WO2017179149A1 - 内視鏡用光伝送モジュールの製造方法および内視鏡 - Google Patents

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light
optical fiber
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慧一 小林
洋平 堺
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オリンパス株式会社
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    • 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
    • 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
    • A61B1/04—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 combined with photographic or television appliances
    • 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

Definitions

  • the present invention provides a method of manufacturing an optical transmission module for an endoscope, including an optical element, an optical fiber for transmitting an optical signal, and a wiring board on which the optical element is mounted and to which the optical fiber is adhered.
  • the present invention relates to an endoscope including the endoscope light transmission module.
  • the endoscope has an imaging device such as a CCD at the rigid tip of the insertion portion.
  • an imaging element having a large number of pixels in an endoscope has been considered.
  • the amount of signals transmitted from the image sensor to the signal processing device (processor) increases, so the light transmission module is replaced with electrical signal transmission via metal wiring by electrical signals.
  • Optical signal transmission through a thin optical fiber by the optical signal used is preferred.
  • miniaturization particularly reduction in diameter, is an important issue for less invasiveness.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 10-325917 discloses a light receiving device in which an end face of an optical fiber is an inclined surface and light reflected by the inclined surface is received by a light receiving element.
  • the angle between the main surface (light emitting surface / light receiving surface) of the optical element and the inclined surface of the optical fiber that is, light It is necessary to precisely define the direction of fiber rotation. For example, while actually guiding the light to the optical fiber, it is necessary to adjust the rotational angle of the optical fiber to find the rotation angle with the largest amount of light and fix the rotational angle.
  • the light transmission module in which the end face of the optical fiber is inclined is subjected to a complicated adjustment process, there is a possibility that the manufacture is not easy. Furthermore, when the optical fiber is fixed, not only the rotation direction but also the positioning adjustment in the in-plane direction with respect to the optical element is required.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-177521 discloses an optoelectronic composite circuit board in which an inclined surface is formed after bonding an optical fiber to a core board in which a groove is formed.
  • the optical element is mounted after the wiring layer is disposed on the core substrate by the buildup method.
  • the angle between the core substrate and the optical fiber is defined when forming the inclined surface.
  • the optical element when the optical element is mounted on the core substrate on which the optical fiber is fixed and the wiring layer is disposed, it is not always mounted in an ideal state. That is, the main surface of the optical element and the main surface of the core substrate may not be parallel, or the relative position of the optical element and the core substrate in the in-plane direction may be shifted. For this reason, there existed a possibility that an optical element and an optical fiber could not be optically coupled efficiently.
  • An embodiment of the present invention is a method for manufacturing an endoscope light transmission module that is easy to manufacture and high in transmission efficiency, and a hard tip of an insertion portion for an endoscope light transmission module that is easy to manufacture and high in transmission efficiency It is an object of the present invention to provide an endoscope provided in
  • a method of manufacturing an endoscope light transmission module emits a light signal by using a wiring board having a first main surface and a second main surface facing the first main surface.
  • a step of producing an optical element having a light emitting portion or a light receiving portion for receiving an optical signal a mounting step of mounting the optical element on the first main surface of the wiring board, the light emitting portion or the light receiving portion Forming an optical fiber bonding step of bonding an optical fiber to the second main surface of the wiring board directly under the wiring board, and forming a notch having an inclined surface inclined to the optical axis direction in the optical fiber, And a notch forming step of optically coupling the optical element and the optical fiber with the inclined surface as a reflection surface, the manufacturing method of the endoscope light transmission module comprising the notch forming step prior to the notch forming step.
  • the mounting angle and the actual state of the optical element mounted on the wiring board Position further comprising the step of measuring the, on the basis of the measured the mounting angle and the mounting position by
  • An endoscope receives a wiring board having a first main surface and a second main surface facing the first main surface, and a light emitting unit that emits an optical signal or receives an optical signal.
  • An optical element having a light receiving portion, a mounting step of mounting the optical element on the first main surface of the wiring board, and the wiring board directly below the light emitting portion or the light receiving portion
  • a manufacturing method of a light transmission module for an endoscope comprising the step of optically coupling the inclined surface as the reflecting surface, the method being mounted on the wiring board before the step of forming the notch.
  • the method further comprises a measuring step of measuring the mounting angle and mounting position of the light element And an endoscope manufactured by the method of manufacturing an optical transmission module for an endoscope, in which the inclination angle and the formation position of the notch are set based on the mounting angle and the mounting position measured in the measurement step.
  • a mirror light transmission module is provided at the distal end rigid portion of the insertion portion.
  • a method of manufacturing an endoscope light transmission module that is easy to manufacture and high in transmission efficiency, and rigidity of the insertion portion of the endoscope light transmission module that is easy to manufacture and high in transmission efficiency An endoscope provided at the tip can be provided.
  • the endoscope light transmission module (hereinafter referred to as “light transmission module”) 1 of the present embodiment includes an optical element 10, a wiring board 20, and an optical fiber 30. And a cable 40.
  • FIG. 1 the left side, that is, the tip direction (the X-axis value increasing direction) of the optical fiber 30 is referred to as “front”, and the direction of the optical element 10 with respect to the optical fiber 30, ie, the Z-axis value increasing direction "On.”
  • the light transmission module 1 is disposed at the distal end rigid portion 9A of the insertion portion 9B of the endoscope 9 (see FIG. 10).
  • the light transmission module 1 has a small diameter and a short size for reducing the invasiveness of the endoscope.
  • the light transmission module 1 converts an imaging signal output from the imaging element into an optical signal, and the optical signal is guided through the optical fiber 30.
  • the optical element 10 of the light transmission module 1 has, for example, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) type having a light emitting portion 11 for emitting light of an optical signal on a light emitting surface 10SA which is a main surface. It is a light emitting element.
