JP2014182379A - 光学サブアセンブリとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化された光電子サブアセンブリを提供する。
【解決手段】サブアセンブリは、ベース部４２と、ベース部４２に取り付けられる光エミッタ４４と、ベース部４２に取り付けられて光エミッタ４４の少なくとも一部分を取り巻く１つ以上のスペーサ５４とを含む。光学サブアセンブリは、更に、光エミッタ４４と１つ以上のスペーサ５４とがその内側に配置される状態でベース部４２に取り付けられるフェルールスリーブ５６を含み、このフェルールスリーブ５６は光ファイバ６４を自身内に受けるように構成される。光学サブアセンブリは、フェルールスリーブ５６に隣接してベース部４２に取り付けられると共にフェルールスリーブ５６を支持するように構成される１つ以上の補強部材６０も含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学サブアセンブリとその組立方法およびビデオ検査装置に関する。

光電子装置は、多様な用途を持つ様々な種類の光学システムに用いられる光学的及び電子的構成要素を含む。例えば、光電子装置は、構成要素の遠く離れた且つ／又は接近困難な部分を通って操作して、ユーザから距離をおいて配置される構成要素の小部分の可視画像を得ることを可能にするビデオ検査装置に用いられる。

光通信リンクにおいて、従来の光電子サブアセンブリは一般に光集束媒体を用いて、光源から発せられる光を、光導波路を渡って光検出器に導く。この光導波路は、用途によって数メートルの長さになることがある。これらの光電子サブアセンブリは、更にまた、所定の温度範囲（例えば０〜＋７０°Ｃ）にわたって動作するためにパッケージングを含む。しかし、一部の用途では、光電子サブアセンブリははるかに高い又は低い温度で動作しなければならないことがあり、その場合は、光源又は検出器は冷却及び／又は加熱用の構成要素を備える。これらの光電子サブアセンブリには更に多くの構成要素が付加されるため、大きさ及び出力要件が増加し、これは、例えば小型のビデオ検査装置遠位ヘッド等の一部の装置に用いられる場合に、パッケージングの問題を招きかねない。

米国特許第７、９０９、５１８号明細書

光電子サブアセンブリとそのパッケージングとの冷却及び小型化を達成する様々な構成が知られている。しかし、これらの様々な冷却構成では、ビデオ検査装置の遠位ヘッド内に嵌め込むことができない光電子サブアセンブリになってしまう。加えて、これらの小型化技術では、より高い温度範囲で動作することができない光電子サブアセンブリになってしまう可能性がある。更に、集束レンズを用いる方法等の多くの小型化の手法では、特にビデオ検査装置用の小型化された光電子サブアセンブリにおいて機械的に不安定である位置合わせ用の小さい案内ピンが用いられる。更にまた、従来の光電子サブアセンブリには、製造を高費用に、しかも複雑にしかねない専用部品が用いられる。

様々な実施形態に従って、ベース部と、ベース部に取り付けられる光エミッタと、ベース部に取り付けられて光エミッタの少なくとも一部分を取り巻く１つ以上のスペーサとを含む光学サブアセンブリを提供する。この光学サブアセンブリは、更に、光エミッタと１つ以上のスペーサとがその内側に配置される状態でベース部に取り付けられるフェルールスリーブを含み、このフェルールスリーブは光ファイバを自身内に受けるように構成される。光学サブアセンブリは、更にまた、フェルールスリーブに隣接してベース部に取り付けられると共にフェルールスリーブを支持するように構成される１つ以上の補強部材を含む。

その他の様々な実施形態に従って、光学サブアセンブリを組み立てる方法を提供する。この方法は、１つ以上のスペーサをベース部に取り付けてベース基板に取り付けられた光エミッタの少なくとも一部分を取り巻く段階を含み、１つ以上のスペーサは光エミッタの高さを上回る高さを有し、ベース部は基板キャリア材料によって形成される。この方法は、更に、光エミッタと１つ以上のスペーサとがその内側に配置される状態でフェルールスリーブをベース部に取り付ける段階を含み、フェルールスリーブは光ファイバを自身内に受けるように構成される。この方法は、更にまた、フェルールスリーブを支持するためにフェルールスリーブに隣接してベース部に１つ以上の補強部材を取り付ける段階を含む。

更に他の様々な実施形態に従って、光学サブアセンブリを有するビデオ検査装置を提供する。

様々な実施形態に従ったビデオ検査装置の略図である。 １つの実施形態に従った光学サブアセンブリの線図である。 また他の実施形態に従った光学サブアセンブリの略断面図である。 また他の実施形態に従った光学サブアセンブリの略断面図である。 また他の実施形態に従った光学サブアセンブリの略断面図である。 様々な実施形態に従った光学サブアセンブリの側面図である。 図６の光学サブアセンブリの上面図である。 １つの実施形態に従ったフェルールスリーブの線図である。 また他の実施形態に従ったフェルールスリーブの線図である。 また他の実施形態に従った光学サブアセンブリの線図である。 図１０の光学サブアセンブリの底部の線図である。 様々な実施形態に従った光学サブアセンブリの組立方法の流れ図である。

ある一定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとよりよく理解できる。本明細書において用いる場合、要素又は段階が単数で且つ「１つ」又は「ある」という言葉に続けて記載されても、その要素又は段階が複数であることを除外すると明記されない限り、その要素又は段階が複数であることが除外されるものと理解されるべきではない。更にまた、「１つの実施形態」という表現は、これもまた記載の特徴を含むまた別の実施形態の存在を除外するものとは解釈されないものとする。更に、特定の特性を有する要素又は複数の要素を「含む」又は「有する」実施形態は、相反する明示的な記載がない限り、その特性を有さないまた別の要素を含むことがある。

本明細書においては、様々な実施形態を特定の動作環境について、例えば特定のビデオ検査装置又は用途と関連付けて説明するが、１つ以上の実施形態がその他の装置及び用途にも等しく適用可能であることを理解されたい。

