WO2019208633A1 - 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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WO2019208633A1
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貴秀 宮脇
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module for an endoscope including an optical element and an optical fiber, an endoscope including an optical module for an endoscope including an optical element and an optical fiber, and an endoscope including an optical element and an optical fiber.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a mirror optical module.
  • the endoscope has an image sensor at the distal end of the elongated insertion portion.
  • an image sensor having a high pixel count has been studied.
  • the amount of image signal transmitted from the image sensor to the signal processing device (processor) increases.
  • the insertion portion becomes thick because the wire diameter of the metal wiring is increased or a plurality of metal wirings are used in order to transmit a necessary signal amount. There is a fear.
  • an E / O type optical module (electric-optical converter) that converts an electrical signal into an optical signal
  • an O / E type optical module optical-electrical conversion
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-025092 discloses an optical element, a substrate on which the optical element is mounted, and a holding portion having a through hole into which an optical fiber that transmits an optical signal input / output from the optical element is inserted. (Ferrule) is disclosed.
  • the endoscope optical module disposed at the distal end portion of the endoscope is small in order to minimize invasiveness, and it is not easy to insert an optical fiber or a ferrule into a small through hole. Further, when the distance between the optical fiber and the optical element changes, the transmission efficiency of the optical module changes. However, it has become easy to regulate the distance between the optical fiber and the optical element to be constant. In addition, the ferrule to which the optical fiber is fixed may come out of the sleeve when the optical fiber is subjected to tensile stress.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2012-242661 discloses a socket in which a ferrule to which an optical fiber is fixed is prevented from coming out of the socket. The rear surface of the ferrule inserted into the fitting hole of the circuit board is pressed by the ferrule fixing member.
  • Korean Patent Publication No. 10-2001-0009499 discloses a ferrule holder 67 in which the rear surface of the ferrule 65 and the fourth main surface of the sleeve 61 are in contact with each other.
  • the rear surface of the ferrule 65 and the fourth main surface of the sleeve 61 are not in the same plane. That is, one of the two surfaces of the ferrule holder 67 is in contact with the rear surface of the ferrule 65, and the other surface is in contact with the fourth main surface of the sleeve 61.
  • Embodiments of the present invention are a compact and highly reliable endoscope optical module, a small and highly reliable endoscope, and an endoscope that is easy to manufacture, minimally invasive, and highly reliable.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical module.
  • An optical module for an endoscope includes an optical fiber that transmits an optical signal, an optical element that emits or receives the optical signal, a front surface, and a rear surface that faces the front surface, and includes a first through hole.
  • the ferrule is inserted into the two through-holes, and the third main surface is in surface contact with the rear surface of the ferrule, and a sleeve joined to the second main surface of the glass substrate.
  • a pressing portion having a contact surface and fixed to the sleeve using an adhesive, The side and the inner side surface of the pressing portion is in contact.
  • An endoscope includes an endoscope optical module, and the endoscope optical module includes an optical fiber that transmits an optical signal, an optical element that emits or receives the optical signal, and a front surface.
  • a ferrule having a rear surface facing the front surface, having a first through hole, and the optical fiber being inserted into the first through hole, a first main surface, and the first main surface;
  • a second through hole, the ferrule is inserted into the second through hole, and the third main surface is joined to the second main surface of the glass substrate.
  • a contact surface that is in surface contact with the rear surface of the ferrule, and is fixed to the sleeve using an adhesive.
  • a retainer portion being a side and the inner surface of the pressing portion of the sleeve is in contact.
  • An endoscope optical module manufacturing method includes an optical fiber that transmits an optical signal, an optical element that emits or receives the optical signal, a front surface, and a rear surface that faces the front surface.
  • An endoscope optical module manufacturing method comprising: a pressing portion having a surface, wherein the second main surface of the glass substrate is bonded to the third main surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of an endoscope system including an endoscope including an endoscope optical module according to a first embodiment. It is a perspective exploded view of the optical module for endoscopes of a 1st embodiment. It is sectional drawing of the optical module for endoscopes of 1st Embodiment. It is a flowchart of the manufacturing method of the optical module for endoscopes of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module for endoscopes of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module for endoscopes of 1st Embodiment.
  • the endoscope 9 of this embodiment shown in FIG. 1 constitutes an endoscope system 6 with a processor 5A and a monitor 5B. Also, the endoscope optical module 1 (hereinafter referred to as “optical module 1”) of the embodiment is disposed in the endoscope 9.
  • the endoscope 9 is arranged at the insertion portion 3, the grip portion 4 disposed at the proximal end portion of the insertion portion 3, the universal cord 4B extending from the grip portion 4, and the proximal end portion of the universal cord 4B. And a provided connector 4C.
  • Insertion portion 3 includes a distal end portion 3A, a bending portion 3B extending from distal end portion 3A for freely changing the direction of distal end portion 3A, and a flexible portion 3C extending from bending portion 3B.
  • the optical module 1 and the image sensor 2 are disposed at the tip 3A.
  • the grasping portion 4 is provided with a rotating angle knob 4A that is an operation portion for an operator to operate the bending portion 3B.
  • the universal cord 4B is connected to the processor 5A through the connector 4C.
  • the processor 5A controls the entire endoscope system 6, performs signal processing on the imaging signal, and outputs it as an image signal.
  • the monitor 5B displays the image signal output from the processor 5A as an endoscopic image.
  • the endoscope 9 is a flexible endoscope, but may be a rigid endoscope. Further, the endoscope 9 may be medical or industrial.
  • the imaging element 2 and the optical module 1 are disposed at the distal end portion 3A of the endoscope 9.
  • the optical module 1 is an E / O type optical module that converts an electrical signal output from the imaging device 2 into an optical signal.
  • the image sensor 2 is a CMOS image sensor, a CCD, or the like.
  • the optical signal is converted again into an electrical signal by the O / E type optical module 1X disposed in the grip portion 4 via the optical fiber 10 inserted through the insertion portion 3, and transmitted through the metal wiring 10M.
  • the optical fiber 10 is inserted through the universal cord 4B.
  • the optical module 1X is disposed in the grip portion 4 having a relatively large arrangement space, but may have the same configuration as the optical module 1.
  • the optical module 1 disposed in the grip portion 4 converts a control signal to the image sensor 2 into an optical signal
  • the optical module 1X disposed in the distal end portion 3A converts the optical signal into an electrical signal. Also good.
  • the optical module 1 is small and highly reliable. For this reason, the endoscope 9 is minimally invasive and highly reliable.
  • the optical module 1 shown in FIGS. 2 and 3 includes an optical fiber 10, a light emitting element 20 that is an optical element, a ferrule 30, a glass substrate 40, a sleeve 50, and a pressing portion 60.
  • the optical fiber 10 transmits an optical signal.
  • the optical fiber 10 has, for example, a 62.5 ⁇ m diameter core that transmits light and an 80 ⁇ m diameter cladding that covers the outer peripheral surface of the core.
  • the optical element is a light emitting element 20 that emits an optical signal.
  • the light emitting element 20 is a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser) in which a light emitting portion 21 is formed on the light emitting surface 20SA.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser
  • an ultra-small light emitting element 20 having a planar view size (outside dimension of a cross section orthogonal to the optical axis O) of 235 ⁇ m ⁇ 235 ⁇ m has a diameter of 10 ⁇ m, a diameter of 10 ⁇ m, and supplies a driving signal to the light emitting unit 21.
  • the ferrule 30 has a front surface 30SA and a rear surface 30SB facing the front surface 30SA.
  • the ferrule 30 has a cylindrical shape with a length L30 (dimension in the optical axis direction) of 500 ⁇ m.
  • the ferrule 30 has a first through hole H30.
  • the tip of the optical fiber 10 is inserted into the first through hole, and is fixed by an adhesive 35 (see FIG. 10).
  • the front end surface 10SA of the optical fiber 10 protruding from the front surface 30SA is in contact with the second main surface 40SB of the glass substrate 40.
  • the glass substrate 40 has a first main surface 40SA and a second main surface 40SB facing the first main surface 40SA, and the light emitting element 20 is mounted on the first main surface 40SA. That is, the connection electrode 41 to which the external terminal 22 of the light emitting element 20 is joined is disposed on the first main surface 40SA. A drive signal is supplied to the connection electrode 41 via a wiring (not shown).
  • the sleeve 50 has a third main surface 50SA and a fourth main surface 50SB facing the third main surface 50SA.
