a light shielding material such as a dye or a non-conductive black pigment.
  • the non-conductive black pigment is aniline black, cyanine black, titanium black, black iron oxide, chromium oxide, manganese oxide, or the like.
  • the adhesive member 30 may be a translucent material instead of a light shielding material.
  • the cylindrical holding member 50 has a columnar insertion hole H50 having substantially the same inner diameter as the outer diameter R of the optical fiber 60 to be inserted.
  • the insertion hole H50 may have a prismatic shape as long as the optical fiber 60 can be held on its inner surface in addition to the cylindrical shape.
  • the material of the holding member 50 is a metal member such as ceramic, Si, glass, or SUS.
  • the holding member 50 may have a substantially rectangular parallelepiped shape or a conical shape. Further, the insertion hole H50 may have a tapered shape in which the diameter of at least one of the openings is larger than the diameter of the central portion.
  • the holding member 50 is positioned so that the extended line of the optical axis O of the optical fiber 60 inserted into the insertion hole H50 passes through the center of the light emitting unit 11 of the optical element 10, and the second member of the wiring board 20 is positioned. It is fixed to the main surface 20SB.
  • the uncured and liquid refractive index matching material 40 is inject
  • the inner diameters of the insertion hole H50 and the through hole H20 are slightly larger than the outer diameter R of the inserted optical fiber 60.
  • the inner diameter of the insertion hole H50 is 130 ⁇ m to 150 ⁇ m, which is extremely thin.
  • liquid refractive index matching material 40 is filled into the insertion hole H50 and the through hole H20 by a capillary phenomenon due to the interfacial tension with the wall surface.
  • the liquid refractive index matching material 40 When the liquid refractive index matching material 40 is pushed out toward the optical element 10 and comes into contact with the light emitting surface 10SA of the optical element 10, bubbles may be generated between the light emitting surface 10SA and the light emitting surface 10SA due to the interfacial tension.
  • the bubbles when the refractive index matching material 40 is discharged from the gap G30, the bubbles are also discharged from the gap G30.
  • the bubbles may remain on the inner peripheral wall or the like of the U-shaped adhesive member 30 as long as the bubbles are discharged from the refractive index matching member 40 constituting the optical path.
  • the refractive index matching material 40 is cured by ultraviolet irradiation or heating. At this time, since the refractive index matching material 40 in the gap between the optical fiber 60 and the insertion hole H50 is also cured, the optical fiber 60 is fixed to the holding member 50.
  • the refractive index matching material 40 is filled between the optical element 10 and the optical fiber 60, and no bubbles remain in the refractive index matching material 40 filling the optical path. High optical coupling efficiency. Furthermore, when the adhesive member 30 is made of a light-shielding material, the transmission quality is high because it is not affected by external light.
  • an underfill material disposed before the optical element 10 is bonded to the wiring board 20 may be used instead of the side fill material.
  • the optical element 10 is bonded to the wiring board 20
  • the optical fiber 60 is inserted, and the excessive refractive index matching agent 40 is discharged from the gap G 30 of the adhesive member 30. May be.
  • the optical module 1 is a VCSEL having a light emitting unit 11 that outputs light of an optical signal.
  • the optical element of the optical module is an optical element unit to which light of an optical signal is input. Needless to say, even a light receiving element such as a photodiode (PD) element having a portion has the same effect as the optical module 1.
  • PD photodiode
  • ⁇ Variation 1 of the first embodiment> As shown in FIG. 5, in the optical module 1A of the first modification, two gaps G30A and G30B are arranged in the direction perpendicular to the adhesive member 30A arranged so as to surround the optical path of the optical signal.
  • the adhesive member may have a plurality of gaps.
  • the adhesive member is preferably U-shaped with one gap.
  • two gaps G30A and G30C are arranged symmetrically across the optical path with the adhesive member 30B disposed so as to surround the optical path. Has been.
  • the adhesive member 30 is pushed out in both directions around the center of the optical path, that is, the light emitting portion 11 of the optical element 10. For this reason, in the optical module 1 ⁇ / b> B, the bubbles B may remain in the optical path.
  • the adhesive member when there are a plurality of gaps in the adhesive member, it is preferable that they are arranged asymmetrically across the optical path as in the optical module 1A. In other words, it is preferable that there is no other gap at the position symmetrical with respect to the optical axis of the gap of the adhesive member, and there is a wall of the adhesive member.
  • the optical module 1C of the second embodiment is similar to the optical module 1 and the like and has the same effect, components having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the optical module 1C does not include a holding member. And the front-end
  • the optical module 1C is shorter than the optical module 1.
  • the thickness of the wiring board 20C is preferably at least twice the outer diameter of the optical fiber 60.
  • the wiring board 20C may be an MID (Molded Interconnect Device) or a ceramic three-dimensional wiring board.
  • the wiring board 20 ⁇ / b> C is a holding member on which the connection electrode 22 is disposed. That is, the holding member of the present embodiment has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and is bonded to the external electrode of the optical element on the first main surface. There is a through-hole (insertion hole) that is an optical path.