  • the ultra-compact optical device 10 having a size in plan view of 250 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m has a light emitting unit 11 with a diameter of 20 ⁇ m and an input of an imaging signal (drive signal) from an imaging device (not shown) to the light emitting unit 11.
  • a bonding bump 12 which is a connection terminal is provided on the light emitting surface 10SA.
  • the light element 10 emits light along an optical axis O1 in a direction perpendicular to the light emitting surface 10SA.
  • the bonding bumps 12 have a height of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m and are, for example, stud bumps, plated bumps or ball bumps made of gold or solder.
  • Wiring board 20 has a first main surface 20SA and a second main surface 20SB facing the first main surface 20SA.
  • the wiring board 20 is a flexible printed circuit (FPC) using a polyimide or the like as a base.
  • An electrode 21 joined to the bonding bump 12 of the optical element 10 and an electrode 22 joined to the cable 40 are disposed on the first main surface 20SA of the wiring board 20.
  • an underfill material, a side fill material, or the like is injected as a sealing member between the optical element 10 and the wiring board 20.
  • the electrode 21 and the electrode 22 are electrically connected via a wiring or the like (not shown).
  • an electronic component 19 such as a chip capacitor or a drive IC is mounted on the first main surface 20SA via an electrode (not shown) (not shown).
  • a through hole H20 to be an optical path is formed in the wiring board 20, a through hole H20 to be an optical path is formed.
  • the relative position between the through hole H20 and the electrode 21 is designed to be the same as the relative position between the light emitting portion 11 of the optical element 10 and the bonding bump 12. For this reason, when the bonding bumps 12 of the optical element 10 are ideally joined to the electrodes 21 of the wiring board 20, the through holes H20 exist immediately below the light emitting portions 11 of the optical element 10.
  • the optical fiber 30 is bonded to the wiring board 20 with an adhesive 45 in a state where the outer peripheral surface is in contact with the second main surface 20SB of the wiring board 20. Therefore, the optical axis O2 of the optical fiber 30 is parallel to the second main surface 20SB (first main surface 20SA) of the wiring board 20.
  • the optical fiber 30 having a circular cross section is, for example, an MMF (Multi Mode Fiber) that facilitates alignment
  • the core 31 transmitting light has a diameter of 50 ⁇ m
  • the cladding 32 covering the outer periphery of the core 31 has a diameter of 125 ⁇ m.
  • the core 31 has a refractive index of 1.50 to 1.60, and the refractive index is greater than that of the cladding 32 by 0.01 or more.
  • the optical fiber 30 is formed with a notch C30 having an inclined surface 30S inclined with respect to the direction of the optical axis O2.
  • the angle and formation position of the inclined surface 30S of the optical fiber 30 are set based on the relative positional relationship between the optical element 10 and the wiring board 20, that is, the mounting state of the optical element 10. ing. That is, the notch C30 is formed such that the optical element 10 and the optical fiber 30 are efficiently optically coupled to each other with the inclined surface 30S as a reflection surface.
  • the mounting state of the optical element 10 is ideal, that is, the light emitting surface 10SA of the optical element 10 and the first main surface of the wiring board 20 are parallel and directly below the light emitting portion 11 of the optical element 10
  • the mounting angle ⁇ j is 0 degree
  • the mounting position (xj, yj) is (0, 0) in the XY coordinate system having the center of through hole H20 as the origin It is.
  • the inclination angle ⁇ c and the formation position (xc) of the notch C30 are the reflecting surfaces of the optical element 10 and the optical fiber 30 and the inclined surface 30S. Is set to efficiently couple light.
  • a reflective film may be disposed on the inclined surface 30S, or the notch C30 may be filled with a resin or the like. For example, light can be reflected more efficiently by providing a reflective film made of gold, aluminum or the like having a high reflectance by sputtering.
  • the whole of the light transmission module 1 may be covered with a light shielding resin including the end of the optical fiber 30.
  • the light shielding resin prevents light leakage from the optical element 10, and the inclined surface 30S is also covered with the light shielding resin, so that the reflection efficiency is improved.
  • the light transmission module 1 has a small diameter because it does not include a ferrule (holding member) for fixing and positioning the optical fiber. Further, even if the mounting state of the optical element 10 on the wiring board 20 changes due to a manufacturing error, the optical element 10 and the optical fiber 30 have the notch C30 so as to efficiently optically couple the inclined surface 30S as a reflection surface. It is formed. For this reason, the light transmission module 1 is easy to manufacture and has high transmission efficiency.
  • the light element may be a light receiving element such as a photodiode (PD).
  • a light receiving element such as a photodiode (PD).
  • PD photodiode
  • an optical element formed of a photodiode converts light incident in a direction perpendicular to a light receiving surface, which is a main surface, into an electric signal and outputs the electric signal.
  • an ultra-small light receiving element having a size of 350 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m in plan view has a light receiving portion with a diameter of 50 ⁇ m and a connection terminal for outputting a received electric signal electrically connected to the light receiving portion.
  • the optical element is a light transmission module of a light receiving element, it has the same narrow diameter as the light transmission module 1 and is easy to manufacture.
  • the light transmission module includes a light emitting unit that emits a light signal, or an optical element having a light receiving unit that receives a light signal, and a second main surface facing the first main surface and the first main surface.
  • the inclined surface of the notch having the inclined surface is a reflective surface, and the optical fiber optically coupled to the optical element is provided, and the notch corresponds to the mounting angle and the mounting position of the optical element. It is formed in the inclination angle and formation position which were set.
  • a wiring board 20 having a first main surface 20SA and a second main surface 20SB opposite to the first main surface 20SA, and an optical element 10 having a light emitting unit 11 for emitting an optical signal are manufactured.