  • the ferrule 30 is inserted into the second through hole H50 of the sleeve 50.
  • the inner diameter R50 of the second through hole H50 of the sleeve 50 is 455 ⁇ m.
  • the outer diameter R30 of the ferrule 30 inserted into the second through hole H50 is 450 ⁇ m. That is, there is only a slight gap between the outer peripheral surface of the ferrule 30 and the inner surface of the second through hole H50 of the sleeve 50. This is to accurately align the central axis of the second through hole H50 and the central axis of the first through hole H30 of the ferrule 30 inserted into the second through hole H50. This is to align the optical axis.
  • the ferrule 30 is preferably not fixed to the sleeve 50 with an adhesive or the like.
  • the third main surface 50SA of the sleeve 50 is joined to the second main surface 40SB of the glass substrate 40.
  • the bottom surface of the second through hole H50 is the second main surface 40SB of the glass substrate 40.
  • a silicon oxide film as a glass substrate may be formed on the third main surface 50SA of the sleeve 50 made of silicon.
  • the pressing portion 60 has a contact surface 60SA that is in surface contact with the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 and the rear surface 30SB of the ferrule 30.
  • the holding portion 60 has a third through hole H60 through which the optical fiber 10 is inserted.
  • the inner diameter of the third through hole H60 is larger than the outer diameter of the optical fiber and smaller than the outer diameter of the ferrule 30.
  • the contact surface 60SA of the pressing portion 60 has a convex portion C60
  • the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 has a concave portion (notch) C50.
  • the second through hole H50 of the sleeve 50 is provided.
  • the central axis of the third through hole H60 of the pressing portion 60 are automatically aligned.
  • the two inner side surfaces 60SS of the convex portion C60 and the two side surfaces 50SS of the concave portion C50 are in contact, but it is sufficient that at least one set of the inner side surface 60SS and the side surface 50SS are in contact. .
  • the ferrule 30 does not fall off even when the optical fiber 10 is pulled backward. Further, since the distal end surface 10SA of the optical fiber 10 is in contact with the second main surface 40SB of the glass substrate 40, the distance between the distal end surface 10SA and the light emitting portion 21 of the light emitting element 20 is always constant. And the characteristics are stable.
  • the distal end surface 10SA of the optical fiber 10 is not in contact with the second main surface 40SB of the glass substrate 40, if the distal end surface 10SA and the light emitting portion 21 of the light emitting element 20 are arranged at a predetermined interval, The distance is constant.
  • the optical module 1 is, for example, an extremely small sleeve 50 having an outer dimension of 1 mm square. For this reason, the endoscope 9 including the optical module 1 is minimally invasive.
  • the silicon wafer 50W and the glass wafer 40W are, for example, anodic bonded to produce a bonded wafer.
  • a dry etching process such as RIE is performed.
  • the glass wafer 40W becomes an etching stop layer, and a second through hole H50 penetrating the silicon wafer 50W is formed. That is, the depth of the bottomed second through hole H50 is the thickness D50 of the silicon wafer 50W.
  • the second through hole H50 may be formed by wet etching instead of dry etching.
  • the second through-hole H50 may have a prismatic shape as long as the ferrule 30 can be held by its inner surface in addition to the cylindrical shape.
  • the glass wafer 40W is processed into a thin layer that sufficiently transmits light having the wavelength of the optical signal.
  • the thickness D40 of the glass wafer 40W is preferably 50 ⁇ m or less.
  • the glass wafer 40W is not easily damaged if the thickness D40 is 5 ⁇ m or more.
  • a concave portion C50 for positioning is also formed on the outer peripheral portion of the sleeve 50. And the sleeve 50 with the glass substrate 40 shown in FIG. 6 is produced by cutting the bonded wafer.
  • connection electrode 41 made of, for example, gold is disposed on the first main surface 40SA of the glass substrate 40 by a sputtering method.
  • the light emitting element 20 is flip-chip mounted in the position where the light emission part 21 opposes the 2nd through-hole H50. That is, the external terminal 22 of the light emitting element 20 is ultrasonically bonded to the connection electrode 41 of the glass substrate 40, for example.
  • the outer shape of the ferrule 30 is a cylinder, but it may be a prism or a polygon.
  • the inner shape of the first through hole H30 is a cylinder, but may be a prism or a polygonal column as long as the optical fiber 10 can be held by the inner surface.
  • the material of the ferrule 30 is a metal member such as ceramic, silicon, glass, or stainless steel.
  • the optical fiber 10 is positioned so that the tip surface 10SA protrudes from the front surface 30SA of the ferrule 30 by a length L10.
  • the length L10 is, for example, more than 10 ⁇ m and less than 100 ⁇ m.
  • the optical fiber 10 is fixed to the ferrule 30 with an adhesive 35 (see FIG. 10).
  • the adhesive 35 made of a thermosetting resin is cured by a heat treatment process at 120 ° C. for 30 minutes.
  • Thermosetting may be further performed after the optical fiber 10 is fixed to the ferrule 30 by ultraviolet irradiation using an adhesive 35 made of an ultraviolet thermosetting resin.
  • the distance L20 between the front end surface 10SA of the optical fiber 10 and the rear surface 30SB of the ferrule 30 is an added value of the length L30 of the ferrule 30 and the protrusion amount L10. For example, when the length L30 is 500 ⁇ m and the protrusion amount L10 is 50 ⁇ m, the length L20 is 550 ⁇ m.
  • the optical fiber 10 is inserted into the ferrule 30 fixed to the protrusion amount regulating jig. Then, the adhesive 35 is cured in a state where the front end surface 10SA of the optical fiber 10 is in contact with the reference plate having a length L10 from the front surface 30SA of the ferrule 30, and the optical fiber 10 is fixed to the ferrule 30. .
  • the ferrule 30 When the ferrule 30 is fixed to the sleeve 50 with an adhesive, the adhesive is interposed in a narrow gap. Since the air inside the second through hole H50 is extremely difficult to flow out, the glass substrate 40 is particularly easily damaged. In the ferrule insertion process, it is preferable that the ferrule 30 is only inserted into the sleeve 50 and is not fixed with an adhesive or the like.
  • Step S40> Holding part fixing step The ferrule 30 falls out of the sleeve 50 when a tensile stress is applied to the optical fiber 10. In particular, the ferrule 30 that is not fixed to the sleeve 50 easily falls off.
  • the contact surface 60 SA of the pressing portion 60 is in contact with the inner surface 60 SS of the convex portion C 60 of the pressing portion 60 and the side surface 50 SS of the concave portion C 50 of the sleeve 50.
  • the rear surface 30SB is pressed.
  • the ferrule 30 is accommodated in the second through hole H50 of the sleeve 50.
  • the pressing portion 60 is fixed to the sleeve 50 with an adhesive, for example, in a state where the contact surface 60SA is in contact with the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 and the rear surface 30SB of the ferrule 30.
  • suppressing part 60 may be fixed also to the ferrule 30 with the adhesive agent.
  • a part of the adhesive for fixing the pressing portion 60 may enter the gap between the ferrule 30 and the second through hole H50 of the sleeve 50.
  • the ferrule 30 in which the position of the rear surface 30SB is regulated by the pressing portion 60 does not fall off.
  • the optical module 1 is easy to manufacture because the glass substrate 40 is not damaged when the ferrule 30 is inserted into the sleeve 50.
  • the depth of the second through hole H50 that is, the thickness (length) D50 of the sleeve 50 is the same as the length L20 between the front end surface 10SA of the optical fiber 10 and the rear surface 30SB of the ferrule 30. is there. For this reason, when the rear surface 30SB of the ferrule 30 and the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 are arranged on the same plane, the tip surface 10SA of the optical fiber 10 automatically becomes the second main surface of the glass substrate 40. Abuts with 40SB.
  • the characteristics of the optical module 1 are stable.
  • the protruding length L10 of the front end surface 10SA of the optical fiber 10 from the front surface 30SA of the ferrule 30 may increase or decrease from the set value due to inevitable manufacturing errors.
  • the length L10 is longer than the set value, when the pressing portion 60 is pushed in until the contact surface 60SA of the pressing portion 60 and the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 are in contact with each other, the distal end surface 10SA is moved.
  • the second main surface 40SB is strongly pressed. Then, the tip surface 10SA or the second main surface 40SB may be damaged or damaged, leading to a reduction in transmission efficiency.