  • the adhesive member 30C of the optical module 1C is an underfill material disposed on the bonding surface before the optical element 10 is bonded to the wiring board 20C.
  • the underfill material is made of NCP (Non-Conductive Paste) or NCF (Non-Conductive Film). Note that the adhesive member 30 ⁇ / b> C is made of a light shielding material in the same manner as the adhesive member 30.
  • the adhesive member 30C is U-shaped with a gap G30.
  • the refractive index matching material 40 spreads around the adhesive member 30C through the gap G30, the bubbles are discharged from the optical path.
  • the optical waveguide is an optical waveguide plate 60D having a third main surface 60SA and a fourth main surface 60SB facing the third main surface 60SA.
  • the optical waveguide plate 60D made of silicon is manufactured using a silicon-on-insulator (SOI) substrate.
  • SOI silicon-on-insulator
  • a silicon layer disposed between the silicon oxide layers 62 and 63 is an optical waveguide 61 that transmits an optical signal.
  • the optical waveguide 61 is arranged in parallel with the third main surface 60SA and the fourth main surface 60SB.
  • the third main surface 60SA of the optical waveguide plate 60D is bonded to the second main surface 20SB of the wiring board 20.
  • the optical waveguide plate 60D has a reflection surface M that optically couples the optical waveguide 61 and the optical element 10.
  • the reflective surface M is formed by forming a V-groove having an inclination angle of 45 degrees on one side from the fourth main surface 60SB by a dicing saw.
  • the reflective surface M may be coated with a metal film, or the groove may be filled with resin.
  • a liquid refractive index matching material 40 is disposed inside and around the through hole H20 of the wiring board 20.
  • the excessive refractive index matching material 40 is pushed out from the gap G30. At this time, bubbles are also discharged from the gap G30.
  • the refractive index matching material 40 also has a function as an adhesive that bonds the wiring board 20 and the optical waveguide board 60D.
  • an optical fiber is disposed on the end face of the optical waveguide plate 60D, and an optical signal generated by the optical element 10 is transmitted through the refractive index matching material 40, the reflecting surface M, the optical waveguide 61, and the optical fiber. .
  • an optical / electrical composite wiring in which a wiring board 60E on which the optical element 10 is mounted has an optical waveguide 61 disposed in parallel to the third main surface 60SA. It is a board.
  • a connection electrode joined to the external electrode 12 of the optical element 10 is disposed on the third main surface 60SA of the wiring board 60E.
  • the wiring board 60E has a reflection surface M that optically couples the optical waveguide 61 and the optical element 10. Furthermore, the wiring board 60E has an injection hole H60 that has an opening in the fourth main surface 60SB and is inserted to the optical path.
  • the refractive index matching material 40 is injected into the injection hole H60 using, for example, a microsyringe 70 and filled in the optical path.
  • the injection hole H60 of the optical module 1E is filled with the refractive index matching material 40.
  • the optical module 1F has a first optical element 10A and a second optical element 10B.
  • the first optical element 10A is bonded to the wiring board 20F by an adhesive member 30A, and the refractive index matching material 40A is filled in the optical path.
  • the second optical element 10B is bonded to the wiring board 20F by an adhesive member 30B, and the refractive index matching material 40B is filled in the optical path.
  • the first optical fiber 60A inserted into the first holding member 50A transmits the first optical signal generated by the first optical element 10A.
  • the second optical fiber 60B inserted into the second holding member 50B transmits the second optical signal generated by the second optical element 10B.
  • the excessive refractive index matching material 40A is discharged from the gap G30A of the adhesive member 30A.
  • Excess refractive index matching material 40B is discharged from gap G30B of adhesive member 30B.
  • the adhesive members 30A and 30B are arranged in the opposite direction, that is, the positions where the gaps G30A and G30B are not opposed to each other. For this reason, mutual interference between the first optical signal and the second optical signal does not occur.
  • the adhesive members 30A and 30B may be configured by one adhesive member disposed so as to surround the optical path of the first optical signal and the optical path of the second optical signal.
  • the endoscope 9 includes the optical module 1 (1A to 1F) at the rigid distal end portion 9A of the insertion portion 9B.
  • the endoscope 9 is disposed on the proximal end side of the insertion portion 9B and an insertion portion 9B in which an imaging portion having an imaging element having a high pixel number is disposed on the distal end portion 9A.
  • 9C and a universal cord 9D extending from the operation unit 9C.
  • the electrical signal output from the imaging unit is converted into an optical signal by the optical module 1 (1A to 1F) whose optical element is a surface emitting laser, and the optical element disposed in the operation unit 9C via the optical fiber 60 is a PD. It is converted again into an electric signal by the optical module 1X and is transmitted through the metal wiring. That is, a signal is transmitted through the optical fiber 60 in the narrow insertion portion 9B.
  • the optical module 1 (1A to 1F) has high optical coupling efficiency and high transmission quality. For this reason, the endoscope 9 can display a high-quality image.
  • the optical module 1X is disposed in the operation unit 9C having a relatively large arrangement space, but preferably has the same configuration as the optical module 1 of the present invention.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

