(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材の下端部を加熱・溶融して線引きしているときの光ファイバの振動状態を測定して光ファイバの振動状態信号を発生させ、この振動状態信号をスペクトル解析した結果から光ファイバ固有振動周波数を推定することにより光ファイバの線引き中の張力値を求め、かつ該張力値があらかじめ定められた目標値となるように制御する光ファイバの線引方法において、
前記スペクトル解析の周波数範囲を、前記光ファイバ固有振動周波数が光ファイバの線引中に変動すると推測される範囲に設定し、
かつ、前記スペクトル解析の周波数範囲内に現れる光ファイバの固有振動以外の振動等の外乱による影響を、光ファイバの振動状態の測定時から光ファイバ固有振動周波数の推定時までの間に、前記光ファイバの振動状態の測定結果または該測定結果のスペクトル解析結果の少なくとも一方から除去する外乱除去手段を用いることを特徴とする光ファイバの線引方法。
【請求項２】
前記外乱除去手段は、前記光ファイバ固有振動周波数を推定する際に、前記張力値が算出される際の前記光ファイバ固有振動周波数の近傍以外にピーク周波数を有する前記スペクトル解析の周波数範囲内のスペクトル成分を外乱スペクトル成分であると判断し、前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段であることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバの線引方法。
【請求項３】
前記外乱除去手段は、前記光ファイバ固有振動周波数を推定する際に、前記光ファイバ固有振動周波数がピーク周波数であると推測されるスペクトル波形と実質的に異なるスペクトル波形を有する前記スペクトル解析の周波数範囲内のスペクトル成分を外乱スペクトル成分であると判断し、前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段であることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバの線引方法。
【請求項４】
前記外乱除去手段は、前記光ファイバの振動以外の振動等を測定する外乱測定手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバの線引方法。
【請求項５】
前記外乱除去手段は、前記外乱測定手段による測定結果をスペクトル解析して外乱スペクトル成分を得る手段と、前記光ファイバの振動状態をスペクトル解析した結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の光ファイバの線引方法。
【請求項６】
前記外乱除去手段は、前記光ファイバの振動成分から前記光ファイバの振動成分以外の振動等による外乱振動成分を前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析前に除去する手段であることを特徴とする、請求項４に記載の光ファイバの線引方法。
【請求項７】
前記外乱除去手段は、光ファイバ線引装置と前記光ファイバの振動状態を測定する手段との間に設置された振動絶縁手段であって、そのカットオフ周波数が前記光ファイバ固有振動数よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバの線引方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材を線引きして光ファイバを得る方法に関し、具体的には、光ファイバの線引張力を正確に求めつつ目標の値となるように制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ母材を線引きして光ファイバとする際には、線引張力を管理する必要がある。光ファイバ線引時における張力の値（以下、張力値と表記する）の測定を行う技術として、光ファイバの振動状態を測定して光ファイバの振動状態信号を発生させ、この振動状態信号を計測して張力値を算出する方法が知られている。
【０００３】
この方法は、計測された振動波形を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴという。ＦＦＴ；Fast Fourier Transform）などの手法により周波数領域に変換して解析（以下、「スペクトル解析」とする）し、その結果から光ファイバ固有振動周波数を導出し、下記の式に代入して張力値Ｔを算出するものである。
【０００４】
Ｔ＝（２・Ｌ・ｆ1 )2・ρ／９．８１      （１）
【０００５】
数式（１）において、Ｔは張力値（単位：Ｎ）、ｆ1 は光ファイバの固有振動周波数（単位：１／ｓ）、ρは線密度（単位：ｋｇ／ｍ）、Ｌは光ファイバ母材の溶融変形部から樹脂被覆ダイスまでの距離（単位：ｍ）である。
【０００６】
この技術が適用される光ファイバの線引装置の一例を示す概略説明図を図２０に示す。
【０００７】
ここで、図２０における各要素の説明を行う。１は光ファイバ母材である。２は光ファイバ母材１を鉛直に吊り下げ支持する光ファイバ母材把持部である。３は光ファイバ母材１を加熱・溶融して線引きするための加熱炉である。４は加熱炉３により加熱されている光ファイバ母材１の溶融変形部である。５は光ファイバ母材１から線引された光ファイバである。６は光ファイバ５の温度をほぼ雰囲気温度に低下させるための冷却筒である。７は冷却筒６により冷却された光ファイバ５に保護被覆を施すための樹脂被覆ダイスである。８は光ファイバ線引中の張力値を得るために溶融変形部４と樹脂被覆ダイス７との間における光ファイバ５の振動状態を測定する光ファイバ振動測定器である。９は光ファイバ振動測定器８から送出される測定結果をスペクトル解析するためのＦＦＴ演算器である。１０はＦＦＴ演算器９から送出されるスペクトル解析結果のピーク周波数を探索するピーク検出器である。１１はピーク検出器１０から送出されるピーク周波数から線引中の張力値を演算する張力演算器である。１２は張力演算器１１から送出される張力値があらかじめ定められた張力目標値となるように加熱炉３の炉内温度を制御する張力制御器である。１３は光ファイバ線引装置のフレームである。
【０００８】
上記各要素のうち、加熱炉３、冷却筒６、樹脂被覆ダイス７、光ファイバ振動測定器８は、フレーム１３に固定されている。
