WO2020178972A1 - 内視鏡用光トランスデューサ、内視鏡、および内視鏡用光トランスデューサの製造方法 - Google Patents

内視鏡用光トランスデューサ、内視鏡、および内視鏡用光トランスデューサの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the endoscope has an image sensor at the tip of an elongated insertion portion.
  • an image sensor having a high number of pixels has been studied in order to display a high-quality image.
  • the amount of image signals transmitted from the image sensor to the signal processing device (processor) increases. Therefore, in the electric signal transmission via the metal wiring by the electric signal, it is necessary to increase the diameter of the metal wiring or to use a plurality of metal wirings in order to transmit a necessary signal amount.
  • the insertion part may become thick.
  • the optical transducer 1 is a microminiature E/O type module (electric-optical converter) that converts an electric signal output from the image pickup device 2 of the endoscope 9 into an optical signal and transmits the optical signal (see FIG. 15). ).
  • the holding portion 30 of the optical transducer 1 is manufactured by a wafer process.
  • a bonded wafer is manufactured by, for example, anodic bonding a silicon wafer and a glass wafer.
  • a plurality of bonding electrodes 33 are arranged in advance at predetermined positions on the fourth main surface 32SB.
  • the external electrode 12 of the optical element 10 is ultrasonically bonded to the bonding electrode 33, for example, the light emitting portion 11 of the optical element 10 is fixed at a position facing the insertion hole H1.
  • the groove H2 is effective not only for arranging the transparent resin 40 in the insertion hole H1 but also for irradiating the transparent resin 40 of the insertion hole H1 with ultraviolet rays.
  • the optical transducer 1X is arranged in the operation unit 9C having a relatively large arrangement space, it may have the same configuration as the optical transducer 1 or the like of the present invention.
  • the endoscope 9 is a flexible mirror, it may be a rigid mirror, and its use may be medical or industrial.
  • the optical transducer 1 (1A to 1G) provided in the operation section 9C converts the control signal to the image pickup device 2 into an optical signal, and the optical transducer 1X provided in the tip section 9A produces the optical signal. It may be converted into an electric signal.

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Abstract

内視鏡用光トランスデューサ１は、光素子１０と光ファイバ２０と保持部３０とを具備し、保持部３０は、半導体基板３１とガラス基板３２と、を含み、半導体基板３１を貫通する挿入孔Ｈ１があり、挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０が挿入されており、半導体基板３１には、挿入孔Ｈ１と、つながっており側面３０ＳＳ１に開口がある溝Ｈ２があり、溝Ｈ２の底面には凸部３１Ｒがあり、溝Ｈ２の側面３０ＳＳ１の開口から、光ファイバ２０の先端面２０ＳＡを観察すると先端面２０ＳＡの少なくとも一部が凸部３１Ｒに遮蔽されている。

Description