光モジュール１は、光信号を発光する発光部１１と外部電極１２とを、おもて面１０ＳＡに有する光素子１０と、第１の主面２０ＳＡに光素子１０の外部電極１２と接合されている接続電極２２を有し、光路である貫通孔Ｈ２０のある配線板２０と、光素子１０と光結合するように配置されており、光信号を伝送する光ファイバ６０と、光素子１０と配線板２０とを接着するとともに外部電極１２と接続電極２２との接合部を封止しており、光信号の光路を囲むように配設されている接着部材３０と、光路を充填している屈折率整合材４０と、具備し、接着部材３０のギャップＧ３０を介して、屈折率整合材４０が接着部材３０の周囲に広がっている。

Description

光モジュールおよび内視鏡
　本発明は、光素子と光導波路との間に屈折率整合材が配設されている光モジュール、および前記光モジュールを有する内視鏡に関する。
　内視鏡は、細長い可撓性の挿入部の先端部にＣＣＤ等の撮像素子を有する。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（プロセッサ）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では、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介した光信号伝送が好ましい。光信号伝送には、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ型の光モジュール（電気－光変換器）と、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ型の光モジュール（光－電気変換器）とが用いられる。
　光モジュールでは、光素子と光信号を伝送する光ファイバ（光導波路）との光結合効率が重要である。光結合効率向上には、光素子と光ファイバとの間に、屈折率整合材を充填することが効果的である。
　しかし、屈折率整合材には、光結合効率を低下する気泡が含まれるおそれがある。
　日本国特開２０１２－２０３１１５号公報には、光ファイバが挿入される保持孔の開口の上部を完全には塞がないように、光素子を配置することで、屈折率整合材に含まれていた気泡を外部に排出する光結合素子が開示されている。
　しかし、光素子を保持孔の開口の上部を完全には塞がないように配置すると、光素子の光軸と光ファイバの光軸とが一致しない。このため、光結合効率が十分には高くならないおそれがあった。
　さらに、屈折率整合材は透光性に優れているため、屈折率整合材を介して外光が入射し、伝送品質が低下するおそれがあった。
特開２０１２－２０３１１５号公報
　本発明の実施形態は、光結合効率が高く、伝送品質の高い光モジュール、および、高品質の画像を表示できる内視鏡を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態の光モジュールは、光信号を発光または受光する光素子部と、外部電極とを、おもて面に有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光素子の前記外部電極と接合されている接続電極を有し、光路である貫通孔のある配線板と、前記光素子と光結合するように配置されており、前記光信号を伝送する光導波路と、前記光素子と前記配線板とを接着するとともに、前記外部電極と前記接続電極との接合部を封止しており、前記光信号の光路を囲むように配設されている接着部材と、前記光素子と前記光導波路との間の前記光路を充填している屈折率整合材と、具備し、前記接着部材のギャップを介して、前記屈折率整合材が前記接着部材の周囲に広がっている。
　また別の実施形態の内視鏡は光モジュールを有し、前記光モジュールは、光信号を発光または受光する光素子部と、外部電極とを、おもて面に有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光素子の前記外部電極と接合されている接続電極を有し、光路である貫通孔のある配線板と、前記光素子と光結合するように配置されており、前記光信号を伝送する光導波路と、前記光素子と前記配線板とを接着するとともに、前記外部電極と前記接続電極との接合部を封止しており、前記光信号の光路を囲むように配設されている接着部材と、前記光素子と前記光導波路との間の前記光路を充填している屈折率整合材と、具備し、前記接着部材のギャップを介して、前記屈折率整合材が前記接着部材の周囲に広がっている。
　本発明の実施形態によれば、光結合効率が高く、伝送品質の高い光モジュール、および、高品質の画像を表示できる内視鏡を提供できる。
第１実施形態の光モジュールの分解図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ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方法を説明するための図２ＡのＩＩＣ－ＩＩＣ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方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの上面透過図である。 第１実施形態の変形例１の光モジュールの上面透過図である。 第１実施形態の変形例２の光モジュールの上面透過図である。 第１実施形態の変形例２の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の光モジュールの上面透過図である。 第３実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の光モジュールの断面図である。 第４実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第４実施形態の光モジュールの断面図である。 第５実施形態の光モジュールの断面図である。 第６実施形態の内視鏡の斜視図である。
＜第１実施形態＞
　図１を用いて、本実施形態の光モジュール１について説明する。なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示、符号の付与を省略する場合がある。
　本実施形態の光モジュール１は、電気信号を光信号に変換し光信号を伝送するＥ／Ｏモジュールである。光モジュール１は、光素子１０と、配線板２０と、保持部材５０と、光信号を伝送する光導波路である光ファイバ６０と、を有する。
　光素子１０は、光信号の光を出力する光素子部である発光部１１を有する発光素子、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）である。例えば、平面視寸法が２５０μｍ×４５０μｍと超小型の光素子１０は、直径が２５μｍの発光部１１と、発光部１１に駆動信号を供給する直径が８０μｍの２つの外部電極１２とを、おもて面である発光面１０ＳＡに有する。なお、発光面１０ＳＡには、外部電極１２と同じ構成のダミー外部電極１２Ａも配設されている。