  • the wiring board 20 is an FPC using polyimide or the like as a substrate, but the substrate may be a resin substrate, a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a glass substrate, a silicon substrate or the like. However, the wiring board 20 is preferably an FPC board in terms of miniaturization and flexibility. Further, through holes H ⁇ b> 20 to be optical paths are formed in the wiring board 20. When the light transmittance of the wiring board is high, for example, in the case of an FPC having a polyimide as a base, the through holes may not be formed.
  • a large number of optical devices 10 are manufactured at once in a wafer state by a known semiconductor manufacturing technology, and then separated into pieces.
  • two or four bonding bumps 12 are disposed on the light emitting surface 10SA of the optical element 10 at rotationally symmetrical positions with the light emitting portion 11 as a center.
  • the optical element 10 is mounted on the first main surface 20SA of the wiring board 20. That is, the bonding bumps 12 of the optical element 10 are bonded to the electrodes 21 of the wiring board 20. Bonding is performed by ultrasonic bonding or solder bonding.
  • the optical fiber 30 is bonded to the second main surface 20SB of the wiring board 20 directly below the light emitting unit 11 via an adhesive 45 made of, for example, a transparent ultraviolet curable resin. That is, the cylindrical optical fiber is bonded via the adhesive 45 in a state where the optical fiber is in contact with the second main surface 20SB of the wiring board 20. At this time, the optical fiber 30 is positioned and bonded so that the center of the core 31 of the optical fiber 30, that is, the optical axis O2 of the optical fiber 30, is located immediately below the light emitting unit 11.
  • an adhesive 45 made of, for example, a transparent ultraviolet curable resin. That is, the cylindrical optical fiber is bonded via the adhesive 45 in a state where the optical fiber is in contact with the second main surface 20SB of the wiring board 20.
  • the optical fiber 30 is positioned and bonded so that the center of the core 31 of the optical fiber 30, that is, the optical axis O2 of the optical fiber 30, is located immediately below the light emitting unit 11.
  • the mounting angle ⁇ j and mounting position (xj, yj) of the optical element 10 mounted on the wiring board 20, in other words, the direction and position of the optical axis O1 of the light signal emitted from the optical element 10 are measured Ru.
  • the light emitting surface 10SA of the optical element 10 may be mounted in an inclined direction (X direction) of the optical axis of the optical fiber 30 (mounting angle ⁇ jx ⁇ 0). Then, the optical axis O1 of the optical element 10 is not orthogonal to the optical axis O2 of the optical fiber 30. Therefore, when the notch C30 having the inclined surface 30S having the inclination angle ⁇ of 45 degrees is formed, the optical axis of the light reflected by the inclined surface 30S becomes OA1 and does not coincide with the optical axis O2 of the optical fiber 30. That is, since the optical element 10 and the optical fiber 30 can not be efficiently optically coupled, the transmission efficiency of the light transmission module of the reference example is lowered.
  • the light emitting surface 10SA of the optical element 10 may be mounted inclined in the direction (Y direction) orthogonal to the optical axis of the optical fiber 30 (mounting angle ⁇ jy ⁇ 0).
  • the method of manufacturing the light transmission module of the embodiment includes a measurement step of measuring the mounting angle ⁇ j and the mounting position (xj, yj) of the optical element 10 mounted on the wiring board 20.
  • the three-dimensional measurement device measures the positions (X, Y, and Z coordinates) of four corner portions of the back surface 10SB facing the light emitting surface 10SA of the rectangular parallelepiped light element 10. Thereby, the mounting angle ( ⁇ jx, ⁇ jy) and the mounting position (xj, yj) of the optical element 10 are calculated. Then, in accordance with the mounting angle ( ⁇ jx, ⁇ jy) and the mounting position (xj, yj), the formation position (xc, yc) of the notch C30 to be formed and the inclination angle ⁇ c of the inclined surface 30S are determined.
  • the intersection point X of the optical axis O1 of the optical element 10 and the optical axis O2 of the optical fiber 30 is determined from the mounting angle ⁇ jx of the optical element 10.
  • a line L1 that bisects the angle formed by the optical axis O1 and the optical axis O2 is calculated, and a line L2 orthogonal to the line L1 is calculated.
  • the formation position (x c, y c) of the notch C 30 is similarly selected.
  • the optical fiber 30 and the optical element 10 can be optically coupled as efficiently as possible.
  • a notch C30 is formed in which the surface including the line L2 is the inclined surface 30S.
  • the notch C30 is formed by a laser processing method using an excimer laser device or a machining method using a dicing board.
  • the notch C30 is different in inclination angle and formation position from the notch (mounting angle ⁇ xc0, mounting position xc0) indicated by a broken line when the optical element is ideally mounted. Then, the optical axis O1 and the optical axis O2 are efficiently optically coupled by the notch C30 (mounting angle ⁇ xc, mounting position xc) in which the surface including the line L2 is a reflection surface.
  • the inclination angle ( ⁇ c) of the notch and the formation position (xc, xy) may be calculated each time according to the mounting angle ( ⁇ jx, ⁇ jy) and the mounting position (xj, yj).
  • the inclination angles and formation positions of the notches for efficiently optically coupling the optical axis O1 and the optical axis O2 may be calculated and stored.
  • the flexible wiring board 20 is bent and deformed downward (in the direction of the optical fiber) by the stress due to the mounting of the optical element 10 and the adhesion of the optical fiber 30. There is.
  • the notch C30 When forming the notch C30 by the machining method using the dicing plate 50, if the wiring board 20 is deformed, the deep notch C30 may not be formed in some cases. That is, there is a possibility that the dicing plate 50 may come in contact with the wiring board 20.
  • the notch C30 does not have to completely cut the optical fiber 30, as long as at least the core 31 is exposed on the inclined surface. Therefore, even if the wiring board 20 is deformed, it is easy to form the notch C30.
  • the notch can be formed by the laser processing method in the light transmission module 1B.
