(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯の光波が透過する透光性物体を加熱しながら所定方向に延伸して透光性延伸体を製造しつつ、該透光性延伸体の製造過程で該透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与える透光性物体の延伸方法において、
前記透光性物体を加熱しながら延伸して長手方向の一部に空洞が存在する空洞入り透光性延伸体を製造しつつ、該空洞入り透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与え、
該空洞入り透光性延伸体に延伸方向に対し交差する方向から光束を入射させて前記空洞の旋回による前記光束の散乱波の時間的変化を検出することにより前記透光性延伸体のねじれ状態を検出することを特徴とする透光性物体の延伸方法。
【請求項２】
前記透光性延伸体のねじれ状態を目標値と比較して、所定の範囲から外れていた場合に前記目標値に近付くように前記空洞入り透光性延伸体に与えるねじり量を制御することを特徴とする請求項１に記載の透光性物体の延伸方法。
【請求項３】
前記透光性延伸体のねじれ状態を目標値と比較して、所定の範囲から外れていた場合に警報を出すことを特徴とする請求項１に記載の透光性物体の延伸方法。
【請求項４】
所定の波長帯の光波が透過する透光性物体を加熱する加熱装置と、加熱された前記透光性物体を延伸しつつ前記透光性物体が加熱された際に発生する気泡が延伸されて長手方向の一部に空洞として存在する空洞入り透光性延伸体を引取る引取り手段と、前記空洞入り透光性延伸体の製造過程で該空洞入り透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与えるねじり装置と、ねじりが与えられた前記空洞入り透光性延伸体に延伸方向に対し交差する方向から光束を入射させて前記空洞の旋回による前記光束の散乱波の時間的変化を検出することにより前記空洞のねじれ状態から前記透光性延伸体のねじれ状態を検出するねじり状態検出装置とを備えていることを特徴とする透光性物体の延伸装置。
【請求項５】
前記ねじり状態検出装置には、透光性延伸体のねじれ状態が所定の範囲から外れていた場合に警報を出す警報器が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の透光性物体の延伸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透光性物体を加熱しながら延伸して透光性延伸体を製造する透光性物体の延伸方法及び延伸装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透光性物体としての光ファイバ母材から延伸（線引き）されて得られた透光性延伸体としての光ファイバは、コア部分及びその周囲のクラッド部分の断面形状を真円形の同心円状とすることは困難であり、僅かに楕円状または歪んだ円状となっている。このため、光ファイバの断面方向の屈折率分布も完全な同心円状でなくなり、これが原因となって光ファイバの断面内の直交する２偏波間の群速度に差異が生じ、偏波モード分散が大きくなってしまう問題点があった。このため、大容量で且つ長距離の伝送が必要とされる海底ケーブル用または幹線ケーブル用の光ファイバとして実用化する場合には、偏波モード分散の影響が大きく現れてしまうことになる。
【０００３】
このような偏波モード分散の問題点を解消すべく、光ファイバ母材から線引きされた光ファイバに合成樹脂等の被覆材を被覆した後、この光ファイバにその線引き方向（延伸方向）を軸とするねじりを、ローラを用いたねじり装置で与えて、該光ファイバの偏波モード分散を、コア部分及びその周囲のクラッド部分の断面形状が真円形の光ファイバの偏波モード分散（理論上はゼロ）に近付けることが提案されている（特開平６−１７１９７０号、特開平８−２９５５２８号，特開平９−２８３４号等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの方法においても、光ファイバに目標通りにねじれが与えられたか否かを、直接測定したいが、簡単に測定する手段がない問題点があった。
【０００５】
また、ローラを用いたねじり装置では、該ローラの表面で光ファイバを転がしてねじりを与えているので、光ファイバに接触するローラ表面が摩耗して、光ファイバを転がすことがうまくできなくなり、光ファイバに目標通りにねじれを与えることができない問題点があった。
【０００６】