【０００９】
また、光ファイバ母材把持部２は、フレーム１３に取り付けられており、光ファイバの線引の進行に応じて徐々に下降するように制御される。
【００１０】
また、光ファイバ振動測定器８は、光ファイバ５の振動状態を非接触で測定するため、一般にレーザ式の測定器が用いられる。
【００１１】
ここで、図２０の線引装置において数式（１）における張力値Ｔを計測する際の流れ図を図２１に示す。具体的な説明を以下に示す。
【００１２】
Ａ：初期値設定（ＦＦＴ演算器９、張力演算器１１、張力制御器１２）
Ａ１）ＦＦＴ演算器９に、測定すべき張力値の範囲に応じた解析周波数範囲を入力する。
Ａ２）張力演算器１１に、計測する光ファイバ５のパラメータ（線密度ρ、溶融変形部４から樹脂被覆ダイス７までの距離Ｌ）を入力する。
Ａ３）張力制御器１２に、張力値Ｔの目標値を入力する。
Ｂ：光ファイバ振動測定（光ファイバ振動測定器８による処理）
光ファイバ５の振動振幅を計測し、その結果をＦＦＴ演算器９に送出する。
Ｃ：スペクトル解析（ＦＦＴ演算器９による処理）
光ファイバ振動測定器８による測定結果をスペクトル解析し、光ファイバ５の振動振幅と比較して無視できるほど小さいノイズ成分を平均化処理により除去する。その結果をピーク検出器１０に送出する。
Ｄ：スペクトルピーク探索（ピーク検出器１０による処理）
ピーク周波数（光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 に相当）の探索を行う。
Ｅ：張力値の推定（張力演算器１１による処理）
ピーク周波数ｆ1 を数式（１）に代入して張力値を算出・推定する。
Ｆ：張力目標値と推定された張力値との比較（張力制御器１２による処理）
Ｆ１）推定された張力値が目標値の範囲内にある場合は、そのまま上記のステップＢに戻って次の測定を行う。
Ｆ２）推定された張力値が目標値の範囲内にない場合は、加熱炉３に温度制御信号を送出して張力制御を行うとともに、上記のステップＢに戻って次の測定を行う。
【００１３】
この技術を用いて張力値の測定を行う場合、非接触で計測を行うことができるため、光ファイバ製造中の張力値が測定できる。よって光ファイバ製造中に光ファイバ特性の管理を行うことができる利点がある。
【００１４】
一般に光ファイバ５の線引において、線引が進むに従って光ファイバ母材１の体積が減少し、光ファイバ母材１が加熱炉３から受ける単位体積あたりの熱量が増大するため、溶融変形部４の粘度が徐々に低下し、張力値Ｔが減少する。その結果、数式（１）より光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を示すスペクトルピークは徐々に低周波側に移動する。
【００１５】
したがって、前述した方法における張力測定では、光ファイバ５の張力値が変化する範囲、すなわち光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 が線引中に移動すると想定される周波数範囲をあらかじめ決定しておき、その周波数範囲内でスペクトル解析を行う必要がある。また、一般に光ファイバ５の種類により線引の際に必要な張力値が異なるので、その張力値に応じて上記の周波数範囲が設定可能であることも必要とされる。
【００１６】
また、光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を示すスペクトルピークを検出する際、無視できないノイズを軽減させるために、光ファイバ５の振動状態信号に対して平滑化処理が行われている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術により張力測定を行う場合において、上記平滑化処理では除去することができないノイズ等の外乱成分の影響が出て、正確な固有振動周波数ｆ1 を算出することができないことがある。
【００１８】
そこで、ノイズ成分の影響を抑えるための技術として、たとえば光ファイバの振動スペクトルに対して平滑化処理を行うだけでなく、光ファイバの固有振動周波数ｆ1 から張力値Ｔを求めた後にも平均化処理を行ってさらに張力値Ｔの精度を向上させる手法が知られている。
【００１９】
しかし、このような手法を用いても、ノイズ成分のピーク値が高い場合には、平均化処理された後の張力値Ｔのばらつきが残ってしまい、ノイズ除去の効果を十分得ることができない。
【００２０】
このように、線引張力が大きいほど光ファイバの振幅が小さくなり、ノイズ等の振幅が光ファイバの固有振動周波数ｆ1 を示す振幅より相対的に大きくなるため、線引張力の測定の際に外乱の影響を受けやすくなっているが、従来技術により発生する問題点は、線引張力が大きくなるほど顕著であり、線引張力を大きくする必要がある場合には従来の技術を適用しても線引張力を正確に測定することは困難となっている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題に鑑み、光ファイバの振動を利用して線引張力を非接触で測定する光ファイバの線引方法において、光ファイバの固有振動周波数を示すスペクトルピークを検出する際に、ノイズ等の外乱による悪影響を少なくすることで光ファイバの線引張力を正確かつ安定に算出して目標値に設定する、光ファイバの線引方法を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明は、まず従来技術により除去することが不可能であった前述のノイズについて検討した。その結果、このノイズを示すスペクトルピークは光ファイバ線引装置自身の振動（以下、設備振動と表記する）や光ファイバ母材の振動などに起因するものであり、それらが下記の特徴を有することがわかった。
【００２３】
設備振動は、その現象の発生が予測不可能である。しかし、設備振動のスペクトル波形は比較的スペクトル帯域幅が狭いため、そのスペクトル波形を特定することができれば、設備振動のスペクトル波形と光ファイバの固有振動スペクトル波形との区別が可能となる。
【００２４】
光ファイバ母材の振動は、そのスペクトル波形が比較的なだらかであって、光ファイバの振動スペクトル波形に近い波形を示すことがあり、光ファイバ母材の振動スペクトル波形と光ファイバの振動スペクトル波形との区別は難しい。しかし、光ファイバ母材の振動状態は予測可能であり、その振動スペクトル波形は時間とともに低周波側から高周波側に移動する傾向があるため、そのスペクトル波形の発生状況を把握することができれば、光ファイバ母材の振動スペクトル波形と光ファイバの固有振動スペクトル波形との区別が可能となる。