　配線板２０は、第１の主面２０ＳＡと第１の主面２０ＳＡと対向する第２の主面２０ＳＢとを有する。第１の主面２０ＳＡに光素子１０が実装されている。すなわち、配線板２０は、第１の主面２０ＳＡに、光素子１０のバンプを含む外部電極１２と接合されている接続電極２２を有する。接続電極２２には図示しない配線を介して駆動信号が伝送される。また、配線板２０の光素子１０の発光部１１と対向する位置には、光素子１０の出力する光信号の光路となる貫通孔Ｈ２０がある。
　配線板２０の基体は、例えば、厚さ２５μｍのポリイミドからなる。配線板２０の基体は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板、ガラス基板、またはシリコン基板等でもよい。
　円筒形の保持部材５０には、光ファイバ６０の先端部が挿入されている挿入孔Ｈ５０がある。保持部材５０は、挿入孔Ｈ５０の中心軸と配線板２０の貫通孔Ｈ２０の中心軸とが一致するように位置決めされ、配線板２０の第２の主面２０ＳＢに配設されている。保持部材５０の挿入孔Ｈ５０と配線板２０の貫通孔Ｈ２０とは、略同じ内径である。
　なお、貫通孔Ｈ２０の第２の主面２０ＳＢの開口径は挿入孔Ｈ５０の内径と略同じで、光ファイバ６０の外径Ｒよりも大きい。一方、貫通孔Ｈ２０の第１の主面２０ＳＡの開口径は、光ファイバ６０の外径Ｒよりも小さい。すなわち、貫通孔Ｈ２０の内径は、深さ方向で変化している。光ファイバ６０は、挿入孔Ｈ５０を挿通し貫通孔Ｈ２０にも挿入され、その先端面が貫通孔Ｈ２０の内径が光ファイバ６０の外径よりも小さくなっている部分と当接することで、光素子１０との距離が規定されている。
　なお、光ファイバ６０の先端面と光素子１０との距離が、光ファイバ６０の径Ｒよりも内径の小さい貫通孔Ｈ２０により規定されていてもよい。すなわち、この場合には、光ファイバ６０は、貫通孔Ｈ２０には挿入されない。逆に、光ファイバ６０が貫通孔Ｈ２０を挿通していてもよい。
　光ファイバ６０は、例えば、外径Ｒが１２５μｍの、光を伝送する外径が５０μｍのコアと、コアの外周を覆うクラッドとからなる光導波路である。光信号を伝送する光ファイバ６０は、保持部材５０の挿入孔Ｈ５０に挿入することで、貫通孔Ｈ２０を介して、光素子１０と光結合するように配置される。
　そして、光モジュール１では、光素子１０と配線板２０とは、接着部材３０を介して接着されている。外部電極１２と接続電極２２との接合部を封止している接着部材３０はＵ字形である。すなわち、接着部材３０は、光信号の光路を囲むように配設されている壁であるが、壁は連続しておらず、ギャップ（切れ目）Ｇ３０がある。
　接着部材３０は、光素子１０と配線板２０とを接合した後に、光素子１０の側面および接合部の隙間に注入されるサイドフィル材である。接着部材３０は、樹脂に染料または非導電性の黒色系顔料等の遮光材料が混合されている遮光材料からなる。なお、接着部材３０を通過する光による影響が少なければ、接着部材３０は遮光材料ではなく透光性を有していてもよい。
　接着部材３０の樹脂には、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、またはポリカーボネート系樹脂を用いることができる。中でも、アクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂は、耐湿性、耐熱性、耐剥離性および耐衝撃性という観点から接着部材３０に好適である。
　そして、光素子１０と光ファイバ６０との間の光路には、屈折率整合材４０が充填されている。屈折率整合材４０は、光ファイバ６０のコアと略同じ屈折率の透明樹脂からなる。屈折率整合材４０には、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、またはポリカーボネート系樹脂を用いることができる。中でも、アクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂は、耐湿性、耐熱性、耐剥離性および耐衝撃性という観点から好適である。
　接着部材３０が透光性を有している場合、接着部材３０の樹脂と屈折率整合材４０の樹脂とは同じ樹脂でもよい。また、接着部材３０の樹脂として、遮光材料が混合されている屈折率整合材４０と同じ樹脂を用いてもよい。接着部材３０と屈折率整合材４０とが同じ樹脂の場合、両者の接着強度が高く、かつ、両者の熱膨張係数が同じであるため、信頼性が高い。
　光モジュール１では、屈折率整合材４０は、接着部材３０のギャップＧ３０を介して接着部材３０の周囲に広がっている。言い替えれば、屈折率整合材４０の一部の屈折率整合材４９は、接着部材３０のギャップＧ３０から突出している。
　後述するように、光モジュール１では、光素子１０と光ファイバ６０との間の光路を充填している屈折率整合材４０に、気泡が存在しない。このため、光モジュール１は、光素子１０と光ファイバ６０との光結合効率が高い。さらに、光路を囲んでいる接着部材３０が遮光材料からなるため、光モジュール１は、外光の影響を受けにくく、伝送品質が高い。
＜製造方法＞
　次に、図２Ａから図３Ｂを用いて、光モジュール１の製造方法を説明する。
　図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、液体状の屈折率整合材４０を注入する前の状態を説明する図面であり、配線板２０の第１の主面２０ＳＡに光素子１０が接合され、サイドフィル材である接着部材３０により接着され封止された製造中の光モジュール１を示している。
　最初に、光素子１０の発光部１１と配線板２０の貫通孔Ｈ２０との位置決めが行われる。そして、例えば、光素子１０の外部電極１２である、高さ１５μｍのＡｕバンプが、配線板２０のＡｕめっきされている銅からなる接続電極２２と超音波接合される。接続電極２２に半田ペースト等を印刷し、光素子１０を配置した後、リフロー等で半田を溶融して接合してもよい。また、外部電極１２がＡｕ／Ｓｎバンプの場合には、接続電極２２と熱圧着接合してもよい。
　なお、外部電極１２がバンプではなく、接続電極２２がバンプであっても良い。接続電極２２がバンプの場合には、外部電極１２は光素子１０の発光面１０ＳＡに形成された端子パッドである。
　なお、ダミー外部電極１２Ａが、外部電極１２と同じ高さのバンプを含むため、光素子１０の発光面１０ＳＡと、配線板２０の第１の主面２０ＳＡとは平行に配置される。配線板２０に、例えば電気信号を光素子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よい。
　光素子１０は、配線板２０と接合部（バンプ）を介して固定される。しかし、接合部の強度は十分ではない。また信頼性向上のためには接合部は封止されていることが好ましい。
　光モジュール１では、サイドフィルである接着部材３０により、光素子１０と配線板２０との接着強度は補強され、接合部は封止される。例えば、高さ１５μｍのバンプを介して接合されている光素子１０の発光面１０ＳＡと配線板２０の第１の主面２０ＳＡとの間には、１５μｍのすきまがある。液体の接着部材３０が、光素子１０の側面および発光面１０ＳＡと第１の主面２０ＳＡとの隙間に注入され、硬化処理が行われ、接着部材３０となる。
　液体の接着部材３０は、光路を囲むように光素子１０の周囲に配設される。ただし、Ｕ字形となるように、光素子１０の周囲の一部には配設されない。また、光路を塞ぐことがないように、サイドフィル材は、適量が配設される。
