(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの外径を、該光ファイバの長さ方向に垂直な一つの面内における異なる２方向から、該光ファイバの長さ方向に沿って連続して測定する光ファイバの捻れ測定方法であって、
前記２方向がなす角度が０°＜θ＜９０°または９０°＜θ＜１８０°であり、かつ、一方の方向において得られた光ファイバの外径の測定値を微分し、該微分で得られた値から一周期をなす前後に位置する２点のピークと、他方の方向において微分により得られたピークのうち、前記２つのピークの間に位置する１点のピークとの３点を用い、該光ファイバにおける捻れの回転方向を求めることを特徴とする光ファイバの捻れ測定方法。
【請求項２】
前記２方向のうち、少なくとも１方向において得られた光ファイバの外径の測定値を微分し、該微分により得られた値から一周期をなす前後に位置する２点のピークの時刻を求め、これらのピーク間の時間を導出し、前記時間に光ファイバの線引き速度を乗じることによって、該光ファイバにおける捻れの回転数も算出することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの捻れ測定方法。
【請求項３】
光ファイバの偏波モードの分散値に対し、前記ファイバにおける捻れの回転数をプロットしてなるグラフを利用することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの捻れ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波モード分散が小さい光ファイバを得るために、光ファイバを製造する際に光ファイバに捻れを生じせしめる方法において、光ファイバの捻れ状態を測定できるようにした光ファイバの捻れ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石英系ガラスからなる円柱形の光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造する際に、光ファイバに捻れを生じせしめることによって、偏波モード分散（ＰＭＤ）が小さい光ファイバを得る方法が提案されている。
例えば、特開平８−５９２７８号公報には、光ファイバ母材を高速で回転させながら線引きする方法が提案されている。
特開平８−２９５５２８号公報には、光ファイバに被覆層を形成した後の光ファイバ素線を、回転軸の傾きを変化させるように往復運動する揺動ガイドローラーでガイドした後、回転軸が固定されたガイローラーでガイドすることによって光ファイバ素線に捻れを生じせしめる方法が開示されている。
特開平９−２８３４号公報には、光ファイバに被覆層を形成した後の光ファイバ素線を、回転軸方向と周面との角度が、周方向に沿って変化するように構成されたローラーを用いてガイドすることによって光ファイバ素線に捻れを生じせしめる方法が開示されている。
特表平１０−５０７４３８号公報では、被覆層を形成した後の光ファイバを、互いに相反する方向に回転する２つのプーリーに挟み込んだうえ、この２つのプーリーを、光ファイバの長さ方向に対して垂直な方向に沿って、相反する方向に進退させることによって、光ファイバに捻れを加える方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにして捻れを加えつつ製造された光ファイバのＰＭＤ特性は、光ファイバの捻れの状態、例えば一定長の光ファイバにおいて、どちら向きの捻れが何回転生じているかによって決まるが、光ファイバに付与された捻れの状態を測定する方法については、未だ何の提案もなされていなかった。