様々な実施形態は、ビデオ検査装置（例えばビデオボアスコープ）の遠位ヘッド内等において光エミッタと光導波路との接続を可能にする光電子又は光学サブアセンブリ（又は光電子又は光学アセンブリ）とその製造方法とを提供するものである。様々な実施形態における光学サブアセンブリは、本明細書に更に詳細に説明するように、それぞれ機械的強度の向上と組立工程の簡便化とをもたらす補強ブロック及びスペーサを含む。様々な実施形態を実施することにより、光結合効率の向上、光学雑音の低減、温度性能の向上及び信頼性の向上等の性能向上を達成する一方で、低費用で容易に組み立てることができるスモールフォームファクタのサブアセンブリを維持することができる。

特に、様々な実施形態は、光エミッタと光導波路とのコンパクトな一体化を可能にする光学サブアセンブリ（一部の実施形態においては光電子サブアセンブリであってよい）を提供するものである。例えば、様々な実施形態は、図１に示すように、ビデオ検査装置２０と関連して実施可能である。ビデオ検査装置２０は、得られた画像を表示する表示画面２４を眺めるユーザから距離を置いて位置する表面２２の一部分の画像が得られるように動作する。図に示す実施形態において、ビデオ検査装置２０は、ハンドル２６による手持ち式である。

ビデオ検査装置２０は、表面２２に隣接する位置に、表面２２と接触して又は表面２２から離間して配置される挿入管２８の先端部又は遠位ヘッド３０を配置するように操作又は誘導される（例えば狭い又は閉ざされた空間内に）挿入管２８（又は様々な空隙内に配置することができる管状挿入部分）を含む。遠位ヘッド３０は、表面２２の取得画像のデータ信号を光学的に送信するように構成される、本明細書において更に詳細に説明する光学又は光電子サブアセンブリ３２を自身内に含む。遠位ヘッド３０は、様々な実施形態において、例えば撮像ユニット３３、信号発生等を制御する回路を含む制御ユニット３５も含む。

画像は、遠位ヘッド３０の先端部にあるＣＭＯＳ又はＣＣＤカメラ等の撮像ユニット３３によって得られる。遠位ヘッドは、更にまた、撮像ユニット３３又は光電子サブアセンブリ３２内の光送信器等の素子を制御する回路（図示せず）を含む。近位端３４は、一般に、遠位ヘッド３０を遠隔移動させると共に様々な実施形態においてビデオ画像である画像の取得を制御する制御部（ボタン又はその他の制御装置を有する）を含む。様々な種類の連接又は移動機構を用いて遠位ヘッド３０の移動を達成することができることに注意されたい。

挿入管２８は、一般に、遠位端内において整列する電線及び照明用光ファイバ（いずれも図示せず）又は遠位ヘッド３０から近位端３４に画像（撮像ユニット３３により得られると共に様々な実施形態において電気信号を光信号に変換する光電子サブアセンブリ３２により光学的に送信される）を伝達又は送信する１つ以上の光ファイバ３６（例えば光ファイババンドル）等のその他の構造を含む。光ファイバ３６は一部の実施形態において照明にも用いられる。近位端３４は、更にまた、例えば、光信号を再び電気信号に変換する光検出器３７を含む。加えて、連接ケーブル又はワイヤ（いずれも図示せず）等のその他の制御素子も挿入管２８内に延在する。ビデオ検査装置２０、例えば挿入管２８の寸法は、例えば特定の用途に基づいて変動してよいことに注意されたい。

図２に、１つの実施形態に従った光電子又は光学サブアセンブリ４０（図１に示した光電子サブアセンブリ３２として実施することができる）を示す。光学サブアセンブリ４０は、図にはキャリア基板として示されるベース部４２を含む。ベース部４２は、略矩形の形状をなすと共に、一部の実施形態においてはセラミック材料によって形成される。しかし、ベース部は、異なる大きさ及び形状であってもよく、しかも異なる材料又は材料の組合せによって形成されてもよい。１つの実施形態において、ベース部４２は、約３．２ミリメートル（ｍｍ）の長さ（Ｌ）と約１．６ｍｍの幅とを有する。しかし、セラミックソーを用いて基板材料をダイシングして特定の寸法を有するベース部４２を形成させること又はベース部４２の寸法を修正すること等により、その他の大きさ及び形状のベース部４２を得ることもできる。様々な実施形態におけるベース部４２は、本明細書に記載のキャリア材料によって形成されるベース基板である。

様々な実施形態における本明細書に記載のフェルールスリーブの外径は工業標準（例えばＬＣスリーブ）によって定められることに注意されたい。様々な実施形態において、ベース部４２の幅は、この外径に合うように選択される。様々な実施形態におけるスリーブの長さは、可能な限り（例えばスモールフォームファクタを満たす程度に）短いが本明細書に記載のように光ファイバとフェルールスティックとの十分な機械的安定性を達成することができる程度の長さとされる。例えば、一部の実施形態では、約２ｍｍ〜約３ｍｍの範囲内のスリーブ長さが用いられる。

１つの実施形態において垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）ダイである光エミッタ４４は、ベース部４２の上面４６に取り付けられる。その他の発光素子、例えば何らかの種類の半導体レーザーダイオード又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いてもよい。光エミッタ４４は、１つの実施形態ではエポキシ又はその他の接着剤を用いて光エミッタ４４をベース部４２に固着的且つ固定的に取り付けることを含む様々な手段を用いてベース部４２に取り付けられる。導電性エポキシを用いる場合は、機械的な取付けに加えて電気的接触が光エミッタ４４とベース部４２との間において達成される。図の実施形態において、光エミッタ４４はベース部４２の上面４６の略中間に取付け又は配設される。しかし、希望により又は必要に応じて、ベース部４２上における光エミッタ４４の配置を中間から変更すること又は偏らせることができる。本明細書で様々な実施形態において用いる場合、取付けとは、様々な方法又は構成の取付け、結合、配設及び／又は接続を意味する。