　接着部材３０の樹脂には、染料または非導電性の黒色顔料等の遮光材料が混合されている。非導電性の黒色顔料は、アニリンブラック、シアニンブラック、チタンブラック、黒色酸化鉄、酸化クロム、または酸化マンガン等である。なお、接着部材３０を通過する光による影響が少なければ、接着部材３０は遮光材料ではなく透光性材料でも構わない。
　そして、図３Ａに示すように、配線板２０の第２の主面２０ＳＢに保持部材５０が配設される。円筒形の保持部材５０には、挿入される光ファイバ６０の外径Ｒと、内径が略同一の円柱状の挿入孔Ｈ５０がある。挿入孔Ｈ５０は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ６０を保持できれば、角柱状であってもよい。保持部材５０の材質はセラミック、Ｓｉ、ガラス、またはＳＵＳ等の金属部材等である。保持部材５０は、略直方体、または円錐形等であってもよい。また、挿入孔Ｈ５０は、少なくとも一方の開口の径が中央部の径より大きいテーパー形状であってもよい。
　保持部材５０は、挿入孔Ｈ５０に挿入される光ファイバ６０の光軸Ｏの延長線が光素子１０の発光部１１の中心を通過するように位置決めされた状態で、配線板２０の第２の主面２０ＳＢに固定されている。
　そして、図３Ａに示すように、挿入孔Ｈ５０に、未硬化で液体状の屈折率整合材４０が注入される。挿入孔Ｈ５０および貫通孔Ｈ２０の内径は、挿入されている光ファイバ６０の外径Ｒより、僅かに大きい。例えば、光ファイバ６０の外径Ｒが１２５μｍの場合、挿入孔Ｈ５０の内径は、１３０μｍ～１５０μｍであり、極めて細い。
　このため、液体状の屈折率整合材４０は、壁面との界面張力による毛細管現象により挿入孔Ｈ５０および貫通孔Ｈ２０に充填される。
　図３Ｂに示すように、光ファイバ６０が挿入孔Ｈ５０に挿入されると、内部に充填されていた屈折率整合材４０は、光素子１０に向かって押し出される。接着部材３０には、ギャップＧ３０があるため、過剰な屈折率整合材４９は、図４に示すように、ギャップＧ３０から排出され、接着部材３０の周囲に広がる。
　液体状の屈折率整合材４０が光素子１０に向かって押し出され、光素子１０の発光面１０ＳＡと接触したときに、界面張力により、発光面１０ＳＡとの間に気泡が発生することがある。しかし、光モジュール１では、屈折率整合材４０がギャップＧ３０から排出されるときに、気泡もギャップＧ３０から排出される。なお、気泡は光路を構成している屈折率整合材４０から排出されれば、Ｕ字型の接着部材３０の内周壁等に残存していてもよい。
　そして、屈折率整合材４０が、紫外線照射または加熱により硬化処理される。このとき、光ファイバ６０と挿入孔Ｈ５０との隙間にある屈折率整合材４０も硬化処理されるため、光ファイバ６０は保持部材５０に固定される。
　光モジュール１は、光素子１０と光ファイバ６０との間に、屈折率整合材４０が充填されており、かつ、光路を充填している屈折率整合材４０に気泡が残留していないために、光結合効率が高い。さらに、接着部材３０が遮光材料からなる場合は、外光の影響を受けないので、伝送品質が高い。
　なお、接着部材３０として、サイドフィル材に替えて、配線板２０に光素子１０を接合する前に配設されるアンダーフィル材を用いてもよい。
　また、配線板２０に保持部材５０を配設した後に、光素子１０を配線板２０に接合し、光ファイバ６０を挿入し、過剰な屈折率整合剤４０を接着部材３０のギャップＧ３０から排出してもよい。
　また、以上では、光素子が光信号の光を出力する発光部１１を有するＶＣＳＥＬである光モジュール１について説明したが、光モジュールの光素子が光信号の光が入力する光素子部である受光部を有する、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）素子等の受光素子であっても、光モジュール１と同様の効果を有することは言うまでも無い。
＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の変形例の光モジュール１Ａ、１Ｂは、光モジュール１と類似し同じ効果を有しているので、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。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図５に示すように、変形例１の光モジュール１Ａでは、光信号の光路を囲むように配設されている接着部材３０Ａの直交する方向に２つのギャップＧ３０Ａ、Ｇ３０Ｂが配置されている。
　このため、過剰の屈折率整合材４９Ａ、４９Ｂは、それぞれギャップＧ３０Ａ、Ｇ３０Ｂから突出している。すなわち、接着部材には複数のギャップがあっても良い。ただし、ギャップを介して外光が光路に進入しやすくなるため、接着部材は１つのギャップのあるＵ字形が好ましい。
　また、図６Ａ、図６Ｂに示す、変形例２の光モジュール１Ｂでは、光路を囲むように配設されている接着部材３０Ｂに、光路をはさんで、対称に２つのギャップＧ３０Ａ、Ｇ３０Ｃが配置されている。
　光モジュール１Ｂでは、光ファイバ６０が挿入されると、接着部材３０が、光路の中心、すなわち、光素子１０の発光部１１を中心に両方向に押し出される。このため、光モジュール１Ｂは、気泡Ｂが光路に残留するおそれがある。
　このため、接着部材に複数のギャップがある場合には、光モジュール１Ａのように、光路をはさんで、非対称に配置されていることが好ましい。言い替えれば、接着部材のギャップの光軸に対して点対称な位置には、他のギャップは無く接着部材の壁があることが好ましい。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の光モジュール１Ｃは、光モジュール１等と類似し、同じ効果を有しているので、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。
　図７に示すように、光モジュール１Ｃは、光モジュール１と異なり保持部材を具備していない。そして、光ファイバ６０の先端部が、配線板２０Ｃの貫通孔Ｈ２０Ｃに挿入されている。
　配線板２０Ｃの貫通孔Ｈ２０Ｃにより光ファイバ６０が固定されているため、光モジュール１Ｃは、光モジュール１よりも短小である。
　なお、光ファイバ６０を安定に保持するために、配線板２０Ｃの厚さは光ファイバ６０の外径の２倍以上が好ましい。また、接続電極２２が配設されていれば、配線板２０Ｃは、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）またはセラミック立体配線板でもよい。
　見方を変えれば、配線板２０Ｃは、接続電極２２が配設されている保持部材である。すなわち、本実施形態の保持部材は、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、第１の主面に光素子の外部電極と接合されている接続電極を有し、光路である貫通孔（挿入孔）がある。
　また、光モジュール１Ｃの接着部材３０Ｃは、光素子１０を配線板２０Ｃに接合する前に接合面に配設されるアンダーフィル材である。アンダーフィル材は、ＮＣＰ（Non-Conductive Paste）または、ＮＣＦ（Non-Conductive Film）からなる。なお、接着部材３０Ｃは接着部材３０と同じように遮光材料からなる。