  • the pressing portion 60 may be fixed to the sleeve 50 by the adhesive in a state where there is a slight gap between the contact surface 60SA of the pressing portion 60 and the fourth main surface 50SB of the sleeve 50.
  • a gap of 10% or less of the protruding length L10 for example, a gap of 5 ⁇ m or less may occur between the contact surface 60SA and the fourth main surface 50SB.
  • the second end surface 10SA and the second end surface 10SA and the second end surface are not yet processed until the adhesive curing process is completed.
  • the transmission efficiency is not significantly reduced as long as it is 5 ⁇ m or less.
  • contact does not mean perfect surface contact, and two surfaces face each other with an inevitable gap that is industrially acceptable. included.
  • a notch C30 is provided on the outer periphery of the front surface 30SA of the ferrule 30.
  • the ferrule 30 having the notch C30 can be easily inserted into the second through hole H50.
  • the opening of the rear surface 30SB of the first through hole H30 of the ferrule 30 has a tapered portion HT30.
  • the adhesive 35 is interposed between the contact surface 60SA and the rear surface 30SB of the pressing portion 60. End up.
  • the taper portion HT30 the excessive adhesive 35 is accommodated in the taper portion HT30 which is a recess of the rear surface 30SB, so that the contact surface 60SA can be brought into contact with the rear surface 30SB.
  • the optical module 1A of the second embodiment is similar to the optical module 1 and has the same effect, the same reference numerals are given to the components having the same function, and the description thereof is omitted.
  • the optical module 1A shown in FIGS. 11 and 12 further includes a guide portion 70 having a guide groove T70 through which the ferrule 30 can be inserted in the upper surface 70SS.
  • the pressing portion 60A has a lower surface 60SS orthogonal to the contact surface 60SA.
  • the guide part 70 has the upper surface 70SS facing the lower surface 60SS of the pressing part 60A.
  • the cross section of the guide groove T70 is a semicircle whose inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the ferrule 30.
  • the guide groove T70 of the guide portion 70A is continuous with the second through hole H50 of the sleeve 50. That is, the shape and size of the lower half of the second through hole H50 are the same as the shape and size of the guide groove T70.
  • a groove T60 for placing the optical fiber 10 is provided on the lower surface 60SS of the pressing portion 60A.
  • the cross section of the groove T60 is a semicircle having an inner diameter larger than the outer diameter of the optical fiber 10.
  • the pressing portion 60A is in contact with the sleeve 50 and the guide portion 70A in a state where the contact surface 60SA is in contact with and in surface contact with the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 and the upper portion (part) of the rear surface 30SB of the ferrule 30. It is fixed.
  • the groove T60 and the guide groove T70 are filled with resin 75.
  • the optical fiber 10 is fixed with a resin 75.
  • the inner side surface 60SS of the pressing portion 60A and the side surface 50SS of the concave portion C50 of the sleeve 50 are in contact with each other.
  • the adhesive that bonds the pressing portion 60A and the sleeve 50 and / or the adhesive that bonds the pressing portion 60A and the guide portion 70A and the resin 75 may be the same thermosetting resin or the like. . Further, the holding portion 60A only needs to be fixed to at least one of the sleeve 50 and the guide portion 70A.
  • the front surface 70SA orthogonal to the upper surface 70SS of the guide portion 70A is adhered to the fourth main surface 50SB of the sleeve 50 by an adhesive or anodic bonded.
  • the concave portion C50 of the sleeve 50 and the convex portion C70 of the guide portion 70A are used.
  • the concave portion C50 and the convex portion C70 are not essential components, but the convex portion C70 is fitted to the concave portion C50, whereby the sleeve 50 in the in-plane direction (X direction / Y direction) perpendicular to the optical axis O
  • the position with the guide part 70A can be easily defined.
  • the front portion of the ferrule 30 with the rear portion of the ferrule 30 inserted into the guide groove T70. Is inserted into the second through hole H50.
  • the optical module 1A Since the optical module 1A has the guide portion 70 with the guide groove T70 having an opening on the upper surface, it is easy to insert the ferrule 30 into the second through hole H50.
  • the lower surface 60SS of the pressing portion 60A is in contact with the upper surface 70SS of the guide portion 70.
  • the gap may be filled with resin.
  • a groove for placing the optical fiber 10 on the lower surface 60SS is not necessary.
  • the contact surface 60SA of the pressing portion 60A moves in the direction close to the rear surface 30SB of the ferrule 30, that is, in the direction of the optical axis O, so that the contact surface 60SA contacts the rear surface 30SB.
  • the abutment surface 60SA may abut against the rear surface 30SB by moving the lower surface 60SS of the pressing portion 60A in a direction close to the upper surface 70SS of the guide portion 70, that is, a direction orthogonal to the optical axis O.
  • the rear surface 30SB of the ferrule 31 is an inclined surface that is inclined with respect to the optical axis O, and the contact surface that is inclined corresponding to the inclination angle of the rear surface 30SB. What is necessary is just to move 60SA to the direction of 70 A of guide parts.
  • An auxiliary member having an inclined surface may be disposed on the rear surface 30SB of the ferrule 31. In this case, the inclined surface of the auxiliary member can be regarded as the rear surface of the ferrule.
  • the optical module 1B of this modification shown in FIG. 16 includes a sleeve 50B with a guide groove T50 in which the sleeve and the guide portion are integrated.
  • the inner side surface 60SS of the pressing portion 60B and the side surface 50SS of the sleeve 50B are in contact with each other.
  • the optical module 1B is easy to manufacture because it is not necessary to join or bond the guide portion to the sleeve.
  • ⁇ Modification 2 of the second embodiment> In the optical module 1C of the present modification shown in FIGS. 17 and 18, the guide groove T70C of the guide portion 70C is inclined with respect to the second through hole H50.
  • the inner side surface 60SS of the pressing portion 60C and the side surface 50SS of the sleeve 50C are in contact with each other.
  • the central axis O70 of the guide groove T70 is on the same plane as the optical axis O that is the central axis of the second through hole H50, but is not parallel to the optical axis O.
  • the central axis O70 intersects the optical axis O at the front surface 70SA, but gradually moves away from the optical axis O toward the rear.
  • the front part of the ferrule 30C which is partially inserted in the guide groove T70, is inserted into the second through hole H50 in an inclined state. Then, the ferrule 30C is gradually inserted into the second through hole H50.
  • Inserting the ferrule 30C into the guide groove T70C inclined with respect to the optical axis O is easier than inserting it into the guide groove parallel to the optical axis O.
  • the ferrule 30C can be fitted into the guide groove T70C by pushing the ferrule 30C forward by the optical fiber 10. it can.
  • the fitting surface of the concave portion C50 and the convex portion C60 for positioning the sleeve 50C and the guide portion 70C is inclined with respect to the optical axis O. That is, as long as the sleeve and the guide portion can be positioned, the concave portion and the convex portion may have any shape, the sleeve may have a convex portion, and the guide portion may have a concave portion.
  • the optical module 1D of this modification shown in FIG. 20 is substantially the same as the optical module 1C.
  • the optical fiber 10 extends rearward along the optical axis O.
  • the optical fiber 10 extends rearward along the inclination of the guide groove T70C. That is, the extending direction of the optical fiber 10 is not parallel to the optical axis O.
  • the optical module 1D is disposed at the distal end portion 3A of the endoscope 9D having the insertion portion 3 in which the hard distal end portion 3A, the bending portion 3B, and the flexible portion 3C are connected. As shown in FIG. 21, the optical module 1D is disposed at the distal end portion 3A of the endoscope 9D together with the imaging device 2 having an imaging optical system.
  • the optical axis O of the light emitting element 20 is parallel to the tip center axis C1 of the tip 3A, but is eccentric. That is, the optical module 1D is not disposed at the center of the tip portion 3A.
  • the optical fiber 10 extends toward the distal end central axis C1 along the inclination of the guide groove T70C, and is disposed along the curved central axis C2 in the curved portion 3B.
  • a plurality of guide members 99 in which the optical fiber 10 is disposed along the distal end central axis C1 (central axis C) and the curved central axis C2 are disposed at the proximal end of the distal end 3A and the curved portion 3B. ing. Details of the guide member 99 are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-97589. Although not shown, it is preferable that the guide member 99 is also disposed in the soft portion 3C. Since the soft portion 3C is not greatly deformed compared to the curved portion 3B, the arrangement interval of the guide members 99 in the flexible portion 3C may be longer than the arrangement interval in the curved portion 3B.