さらに従来は、光ファイバに目標通りにねじれが与えられているか否かを、光ファイバの製造中には検出することができず、製造後に偏波モード分散の測定を行うことではじめて間接的に検出されるので、長尺の光ファイバが不良品となってしまうことがあるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられたか否かを、該透光性延伸体の製造中に、直接しかも容易に測定することができる透光性物体の延伸方法及び延伸装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、透光性物体中に含まれた気泡を利用して、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられているか否かを、該透光性延伸体の製造中に検出することができる透光性物体の延伸方法及び延伸装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、透光性延伸体の製造時に、目標通りにねじれが与えられていない際には、その製造中にこれを知ることができる透光性物体の延伸方法及び延伸装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、透光性延伸体の製造時に、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられていないときにこれを自動的に補正することができる透光性物体の延伸方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の波長帯の光波が透過する透光性物体を加熱しながら延伸して透光性延伸体を製造しつつ、該透光性延伸体の製造過程で該透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与える透光性物体の延伸方法を改良するものである。
【００１２】
本発明に係る透光性物体の延伸方法では、透光性物体として気泡が発生する原因となる物質が含まれている透光性物体を用いる。該透光性物体を加熱しながら所定方向に延伸して、長手方向の一部に該透光性物体の加熱により発生した気泡が延伸されて空洞として存在する空洞入り透光性延伸体を製造しつつ、該空洞入り透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与える。該空洞入り透光性延伸体に延伸方向に対し交差する方向、例えば延伸方向にほぼ直交する方向から光束を入射させて、空洞の旋回による光束の散乱波の時間的変化を検出することにより空洞のねじれ状態から透光性延伸体のねじれピッチを検出する。
【００１３】
このような透光性物体の延伸方法によれば、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられたか否かを、該透光性延伸体の製造中に、直接しかも容易に測定することができる。また、従来不良品として扱われていた透光性延伸体を利用して、該透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられているか否かの検出を行うことができる。
【００１４】
本発明では、透光性延伸体のねじれピッチを目標値と比較して、所定の範囲から外れていた場合に、目標値に近付くように空洞入り透光性延伸体に与えるねじり量を制御することが好ましい。このようにすると、透光性延伸体の製造時に、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられていないときに、これを自動的に補正して所要のねじれが与えられた透光性延伸体を得ることができる。
【００１５】
また本発明では、透光性延伸体のねじれピッチを目標値と比較して、所定の範囲から外れていた場合に警報を出すことが好ましい。このようにすると、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられていないときに警報が出るので、透光性延伸体の製造時に、容易にこれを知ることができる。
【００１６】
本発明に係る透光性物体の延伸装置は、所定の波長帯の光波が透過する透光性物体を加熱する加熱装置と、加熱された透光性物体を延伸しつつ前記透光性物体が加熱された際に発生する気泡が延伸されて長手方向の一部に空洞として存在する空洞入り透光性延伸体を引取る引取り手段と、空洞入り透光性延伸体の製造過程で該空洞入り透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与えるねじり装置と、ねじりが与えられた空洞入り透光性延伸体に延伸方向に対し交差する方向から光束を入射させて空洞の旋回による光速の散乱波の時間的変化を検出することにより空洞のねじれ状態から透光性延伸体のねじれピッチを検出するねじり状態検出装置とを備えて構成されている。