内視鏡用光トランスデューサ、内視鏡、および内視鏡用光トランスデューサの製造方法
　本発明は、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔がある保持部を具備する内視鏡用光トランスデューサ、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔がある保持部を具備する内視鏡用光トランスデューサを含む内視鏡、および、光ファイバが挿入され透明樹脂によって固定されている挿入孔がある保持部を具備する内視鏡用光トランスデューサ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必要があり、配線のため挿入部が太くなるおそれがある。
　挿入部を細径化し低侵襲化するには、電気信号に替えて光信号による細い光ファイバを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型の光トランスデューサ（電気－光変換器）と、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ型の光トランスデューサ（光－電気変換器）とが用いられる。
　内視鏡の挿入部の細径化のためには、光トランスデューサの小型化が重要である。
　国際公開第２０１６／１５７３０１号には、挿入孔に光ファイバが挿入されたフェルールの挿入孔に、光ファイバを固定するための樹脂を注入する注入孔がある内視鏡用光トランスデューサが開示されている。挿入孔に挿入された光ファイバは、挿入孔と対向する状態に配置されている光素子と光結合する。
　光ファイバの先端面と光素子との間の距離が長くなると、光信号の強度が弱くなるため、光トランスデューサは伝送効率が低下する。光トランスデューサの伝送効率が低下すると、内視鏡の画質が低下するおそれがある。
　このため、光ファイバの先端面を挿入孔の所定位置まで確実に挿入し樹脂によって固定することが重要である。しかし、挿入孔に挿入された光ファイバの先端面の位置を確認することはできない。
国際公開第２０１６／１５７３０１号
　本発明の実施形態は、伝送効率のよい内視鏡用光トランスデューサ、高画質の内視鏡、伝送効率のよい内視鏡用光トランスデューサ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トランスデューサは、少なくとも１つの光素子と、前記光素子と光結合している少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する半導体基板と、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、前記第３の主面が前記第２の主面と接合されているガラス基板と、を含み、前記半導体基板を貫通する少なくとも１つの挿入孔があり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第４の主面に前記光素子が実装されている保持部と、を具備し、前記半導体基板には、前記半導体基板を貫通しており、前記挿入孔のそれぞれと、つながっており、前記半導体基板の側面に開口がある少なくとも１つの溝があり、前記挿入孔および前記溝に配設されている透明樹脂によって、前記光ファイバが前記保持部に固定されており、前記溝の底面である前記第３の主面に、凸部があり、前記側面の前記溝の前記開口から、前記光ファイバの先端面を観察すると、前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されている。
　実施形態の内視鏡は、内視鏡用光トランスデューサを具備し、前記内視鏡用光トランスデューサは、少なくとも１つの光素子と、前記光素子と光結合している少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する半導体基板と、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、前記第３の主面が前記第２の主面と接合されているガラス基板と、を含み、前記半導体基板を貫通する少なくとも１つの挿入孔があり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第４の主面に前記光素子が実装されている保持部と、を具備し、前記半導体基板には、前記半導体基板を貫通しており、前記挿入孔のそれぞれと、つながっており、前記半導体基板の側面に開口がある少なくとも１つの溝があり、前記挿入孔および前記溝に配設されている透明樹脂によって、前記光ファイバが前記保持部に固定されており、前記溝の底面である前記第３の主面に、凸部があり、前記側面の前記溝の前記開口から、前記光ファイバの先端面を観察すると、前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されている。
　実施形態の内視鏡用光トランスデューサの製造方法は、少なくとも１つの光素子と、前記光素子と光結合している少なくとも１つの光ファイバと、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する半導体基板と、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、前記第３の主面が前記第２の主面と接合されているガラス基板と、を含み、前記半導体基板を貫通する少なくとも１つの挿入孔があり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第４の主面に前記光素子が実装されている保持部と、を具備し、前記半導体基板には、前記半導体基板を貫通しており、前記挿入孔と、つながっており、前記半導体基板の側面に開口がある少なくとも１つの溝があり、前記挿入孔および前記溝に配設されている透明樹脂によって、前記光ファイバが前記保持部に固定されており、前記溝の底面である前記第３の主面に、凸部があり、前記側面の前記溝の前記開口から、前記光ファイバの先端面を観察すると、前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されている内視鏡用光トランスデューサの製造方法であって、前記半導体基板と前記ガラス基板とが積層された積層基板に、エッチング法によって前記挿入孔および前記溝を形成するときに、前記第３の主面が前記溝の底面に露出し、前記底面の一部に前記凸部が残っている状態において、エッチング処理が終了されるエッチング工程と、前記積層基板に前記光素子を実装する光素子実装工程と、未硬化の透明樹脂を、前記溝を経由することによって前記挿入孔に配設する樹脂注入工程と、前記光ファイバを前記挿入孔に挿入し、前記保持部の側面から前記光ファイバの先端面を観察することによって前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されたことが確認される挿入工程と、紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の前記透明樹脂を硬化処理する硬化工程と、を具備する。