  • a single multi-lumen tube having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the bending portion 3B and passing through the bending portion 3B may be used. That is, the optical fiber 10 can be disposed along the central axis C2 of the bending portion by inserting the optical fiber 10 through a pipe line passing through the center of the multi-lumen tube.
  • the optical module 1D can be arranged along the central axis C2 of the bending portion without greatly bending the optical fiber 10. In the optical module 1D, no great stress is applied to the optical fiber 10 even if the bending portion 3B is greatly deformed.
  • ⁇ Modification 4 of the second embodiment> In the optical module 1E of this modification shown in FIG. 22, a plurality of optical elements 20A and 20B are mounted on a sleeve 50E including a glass substrate 40E, and a plurality of ferrules 30A and 30B (a plurality Optical fibers 10A, 10B) are held by one pressing portion 60E.
  • the optical module may have three or more optical elements. That is, it is only necessary that the plurality of optical elements are mounted on one sleeve, and the rear surfaces of the plurality of ferrules into which the optical fibers are inserted are in surface contact with the contact surface of one pressing portion.
  • the optical module has one sleeve, one pressing portion, at least one optical element, at least one optical fiber, and at least one ferrule.
  • the optical element is the light emitting element 20 having the light emitting unit 21.
  • the optical element is an O / E type optical module that is a light receiving element having a light receiving portion such as a photodiode, the optical module 1 has the same effect. That is, the optical element may emit or receive an optical signal.
  • the optical module of the present invention may have a plurality of configurations included in each of the optical modules 1A to 1E. Furthermore, it goes without saying that the endoscopes 9A to 9E including the optical modules 1A to 1E have the effects of the endoscope 9, and further have the effects of the optical modules 1A to 1E.

Abstract

内視鏡用光モジュール１は、光ファイバ１０と、発光素子２０と、前面３０ＳＡと後面３０ＳＢとを有し第１の貫通孔Ｈ３０に光ファイバ１０が挿入されているフェルール３０と、第１の主面４０ＳＡと第２の主面４０ＳＢを有し第１の主面４０ＳＡに発光素子２０が実装されているガラス基板４０と、第３の主面５０ＳＡと第４の主面５０ＳＢとを有し第２の貫通孔Ｈ５０にフェルール３０が挿入されており、第３の主面５０ＳＡがガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢに接合されているスリーブ５０と、フェルール３０の後面３０ＳＢと面接触している当接面６０ＳＡを有する押さえ部６０と、を具備し、スリーブ５０に接着剤を用いて固定されている押さえ部６０と、を具備し、スリーブ５０の側面５０ＳＳと押さえ部６０の内側面６０ＳＳとが当接している。

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、光素子と光ファイバとを含む内視鏡用光モジュール、光素子と光ファイバとを含む内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡、光素子と光ファイバとを含む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、撮像素子を有する。近年、高品質の画像を表示するため、高画素数の撮像素子が検討されている。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）へ伝送する画像信号量が増加する。このため、電気信号によるメタル配線を経由した電気信号伝送では、必要な信号量を伝送するためにメタル配線の線径を太くしたり、複数のメタル配線を用いたりするため、挿入部が太くなるおそれがある。
　挿入部を細径化し低侵襲化するには、電気信号に替えて光信号による細い光ファイバを経由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。
　日本国特開２０１３－０２５０９２号公報には、光素子と、光素子が実装される基板と、光素子から入出力される光信号を伝送する光ファイバが挿入されている貫通孔を有する保持部（フェルール）と、を具備する光モジュールが開示されている。
　内視鏡の先端部に配設される内視鏡用光モジュールは、低侵襲化のため小型であり、小さな貫通孔に光ファイバまたはフェルールを挿入することは容易ではなかった。また、光ファイバと光素子との間の距離が変化すると光モジュールの伝送効率が変化する。しかし、光ファイバと光素子との距離を一定に規定することは容易ではなった。また、光ファイバが固定されたフェルールが、光ファイバが引っ張り応力を受けると、スリーブから抜けてしまうおそれがあった。
　日本国特開２０１２－２４２６６２号公報には、光ファイバが固定されているフェルールが、ソケットから抜けることを防止したソケットが開示されている。回路基板の嵌合孔に挿入されたフェルールは、フェルール固定部材で後面が押圧されている。
　韓国公開特許第１０－２００１－０００９４９９号公報には、フェルール６５の後面とスリーブ６１の第４の主面とが、当接しているフェルールホルダ６７が開示されている。なお、フェルール６５の後面と、スリーブ６１の第４の主面と、は同一平面にはない。すなわち、フェルールホルダ６７の２つの面の一方がフェルール６５の後面と当接し、もう一方の面がスリーブ６１の第４の主面と当接している。
特開２０１３－０２５０９２号公報 特開２０１２－２４２６６２号公報 韓国公開特許第１０－２００１－０００９４９９号公報
　本発明の実施形態は、小型で信頼性の高い内視鏡用光モジュール、小型で信頼性の高い内視鏡、および、製造が容易で、かつ、低侵襲で信頼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、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出射または受光する光素子と、前面と前記前面と対向する後面とを有し、第１の貫通孔があり、前記第１の貫通孔に前記光ファイバが挿入されているフェルールと、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ガラス基板と、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、第２の貫通孔があり、前記第２の貫通孔に前記フェルールが挿入されており、前記第３の主面が前記ガラス基板の前記第２の主面に接合されているスリーブと、前記フェルールの前記後面と面接触している当接面を有し、前記スリーブに接着剤を用いて固定されている押さえ部と、を具備し、前記スリーブの側面と前記押さえ部の内側面とが当接している。
　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、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出射または受光する光素子と、前面と前記前面と対向する後面とを有し、第１の貫通孔があり、前記第１の貫通孔に前記光ファイバが挿入されているフェルールと、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ガラス基板と、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、第２の貫通孔があり、前記第２の貫通孔に前記フェルールが挿入されており、前記第３の主面が前記ガラス基板の前記第２の主面に接合されているスリーブと、前記フェルールの前記後面と面接触している当接面を有し、前記スリーブに接着剤を用いて固定されている押さえ部と、を具備し、前記スリーブの側面と前記押さえ部の内側面とが当接している。