【００１７】
このような構造の透光性物体の延伸装置によれば、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられたか否かを、該透光性延伸体の製造中に、直接しかも容易に測定することができる。また、従来不良品として扱われていた透光性延伸帯を利用して、垓透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられているか否かの検出を行うことができる。
【００１８】
本発明では、ねじり状態検出装置には、透光性延伸体のねじれピッチが所定の範囲から外れていた場合に警報を出す警報器が接続されていることが好ましい。このような構成になっていると、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられていないときに警報器から警報が出るので、透光性延伸体の製造時に、容易にこれを知ることができる。
【００１９】
なお、本発明において、透光性物体を透過する光波の波長は、少なくとも0.1 μｍ〜10μｍの領域を含む波長から選択される。また、ねじり状態を検出するために用いられる光束の波長についても同様である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る透光性物体の延伸装置を、透光性物体としての光ファイバ母材から透光性延伸体として光ファイバを得る光ファイバ製造装置に適用した実施の形態の一例の概略構成図である。
【００２１】
この光ファイバ製造装置では、透光性物体である光ファイバ母材として加熱された際に気泡１が発生するような光ファイバ母材２を用いる。このような気泡１は、例えば、透明ガラス化されたコア部材の外周に、ＯＶＤ法で、クラッド用多孔質層を積層し、このクラッド用多孔質層を透明ガラス化して得た光ファイバ母材のコア部とクラッド部との境界に発生することが多い。本発明では、コア部の外側の層に気泡が発生するようにした光ファイバ母材２を積極的に作り、あるいは意図しないが結果的にコア部の外側の層に気泡が発生する要因を持った光ファイバ母材２を用いて、この光ファイバ母材２を図示しない昇降機構で吊り下げて加熱炉からなる加熱装置３内に配置する。加熱装置３内では光ファイバ母材２の下部をヒータ４で加熱して溶融させる。このときに、光ファイバ母材２中に気泡１が発生する。
【００２２】
この光ファイバ母材２の下部の溶融部２Ａから、図１及び図２に示すように光ファイバ５を線引き（延伸）しつつ、気泡１も長手方向の一部に空洞６として延伸して得た空洞入り透光性延伸体としての空洞入り光ファイバ７Ａを、引取りキャプスタン８と巻取り機９からなる引取り手段１０で引取る。光ファイバ母材２中の１つの気泡１は、その大きさにもよるが、光ファイバ５Ａの線引きにより空洞６として数ｍ〜数１０ｍ程度延伸される。また、空洞６の外径は、数μｍ程となる。
【００２３】
この空洞入り光ファイバ７Ａを被覆装置１１に通し、該空洞入り光ファイバ７Ａの外周に紫外線硬化性合成樹脂等の被覆材を被覆して被覆付き空洞入り透光性延伸体としての被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂを得る。この被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂを図示しない紫外線ランプ等を備えた被覆樹脂硬化装置に通して被覆材を硬化させる。
【００２４】
しかる後、この被覆材が硬化した被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂを、ねじりローラ１２を備えたねじり装置１３に通し、ねじりローラ１２の軸１４を周期的に揺動させることによりねじりローラ１２を矢印で示すように周期的に揺動させて、このねじりローラ１２の外周面に所要の圧力で接触させている被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂを該ねじりローラ１２の外周面上で転がすことにより、該被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂにその線引き方向（延伸方向）を軸とするねじりを周期的に与える。このように該被覆付き空洞入り光ファイバ７Ｂにその線引き方向を軸とするねじりを周期的に与えると、このねじりは被覆装置１１と光ファイバ母材２との間の空洞入り光ファイバ７Ａにそのねじりが波及して、該空洞入り光ファイバ７Ａが周期的にねじられる。該空洞入り光ファイバ７Ａに周期的にねじりが与えられると、図２に示すように空洞入り光ファイバ７Ａの内部の空洞６にも周期的にねじりが与えられる。