ベース部４２は、更にまた、自身上に電気接続部を含む。特に、一部の実施形態では導体パッドとして構成される金属接触部４８がベース部４２の対向側縁部に沿って設けられる。金属接触部４８は、金属ランナ又はその他の電気接続部であってよい金属トレース５０により光エミッタ４４に電気的に接続される。光エミッタ４４は、導電性接着剤（例えば導電性エポキシ）、ワイヤボンド又ははんだバンプ等の様々な手段によって金属トレース５０に電気的に接続されてよい。金属接触部４８及び金属トレース５０は、一部の実施形態において、ベース部４２の上面４６上に蒸着される（例えば熱蒸発又はスパッタリングによる金属蒸着）。金属トレース５０は金属接触部４８から、光エミッタ４４の底側に設けられる、光エミッタ４４の電気接点（図示せず）まで延在する。例えば、一部の実施形態において、光エミッタ４４は金属トレース５０の上に配設される。これにより、金属トレース５０は、光エミッタ４４から金属接触部４８への電流路となる。

光エミッタ４４への様々な電気接続部が設けられることに注意されたい。例えば、一部の実施形態において、ベース部４２を表側４６から底側５２まで貫通する開口であって、光エミッタ４４への電流路となる導電体パッド、はんだバンプ又はその他の電気接続部がその上に設けられる開口として延在するビア（図示せず）を設けることができる。更に他の実施形態において又は追加として、光エミッタ４４は、自身の上面上に、例えば、ベース部４２の上面４６にバンプ接合される金線に同じくバンプ接合又ははんだ付けされる電気接点を含んでよい。従って、この実施形態では、光エミッタ４４へのワイヤボンド接続部が設けられる。希望により又は必要に応じて、例えば特定の用途又は構成に基づいて、光エミッタ４４への様々な接続機構が設けられることを理解されたい。

光学サブアセンブリ４０は、更にまた、ベース部４２に取り付けられると共に光エミッタ４４を取り巻くか又は光エミッタ４４に隣接する複数のスペーサ５４（図には４個のスペーサ５４として示す）を含む。スペーサ５４は、エポキシ又は接着剤を用いてベース部４２に取り付けられる。図の実施形態において、光エミッタ４４は略正方形の形状をなし、光エミッタ４４の各々の側部に隣接して１つのスペーサ５４が配設される。スペーサ５４は、図では略正方形の形状をなすものとして示されているが、例えば光エミッタ４４の構成又は形状に基づいて、異なる形状及び寸法を有してよい。一部の実施形態におけるスペーサ５４は、スペーサ５４が金属トレース５０と接触しないように配設される。例えば、図の実施形態においては、光エミッタ４４は、光エミッタ４４の側部がベース部４２の側部に対して９０度回転するようにベース部４２に対して回転されている。スペーサ５４は光エミッタ４４の各々の側部に隣接するが光エミッタ４４に接触又は当接しないといった具合に整列する。スペーサ５４と光エミッタ４４との間の間隔は変動してよく、一部の実施形態ではスペーサ５４はスペーサ５４の側部に当接し且つ接触する。

このように、スペーサ５４は一般に光エミッタ４４の外周縁部の周りに配置される。希望により又は必要に応じて、追加の又はより少数のスペーサ５４を設けてもよいことに注意されたい。例えば、より大きい又はより小さいスペーサ５４が設けられると共に、「Ｌ」形等の異なる形状をなして光エミッタ４４の２つの側部に沿って延在してもよい。また他の例として、スペーサ５４を２つの半円環体としてもよく、又は円環体である単一のスペーサを設けてもよい。様々な実施形態において、スペーサ５４は、スペーサ５４が実質的に光エミッタ４４の外周縁部を取り巻くように配置される。スペーサ５４は光エミッタ４４の高さを上回る高さを有する。例えば、スペーサ５４の頂部が位置する平面が光エミッタ４４の頂部が位置する平面より上に位置するように、スペーサ５４の頂部は光エミッタ４４の頂部より高く延在する。これにより、例えば構成要素（例えば光ファイバ）を光エミッタ４４に光結合させるように配置する時に、スペーサ５４が停止部又は阻止部として作用して、構成要素が光エミッタ４４の上面に物理的に接触するのを防ぐ。従って、光エミッタ４４の上面と光エミッタ４４に隣接して配置される構成要素の底面との間に間隔又は隙間を設けることができる。様々な実施形態において、スペーサ５４はベース部４２と同じ材料によって形成される。例えば、１つの実施形態では、スペーサ５４とベース部４２とはいずれもセラミック材料によって形成される。１つの実施形態において、セラミック材料は酸化物セラミックである。スペーサ５４又はその他の機構（例えば機械的停止部となって光エミッタ４４を保護する手段）等のスペーサ要素は、ベース構造、例えばベース部４２の一部分、又は本明細書に記載のスリーブ構造の一部分であってよいことに注意されたい。

光学サブアセンブリ４０は、更にまた、ベース部４２に取り付けられるフェルールスリーブ５６を含み、このフェルールスリーブ５６はエポキシ又は接着剤を用いて取り付けられてよい。様々な実施形態において、エポキシは、より簡単且つ安価であることから用いられ、スモールフォームファクタを可能にするだけでなく、レーザースポット溶接等のレーザー溶接と比べて製造時に過剰な熱を創出することもない。しかし、様々な実施形態においては、エポキシを用いた取付けでは不十分であるため、本明細書に記載のように補強要素が用いられる。

フェルールスリーブ５６は、光エミッタ４４とスペーサ５４とを取り巻くだけでなく、光ファイバ６４（図３に示す）等の構成要素を自身内に受けることができるような大きさ及び形状とされる。例えば、図の実施形態におけるフェルールスリーブ５６は、略円形の断面を有して、光エミッタ４４との光結合のために光エミッタ４４に隣接して配置される光ファイバを自身内に受ける。図に示すように、フェルールスリーブ５６は、略円筒状の形状をなすと共に、ベース部４２の上面４６より上にある距離だけ延在して、構成要素を自身内に受ける時に光エミッタ４４に対して構成要素を支持するようになっている。フェルールスリーブ５６の長さ及び内径は、その内側に受けられる構成要素又は光ファイバの種類に基づく。光ファイバは、一般に、フェルールスリーブ５６の内径に合う外径を有する、本明細書に記載のようなフェルールスティック内に内包される。加えて、フェルールスリーブ５６の直径は、スペーサ５４と光エミッタ４４とがフェルールスリーブ５６内に包含されるように選択される。