　接着部材３０Ｃは、ギャップＧ３０のあるＵ字形である。屈折率整合材４０がギャップＧ３０を介して接着部材３０Ｃの周囲に広がるときに、気泡が光路から排出される。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態の光モジュール１Ｃは、光モジュール１と類似し、同じ効果を有しているので、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。
　図８Ａ、図８Ｂに示すように光モジュール１Ｄでは、光導波路が、第３の主面６０ＳＡと第３の主面６０ＳＡと対向する第４の主面６０ＳＢとを有する光導波路板６０Ｄである。例えば、シリコンからなる光導波路板６０Ｄは、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板を用いて作製される。酸化シリコン層６２、６３の間に配置されているシリコン層が光信号を伝送する光導波路６１である。
　すなわち、光導波路６１は第３の主面６０ＳＡおよびに第４の主面６０ＳＢ平行に配設されている。そして、光導波路板６０Ｄの第３の主面６０ＳＡは、配線板２０の第２の主面２０ＳＢに接着されている。
　光導波路板６０Ｄは、光導波路６１と光素子１０とを光結合する反射面Ｍを有する。例えば、第４の主面６０ＳＢから、ダイシングソーにより、一辺の傾斜角が４５度のＶ溝を形成することで、反射面Ｍが形成される。なお、反射面Ｍに金属膜がコーティングされていたり、溝が樹脂により充填されていたりしてもよい。
　図８Ａに示すように、配線板２０の貫通孔Ｈ２０の内部および周囲に、液体の屈折率整合材４０が配設される。配線板２０の第２の主面２０ＳＢに光導波路板６０Ｄの第３の主面６０ＳＡが当接すると、過剰な屈折率整合材４０はギャップＧ３０から押し出される。このとき、気泡もギャップＧ３０から排出される。
　なお、屈折率整合材４０は、配線板２０と光導波路板６０Ｄとを接着する接着剤としての機能も有している。
　図示しないが、光導波路板６０Ｄの端面に光ファイバが配設され、光素子１０が発生した光信号は、屈折率整合材４０、反射面Ｍ、光導波路６１および光ファイバを介して伝送される。
＜第４実施形態＞
　第４実施形態の光モジュール１Ｅは、光モジュール１Ｃと類似し同じ効果を有しているので、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。
　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、光モジュール１Ｅでは、光素子１０が実装されている配線板６０Ｅが、光導波路６１が第３の主面６０ＳＡに平行に配設されている光電気複合配線板である。すなわち、配線板６０Ｅの第３の主面６０ＳＡには、図示しないが、光素子１０の外部電極１２と接合されている接続電極が配設されている。
　そして、配線板６０Ｅは、光導波路６１と光素子１０とを光結合する反射面Ｍを有する。さらに、配線板６０Ｅは、第４の主面６０ＳＢに開口が有り、光路まで挿通している注入孔Ｈ６０がある。
　図９Ａに示すように、屈折率整合材４０は例えば、マイクロシリンジ７０を用いて注入孔Ｈ６０に注入され、光路に充填される。図９Ｂに示すように、光モジュール１Ｅの注入孔Ｈ６０は屈折率整合材４０で充填されている。
　屈折率整合材４０が光路に充填されてからも、屈折率整合材４０の注入が続けられる。このため、過剰な屈折率整合材４０はギャップＧ３０から押し出される。このとき、気泡もギャップＧ３０から排出される。
＜第５実施形態＞
　第５実施形態の変形例の光モジュール１Ｆは、光モジュール１と類似し同じ効果を有しているので、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。
　図１０に示すように、光モジュール１Ｆは、第１の光素子１０Ａおよび第２の光素子１０Ｂを有する。第１の光素子１０Ａは、接着部材３０Ａにより配線板２０Ｆに接着されており、屈折率整合材４０Ａが光路に充填されている。また、第２の光素子１０Ｂは、接着部材３０Ｂにより配線板２０Ｆに接着されており、屈折率整合材４０Ｂが光路に充填されている。
　第１の保持部材５０Ａに挿入されている第１の光ファイバ６０Ａが、第１の光素子１０Ａが発生した第１の光信号を伝送する。第２の保持部材５０Ｂに挿入されている第２の光ファイバ６０Ｂが、第２の光素子１０Ｂが発生した第２の光信号を伝送する。
　過剰な屈折率整合材４０Ａは、接着部材３０ＡのギャップＧ３０Ａから排出される。過剰な屈折率整合材４０Ｂは、接着部材３０ＢのギャップＧ３０Ｂから排出される。
　なお、接着部材３０Ａ、３０Ｂは、ギャップＧ３０Ａ、Ｇ３０Ｂが、反対方向、すなわち、対向しない位置に配置されている。このため、第１の光信号と第２の光信号との相互干渉が発生することはない。
　接着部材３０Ａ、３０Ｂは、第１の光信号の光路と第２の光信号の光路とを囲むように配設されている１つの接着部材により構成されていてもよい。
＜第６実施形態＞
　次に、第６実施形態の内視鏡９について説明する。内視鏡９は、挿入部９Ｂの硬性先端部９Ａに光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）を有する。
　すなわち、図１１に示すように、内視鏡９は、高画素数の撮像素子を有する撮像部が先端部９Ａに配設された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの基端側に配設された操作部９Ｃと、操作部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。
　撮像部が出力した電気信号は、光素子が面発光レーザである光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバ６０を介して操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤである光モジュール１Ｘにより再び電気信号に変換され、メタル配線を介して伝送される。すなわち、細径の挿入部９Ｂ内においては光ファイバ６０を介して信号が伝送される。
　すでに説明したように、光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）は、光結合効率が高く、伝送品質が高い。このため、内視鏡９は、高品質の画像を表示できる。
　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、が、本発明の光モジュール１等と同じ構成であることが好ましい。
　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。
１、１Ａ～１Ｆ、１Ｘ・・・光モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・光素子
１０ＳＡ・・・発光面
１１・・・発光部
１２・・・外部電極
２０・・・配線板
２２・・・接続電極
３０・・・接着部材
４０・・・屈折率整合材
５０・・・保持部材
６０・・・光ファイバ
６０Ｄ・・・光導波路板
６０Ｅ・・・配線板（光電気複合配線板）
７０・・・マイクロシリンジ