　本発明の実施形態によれば、伝送効率のよい内視鏡用光トランスデューサ、高画質の内視鏡、伝送効率のよい内視鏡用光トランスデューサの製造方法を提供できる。
第１実施形態の光トランスデューサの斜視分解図である。 第１実施形態の光トランスデューサの上面図である。 第１実施形態の光トランスデューサの図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光トランスデューサの図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光トランスデューサの図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光トランスデューサの側面図である。 第１実施形態の光トランスデューサの製造フローチャートである。 第１実施形態の変形例１の光トランスデューサの斜視分解図である。 第１実施形態の変形例２の光トランスデューサの斜視分解図である。 第１実施形態の変形例３の光トランスデューサの上面図である。 第１実施形態の変形例４の光トランスデューサの上面図である。 第１実施形態の変形例５の光トランスデューサの上面図である。 第１実施形態の変形例６の光トランスデューサの上面図である。 第２実施形態の光トランスデューサの斜視分解図である。 第３実施形態の内視鏡の外観図である。
＜第１実施形態＞
　図１から図６を用いて、第１実施形態の内視鏡用光トランスデューサ１（以下、「光トランスデューサ１」ということがある。）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。
　光トランスデューサ１は、内視鏡９の撮像素子２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型モジュール（電気－光変換器）である（図１５参照）。
　光トランスデューサ１は、光素子１０と、光ファイバ２０と、保持部３０と、を具備する。
　光素子１０は、光信号を出力する発光部１１を有する発光素子である。例えば、平面視寸法が２３５μｍ×２３５μｍと超小型の光素子１０は、光信号を出力する直径が１０μｍの発光部１１と、発光部１１と接続された直径が７０μｍの２つの外部電極１２と、２つのダミー電極と、を発光面１０ＳＡに有する。
　光信号を伝送する光ファイバ２０は、例えば、直径が６２．５μｍのコアと、コアの外周を覆う直径が８０μｍのクラッドとを有する。
　保持部３０は、半導体基板であるシリコン基板３１と、ガラス基板であるガラス基板３２とを含む積層基板である。シリコン基板３１は第１の主面３１ＳＡと第１の主面３１ＳＡと対向する第２の主面３１ＳＢとを有する。ガラス基板３２は第３の主面３２ＳＡと第３の主面３２ＳＡと対向する第４の主面３２ＳＢとを有し、第３の主面３２ＳＡがシリコン基板３１の第２の主面３１ＳＢと接合されている。
　すなわち、保持部３０は、第１の主面３１ＳＡと第１の主面３１ＳＡと対向する第４の主面３２ＳＢとを有する略直方体である。保持部３０のシリコン基板３１が配置されている方向を「上」といい、ガラス基板３２が配置されている方向を「下」という。また、保持部３０の４側面のうちの１つを側面３０ＳＳ１という。
　保持部３０は、図２に示した上面図において、横幅０．５ｍｍ、縦幅０．５ｍｍと超小型である。
　保持部３０の第４の主面３２ＳＢに光素子１０が実装されている。すなわち、第４の主面３２ＳＢには４つの接合電極３３が配設されており、接合電極３３には光素子１０の外部電極１２が接合されている。接合電極３３は駆動信号を伝送する図示しない配線と接続されている。
　保持部３０の第１の主面３１ＳＡには、シリコン基板３１の第１の主面３１ＳＡから第２の主面３１ＳＢまでを貫通する挿入孔Ｈ１があり、光ファイバ２０は挿入孔Ｈ１に挿入されている。挿入孔Ｈ１は有底であり、その底面がガラス基板３２の第３の主面３２ＳＡである。挿入孔Ｈ１の内径ＤＨ１は、光ファイバ２０の外径Ｄ２０よりも僅かに大きい、例えば８５μｍである。
　挿入孔Ｈ１は、光素子１０の発光部１１と対向する位置にあるため、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０の中心軸は、光素子１０の光軸Ｏと一致し、光ファイバ２０は光素子１０と光結合する。
　シリコン基板３１には、第１の主面３１ＳＡから第２の主面３１ＳＢまでを貫通する溝（スリット、パス）Ｈ２の開口がある。溝Ｈ２は、挿入孔Ｈ１とつながっている。挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、いずれも、第１の主面３１ＳＡに開口があり、壁面はシリコンであるが、有底であり、底面はガラス基板３２の第３の主面３２ＳＡである。溝Ｈ２は、側面３０ＳＳ１にも、開口がある。
　保持部３０は、接合電極３３が配設されている領域と対向している対向領域には、溝Ｈ２がない。このため、光素子１０の接合時に薄いガラス基板３２が破損するおそれがない。
　後述するように、光ファイバ２０は、溝Ｈ２から注入された透明樹脂４０によって固定されている。このため、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２には、透明樹脂４０が配設されている。なお、挿入孔Ｈ１に配設されている透明樹脂４０は、光ファイバ２０の外面と挿入孔Ｈ１の壁面との間のわずかな隙間に配設されているため、図示されていない。