【００２５】
また、図２０において、光ファイバ５の振動状態を良好に計測するためには、光ファイバ振動測定器８は実質的に振動しないことが望ましい。しかし、光ファイバ振動測定器８は一般にフレーム１３に固定されているため、フレーム１３の振動が光ファイバ振動測定器８に伝わり、ノイズとして光ファイバ５の振動測定結果に現れる。
【００２６】
このように、ＦＦＴ演算器９によりスペクトル解析される信号は、実際には光ファイバ５の固有振動成分と、光ファイバ振動測定器８の振動を含むその他の振動等の外乱振動成分とが合成されたものである。
【００２７】
ここで、光ファイバ以外の振動等による外乱の振幅が光ファイバの振動振幅に比べて小さい場合は、光ファイバ５の固有振動周波数を示すピーク値の方が設備振動等を示すピーク値に比べて高くなるため、計測に支障がないことが多い。この場合には、前述のとおり平均化処理等によりノイズ除去が可能である。
【００２８】
しかし、外乱振動を示すピーク値が光ファイバ５の固有振動周波数を示すピーク値に比べて大きくなる場合には、ピーク検出部１０が誤測定を行うことがある。極端な場合には、ピーク検出部１０が外乱振動を示すスペクトルピークを光ファイバ５の固有振動周波数を示すスペクトルピークであると認識してしまうおそれがあり、正確な張力測定が困難となる。
【００２９】
そこで、請求項１の発明は、光ファイバ母材の下端部を加熱・溶融して線引きしているときの光ファイバの振動状態を測定して光ファイバの振動状態信号を発生させ、この振動状態信号をスペクトル解析した結果から光ファイバ固有振動周波数を推定することにより光ファイバの線引き中の張力値を求め、かつ該張力値があらかじめ定められた目標値となるように制御する光ファイバの線引方法において、前記スペクトル解析の周波数範囲を、前記光ファイバ固有振動周波数が光ファイバの線引中に変動すると推測される範囲に設定し、かつ、前記スペクトル解析の周波数範囲内に現れる光ファイバの固有振動以外の振動等の外乱による影響を、光ファイバの振動状態の測定時から光ファイバ固有振動周波数の推定時までの間に、前記光ファイバの振動状態の測定結果または該測定結果のスペクトル解析結果の少なくとも一方から除去する外乱除去手段を用いることを特徴としている。
【００３０】
請求項１の発明により、光ファイバ固有振動周波数を示すスペクトルピークの検出を、光ファイバ固有振動以外の振動等の影響を受けることなく正確に行うことが可能となる。
【００３１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記外乱除去手段は、前記光ファイバ固有振動周波数を推定する際に、前記張力値が算出される際の前記光ファイバ固有振動周波数の近傍以外にピーク周波数を有する前記スペクトル解析の周波数範囲内のスペクトル成分を外乱スペクトル成分であると判断し、前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段であることを特徴としている。
【００３２】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記外乱除去手段は、前記光ファイバ固有振動周波数を推定する際に、前記光ファイバ固有振動周波数がピーク周波数であると推測されるスペクトル波形と実質的に異なるスペクトル波形を有する前記スペクトル解析の周波数範囲内のスペクトル成分を外乱スペクトル成分であると判断し、前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段であることを特徴としている。
【００３３】
請求項２および請求項３の発明は、光ファイバ固有振動のスペクトル波形が既知であるか、外乱振動のスペクトル波形が既知または予測可能である場合に、その効果を発揮する。
【００３４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記外乱除去手段は、前記光ファイバの振動以外の振動等を測定する外乱測定手段を含むことを特徴としている。
【００３５】
請求項４の発明は、外乱除去手段として光ファイバの振動以外の振動等を測定する外乱測定手段を含むことにより、外乱成分を直接的に求めることができ、外乱の影響を直接的に取り除くことが可能となる。具体的には、外乱測定手段により、光ファイバ母材の振動や光ファイバ線引装置の設備振動など、外乱の主要因となりうる振動を測定することが望ましい。
【００３６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記外乱除去手段は、前記外乱測定手段による測定結果をスペクトル解析して外乱スペクトル成分を得る手段と、前記光ファイバの振動状態をスペクトル解析した結果から前記外乱スペクトル成分による影響を除去する手段とを含むことを特徴としている。
【００３７】
請求項５の発明は、外乱除去手段としてスペクトル解析手段を含む構成を有する点で、従来の線引装置との整合性がとりやすいため望ましい。
【００３８】
請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記外乱除去手段は、前記光ファイバの振動成分から前記光ファイバの振動成分以外の振動等による外乱振動成分を前記光ファイバの振動状態のスペクトル解析前に除去する手段であることを特徴としている。
【００３９】
上記請求項２ないし請求項５の発明は、主にスペクトル解析中に外乱成分の影響を除去するものであるが、時間領域において外乱成分を除去することが可能な場合には、請求項６の発明のようにして、スペクトル解析前の光ファイバ振動測定結果から外乱振動成分を除去することが可能となる。光ファイバ振動測定結果のスペクトル解析前に外乱要因が除去されることは、スペクトル解析時のピーク周波数がきわめて高確率で光ファイバの固有振動周波数となる点で望ましい。
【００４０】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記外乱除去手段は、光ファイバ線引装置と前記光ファイバの振動状態を測定する手段との間に設置された振動絶縁手段であって、そのカットオフ周波数が前記光ファイバ固有振動数よりも低いことを特徴としている。