  • the laser processing method since the laser is irradiated from the lower side (the opposite side to the wiring board) of the optical fiber 30, the processing is not affected even if the wiring board 20 is greatly curved and deformed.
  • two optical fibers 30A and 30B are bonded to the wiring board 20B.
  • the two optical devices 10A and 10B are mounted on the wiring board 20.
  • the optical element 10A is a light emitting element
  • the optical element 10B is a light receiving element.
  • the light transmission module 1B converts an imaging signal into an optical signal, and converts, for example, a clock optical signal optically transmitted to drive an imaging device into an electrical light signal.
  • the wiring board 20C is light transmissive, no through hole for forming an optical path is formed.
  • the mounting state (mounting angle and mounting position) of the optical element 10A and the optical element 10B is measured, and the inclination angle and formation position of each notch is mounting of each of the optical elements 10A and 10B. Determined based on angle and mounting position.
  • the notches C30A and C30B are different in inclination angle and formation position. Therefore, the notches C30A and C30B are preferably formed by laser processing.
  • the light transmission module 1C (manufacturing of the light transmission module 1C) It is apparent that the same configuration as that of the method) has the same effect as the light transmission module 1C.
  • the endoscope 9 is operated by an insertion portion 9B in which the light transmission module 1 is disposed at the rigid distal end portion 9A, an operation portion 9C disposed at the proximal end side of the insertion portion 9B, and And a universal cord 9D extending from the portion 9C.
  • An optical signal emitted from the light transmission module 1 disposed at the rigid tip 9A and guided by the optical fiber 30 passing through the insertion section 9B is, for example, the light transmission module 1X disposed at the operation section 9C. Is converted to an electrical signal.
  • the endoscope 9 has the light transmission module 1 with a small diameter, so the hard tip 9A has a small diameter. Furthermore, since the endoscope 9 has the light transmission module 1, it is easy to manufacture and has good transmission efficiency.
  • the endoscope having the light transmission modules 1A to 1C or the like in the distal end rigid portion has the same effect as the endoscope 9.

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Abstract

内視鏡用光伝送モジュール１の製造方法は、配線板２０と光素子１０とを作製する工程と、配線板２０の第１の主面２０ＳＡに光素子１０を実装する実装工程と、配線板２０の第２の主面２０ＳＢに光ファイバ３０を接着する光ファイバ接着工程と、光ファイバ３０に傾斜面３０Ｓのある切り欠きＣ３０を形成し光素子１０と光ファイバ３０とを傾斜面３０Ｓを反射面として光結合する切り欠き形成工程と、を具備し、切り欠き形成工程の前に配線板２０に実装された光素子１０の実装角度および実装位置を測定する測定工程を更に具備し、測定工程で測定された実装角度および実装位置をもとに、切り欠きＣ３０の傾斜角および形成位置が設定される。

Description

内視鏡用光伝送モジュールの製造方法および内視鏡