　透明樹脂４０が硬化処理されるまでの間に光ファイバ２０の先端面の位置が移動してしまうことがある。このため、透明樹脂４０は紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型であることが好ましい。
　超小型の光トランスデューサでは光ファイバ２０と挿入孔Ｈ１との間の隙間に配設された透明樹脂４０に、硬化のための紫外線を照射することは容易ではない。透明樹脂４０の硬化が不十分だと、光ファイバの固定が不十分となり、光トランスデューサの信頼性が低下するおそれがあった。また、未硬化の透明樹脂４０を挿入孔Ｈ１に注入するときに、気泡が残留すると伝送効率が低下する。
　光トランスデューサ１の保持部３０の第１の主面３１ＳＡには、挿入孔Ｈ１の開口だけでなく、溝Ｈ２の開口がある。このため、第１の主面３１ＳＡの上から照射された紫外線は、溝Ｈ２に配設された透明樹脂４０を通過することによって挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に到達する。このため、光ファイバ２０を固定する挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０を十分に硬化処理できる。さらに、溝Ｈ２を経由することによって透明樹脂４０が挿入孔Ｈ１に流入するため、透明樹脂４０に気泡が残留することもない。
　挿入孔Ｈ１とつながっている所、言い替えれば、側面３０ＳＳ１から最も離れた位置の溝Ｈ２の第１の幅ＷＨ２Ａは、光ファイバ２０の外径Ｄ２０よりも小さければよいが、挿入孔Ｈ１に挿入された光ファイバ２０を安定に保持するために、光ファイバ２０の外径Ｄ２０の８０％以下であることが好ましい（図２）。
　光トランスデューサ１の保持部３０は、溝Ｈ２の底面であるガラス基板３２の第３の主面３２ＳＡに、凸部３１Ｒがある。なお、後述するように、凸部３１Ｒはシリコン基板３１に、エッチング法を用いて溝Ｈ２を形成したときのエッチング残渣であるため、シリコンからなる。
　すなわち、溝Ｈ２の幅は一定ではなく、挿入孔Ｈ１とつながっている所の第１の幅ＷＨ２Ａが、側面３０ＳＳ１における第２の幅ＷＨ２Ｂよりも小さい。小さい幅の溝のエッチング速度は、大きい幅の溝のエッチング速度よりも遅い（マイクロローディング効果）。このため、シリコン基板３１のエッチングが進行すると、最後に残存するのは、溝Ｈ２の挿入孔Ｈ１とつながっている所の底面の凸部３１Ｒである。
　更に、エッチングを継続すると、凸部３１Ｒもエッチングされることによって除去される。しかし、光トランスデューサ１では、凸部３１Ｒが残存している状態においてエッチングが終了する。
　図６に示すように、溝Ｈ２の側面３０ＳＳ１の開口から、光ファイバ２０の先端面２０ＳＡを観察すると、先端面２０ＳＡの少なくとも一部が、凸部３１Ｒに遮蔽されている。
　このため、先端面２０ＳＡから第３の主面３２ＳＡまでの間隔Ｇは、凸部３１Ｒの高さＨ３１Ｒ以下であることが確認されている。このため、光トランスデューサ１は、伝送効率がよい。
　凸部３１Ｒの高さＨ３１Ｒは、１μｍ超、１５μｍ未満であることが好ましい。前記範囲以下では側面３０ＳＳ１から凸部３１Ｒを確認することが容易ではなく、前記範囲以上では、間隔Ｇが大きく、光トランスデューサ１の伝送効率が悪い。図３および図６に示すように、高さＨ３１Ｒは、溝Ｈ２の幅および長手方向において変化しているが、上記高さＨ３１Ｒは、側面３０ＳＳから観察した場合の最小高さである。
＜内視鏡用光トランスデューサの製造方法＞
　図７のフローチャートにそって、光トランスデューサ１の製造方法を説明する。
＜ステップＳ１０＞　接合工程
　光トランスデューサ１の保持部３０は、ウエハプロセスによって作製される。最初に、シリコンウエハとガラスウエハとが、例えば陽極接合されることによって接合ウエハが作製される。
　ガラス基板３２の厚さが厚いと伝送効率が低下する。このため、接合ウエハのガラスウエハは、５μｍ超５０μｍ未満の厚さになるまで薄層化加工される。すなわち、ガラス基板３２の厚さは、５０μｍ未満であれば、光信号の波長の光を９５％以上透過することができると同時に、発光面１０ＳＡと光ファイバ２０の先端面２０ＳＡとの間の距離を短くできるために、伝送効率がよい。なお、ガラスウエハは、厚さが、５μｍ超であれば、後の工程において破損しにくい。ガラスウエハは、エッチング工程Ｓ２０の後に薄層化加工が行われる場合には、接合ウエハの状態では前記厚さ以上であってもよいことは言うまでも無い。
　シリコンウエハの厚さは、シリコン基板３１が光ファイバ２０を安定に保持するために、１００μｍ超であることが好ましい。
　なお、半導体基板となるウエハは、シリコンウエハに限られるものはなく、エッチング可能な半導体からなるウエハであればよい。また後述するように、接合ウエハとして、第１シリコン層／酸化シリコン層／第２シリコン層の積層基板であるＳＯＩウエハを用いることもできる。
＜ステップＳ２０＞　エッチング工程
　挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、エッチング法を用いて形成される。シリコンウエハの表面にフォトレジストまたは酸化シリコン層からなるエッチングマスクが配設される。そして、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、主面に対して壁面が略垂直な挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２を精度良く容易に形成できる。ガラスウエハがエッチングストップ層となるため、第３の主面３２ＳＡを底面とする挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２が形成される。
　光トランスデューサ１のエッチング工程Ｓ２０では、第３の主面３２ＳＡが溝Ｈ２の底面に露出し、底面の一部に凸部３１Ｒが残っている状態において、エッチング処理が終了される。すでに説明したように、マイクロローディング効果によって、エッチング速度は、溝の深さが同じ場合には、エッチングマスクの開口の大きさが小さい、すなわち、溝の幅が狭いと遅い。このため、エッチングの最終段階において、溝Ｈ２の開口の幅が小さい、挿入孔Ｈ１とつながっている所に凸部３１Ｒが残存する。