【００４１】
請求項７の発明により、光ファイバの振動状態を測定する際に、光ファイバの固有振動周波数近傍の外乱成分を簡単に取り除くことが可能となる。
【００４２】
なお、上記各発明は、２種類以上を併用しても差し支えないことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図を用いて説明する。
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施形態である光ファイバの線引方法が適用される光ファイバの線引装置の概略構成図である。なお、図１において、図２０と同一の機能を有する箇所については図２０と同一の符号を付し、その説明はここでは省略する。
【００４５】
図１において、１４は外乱ピーク除外手段であり、ＦＦＴ演算器９により周波数変換された後のスペクトル成分から外乱に起因するスペクトル成分の影響を除去するものであって、外乱に起因するスペクトル波形が光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形と一致しないことを利用して、光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形とそれ以外のスペクトル波形とを区別するものである。
【００４６】
その具体例として、あらかじめ光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形のシミュレーション結果または前回測定値を外乱ピーク除外手段１４に入力し、実測に基づく光ファイバ振動スペクトル成分とあらかじめ求めた光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形とを外乱ピーク除外手段１４により比較して、実測に基づくスペクトル成分およびあらかじめ求めたスペクトル成分の両方に現れるスペクトル波形を特定した後、ピーク検出器１０により両方に現れるスペクトル波形のピークを検出することにより、外乱スペクトル成分の影響を除去する。
【００４７】
また、別の具体例として、外乱に起因するスペクトル成分のスペクトル帯域幅が光ファイバ固有振動に基づくスペクトルの帯域幅より明らかに狭いことがわかっている場合には、最もスペクトル帯域幅が広いスペクトル波形を光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形であると外乱ピーク除外手段１４により仮定し、その波形のピーク周波数をピーク探索の対象とすることで、外乱スペクトル成分の影響を除去する。この場合には、光ファイバ固有振動に基づくスペクトル成分をあらかじめ求めておく必要はない。
【００４８】
ここで、図２に光ファイバ５の実際の線引時の振動状態をスペクトル解析した波形図の一例を示す。この場合にはピーク周波数ｆ2 のスペクトル波形が光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を示すスペクトル波形より急峻であるため、ピーク周波数ｆ2 は設備振動に起因するものと推測される。
【００４９】
図２のスペクトル解析結果から光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を正確に求めるためには、光ファイバ５の振動状態のスペクトル解析結果に対して、またはスペクトル解析を行う前に、従来のノイズ除去処理以外の新規なノイズ除去処理を施す必要がある。以下、その具体例を実施例として説明する。
【００５０】
なお、光ファイバ５の線引時の線速は３００ｍ／ｍｉｎとし、ＦＦＴ演算器９の設定はサンプリング間隔を８ｍｓｅｃ、周波数設定範囲を１２〜２３Ｈｚとした。光ファイバ５の線引時の線速は従来技術や他の実施形態においても同様とし、ＦＦＴ演算器９の設定は必要な張力値等に応じて変化させている。
【００５１】
実施例１
実施例１として、光ファイバ５の固有振動に基づくスペクトル波形をあらかじめ求めておき、実際に測定した光ファイバ５の振動スペクトル成分と比較することで外乱スペクトル成分の影響を除去する場合の流れ図を図３に示す。具体的には下記の処理を行う。
【００５２】
Ａ：初期値設定
Ａ１）〜Ａ３）従来技術と同様。
Ａ４）外乱ピーク除外手段１４に、あらかじめ求めた光ファイバ固有振動に基づくスペクトル成分を入力する。
Ｂ：光ファイバ振動測定（光ファイバ振動測定器８による処理）
従来技術と同様。
Ｃ：スペクトル解析（ＦＦＴ演算器９による処理）
従来技術と同様。
Ｇ：外乱の除去（外乱ピーク除外手段１４による処理）
Ｇ１）ＦＦＴ処理値の対数処理：スペクトル解析結果の振幅を対数化し、各スペクトル成分のスペクトル波形の違いを明確にする。
Ｇ２）光ファイバ固有振動スペクトル成分の推定：あらかじめ求めた光ファイバ固有振動スペクトルと実際の測定に基づく光ファイバ振動スペクトルとを対比し、光ファイバ振動スペクトル解析結果から光ファイバ固有振動スペクトル成分および外乱スペクトル成分を推定し、その情報をピーク検出器１０に送る。
Ｄ：スペクトルピーク探索（ピーク検出器１０による処理）
Ｄ１）外乱ピーク除外手段１４から送出された光ファイバ固有振動スペクトル成分および外乱スペクトル成分に関する情報に基づいてスペクトルピークを探索する。
Ｄ２）最もレベルの高いピークが光ファイバ固有振動スペクトルでない場合は、光ファイバ固有振動スペクトルのピークが見つかるまでピーク探索を行う。
Ｅ：張力値の推定（張力演算器１１による処理）
従来技術と同様。
Ｆ：張力目標値と推定された張力値との比較（張力制御器１２による処理）
Ｆ１）推定された張力値が目標値の範囲内にある場合は、そのままステップＢに戻って次の測定を行う。また、ステップＢに戻ると同時に、ステップＤで光ファイバ固有振動スペクトルのピークとしてピーク探索されたスペクトル波形を外乱ピーク除外手段１４に入力してもよい（上記ステップＡ４を実行）。
Ｆ２）推定された張力値が目標値の範囲内にない場合は、加熱炉３に温度制御信号を送出し、ステップＢに戻って次の測定を行う。この場合は、ステップＤでピーク探索されたスペクトル波形を外乱ピーク除外手段１４に入力しない。
【００５３】
実施例２