光ファイバがフェルールスリーブ５６内に挿入され且つ受けられる１つの実施形態において、光ファイバはフェルールスリーブ５６により光エミッタ４４と整列状態に維持される。例えば、フェルールスリーブ５６は、光ファイバがフェルールスリーブ５６内に挿入される時に、光ファイバが光エミッタ４４の孔部と整列して光エミッタ４４と光導波路（例えば光ファイバ）との間の光結合が達成されるように配置される。フェルールスリーブ５６は、光ファイバと、フェルールスリーブ５６内に挿入される光ファイバの端部において斜め研磨接触（ＡＰＣ）端面を有するフェルールスティック等の周囲支持体とを収容することができる大きさとされることに注意されたい。フェルールスリーブ５６は様々な材料によって形成されてよい。１つの実施形態において、フェルールスリーブ５６はベース部４２及びスペーサ５４と同じ材料、例えば本明細書に記載のセラミック材料により形成される。しかし、酸化アルミニウム又は二酸化ジルコニウム等のまた他の材料を用いてもよい。様々な実施形態において、フェルールスリーブ５６は非導電性であり、例えば非導電性材料（非金属材料等）によって形成される。

フェルールスリーブ５６は、自身の長さの一部分に沿って、図にはフェルールスリーブ５６の全長又は部分長に沿って延在する長手スリット５８（又はスロット）として示される開口を含んでよい。様々な実施形態におけるスリット５８は、フェルールスリーブ５６に幾らかの可撓性を与えるだけでなく、光ファイバをフェルールスリーブ５６内に固着させるために用いられるゲル及びエポキシ等の材料をフェルールスリーブ５６内から除去することを可能にするように構成される。スリット５８の幅は、希望により又は必要に応じて変動してよい。一部の実施形態では、切れ目なしのフェルールスリーブ５６が用いられ、スリット５６が望まれる又は必要とされる場合は、ダイシングソーを用いること等によってフェルールスリーブ５６を切ってスリット５６を形成させることができる。

光学サブアセンブリ４０は、更にまた、図にはフェルールスリーブ５６に隣接して配置される補強ブロックとして示す補強部材６０を含む。図の実施形態においては、２つの補強部材６０が示されており、本明細書に記載のエポキシ又は接着剤を用いること等によってベース部４２の上面４６に取り付けられる。補強部材６０は、図では、フェルールスリーブ５６の対向側部に配置されると共に、ベース部４２の幅Ｗに沿ってある距離だけ延在して、補強部材６０の少なくとも１つの側部がフェルールスリーブ５６の外面に接触し且つ当接するようになっている。補強部材６０は図には平面状の側部を有するブロックとして示されているが、側部、特にはフェルールスリーブ５６と当接的に係合する側部６２の表面をフェルールスリーブ５６の外周の曲率に対して補完的に湾曲させてフェルールスリーブとの更なる接触面とすることができることに注意されたい。加えて、補強部材６０は、側部６２がベース部４２の上面４６の全幅又は実質的に全幅に沿って又はその一部分のみに沿って延在するような大きさとされてよい。補強部材６０は様々な実施形態においてフェルールスリーブ５６に対する支持を行ない、これには側方及び／又は捻れ負荷に対する固定が含まれる。

補強部材６０は、図の実施形態においては、フェルールスリーブ５６の外面から金属接触部４８の縁部まで延在する大きさとされる。しかし、一部の実施形態における補強部材６０は金属接触部４８の縁部まで完全に延在しなくてもよいことに注意されたい。電気接点が貫通ビアを用いてベース部４２の底面５２に形成される場合等、金属接触部４８が設けられない実施形態では、補強部材６０は、ベース部４２の縁部までといったように、ベース部４２の上面４６の追加の長さに沿って延在してよい。補強部材６０の断面は、図に示す矩形断面形状以外の様々な形状を有してよいことに注意されたい。例えば、補強部材６０は、三角断面の１つの辺がフェルールスリーブ５６の外面に当接する三角断面形状を有してもよい。

補強部材６０は、更にまた、フェルールスリーブ５６の外面の長さに沿って（図２に示すように上方に）ある距離だけ延在するような大きさとされる。例えば、図の実施形態において、補強部材６０はフェルールスリーブ５６の長さに沿って略中間まで延在する。その他の実施形態では、補強部材６０は、フェルールスリーブ５６の外面の長さに沿ってより長い又は短い距離にわたって延在してよい。例えば、一部の実施形態において、補強部材６０はフェルールスリーブ５６の長さの少なくとも一部分に沿って延在してよい。このように、補強部材６０はフェルールスリーブ５６の長さの少なくとも一部分に沿ってフェルールスリーブ５６に対する機械的支持を行なうように構成される。

補強部材６０は金属トレース５４の上においてベース部４２の上面４６に取り付けられることに注意されたい。一部の実施形態では、補強部材６０は、補強部材６０の底面上において、自身の下を通る金属トレース５０に収容するスロット（図示せず）を含んでよい。例えば、このスロットは、自身を通して金属トレース５０を受けることができる大きさとされてよい。フェルールスリーブ５６のスロット（又はその他の排出穴手段）は、フェルールスリーブ５６を形成するスリーブ構造内にフェルールスティック（光ファイバを内包する）が挿入される時に結合流体（例えば屈折率整合ゲル又はエポキシ）が流出することを可能にする。