　実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法は、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出射または受光する光素子と、前面と前記前面と対向する後面とを有し、第１の貫通孔があるフェルールと、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ガラス基板と、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、第２の貫通孔があるスリーブと、前記フェルールの前記後面と面接触している当接面を有する押さえ部と、を具備する内視鏡用光モジュールの製造方法であって、前記ガラス基板の前記第２の主面が前記第３の主面に接合されている前記スリーブを作製する工程と、前記第１の貫通孔に前記光ファイバが挿入されている前記フェルールを作製する工程と、前記スリーブの前記第２の貫通孔に前記フェルールを挿入する工程と、前記スリーブの側面と前記押さえ部の内側面とが当接している状態において、前記押さえ部の前記当接面を、前記スリーブの前記第４の主面に押圧し当接した状態で、前記スリーブに固定する工程と、を具備する。
第１実施形態の内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡を含む内視鏡システムの斜視図である。 第１実施形態の内視鏡用光モジュールの斜視分解図である。 第１実施形態の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第１実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法のフローチャートである。 第１実施形態の内視鏡用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実施形態の内視鏡用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実施形態の内視鏡用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実施形態の内視鏡用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実施形態の内視鏡用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。 実施形態の内視鏡用光モジュールのフェルールの断面図である。 第２実施形態の内視鏡用光モジュールの斜視分解図である。 第２実施形態の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第２実施形態の内視鏡用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２実施形態の内視鏡用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２実施形態の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例１の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例２の内視鏡用光モジュールの斜視分解図である。 第２実施形態の変形例２の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例２の内視鏡用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２実施形態の変形例３の内視鏡用光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例３の内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡の挿入部の部分断面図である。 第２実施形態の変形例４の内視鏡用光モジュールの断面図である。
＜第１実施形態＞
　図１に示す本実施形態の内視鏡９は、プロセッサ５Ａおよびモニタ５Ｂと内視鏡システム６を構成している。また、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。）は、内視鏡９に配設されている。
　内視鏡９は、挿入部３と、挿入部３の基端部に配設された把持部４と、把持部４から延設されたユニバーサルコード４Ｂと、ユニバーサルコード４Ｂの基端部に配設されたコネクタ４Ｃと、を具備する。挿入部３は、先端部３Ａと、先端部３Ａから延設された湾曲自在で先端部３Ａの方向を変えるための湾曲部３Ｂと、湾曲部３Ｂから延設された軟性部３Ｃとを含む。光モジュール１および撮像素子２は先端部３Ａに配設されている。把持部４には術者が湾曲部３Ｂを操作するための操作部である回動するアングルノブ４Ａが配設されている。
　ユニバーサルコード４Ｂは、コネクタ４Ｃによってプロセッサ５Ａに接続される。プロセッサ５Ａは内視鏡システム６の全体を制御するとともに、撮像信号に信号処理を行い画像信号として出力する。モニタ５Ｂは、プロセッサ５Ａが出力する画像信号を内視鏡画像として表示する。なお、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、内視鏡９は、医療用でも工業用でもよい。
　内視鏡９の先端部３Ａには、撮像素子２と光モジュール１とが配設されている。光モジュール１は、撮像素子２が出力する電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ型光モジュールである。撮像素子２は、ＣＭＯＳイメージセンサ、または、ＣＣＤ等である。
　光信号は、挿入部３を挿通する光ファイバ１０を経由して把持部４に配設された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１０Ｍを経由して伝送される。すなわち、撮像信号は、細径の挿入部３内においては光ファイバ１０を経由して伝送され、体内に挿入されず外径の制限の小さいユニバーサルコード４Ｂ内においては光ファイバ１０よりも太いメタル配線である信号ケーブル１０Ｍを経由して伝送される。
　なお、Ｏ／Ｅ型の光モジュールがコネクタ４Ｃまたはプロセッサ５Ａに配置されている場合には、光ファイバ１０はユニバーサルコード４Ｂを挿通している。
　光モジュール１Ｘは、比較的、配置スペースが広い把持部４に配設されているが、光モジュール１と同じ構成でもよい。また、把持部４に配設された光モジュール１により、撮像素子２への制御信号が光信号に変換され、先端部３Ａ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。
　後述するように、光モジュール１は小型で信頼性が高い。このため、内視鏡９は低侵襲で、かつ、信頼性が高い。
＜光モジュールの構成＞
　図２および図３に示す光モジュール１は、光ファイバ１０と、光素子である発光素子２０と、フェルール３０と、ガラス基板４０と、スリーブ５０と、押さえ部６０と、を具備する。
　なお、以下の説明において、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものである。各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率および相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきである。図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示を省略することがある。また、光軸Ｏに平行な方向のうち、発光素子２０が配置されている方向を、「前」といい、押さえ部６０が配設されている方向を、「後」という。
　光ファイバ１０は、光信号を伝送する。光ファイバ１０は、例えば、光を伝送する６２．５μｍ径のコアと、コアの外周面を覆う８０μｍ径のクラッドとを有する。
　光素子は、光信号を出射する発光素子２０である。発光素子２０は、発光面２０ＳＡに発光部２１が形成されたＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）である。例えば、平面視寸法（光軸Ｏに直交する断面の外寸）が２３５μｍ×２３５μｍと超小型の発光素子２０は、直径が１０μｍの発光部２１と、発光部２１に駆動信号を供給する、直径が７０μｍの外部端子２２を発光面２０ＳＡに有する。
　フェルール３０は、前面３０ＳＡと前面３０ＳＡと対向する後面３０ＳＢとを有する。フェルール３０は、長さＬ３０（光軸方向寸法）が５００μｍの円柱形である。フェルール３０には第１の貫通孔Ｈ３０があり、第１の貫通孔には、光ファイバ１０の先端部が挿入され、接着剤３５（図１０参照）によって固定されている。前面３０ＳＡから突出している光ファイバ１０の先端面１０ＳＡは、ガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢと当接している。
　ガラス基板４０は、第１の主面４０ＳＡと第１の主面４０ＳＡと対向する第２の主面４０ＳＢとを有し、第１の主面４０ＳＡに発光素子２０が実装されている。すなわち、第１の主面４０ＳＡには、発光素子２０の外部端子２２が接合されている接続電極４１が配設されている。接続電極４１には図示しない配線を経由して駆動信号が供給される。
　スリーブ５０は、第３の主面５０ＳＡと第３の主面５０ＳＡと対向する第４の主面５０ＳＢとを有する。スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０にはフェルール３０が挿入されている。
　スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０の内径Ｒ５０は、４５５μｍである。一方、第２の貫通孔Ｈ５０に挿入されるフェルール３０の外径Ｒ３０は、４５０μｍである。すなわち、フェルール３０の外周面とスリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０の内面との間には、わずかな隙間しかない。これは、第２の貫通孔Ｈ５０の中心軸と、第２の貫通孔Ｈ５０に挿入されたフェルール３０の第１の貫通孔Ｈ３０の中心軸と、を正確に位置合わせするため、すなわち、正確に光軸合わせするためである。
　なお、後述するように、光モジュール１では、フェルール３０はスリーブ５０に接着剤等によって固定されていないことが好ましい。
　スリーブ５０の第３の主面５０ＳＡは、ガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢに接合されている。このため、第２の貫通孔Ｈ５０は底面がガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢである。なお、例えば、シリコンからなるスリーブ５０の第３の主面５０ＳＡにガラス基板としての酸化シリコン膜が形成されていてもよい。
　押さえ部６０は、スリーブ５０の第４の主面５０ＳＢおよびフェルール３０の後面３０ＳＢと面接触している当接面６０ＳＡを有する。押さえ部６０には光ファイバ１０が挿通している第３の貫通孔Ｈ６０がある。第３の貫通孔Ｈ６０の内径は、光ファイバの外径よりも大きく、フェルール３０の外径よりも小さい。
　フェルール３０は後面３０ＳＢが、押さえ部６０の当接面６０ＳＡに押圧され、当接面６０ＳＡと面接触しているため、スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０の内部に安定に保持されている。なお、押さえ部６０の当接面６０ＳＡには凸部Ｃ６０があり、スリーブ５０の第４の主面５０ＳＢには、凹部（切り欠き）Ｃ５０がある。押さえ部６０の凸部Ｃ６０の内側面６０ＳＳとスリーブ５０の凹部Ｃ５０の側面５０ＳＳとが当接している状態において、凸部Ｃ６０が凹部Ｃ５０に挿入されると、スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０の中心軸と、押さえ部６０の第３の貫通孔Ｈ６０の中心軸と、が自動的に位置合わせされる。なお、光モジュール１では、凸部Ｃ６０の２つの内側面６０ＳＳと凹部Ｃ５０の２つの側面５０ＳＳとが当接しているが、少なくとも１組の内側面６０ＳＳと側面５０ＳＳとが当接していればよい。
　光モジュール１は、押さえ部６０があるため、光ファイバ１０が後方に引っ張られても、フェルール３０が抜け落ちることがない。また、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡは、ガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢと当接しているため、光モジュール１は、先端面１０ＳＡと発光素子２０の発光部２１との距離が常に一定であり、特性が安定している。
　なお、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡが、ガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢと当接していなくとも、所定の間隔で配置されていれば、先端面１０ＳＡと発光素子２０の発光部２１との距離は一定となる。
　光モジュール１は、例えばスリーブ５０の外寸が１ｍｍ角と超小型である。このため、光モジュール１を具備する内視鏡９は、低侵襲である。
＜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の製造方法について説明する。
＜ステップＳ１０＞スリーブ作製工程
　ガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢが、第３の主面５０ＳＡと接合されているスリーブ５０が作製される。
　すなわち、図５に示すように、シリコンウエハ５０Ｗと、ガラスウエハ４０Ｗとが、例えば、陽極接合され接合ウエハが作製される。
　シリコンウエハ５０Ｗの第４の主面５０ＳＢにエッチングマスクを配設してから、ＲＩＥ等のドライエッチング処理が行われる。ガラスウエハ４０Ｗがエッチングストップ層となり、シリコンウエハ５０Ｗを貫通する第２の貫通孔Ｈ５０が形成される。すなわち、有底の第２の貫通孔Ｈ５０の深さは、シリコンウエハ５０Ｗの厚さＤ５０である。
　第２の貫通孔Ｈ５０は、ドライエッチングではなく、ウエットエッチングによって形成してもよい。第２の貫通孔Ｈ５０は、円柱状のほか、その内面によってフェルール３０を保持できれば、角柱状であってもよい。
　さらに、ガラスウエハ４０Ｗが、光信号の波長の光を十分に透過する薄層に加工される。ガラスウエハ４０Ｗの厚さＤ４０は、５０μｍ以下であることが好ましい。なお、ガラスウエハ４０Ｗは、厚さＤ４０が、５μｍ以上であれば、破損しにくい。
　なお、スリーブ５０の外周部には、位置決めのための凹部Ｃ５０も形成される。そして、接合ウエハを切断することにより、図６に示す、ガラス基板４０付きのスリーブ５０が作製される。
　ガラス基板４０の第１の主面４０ＳＡには、例えば、金からなる接続電極４１がスパッタ法により配設されている。
　そして、図７に示すように、発光部２１が第２の貫通孔Ｈ５０と対向する位置に、発光素子２０がフリップチップ実装される。すなわち、ガラス基板４０の接続電極４１に、発光素子２０の外部端子２２が、例えば超音波接合される。
＜ステップＳ２０＞フェルール作製工程
　第１の貫通孔Ｈ３０に光ファイバ１０が挿入されているフェルール３０が作製される。
　フェルール３０の外形は円柱であるが、角柱でも多角柱でもよい。また、第１の貫通孔Ｈ３０の内形は、円柱であるが、その内面によって光ファイバ１０を保持できれば、角柱でも多角柱でもよい。フェルール３０の材質はセラミック、シリコン、ガラス、またはステンレス鋼等の金属部材等である。
　図７に示すように、光ファイバ１０は先端面１０ＳＡがフェルール３０の前面３０ＳＡから、長さＬ１０だけ突出する状態に位置決めされる。長さＬ１０は例えば、１０μｍ超１００μｍ未満である。そして、光ファイバ１０は、接着剤３５（図１０参照）によってフェルール３０に固定される。例えば、１２０℃、３０分間の熱処理工程により、熱硬化性樹脂からなる接着剤３５が硬化処理される。紫外線熱硬化型樹脂からなる接着剤３５を用いて、紫外線照射により光ファイバ１０をフェルール３０に固定した後に、更に熱硬化を行ってもよい。
　光ファイバ１０の先端面１０ＳＡとフェルール３０の後面３０ＳＢとの間の距離Ｌ２０は、フェルール３０の長さＬ３０と、突出量Ｌ１０との加算値である。例えば、長さＬ３０が５００μｍ、突出量Ｌ１０が５０μｍの場合、長さＬ２０は５５０μｍである。
　例えば、突出量規定用の治具に固定されたフェルール３０に光ファイバ１０が挿入される。そして、フェルール３０の前面３０ＳＡから長さＬ１０の基準板に、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡが当接した状態で、接着剤３５の硬化処理が行われ、光ファイバ１０がフェルール３０に固定される。
＜ステップＳ３０＞フェルール挿入工程
　図７に示すように、スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０に、光ファイバ１０が固定されているフェルール３０が挿入される。
　すでに説明したように、正確に光軸合わせするために、フェルール３０の外周面とスリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０の内周面との間には、わずかな隙間しかない。このため、有底の第２の貫通孔Ｈ５０にフェルール３０を挿入するときに、第２の貫通孔Ｈ５０の内部の空気が流出しにくく、厚さＤ４０の薄いガラス基板４０が挿入圧力によって破損するおそれがある。
　接着剤によりフェルール３０をスリーブ５０に固定する場合には、接着剤が狭い隙間に介在する。第２の貫通孔Ｈ５０の内部の空気が極めて流出しにくいため、特に、ガラス基板４０が破損しやすい。フェルール挿入工程においては、フェルール３０はスリーブ５０に挿入されているだけで、接着剤等で固定されていないことが好ましい。
＜ステップＳ４０＞押さえ部固定工程
　フェルール３０は、光ファイバ１０に引っ張り応力が印加されるとスリーブ５０から抜け落ちてしまう。特に、スリーブ５０に固定されていないフェルール３０は簡単に抜け落ちてしまう。
　光モジュール１では、図８に示すように、押さえ部６０の凸部Ｃ６０の内側面６０ＳＳとスリーブ５０の凹部Ｃ５０の側面５０ＳＳとを当接しながら、押さえ部６０の当接面６０ＳＡが、フェルール３０の後面３０ＳＢに押圧される。するとフェルール３０はスリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０に収容される。そして、押さえ部６０は、当接面６０ＳＡが、スリーブ５０の第４の主面５０ＳＢおよびフェルール３０の後面３０ＳＢと当接した状態で、例えば、接着剤によってスリーブ５０に固定される。なお、押さえ部６０が接着剤によってフェルール３０にも固定されていてもよい。
　押さえ部６０を固定するための接着剤の一部が、フェルール３０とスリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０との隙間に浸入していてもよい。
　光モジュール１は、光ファイバ１０が後方に引っ張られても、押さえ部６０によって後面３０ＳＢの位置が規定されているフェルール３０が抜け落ちることがない。また、光モジュール１は、フェルール３０をスリーブ５０に挿入するときに、ガラス基板４０が破損するおそれがないため、製造が容易である。
　また、第２の貫通孔Ｈ５０の深さ、すなわち、スリーブ５０の厚さ（長さ）Ｄ５０は、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡとフェルール３０の後面３０ＳＢとの間の長さＬ２０と、同じである。このため、フェルール３０の後面３０ＳＢとスリーブ５０の第４の主面５０ＳＢとが同じ平面上に配置されると、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡは、自動的にガラス基板４０の第２の主面４０ＳＢと当接する。