次に、実施例２として、外乱に起因するスペクトル波形のスペクトル帯域幅が光ファイバ固有振動に基づくスペクトルの帯域幅より明らかに狭い傾向がある場合の処理の流れ図を図４に示す。
【００５４】
図３と図４との違いは、あらかじめ光ファイバ固有振動に基づくスペクトル波形を求める必要の有無である。具体的には下記の処理を行う。
【００５５】
Ａ：初期値設定
Ａ１）〜Ａ３）従来技術と同様。
Ｂ：光ファイバ振動測定（光ファイバ振動測定器８による処理）
従来技術と同様。
Ｃ：スペクトル解析（ＦＦＴ演算器９による処理）
従来技術と同様。
Ｇ：外乱の除去（外乱ピーク除外手段１４による処理）
Ｇ１）ＦＦＴ処理値の対数処理：スペクトル解析結果の振幅を対数化し、各スペクトル成分のスペクトル波形の違いを明確にする。
Ｇ２）光ファイバ固有振動スペクトルの推定：最もスペクトル幅が広いスペクトル波形を光ファイバ固有振動スペクトルであると推測する。
Ｇ３）外乱スペクトル成分の特定：光ファイバ固有振動スペクトル以外のスペクトル成分を特定し、その情報をピーク検出器１０に送る。
Ｄ：スペクトルピーク探索（ピーク検出器１０による処理）
実施例１と同様。
Ｅ：張力値の推定（張力演算器１１による処理）
従来技術と同様。
Ｆ：張力目標値と推定された張力値との比較（張力制御器１２による処理）
Ｆ１）推定された張力値が目標値の範囲内にある場合は、そのままステップＢに戻って次の測定を行う。
Ｆ２）推定された張力値が目標値の範囲内にない場合は、加熱炉３に温度制御信号を送出し、ステップＢに戻って次の測定を行う。
【００５６】
ここで、実施例２の処理を行った際の光ファイバ振動スペクトルを表す説明図を図５および図６に示す。
【００５７】
図５は、図２のスペクトル成分から振幅の小さいノイズ成分を平滑化処理により除去して得られた光ファイバ振動スペクトルの一例を示す波形図である。
【００５８】
図６は、従来技術により図５のスペクトルからフィルタを用いて外乱スペクトル成分を除去した場合のスペクトルの一例を示す波形図であり、外乱スペクトル成分を除去するために用いたフィルタ次数が大きくなっているため、位相誤差が大きくなり、処理後のスペクトル波形が高周波側に大きく移動している。
【００５９】
しかし、実施例２による手法を用いることで、すなわち図５のスペクトルについてフィルタを用いて外乱スペクトル成分を除去することなく、外乱スペクトルピークを除外してピーク探索を行うことで、探索されたピーク周波数は光ファイバ５の固有振動周波数とほぼ一致し、その結果、張力値はほぼ正確に求められていた。
【００６０】
ここでは、説明を簡略化するため実施例２について説明したが、実施例１の手法を用いた場合には、直前の張力測定値を推定した際のスペクトル波形を用いて測定中のスペクトル波形と比較してピーク検出の精度を向上させることができるため望ましい。
【００６１】
なお、本発明の第１の実施形態には、光ファイバ５の振動が固有振動周波数のほかにその整数倍の周波数成分である高調波成分を含み、それ以外の外乱振動が実質的に高調波成分を含まないことを利用して、光ファイバ５の振動によるスペクトル成分とそれ以外の外乱振動によるスペクトル成分とを区別することにより外乱スペクトルピークを除外してピーク探索を行う形態なども含まれる。
【００６２】
なお、本発明の第１の実施形態における、ＦＦＴ演算器９、ピーク検出器１０、張力演算器１１、外乱ピーク除外手段１４は一般のパーソナルコンピュータやプログラマブルコンピュータを用いることが可能であり、装置を簡便にかつ安価に構成することも可能である。
【００６３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態が適用される光ファイバ線引装置の一例を示す部分構成図である。なお、図７は、その形態が大きく３通りに分かれている。
【００６４】
図７（ａ）は、光ファイバ５の振動測定結果の設備振動による影響を測定するための構成であって、図７（ａ）では設備振動測定器１５が光ファイバ振動測定器８の上部に接して設置された実施形態を示している。しかし、設備振動測定器１５は光ファイバ振動測定器８の上部にある必要はなく、光ファイバ５の振動測定結果の設備振動による影響が正確に測定できる位置に設置されていればよい。
【００６５】
また、図７（ｂ）は、光ファイバ母材１の振動を測定するための構成であって、図７（ｂ）では光ファイバ母材１の支持棒部分の振動を測定する光ファイバ母材振動測定器１６と、その上部に接して設置された設備振動測定器１５とを含んで構成された実施形態を示している。しかし、設備振動測定器１５は光ファイバ母材振動測定器１６の上部にある必要はなく、光ファイバ母材１の振動測定結果の設備振動による影響が正確に測定できる位置に設置されていればよい。
【００６６】
また、図７（ｃ）は、樹脂被覆ダイス７の振動を測定するための構成であって、図７（ｃ）では設備振動測定器１５が樹脂被覆ダイス７の上部に接して設置された実施形態を示している。しかし、設備振動測定器１５は樹脂被覆ダイス７の上部にある必要はなく、樹脂被覆ダイス７の振動により光ファイバ５の振動測定結果が受ける影響を正確に測定できる位置に設置されていればよい。
【００６７】
すなわち、図７のとおり、本発明の第２の実施形態が適用される光ファイバの線引装置における外乱除去手段は、光ファイバ５の振動以外の振動等を測定する外乱測定手段としての設備振動測定器１５を含んで構成されている。この設備振動測定器１５は光ファイバ線引装置の設備振動等を測定するものであって、たとえばサーボ型加速度計のように振動加速度等が検出できるものが用いられる。
【００６８】
また、設備振動測定器１５による測定結果は、時間領域における光ファイバ振動成分または周波数領域における光ファイバ振動スペクトル成分から外乱の影響を除去するために用いられる。この測定結果を外乱除去に用いるためには、光ファイバ５の振動方向とほぼ同一方向の振動が設備振動測定器１５により測定されることが望ましい。
【００６９】
以下、本実施形態の具体例について説明する。
【００７０】
実施例３
実施例３は、設備振動測定器１５により測定された振動をＦＦＴ演算器１７に入力して得られる外乱スペクトル成分を利用して、光ファイバ振動以外の外乱の影響を光ファイバ振動スペクトル成分から除去する方法である。
【００７１】