　本発明は、光素子と、光信号を伝送する光ファイバと、前記光素子が実装され前記光ファイバが接着されている配線板と、を含む内視鏡用光伝送モジュールの製造方法、および、前記内視鏡用光伝送モジュールを含む内視鏡に関する。
　内視鏡は、挿入部の硬性先端部にＣＣＤ等の撮像素子を有する。近年、高画素数の撮像素子の内視鏡への使用が検討されている。高画素数の撮像素子を使用した場合には、撮像素子から信号処理装置（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に替えて光伝送モジュールを用いた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。
　内視鏡の硬性先端部に配設される内視鏡用光伝送モジュールは、低侵襲化のため、小型化、特に細径化が重要な課題である。
　日本国特開平１０－３２５９１７号公報には、光ファイバの端面を傾斜面とし、傾斜面で反射された光を受光素子で受光する光受信装置が開示されている。
　しかし、光ファイバの端面を傾斜面とした光伝送モジュールでは、伝送効率を良くするために、光素子の主面（発光面／受光面）と光ファイバの傾斜面とがなす角度、すなわち、光ファイバの回転方向を正確に規定する必要がある。例えば、実際に光ファイバに光を導光しながら、光ファイバを回転して最も光量が大きい回転角度を見出して、その回転角度で固定するという調整工程が必要であった。
　すなわち、光ファイバの端面を傾斜面とした光伝送モジュールは繁雑な調整工程を行うため、製造が容易ではないおそれがあった。さらに、光ファイバの固定時には回転方向だけでなく、光素子に対する面内方向の位置決め調整も必要であった。
　一方、日本国特開２００４－１７７５２１号公報には、溝が形成されたコア基板に光ファイバを接着してから傾斜面を形成する光電気複合回路基板が開示されている。コア基板にビルトアップ法により配線層が配設されてから光素子が実装される。この光電気複合回路基板ではコア基板と光ファイバとがなす角度は傾斜面形成時に規定される。
　しかし、光ファイバが固定され、配線層が配設されたコア基板に、光素子を実装するときに、理想的な状態に実装されるとは限らない。すなわち、光素子の主面とコア基板の主面とが平行にならなかったり、また、光素子とコア基板との面内方向の相対位置がずれたりすることがある。このため、光素子と光ファイバとが効率良く光結合できないおそれがあった。
特開平１０－３２５９１７号公報 特開２００４－１７７５２１号公報
　本発明の実施形態は、製造が容易で伝送効率の高い内視鏡用光伝送モジュールの製造方法、および、製造が容易で伝送効率の高い内視鏡用光伝送モジュールを挿入部の硬性先端部に具備す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内視鏡用光伝送モジュールの製造方法は、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、光信号を発光する発光部または光信号を受光する受光部を有する光素子と、を作製する工程と、前記配線板の前記第１の主面に前記光素子を実装する実装工程と、前記発光部または前記受光部の直下の、前記配線板の前記第２の主面に光ファイバを接着する光ファイバ接着工程と、前記光ファイバに光軸方向に対して傾斜している傾斜面のある切り欠きを形成し、前記光素子と前記光ファイバとを前記傾斜面を反射面として光結合する切り欠き形成工程と、を具備する内視鏡用光伝送モジュールの製造方法であって、前記切り欠き形成工程の前に、前記配線板に実装された前記光素子の実装角度および実装位置を測定する測定工程を更に具備し、前記測定工程で測定された前記実装角度および前記実装位置をもとに、前記切り欠きの傾斜角および形成位置が設定される。
　別の実施形態の内視鏡は、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、光信号を発光する発光部または光信号を受光する受光部を有する光素子と、を作製する工程と、前記配線板の前記第１の主面に前記光素子を実装する実装工程と、前記発光部または前記受光部の直下の、前記配線板の前記第２の主面に光ファイバを接着する光ファイバ接着工程と、前記光ファイバに光軸方向に対して傾斜している傾斜面のある切り欠きを形成し、前記光素子と前記光ファイバとを前記傾斜面を反射面として光結合する切り欠き形成工程と、を具備する内視鏡用光伝送モジュールの製造方法であって、前記切り欠き形成工程の前に、前記配線板に実装された前記光素子の実装角度および実装位置を測定する測定工程を更に具備し、前記測定工程で測定された前記実装角度および前記実装位置をもとに、前記切り欠きの傾斜角および形成位置が設定される内視鏡用光伝送モジュールの製造方法により製造された内視鏡用光伝送モジュールを、挿入部の先端硬性部に具備する。
　本発明の実施形態によれば、製造が容易で伝送効率の高い内視鏡用光伝送モジュールの製造方法、および、製造が容易で伝送効率の高い内視鏡用光伝送モジュールを挿入部の硬性先端部に具備する内視鏡を提供できる。
第１実施形態の内視鏡用光伝送モジュールの斜視図である。 第１実施形態の内視鏡用光伝送モジュールの分解図である。 第１実施形態の内視鏡用光伝送モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の内視鏡用光伝送モジュールの断面図である。 参考例の内視鏡用光伝送モジュールの断面図である。 第１実施形態の内視鏡用光伝送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実施形態の内視鏡用光伝送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実施形態の内視鏡用光伝送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実施形態の内視鏡用光伝送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実施形態の内視鏡用光伝送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２実施形態の内視鏡用光伝送モジュールの分解図である。 第３実施形態の内視鏡の斜視図である。
＜第１実施形態＞
　図１および図２に示すように、本実施形態の内視鏡用光伝送モジュール（以下、「光伝送モジュール」という。）１は、光素子１０と、配線板２０と、光ファイバ３０と、ケーブル４０と、を含む。
　なお、図面は、いずれも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を省略する場合がある。なお、図１等において、左側、すなわち、光ファイバ３０の先端方向（Ｘ軸値増加方向）を「前」といい、光ファイバ３０に対する光素子１０の方向、すなわち、Ｚ軸値増加方向を「上」という。