このため、光ファイバの捻れ状態は、光ファイバ母材の回転数やプーリーの移動速度などの製造条件から算出した見かけの回転数等から推測せざるを得なかったが、見かけの回転数と実際の回転数（実質回転数）とは必ずしも一致せず、正確さを欠くものであった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、捻れを加えながら製造した光ファイバの実際の捻れ状態を正確に測定できるようにすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の光ファイバの捻れ測定方法は、光ファイバの外径を、該光ファイバの長さ方向に垂直な一つの面内における異なる２方向から、該光ファイバの長さ方向に沿って連続して測定する光ファイバの捻れ測定方法であって、前記２方向がなす角度が０°＜θ＜９０°または９０°＜θ＜１８０°であり、かつ、一方の方向において得られた光ファイバの外径の測定値を微分し、該微分で得られた値から一周期をなす前後に位置する２点のピークと、他方の方向において微分により得られたピークのうち、前記２つのピークの間に位置する１点のピークとの３点を用い、該光ファイバにおける捻れの回転方向を求めることを特徴とする。
また、前記２方向のうち、少なくとも１方向において得られた光ファイバの外径の測定値を微分し、該微分により得られた値から一周期をなす前後に位置する２点のピークの時刻を求め、これらのピーク間の時間を導出し、前記時間に光ファイバの線引き速度を乗じることによって、該光ファイバにおける捻れの回転数も算出することを特徴とする。
また、光ファイバの偏波モードの分散値に対し、前記ファイバにおける捻れの回転数をプロットしてなるグラフを利用することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の捻れ測定方法を適用する装置の第１の実施例を示した概略工程図であり、図中符号１は光ファイバ母材である。また図２は光ファイバ母材１の線引き工程を示したものである。
本実施例の装置は、加熱炉２、捻れ測定装置４、コーティング装置５、コーティング同心性モニター６、紫外線ランプ装置７、外径測定装置８、ターンプーリー９、およびガイドプーリー１０を備えている。また光ファイバに捻れを生じせしめる手段として、光ファイバ母材１を高速回転させる手段（図示せず）が設けられている。
【０００６】
本実施例の装置を用いて光ファイバを製造するには、まず光ファイバ母材１を高速回転させながら、加熱炉２内に垂直に挿入して加熱、溶融させて線引きすることによって、捻れが生じた光ファイバ３を形成する。光ファイバ母材１の回転方向は常に一定とする。
線引きにより形成された光ファイバ３は、捻れ測定装置４に導入される。捻れ測定装置４は、被覆層が形成される前の光ファイバ３の外径を、光ファイバ３の進行方向に垂直な面内における異なる２方向から同時に測定する手段を備えたものであれば任意の構成を採用することができる。ここでの測定結果を用いて、後述の捻れ測定方法により光ファイバ３に生じている捻れの状態が測定される。
捻れ測定装置を通過した光ファイバ３は、傷ついたりするのを防止するために直ちに被覆が施されて光ファイバ素線１１となる。すなわち光ファイバ３はコーティング装置５に導入され、ここを通過することによって光ファイバ３の周囲に紫外線硬化型樹脂が塗布される。続いて、コーティング同心性モニター６を通過する際に樹脂厚さの均一性がモニターされた後、紫外線ランプ装置７を通過する際に紫外線が照射されて樹脂が硬化し、一次被覆層が形成される。
光ファイバ３に一次被覆層が形成された光ファイバ素線１１は、外径測定装置８を通過する際にその外径が測定された後、ターンプーリー９、およびガイドプーリー１０等によって導かれて、ボビン（図示せず）に巻き取られる。
【０００７】
次に、本発明の捻れ測定方法について説明する。
本発明の捻れ測定方法は、線引きによって形成される光ファイバ３の断面が真円形でなく、わずかに非円となっていることを利用するものである。すなわち、光ファイバ３の断面は真円形であることが理想的であるが、実際には非円率０．１〜０．５％程度の非円となっている。非円率は
（長径−短径）／長径×１００（％）
で定義されるもので、光ファイバ３の断面における長径と短径の差は０．１〜０．６μｍ程度ある。光ファイバ３が非円となる理由としては、光ファイバ母材１を完全な真円形に形成するのは技術的に不可能であり、光ファイバ母材１自体がわずかに非円となっていること、および線引きの際に使用する加熱炉２内における温度分布が完全に軸対称ではないこと、などが挙げられる。
【０００８】
本発明者等は、図２（ａ）に示す線引き工程において、本実施例のように捻れを加えながら線引きする場合には、光ファイバ母材１の温度が最高温度となるメニスカス下部Ｂで光ファイバ３の捻れが生じるのに対して、光ファイバ３の非円状態はこれよりも上方のメニスカス上部Ａにおいてほとんど決まることを見い出した。