【００２５】
この空洞入り光ファイバ７Ａに加えられた周期的なねじり状態を、被覆装置１１と光ファイバ母材２との間に配置して空洞６のねじれ状態を光学的に検出するねじり状態検出部１５と、このねじり状態検出部１５からの検出出力を用いて空洞入り光ファイバ７Ａに加えられたねじり状態を空洞６のねじりピッチＬを目標値と比較して判定するねじり量算出比較判定部１６とを備えたねじり状態検出装置１７で測定する。このねじり状態検出装置１７には、空洞入り光ファイバ７Ａのねじれ状態が所定の範囲から外れていた場合に警報を出す警報器１８が接続されている。
【００２６】
また、このねじり状態検出装置１７のねじり量算出比較判定部１６は、空洞入り光ファイバ７Ａのねじれ状態が所定の範囲から外れていた場合に、ねじり装置１３と、引取り手段１０のキャプスタン８及び巻取り機９とに、ねじり状態を補正する補正信号を与えるようになっている。
【００２７】
図３は、ねじり状態検出部１５の一例を示したものである。
【００２８】
このねじり状態検出部１５では、第１，第２のイメージセンサ２２，２３を第１の光軸１９の両側に、該第１の光軸１９に正対する位置２１から受光角度θをそれぞれもたせて配置し、また、第３，第４のイメージセンサ２７，２８を第２光軸２４の両側に、該第２光軸２４に正対する位置２６から受光角度θをそれぞれもたせて配置することによって、各光軸１９，２４の両側に散乱する散乱光のそれぞれ双方を確実に受光することができる。
【００２９】
即ち、空洞入り光ファイバ７Ａを例えば図３に示すように30°間隔で12等分して、12の領域１，２，３…を定め、これらの領域内の空洞６の有無の検出を行うと、第１，第２，第３，第４のイメージセンサ２２，２３，２７，２８のいずれかの出力波形３２に図５に示すような減光凹部Ｐとして変化が現われるので、空洞６の位置が12の領域の中のどの領域にあるかを推定できる。
【００３０】
その１つの実験結果を、表１にて説明する。この表１では、減光凹部Ｐの変化が大きく現われた場合を◎で示し、中程度に現われた場合を○で示し、小さく現われた場合を△で示している。
【００３１】
【表１】
0004234280.tif 000002
例えば、図３に示すように、空洞入り光ファイバ７Ａ内の領域１に空洞６が存在していたとすると、第１の光軸１９からの平行光線２０の入射によっては、第１，第２のイメージセンサ２２，２３のうち第１のイメージセンサ２２に減光凹部Ｐが小さく現われる。これは第１の光軸１９の方向から空洞入り光ファイバ７Ａ内の空洞６を見ると、この空洞６は空洞入り光ファイバ７Ａの中心から外れた位置に存在するためである。これに対し、第２の光軸２４からの平行光線２５の入射によっては、第３，第４のイメージセンサ２７，２８のうち第３のイメージセンサ２７に減光凹部Ｐが大きく現われる。これは第２の光軸２４の方向から空洞入り光ファイバ７Ａ内の空洞６を見ると、この空洞６は空洞入り光ファイバ７Ａの中心寄りの位置に存在するためである。
【００３２】
空洞６は空洞入り光ファイバ７Ａと共にねじられており、該空洞６は空洞入り光ファイバ７Ａの中心からある半径でスパイラル状にねじれて該空洞入り光ファイバ７Ａの長手方向に位置をずらして存在しているので、領域２では第１のイメージセンサ２２と第３のイメージセンサ２７に減光凹部Ｐが共に中程度に現われる。これは、第１，第２の光軸１９，２４の方向から空洞入り光ファイバ７Ａ内の空洞６をそれぞれ見ると、この空洞６は空洞入り光ファイバ７Ａの半径方向の中間の位置に存在するためである。
【００３３】
このようにして空洞入り光ファイバ７Ａの長手方向に沿って空洞６の位置が12の領域の中のどの領域にあるかを推定することができる。
【００３４】
このように空洞６を利用した、ねじり空洞入り光ファイバ７Ａのねじり長さピッチの測定結果を図６に示す。ねじりピッチの設定値は1.0 ｍであり、実測値が設定値にほぼ一致していることがわかる。
【００３５】
また、レーザ光を入射させて、１個のフォトダイオード（センサ）で散乱光を受光し、その電圧出力変動からねじり空洞入り光ファイバ７Ａのねじり状態を求めた例を図７に示す。なお、検出手段は散乱光の時間的変化を検出できるようなものであればその種類は問わない。
【００３６】
ねじり状態検出部１５から得られるねじり長さピッチの測定結果を、図１に示すねじり状態検出装置１７のねじり量算出比較判定部１６に、引取りキャプスタン８の引取り速度と共に入力して、あるときのねじり長さピッチの測定結果とその時の線引き速度データと合わせると、光ファイバ５のねじり量（ねじりピッチ：１回の旋回長さＬ、あるいは単位長さ当たりの旋回回数１／Ｌ）が求まる。