　後述するように、光伝送モジュール１は内視鏡９の挿入部９Ｂの先端硬性部９Ａに配設される（図１０参照）。内視鏡の低侵襲化のため光伝送モジュール１は細径で短小である。光伝送モジュール１は、撮像素子が出力する撮像信号を光信号に変換し、光信号は光ファイバ３０を介して導光される。
　光伝送モジュール１の光素子１０は、例えば、主面である発光面１０ＳＡに光信号の光を発光する発光部１１を有する、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザー）型の発光素子である。例えば、平面視寸法が２５０μｍ×３００μｍと超小型の光素子１０は、直径が２０μｍの発光部１１と、発光部１１に撮像素子（不図示）からの撮像信号（駆動信号）を入力するための接続端子である接合用バンプ１２と、を発光面１０ＳＡに有する。光素子１０は発光面１０ＳＡに垂直方向の光軸Ｏ１に沿って光を出射する。
　接合用バンプ１２は、高さが１０μｍから１００μｍで、例えば、金または半田等なる、スタッドバンプ、めっきバンプまたはボールバンプ等である。
　配線板２０は、第１の主面２０ＳＡと第１の主面２０ＳＡと対向している第２の主面２０ＳＢとを有する。配線板２０は、ポリイミド等を基体とする、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）である。
　配線板２０の第１の主面２０ＳＡには光素子１０の接合用バンプ１２と接合されている電極２１およびケーブル４０が接合されている電極２２が配設されている。光素子１０と配線板２０との間には、図示しないが、アンダーフィル材やサイドフィル材等が封止部材として注入されている。電極２１と電極２２とは、図示しない配線等を介して電気的に接続されている。また、第１の主面２０ＳＡには図示しない電極（不図示）を介してチップコンデンサまたは駆動ＩＣ等の電子部品１９が実装されている。
　配線板２０には光路となる貫通孔Ｈ２０が形成されている。貫通孔Ｈ２０と電極２１との相対位置は、光素子１０の発光部１１と接合用バンプ１２との相対位置と同じに設計されている。このため、配線板２０の電極２１に光素子１０の接合用バンプ１２が理想的に接合されると、光素子１０の発光部１１の直下に貫通孔Ｈ２０がある。
　光ファイバ３０は、外周面が配線板２０の第２の主面２０ＳＢに当接している状態で接着剤４５により配線板２０に接着されている。このため、光ファイバ３０の光軸Ｏ２は、配線板２０の第２の主面２０ＳＢ（第１の主面２０ＳＡ）と平行である。
　断面が円形の光ファイバ３０は、例えば、アライメントが容易なMMF（Multi Mode Fiber）であり、光を伝送するコア３１は直径５０μｍ、コア３１の外周を覆うクラッド３２は直径１２５μｍである。例えば、コア３１は屈折率１．５０～１．６０であり、クラッド３２よりも屈折率が０．０１以上大きい。
　光ファイバ３０には、光軸Ｏ２方向に対して傾斜している傾斜面３０Ｓのある切り欠きＣ３０が形成されている。
　後述するように、光伝送モジュール１では光ファイバ３０の傾斜面３０Ｓの角度および形成位置は、光素子１０と配線板２０との相対位置関係、すなわち、光素子１０の実装状態に基づいて設定されている。すなわち、切り欠きＣ３０は、光素子１０と光ファイバ３０とが、傾斜面３０Ｓを反射面として効率良く光結合するように形成されている。
　光素子１０の実装状態が理想的な状態、すなわち、光素子１０の発光面１０ＳＡと配線板２０の第１の主面とが平行で、かつ、光素子１０の発光部１１の直下に配線板２０の貫通孔Ｈ２０の中心が位置しているときの、実装角度θｊは０度で、実装位置（ｘｊ、ｙｊ）は貫通孔Ｈ２０の中心を原点とするＸＹ座標系において、（０、０）である。
　すなわち、実装状態が理想的な状態の場合、切り欠きＣ３０は傾斜角θｃ＝４５度であり、コア３１の中心（光軸Ｏ２）と公差する点で定義される切り欠きＣ３０の形成位置（ｘｃ、ｙｃ）が（０、０）である。
　これに対して、例えば、実装角度θｊが０度ではない場合には、切り欠きＣ３０の傾斜角θｃおよび形成位置（ｘｃ）は、光素子１０と光ファイバ３０とが、傾斜面３０Ｓを反射面として効率良く光結合するように設定される。
　なお、傾斜面３０Ｓに反射膜が配設されていたり、切り欠きＣ３０が樹脂等で充填されていたりしてもよい。例えば、スパッタ法により反射率の高い、金またはアルミニウム等からなる反射膜を配設することで、より効率良く、光を反射できる。
　また、光伝送モジュール１は、光ファイバ３０の端部を含めて全体が遮光樹脂で覆われていてもよい。遮光樹脂により、光素子１０からの漏光が防止されるとともに、傾斜面３０Ｓも遮光樹脂に覆われるため反射効率が改善する。
　光伝送モジュール１は光ファイバを固定したり位置決めしたりするためのフェルール（保持部材）を含んでいないため細径である。また、光素子１０の配線板２０への実装状態が製造誤差により変化しても、光素子１０と光ファイバ３０とは、傾斜面３０Ｓを反射面として効率良く光結合するように切り欠きＣ３０が形成されている。このため、光伝送モジュール１は製造が容易で伝送効率が高い。
　なお、光素子はフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子であってもよい。例えば、フォトダイオードからなる光素子は、主面である受光面に対して垂直方向から入射した光を電気信号に変換して出力する。例えば、平面視寸法が３５０μｍ×３００μｍと超小型の受光素子は、直径が５０μｍの受光部と、受光部と電気的に接続された受信電気信号を出力するための接続端子と、を受光面に有する。
　光素子が受光素子の光伝送モジュールであっても、光伝送モジュール１と同じように細径で、かつ、製造が容易であることは言うまでも無い。
　すなわち、実施形態の光伝送モジュールは、光信号を発光する発光部、または、光信号を受光する受光部を有する光素子と、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が実装されている配線板と、前記配線板の前記第２の主面に接着された、光軸方向に対して傾斜している傾斜面のある切り欠きの前記傾斜面を反射面として、前記光素子と光結合している光ファイバと、を具備し、前記切り欠きが、前記光素子の実装角度および実装位置に応じて設定された傾斜角および形成位置に形成されている。
＜光伝送モジュールの製造方法＞
　次に図３に示すフローチャートに沿って光伝送モジュールの製造方法を説明する。
＜ステップＳ１０＞
　　第１の主面２０ＳＡと第１の主面２０ＳＡと対向する第２の主面２０ＳＢとを有する配線板２０、および、光信号を発光する発光部１１を有する光素子１０が作製される。