　挿入孔Ｈ１等は、ウエットエッチング法を用いて形成してもよい。挿入孔Ｈ１の形状は、円柱のほか、その内面によって光ファイバ２０を保持できれば、角柱であってもよい。
＜ステップＳ３０＞　個片化工程
　複数の挿入孔Ｈ１および複数の溝Ｈ２が形成された接合ウエハの切断によって、複数の保持部３０が作製される。なお、保持部３０はシリコンウエハとガラスウエハとが接合された接合ウエハの切断によって作製されることが生産性の観点から好ましい。しかし、シリコンウエハの切断によって作製されたシリコン基板３１とガラスウエハの切断によって作製されたガラス基板３２とが接合された接合基板の加工によって保持部３０が作製されてもよい。すなわち、接合ウエハの個片化工程Ｓ３０は必須の工程ではない。また、保持部３０は外形が直方体であるが、円柱または多角柱であってもよい。
＜ステップＳ４０＞　光素子実装工程
　保持部３０の第４の主面３２ＳＢに光素子１０が実装される。
　第４の主面３２ＳＢには、予め所定の位置に複数の接合電極３３が配設されている。光素子１０の外部電極１２が接合電極３３と、例えば、超音波接合されると、光素子１０の発光部１１は挿入孔Ｈ１と対向する位置に固定される。
　光素子１０の接合時には、保持部３０のガラス基板３２に応力が印加される。しかし、図２に示したように、保持部３０は、第４の主面３２ＳＢの接合電極３３が配設されている領域と対向している対向領域、すなわち光素子１０の外部電極１２が接合される領域には、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２がない。ガラス基板３２の接合電極３３が配設されている領域は、シリコン基板３１があるため補強されている。このため、光素子１０の接合時に薄いガラス基板３２が破損するおそれがない。光トランスデューサ１は、光素子１０を例えば、超音波接合する時に、接合圧力を高く設定できるため、信頼性が高い。
＜ステップＳ５０＞　光ファイバ挿入工程
　挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０が挿入される。そして、保持部３０の側面３０ＳＳ１から光ファイバ２０の先端面２０ＳＡを観察して先端面２０ＳＡの少なくとも一部が凸部３１Ｒに遮蔽されたことが確認される。観察は、顕微鏡を用いて直視してもよいし、モニタ画像に表示された画像を用いてもよい。また、作業者が確認する必要はなく、画像解析によって自動的に遮蔽が確認されてもよい。
　先端面２０ＳＡから第３の主面３２ＳＡまでの間隔Ｇは小さいほど伝送効率がよい。しかし、先端面２０ＳＡを第３の主面３２ＳＡに確実に当接するために、光ファイバ２０を挿入孔Ｈ１に強く押し込むと、ガラス基板３２が破損するおそれがあった。本実施形態では、光ファイバ２０の先端面２０ＳＡの少なくとも一部が凸部３１Ｒに遮蔽されたことが確認された時点で挿入を完了することによって、ガラス基板３２を破損することなく光ファイバ２０を確実に挿入することができる。
　光ファイバ２０の挿入操作は先端面２０ＳＡの少なくとも一部が凸部３１Ｒに遮蔽されたことが確認されると終了し、光ファイバ２０は、その挿入位置に保持される。すなわち、硬化処理Ｓ７０が完了するまでの間、光ファイバ２０は、例えば、保持治具（不図示）を用いて保持部３０との相対位置が固定されている。
＜ステップＳ６０＞　樹脂注入工程
　保持部３０の溝Ｈ２から、硬化前の液体状の透明樹脂４０が注入され、挿入孔Ｈ１に透明樹脂４０が配設される。
　透明樹脂４０には、光透過性の高い所定の屈折率の各種の紫外線硬化型樹脂、または、紫外線熱硬化併用型樹脂、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂を用いる。
　挿入孔Ｈ１には、溝Ｈ２を経由することによって透明樹脂４０が流入するため、気泡が残存することがない。また、挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２は、第１の主面３１ＳＡに開口があるため、過剰に注入された透明樹脂４０は、第１の主面３１ＳＡにあふれだす。このため、透明樹脂４０の注入時に薄いガラス基板３２が注入圧力によって破損するおそれがない。
　なお、樹脂注入工程Ｓ６０の後に、光ファイバ挿入工程Ｓ５０を行ってもよい。光ファイバ２０を透明樹脂４０が注入された挿入孔Ｈ１に挿入すると、光ファイバ２０に押された透明樹脂４０によって圧力が印加されるため、ガラス基板３２が破損するおそれがあった。
　本実施形態の製造方法では、押し出された透明樹脂４０は、溝Ｈ２の第１の主面３１ＳＡの開口および側面３０ＳＳ１の開口からあふれ出す。このため、挿入孔Ｈ１に光ファイバ２０を挿入するときに、薄いガラス基板３２が挿入圧力によって破損するおそれがない。
　なお、硬化処理が完了するまでの間、溝Ｈ２の側面３０ＳＳ１の開口は、透明治具（不図示）を用いて、ふさがれている。
　本実施形態の製造方法によれば、間隔Ｇが凸部３１Ｒの高さＨ３１Ｒ以下である光トランスデューサ１を、歩留まり良く製造できる。
＜ステップＳ７０＞　硬化工程
　先端面２０ＳＡが凸部３１Ｒに遮蔽された状態において、透明樹脂４０が硬化処理される。すなわち透明樹脂４０に紫外線が照射される。挿入孔Ｈ１と光ファイバ２０との隙間は極めて小さい。このため、隙間の透明樹脂４０に紫外線を照射することは容易ではない。
　しかし、保持部３０には、挿入孔Ｈ１とつながっている溝Ｈ２がある。このため、第１の主面３１ＳＡの上、および、溝Ｈ２の側面開口から溝Ｈ２を通して紫外線を効率良く挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に照射できる。
　すなわち、溝Ｈ２は、透明樹脂４０を挿入孔Ｈ１に配設するためだけでなく、挿入孔Ｈ１の透明樹脂４０に紫外線を照射するためにも有効である。
　なお、透明樹脂４０が紫外線熱硬化併用型樹脂の場合には、紫外線照射工程の後に、更に、例えば、１００℃、１時間の熱硬化工程が行われる。
　光トランスデューサ１は、挿入工程Ｓ６０をガラス基板３２を破損することなく確実に行うことが出来るため、製造が容易である。
＜第１実施形態の変形例＞