様々な実施形態において、補強部材６０は、セラミック材料等の、ベース部４２、スペーサ５４及びフェルールスリーブ５６と同じ材料によって形成される。しかし、一部の実施形態では、異なる材料を用いることができる。一般に、合致する熱膨張率（ＣＴＥ）を有する材料を用いることが望ましく、こうした材料が様々な実施形態において用いられる。セラミック材料は一般に非常に低いＣＴＥ値を有し、この非常に低いＣＴＥ値が様々な温度に曝された時のサブアセンブリの信頼性を高める。このため、様々な実施形態における光学サブアセンブリ４０は、一部の実施形態ではセラミック材料である非金属によって形成される要素を含む。例えば、ベース部４２、スペーサ５４、フェルールスリーブ５６及び補強部材６０は、セラミック材料等の同じ材料によって形成されて、非金属パッケージを構成する。様々な構成要素は、エポキシ又は接着剤を用いて直接組み付けられる。

一部の実施形態において、パッケージ構成要素は市販品であってよい。例えば、ベース部４２、スペーサ５４及び補強部材６０は、マサチューセッツ州シャーリーのバレー・デザイン・コーポレーション（Valley Design Corp.）等から入手可能な９６％アルミナウェーハによって形成されてよい。ウェーハは、例えば、それぞれ２５０μｍ、２８０μｍ及び５００μｍの厚さであってよい。加えて、フェルールスリーブ５６は、カリフォルニア州ミルピタスのプレシジョン・ファイバ・プロダクツ（Precision Fiber Products）から入手可能なＬＣフェルールスプリットスリーブ（ＳＭ−ＣＳ１２５Ｓ）であってよい。

パッケージング構成要素を含む様々な構成要素は、異なる大きさ及び形状を有してよい。１つの実施形態において、ベース部４２は３．２５ｍｍの長さと１．６２ｍｍの幅と０．２５ｍｍの厚さとを有し、スペーサ５４は２５０μｍの長さ及び幅と２８０μｍの高さ又は厚さとを有し、補強部材６０は０．５ｍｍの幅と１．２５ｍｍの長さと１．５ｍｍの高さとを有し、フェルールスリーブ５６は１．２５ｍｍの内径と１．６ｍｍの外径と２．５ｍｍの高さとを有する。１つの実施形態において、光エミッタ４２は、２３０μｍの長さ及び幅と２１５μｍの高さとを有する半導体化合物のひ化ガリウム（ＧａＡｓ）及びひ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）の材料によって形成される。上述した材料及び寸法は、１つの実施形態の単なる例示であって、異なる材料及び寸法も用いられることを理解されたい。

加えて、ベース部４２に様々な構成要素を配設するといったように、様々な構成要素を互いに取り付けるために異なるエポキシ又は接着剤を用いることができる。例えば、フェルールスリーブ５６及び補強部材６０は、１つの実施形態では、マサチューセッツ州ビレリカのエポキシ・テクノロジー（Epoxy Technology）から入手可能なＥＰＯ−ＴＥＫ３５３ＮＤエポキシ（又はその他の高温用エポキシ）を用いてベース部４２に、そして光エミッタ４２及びスペーサ５４は、コネチカット州ロッキーヒルのヘンケル・コーポレーション（Henkel Corp.）から入手可能なエイブルボンド（AbleBond）８４−１ＬＭＩＳＲ４エポキシ（又はその他の導電性ダイアタッチ接着剤）を用いてベース部４２に取り付けられる。

このように、様々な実施形態において、光エミッタ４４は、金属接触部４８及び金属トレース５０等の導電体パッドと金属ランナとを有するベース部４２等の小型セラミック基板に取り付けられる。一部の実施形態において、光エミッタ４４の上部接点は浅いワイヤボンドを用いて電気的に接続される一方で、裏側又は下側の接続部は導電性エポキシによって形成される。様々な実施形態において、光学サブアセンブリ４０のパッケージングの全ての構成要素はエポキシを用いて取り付けられる。様々な実施形態において、スペーサ５４等の小型セラミックスペーサは光エミッタ４４を形成するレーザーダイの厚さより若干高く、光エミッタ４４の周りに配置されると共にベース部４２に取り付けられる。

加えて、フェルールスリーブ５６はベース部４２に取り付けられて、光エミッタ４４及びスペーサ５４を取り巻く。様々な実施形態におけるフェルールスリーブ５６は、いかなる種類の光ファイバ整列用管体又は合せスリーブであってもよいことに注意されたい。フェルールスリーブ５６と光エミッタ４４の孔部との間における整列とスペーサの厚さとが、光リンクとフェルールスリーブ５６内に挿入される光ファイバとの結合効率と信号対雑音比とを決定する。機械的強度の向上及び／又は支持は、フェルールスリーブ５６の側壁に隣接するか又は取り付けられる補強部材６０によってもたらされる。

特に、図３に示すように、光ファイバ６４（例えばポリイミドファイバ）がフェルールスリーブ５６内に挿入される。図の実施形態において、ＡＰＣフェルールスティック６６は、フェルールスリーブ５６内に延在し且つ受けられる光ファイバ６４の少なくとも一部分を取り巻く。フェルールスティック６６は、フェルールスリーブ５６と同様の材料、例えばジルコニア等のセラミック材料によって形成されてよい。一部の実施形態において、フェルールスティック６６は、プレシジョン・ファイバ・プロダクツから入手可能なＳＭ−ＦＥＲ１０１０Ｃ−１２６０のＬＣ型フェルールスティック等のＬＣ型フェルールスティックである。フェルールスティック６６は、一般に、自身を貫通して、光ファイバ６４を受けると共にその中に確保する開口を含む。フェルールスティック６６は、フェルールスリーブ５６内に嵌合する大きさ及び形状とされ、この嵌合は、抵抗嵌め（resistance fit）を含むか、又は接着剤を注入する間隙をもたらす（例えばフェルールスリーブ５６より若干小さい直径を有する）ものであってよい。

図の実施形態において、フェルールスティック６６は、光ファイバ６４を光エミッタ４４と整列させて両者間において光リンク又は光結合を達成するためにフェルールスリーブ５６内に挿入された時にフェルールスリーブ５６の上端部６６を超えて延在する大きさとされる。フェルールスティック６６がフェルールスリーブ５６の上端部６６を超えて延在する距離は変動してよく、一部の実施形態では、フェルールスティック６６は上端部６６と略面一をなす。その他の実施形態においては、フェルールスティック６６は、フェルールスリーブ５４内に挿入された時に上端部６６を超えて延在しなくてよい。