図８は、実施例３の方法が適用される光ファイバの線引装置の概略構成図である。図８において、１５は光ファイバ５の振動状態の測定結果に影響を与える設備振動を測定する設備振動測定器、１７は設備振動測定器１５から送出される測定結果をスペクトル解析するＦＦＴ演算器、１８はＦＦＴ演算器１７から送出されるスペクトル成分を利用して、ＦＦＴ演算器９から送出される光ファイバ振動スペクトル成分から設備振動等に基づくスペクトル成分の影響を除去する外乱ピーク除外手段である。
【００７２】
すなわち、実施例３は、光ファイバ線引装置に、設備振動検出器１５およびＦＦＴ演算器１７を設置し、光ファイバ５の固有振動周波数を示すピーク周波数ｆ1 以外のスペクトル成分を検出することで、光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 の解析範囲に光ファイバ線引装置の設備振動を示すピーク周波数ｆ2 等のピーク周波数が出現する場合は、外乱ピーク除外手段１８により、ｆ2 等のピーク周波数を特定してそれらをピーク検索の対象から除外して計測を行うものである。
【００７３】
また、図９は実施例３を説明するための流れ図であり、図９（ａ）は概略流れ図、図９（ｂ）は振動成分測定時からピーク探索時までの工程の詳細を示す流れ図である。具体的には下記の処理を行う。
【００７４】
Ａ：初期値設定
Ａ１）〜Ａ３）  従来技術と同様。
Ａ４）ＦＦＴ演算器１６に、外乱振動周波数解析範囲を入力する。
Ｂ：光ファイバ振動の測定（光ファイバ振動測定器８による処理）
従来技術と同様。
Ｃ：スペクトル解析（ＦＦＴ演算器９による処理）
従来技術と同様。
Ｈ：外乱成分除去
Ｈ１）設備振動測定器１５により、光ファイバ振動測定器８の振動を測定し、測定結果をＦＦＴ演算器１７に送出する。
Ｈ２）外乱スペクトル解析：ＦＦＴ演算器１７により、外乱スペクトルを算出し、その結果を外乱ピーク除外手段１８に送出する。
Ｈ３）外乱ピーク除外手段１８により、光ファイバ振動スペクトル成分と外乱スペクトル成分とを比較して、光ファイバ５の固有振動周波数を表すピークとそれ以外のピークとを判別し、その結果をピーク検出器１０に送出する。
Ｄ：スペクトルピーク探索（ピーク検出器１０による処理）
Ｄ１）ピーク周波数の探索を行う。
Ｄ２）ピーク探索の際に、外乱成分以外によるピークが検出されるまで探索を続ける。
Ｅ：張力値の推定（張力演算器１１による処理）
従来技術と同様。
Ｆ：張力目標値と推定された張力値との比較（張力制御器１２による処理）
従来技術と同様。
【００７５】
実施例３の手法を適用した場合、不規則に出現する設備振動等のスペクトルピークをスペクトル解析時にピーク探索の対象から除外することで、光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を示すピーク周波数をほぼ確実に検出できるため、張力計測の安定性が向上する利点がある。
【００７６】
また、ＦＦＴ演算器１７は、ＦＦＴ演算器９、ピーク検出器１０、張力演算器１１と同様、一般のパーソナルコンピュータやプログラマブルコンピュータで構成することが可能である。
【００７７】
ここで、ＦＦＴ演算器１７の周波数範囲を０．５〜６２．５Ｈｚとしたときの、スペクトル解析結果の波形図の一例を図１０に示す。
【００７８】
図１０より光ファイバ振動測定器８を振動させる周波数成分として、約１５Ｈｚ、約２５Ｈｚ、約３８Ｈｚ、約４９Ｈｚなどがあげられる。
【００７９】
また、光ファイバ振動測定器８により得られたデータをＦＦＴ演算器９に送出してスペクトル解析を行った結果の波形図の一例を図１１に示す。
【００８０】
図１０および図１１により、光ファイバ振動測定器８の周波数成分のうちｆ2 （約１５Ｈｚ）が設備振動に起因する成分であり、図１１に存在して図１０に存在しないピーク周波数ｆ1 が光ファイバ５の固有振動周波数であると判断することができる。この処理は外乱ピーク除外手段１８により行われる。
【００８１】
本実施例において、光ファイバ５を約５００分間線引したときに図９に示す流れ図のとおりピーク周波数を探索し、張力値に換算した波形図が図１２である。
【００８２】
図１２に示すとおり、設備振動であると思われる外乱スペクトルピークをピーク探索の対象から除外することで光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を安定に検出できるため、従来技術に比べ張力値を安定かつ小さいばらつきで測定することができた。
【００８３】
なお、実施例３において、設備振動測定器１５は図７（ａ）のように光ファイバ振動測定器８の振動を測定するように設置したが、たとえば図７（ｂ）や図７（ｃ）のように光ファイバ母材１や樹脂被覆ダイス７の振動を測定するように設置しても効果があることはいうまでもない。
【００８４】
また、設備振動測定器１５は複数設置してもよく、その際には図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）の構成を適切に組み合わせるとよい。さらに、他の振動源が存在する場合には、その振動を測定する手段を併用してもよい。
【００８５】
実施例４
実施例４は、実施例３のようにスペクトル解析した後に光ファイバ５の振動スペクトルから設備振動のスペクトルピークを除外するのではなく、光ファイバ５の振動波形から設備振動波形を時間領域にて除去した後にスペクトル解析を行い、そのスペクトルピークから張力値を算出する方法である。
【００８６】
一般に、スペクトル解析を行った後にピーク周波数を探索する手法において、光ファイバ固有振動のスペクトルとそれ以外の振動のスペクトルが同じ性質（パワー・波形・周波数）を持つ場合、スペクトルピークの分離が難しい傾向がある。これは一般的にスペクトル解析方法として用いられるＦＦＴによる解析法が、時間領域における処理を直接行わないためである。
【００８７】
しかし、光ファイバ振動波形からそれ以外の振動波形（たとえば設備振動等）を除外した後にスペクトル解析を行えば、この問題は回避できると考えられる。
【００８８】
そこで、実施例４では、光ファイバ５の振動波形からそれ以外の振動波形を時間領域において除去した後にスペクトル解析を行い、そのスペクトルピークから張力値を算出する。
【００８９】
図１３は、実施例４の方法が適用される光ファイバの線引装置の概略構成図である。図１３において、１５は設備振動測定器、１９は外乱振動成分除去手段である。
【００９０】