　光モジュール１は、先端面１０ＳＡと発光素子２０の発光部２１との距離が常に一定であるため、光モジュール１は特性が安定している。
　なお、光ファイバ１０の先端面１０ＳＡのフェルール３０の前面３０ＳＡからの突出長さＬ１０は、不可避の製造誤差によって、設定値から増減することがある。長さＬ１０が設定値よりも長い場合には、押さえ部６０の当接面６０ＳＡとスリーブ５０の第４の主面５０ＳＢとが当接する状態まで、押さえ部６０が押し込まれると、先端面１０ＳＡが第２の主面４０ＳＢに強く押圧される。すると、先端面１０ＳＡまたは第２の主面４０ＳＢが破損したり、傷ついたりして伝送効率が低下するおそれがある。
　このため、図９に示すように先端面１０ＳＡが第２の主面４０ＳＢに当接すると、押さえ部６０の押し込み操作を終了することが好ましい。すなわち、押さえ部６０の当接面６０ＳＡとスリーブ５０の第４の主面５０ＳＢとの間に、僅かな隙間がある状態において押さえ部６０が接着剤によってスリーブ５０に固定されていることもある。例えば突出長さＬ１０の１０％以下、例えば、当接面６０ＳＡと第４の主面５０ＳＢとの間に５μｍ以下の隙間が生じることがある。
　また、先端面１０ＳＡが第２の主面４０ＳＢに当接した状態において、押さえ部６０をスリーブ５０に固定しようとしても、接着剤の硬化処理が完了するまでの間に、先端面１０ＳＡと第２の主面４０ＳＢとの間に僅かな隙間が生じることがある。例えば、先端面１０ＳＡと第２の主面４０ＳＢとの間に、隙間があっても５μｍ以下であれば、伝送効率が大きく低下することはない。
　すなわち、本発明において、「当接」とは完璧な状態の面接触を意味するものではなく、工業的に許容可能な不可避の隙間を間に挾んで、２つの面が対向している状態も含まれる。
　図１０に示すように、フェルール３０の前面３０ＳＡの外周部に、切り欠きＣ３０があることが好ましい。切り欠きＣ３０があるフェルール３０は、第２の貫通孔Ｈ５０への挿入が容易である。
　さらに、図１０に示すように、フェルール３０の第１の貫通孔Ｈ３０の後面３０ＳＢの開口には、テーパ部ＨＴ３０があることが好ましい。接着剤３５により光ファイバ１０を固定するときに、過剰の未硬化の接着剤３５が後面３０ＳＢにあふれ出すと、押さえ部６０の当接面６０ＳＡと後面３０ＳＢとの間に接着剤３５が介在してしまう。しかし、テーパ部ＨＴ３０があると、過剰な接着剤３５が、後面３０ＳＢの凹部であるテーパ部ＨＴ３０に収容されるため、当接面６０ＳＡを後面３０ＳＢとを当接できる。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の光モジュール１Ａは、光モジュール１と類似し同じ効果を有しているので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１１および図１２に示す光モジュール１Ａは、フェルール３０が挿通可能なガイド溝Ｔ７０が上面７０ＳＳにあるガイド部７０を更に具備する。一方、押さえ部６０Ａは、当接面６０ＳＡと直交する下面６０ＳＳを有する。そして、ガイド部７０は上面７０ＳＳが、押さえ部６０Ａの下面６０ＳＳと対向している。
　例えば、ガイド溝Ｔ７０の断面は、フェルール３０の外径よりも、内径がわずかに大きい半円である。ガイド部７０Ａのガイド溝Ｔ７０は、スリーブ５０の第２の貫通孔Ｈ５０と連続している。すなわち、第２の貫通孔Ｈ５０の下半分の形状および大きさは、ガイド溝Ｔ７０の形状および大きさと同じである。
　一方、押さえ部６０Ａの下面６０ＳＳには、光ファイバ１０を配置するための溝Ｔ６０がある。例えば、溝Ｔ６０の断面は、光ファイバ１０の外径よりも大きい内径の半円形である。
　そして、押さえ部６０Ａは、当接面６０ＳＡが、スリーブ５０の第４の主面５０ＳＢおよびフェルール３０の後面３０ＳＢの上部（一部）と当接し面接触した状態で、スリーブ５０およびガイド部７０Ａに固定されている。溝Ｔ６０およびガイド溝Ｔ７０は、樹脂７５によって充填されている。光ファイバ１０は、樹脂７５によって固定されている。押さえ部６０Ａの内側面６０ＳＳとスリーブ５０の凹部Ｃ５０の側面５０ＳＳとは当接している。
　なお、押さえ部６０Ａとスリーブ５０とを接着している接着剤、および／または、押さえ部６０Ａとガイド部７０Ａとを接着している接着剤と、樹脂７５とが同じ熱硬化性樹脂等でもよい。また、押さえ部６０Ａはスリーブ５０またはガイド部７０Ａの少なくともいずれかと固定されていればよい。
　光モジュール１Ａの製造方法では、スリーブ５０の第４の主面５０ＳＢに、ガイド部７０Ａの上面７０ＳＳと直交する前面７０ＳＡが、接着剤によって接着されたり、陽極接合されたりする。スリーブ５０とガイド部７０Ａとの位置合わせには、スリーブ５０の凹部Ｃ５０と、ガイド部７０Ａの凸部Ｃ７０とが用いられる。すなわち、凹部Ｃ５０および凸部Ｃ７０は必須の構成要素ではないが、凸部Ｃ７０が凹部Ｃ５０と嵌合することによって、光軸Ｏに直交する面内方向（Ｘ方向／Ｙ方向）におけるスリーブ５０とガイド部７０Ａとの位置を容易に規定できる。
　図１３に示すように、本実施形態の光モジュール１Ａの製造方法では、フェルール３０を挿入する工程（Ｓ３０）において、フェルール３０の後部がガイド溝Ｔ７０に挿入された状態で、フェルール３０の前部が第２の貫通孔Ｈ５０に挿入される。
　小さなフェルール３０を、小さな第２の貫通孔Ｈ５０に挿入するのは容易ではない。また、フェルール３０が前部に固定されている光ファイバ１０の後部を把持すると、光ファイバ１０の前部はフェルール３０の重量によって、垂れ下がる。第２の２の貫通孔Ｈ５０に挿入するためには、フェルール３０の長手方向を光軸Ｏに平行に保持することも必要となる。
　これに対して、上面が開口のガイド溝Ｔ７０にフェルール３０の一部を収容することは、比較的容易である。ガイド溝Ｔ７０にフェルール３０の一部を収容してから、光ファイバ１０を押し出すことにより、比較的容易に第２の貫通孔Ｈ５０にフェルール３０を挿入できる。
　光モジュール１Ａは、上面が開口のガイド溝Ｔ７０があるガイド部７０を有するために、フェルール３０を第２の貫通孔Ｈ５０に挿入するのが容易である。
　なお、図１２に示した光モジュール１Ａでは、押さえ部６０Ａの下面６０ＳＳはガイド部７０の上面７０ＳＳと当接している。しかし、下面６０ＳＳと上面７０ＳＳとの間に隙間が有り、隙間に樹脂が充填されていてもよい。また、押さえ部６０Ａの下面６０ＳＳが、隙間によって光ファイバ１０と接触しない場合には、下面６０ＳＳの光ファイバ１０を配置するための溝は不要である。
　光モジュール１Ａの製造工程では、押さえ部６０Ａの当接面６０ＳＡがフェルール３０の後面３０ＳＢに近接する方向、すなわち光軸Ｏの方向に移動することによって、当接面６０ＳＡが後面３０ＳＢと当接する。押さえ部６０Ａの下面６０ＳＳがガイド部７０の上面７０ＳＳに近接する方向、すなわち光軸Ｏと直交する方向に移動することによって、当接面６０ＳＡが後面３０ＳＢと当接してもよい。
　具体的には、図１４および図１５に示すように、フェルール３１の後面３０ＳＢを光軸Ｏに対して傾斜している傾斜面とし、後面３０ＳＢの傾斜角度に対応し傾斜している当接面６０ＳＡを、ガイド部７０Ａの方向に移動すればよい。なお、フェルール３１の後面３０ＳＢに傾斜面のある補助部材を配設してもよい。なお、この場合には、補助部材の傾斜面はフェルールの後面と見なすことができる。
＜第２実施形態の変形例＞
　第２実施形態の変形例の光モジュール１Ｂ～１Ｅは、光モジュール１、１Ａと類似し同じ効果を有しているため、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実施形態の変形例１＞
　図１６に示す本変形例の光モジュール１Ｂは、スリーブとガイド部とが一体のガイド溝Ｔ５０付きのスリーブ５０Ｂを具備する。押さえ部６０Ｂの内側面６０ＳＳとスリーブ５０Ｂの側面５０ＳＳとは当接している。
　光モジュール１Ｂは、スリーブにガイド部を接合または接着する必要がないため、製造が容易である。
＜第２実施形態の変形例２＞
　図１７および図１８に示す本変形例の光モジュール１Ｃは、ガイド部７０Ｃのガイド溝Ｔ７０Ｃが、第２の貫通孔Ｈ５０に対して、傾斜している。押さえ部６０Ｃの内側面６０ＳＳとスリーブ５０Ｃの側面５０ＳＳとは当接している。
　すなわち、ガイド溝Ｔ７０の中心軸Ｏ７０は、第２の貫通孔Ｈ５０の中心軸である光軸Ｏと同じ平面上にあるが、光軸Ｏと平行ではない。中心軸Ｏ７０は前面７０ＳＡにおいて光軸Ｏと交差しているが、後方にむかって徐々に光軸Ｏから離れている。
　図１９に示す光モジュール１Ｃでは、ガイド溝Ｔ７０に一部分が挿入されているフェルール３０Ｃは、傾斜した状態で前部が第２の貫通孔Ｈ５０に挿入される。そして、フェルール３０Ｃは徐々に第２の貫通孔Ｈ５０に挿入される。
　光軸Ｏに対して傾斜しているガイド溝Ｔ７０Ｃにフェルール３０Ｃを挿入するのは、光軸Ｏに平行なガイド溝に挿入するよりも容易である。例えば、フェルール３０Ｃのごく一部の外面がガイド溝Ｔ７０Ｃの壁面と当接している状態になれば、光ファイバ１０によりフェルール３０Ｃを前方に押し出すことにより、フェルール３０Ｃをガイド溝Ｔ７０Ｃに、はめることができる。
　光モジュール１Ｃでは、スリーブ５０Ｃとガイド部７０Ｃとの位置決めのための、凹部Ｃ５０および凸部Ｃ６０は、嵌合面が光軸Ｏに対して傾斜している。すなわち、スリーブとガイド部とを位置決めできれば、凹部および凸部は如何なる形状でもよく、また、スリーブに凸部があり、ガイド部に凹部があってもよい。
＜第２実施形態の変形例３＞
　図２０に示す本変形例の光モジュール１Ｄは、光モジュール１Ｃと略同じである。図１８に示したように光モジュール１Ｃでは光ファイバ１０は光軸Ｏに沿って後方に延設されていた。これに対して、光モジュール１Ｄでは、光ファイバ１０が、ガイド溝Ｔ７０Ｃの傾斜にそって後方に延設されている。すなわち、光ファイバ１０の延設方向は、光軸Ｏと平行ではない。
　光モジュール１Ｄは、硬性の先端部３Ａと湾曲部３Ｂと軟性部３Ｃとが連設されている挿入部３を有する内視鏡９Ｄの先端部３Ａに配設される。図２１に示すように、光モジュール１Ｄは、撮像光学系を有する撮像素子２とともに内視鏡９Ｄの先端部３Ａに配設されている。