図の実施形態において、フェルールスリーブ５４内に挿入されるフェルールスティック６６の合せ端部７０は、ＡＰＣとも呼ばれる斜め研磨縁部６８を含む。斜め研磨縁部６８の角度は、例えば、低減させる後方反射の大きさ又は種類に基づいて変動してよい。一部の実施形態では、フェルールスティック６６は平面状の合せ端部を含むことに注意されたい。

図に示すように、フェルールスティック６６がフェルールスリーブ５６内に挿入されると、合せ端部７０の一部分が少なくとも１つのスペーサ５４に当接し且つ接触し、これによって合せ端部が光エミッタ４４に接触することが防がれる。スペーサ５４の高さは、光エミッタ４４と光ファイバ６４との間の隙間が光リンクを達成することができる所定の又は予め定められた範囲内となるように（例えば合せ端部７０の角度を考慮に入れて）定められることに注意されたい。フェルールスティック６６の合せ端部７０が平面状である場合は、合せ端部は全てのスペーサ５４に当接し且つ接触することにも注意されたい。

様々な実施形態において、光ファイバ６４の心線の屈折率に近い屈折率を有する透明な結合流体（例えば屈折率整合ゲル）がフェルールスリーブ５６内に供給されると共に、フェルールスリーブ５６内において合せ端部７０とベース部４２の上面４２との間の隙間７２を満たす。様々な実施形態における結合流体は、光学モードの大部分が光ファイバ６４に結合される一方で後方反射を低減させることを可能にする。結合流体は、更にまた、単一モード光エミッタ（例えば単一モードレーザー）又は大きい光学的出力ビーム広がり角を有するエミッタ（例えばＬＥＤ）が用いられる場合に結合効率を向上させる。これに代わる方法として又は任意で、反射防止コーティング（ＡＲＣ）を光ファイバ端面に施してもよい。

変形態様及び改変態様が企図されており、例えば、ＡＰＣ及び／又はＡＲＣを有するファイバスタブ７４を図４に示すように設けることができる。この実施形態に示すように、フェルールスティック６６はファイバスタブ７４に取り付けられて、ファイバスタブ７４が１つ以上のスペーサ５４と当接し且つ接触する合せ端部を形成する。この実施形態では、異なる光ファイバ６４ａ、６４ｂがフェルールスティック６６及びファイバスタブ７４内に用いられることに注意されたい。ファイバスタブ７４は斜めに切断された下面を有するアダプタとして構成されると共に、様々な実施形態において、フェルールスティック６６と同じ材料によって形成される。

また他の変形態様の一例は、屈折率分布形（ＧＲＩＮ）レンズとして示されるがボールレンズ等のその他の種類のレンズであってもよいレンズ８０を含む、図５に示す実施形態である。この実施形態では、それぞれ光ファイバ６４とレンズ８０とを自身内において固定する２つのフェルールスティック６６、８２が設けられる。図を分かりやすくするために補強部材６０は示されていないことに注意されたい。更にまた、レンズ８０は、図では光エミッタ４４に隣接する斜め研磨端面を有するものとして示されている。しかし、一部の実施形態では、この端部は平面状である。加えて、ＡＲＣを任意でレンズ８０のこの端部に施すことができる。更にまた、空隙８４及び排出スロット（図示せず）が設けられて、例えば、組立工程においてフェルールスリーブ５６内に構成要素を取り付けるために用いられる接着剤が膨張することを可能にする。

このように、光ファイバ６４を内包するフェルールスティック６６と任意でレンズ８０を内包するフェルールスティック８２（又はファイバスタブ７４）とがスペーサ５４との接触を果たすまでフェルールスリーブ５６内に挿入される。スペーサ５４は、光ファイバ６４の先端部又はレンズ８０が光エミッタ４４の上面に近接して配置される時に、フェルールスティック６６又は８２が光エミッタ４４（又はワイヤボンド）に接触すること及び例えばこれを損傷することを防ぐ。一旦挿入されると、フェルールスティック６６と任意でフェルールスティック８２及び／又はファイバスタブ７４とは、エポキシ等を用いてフェルールスリーブ５４に恒久的に接合される。本明細書に記載のように、後方反射をエミッタ表面から離れる方向に導くために、斜め研磨切断をレンズ８０、ファイバスタブ７４又はフェルールスティック端面に用いることができる。

様々な実施形態において、光学サブアセンブリ４０は、発光素子、例えば光エミッタ４２と光ファイバ６４等の光導波路（図１に示す光ファイバ３６として実施可能）との接続を可能にする。１つの実施形態において、光学サブアセンブリの寸法は１．６ｍｍ×３．２ｍｍ×３．８５ｍｍであり、これによって小型化された光学サブアセンブリ４０を非常に小さい光電子アセンブリ（例えば図１に示す遠位ヘッド３０等のビデオ検査装置遠位ヘッド）に嵌め込むことが可能になる。補強部材６０をフェルールスリーブ５４の周りに用いることにより、専用キャリアを用いることなしにスモールフォームファクタを使用することができる。更にまた、フェルールスリーブ５６が光ファイバ６４を横方向に位置決めする一方で、スペーサ５４はｚ方向の機械的停止部となることによって光エミッタ４４のエミッタダイとワイヤボンドとを保護する。このように、スペーサ５４を用いることにより、専用フェルール又は一体的な機械的停止部を有する専用基板を用いることなしに、光エミッタ４４と光ファイバ６４との間における組立工程を容易にすることができる。スペーサ５４は、更にまた、大きな温度変動による機械的応力が構成要素の膨張を引き起こしかねない苛酷な環境での動作時に光エミッタダイの損傷が起こる可能性を防止又は低減する。レンズ８０、ファイバスタブ７４及び／又はフェルールスティック６６のＡＰＣ及びＡＲＣも光リンクの信号対雑音比を向上させる。しかし、ＡＲＣが用いられない場合は、結合流体等の屈折率整合材料を光エミッタ４４と隣接する光学素子（例えばフェルールスティック６６、ファイバスタブ７４又はレンズ８０）との間に用いることができる。結合流体又はＡＲＣのどちらを用いるかの選択は、具体的な用途と光学サブアセンブリ４０が曝される温度変動とによることに注意されたい。