また、図１４は実施例４を説明するための流れ図であり、図１４（ａ）は概略流れ図、図１４（ｂ）は振動成分測定時からピーク探索時までの工程の詳細を示す流れ図である。具体的には下記の処理を行う。
【００９１】
Ａ：初期値設定
従来技術と同様。
Ｂ：光ファイバ振動測定（光ファイバ振動測定器８による処理）
従来技術と同様。
Ｊ：外乱成分除去
Ｊ１）外乱振動測定：設備振動測定器１５等により設備振動等の外乱振動成分を測定する。
Ｊ２）外乱振動成分の除去：外乱振動成分除去手段１９により、光ファイバ振動測定器８により得られた振動成分と設備振動測定器１５等により得られた外乱振動成分とを比較し、両者の位相および振幅を実質的に等化した後、光ファイバ振動測定器８により得られた振動成分から外乱振動成分を除去する。
Ｃ：スペクトル解析（ＦＦＴ演算器９による処理）
外乱振動成分除去手段１９から送出された振動成分をスペクトル解析する。
Ｄ：スペクトルピーク探索（ピーク検出器１０による処理）
ピーク周波数の探索を行う。
Ｅ：張力値の推定（張力演算器１１による処理）
従来技術と同様。
Ｆ：張力目標値と推定された張力値との比較（張力制御器１２による処理）
従来技術と同様。
【００９２】
ここで、光ファイバ振動測定結果から外乱振動の影響を除去する方法について、波形図を用いて説明する。
【００９３】
図１５は、光ファイバ振動測定器８が測定した振動波形の一例を示す波形図である。
【００９４】
図１６は、図１５の波形図から、光ファイバ振動測定器８に接して設けられた設備振動測定器１５が測定した設備振動波形を除去した振動波形の一例を示す波形図である。
【００９５】
図１７は、図１６の振動成分をスペクトル解析した結果の一例を示す波形図である。
【００９６】
ここで、図１５の振動波形は、振動振幅が±７μｍと比較的大きいが、図１６のようにノイズ振動を除去して光ファイバ５の振動が主成分となった波形は、振動振幅が±２μｍと小さいことがわかった。したがって、外乱振動の振幅が光ファイバ５の振動振幅より大きいことがわかる。
【００９７】
また、図１６の振動波形をスペクトル解析すると図１７のスペクトル波形となり、光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 を示すスペクトルピークを良好に抽出することができた。
【００９８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１８は、本発明の第３の実施形態が適用される光ファイバの線引装置の一例を示す部分構成図である。図１８において、２０はフレームに設置された架台、２１は振動絶縁手段である。
【００９９】
光ファイバ５の振動波形を測定する際の設備振動等の影響について検討した結果、光ファイバ振動測定器８の振動による影響が最も支配的であることがわかった。すなわち、光ファイバ振動測定器８の振動を抑制することができれば、光ファイバ５の振動波形を正確に測定できる可能性が高くなるということである。
【０１００】
そこで、図１８のように、架台２０と光ファイバ振動測定器８との間に振動絶縁手段２１を設置することにより、光ファイバ振動測定器８の振動を抑制し、光ファイバ５の振動波形を測定する際の外乱の影響を低減することが可能である。
【０１０１】
振動絶縁手段２１は、光ファイバ５の固有振動周波数よりも小さいカットオフ周波数特性を有するものを使用する。このことにより、光ファイバ固有振動と設備振動等との分離が可能となり、特にカットオフ周波数より高い周波数の設備振動の影響をきわめて簡単な設備構成で除去することができる点で有効である。
【０１０２】
実施例５
実施例５として、架台２０と光ファイバ振動測定器８との間に振動絶縁手段２１を設置した。ここで振動絶縁手段２１としてシリコンゲル製でカットオフ周波数が約１３Ｈｚのものを使用し、ＦＦＴ演算器９の解析周波数範囲は１５〜３０Ｈｚとした。
【０１０３】
振動絶縁手段２１は他の材質であっても差し支えないが、光ファイバ５の固有振動周波数ｆ1 近傍の周波数成分を有する振動を光ファイバ振動測定器８に伝えないようなものである必要がある。
【０１０４】
振動絶縁手段２１を使用しない場合の光ファイバ振動の測定結果は、図１０に示されるような多数のスペクトルピークを含んでいる。よって設備振動等のピークが光ファイバ５の固有振動のスペクトル解析範囲にある場合には、スペクトルピークの誤検出を行い、実際の張力値とは異なる値を出力するおそれがある。
【０１０５】
そこで、実施例５のように、架台２０と光ファイバ振動測定器８との間に振動絶縁手段２１を設置して、そのカットオフ周波数が前記光ファイバの固有振動周波数より低い状態にすることで、光ファイバ５の振動状態を測定する際に、光ファイバ５の固有振動周波数近傍の外乱成分を簡単に取り除くことが可能となる。
【０１０６】
ここで、実施例５で適用した設備構成における光ファイバ振動測定器８自身の振動の周波数特性の一例を示した波形図を図１９に示す。
【０１０７】
実施例５における結果から、光ファイバ振動測定器８自身の振動の周波数特性は、光ファイバの固有振動の解析周波数範囲において、具体的には振動絶縁手段のカットオフ周波数より高い周波数領域において、ほぼ平坦かつ低レベルに抑えることができた。よって本実施例は設備振動が光ファイバ振動測定器８に与える影響を除去する観点で有効であるといえる。
【０１０８】
なお、振動絶縁手段２１は、図７（ｂ）に示された光ファイバ母材振動測定器１６における設備振動等の外乱振動の影響を除去するために用いてもよい。この場合には第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせた形態で本発明が実施される。
【０１０９】
すなわち、上記各実施形態を適切に組み合わせることにより、外乱の影響を確実に除去することが可能となり、その結果光ファイバ５の線引張力をより正確に測定することが可能となる。
【０１１０】
【発明の効果】
本発明は、光ファイバの振動状態から線引中の光ファイバの張力値を求める方法において、スペクトル解析の周波数範囲を、光ファイバ固有振動周波数が光ファイバの線引中に変動すると推測される範囲に設定し、かつ、スペクトル解析の周波数範囲内に現れる光ファイバの固有振動以外の振動等の外乱による影響を、光ファイバの振動状態の測定時から光ファイバ固有振動周波数の推定時までの間に、光ファイバの振動状態の測定結果またはそのスペクトル解析結果の少なくとも一方から除去する外乱除去手段を用いることにより、外乱の影響が大きい場合でも光ファイバ線引中の張力値の測定を正確に行うことが可能となるという優れた効果を有する。