　配線板２０は、ポリイミド等を基板とするＦＰＣであるが、基板は、樹脂基板、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。ただし、配線板２０は、小型化およびフレキシブル性の観点から、ＦＰＣ基板が好ましい。また、配線板２０には光路となる貫通孔Ｈ２０が形成される。なお、配線板の透光率が高い場合、例えば、ポリイミドを基体とするＦＰＣの場合には、貫通孔は形成されなくともよい。
　光素子１０は、公知の半導体製造技術により、ウエハ状態で多数個が一括製造され、個片化される。光素子１０の発光面１０ＳＡには、例えば、２個または４個の接合用バンプ１２が、発光部１１を中心とする回転対称位置に配設されている。
＜ステップＳ１１＞実装工程
　配線板２０の第１の主面２０ＳＡに光素子１０が実装される。すなわち、配線板２０の電極２１に光素子１０の接合用バンプ１２が接合される。接合は、超音波接合または、半田接合により行われる。
＜ステップＳ１２＞光ファイバ接着工程
　発光部１１の直下の配線板２０の第２の主面２０ＳＢに、光ファイバ３０が、例えば透明な紫外線硬化型樹脂からなる接着剤４５を介して接着される。すなわち、円柱状の光ファイバが配線板２０の第２の主面２０ＳＢに当接した状態で接着剤４５を介して接着される。このとき、発光部１１の直下に、光ファイバ３０のコア３１の中心、すなわち、光ファイバ３０の光軸Ｏ２が位置するように光ファイバ３０が位置決めされて接着される。
＜ステップＳ１３＞測定工程
　配線板２０に実装された光素子１０の実装角度θｊおよび実装位置（ｘｊ、ｙｊ）、言い替えれば光素子１０の発光した光信号の光軸Ｏ１の方向および位置が測定される。
　図４に示す様に、実装工程が理想的に行われると、光素子１０の発光面１０ＳＡは、配線板２０の第１の主面２０ＳＡ（第２の主面２０ＳＢ）と平行である（θｊ＝０）。かつ、光素子１０の発光部１１の中心の直下に、配線板２０の貫通孔Ｈ２０の中心が位置する（（ｘｊ、ｙｊ）＝（０、０））。
　このため、光ファイバ３０に、傾斜角度θｃが４５度で、形成位置（ｘｃ、ｙｃ）＝（０、０）の傾斜面３０Ｓのある切り欠きＣ３０を形成すると、光素子１０の光軸Ｏ１と光ファイバ３０の光軸Ｏ２とは効率良く光結合する。
　しかし、極めて小さな光素子１０を正確に配線板２０に実装することは容易ではない。例えば、図５に示す様に、参考例の光伝送モジュールでは、光素子１０の発光面１０ＳＡが、光ファイバ３０の光軸方向（Ｘ方向）に傾いて実装されることがある（実装角度θｊｘ≠０）。すると、光素子１０の光軸Ｏ１は、光ファイバ３０の光軸Ｏ２に対して直交しない。このため、傾斜角度θが４５度の傾斜面３０Ｓのある切り欠きＣ３０を形成すると、傾斜面３０Ｓで反射された光の光軸はＯＡ１となり、光ファイバ３０の光軸Ｏ２とは一致しない。すなわち、光素子１０と光ファイバ３０とは効率良く光結合できないため、参考例の光伝送モジュールでは伝送効率が低下する。
　同様に、光素子１０の発光面１０ＳＡが、光ファイバ３０の光軸直交方向（Ｙ方向）に傾いて実装されることがある（実装角度θｊｙ≠０）。
　なお、光ファイバ３０を配線板２０に接着するときに、発光部１１の直下に、光ファイバ３０のコア３１の中心、すなわち、光ファイバ３０の光軸Ｏ２が位置するように光ファイバ３０が接着されている。すなわち、光素子１０の光ファイバ３０の光軸Ｏ２に直交する方向（Ｙ方向）の位置決めは、光ファイバ３０を配線板２０に接着するときに行われている。すなわち、光素子１０の実装時にＹ方向のずれが生じていても、（ｙｊ＝０）となっている。
　実施形態の光伝送モジュールの製造方法では、配線板２０に実装された光素子１０の実装角度θｊおよび実装位置（ｘｊ、ｙｊ）を測定する測定工程を具備する。
　例えば、３次元計測装置により、直方体の光素子１０の発光面１０ＳＡと対向する裏面１０ＳＢの４つの角部の位置（ＸＹＺ座標）が計測される。これにより、光素子１０の実装角度（θｊｘ、θｊｙ）および実装位置（ｘｊ、ｙｊ）が算出される。そして実装角度（θｊｘ、θｊｙ）および実装位置（ｘｊ、ｙｊ）に応じて、形成する切り欠きＣ３０の形成位置（ｘｃ、ｙｃ）および傾斜面３０Ｓの傾斜角度θｃが決められる。
　以下、実装角度θｊｘ≠０、実装位置（ｘｊ、ｙｊ）＝（０、０）の場合を例に、説明する。図６Ａに示す様に、光素子１０の実装角度θｊｘから光素子１０の光軸Ｏ１と、光ファイバ３０の光軸Ｏ２との交点Ｘが決められる。次に図６Ｂに示す様に、光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とがなす角度を２等分する線Ｌ１が算出され、さらに線Ｌ１に直交する線Ｌ２が算出される。
　実装角度θｊｘ＝０、実装位置ｘｊ≠０、ｙｊ＝０の場合には、切り欠きＣ３０の傾斜角度θｃ＝４５度で形成位置ｘｃを設定するだけで光、素子１０と光ファイバ３０とは効率良く光結合できる。
　なお、実装角度θｊｙ≠０の場合、または、光ファイバ３０を配線板２０に接着するときに（ｙｊ≠０）の場合であっても、同様に、切り欠きＣ３０の形成位置（ｘｃ、ｙｃ）および傾斜面３０Ｓの傾斜角度θｃを選択することにより、光ファイバ３０と光素子１０とを、出来る限り効率良く光結合させることができる。
＜ステップＳ１４＞切り欠き形成工程
　図６Ｃに示す様に、線Ｌ２を含む面を傾斜面３０Ｓとする切り欠きＣ３０が形成される。例えば、エキシマレーザ装置を用いたレーザー加工法またはダイシングブレートを用いた機械加工法により、切り欠きＣ３０が形成される。
　切り欠きＣ３０は、光素子が理想的に実装された場合の破線で示した切り欠き（実装角度θxc0、実装位置ｘｃ0）とは、傾斜角度および形成位置が異なる。そして、線Ｌ２を含む面を反射面とする切り欠きＣ３０　（実装角度θxｃ、実装位置ｘｃ）により光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とは効率的に光結合する。
　なお、実装角度（θｊｘ、θｊｙ）および実装位置（ｘｊ、ｙｊ）に応じて、その都度、切り欠きの傾斜角度（θｃ）および形成位置（ｘｃ、ｘｙ）を算出しても良いが、予め、発生しやすい複数の実装状態の場合に、光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とを効率的に光結合するための切り欠きの傾斜角度および形成位置を算出し記憶しておいてもよい。
　以上の説明のように、本実施形態の製造方法によれば、伝送効率のよい光伝送モジュールを容易に製造できる。
　なお、図７に示す様に、光伝送モジュール１Ａでは、光素子１０の実装および光ファイバ３０の接着による応力によって、可撓性の配線板２０は下方向（光ファイバ方向）に湾曲変形することがある。