その他の変形態様及び改変態様が企図される。例えば、図６に示すように、補強部材６０は、光エミッタ４４を制御するために用いられるドライバ回路の一部分であるキャパシタ９０として示す異なる要素に置き換えられてよい。図６において、キャパシタ９０とフェルールスリーブ５６との間に空隙が示されているが、これらの要素間において物理的接触があってもよく、機械的支持は、接着剤を用いてキャパシタ９０とフェルールスリーブ５６とが接続される場合に達成される（又はキャパシタ９０をフェルールスリーブ５６に当接させ且つ物理的に接触させてもよい）。光エミッタ４４を駆動するために用いられる構成要素等のその他の電気部品を補強部材として用いることができることを理解されたい。更にまた、図に示すように、追加のドライバ構成要素９２（例えば離散的電気部品）がベース部４２の表側４６及び／又は底側５２（又は裏側）に取り付けられる。これに代わる方法として又は任意で、図７に示すように、フェルールスリーブ５５の長さに沿ったスロット９４をフェルールスリーブ５６の底面９６に延在させることができる。底面９６のスロット９４の部分は光エミッタ４４を取り巻くような大きさ及び形状とされる。加えて、底面９６の厚さは、この実施形態では除去されているスペーサ５４の厚さと同様である。これにより、底面９６は、この実施形態ではスペーサとして作用する。

また他の実施形態において、図８に示すように、スリット５８等の長手スリットを含まない切れ目なしスリーブであるフェルールスリーブ１００が用いられる。しかし、この実施形態では、フェルールスリーブ１００の下端部において、フェルールスリーブ１００がベース部４２（図８には図示せず）に取り付けられる位置又は位置付近に排出用切欠部１０２が設けられる。排出用切欠部１０２は、例えばダイシングソーを用いて追加することができる。排出用切欠部１０２は、例えば、フェルールスティック６６がフェルールスリーブ１００内に挿入される時に屈折率整合流体又はその他の物質がフェルールスリーブ１００から流出することを可能にする。

また他の変形態様として、図９に示すように、フェルールスリーブ１１０は、補強部材６０（図２に示す）に代わる又は任意の支持体となる傾斜壁１１２を備えてよい。例えば、図の実施形態において、傾斜壁１１２により、台形状の外面を有するフェルールスリーブが形成される。排出用切欠部を追加（図示せず）して、屈折率整合流体又はその他の物質がフェルールスティックの挿入時に流出することを可能にすることができる。

その他の変形態様として、例えば、熱放散を促進（受動的に）するためにベース部４２の底側５２に波形加工を追加することが挙げられる。同様に、フェルールスリーブ５６に接触する補強部材６０の側部６２又はフェルールスリーブ５６の外面に波形加工を追加することができる。様々な実施形態において、ベース部４２は熱伝導性であり、光エミッタ４４とベース部４２との間の材料は熱伝導性且つ導電性である。波形加工は、光エミッタ４４からの熱放散を助長するために設けられると共に、高温環境において性能を向上させる。

その他の実施形態において、様々な取付け又は接続構成が用いられる。例えば、図１０及び１１に示すように、３層フリップチップ構成１２０が用いられる。この実施形態において、フェルールスリーブ１２２は、スタンド１２６に取り付けられるスペーサ層１２４に取り付けられる。フェルールスリーブ１２２とスペーサ層１２４とスタンド１２６とは同じ材料によって形成されると共に、一部の実施形態では単一の一体的部材として製造されることに注意されたい。

フェルールスリーブ１２２は、例えば光ファイバを受ける開口１２８を含む。加えて、スタンド１２６は、光エミッタ４４に接続されるワイヤボンド１３０のための隙間をもたらす脚部１３０を含む。加えて、アーム１３４は、光エミッタ４４とフェルールスリーブ１２２内の光ファイバとの間の距離を固定することを可能にすると共に、反射を低減する光学接着剤（例えば屈折率整合ゲル）を用いることによって満たされるスペーサ層１２４の開口１３６の下において光エミッタ４４を支持する。同じく図に示すように、スペーサ層１２４はスタンド１２６の切れ目なし部分１３８によって支持される。

このように、様々な実施形態により、異なる環境で動作することができるスモールフォームファクタの光学サブアセンブリが得られる。

様々な実施形態は、更にまた、光学サブアセンブリを組み立てる、図１２に示す方法１４０を提供するものである。様々な段階は、記載とは異なる順番で実施されてよい。方法１４０は、ベース部（又は基板）をランナ及び／又は導体パッドで金属被覆する（金属ランナ及び導体パッドをベース部に蒸着させること等による）段階１４２と、１つ以上の発光素子をベース部に機械的且つ電気的に接続する段階１４４と、基板の上面に既に取り付けられた光エミッタの周りにおいて１つ以上のスペーサをベース部に取り付ける段階であって、本明細書に記載のように電気接続部を設ける段階を含む段階１４６とを含む。本明細書に記載のようにスペーサと光エミッタとを取り巻くフェルールスリーブは、段階１４８においてベース部に取り付けられる。１つ以上の補強部材は、段階１５０において、本明細書に記載のようにフェルールスリーブに隣接する位置等において基板に取り付けられる。段階１４２、１４４、１４６、１４８及び１５０の取付けは、連続的に又は同時に行なわれてよい。その後、段階１５２において、光ファイバを有するフェルールスティックがフェルールスリーブ内に受けられると共に、本明細書により詳細に説明するように取り付けられる。様々な実施形態において、構成要素のアクティブアラインメントは用いられないことに注意されたい。しかし、その他の実施形態ではアクティブアラインメントが用いられる。