　第１実施形態の変形例の光トランスデューサ１Ａ～１Ｅは、光トランスデューサ１と類似し、同じ効果を有するので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第１実施形態の変形例１＞
　図８に示す第１実施形態の変形例１の光トランスデューサ１Ａは、２つの光素子１０Ａ、１０Ｂと、２つの光ファイバ２０Ａ、２０Ｂと、保持部３０Ａ（３１Ａ、３２Ａ）と、を具備する。シリコン基板３１Ａとガラス基板３２Ａとからなる保持部３０Ａには、２つの挿入孔Ｈ１ＡＡ、Ｈ１ＡＢと、２つの溝Ｈ２ＡＡ、Ｈ２ＡＢと、がある。
　挿入孔Ｈ１ＡＡに挿入された光ファイバ２０Ａは光素子１０Ａが出力する第１の光信号を伝送する。挿入孔Ｈ１ＡＢに挿入された光ファイバ２０Ｂは光素子１０Ｂが出力する第２の光信号を伝送する。
　光トランスデューサ１Ａは、光トランスデューサ１の効果を有し、さらに、光トランスデューサ１Ａは、光トランスデューサ１よりも多くの信号を伝送できることは言うまでも無い。
　本発明の実施形態の光トランスデューサは、３つ以上の光素子および３つ以上の光ファイバを具備していてもよい。実施形態の光トランスデューサは、少なくとも１つの光素子と、少なくとも１つの光ファイバと、保持部と、を具備している。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図９に示す第１実施形態の変形例２の光トランスデューサ１Ｂの保持部３０Ｂは、シリコン基板３１Ｂとガラス基板３２Ｂとを含む。シリコン基板３１Ｂの挿入孔Ｈ１Ｂおよび溝Ｈ２Ｂは、第１の主面３１ＳＡの開口が、第２の主面３１ＳＢの開口よりも大きいテーパー形状である。
　例えば、主面が（１００）面のシリコンウエハが、ＫＯＨ、またはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム)溶液などのアルカリ水溶液を用いて異方性ウエットエッチングが行われる。異方性ウエットエッチングでは、（１００）面のエッチング速度が、（１１１）面のエッチング速度よりも早い。このため、断面がＶ字形の凹部が形成される。凹部の壁面の角度θは、５４．７度である。引き続いて、同じエッチングマスク３９を、そのまま用いて、異方性ドライエッチング処理が行われる。例えば、深堀り反応性イオンエッチング（Ｄ－ＲＩＥ）法を用いることによって、壁面が主面に対して垂直な孔および溝が形成される。
　なお、上記方法は異方性ウエットエッチングと異方性ドライエッチングとを組み合わせた例だが、異方性ドライエッチングと等方性ドライエッチングとを行うことによってテーパーを形成する方法でもよい。異方性ドライエッチングによって形成されている孔はアスペクト比（深さ／開口サイズ）が高いため、等方性ドライエッチングにおいては、孔の底部にはエッチングガスが到達しにくい。このため、孔の上部のみが等方的にエッチングされる。上記いずれの方法の場合も、挿入孔Ｈ１Ｂおよび溝Ｈ２Ｂにそれぞれテーパーを形成できる。
　光トランスデューサ１Ｂは、挿入孔Ｈ１Ｂの開口にテーパーがあるため、光ファイバ２０の挿入が容易である。また、溝Ｈ２Ｂの開口にもテーパーがあるため、ディスペンサー等での透明樹脂４０の注入が容易である。
＜第１実施形態の変形例３＞
　図１０に示す第１実施形態の変形例３の光トランスデューサ１Ｃでは、溝Ｈ２Ｃは、挿入孔Ｈ１とつながっている第１の溝Ｈ２Ｃ１と、第１の溝Ｈ２Ｃ１とつながっており側面３０ＳＳ１に開口がある第２の溝Ｈ２Ｃ２と、を含む。
　第１の溝Ｈ２Ｃ１の幅は一定であるが、挿入孔Ｈ１とつながっている所の第１の幅ＷＨ２Ｃ１は、光ファイバ２０の外径Ｄ２０よりも小さい。第２の溝Ｈ２Ｃ２は、側面３０ＳＳ１における幅ＷＨ２Ｃ２が、第１の幅ＷＨ２Ｃ１よりも大きい半円柱状である。
　保持部３０Ｃでは、第１の溝Ｈ２Ｃ１の底面に凸部３１Ｒが残存している。
　光トランスデューサ１Ｃは、第２の溝Ｈ２Ｃ２の側面３０ＳＳ１における幅ＷＨ２Ｃ２が大きいため、光ファイバ２０の先端面の観察が容易であり、かつ、透明樹脂４０の注入が容易である。
＜第１実施形態の変形例４＞
　図１１に示す第１実施形態の変形例４の光トランスデューサ１Ｄでは、溝Ｈ２Ｄは、挿入孔Ｈ１とつながっている第１の溝Ｈ２Ｄ１と、第１の溝Ｈ２Ｄ１とつながっている第２の溝Ｈ２Ｄ２と、第２の溝Ｈ２Ｄ２とつながっており、側面３０ＳＳ１に開口のある第３の溝Ｈ２Ｄ３を含む
　第１の溝Ｈ２Ｄ１の幅は一定であるが、挿入孔Ｈ１とつながっている所の第１の幅ＷＨ２Ｄ１は、光ファイバ２０の外径Ｄ２０よりも小さい。第２の溝Ｈ２Ｄ２は、幅ＷＨ２Ｄ２が、光ファイバ２０の外径Ｄ２０よりも大きい、略円柱状である。第３の溝Ｈ２Ｄ３の幅ＷＨ２Ｄ３は一定であるが、第１の幅ＷＨ２Ｄ１よりも大きく、かつ、第２の溝Ｈ２Ｄ２の幅ＷＨ２Ｄ２よりも小さい。
　保持部３０Ｄでは、第１の溝Ｈ２Ｄ１の底面に凸部３１Ｒが残存している。
　光トランスデューサ１Ｄは、第２の溝Ｈ２Ｄ２にマイクロシリンジを挿入できるため、透明樹脂４０の注入が容易である。
＜第１実施形態の変形例５＞
　図１２に示す第１実施形態の変形例５の光トランスデューサ１Ｅは、４つの光素子１０Ａ～１０Ｄと、４つの光ファイバ２０Ａ～２０Ｄと、保持部３０Ｅとを具備する。
　保持部３０Ｅには、４つの挿入孔と４つの溝とがある。４つの溝の開口は、２つの側面３０ＳＳ１または３０ＳＳ２にある。さらに、４つの溝の形状は同じではない。
　しかし、いずれの溝にも、凸部３１Ｒがあるため、４つの光ファイバ２０Ａ～２０Ｄを所定位置までそれぞれの挿入孔に、容易かつ安全に挿入できる。
＜第１実施形態の変形例６＞
　図１３に示す第１実施形態の変形例６の光トランスデューサ１Ｆの保持部３０Ｆは、ＳＯＩウエハの加工によって作製されている。
　保持部３０Ｆは、第１のシリコン層（半導体基板：シリコン基板）３１Ｆと酸化シリコン層（ガラス基板）３２Ｆと第２のシリコン層３３Ｆとが積層された積層基板であるＳＯＩからなる。第２のシリコン層３３Ｆには光路となる貫通孔Ｈ３３がある。
　保持部３０Ｆの作製方法では、エッチング工程Ｓ２０において第１のシリコン層／酸化シリコン層／第２のシリコン層からなるＳＯＩウエハの第１のシリコン層（半導体基板：シリコン基板）に、酸化シリコン層（ガラス基板：ガラス基板）をエッチングストップ層として、第１のシリコン層３１Ｆを貫通する挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２が形成される。挿入孔Ｈ１および溝Ｈ２の底面は酸化シリコン層（ガラス基板の第３の主面）となる。