　ダイシングブレート５０を用いた機械加工法により切り欠きＣ３０を形成する場合に、配線板２０が変形していると、深い切り欠きＣ３０を形成することができない場合がある。すなわち、ダイシングブレート５０が配線板２０と接触してしまうおそれがある。
　しかし、切り欠きＣ３０は、光ファイバ３０を完全に切断する必要は無く、傾斜面に、少なくともコア３１が露出していればよい。このため、配線板２０が変形していても、切り欠きＣ３０を形成することは容易である。
　なお、配線板２０の変形が非常に大きい場合には、ダイシングブレートを用いた機械加工法では傾斜面にコア３１の全体が露出している切り欠きを形成できない場合もある。この場合には、図８に示す様に、光伝送モジュール１Ｂではレーザー加工法により切り欠きを形成することができる。レーザー加工法では、光ファイバ３０の下側（配線板と反対側）からレーザーを照射するため、配線板２０が大きく湾曲変形していても加工に影響を及ぼすことはない。
＜第２実施形態＞
　次に第２実施形態の変形例の光伝送モジュール１Ｃおよび光伝送モジュール１Ｃの製造方法について説明する。光伝送モジュール１Ｃ等は、光伝送モジュール１等と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図９に示すように、光伝送モジュール１Ｃでは、２本の光ファイバ３０Ａ、３０Ｂが配線板２０Ｂに接着されている。そして、２個の光素子１０Ａ、１０Ｂが配線板２０に実装されている。
　光素子１０Ａは発光素子であり、光素子１０Ｂは受光素子である。光伝送モジュール１Ｂは撮像信号を光信号に変換するとともに、撮像素子を駆動するために光伝送された例えばクロック光信号を電気光信号に変換する。または配線板２０Ｃは光透過性を有するため、光路とするための貫通孔は形成されていない。
　光伝送モジュール１Ｃでは、光素子１０Ａおよび光素子１０Ｂの実装状態（実装角度および実装位置）が、それぞれ測定され、それぞれの切欠きの傾斜角および形成位置が、光素子１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの実装角度および実装位置をもとに決定される。
　なお、光伝送モジュール１Ｃでは、光素子１０Ａおよび光素子１０Ｂの実装角度および実装位置が異なるため、切欠きＣ３０Ａ、Ｃ３０Ｂは傾斜角および形成位置が異なる。このため、切欠きＣ３０Ａ、Ｃ３０Ｂはレーザー加工法により形成することが好ましい。
　なお、複数の光素子を有する光伝送モジュール（光伝送モジュールの製造方法）であれば、複数の発光素子または複数の受光素子を有していても、光伝送モジュール１Ｃ（光伝送モジュール１Ｃの製造方法）と同様の構成により、光伝送モジュール１Ｃと同じ効果を有することは明らかである。
＜第３実施形態＞
　次に、第３の実施の形態の内視鏡９について説明する。
　図１０に示すように、内視鏡９は、光伝送モジュール１が硬性先端部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、を含む。なお、硬性先端部９Ａに配設された光伝送モジュール１から発信され、挿入部９Ｂを挿通する光ファイバ３０が導光した光信号は、例えば、操作部９Ｃに配設された光伝送モジュール１Ｘにより電気信号に変換される。
　内視鏡９は、細径の光伝送モジュール１を有するため硬性先端部９Ａが細径である。さらに、内視鏡９は、光伝送モジュール１を有するため製造が容易で伝送効率が良い。
　光伝送モジュール１Ａ～１Ｃ等を先端硬性部に具備する内視鏡が、内視鏡９と同じ効果を有することは言うまでもない。
　本発明は、上述した実施形態および変形例等に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせおよび応用が可能である。
１、１Ａ～１Ｃ・・・内視鏡用光伝送モジュール
９・・・内視鏡
９Ａ・・・硬性先端部
１０・・・光素子
２０・・・配線板
３０・・・光ファイバ
３９・・・接着剤
４０・・・ケーブル

Claims (6)

  1. 　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する配線板と、光信号を発光する発光部または光信号を受光する受光部を有する光素子と、を作製する工程と、
    　前記配線板の前記第１の主面に前記光素子を実装する実装工程と、
    　前記発光部または前記受光部の直下の、前記配線板の前記第２の主面に光ファイバを接着する光ファイバ接着工程と、
    　前記光ファイバに光軸方向に対して傾斜している傾斜面のある切り欠きを形成し、前記光素子と前記光ファイバとを前記傾斜面を反射面として光結合する切り欠き形成工程と、を具備する内視鏡用光伝送モジュールの製造方法であって、
    　前記切り欠き形成工程の前に、前記配線板に実装された前記光素子の実装角度および実装位置を測定する測定工程を更に具備し、
    　前記測定工程で測定された前記実装角度および前記実装位置をもとに、前記切り欠きの傾斜角および形成位置が設定されることを特徴とする内視鏡用光伝送モジュールの製造方法。
  2. 　前記光ファイバは複数本が前記配線板に接着され、かつ、前記光素子も、前記光ファイバの本数と同数が前記配線板に実装され、
    　前記測定工程において、複数の光素子のそれぞれの前記実装角度および前記実装位置が測定され、
    　前記切り欠き形成工程において、それぞれの切欠きの前記傾斜角および前記形成位置が、前記複数の光素子のそれぞれの前記実装角度および前記実装位置をもとに決定されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光伝送モジュールの製造方法。
  3. 　前記複数の光素子が、発光素子および受光素子であることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用光伝送モジュールの製造方法。
  4. 　前記切り欠きが、レーザー加工法により形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内視鏡用光伝送モジュールの製造方法。
  5. 　前記切り欠きが、機械加工法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光伝送モジュールの製造方法。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の製造方法により製造された前記内視鏡用光伝送モジュールを、挿入部の先端硬性部に具備することを特徴とする内視鏡。
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