上記の説明は本発明を例証するためのものであって制限することを意図するものではないことを理解されたい。例えば、上述した実施形態（及び／又はその態様）は、互いに組み合わせて用いることができる。加えて、特定の状況又は材料に適合させるために、様々な実施形態の教示にその範囲から逸脱することなしに多くの改変を加えることができる。本明細書に記載の寸法及び材料の種類は、様々な実施形態のパラメータを限定することを意図するものであるが、これらの実施形態は、決して本発明を制限するものではなく、例証的な実施形態にすぎない。上記の説明を吟味することにより、当業者には多くのその他の実施形態が明らかになろう。従って、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲と特許請求の範囲がそれに対して権利を与えられる均等物の全範囲とに関して決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む」及び「ここで」という用語は、「具備する」及び「これにおいて」というそれぞれの用語の平易な英語の均等物として用いられる。更に、以下の特許請求の範囲において、「第１」、第２」及び「第３」等の用語は、単に標識として用いられ、その対象物に数的要件を課すことを意図するものではない。更に、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズ・プラス・ファンクション形式で書かれてはおらず、こうした特許請求の範囲の限定が、更なる構造を示さずに機能の陳述に続いて「〜する手段」という表現を明示的に用いていない限り、米国特許法第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されることはないものとする。

本明細書は、最良の形態を含めて、例を用いて様々な実施形態を開示するとともに、何らかの装置又はシステムの製作及び使用と本明細書に組み込まれた何らかの方法の実行とを含めて、あらゆる当業者がこれらの様々な実施形態を実施することを可能にするものである。これらの様々な実施形態の特許可能範囲には、特許請求の範囲によって限定されるとともに、当業者に想起されるその他の例が含まれることがある。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない等価の構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に含まれることを意図している。

Claims (20)

1. ベース部と；
   前記ベース部に取り付けられる光エミッタと；
   前記ベース部に取り付けられて前記光エミッタの少なくとも一部分を取り巻く１つ以上のスペーサと；
   前記光エミッタと１つ以上のスペーサとがその内側に配置される状態で前記ベース部に取り付けられるフェルールスリーブであって、光ファイバを自身内に受けるように構成されるフェルールスリーブと；
   前記フェルールスリーブに隣接して前記ベース部に取り付けられると共に前記フェルールスリーブを支持するように構成される１つ以上の補強部材とを含む光学サブアセンブリ。
2. 前記ベース部と前記１つ以上のスペーサと前記フェルールスリーブと前記１つ以上の補強部材とは同じ材料により形成される請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
3. 前記材料はセラミック材料である請求項２に記載の光学サブアセンブリ。
4. 前記１つ以上の補強部材は、前記フェルールスリーブの外面の少なくとも一部分と当接的に係合するブロックを含む請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
5. 前記フェルールスリーブの前記外面と当接的に係合する前記ブロックの側部は前記フェルールスリーブの前記外面に対して補完的な湾曲面を有する請求項４に記載の光学サブアセンブリ。
6. 前記１つ以上の補強部材は、前記光エミッタを駆動する構成要素を含む請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
7. 前記構成要素はキャパシタである請求項６に記載の光学サブアセンブリ。
8. 前記フェルールスリーブは、自身の長さに沿ってスリット又は排出用切欠部の少なくとも１つを含む請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
9. 自身内に光ファイバを有するフェルールスティックを更に含み、前記フェルールスティックは前記フェルールスリーブ内に受けられる寸法とされると共に、１つ以上の前記スペーサに当接する斜め研磨面を有する請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
10. 前記フェルールスティックに取り付けられるファイバスタブを更に含む請求項９に記載の光学サブアセンブリ。
11. 自身内にレンズを有するまた他のフェルールスティックを更に含む請求項９に記載の光学サブアセンブリ。
12. 前記フェルールスリーブの底面が前記１つ以上のスペーサを形成する請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
13. 前記１つ以上のスペーサと前記フェルールスリーブと前記１つ以上の補強部材とを前記ベース部に取り付けるエポキシを更に含む請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
14. 前記スペーサの高さは前記光エミッタの高さを上回る請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
15. 前記光エミッタは、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
16. 前記ベース部に取り付けられるスペーサを更に含み、前記ベース部は支持脚部を含み、前記光エミッタは前記スペーサの下に取り付けられる請求項１に記載の光学サブアセンブリ。
17. 光学サブアセンブリを組み立てる方法において：
    １つ以上のスペーサをベース部に取り付けて前記ベース基板に取り付けられる光エミッタの少なくとも一部分を取り巻く段階であって、前記１つ以上のスペーサは前記光エミッタの高さを上回る高さを有し、前記ベース部は基板キャリア材料により形成される段階と；
    自身内に光ファイバを受けるように構成されるフェルールスリーブを、前記光エミッタと１つ以上のスペーサとがその内側に配置される状態で前記ベース部に取り付ける段階であって、前記フェルールスリーブは自身内に光ファイバを受けるように構成される段階と；
    前記フェルールスリーブを支持するために前記フェルールスリーブに隣接して前記ベース部に取り付けられる１つ以上の補強部材を取り付ける段階とを含む方法。
18. 前記光エミッタを駆動する構成要素を前記１つ以上の補強部材として用いる段階を更に含む請求項１７に記載の方法。
19. 光ファイバを有するフェルールスティックを前記フェルールスリーブ内に取り付ける段階を更に含み、前記フェルールスティックは斜め研磨面を有する請求項１７に記載の方法。
20. 近位端の制御装置と；
    遠位端の遠位ヘッドであって、光ファイバを介して前記制御装置に光学的に接続される光学サブアセンブリを自身内に有する遠位ヘッドとを含み、
    前記光学サブアセンブリは、
    ベース部と；
    前記ベース部に取り付けられる光エミッタと；
    前記ベース部に取り付けられて前記光エミッタの少なくとも一部分を取り巻く１つ以上のスペーサと；
    前記光エミッタと１つ以上のスペーサとがその内側に配置される状態で前記ベース部に取り付けられるフェルールスリーブであって、光ファイバを自身内に受けるように構成されるフェルールスリーブと；
    前記フェルールスリーブに隣接して前記ベース部に取り付けられると共に前記フェルールスリーブを支持するように構成される１つ以上の補強部材とを含むビデオ検査装置。