Claims (11)

  1. 　光信号を発光または受光する光素子部と、外部電極とを、おもて面に有する光素子と、
    　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光素子の前記外部電極と接合されている接続電極を有し、光路である貫通孔のある配線板と、
    　前記光素子と光結合するように配置されており、前記光信号を伝送する光導波路と、
    　前記光素子と前記配線板とを接着するとともに、前記外部電極と前記接続電極との接合部を封止しており、前記光信号の光路を囲むように配設されている接着部材と、
    　前記光素子と前記光導波路との間の前記光路を充填している屈折率整合材と、具備し、
    　　前記接着部材のギャップを介して、前記屈折率整合材が前記接着部材の周囲に広がっていることを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記接着部材が、遮光材料からなることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記接着部材が、１つの前記ギャップのあるＵ字形であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　前記接着部材に、複数のギャップがあり、
    　前記複数のギャップが、前記光路をはさんで、非対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  5. 　前記光導波路が光ファイバであり、
    　前記光ファイバの先端部が挿入されている挿入孔のある保持部材を更に具備し、
    　前記保持部材が前記配線板の前記第２の主面に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  6. 　前記光導波路が光ファイバであり、
    　前記光ファイバの先端部が、前記配線板の前記貫通孔に挿入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  7. 　第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記光導波路が前記第３の主面に平行に配設され、前記配線板の前記第２の主面に接着されている光導波路板を更に具備し、
    　前記光導波路板は、前記光導波路と前記光素子とを光結合する反射面を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  8. 　前記配線板が、前記光導波路が前記第１の主面に平行に配設されている光電気複合配線板であり、
    　前記光電気複合配線板が、前記光導波路と前記光素子とを光結合する反射面を有し、前記第２の主面に開口が有り前記光路まで挿通している注入孔が、前記屈折率整合材で充填されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  9. 　第１の光素子および第２の光素子を有し、前記第１の光素子および前記第２の光素子がそれぞれの前記接着部材により前記配線板に接着されており、それぞれの前記屈折率整合材がそれぞれの前記光路に充填されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
  10. 　前記それぞれの接着部材が、前記ギャップが対向しない位置に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
  11. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュールを有することを特徴とする内視鏡。
PCT/JP2017/001657 2017-01-19 2017-01-19 光モジュールおよび内視鏡 WO2018134933A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/001657 WO2018134933A1 (ja) 2017-01-19 2017-01-19 光モジュールおよび内視鏡
US16/509,681 US20200012086A1 (en) 2017-01-19 2019-07-12 Optical module and endoscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/001657 WO2018134933A1 (ja) 2017-01-19 2017-01-19 光モジュールおよび内視鏡