　光モジュール１Ｄは、発光素子２０の光軸Ｏが先端部３Ａの先端部中心軸Ｃ１と平行だが、偏心している。すなわち、光モジュール１Ｄは、先端部３Ａの中心に配設されていない。しかし、光ファイバ１０は、ガイド溝Ｔ７０Ｃの傾斜にそって先端部中心軸Ｃ１に向かって延設され、湾曲部３Ｂにおいては湾曲部中心軸Ｃ２に沿って配置されている。
　先端部３Ａの基端部および湾曲部３Ｂには、光ファイバ１０を先端部中心軸Ｃ１（中心軸Ｃ）および湾曲部中心軸Ｃ２に沿って配置されている複数のガイド部材９９が配設されている。ガイド部材９９の詳細は、例えば、日本国特開２０１５－９７５８９号公報に開示されている。図示しないが、軟性部３Ｃにも、ガイド部材９９が配設されていることが好ましい。なお、軟性部３Ｃは、湾曲部３Ｂに比べると大きくは変形しないため、軟性部３Ｃにおけるガイド部材９９の配置間隔は、湾曲部３Ｂにおける配置間隔よりも長くてもよい。
　ガイド部材として、湾曲部３Ｂの内径と略同じ外径であり、湾曲部３Ｂを挿通している１本のマルチルーメンチューブを用いてもよい。すなわち、マルチルーメンチューブの中央を挿通している管路に光ファイバ１０を挿通することによって、光ファイバ１０を湾曲部中心軸Ｃ２に沿って配置できる。
　光モジュール１Ｄは、光ファイバ１０を大きく曲げることなく、湾曲部中心軸Ｃ２に沿って配置できる。そして、光モジュール１Ｄは、湾曲部３Ｂが大きく変形しても、光ファイバ１０に大きな応力が印加されることはない。
＜第２実施形態の変形例４＞
　図２２に示す本変形例の光モジュール１Ｅは、ガラス基板４０Ｅを含むスリーブ５０Ｅに、複数の光素子２０Ａ、２０Ｂが実装されており、スリーブ５０Ｅに挿入されている複数のフェルール３０Ａ、３０Ｂ（複数の光ファイバ１０Ａ、１０Ｂ）が１つの押さえ部６０Ｅによって保持されている。
　光モジュールは、３つ以上の光素子等を有していてもよい。すなわち、１つのスリーブに複数の光素子が実装されており、それぞれに光ファイバが挿入されている複数のフェルールの後面が、１つの押さえ部の当接面と面接触していればよい。言い替えれば、光モジュールは、１つのスリーブ、１つの押さえ部、少なくとも１つの光素子、少なくとも１つの光ファイバ、および少なくとも１つのフェルールを有している。
　なお、光モジュール１等では、光素子は発光部２１を有する発光素子２０であった。しかし、光素子が、フォトダイオード等の受光部を有する受光素子であるＯ／Ｅ型の光モジュールでも、光モジュール１と同じ効果を有することは言うまでも無い。すなわち、光素子は、光信号を出射または受光すればよい。
　また、本発明の光モジュールは、光モジュール１Ａ～１Ｅのそれぞれが有する構成を、複数有していてもよい。さらに、光モジュール１Ａ～１Ｅを具備する内視鏡９Ａ～９Ｅが、内視鏡９の効果を有し、さらに、光モジュール１Ａ～１Ｅのそれぞれの効果を有することは言うまでも無い。
　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。
　本出願は、２０１８年４月２６日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１８／０１７０９９号を、優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
１、１Ａ～１Ｅ、１Ｘ・・・内視鏡用光モジュール
２・・・撮像素子
３・・・挿入部
３Ａ・・・先端部
６・・・内視鏡システム
９、９Ａ～９Ｅ・・・内視鏡
１０・・・光ファイバ
２０・・・発光素子
３０・・・フェルール
４０・・・ガラス基板
５０・・・スリーブ
６０・・・押さえ部
７０・・・ガイド部
Ｈ３０・・・第１の貫通孔
Ｈ５０・・・第２の貫通孔
Ｈ６０・・・第３の貫通孔

Claims (17)

  1. 　光信号を伝送する光ファイバと、
    　前記光信号を出射または受光する光素子と、
    　前面と前記前面と対向する後面とを有し、第１の貫通孔があり、前記第１の貫通孔に前記光ファイバが挿入されているフェルールと、
    　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ガラス基板と、
    　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、第２の貫通孔があり、前記第２の貫通孔に前記フェルールが挿入されており、前記第３の主面が前記ガラス基板の前記第２の主面に接合されているスリーブと、
    　前記フェルールの前記後面と面接触している当接面を有し、前記スリーブに接着剤を用いて固定されている押さえ部と、を具備し、
    　前記スリーブの側面と前記押さえ部の内側面とが当接していることを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  2. 　前記光ファイバの先端面が、前記ガラス基板の前記第２の主面に当接し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。
  3. 　前記当接面が前記第４の主面と当接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光モジュール。
  4. 　前記フェルールが挿通可能なガイド溝が上面にあるガイド部を更に具備し、
    　前記押さえ部は、前記当接面と直交する下面を有し、
    　前記ガイド部の前記上面と、前記押さえ部の前記下面とが、対向していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  5. 　前記スリーブと前記ガイド部とが一体であることを特徴とする請求項４に記載の内視鏡用光モジュール。
  6. 　前記ガイド部の前記ガイド溝が、前記第２の貫通孔に対して、傾斜していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内視鏡用光モジュール。
  7. 　前記光ファイバが、前記ガイド溝の傾斜にそって後方に延設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。
  8. 　１つの前記スリーブに複数の光素子が実装されており、それぞれに前記光ファイバが挿入されている複数のフェルールの前記後面が、１つの前記押さえ部の前記当接面と面接触していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  9. 　前記フェルールの前記前面の外周部に切り欠きがあることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  10. 　前記フェルールが前記スリーブに固定されていないことを特徴とする請求項１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。
  11. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュールを有することを特徴とする内視鏡。
  12. 　請求項７に記載の内視鏡用光モジュールが、先端部と湾曲部と軟性部とが連設されている挿入部の前記先端部に配設されており、
    　前記内視鏡用光モジュールは、前記光素子の光軸が前記先端部の先端部中心軸と平行かつ偏心しており、
    　前記光ファイバは、前記先端部中心軸に向かって延設され、前記湾曲部においては湾曲部中心軸に沿って配置されていることを特徴とする内視鏡。
  13. 　光信号を伝送する光ファイバと、
    　前記光信号を出射または受光する光素子と、
    　前面と前記前面と対向する後面とを有し、第１の貫通孔があるフェルールと、
    　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ガラス基板と、
    　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、第２の貫通孔があるスリーブと、
    　前記フェルールの前記後面と面接触している当接面を有する押さえ部と、を具備する内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
    　前記ガラス基板の前記第２の主面が前記第３の主面に接合されている前記スリーブを作製する工程と、
    　前記第１の貫通孔に前記光ファイバが挿入されている前記フェルールを作製する工程と、
    　前記スリーブの前記第２の貫通孔に前記フェルールを挿入する工程と、
    　前記スリーブの側面と前記押さえ部の内側面とを当接しながら、前記押さえ部の前記当接面を前記フェルールの前記後面に押圧し、前記当接面と前記後面とが当接した状態において、前記押さえ部を前記スリーブに固定する工程と、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。
  14. 　前記光ファイバの先端面が、前記ガラス基板の前記第２の主面に当接していることを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  15. 　前記当接面が前記第４の主面と当接していることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  16. 　前記内視鏡用光モジュールが、前記フェルールが挿通可能なガイド溝が上面にあるガイド部を更に具備し、
    　前記フェルールを挿入する工程において、前記フェルールの後部が前記ガイド溝に挿入された状態で、前記フェルールの前部が前記第２の貫通孔に挿入されることを特徴とする請求項１３から請求項１５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。
  17. 　前記フェルールを挿入する工程において、前記フェルールが前記スリーブに固定されないことを特徴とする請求項１３に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
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