つまり光ファイバ３は、線引き工程において非円状態が決まった後に捻れが生じる。したがって、図２（ｂ）に光ファイバ３断面の非円状態を誇張して示すと、光ファイバ３の長さ方向に沿って、光ファイバ３断面の長径方向が軸周りに漸次回転するように変化している。
したがって、測定位置を固定して、進行する光ファイバ３の外径を長さ方向に沿って連続的にモニターすれば、外径の測定値は、例えば図３に示すように波形のグラフとなる。図３において縦軸は外径測定値を示している。また横軸は時刻であり、すなわち光ファイバ３の長さを表す。このようにして得られる波形のグラフの振幅は光ファイバ３の断面における長径と短径の差であり、周期は捻れが半回転する長さを表す。
【０００９】
本実施例では、捻れ測定装置４に２つの外径測定装置（Ｃ、Ｄとする）を使用し、光ファイバ３の進行方向（長さ方向）に垂直な一つの平面内において異なる２方向から光ファイバ３の外径を測定する。２方向からの測定は同時に行う。また外径の測定は長さ方向に沿って連続して測定する。例えば、２つの外径測定装置による測定方向のなす角度θが４５゜である場合には、それぞれの装置での外径の測定値は図３の実線および破線のように変化する。図３において実線は装置Ｃの測定結果、破線は装置Ｄの測定結果をそれぞれ示している。
もし仮に、光ファイバ３に捻れが生じていなかったら、装置Ｃにおける外径測定値と装置Ｄにおける外径測定値は、互いに異なる値となるが、それぞれ経時的に変化せず、グラフは横軸に平行な２本の直線となる。
また仮に、光ファイバ３が非円でなく真円形であったならば、光ファイバ３に捻れが生じている場合も生じていない場合も、装置Ｃにおける外径測定値と装置Ｄにおける外径測定値は同じ値で、かつ経時的に変化しない。したがってグラフは横軸に平行な１本の直線となる。
【００１０】
本実施例では、図３に示すような、２つの波形が横軸方向にずれた形状のグラフが得られるので、各種の手法により２つの波形の位相の差を求め、これにより光ファイバ３の捻れの回転方向および実質回転数を求める。
例えば、外径測定値を微分して最大値を示す点（ピーク）の時刻を求めて比較する方法がある。すなわち、装置Ｃの測定結果におけるピークの時刻を早い方からＣ１、Ｃ２とし、装置Ｄの測定結果におけるピークの時刻を早い方からＤ１、Ｄ２とすると、Ｃ２−Ｃ１またはＤ２−Ｄ１が捻れが半回転する時間を表す。これに光ファイバ３の進行速度（線引速度）を乗じれば捻れが半回転する長さがわかる。また一定長さの光ファイバ３における捻れの回転数で表すこともできる。
【００１１】
また、一方の装置における２つのピーク（例えばＣ１、Ｃ２）と、この２つのピークの間に存在する他方の装置のピーク（例えばＤ１）の３点を用いて回転方向を知ることができる。すなわち、２つの測定装置の測定方向のなす角度θが鋭角の場合は、これら３点の間隔のうち小さい方が捻れの回転方向を表す。例えば図３においてはＣ２−Ｄ１よりもＤ１−Ｃ１の方が小さい。各ピークは各測定装置による測定位置に長径が位置した時刻であるので、図３のＣ１からＤ２の間では、光ファイバ３の進行に伴って光ファイバ３の長径の位置がＣ１からＤ１へ変化していることがわかり、捻れの回転方向は装置Ｃによる測定位置から装置Ｄによる測定位置へ向かう方向であることがわかる。
また２つの測定装置の測定方向のなす角度θが鈍角の場合は、上記３点の間隔のうち大きい方が捻れの回転方向を表す。なお、２つの測定装置の測定方向のなす角度が９０゜である場合は、測定結果は図４のようになり、回転方向が異なっても同じ測定結果となるので、実質回転数は求められるが回転方向を判定することができない。また２つの測定装置による測定方向のなす角度θが１８０゜であると両装置の測定結果は一致するので捻れの測定はできない。
したがって、２つの測定装置による測定方向がなす角度θは０＜θ＜９０または９０＜θ＜１８０の範囲内に設定され、好ましくは２５＜θ＜６５または１１５＜θ＜１５５とすると、ピークの間隔が好ましい距離で得られるので回転方向を求める上で都合がよい。
【００１２】
本実施例によれば、光ファイバ３における捻れの実質回転数および回転方向を正確に測定できるので、実際の捻れの状態を正確に認識することができる。これを用いて光ファイバ３の捻れ状態と偏波モード分散との関係を数値で表すことが可能となり、偏波モード分散が小さい光ファイバを製造する際の製造条件の設定等を簡便に行うことができるようになる。例えば、予め光ファイバ３に捻れを生じさせる条件を変えて種々の光ファイバ素線１１を製造し、それぞれの光ファイバ素線１１のＰＭＤを測定して、捻れ状態とＰＭＤとの関係を求めておく。そして光ファイバ素線１１の製造時には、光ファイバ３の捻れの測定結果に応じて捻れを生じせる手段を制御することにより、光ファイバ素線１１のＰＭＤを制御することが可能である。
また、本実施例の捻れ測定装置は、既存の光ファイバ製造ラインに２つの外径測定装置を付加することによって捻れの測定を行うことができるので、装置の構成が簡単であり、装置が大型化することもなく、容易に実施することができる。
【００１３】
なお上記実施例では、光ファイバ母材１の回転方向を常に一定としたので、光ファイバ３の捻れの回転方向は常に一定であるが、光ファイバ母材１の回転方向を、時計回りと反時計回りに、交互に変化させれてもよく、そのようにすれば光ファイバ３の捻れの回転方向が長さ方向に変化する。
また、光ファイバ３に捻れを生じせしめる方法として、線引き時に光ファイバ母材１を回転させる方法を用いたが、本発明は、これに限らず、線引き工程において光ファイバ３の非円状態がほぼ決まった後に捻れが生じる方法であれば、任意の方法を適用することができる。
【００１４】
図５は、本発明の捻れ測定方法を適用する装置の第２の実施例を示したもので（ａ）は概略工程図、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示した説明図である。図５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略することがある。
本実施例の装置は、例えば特表平１０−５０７４３８号開示された方法にしたがって光ファイバを製造するのに好適に用いられる。
図５中、符号２１は捻れ付与用のプーリーであり、２個のプーリー２１が一対となって光ファイバ素線２３を挟むように設けられている。プーリー２１は、その中心軸が光ファイバ素線２３の進行方向に対して垂直となるように設けられており、走行する光ファイバ素線２３に引きずられるようにして回転する。また、図５（ｂ）中矢印で示すように、２個のプーリー２１を、プーリー２１の中心軸方向に沿って、相反する方向に進退させることによって、光ファイバ１３に捻りを加えるように構成されている。
また図示していないが光ファイバ母材１を線引きするための加熱炉が設けられている。
【００１５】
本実施例の装置を用いて光ファイバを製造するには、まず光ファイバ母材１を加熱炉内に垂直に挿入して加熱、溶融させて線引きすることによって光ファイバ１３を形成する。光ファイバ母材１は回転させない。
線引きにより形成された光ファイバ１３は、捻れ測定装置４、コーティング装置５、コーティング同心性モニター６、紫外線ランプ装置７を順に通過する間に被覆層が形成されて光ファイバ素線２３となる。そして被覆層が形成された光ファイバ素線２３が一対のプーリー２１の間を通過することによって、光ファイバ１３に捻りが加えられる。光ファイバ１３の捻れは、加熱炉中の光ファイバ母材１の温度が最高温度となるメニスカス下部Ｂで生じ、光ファイバ１３の非円状態が決まるメニスカス上部Ａでは捻れは生じていない。光ファイバ１３における捻れの実質回転数はプーリー２１の進退運動の速度によって決まり、捻れの方向はプーリー２１ａの進退運動の周期に応じて決まる。
したがって、加熱炉とコーティング装置５との間に、捻れ測定装置４を設けて、光ファイバ１３の外径を、光ファイバ１３の進行方向に垂直な面内における異なる２方向から同時に測定することによって、前述の捻れ測定方法により光ファイバ１３に生じている捻れの状態を測定することができる。
【００１６】
本実施例によっても、光ファイバ１３における捻れの実質回転数および回転方向を正確に測定することができ、上記実施例２と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
なお、本発明において、光ファイバの製造装置は上記実施例のものに限らず、線引き工程後かつ樹脂被覆工程前に捻れ測定装置が設けられていればよく、適宜変更可能である。
また、本発明の捻れ測定方法は、光ファイバに限らず、断面が非円形の長尺物の捻れを測定する場合にも適用可能である。また同一平面内における２方向からの測定は必ずしも同時に行う必要はなく、同一平面における測定結果を比較できればよい。例えば、一定長の被測定物の長さ方向に沿って、１つの外径測定装置で角度を変えて２回測定を行うことも可能である。この場合、長さ方向に沿って、一方向からの測定を行った結果をコンピュータに記憶させておき、この後、同じ部位について他方向からの測定を行い、同一平面内における測定結果を対応させながら演算処理することによって捻れを測定することが可能である。ただし、光ファイバの製造工程のように被測定物が進行している場合や、光ファイバのように線引き後、直ちに被覆が施されてしまう場合には、迅速に測定、演算を行う必要があるので、２つの外径測定装置を用いて２方向からの測定を同時に行うことが好ましい。
また測定は２方向からでなく、３方向以上から行うことも可能であるが、演算が複雑化する可能性がある。捻れの方向と周期（実質回転数）を知るためには２方向からで十分である。
【００１８】
【実施例】
以下、具体的な実施例を示して本発明の効果を明らかにする。
（実施例１）
図１の装置を用いて、光ファイバ３に捻れを加えつつ光ファイバ素線１１を製造した。捻れ測定装置４としては２つの外径測定装置を備えたものを使用し、それぞれの装置の測定方向がなす角度θは６０゜とした。
光ファイバ３に捻れを生じせしめる条件を５通り（条件イ〜ホ）に変えて、光ファイバ素線１１の製造を行った。また参照用として捻れを生じさせないで光ファイバ素線１１の製造を行った。
製造時に、捻れ測定装置４によって２方向から外径を測定した結果を用いて、上記実施例で述べた手法により、光ファイバ３に生じている捻れの実質回転数を求めた。実質回転数は光ファイバ１ｍ当たりの回転数（単位：rot／ｍ）で表す。また得られた光ファイバ素線１１の偏波モード分散の値（ＰＭＤ）を求めた。これらの結果を下記表１に示す。
また、本実施例では、光ファイバ母材１を一方向に回転させることにより光ファイバ３に捻りを加えているので、光ファイバ母材１の回転数と光ファイバ３の捻れの実質回転数とは等しい。したがって、比較のために、見かけの回転数として光ファイバ母材１の回転数を表１に併記した。
【００１９】
【表１】
0004076702.tif 000002
【００２０】
表１の結果より、いずれの製造条件においても、見かけの回転数と測定により得られた実質回転数とが等しくなっていることから、捻れの実質回転数が正確に測定されていることが認められる。
また、実質回転数が０〜１２rot／mの範囲では、実質回転数が増加するにしたがってＰＭＤは減少しており、実質回転数が１２rot／m以上の範囲ではＰＭＤは変化していないことが認められる。このことから、本実施例においては、光ファイバ素線１１の製造時に、捻れ測定装置４で測定される捻れの実質回転数が１２rot／m以上となるように製造条件を制御することにより、光ファイバ素線１１のＰＭＤを最小化できることがわかる。また、線速を向上させたい場合には、実質回転数１２rot／m以上を確保できる範囲で製造条件を制御することによって、ＰＭＤが低い光ファイバを効率良く製造することができる。
【００２１】
（実施例２）
図５の装置を用いて、光ファイバ１３に捻れを加えつつ光ファイバ素線２３を製造した。捻れ測定装置４は、上記実施例１と同様の構成とした。なお、光ファイバ母材１としては、上記実施例１とはパラメータが異なるものを用いた。
加熱炉出口からプーリー２１を設ける位置までの距離を、３ｍ（プーリーの位置Ａ）、６ｍ（プーリーの位置Ｂ）の２通りに変化させ、またそれぞれの位置でプーリー２１の進退運動の条件を３通り（条件へ〜チおよびリ〜ル）に変えて、光ファイバ素線２３の製造を行った。また参照用として捻れを生じさせないで光ファイバ素線２３の製造を行った。プーリー２１の位置が異なると、プーリー２１の進退運動の条件が同じであっても、実際の捻れ状態に差が生じることは容易に予想される。プーリー２１の進退運動の周期は０．２秒で一定とした。
【００２２】
製造時に、捻れ測定装置４によって２方向から外径を測定した結果を用いて、上記実施例で述べた手法により光ファイバ１３に生じている捻れの実質回転数を求めた。実質回転数は光ファイバ１ｍ当たりの回転数（単位：rot／ｍ）で表す。また得られた光ファイバ素線２３の偏波モード分散の値（ＰＭＤ）を求めた。これらの結果を下記表２に示す。
また、プーリー２１の往復運動の速度を回転数に換算した値を見かけの回転数として表２に併記した。
【００２３】
【表２】
0004076702.tif 000003
【００２４】
図６は、計算により求めた見かけの回転数と光ファイバ素線２３のＰＭＤとの関係をグラフで表したものである。
また図７は、測定により得られた実質回転数と光ファイバ素線２３のＰＭＤとの関係をグラフで表したものである。
これらの結果より、実質回転数と見かけの回転数との間には差があり、プーリー２１の位置が変化すると見かけの回転数とＰＭＤとの関係も変化した。これに対して、実質回転数とＰＭＤとは、プーリー２１の位置に関係なく、良好な相関関係を示した。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の捻れ測定方法によれば、光ファイバの外径を、該光ファイバの長さ方向に垂直な面内における異なる２方向から、長さ方向に沿って連続的に測定することによって、光ファイバに生じている捻れの状態を正確に測定することができる。したがって、この測定結果を用いて光ファイバの捻れ状態と偏波モード分散との関係を数値で表すことが可能となり、偏波モード分散が小さい光ファイバを製造する際の製造条件の設定等を効率良く行うことができる。
また、本発明の捻れ測定方法を適用した装置は、２つの外径測定装置を用いて構成することが可能であるので、装置の構成が簡単であり実施容易性が高い。
【００２６】
本発明の光ファイバの捻れ測定方法を適用して、光ファイバを製造するならば、線引きにより光ファイバを形成する際に捻れを生じせしめることにより、偏波モード分散が小さい光ファイバを得ることができる。これに加えて、該光ファイバの外径を光ファイバの進行方向に垂直な面内における異なる２方向から連続的に測定することによって、この光ファイバの捻れの状態を測定することができる。したがって、光ファイバの製造工程中で捻れ状態を測定しつつ光ファイバの製造条件を制御することができるので、高品質の光ファイバを効率良く製造することができ、歩留まりを向上させることができる。
また本発明の光ファイバの捻れ測定方法を適用した装置を用いるとするならば、インラインで光ファイバの捻れを測定する手段を備えているので、捻れの測定結果に応じて捻れを生じせしめる手段を制御しつつ、偏波モード分散が小さい光ファイバを効率良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの捻れ測定方法を適用した装置の第１の実施例を示した概略構成図である。
【図２】本発明の光ファイバの捻れ測定方法を適用した装置における線引き工程を示したもので、（ａ）はメニスカス部の説明図、（ｂ）は光ファイバの非円状態を誇張して示した説明図である。
【図３】本発明の捻れ測定方法で得られる測定結果の例を示すグラフである。
【図４】本発明の捻れ測定方法で得られる別の測定結果の例を示すグラフである。
【図５】本発明の光ファイバの捻れ測定方法を適用した装置の第２の実施例を示した概略構成図である。
【図６】本発明に係る実施例における測定結果の例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例における測定結果の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光ファイバ母材、２…加熱炉、３，１３…光ファイバ、  ４…捻れ測定装置、１１，２３…光ファイバ素線、  ２１…捻れ付与用のプーリー（捻れを生じせしめる手段）。
【図１】
0004076702.tif 000004
【図２】
0004076702.tif 000005
【図３】
0004076702.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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