【００３７】
ねじりの製造目標値としては、偏波モード分散を低減させるのに十分であり、且つその他の特性を悪化させるこのないようなねじり量を確保できるように設定される。通常、１〜数10（回転／ｍ）程度のレベルである。
【００３８】
ねじりローラ１２でのねじりは、
計算旋回長さＬ＝（ｖ／Ｒ）／（２ｄ／ｃ）
ここで、ｖ：延伸（線引き）速度
Ｒ：揺動周期
ｄ：ねじりローラ上の延伸体の移動幅
ｃ：延伸体の外周長
として表されるが、正常に光ファイバ５がねじられていれば、上記のモニタ結果としてのねじり量は、これに一致する。
【００３９】
しかし、ねじりローラ１２は空洞入り光ファイバ７Ａに接触していて必ず摩耗するため、光ファイバ５のねじり状態が不安定になる。
【００４０】
そこで、ねじり量が所定の目標値にあっているか否かをねじり量算出比較判定部１６で比較評価し、あっていない場合はブザー等の警報器１８から警報を出すと共に、目標値に近付くようにねじり装置１３と、引取り手段１０のキャプスタン８及び巻取り機９とに、ねじり状態を補正する補正信号を与えて、ねじり状態がほぼ一定に維持されるように制御を行う。
【００４１】
本実施の形態例では、光ファイバ母材から光ファイバを得る例について説明したが、他の透光性物体から透光性延伸体を得る場合にも同様にして本発明を適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る透光性物体の延伸方法では、透光性物体として気泡が発生する要因となる物質が含まれている透光性物体を用い、該透光性物体を加熱しながら所定方向に延伸して、長手方向の一部に透光性物体の加熱により発生した気泡が延伸されて空洞として存在する空洞入り透光性延伸体を製造しつつ、該空洞入り透光性延伸体にその延伸方向を軸とするねじりを与え、しかる後、該空洞入り透光性延伸体に延伸方向に対し交差する方向から光束を入射させて、空洞の旋回による光束の散乱波の時間的変化を検出することにより空洞のねじれ状態から透光性延伸体のねじれピッチを検出するので、透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられたか否かを、該透光性延伸体の製造中に、直接しかも容易に測定することができる。また、従来不良品として扱われていた透光性延伸体を利用して、該透光性延伸体に目標通りにねじれが与えられているか否かの検出を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る透光性物体の延伸装置を、透光性物体としての光ファイバ母材から透光性延伸体として光ファイバを得る光ファイバ製造装置に適用した実施の形態の一例の概略構成図である。
【図２】本例で、光ファイバにねじりを与えることにより、該光ファイバ中の空洞がスパイラル状になっている空洞入り光ファイバの説明図である。
【図３】本例で用いているねじり状態検出部の一例を示す平面図である。
【図４】光ファイバに対してほぼ直交する方向から平行光線を照射し、該光ファイバの反対側の面から出る散乱光を、該平行光線に正対する位置に配置したイメージセンサで受光する状態と、この状態でイメージセンサの出力から得られる散乱光強度分布パターンを示す説明図である。
【図５】減光凹部が現われた際の散乱光強度分布パターン図である。
【図６】空洞を利用した、ねじり空洞入り光ファイバのねじり長さピッチの測定結果を示す図である。
【図７】レーザ光を入射させて、１個のフォトダイオードで散乱光を受光し、その電圧出力変動からねじり空洞入り光ファイバのねじり状態を求めた例を示す図である。
【符号の説明】
１  気泡
２  光ファイバ母材
３  加熱装置
４  ヒータ
５  光ファイバ
６  空洞
７Ａ  空洞入り光ファイバ
７Ｂ  被覆付き空洞入り光ファイバ
８  引取りキャプスタン
９  巻取り機
１０  引取り手段
１１  被覆装置
１２  ねじりローラ
１３  ねじり装置
１４  軸
１５  ねじり状態検出部
１６  ねじり量算出比較判定部
１７  ねじり状態検出装置
１８  警報器
１９  第１の光軸
２０  平行光線
２１  第１の光軸に正対する位置
２２，２３  第１，第２のイメージセンサ
２４  第２光軸
２５  平行光線
２６  第２の光軸に正対する位置
２７，２８  第３，第４のイメージセンサ
２９  平行光線
３０  散乱光
３１  イメージセンサ
３２  散乱光強度分布パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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