【０１１１】
また、光ファイバ振動スペクトルまたは外乱スペクトルの少なくとも一方の波形が既知の場合には、基本的にアルゴリズムの変更のみで、外乱スペクトルピークをピーク探索の対象から除外することが可能となる。
【０１１２】
さらに、外乱振動成分を測定可能な場合には、確実にその影響を除去することが可能となり、特に張力値が高い場合に効果を奏する。
【０１１３】
さらに、光ファイバ線引装置と光ファイバ振動測定手段との間に、カットオフ波長が光ファイバ固有振動周波数より低い振動絶縁手段を設置した場合は、光ファイバ固有振動周波数より周波数が高い外乱成分を簡単かつ確実に除去することが可能となる。
【０１１４】
さらに、上述の外乱除去手段を組み合わせて使用することにより、様々な外乱による影響を最小限にして光ファイバ線引中の張力値の測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態が適用される光ファイバの線引装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】光ファイバの振動状態を周波数領域に変換した際のスペクトル成分の一例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の一例を示す流れ図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の別の一例を示す流れ図である。
【図５】図２のスペクトル成分に平滑化処理が施された結果の一例を示す波形図である。
【図６】図５のスペクトル成分からピーク周波数ｆ2 の成分を従来技術により除去したときのスペクトル成分の一例を示す波形図である。
【図７】本発明の第２の実施形態が適用される光ファイバ線引装置の一例を示す部分構成図であって、（ａ）は光ファイバ振動測定器に設備振動測定器を付加した図、（ｂ）は光ファイバ母材振動測定器に設備振動測定器を付加した図、（ｃ）は樹脂被覆ダイスに設備振動測定器を付加した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態が適用される光ファイバ線引装置の一例を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の一例を示す流れ図であって、（ａ）はその全体の流れ図、（ｂ）は要部を示す流れ図である。
【図１０】設備振動の一例を示す波形図である。
【図１１】光ファイバ振動測定器からの信号を周波数領域に変換した際のスペクトル成分の一例を示す波形図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態による張力推定値の時間による変化の一例を示す波形図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態が適用される光ファイバ線引装置の別の一例を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態の別の一例を示す流れ図であって、（ａ）はその全体の流れ図、（ｂ）は要部を示す流れ図である。
【図１５】光ファイバ振動測定器の測定結果の一例を示す波形図である。
【図１６】光ファイバ振動測定器の測定結果から設備振動成分を除去した結果の一例を示す波形図である。
【図１７】図１６の波形図をスペクトル解析した際のスペクトル成分の一例を示す波形図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態が適用される光ファイバ線引装置の一例を示す部分構成図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態において、光ファイバ振動測定器の振動状態をスペクトル解析した際のスペクトル成分の一例を示す波形図である。
【図２０】従来技術が適用される光ファイバ線引装置の一例を示す概略構成図である。
【図２１】従来の光ファイバ線引張力測定方法の一例を示す流れ図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ母材
２  光ファイバ母材把持部
３  加熱炉
４  溶融変形部
５  光ファイバ
６  冷却筒
７  樹脂被覆ダイス
８  光ファイバ振動測定器
９  ＦＦＴ演算器
１０  ピーク検出器
１１  張力演算器
１２  張力制御器
１３  フレーム
１４  外乱ピーク除外手段
１５  設備振動測定器
１６  母材振動測定器
１７  ＦＦＴ演算器
１８  外乱ピーク除外手段
１９  外乱振動成分除去手段
２０  架台
２１  振動絶縁手段
【図１】
0004369635.tif 000002
【図２】
0004369635.tif 000003
【図３】
0004369635.tif 000004
【図４】
0004369635.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004369635.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004369635.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004369635.tif 000011
【図１１】
0004369635.tif 000012
【図１２】
0004369635.tif 000013
【図１３】
0004369635.tif 000014
【図１４】
0004369635.tif 000015
【図１５】
0004369635.tif 000016
【図１６】
0004369635.tif 000017
【図１７】
0004369635.tif 000018
【図１８】
0004369635.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0004369635.tif 000021
【図２１】
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