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/509,681 Continuation US20200012086A1 (en) 2017-01-19 2019-07-12 Optical module and endoscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018134933A1 true WO2018134933A1 (ja) 2018-07-26

Family

ID=62907975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/001657 WO2018134933A1 (ja) 2017-01-19 2017-01-19 光モジュールおよび内視鏡

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20200012086A1 (ja)
WO (1) WO2018134933A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020208727A1 (ja) * 2019-04-09 2020-10-15 オリンパス株式会社 内視鏡用光トランスデューサ、内視鏡、および内視鏡用光トランスデューサの製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202115445A (zh) * 2019-09-15 2021-04-16 以色列商魯姆斯有限公司 橫向光導管
EP4078288A4 (en) 2019-12-19 2023-06-07 Lumus Ltd. IMAGE PROJECTOR WITH A PHASE IMAGE GENERATOR
KR20230023834A (ko) * 2020-12-09 2023-02-20 주식회사 솔루엠 에어포켓 방지 기판, 에어포켓 방지 기판 모듈, 이를 포함하는 전기기기 및 이를 포함하는 전기기기의 제조 방법
US20230213715A1 (en) * 2022-01-03 2023-07-06 Apple Inc. Technologies for Increased Volumetric and Functional Efficiencies of Optical Packages

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012203115A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 Toshiba Corp 光結合素子及びその製造方法
JP2013025092A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Olympus Corp 光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法
JP2014010329A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Olympus Corp 光ファイバーケーブル接続構造

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012203115A (ja) * 2011-03-24 2012-10-22 Toshiba Corp 光結合素子及びその製造方法
JP2013025092A (ja) * 2011-07-21 2013-02-04 Olympus Corp 光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法
JP2014010329A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Olympus Corp 光ファイバーケーブル接続構造

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020208727A1 (ja) * 2019-04-09 2020-10-15 オリンパス株式会社 内視鏡用光トランスデューサ、内視鏡、および内視鏡用光トランスデューサの製造方法
US11846808B2 (en) 2019-04-09 2023-12-19 Olympus Corporation Optical transducer for endoscope, endoscope, and manufacturing method for optical transducer for endoscope

Also Published As

Publication number Publication date
US20200012086A1 (en) 2020-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018134933A1 (ja) 光モジュールおよび内視鏡
US9207412B2 (en) Optical transmission module and endoscope
JP5809866B2 (ja) 光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法
JP6445138B2 (ja) 光伝送モジュール、内視鏡、および前記光伝送モジュールの製造方法
US20190384013A1 (en) Optical module, endoscope and manufacturing method of optical module
JP6321933B2 (ja) 光伝送モジュール、及び内視鏡
US20180078114A1 (en) Endoscope and optical transmission module
WO2018198188A1 (ja) 内視鏡、および、撮像モジュール
WO2016117121A1 (ja) 光伝送モジュールおよび内視鏡
WO2016185537A1 (ja) 内視鏡、および光伝送モジュール
JP6659826B2 (ja) 光伝送モジュール及び内視鏡
JP4845333B2 (ja) 光電変換素子パッケージ、その作製方法及び光コネクタ
US20180011263A1 (en) Optical transmission module and endoscope
WO2017141368A1 (ja) 光伝送モジュールおよび内視鏡
US20180368662A1 (en) Optical transmission module and endoscope
WO2019038930A1 (ja) 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
WO2020065757A1 (ja) 内視鏡用撮像装置、内視鏡、および、内視鏡用撮像装置の製造方法
WO2016143044A1 (ja) 光ファイバ保持構造体、光伝送モジュール、および光ファイバ保持構造体の製造方法
WO2018146806A1 (ja) 光モジュールおよび内視鏡
WO2019038929A1 (ja) 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
JP6551808B2 (ja) 内視鏡、光伝送モジュールおよび光伝送モジュールの製造方法
JP2018105907A (ja) 光モジュールおよび内視鏡
US20200379246A1 (en) Optical module for endoscope, endoscope, and manufacturing method of optical module for endoscope
WO2021260854A1 (ja) 内視鏡用光モジュール、および、内視鏡
WO2020217277A1 (ja) 内視鏡用撮像装置の製造方法、内視鏡用撮像装置、および、内視鏡

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17893292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17893292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP