WO2019038929A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2019038929A1
WO2019038929A1 PCT/JP2017/030634 JP2017030634W WO2019038929A1 WO 2019038929 A1 WO2019038929 A1 WO 2019038929A1 JP 2017030634 W JP2017030634 W JP 2017030634W WO 2019038929 A1 WO2019038929 A1 WO 2019038929A1
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WO
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main surface
optical
endoscope
optical module
space
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Application number
PCT/JP2017/030634
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋志 祝迫
悠輔 中川
Original Assignee
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
    • 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

  • a fiber holding portion having an insertion hole into which an optical fiber is inserted, a sealing portion joined to the fiber holding portion, and the fiber holding portion and the sealing portion are joined.
  • the present invention relates to an endoscope optical module including an optical element stored in a formed space, an endoscope including the endoscope optical module, and a method of manufacturing the endoscope optical module.
  • the endoscope has an imaging device including an imaging element such as a CCD at the tip of the elongated insertion portion.
  • an imaging element such as a CCD
  • an imaging apparatus using an imaging element with a large number of pixels the amount of signals transmitted from the imaging element to the signal processing apparatus increases, so instead of electrical signal transmission through metal wiring by electrical signals, an optical fiber by optical signals is used.
  • Optical signal transmission is preferred.
  • an E / O type optical module electrical-optical converter
  • O / E type optical module for converting an optical signal to an electric signal
  • the optical element be hermetically sealed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2005-292739 and 2012-160526 disclose an optical module in which an optical element is mounted on a light transmitting substrate and sealed by a substrate having a recess. .
  • Japanese Patent Application Publication No. 2015-524285 discloses a medical instrument in which an optical fiber is inserted into an insertion hole of silicon oxide on the bottom surface and an optical element is mounted on the opposite surface.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-353637 discloses an optical module in which an optical element is housed in an internally sized package which is stored without a gap, and the optical path is filled with a light transmitting resin.
  • An embodiment of the present invention is an optical module for endoscopes which has high reliability, small size and high productivity, an endoscope having the optical module for endoscopes, high reliability, small size and high productivity endoscope It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an optical module.
  • An endoscope optical module includes an optical element having a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • the opening of the insertion hole made of a material substantially transparent to light of the wavelength of the signal faces the fiber holding portion on the first main surface, the third main surface and the third main surface
  • the optical elements have been stored, further comprising a transparent resin filled in the space.
  • An endoscope includes an endoscope optical module, and the endoscope optical module is a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and the light emitting unit Or an optical element having an external terminal connected to the light receiving portion, and a first main surface and a second main surface facing the first main surface, and transmitting the optical signal
  • a fiber holding portion having an insertion hole into which a fiber is inserted, and the bottom surface of the insertion hole whose bottom is made of a material substantially transparent to light of the wavelength of the optical signal is on the first main surface
  • a fourth main surface facing the third main surface and the third main surface, and the third main surface is connected to the second main surface of the fiber holding portion via a joining member.
  • An upper concave portion of the fiber holding portion having an opening in the second main surface, and
  • the space being constituted by at least one of the lower recess of the main surface of the sealing portion is opened, the optical elements have been stored, further comprising a transparent resin filled in the space.
  • a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • An optical fiber having a first main surface and a second main surface facing the first main surface, the optical fiber transmitting the optical signal being inserted therein;
  • a sealing portion having a fourth main surface opposite to the main surface, and the third main surface being joined to the second main surface of the fiber holding portion via a joining member.
  • a highly reliable, compact, highly productive optical module for endoscopes an endoscope having the above optical module for endoscopes, a highly reliable, compact, highly productive inside It is possible to provide a method of manufacturing a light module for an endoscope.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 of the optical module according to the first embodiment. It is an exploded view of the optical module of 1st Embodiment. It is a flowchart of 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. 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. 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. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment.
  • optical module 1 The endoscope optical module 1 (hereinafter, referred to as "optical module 1") according to the first embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 3.
  • the drawings based on the respective embodiments are schematic, and it is noted that the relationship between the thickness and the width of each portion, the ratio of the thickness of each portion, and the like are different from the actual ones. There should be cases where parts of the drawings may differ in their dimensional relationships and proportions. In addition, illustration of some components and assignment of reference numerals may be omitted. Further, the arrangement direction of the optical fiber 10, that is, the direction in which the value of the Z axis increases in FIG. 1 and the like, that is, the arrangement direction of the optical fibers is referred to as the "up" direction.
  • the optical module 1 is an ultra-compact E / O module (electric-optical converter) that converts an electrical signal output from the imaging device of the endoscope 9 (see FIG. 15) into an optical signal and transmits the optical signal.
  • E / O module electric-optical converter
  • the optical module 1 includes an optical element 20, a fiber holding portion 30 having a ferrule function for holding the optical fiber 10, a sealing portion 40 joined to the fiber holding portion 30, and a space in which the optical element 20 is stored.
  • An annular joint member 48 for hermetically sealing S20 and a transparent resin 50 filled in the space S20 are provided as main components.
  • the optical fiber 10 for transmitting an optical signal includes a core having a diameter of, for example, 50 ⁇ m for transmitting the optical signal, and a cladding having a diameter of 125 ⁇ m covering the outer periphery of the core.
  • the optical element 20 is a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser) having a light emitting unit 21 that outputs an optical signal.
  • the ultra-compact optical device 20 having a size of 250 ⁇ m ⁇ 250 ⁇ m in plan view has a light emitting portion 21 with a diameter of 10 ⁇ m and two external terminals 22A and 22B connected with the light emitting portion 21 on the light emitting surface 20SA. Have.
  • each of the external terminals 22A and 22B is referred to as an external terminal 22.
  • the fiber holding portion 30 has a first main surface 30SA and a second main surface 30SB opposite to the first main surface 30SA.
  • the fiber holding portion 30 is a ferrule having an opening of the insertion hole H30 into which the optical fiber 10 is inserted into the first main surface 30SA, and at the same time, the optical element 20 is mounted on the second main surface 30SB It is also a wiring board having the wiring 33.
  • the fiber holding portion 30 is composed of a transparent portion 32 and a ferrule portion 31 made of silicon.
  • the bottom surface of the insertion hole H30 penetrating the ferrule portion 31 is constituted by the transparent portion 32. That is, the insertion hole H30 is a recess with a bottom.
  • the transparent portion 32 is disposed, for example, by adhesion or anodic bonding of a quartz glass plate or the like to the ferrule portion 31, oxidation treatment of the ferrule portion 31, or the CVD method.
  • the transparent portion 32 is translucent to light of the wavelength (700 to 1600 nm) of the light signal.
  • the fiber holder 30 having a size of 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m in a plan view and an ultra-small size of 500 ⁇ m comprises a ferrule 31 with a thickness of 470 ⁇ m and a transparent portion 32 with a thickness of 30 ⁇ m.
  • the sealing portion 40 has a third main surface 40SA and a fourth main surface 40SB opposite to the third main surface 40SA, and the third main surface 40SA is a bonding member 48 made of low melting point glass. It is joined to the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30 via the same.
  • the sealing portion 40 there is a lower concave portion H41 which constitutes a hermetically sealed space S20 in which the optical element 20 is stored.
  • the sealing unit 40 is a joint that joins the frame 41 forming the wall surface of the lower recess H41, the lid 42 forming the bottom of the lower recess H41, and the frame 41 and the lid 42. And a member 49.
  • the external terminal 22 is joined to the connection wiring 33 of the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30 so that the light emitting portion 21 faces the insertion hole H30 of the fiber holding portion 30 and the optical axis O coincides. It is done.
  • the space S ⁇ b> 20 is filled with a space around the optical element 20 with the transparent resin 50.
  • the transparent resin 50 filled between the light emitting portion 21 and the transparent portion 32 of the optical element 20 has a function of a refractive index matching material for preventing interface reflection of an optical signal.
  • the transparent resin 50 disposed on the four side surfaces around the light emitting portion 21 of the optical element 20 has a reinforcing effect of the transparent portion 32 and an effect of reducing the stress applied to the optical element 20.
  • the inner dimension of the frame portion 41 is set larger than the outer dimension of the optical element 20, there is a gap between the side surface of the optical element 20 and the wall surface of the lower recess H41. 50 is filled. For this reason, even if the thermal expansion coefficient of the optical element 20 and the thermal expansion coefficient of the lower recess H41 are different, the transparent resin 50 becomes a buffer material, and a large stress is generated on the side surface of the optical element 20 due to temperature change. It is not applied.
  • the transparent portion 32 has a thickness d, that is, an optical path length d of the optical signal in the transparent portion 32 as short as 30 ⁇ m, so as to transmit, for example, 95% or more of light of the wavelength of the optical signal.
  • the transparent portion 32 may be thinner and may be about 5 ⁇ m. Therefore, when the optical fiber 10 is inserted into the insertion hole H30 of the fiber holding portion 30, the thin transparent portion 32 may be broken. However, as described later, in the optical module 1, since the transparent portion 32 is reinforced by the transparent resin 50 before the optical fiber 10 is inserted, the transparent portion 32 is not damaged.
  • the space S20 in which the optical element 20 is stored is hermetically sealed in order to improve the reliability of the optical element 20.
  • the thermal expansion coefficient of the gas is larger than the thermal expansion coefficient of the surrounding solid constituting the space S20. For this reason, since the internal gas expands / contracts due to the temperature change of the surroundings, a stress is applied to the bonding portion between the external terminal 22 of the optical element 20 and the connection wiring 33, which may lower the bonding reliability. .
  • the space S20 is filled with the transparent resin 50, the amount of residual gas is small. For this reason, the junction reliability of the optical element 20 is not reduced.
  • the optical module in which the transparent resin 50 disposed so as to cover the light emitting portion 21 of the optical element 20 as a refractive index matching material is filled in the space S20 in which the optical element 20 is stored. 1 is highly reliable. Moreover, since the transparent part 32 is not damaged at the time of manufacture, the optical module 1 has high productivity.
  • the silicon wafer 31W and the transparent wafer 32W made of a transparent material are, for example, anodically bonded to produce a bonded wafer 30W.
  • the transparent wafer 32W is made of a material substantially transparent to the wavelength of light of the light signal.
  • the transparent wafer 32W is made of glass, polycarbonate resin or the like.
  • the transparent wafer 32W may be made of, for example, silicon which does not transmit visible light but transmits infrared light.
  • etching processing such as RIE is performed from the first main surface 30SA of the silicon wafer 31W through the etching mask, and the transparent wafer 32W becomes an etching stop layer and is inserted through the silicon wafer 31W.
  • Hole H30 is formed.
  • the insertion holes H30 may be formed not by dry etching but by wet etching.
  • the insertion hole H30 may have a prismatic shape as well as a cylindrical shape as long as the inner surface can hold the optical fiber 10.
  • the insertion hole H30 may have a tapered shape in which the diameter of the opening is larger than the diameter of the bottom surface.
  • the transparent wafer 32W is thin-layered to a predetermined thickness d.
  • the thickness d of the transparent wafer 32 W is the thickness of the transparent portion 32.
  • the thickness d is preferably 50 ⁇ m or less so as to sufficiently transmit light of the wavelength of the optical signal. If the thickness is, for example, 5 ⁇ m or more, the transparent wafer 32W is reinforced by the transparent resin 50 and there is no risk of breakage.
  • connection wiring 33 made of, for example, gold is disposed by sputtering on the second main surface 30SB of the transparent wafer 32W.
  • the frame portion 41 made of glass is attached to the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30 via the annular bonding member 48 made of low melting point glass. It is joined. That is, a glass frit is annularly disposed between the fiber holding portion 30 and the frame portion 41, and laser light is irradiated from the bottom surface of the frame portion 41 through the frame portion 41 made of a transparent material to locally heat the glass frit.
  • the bonding member 48 is manufactured by melting. Since the bonding member 48 is nonconductive, the two connection wires 33 do not short.
  • optical Element Mounting The optical element 20 is inserted in the frame portion 41, that is, in the space S20 in which the wall surface is formed by the lower recess H41, and the external terminal 22 is connected to the connection wiring 33 by ultrasonic bonding, for example. Bonded to
  • Step S14> Resin Injection The uncured and liquid transparent resin 50 is injected into the space around the optical element 20, and the curing process is performed.
  • various resins with high light transmittance and a predetermined refractive index such as silicone resin, acrylic resin, or epoxy resin, are used.
  • the transparent resin 50 completely covers the space S20 if it covers not only the space between the light emitting portion 21 and the transparent portion 32 of the optical element 20 but also at least a part of the transparent portion 32 and the side surface of the optical element 20 therearound. It does not have to be filled without gaps.
  • the transparent resin 50 may not cover part of the bottom surface of the optical element 20.
  • the transparent resin 50 fills 90% or more of the volume of the space S20, the amount of residual gas is small, and no stress is applied to the optical element 20 due to a change in temperature around it. Preferred.
  • Step S15> Lid Bonding The lid 42 is bonded to the bottom surface of the frame 41 via the annular bonding member 49, and the space S20 is hermetically sealed.
  • the bonding member 49 is made of solder, but when the lid 42 is made of a transparent material, it may be made of glass formed by laser heating of glass frit like the bonding member 48.
  • the optical fiber 10 is inserted into the insertion hole H30.
  • the optical fiber 10 is disposed such that its tip end surface abuts on the bottom surface of the insertion hole H30, and is fixed by an adhesive (not shown). At this time, the optical fiber 10 is in contact with the transparent portion 32 constituting the bottom surface of the insertion hole H30.
  • the thin transparent portion 32 does not have sufficient mechanical strength. However, the transparent portion 32 is reinforced by the transparent resin 50 on the bottom side (optical element side). For this reason, even if the optical fiber 10 contacts, the transparent part 32 will not be damaged. For this reason, the optical module 1 has high productivity.
  • the joining members 48 are joined to the individualized fiber holding portions 30 respectively.
  • the frame wafer and the lid wafer may be singulated after being bonded to the bonded wafer 30W. That is, the outer dimensions of the fiber holding portion 30 and the outer dimensions of the bonding member 49 are the same, and the side surface of the fiber holding portion 30, the side surface of the frame portion 41 and the side surface of the lid portion 42 are the same cutting surface It is also good.
  • optical modules 1A to 1D according to modifications of the first embodiment will be described. Since the optical modules 1A to 1D are similar to the optical module 1 and have the same effect, the components having the same functions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the space in which the optical element is stored is filled with the transparent resin 50.
  • the sealing portion 40A is an integral body having the lower recess H40 in the third main surface 40SA.
  • the sealing portion 40A in which the uncured transparent resin 50 is injected into the lower recess H40 is bonded to the second major surface 30SB of the fiber holding portion 30 on which the optical element 20 is mounted, via the bonding member 48.
  • the laser light is irradiated from the fourth main surface 40SB of the sealing portion 40A to the annularly arranged glass frit, and the lower concave portion H40 is sealed.
  • the transparent resin 50 be filled in advance between the light emitting portion 21 and the transparent portion 32 of the optical element 20 because bubbles do not easily remain in the light path.
  • the amount of the uncured transparent resin 50 filled in the lower recess H40 (the space 20A) is set by dividing the volume of the lower recess H40 by the volume of the optical element 20.
  • the optical module 1A is easier to manufacture than the optical module 1 because the sealing portion 40A is an integral body.
  • the sealing portion 40B has a through wiring 47 penetrating the third main surface 40SA and the fourth main surface.
  • the connection wiring 33 on which the optical element 20 is mounted is electrically connected to the electrode 47B of the fourth main surface 40SB via the through wiring 47.
  • the bonding member 48B for bonding the fiber holding portion 30 and the sealing portion 40B does not have to be an insulating material, and solder is used.
  • the sealing part 40B may be comprised with non-transparent material.
  • the space S20C in which the optical element 20 is stored is an upper recess H30C having an opening in the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30C. It is composed of
  • the fiber holder 30C is made of a material substantially transparent to the light of the wavelength of the optical signal.
  • the distance (length) d between the bottom surface of the insertion hole H30 and the upper surface of the upper recess H30D, which corresponds to the transparent portion forming the optical path, is set as thin as 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the optical element 20 is mounted on the upper surface of the upper recess H30C of the fiber holding portion 30C, and the connection wiring 33 to which the external terminal 22 of the optical element 20 is joined is a second main via the wall surface of the upper recess H30C. It extends to the surface 30SB.
  • the space S20C is sealed.
  • the bonding member 48 made of low melting glass is melted, for example, by laser heating to hermetically seal the space S20C.
  • the optical module 1C can easily inject the liquid transparent resin 50 into the upper recess H30C. That is, it is possible not only to prevent the presence of air bubbles in the optical path between the light emitting portion 21 and the transparent portion 32 of the optical element 20, but also to inject the transparent resin 50 excessively to reach the junction with the sealing portion 40C. There is no risk of the resin 50 being disposed.
  • the space S20D in which the optical element 20 is stored is the upper recess H30D of the fiber holding portion 30D having an opening in the second main surface 30SB.
  • the lower concave portion H40D (S40D) of the sealing portion 40D having an opening in (S30D) and the third main surface 40SA is configured.
  • the upper part (a part) of the optical element 20 is stored in the upper recess H30D (space S30D), and the lower part (a part) is stored in the lower recess H4DC (space S40D).
  • the optical module 1D when the optical element 20 is disposed in the upper recess H30D, a part thereof protrudes from the upper recess H30D. For this reason, it is easy to arrange in the predetermined position, fixing the side of optical element 20 with a jig. In addition, it is easy to inject an appropriate amount of the transparent resin 50 into the upper recess H30D and to prevent the air bubbles from remaining in the optical path.
  • the lower recess H40D When the volume of the lower recess H40D (the space S40D) is less than 10% of the volume of the space S20D, the lower recess H40D may not be filled with the transparent resin 50.
  • the space in which the optical element 20 is stored may be configured by at least one of the upper concave portion of the fiber holding portion and the lower concave portion of the sealing portion.
  • the space in which the light element 20 is stored may be at least partially constituted by the lower recess.
  • the sealing portion may include the frame portion and the lid portion, or may be an integral body.
  • optical module 1E of the second embodiment and an optical module 1F of a modified example of the second embodiment will be described. Since the optical modules 1E and 1F are similar to the optical modules 1 and 1A to 1D and have the same effect, the components having the same functions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the sealing part 40E of the optical module 1E of the second embodiment includes a frame part 41 and a lid part 42E.
  • a space S20E in which the light element 20E is stored is configured by the lower concave portion H41 of the frame portion 41.
  • the lid 42E is a ceramic wiring board having connection wirings 33E1 and 33E2 and a through wiring 47E.
  • the light element 20E has an external terminal 22A of the light emitting surface 20SA and an external terminal 22B of the back surface 20SB facing the light emitting surface 20SA.
  • the external terminal 22A is electrically connected to the connection wiring 33E1 of the lid 42E via the bonding wire 29.
  • the external terminal 22B is directly joined to the connection wiring 33E2 of the lid 42E.
  • the optical element 20E is disposed not in the fiber holding portion 30 but in the sealing portion 40E, and is electrically connected to the connection wiring 33E of the sealing portion 40E.
  • the optical element 20E is disposed on the lid 42E of the sealing unit 40E, and the external terminal 22B is joined to the connection wiring 33E2. Further, the external terminal 22A and the connection wiring 33E1 are connected using a wire bonding apparatus.
  • the fiber holding portion 30 and the frame portion 41 are joined via the joining member 48E made of, for example, solder, and the liquid transparent resin 50 is injected into the space S20E of the frame portion 41. Then, the frame portion 41 and the lid portion 42E are joined via a joining member 49 made of solder. After reinforcement by curing of the transparent resin 50, the optical fiber 10 is inserted and fixed in the insertion hole H30.
  • the joining member 48E made of, for example, solder
  • the liquid transparent resin 50 is injected into the space S20E of the frame portion 41.
  • the frame portion 41 and the lid portion 42E are joined via a joining member 49 made of solder.
  • the optical fiber 10 is inserted and fixed in the insertion hole H30.
  • a hybrid lens 28 made of resin is disposed on the second main surface 30SB facing the light emitting portion 21 of the fiber holding portion 30.
  • the external terminal 22A of the light emitting surface 20SA is joined to the connection wiring 33 of the fiber holding portion 30F.
  • the external terminal 22B of the other back surface 20SB is electrically connected to the connection wiring 33 of the fiber holding portion 30F via the bonding wire 29.
  • the optical element 20F is disposed in the fiber holding unit 30F, and the external terminal 22B and the connection wiring 33 are connected using a wire bonding apparatus. Then, the liquid transparent resin 50 is injected into the space S20F of the sealing portion 40F in which the frame portion 41 and the lid portion 42 are joined via the joining member 49F made of solder. Then, the ring-shaped bonding member 48 made of low melting glass is melted by laser irradiation from the first main surface 30SA side, thereby bonding the fiber holding portion 30F and the sealing portion 40F. Then, the optical fiber 10 is inserted into the insertion hole H30 and fixed.
  • the fiber holding portion 30F at the same time as forming the insertion hole H30, the outer peripheral portion of the ferrule portion 31F is also etched. For this reason, the fiber holding part 30F and the sealing part 40E are joined by the joining member 48 which consists of low melting glass by irradiating with a laser via the 1st main surface 30SA side, ie, the transparent part 32.
  • one of the two external terminals 22 of the optical element is bonded via the bonding wire 29, but for example, a plurality of external terminals are all arranged on the same surface of the optical element In this case, all of the plurality of external terminals 22 may be bonded via the bonding wires 29 respectively.
  • the endoscope 9 has the optical modules 1 (1A to 1F) at the distal end portion 9A of the insertion portion 9B.
  • the endoscope 9 includes an insertion unit 9B in which an imaging unit having an imaging element with a large number of pixels is disposed at a distal end 9A, an operation unit 9C disposed on the base end side of the insertion unit 9B, and an operation unit 9C. And a universal cord 9D extending from the
  • the electric signal output from the imaging unit is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1 (1A to 1F), and the optical element disposed in the operation unit 9C via the optical fiber 10 is PD O It is converted again into an electric signal by the / E type optical module 1X, and is transmitted through the metal wiring. That is, a signal is transmitted through the optical fiber 10 in the small diameter insertion portion 9B.
  • the electric signal output from the imaging unit is transmitted as an electric signal through the metal wiring in the insertion unit 9B, and light is transmitted by the E / O type optical module 1 (1A to 1F) disposed in the operation unit 9C. Even if it is converted into a signal and converted into an electric signal by the O / E type optical module 1X in which the optical element disposed in the main body (not shown) is converted into an electric signal through the universal cord 9D via the optical fiber Good.
  • the electrical signal output from the imaging unit is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1 (1A to 1F), and the insertion unit 9B, the operation unit 9C, and the universal code 9D via the optical fiber 10
  • the optical element disposed in the main body may be converted into an electrical signal by the O / E type optical module 1X, which is a PD.
  • the optical modules 1 (1A to 1F) are small and highly productive.
  • the optical element 20 is sealed in the space S20, the space S20 is filled with a transparent resin, so the reliability is high. Therefore, the endoscope 9 is high in reliability, small in size, and high in productivity.
  • the optical module 1X is disposed in the operation unit 9C, which has a relatively large arrangement space, but preferably has the same configuration as the optical module 1 of the present invention.
  • the endoscope 9 is a soft mirror, but may be a rigid mirror.
  • the control signal to the imaging unit is converted into an optical signal by the optical module 1 (1A to 1F) disposed in the operation unit 9C, and the optical signal is converted into an electrical signal by the optical module 1X disposed at the distal end 9A. May be converted to
  • the optical module 1 or the like is a light emitting element having a light emitting unit 21 from which the optical element 20 outputs an optical signal.
  • the optical element of the optical module is a light receiving element such as a photodiode having a light receiving portion to which an optical signal is input, for example, it can be said that the same effect as the optical module 1 etc. There is also no.
  • the optical element of the optical module of the present invention may have a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which an optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • optical module for endoscope 9 endoscope 10: optical fiber 20: optical element S20: space 21: light emitter 22: light emitter 22 External terminal 28 Hybrid lens 29 Bonding wire 30 Fiber holding portion 30SA First main surface 30SB Second main surface 31 Ferrule portion 31W Silicon Wafer 32: transparent portion 32W: transparent wafer 33: connection wiring 40: sealing portion 40SA: third main surface 40SB: fourth main surface 41: frame portion 42 ... Lid portion 48 ... Bonding member 49 ... Bonding member 50 ... Transparent resin

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Abstract

内視鏡用光モジュール１は、光素子２０と、光ファイバ１０が挿入されるファイバ保持部３０と、ファイバ保持部３０と接合されている封止部４０と、を具備し、ファイバ保持部３０の上凹部および封止部４０の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間Ｓ２０に、光素子２０が格納されており、空間Ｓ２０に充填されている透明樹脂５０を更に具備する。

Description

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
　本発明は、光ファイバが挿入されている挿入孔があるファイバ保持部と、前記ファイバ保持部と接合されている封止部と、前記ファイバ保持部と前記封止部とが接合されることで形成された空間に格納された光素子と、を具備する内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡、および、前記内視鏡用光モジュールの製造方法に関する。
　内視鏡は、細長い挿入部の先端部にＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像装置を有する。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撮像装置では、撮像素子から信号処理装置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信号による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。
　内視鏡の細径化のためには、光モジュールの小型化が重要である。また、光モジュールの信頼性向上のため、光素子は気密封止されていることが好ましい。
　日本国特開２００５－２９２７３９号公報および特開２０１２－１６０５２６号公報には、光素子が、透光性を有する基板に実装され、凹部のある基板で封止された光モジュールが開示されている。
　日本国特表２０１５－５２４２８５号公報には、底面が酸化シリコンの挿入孔に光ファイバを挿入し、対向面に光素子を実装した医療器具が開示されている。
　日本国特開２００５－３５３６３７号公報には、光素子を隙間無く格納される内寸のパッケージに格納し、光透過性を有する樹脂で光路を充填した光モジュールが開示されている。
特開２００５－２９２７３９号公報 特開２０１２－１６０５２６号公報 特表２０１５－５２４２８５号公報 特開２００５－３５３６３７号公報
　本発明の実施形態は、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
　実施形態の内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、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、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第２の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第３の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備する。
　別の実施形態の内視鏡は内視鏡用光モジュールを具備し、前記内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、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、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第２の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第３の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備する。
　別の実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法は、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、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、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記第２の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第３の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、前記空間に透明樹脂を注入する補強工程の後に、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入する挿入工程、を具備する
　本発明の実施形態によれば、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。
第１実施形態の光モジュールの斜視図である。 第１実施形態の光モジュールの図１のＩＩ－ＩＩ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分解図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法のフローチャートである。 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実施形態の変形例１の光モジュールの断面図である。 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１実施形態の変形例３の光モジュールの断面図である。 第１実施形態の変形例４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断面図である。 第２実施形態の変形例１の光モジュールの断面図である。 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から図３を用いて、第１実施形態の内視鏡用光モジュール１（以下、「光モジュール１」という）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、符号の付与は省略する場合がある。また、光ファイバ１０の配設方向、すなわち、図１等においてＺ軸の値が増加する方向、すなわち、光ファイバ配置方向、を「上」方向という。
　光モジュール１は、内視鏡９（図１５参照）の撮像素子が出力する電気信号を光信号に変換し光信号を伝送する超小型のＥ／Ｏモジュール（電気－光変換器）である。
　光モジュール１は、光素子２０と、光ファイバ１０を保持するフェルール機能を有するファイバ保持部３０と、ファイバ保持部３０と接合されている封止部４０と、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０を気密封止している環状の接合部材４８と、空間Ｓ２０に充填されている透明樹脂５０と、を主要構成要素として具備する。
　光信号を伝送する光ファイバ１０は、光信号を伝送する直径が例えば５０μｍのコアと、コアの外周を覆う直径が１２５μｍのクラッドとからなる。
　光素子２０は、光信号を出力する発光部２１を有するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）である。平面視寸法が２５０μｍ×２５０μｍと超小型の光素子２０は、光出射面２０ＳＡに、直径が１０μｍの発光部２１と、発光部２１と接続された直径が７０μｍの２つの外部端子２２Ａ、２２Ｂとを有する。
　なお、以下、同じ機能の複数の構成要素のそれぞれを言うときは、符号の末尾のアルファベット１文字を省略する。例えば、外部端子２２Ａ、２２Ｂのそれぞれを、外部端子２２という。
　ファイバ保持部３０は、第１の主面３０ＳＡと第１の主面３０ＳＡと対向する第２の主面３０ＳＢとを有する。ファイバ保持部３０は、第１の主面３０ＳＡに光ファイバ１０が挿入される、挿入孔Ｈ３０の開口を有するフェルールであると同時に、第２の主面３０ＳＢに光素子２０が実装されている接続配線３３を有する配線板でもある。
　ファイバ保持部３０は、透明部３２とシリコンからなるフェルール部３１とからなる。フェルール部３１を貫通している挿入孔Ｈ３０の底面が、透明部３２により構成されている。すなわち、挿入孔Ｈ３０は有底の凹部である。透明部３２は、例えばフェルール部３１への石英ガラス板等の接着もしくは陽極接合、フェルール部３１の酸化処理、または、ＣＶＤ法により配設される。透明部３２は、光信号の波長（７００～１６００ｎｍ）の光に対して透光性を有している。
　例えば、平面視寸法が１０００μｍ×１０００μｍと超小型で厚さが５００μｍのファイバ保持部３０は、厚さが４７０μｍのフェルール部３１と厚さが３０μｍの透明部３２とからなる。
　封止部４０は、第３の主面４０ＳＡと第３の主面４０ＳＡと対向する第４の主面４０ＳＢとを有し、第３の主面４０ＳＡが、低融点ガラスからなる接合部材４８を介してファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢと接合されている。
　封止部４０には、光素子２０が格納されている気密封止された空間Ｓ２０を構成している下凹部Ｈ４１がある。封止部４０は、下凹部Ｈ４１の壁面を構成している枠部４１と、下凹部Ｈ４１の底面を構成している蓋部４２と、枠部４１と蓋部４２とを接合している接合部材４９と、を含む。
　光素子２０は、発光部２１がファイバ保持部３０の挿入孔Ｈ３０と対向し光軸Ｏが一致するように、外部端子２２がファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢの接続配線３３と接合されている。
　そして、空間Ｓ２０は、透明樹脂５０により光素子２０の周囲の空間が充填されている。光素子２０の発光部２１と透明部３２との間に充填されている透明樹脂５０は、光信号の界面反射を防止する屈折率整合材の機能を有する。一方、光素子２０の発光部２１の周囲、４側面に配設されている透明樹脂５０は、透明部３２の補強効果および光素子２０に印加される応力を低減する効果を有する。
　すなわち、枠部４１の内寸は、光素子２０の外寸よりも大きく設定されているため、光素子２０の側面と下凹部Ｈ４１の壁面との間には隙間があり、その隙間を透明樹脂５０が充填している。このため、光素子２０の熱膨張係数と、下凹部Ｈ４１の熱膨張係数とが、異なっていても、透明樹脂５０が緩衝材となることで温度変化により、光素子２０の側面に大きな応力が印加されることはない。
　透明部３２は、光信号の波長の光を、例えば、９５％以上透過するように、その厚さｄ、すなわち、透明部３２における光信号の光路長ｄは３０μｍと短い。なお、透明部３２は、さらに薄く、５μm程度でもよい。このため、ファイバ保持部３０の挿入孔Ｈ３０に光ファイバ１０を挿入するときに、薄い透明部３２が破損するおそれがあった。しかし、後述するように、光モジュール１では、光ファイバ１０を挿入する前に、透明部３２は透明樹脂５０により補強されているため、破損することはない。
　また、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０は、光素子２０の信頼性向上のため、気密封止されている。空間Ｓ２０に気体が残存していると、気体の熱膨張係数は、空間Ｓ２０を構成している周囲の固体の熱膨張係数よりも大きい。このため、周囲の温度変化により、内部の気体が膨張／収縮するため、光素子２０の外部端子２２と接続配線３３との接合部に応力が印加され、接合信頼性が低下するおそれがあった。
　しかし、空間Ｓ２０には、透明樹脂５０が充填されているため、残存する気体が少ない。このため、光素子２０の接合信頼性が低下することはない。
　以上の説明のように、屈折率整合材として光素子２０の発光部２１を覆うように配設されている透明樹脂５０が、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０に充填されている光モジュール１は信頼性が高い。また製造時に透明部３２が破損することがないため、光モジュール１は生産性が高い。
＜内視鏡用光モジュールの製造方法＞
　次に、図４のフローチャートに沿って光モジュール１の製造方法を説明する。
＜ステップＳ１１＞　ファイバ保持部作製
　図５に示すように、シリコンウエハ３１Ｗと、透明材料から構成されている透明ウエハ３２Ｗとが、例えば、陽極接合され接合ウエハ３０Ｗが作製される。透明ウエハ３２Ｗは、光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料から構成されている。例えば、光信号の波長が可視光域の場合には、透明ウエハ３２Ｗは、ガラスまたはポリカーボネート樹脂等からなる。光信号の光が赤外光の場合には、透明ウエハ３２Ｗは、例えば、可視光を透過しないが赤外光を透過するシリコンで構成されていてもよい。
　図６に示すように、シリコンウエハ３１Ｗの第１の主面３０ＳＡから、エッチングマスクを介してＲＩＥ等のドライエッチング処理が行われ、透明ウエハ３２Ｗがエッチングストップ層となり、シリコンウエハ３１Ｗを貫通する挿入孔Ｈ３０が形成される。挿入孔Ｈ３０は、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングで形成してもよい。挿入孔Ｈ３０は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ１０を保持できれば、角柱状であってもよい。また挿入孔Ｈ３０は、開口の径が底面の径より大きいテーパー形状であってもよい。
　さらに、透明ウエハ３２Ｗが所定の厚さｄまで、薄層加工される。透明ウエハ３２Ｗの厚さｄが、透明部３２の厚さとなる。光信号の波長の光を十分に透過するように、厚さｄは、５０μｍ以下であることが好ましい。なお、透明ウエハ３２Ｗは、厚さが、例えば５μｍ以上であれば、透明樹脂５０で補強されているため破損するおそれがない。
　透明ウエハ３２Ｗの第２の主面３０ＳＢに、例えば、金からなる接続配線３３がスパッタ法により配設される。
　接合ウエハ３０Ｗを切断することにより、複数のファイバ保持部３０が作製される。
＜ステップＳ１２＞枠部接合
　図７に示すように、例えば、ガラスからなる枠部４１が、低融点ガラスからなる環状の接合部材４８を介して、ファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢに接合される。すなわち、ファイバ保持部３０と枠部４１との間にガラスフリットを環状に配設し、枠部４１の底面から透明材料からなる枠部４１を介して、レーザ光を照射しガラスフリットを局部加熱し溶融することで、接合部材４８は作製される。接合部材４８は非導電性であるため、２本の接続配線３３が短絡することはない。
＜ステップＳ１３＞光素子実装
　枠部４１の中、すなわち、下凹部Ｈ４１により壁面が構成されている空間Ｓ２０に、光素子２０が挿入され、例えば、超音波接合により、外部端子２２が接続配線３３に接合される。
＜ステップＳ１４＞樹脂注入
　光素子２０の周囲の空間に、未硬化で液状の透明樹脂５０が注入され、硬化処理が行われる。透明樹脂５０には、光透過性の高い所定の屈折率の各種の樹脂、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等を用いる。
　透明樹脂５０は、光素子２０の発光部２１と透明部３２との間だけでなく、その周囲の透明部３２および光素子２０の側面の一部までを少なくとも覆っていれば、空間Ｓ２０を完全に隙間無く充填している必要はない。例えば、透明樹脂５０は、光素子２０の底面の一部を覆っていなくともよい。ただし、透明樹脂５０は、空間Ｓ２０の体積の９０％以上を充填していることが、残留する気体の量が少なく、周囲の温度変化により、光素子２０に応力が印加されることはないために、好ましい。
＜ステップＳ１５＞　蓋部接合
　枠部４１の底面に蓋部４２が環状の接合部材４９を介して接合され、空間Ｓ２０が気密封止される。なお、接合部材４９は半田からなるが、蓋部４２が透明材料からなる場合には、接合部材４８と同じようにガラスフリットのレーザ加熱により形成されるガラスから構成されていてもよい。
＜ステップＳ１６＞　光ファイバ挿入
　図８に示すように、挿入孔Ｈ３０に光ファイバ１０が挿入される。光ファイバ１０は、その先端面が挿入孔Ｈ３０の底面と当接するように配置され、接着剤（不図示）により固定される。このとき、光ファイバ１０は、挿入孔Ｈ３０の底面を構成している透明部３２と接触する。
　薄い透明部３２は機械的強度が十分ではない。しかし、透明部３２は底面側（光素子側）が透明樹脂５０で補強されている。このため、光ファイバ１０が接触しても透明部３２が破損することはない。このため、光モジュール１は生産性が高い。
　なお、上記製造方法では、個片化されたファイバ保持部３０に、それぞれ接合部材４８が接合された。しかし、接合ウエハ３０Ｗに、枠部ウエハ、蓋部ウエハを接合後に、個片化してもよい。すなわち、ファイバ保持部３０の外寸と接合部材４９の外寸とが同じで、ファイバ保持部３０の側面と、枠部４１の側面および蓋部４２の側面と、が同一の切断面であってもよい。
＜第１実施形態の変形例＞
　次に、第１実施形態の変形例の光モジュール１Ａ～１Ｄについて説明する。光モジュール１Ａ～１Ｄは、光モジュール１と類似し同じ効果を有するため、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。
　すなわち、光モジュール１Ａ～１Ｄは、いずれも、光素子が格納されている空間に透明樹脂５０が充填されている。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図９に示すように第１実施形態の変形例１の光モジュール１Ａでは、封止部４０Ａは第３の主面４０ＳＡに下凹部Ｈ４０のある一体物からなる。光素子２０が実装されたファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢに、下凹部Ｈ４０に未硬化の透明樹脂５０が注入された封止部４０Ａが、接合部材４８を介して接合される。
　すなわち、環状にパターニング配設されたガラスフリットに対して、封止部４０Ａは第４の主面４０ＳＢからレーザ光が照射され、下凹部Ｈ４０が封止される。
　なお、予め光素子２０の発光部２１と透明部３２との間には、透明樹脂５０が充填されていることが光路に気泡が残存しにくいため好ましい。下凹部Ｈ４０（空間２０Ａ）に充填される未硬化の透明樹脂５０の量は、下凹部Ｈ４０の体積から、光素子２０の体積を除算して設定される。
　光モジュール１Ａは、封止部４０Ａが一体物であるため、光モジュール１よりも製造が容易である。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図１０に示すように第１実施形態の変形例２の光モジュール１Ｂでは、封止部４０Ｂは第３の主面４０ＳＡと第４の主面とを貫通する貫通配線４７を有する。光素子２０が実装されている接続配線３３は、貫通配線４７を介して第４の主面４０ＳＢの電極４７Ｂと電気的に接続されている。
　光モジュール１Ｂでは、ファイバ保持部３０と封止部４０Ｂとを接合している接合部材４８Ｂは絶縁材料である必要はなく、半田を用いる。なお、封止部４０Ｂは非透明材料により構成されていてもよい。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図１１に示すように第１実施形態の変形例３の光モジュール１Ｃでは、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０Ｃは、ファイバ保持部３０Ｃの第２の主面３０ＳＢに開口のある上凹部Ｈ３０Ｃにより構成されている。
　ファイバ保持部３０Ｃは、光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなる。そして、光路を構成している透明部に相当する、挿入孔Ｈ３０の底面と上凹部Ｈ３０Ｄの上面との間の距離（長さ）ｄが、５μｍ以上５０μｍ以下と薄く設定されている。
　光素子２０は、ファイバ保持部３０Ｃの上凹部Ｈ３０Ｃの上面に実装されており、光素子２０の外部端子２２が接合されている接続配線３３は上凹部Ｈ３０Ｃの壁面を介して、第２の主面３０ＳＢまで延設されている。
　接合部材４８を介してファイバ保持部３０Ｃに、セラミック基板等からなる封止部４０Ｃが接合されると、空間Ｓ２０Ｃは密封される。低融点ガラスからなる接合部材４８は、例えば、レーザ加熱により溶融し、空間Ｓ２０Ｃを気密封止する。
　光モジュール１Ｃは、上凹部Ｈ３０Ｃに液体の透明樹脂５０を、注入することが容易である。すなわち、光素子２０の発光部２１と透明部３２との間の光路に気泡が存在することを防止できるだけでなく、透明樹脂５０を過剰に注入し、封止部４０Ｃとの接合部にまで透明樹脂５０が配設されてしまうおそれがない。
＜第１実施形態の変形例４＞
　図１２に示すように第１実施形態の変形例４の光モジュール１Ｄでは、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０Ｄは、第２の主面３０ＳＢに開口があるファイバ保持部３０Ｄの上凹部Ｈ３０Ｄ（Ｓ３０Ｄ）および第３の主面４０ＳＡに開口がある封止部４０Ｄの下凹部Ｈ４０Ｄ（Ｓ４０Ｄ）により構成されている。
　すなわち、光素子２０は、上部（一部）が上凹部Ｈ３０Ｄ（空間Ｓ３０Ｄ）に格納され、下部（一部）が下凹部Ｈ４ＤＣ（空間Ｓ４０Ｄ）に格納されている。
　光モジュール１Ｄの製造方法では、光素子２０を上凹部Ｈ３０Ｄに配設するときに、一部が上凹部Ｈ３０Ｄから突出する。このため、光素子２０の側面を治具で固定しながら所定位置に配設することが容易である。また、上凹部Ｈ３０Ｄへの透明樹脂５０の適量注入および光路への気泡の残留防止が容易である。
　なお、下凹部Ｈ４０Ｄ（空間Ｓ４０Ｄ）の体積が、空間Ｓ２０Ｄの体積の１０％未満の場合には、下凹部Ｈ４０Ｄには透明樹脂５０が充填されていなくともよい。
　以上の説明のように、光素子２０が格納されている空間は、ファイバ保持部の上凹部および封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されていればよい。言い替えれば、光素子２０が格納されている空間は、少なくとも一部が、下凹部により構成されていればよい。また、封止部は、枠部と蓋部とを含んでいてもよいし、一体物でもよい。
＜第２実施形態および変形例＞
　次に、第２実施形態の光モジュール１Ｅ、および第２実施形態の変形例の光モジュール１Ｆについて説明する。光モジュール１Ｅ、１Ｆは、光モジュール１、１Ａ～１Ｄと類似し同じ効果を有するため、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２実施形態＞
　図１３に示すように、第２実施形態の光モジュール１Ｅの封止部４０Ｅは、枠部４１と蓋部４２Ｅとを含む。枠部４１の下凹部Ｈ４１により光素子２０Ｅが格納されている空間Ｓ２０Ｅが構成されている。蓋部４２Ｅは、接続配線３３Ｅ１、３３Ｅ２、および貫通配線４７Ｅを有するセラミック配線板である。光素子２０Ｅは発光面２０ＳＡの外部端子２２Ａと、発光面２０ＳＡと対向する裏面２０ＳＢの外部端子２２Ｂと、を有する。
　外部端子２２Ａは、蓋部４２Ｅの接続配線３３Ｅ１と、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続されている。外部端子２２Ｂは蓋部４２Ｅの接続配線３３Ｅ２と直接接合されている。
　すなわち、光素子２０Ｅは、ファイバ保持部３０ではなく、封止部４０Ｅに配設され封止部４０Ｅの接続配線３３Ｅと電気的に接続されている。
　光モジュール１Ｅの製造方法では、光素子２０Ｅは、封止部４０Ｅの蓋部４２Ｅに配設され、外部端子２２Ｂが接続配線３３Ｅ２と接合される。また、ワイヤボンディング装置を用いて、外部端子２２Ａと接続配線３３Ｅ１とが接続される。
　そしてファイバ保持部３０と枠部４１とが、例えば半田からなる接合部材４８Ｅを介して接合され、液状の透明樹脂５０が枠部４１の空間Ｓ２０Ｅに注入される。そして、枠部４１と蓋部４２Ｅとが、半田からなる接合部材４９を介して接合される。透明樹脂５０の硬化処理による補強後に、光ファイバ１０が挿入孔Ｈ３０に挿入され固定される。
　なお、光モジュール１Ｅでは、ファイバ保持部３０の発光部２１と対向している第２の主面３０ＳＢには、樹脂からなるハイブリッドレンズ２８が配設されている。
＜第２実施形態の変形例＞
　図１４に示すように、第２実施形態の変形例の光モジュール１Ｆの光素子２０Ｆは、発光面２０ＳＡの外部端子２２Ａが、ファイバ保持部３０Ｆの接続配線３３と接合されている。もう１つの裏面２０ＳＢの外部端子２２Ｂはファイバ保持部３０Ｆの接続配線３３と、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続されている。
　すなわち、光モジュール１Ｆの製造方法では、光素子２０Ｆがファイバ保持部３０Ｆに配設され、ワイヤボンディング装置を用いて、外部端子２２Ｂと接続配線３３とが接続される。そして、枠部４１と蓋部４２とが半田からなる接合部材４９Ｆを介して接合された封止部４０Ｆの空間Ｓ２０Ｆに液状の透明樹脂５０が注入される。そして、第１の主面３０ＳＡ側からのレーザ照射により低融点ガラスからなる環状の接合部材４８が溶融することで、ファイバ保持部３０Ｆと封止部４０Ｆとが接合される。そして、光ファイバ１０が挿入孔Ｈ３０に挿入され固定される。
　ファイバ保持部３０Ｆでは、フェルール部３１Ｆが、挿入孔Ｈ３０を形成するときに同時に、外周部もエッチングされている。このため、第１の主面３０ＳＡ側、すなわち、透明部３２を介してレーザ照射することで、低融点ガラスからなる接合部材４８により、ファイバ保持部３０Ｆと封止部４０Ｅとが接合される。
　なお、光モジュール１Ｅ、１Ｆは、光素子の２つの外部端子２２の一方が、ボンディングワイヤ２９を介して接合されていたが、例えば、複数の外部端子が光素子の同一面にすべて配設されている場合、複数の外部端子２２の全てが、それぞれボンディングワイヤ２９を介して接合されていてもよい。
＜第３実形態施＞
　次に、第３実施形態の内視鏡９について説明する。図１５に示すように、内視鏡９は、挿入部９Ｂの先端部９Ａに光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）を有する。
　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、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバ１０を介して操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール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１０を介して信号が伝送される。
　または、撮像部が出力した電気信号は、挿入部９Ｂにおいては電気信号としてメタル配線を介して伝送し、操作部９Ｃに配設されたＥ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバを介してユニバーサルコード９Ｄを経由して、本体（不図示）に配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール１Ｘにより電気信号に変換されてもよい。
　または、撮像部が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバ１０を介して挿入部９Ｂと、操作部９Ｃと、ユニバーサルコード９Ｄとを経由して、本体（不図示）に配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール１Ｘにより電気信号に変換されてもよい。
　すでに説明したように、光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）は、小型で生産性が高い。また、光素子２０が空間Ｓ２０に密封されているが、空間Ｓ２０が透明樹脂で充填されているため、信頼性が高い。このため、内視鏡９は、信頼性が高く、小型で生産性が高い。
　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、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。また、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、操作部９Ｃに配設された光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により、撮像部への制御信号が光信号に変換され、先端部９Ａに配設された光モジュール１Ｘにより光信号が電気信号に変換されてもよい。
　なお、光モジュール１等は、光素子２０が光信号を出力する発光部２１を有する発光素子である。これに対して、光モジュールの光素子が、光信号が入力される受光部を有する、例えば、フォトダイオード等の受光素子であっても、光モジュール１等と同様の効果を有することは言うまでも無い。
　すなわち、本発明の光モジュールの光素子は、光信号を出力する発光部または光信号が入力される受光部と、発光部または受光部と接続された外部端子と、を有していればよい。
　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・・・内視鏡用光モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・光ファイバ
２０・・・光素子
Ｓ２０・・・空間
２１・・・発光部
２２・・・外部端子
２８・・・ハイブリッドレンズ
２９・・・ボンディングワイヤ
３０・・・ファイバ保持部
３０ＳＡ・・・第１の主面
３０ＳＢ・・・第２の主面
３１・・・フェルール部
３１Ｗ・・・シリコンウエハ
３２・・・透明部
３２Ｗ・・・透明ウエハ
３３・・・接続配線
４０・・・封止部
４０ＳＡ・・・第３の主面
４０ＳＢ・・・第４の主面
４１・・・枠部
４２・・・蓋部
４８・・・接合部材
４９・・・接合部材
５０・・・透明樹脂

Claims (10)

  1. 　光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の波長の光に対して実質的に透明な材料からなり、前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、
    　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、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
    　前記第２の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第３の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されており、
    　前記空間に充填されている透明樹脂を更に具備することを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  2. 　前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第２の主面を構成している透明部と、を含み、
    　前記透明部における前記光信号の光路長が、５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光モジュール。
  3. 　前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
    　前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光モジュール。
  4. 　前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
    　前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
    　前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光モジュール。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュールを具備することを特徴とする内視鏡。
  6. 　光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、
    　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、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
    　前記第２の主面に開口がある前記ファイバ保持部の上凹部および前記第３の主面に開口がある前記封止部の下凹部の少なくともいずれかにより構成されている空間に、前記光素子が格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
    　前記空間に透明樹脂を注入する補強工程の後に、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入する挿入工程、を具備することを特徴とする内視鏡用光モジュールの製造方法。
  7. 　前記ファイバ保持部は、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第２の主面を構成している透明部と、を含み、
    　前記透明部における前記光信号の光路長が、５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  8. 　前記空間の少なくとも一部が、前記下凹部により構成されており、
    　前記封止部が、前記下凹部の壁面を構成している枠部と、前記下凹部の底面を構成している蓋部と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  9. 　前記空間が、前記上凹部および前記下凹部により構成されており、
    　前記光素子が、前記上凹部の上面に実装されており、
    　前記光素子の一部が前記下凹部に格納されていることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  10. 　透明部材を介したレーザ照射により加熱され溶融した環状の低融点ガラスである前記接合部材により、前記空間が気密封止されていることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
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