　エッチング工程Ｓ２０では、酸化シリコン層３２Ｆが溝Ｈ２の底面に露出し、底面の一部に凸部３１Ｒが残っている状態において、エッチング処理が終了される。
　さらに、第２のシリコン層３３Ｆに、貫通孔Ｈ３３が形成される。なお、第２のシリコン層３３Ｆを除去してもよい。また、光信号が赤外光の場合には、シリコンは赤外光に対しては実質的に透明な材料であるため、光路に第２のシリコン層３３Ｆがあっても、伝送効率が低下することはない。
　光トランスデューサ１Ｆは、ＳＯＩ基板を用いて保持部３０Ｆを作製するため、製造が容易である。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態の変形例の光トランスデューサ１Ｇは、光トランスデューサ１と類似し、同じ効果を有するので、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１４に示す光トランスデューサ１Ｇの保持部３０Ｇは、シリコン基板３１Ｇとガラス基板３２とからなる。しかし、側面３０ＳＳ１から観察したときに、光ファイバ２０の先端面２０ＳＡを遮蔽している凸部３１ＲＧは、シリコンではなく、着色ガラスからなる。
　凸部３１ＲＧは、挿入孔Ｈ１Ｇの底面に延設されている略環状であり、光ファイバ２０の先端部が、凸部３１ＲＧの内周部に挿入されている。すなわち、凸部３１ＲＧの内径は、光ファイバ２０の外径よりも僅かに大きい。また、挿入孔Ｈ１Ｇの内径は、凸部３１ＲＧの内径よりも大きい。
　すなわち、凸部３１ＲＧは、光ファイバ２０の先端面２０ＳＡを遮蔽する機能だけでなく、光ファイバ２０を所定位置に保持する機能を有する。
　凸部３１ＲＧは、ガラス基板３２と接合する前に、シリコン基板３１Ｇの第２の主面３１ＳＢに環状の凹部を作製し、凹部に着色ガラスを充填することによって作製される。
　なお、凸部３１ＲＧは、シリコン以外の遮光材料であれば、着色ガラスに限定されるものではなく、例えば、遮光樹脂であってもよい。
＜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に光トランスデューサ１（１Ａ～１Ｇ）を有する。
　内視鏡９は、高画素数の撮像素子２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。
　撮像素子２が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光トランスデューサ１（１Ａ～１Ｇ）によって光信号に変換され、光ファイバ２０を経由することによって操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光トランスデューサ１Ｘによって再び電気信号に変換され、メタル配線を経由することによって伝送される。すなわち、細径の挿入部９Ｂ内においては光ファイバ２０を経由することによって信号が伝送される。
　また、撮像素子２が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光トランスデューサ１（１Ａ～１Ｇ）によって光信号に変換され、光ファイバ２０を経由することによって、挿入部９Ｂと、操作部９Ｃと、ユニバーサルコード９Ｄと、を挿通した後に、プロセッサ（不図示）に配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光トランスデューサ１Ｘによって電気信号に変換されてもよい。プロセッサは、Ｏ／Ｅ型の光トランスデューサ１Ｘによって変換された電気信号を、表示装置、例えばモニタに表示させるための信号処理を行う。
　すでに説明したように、光トランスデューサ１（１Ａ～１Ｇ）は、小型であり、かつ信頼性および生産性が高い。このため、内視鏡９は挿入部が細径のため低侵襲であり、かつ、信頼性および生産性が高い。
　なお、光トランスデューサ１Ｘは、比較的、配置スペースが大きい操作部９Ｃに配設されているが、本発明の光トランスデューサ１等と同じ構成でもよい。また、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよいし、その用途は医療用でも工業用でもよい。また、操作部９Ｃに配設された光トランスデューサ１（１Ａ～１Ｇ）によって、撮像素子２への制御信号が光信号に変換され、先端部９Ａに配設された光トランスデューサ１Ｘによって、光信号が電気信号に変換されてもよい。
　なお、光トランスデューサ１等は、光素子１０等が光信号を出力する発光部１１を有する発光素子である。これに対して、光トランスデューサの光素子が、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、光トランスデューサ１等と同様の効果を有する。
　すなわち、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電極と、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～１Ｇ・・・内視鏡用光トランスデューサ
２・・・撮像素子
９・・・内視鏡
１０・・・光素子
２０・・・光ファイバ
３０・・・保持部
３１・・・シリコン基板
３１Ｒ・・・凸部
３２・・・ガラス基板
４０・・・透明樹脂

Claims (14)

  1. 　少なくとも１つの光素子と、
    　前記光素子と光結合している少なくとも１つの光ファイバと、
    　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する半導体基板と、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、前記第３の主面が前記第２の主面と接合されているガラス基板と、を含み、前記半導体基板を貫通する少なくとも１つの挿入孔があり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第４の主面に前記光素子が実装されている保持部と、を具備し、
    　前記半導体基板には、前記半導体基板を貫通しており、前記挿入孔のそれぞれと、つながっており、前記半導体基板の側面に開口がある少なくとも１つの溝があり、
    　前記挿入孔および前記溝に配設されている透明樹脂によって、前記光ファイバが前記保持部に固定されており、
    　前記溝の底面である前記第３の主面に、凸部があり、
    　前記側面の前記溝の前記開口から、前記光ファイバの先端面を観察すると、前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されていることを特徴とする内視鏡用光トランスデューサ。
  2. 　前記凸部の高さが、１μｍ超１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  3. 　前記溝の幅は、前記挿入孔とつながっている所の第１の幅が、前記光ファイバの外径よりも小さい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トランスデューサ。
  4. 　前記第１の幅が、前記側面における第２の幅よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  5. 　前記溝は、前記挿入孔とつながっている第１の溝と、前記第１の溝とつながっており前記側面に開口がある第２の溝と、を含み、
    　前記第１の溝の幅は、前記挿入孔とつながっている所の第１の幅が、前記挿入孔の内径よりも小さく、
    　前記側面における前記第２の溝の幅が、前記挿入孔の内径よりも大きい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トランスデューサ。
  6. 　前記溝は、前記挿入孔とつながっている第１の溝と、前記第１の溝とつながっている第２の溝と、前記第２の溝とつながっており、前記側面に開口がある第３の溝と、を含み、
    　前記第１の溝は、前記挿入孔とつながっている所の第１の幅が、前記挿入孔の内径よりも小さく、
    　前記第２の溝の幅が、前記挿入孔の内径よりも大きく、
    　前記第３の溝の幅が、前記第１の幅よりも大きく、かつ、前記第２の溝の幅よりも小さい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トランスデューサ。
  7. 　前記半導体基板および前記凸部が、シリコンからなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  8. 　前記半導体基板がシリコンからなり、
    　前記凸部が、前記半導体基板とは異なる材料からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  9. 　前記凸部が、前記第２の主面の前記底面に延設されている略環状であり、
    　前記光ファイバの先端部が、前記凸部の内周部に挿入されていることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  10. 　前記挿入孔の内径が、略環状の前記凸部の内径よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  11. 　前記挿入孔および前記溝は、前記第１の主面の開口が、前記第２の主面の開口よりも大きい、テーパー形状であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  12. 　複数の光素子と
    　複数の光ファイバと
    　複数の挿入孔および複数の溝のある前記保持部と、を具備することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の内視鏡用光トランスデューサ。
  13. 　請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の内視鏡用光トランスデューサを具備することを特徴とする内視鏡。
  14. 　少なくとも１つの光素子と、
    　前記光素子と光結合している少なくとも１つの光ファイバと、
    　第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する半導体基板と、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、前記第３の主面が前記第２の主面と接合されているガラス基板と、を含み、前記半導体基板を貫通する少なくとも１つの挿入孔があり、前記挿入孔に前記光ファイバが挿入されており、前記第４の主面に前記光素子が実装されている保持部と、を具備し、
    　前記半導体基板には、前記半導体基板を貫通しており、前記挿入孔と、つながっており、前記半導体基板の側面に開口がある少なくとも１つの溝があり、
    　前記挿入孔および前記溝に配設されている透明樹脂によって、前記光ファイバが前記保持部に固定されており、
    　前記溝の底面である前記第３の主面に、凸部があり、
    　前記側面の前記溝の前記開口から、前記光ファイバの先端面を観察すると、前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されている内視鏡用光トランスデューサの製造方法であって、
    　前記半導体基板と前記ガラス基板とが積層された積層基板に、エッチング法によって前記挿入孔および前記溝を形成するときに、前記第３の主面が前記溝の底面に露出し、前記底面の一部に前記凸部が残っている状態において、エッチング処理が終了されるエッチング工程と、
    　前記積層基板に前記光素子を実装する光素子実装工程と、
    　前記光ファイバを前記挿入孔に挿入し、前記保持部の側面から前記光ファイバの先端面を観察することによって前記先端面の少なくとも一部が前記凸部に遮蔽されたことが確認される光ファイバ挿入工程と、
    　未硬化の透明樹脂を、前記溝を経由することによって前記挿入孔に配設する樹脂注入工程と、
    　紫外線硬化型または紫外線熱硬化併用型の前記透明樹脂を硬化処理する硬化工程と、を具備することを特徴とする内視鏡用光トランスデューサの製造方法。
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