JP6760962B2 - 光ファイバコイルを製造する方法、光ファイバコイルおよび光ファイバ干渉計 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバジャイロスコープ等、光ファイバコイルに基づくセンサと、こうしたセンサで用いられる光ファイバコイルの製造とに関する。

より詳細には、本発明は、熱的に誘起される非相反性の効果を低減させることができる対称巻き光ファイバコイルを製造する方法に関する。

サニャックリング光ファイバ干渉計により、同じ光ファイバコイルを反対方向に進んだ２つの波の間の位相シフトを測定することができる。このタイプの干渉計センサは、光ファイバジャイロスコープに実装され、そこでは、測定された位相シフトによって、そこからコイル軸を中心とする回転の測定値を推定することが可能になる。サニャックリング光ファイバ干渉計はまた、磁場センサとしての役割も果たすことができ、位相シフトは、ファラデー磁気光学効果による磁場の関数である（Ｔｈｅ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ，Ｈｅｒｖｅ Ｌｅｆｅｖｒｅ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）。

光ファイバジャイロスコープの感度を向上させるために、コイルにおける光ファイバの長さ、したがって、ファイバコイルのターン（巻き）、すなわち巻付けの数を増大させることが知られている。

しかしながら、光ファイバジャイロスコープは、時間ドリフトを受ける。一般に、たとえば０．０１度／時間未満のドリフトを目指して光ファイバジャイロスコープの安定性を向上させることが望まれる。この安定性には、特に、光ファイバコイルの機械的・熱的安定性が含まれる。

コイルの機械的安定性は、一般に、巻付けが進むに従い光ファイバに接着剤（ポッティング材）を塗布することによって確保される。

さらに、温度の局所変動は、サニャックリング光ファイバ干渉計センサに非相反性を誘起しやすい（Ｔｈｅ Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ，Ｈｅｒｖｅ Ｌｅｆｅｖｒｅ，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ）。特に、シュッペ（Ｓｈｕｐｅ）効果は、コイルの異なる場所における熱ドリフトの局所的な差による。実際には、光ファイバにおける温度の局所変動により、光ファイバに屈折率の局所変動が引き起こされ、それにより、２つの反対に伝播する波の間にさらなる位相シフトがもたらされる。

光ファイバの中間に対して対称位置における温度の差を補償することができる。その目的で、異なるタイプの対称的なコイル巻きが提案されており、そこでは、光ファイバの巻付けは、ファイバの中間で開始し、光ファイバの各半長部からの層を交互にすることによって続けられる。このタイプの巻付けにより、ファイバの中間に対して対称的なセグメントを互いに近接して配置することができる。

本明細書では、ターンの層（または要するに、層）は、光ファイバコイルの軸から同じ距離に配置された光ファイバコイルの１つまたはいくつかのターンであると理解される。同じ層では、ターンは、概して、繊維の同じ半長部からであり、コイル軸の周囲にらせん状に巻き付けられる。本明細書では、光ファイバの半長部または半分は、光ファイバの中間、すなわち光ファイバの端部から等しい距離に位置する点から光ファイバの端部のうちの一方まで延在する光ファイバの部分であると理解される。

このため、２極型の対称巻きでは、光ファイバの一方の半長部からの層と、光ファイバの他方の半長部からの別の層とが、光ファイバの中間から開始してコイル軸から離れていくように、交互に巻き付けられる。図１は、２極巻きを有する光ファイバのコイル１０の断面図を示す。奇数によって示す光ファイバの部分は、光ファイバの第１半分からであり、偶数によって示す光ファイバの部分は、光ファイバの第２半分からである。コイルの軸１１に最も近い、ターンの第１層１は、光ファイバの第１半分からのターンのみを含む。ターンの第１層１の周囲に配置されるターンの第２層２は、光ファイバの第２半分からのターンのみを含む。そのように２つの交互の層から形成されたパターンＱが繰り返され、それにより、２極巻きコイルは、２の倍数に等しい総数の層を含む。このため、２極コイルでは、奇数の層１、３、５、７はすべて光ファイバの第１半分からであり、偶数の層２、４、６、８はすべて光ファイバの第２半分からである。

４極対称巻きでは、以下のように配置された４つの層からなるパターンが周期的に繰り返される。すなわち、光ファイバの中間から開始してコイル軸から離れていくように、光ファイバの第１半長部からの第１層、光ファイバの他方の半長部からの２つの層、および光ファイバの第１半長部からの第４層である。図２は、４極巻きを有する光ファイバのコイル１０の断面図を示す。同じ参照符号は、図１と同じ要素を示す。コイル１０の軸１１に対して閉じた、ターンの第１層１は、光ファイバの第１半分からのターンのみを含む。第１層の周囲に配置された第２層２および第３層３は、光ファイバの第２半分からのターンのみを含む。ターンの第３層３の周囲に配置されたターンの第４層４は、光ファイバの第１半分からのターンのみを含む。そのように４つの層から形成されたパターンＱは周期的に繰り返され、それにより、４極巻きコイルは、４の倍数に等しい総数の層を含む。このため、４極コイルでは、層１、４、５、８はすべて光ファイバの第１半分からであり、層２、３、６、７はすべて光ファイバの第２半分からである。

同様に、８極対称巻きでは、以下のように配置された８つの層からなるパターンが周期的に繰り返される。すなわち、光ファイバの中間から開始してコイル軸から離れていくように、光ファイバの第１半分からの第１層、光ファイバの第２半分からの２つの層、光ファイバの第１半分からの第４層、光ファイバの第２半分からの第５層、光ファイバの第１半分からの２つの層、および光ファイバの第２半分からの第８層である。

２極、４極または８極対称巻きにより、シュッペ効果を低減させることができる。

それにも関わらず、他の熱誘起効果が存在する。特に、温度勾配の時間変動により、光ファイバコイルに制約が誘起される可能性がある。

光ファイバコイルは、本質的に、ポッティング材とも呼ばれる接着剤でコーティングされた光ファイバから構成された、複合構造を有する。自立式コイルの場合、接着剤は、コイルの機械的支持として作用する。接着剤は、光ファイバコイルの体積の約２０％に相当する。光ファイバコイルに熱的に誘起される制約は、特に、コイルの空間均一性によって決まる。たとえば、接着剤に気泡が存在することにより、コイルに非対称な局所的制約がもたらされやすい。しかしながら、光ファイバコイルにおける制約効果のモデリングは、このコイルの複合構造のために非常に複雑である。

このため、経時的に優れた機械的・熱的安定性を有する光ファイバコイルであって、空間的に均一な構造、特に、気泡のない、光ファイバコイルにおける接着剤の均一な空間分布を有する光ファイバコイルを製造するシステムおよび方法が必要とされている。

本発明の目的のうちの１つは、光ファイバジャイロスコープの経時的な安定性を向上させることである。

本発明の別の目的は、制約効果および熱ドリフトを低減させるために、光ファイバコイルの空間均一性を向上させることである。

本発明の別の目的は、光ファイバコイルを製造する方法の再現性、信頼性および／または品質を向上させることである。

より厳密には、本発明の目的のうちの１つは、均一構造を有する光ファイバコイルを確実にかつ再現可能に取得するのを可能にする、光ファイバコイルに接着剤を塗布する方法を提案することである。

本発明のさらに別の目的は、迅速である、光ファイバコイルに接着剤を塗布する方法を提案することである。

本発明は、従来技術の欠点を軽減するという目的を有し、より詳細には、以下のステップを含む対称巻き光ファイバコイルを製造する方法に関する。
ａ．軸の周囲に光ファイバを巻き付けるステップであって、巻付けが、光ファイバの２つの端部から等しい距離に位置する光ファイバの箇所から開始し、巻付けが、Ｎが自然数である場合、光ファイバの各半分の同じ数Ｎの層を備えるパターンを形成し、１つの層が、光ファイバの一組のターンと隣接するターンの間に位置する空間とを備え、１つの層のターンが、光ファイバの同じ半分からであり、かつコイル軸から同じ距離に配置され、前記巻付けが、セクタ分割配置を有するコイルを形成し、セクタ分割配置が、一方では、１つの層の光ファイバのターンが隣接する層のターンと並置されて、隣接するターンの２つの層の間に少なくとも１つの連続した封止面を形成する、規則的積層領域と、他方では、巻付けの同じ層の異なるターンおよび／または異なる層を連結する光ファイバの部分が互いに交差する、オーバラップ領域とを備える、ステップと、
ｂ．オーバラップ領域の外面を通してセクタ分割配置コイル内に接着剤を浸入させ、それにより、接着剤が、少なくとも１つの連続した連通路に沿って、規則的積層領域内の隣接するターンの間に位置する空間内に、前記少なくとも１つの封止面まで浸入する、ステップとである。

本方法により、コイルのターンの層の各巻付け時ではなく完全な巻付けステップの後に光ファイバコイルに接着剤を塗布することができる。さらに、光ファイバコイルの体積における接着剤の分布は、光ファイバコイルの各ターンおよび／または各層に接着剤を塗布する従来の方法の後に得られる分布より、均一である。

光ファイバコイルにおける接着剤の空間均一性が向上することにより、光ファイバコイルにおける温度勾配の変動によって誘起される制約を低減させることができる。最後に、本発明の製造方法からもたらされる光ファイバコイルに基づく光ファイバジャイロスコープの安定性が向上し、経時的な測定のドリフトが低減する。

本方法により、光ファイバコイルの性能のより優れた反復性、したがって、光ファイバコイルを製造する方法のより優れた品質が可能になる。

一方で、この方法により、巻付け機の設計が容易になり、コイルの可視化が可能になる。これらの２つの条件は、本方法の自動化に対して本質的である。

本発明の特定かつ有利な態様によれば、巻付けは、４極型または８極型である。

本発明の特定かつ有利な態様によれば、第１層の隣接するターンは、隣接するターンの間に溝を形成するように配置され、別の隣接する層のターンは、規則的積層領域における第１層の溝内に互い違いに配置される。

製造方法の特定の実施形態によれば、ステップｂ）の前に、光ファイバコイルの軸が水平に配置され、オーバラップ領域がコイル軸の垂直線に配置され、ステップｂ）は、オーバラップ領域に接着剤を塗布するステップｂ）と、その後、重力によりかつ／または毛管現象によりかつ／または吸引により、コイルのターンの間に接着剤を浸入させるステップｂ２）とを含む。

製造方法の特定かつ有利な実施形態によれば、ステップｂ）の前に、光ファイバコイルが、真空チャンバ内に真空下で配置され、それにより、コイルのターンの間の空間が真空にされ、ステップｂ）は、オーバラップ領域に真空下で接着剤を塗布するステップと、その後、真空チャンバ内の真空を遮断して、接着剤が、真空チャンバとコイルのターンの間に位置する空間との間の圧力の差により、コイルのターンの間に吸引によって浸入するようにするステップとを含む。

本発明はまた、軸を有しかつ光ファイバを備える対称巻き光ファイバコイルに関し、光ファイバは、光ファイバの中間からコイル軸の周囲に巻き付けられ、光ファイバの巻付けは、Ｎが自然数である場合、光ファイバの各半分の同じ数Ｎの層を備えるパターンを形成し、１つの層は、光ファイバの一組のターンと隣接するターンの間に位置する空間とを備え、１つの層のターンは、光ファイバの同じ半分からであり、かつコイル軸から同じ距離に配置されている。

本発明によれば、巻付けは、セクタ分割配置を有するコイルを形成し、セクタ分割配置は、一方では、１つの層の光ファイバのターンが、隣接する層のターンと並置されて、ターンの２つの層の間に少なくとも１つの連続した封止面を形成する、規則的積層領域であって、前記少なくとも１つの封止面が、規則的積層領域の外面と規則的積層領域におけるコイルのターンの間に位置する少なくとも１つの空間との間の空気および／または接着剤の通過を阻止する、規則的積層領域と、他方では、巻付けの同じ層の異なるターンおよび／または異なる層を連結する光ファイバの部分が互いに交差する、オーバラップ領域であって、オーバラップ領域におけるコイルの外面と、規則的積層領域の隣接するターンの間に位置する前記空間との間の少なくとも１つの連続した連通路を備える、オーバラップ領域とを備え、コイルは、コイルの規則的積層領域の隣接するターンの間に位置する前記空間において空間的に均一に分散された接着剤を含む。

特定かつ有利な実施形態によれば、巻付けのパターンは、４極型または８極型である。

有利には、巻付けのパターンは、コイル軸に対して横切る方向において周期的に繰り返される。

特定かつ有利な実施形態によれば、接着剤の材料は、以下の材料、すなわちエポキシまたはアクリルポリマから選択される。

本発明はまた、記載した実施形態のうちの１つによる少なくとも１つの対称巻き・セクタ分割配置光ファイバコイルを備える、サニャックリング光ファイバ干渉計に関する。

本発明は、ジャイロスコープ用の光ファイバコイルの製造に特に有利に応用される。

本発明はまた、以下の説明の間に明らかとなり、かつ、単独でまたは任意の技術的に可能な組合せに従って考慮しなければならない、特徴に関する。

非限定的な例として与えられるこの説明により、添付図面を参照して、本発明をいかに実施することができるかをよりよく理解することができるであろう。

２極巻きを有する光ファイバコイルの断面図を概略的に示す。 ４極巻きを有するコイルの断面図を概略的に示す。 本発明による光ファイバコイルの上面図を概略的に示す。 図３に示す光ファイバコイルの断面ＡＡ’による図を概略的に示す。 図３に示す光ファイバコイルの断面ＢＢ’による図を概略的に示す。 図３に示す光ファイバコイルの断面ＣＣ’による断面図を概略的に示す。 コイルのオーバラップ領域の外面からコイルの隙間内への接着剤の浸入の原理を示す。 本発明の特定の実施形態による光ファイバコイルを製造する真空補助方法の種々のステップを示す。

図３は、本発明の実施形態による光ファイバコイル１０の上面図を示す。図３の平面は、コイル１０の軸１１に対して垂直である。コイル１０は、たとえば、４極または８極型の対称巻き型である。コイル１０は、軸１１、ならびにコイル１０の軸１１に対して横切る平面における環状断面およびコイル１０の軸１１を通過する平面における矩形断面の概して円筒状の形状を有する。

光ファイバは、シングルモード、マルチモード、偏光、偏光保持、シングルコア、マルチコア等のタイプであり得る。非限定的な例として、光ファイバは、偏光保持タイプであり、光ファイバの径（コア＋クラッド）は、１７０ミクロン（マイクロメートル）である。光ファイバの断面は、概して円形である。

本明細書では、一方ではランダム配置を有するコイルと、他方ではセクタ分割配置を有するコイルとを識別することができる。

ランダム配置コイルでは、巻付けは、光ファイバの中間から開始して対称であり得るが、光ファイバの２つの半分からのファイバのセグメントは、コイルの体積全体においてランダムに互いに交差する。ランダム配置コイルの表面全体にわたって、ランダムに分散されたファイバ交差部を見ることができる。

対照的に、セクタ分割配置コイルでは、コイルは、少なくとも２つの空間的に分離された領域、すなわち、規則的積層領域１３およびオーバラップ領域１２を含む。規則的積層領域１３では、層のファイバのセグメントは、すぐに隣接する層のファイバのセグメントの上に、隣接する層のセグメントの間に形成された溝に互い違いに配置されることにより、積層される（図２および図４）。光ファイバの２つの半長部は、適切に境界が定められたオーバラップ領域１２において互いに交差する。各層は、同じ方向に向きを変える、巻付けのターンに対応する。しかしながら、ねじとは対照的に、コイル軸の方向における同じ層のターンの間の進行はらせん状ではなく、段階的であり、すなわち、ファイバは、半径に従って平坦に巻き付けられて、規則的積層領域１３においてターンを作成し、その後、オーバラップ領域１２において、同じ層の続くターンに移行される。さらに、同じセクタ分割配置コイルの連続した層の間の進行もまた規則的ではなく、所与の半径に対応するコイル軸からの固定距離において完全な層が作成され、その後、オーバラップ領域１２において、それが巻き付けられている層より大きい半径を有する続く層に移行される。

本開示の以下では、関心は、対称巻き・セクタ分割配置コイルに関する。

２極巻きでは、コイル軸に沿った層のターンの巻付け方向は、各層において変化する。本明細書では、層はＫと示し、Ｋは、コイル軸に最も近い層の場合は１に等しく、コイル軸から最も遠い層の場合は２Ｎに等しい整数である。層Ｋ＋１は、層Ｋと同様に作製される。層Ｋ＋１の巻付け方向は、それが適用される層Ｋの巻付け方向に対して常に反転する。層Ｋ＋１は、それが別の層に移行されるオーバラップ領域１２を除き、（図４に示すように）層Ｋの溝の内側に来る。そのように形成された２極巻きコイルでは、オーバラップ領域１２は一意である。

４極型のコイルでは、オーバラップ領域１２は、２つの別個のオーバラップ領域ＢＢ’およびＣＣ’を備える。領域ＢＢ’は、層Ｋ＋０と層Ｋ＋１との間のターンオーバラップの位置に対応する。領域ＣＣ’は、層Ｋ＋２と層Ｋ＋３との間のターンオーバラップの位置に対応する。実際には、１つの層から別の層に移行されるファイバは、ファイバの巻付けに対して垂直に上昇せず、このため、層Ｋ＋０および層Ｋ＋１のターンオーバラップ領域は、層Ｋ＋２および層Ｋ＋３のターンオーバラップ領域の上方で一直線をなさない。

このため、そのように形成された巻付けは、各層において規則的ならせんをたどらない。広がりが制限されたオーバラップ領域１２を備えたこのセクタ分割配置巻きには、オーバラップ領域１２の外側のすべての場所において密封されている、すなわち、規則的積層領域１３全体において密封されている規則的積層を提供するという利点がある。特に有利には、オーバラップ領域１２は、たとえば、１０度〜２０度に含まれる頂点角度を有する角度セクタに対応する、コイルの制限された角度セクタに制限される。

より厳密には、対称巻き・セクタ分割配置コイル１０の３次元モデリングにより、コイルの異なる領域におけるターンの配置を強調表示することができる。

異なる断面ＡＡ’、ＢＢ’、ＣＣ’それぞれにおけるコイルの分析により、ファイバコイルの層の間の異なるファイバ配置が明らかになる。

図４は、図３のコイル１０の断面ＡＡ’による図の例を概略的に示す。平面ＡＡ’は、コイル１０の軸１１を含みかつ規則的積層領域１３の任意の場所に位置する平面である。図４に示す簡略化した例では、コイルは、ターンの４つの層を含む。光ファイバのターンの断面は、対応する層の番号、それぞれ１〜４に従って、１〜４から示される。

平面ＡＡ’において、光ファイバのターンは、コンパクト積層に従って配置されていないことが認められる。平面における同じ径のディスクのコンパクト積層は、ディスクが６つの隣接するディスクと接触する配置に対応し、６つのディスクの中心は、六角形の頂点に配置される、ということが想起される。

対照的に、図４では、各層において、いずれのターンも同じ層の隣接するターンと接触していないことが認められる。この配置により、同じ層の隣接するターンの間に空間が存在する。第１層の隣接するターンの間の空間は１９で示され、第２層２、第３層３および第４層４それぞれの隣接するターンは、それぞれ２９、３９、４９で示されている。

空間１９、２９、３９、４９により、線引きに沿ったファイバ径の変動および／または線引きによるファイバ平均径変動に対して、かつマンドレルのフランジの間の空間変動に対して製造公差が可能になる。層Ｋ＋１の各ターンの層Ｋの２つのターンとの接触は、ファイバの巻付け中にファイバ線引き張力を確保するために必要である。この線引き圧力は、たとえば、２０ｇの値になる。このため、第２層２のターンは、他の４つのターン、すなわち、第１層の２つのターンおよび第３層３の２つのターンと接触する。第３層３のターンは、他の４つのターン、すなわち、第２層２の２つのターンおよび第４層４の２つのターンと接触する。最後に、第４層４のターンは、他の４つのターン、すなわち第３層３の２つのターンおよび層５（図示せず）の２つのターンと接触する。

概して、空間１９、２９、３９、４９は、各ターン層の巻付けの後の接着剤の塗布のステップを含む、従来の製造方法の間に接着剤が充填される。

実際には、各層の巻付け後に接着剤塗布のステップを行うことにより、同じ層のターンの間の空の空間を充填することができる。しかしながら、接着剤塗布の従来の技法では、そのように塗布された接着剤の層において気泡の封入が阻止されない。

図４の平面により、隣接する層の間のいくつかの封止線１４、２４、３４が明らかになる。これらの封止線１４、２４、３４は、規則的積層領域１３における隣接する層のターンの間の接触からもたらされる。このため、層１と層２との間に封止線１４が形成される。コイル軸１１を中心とする図４の回転対称性により、オーバラップ領域外で、封止線１４は、規則的積層領域１３全体における第１層１の空間１９と第２層２の空間２９との間の封止を確実にする面の、図４の平面におけるトレースである。同様に、層２と層３との間に別の封止線２４が形成され、層３と層４との間にさらに別の封止線３４が形成される。封止線２４、３４はそれぞれ、コイルの規則的積層領域１３全体におけるオーバラップ領域１２外で延在する密封面の、図４の平面におけるトレースである。

封止面１４、２４、３４の存在により、光ファイバコイルの完全な巻付け後に、対称巻き・セクタ分割配置光ファイバコイルの外面を通して、接着剤の浸入が概して可能ではない理由が説明される。空間２９または３９それぞれに気泡が形成されるとき、この気泡は、それぞれ、封止線１４と封止線２４との間、または封止線２４と封止線３４との間に閉じ込められ続ける。こうした気泡により、干渉計位相シフト測定における熱的に誘起された非相反性の原因である、光ファイバにおける熱勾配の変動を引き起こしやすい、光ファイバコイルにおける空間不均一性がもたらされる。

しかしながら、以下の分析から、ターンの断面の空間分布が、対称巻き・セクタ分割配置光ファイバコイルでは均一ではなく、断面によって決まるということが分かる。

このため、図５は、図３のコイル１０の断面ＢＢ’による図を概略的に示す。平面ＢＢ’は、コイル１０の軸１１を含みかつオーバラップ領域１２（または、クロスオーバー領域もしくは「ジョグゾーン」）に位置する平面である。同じ要素は、図４と同じ参照符号によって表されている。

平面ＢＢ’において、光ファイバのターンは、図４と同じ積層に従って配置されていないことが認められる。

対照的に、図５では、層１、層２および層３のターンは、コイルの軸１１に対して横切る平面に従って規則的に積層されていることが認められる。このため、第１層１のターンは、第２層２の最大で別の１つのターンと接触する。第２層２のターンは、最大で２つの他のターン、すなわち、第１層のターンおよび第３層３のターンと接触する。第３層３のターンは、最大で３つの他のターン、すなわち第２層２の最大で１つのターンおよび第４層４の最大で２つのターンと接触する。最後に、第４層４のターンは、第３層３の最大で２つの他のターンと接触する。図５では、図４におけるように、各層において、いずれのターンも同じ層の隣接するターンとは接触しない。

図５の配置により、図４の封止線３４を延長する、最後の層４と最後から２番目の層３との間の封止線３４が明らかになる。図５は、層１、層２および層３の間で連通する開口部１５、１６の存在を強調表示する。ここでは、同じコイル１０において、これらの開口部１５、１６は、断面ＡＡ’において図４に表されている空間１９、２９、３９と連通する。

この分析により、断面ＢＢ’における開口部１５および／または１６からの接着剤の浸入をもたらすことを企図することができる。開口部１５、１６内に注入される接着剤は、たとえば毛管現象によって、空間１９、２９、３９に浸入することができる。逆の効果により、空間１９、２９および／または３９に閉じ込められた空気を排出するために、開口部１５、１６を用いることも可能である。本分析から、光ファイバコイルの完全な巻付けの後に、平面ＢＢ’において、特に第１層１を通して、すなわちコイルの内側を通して、接着剤が浸入することができることが分かる。

それにも関わらず、封止線３４の存在により、開口部１５および１６は、最後の層４のターンの間の空間４９と連通しない。このため、光ファイバコイルの完全な巻付け後、平面ＢＢ’において、最後の層４を通して、すなわちコイルの外側を通して、接着剤は浸入することができない。

一方、図６は、図３のコイル１０の断面ＣＣによる図を概略的に示す。平面ＣＣ’は、コイル１０の軸１１を含みかつオーバラップ領域１２に位置する平面である。同じ要素は、図４および図５と同じ参照符号によって示されている。

平面ＣＣ’において、光ファイバのターンは、図４に示す積層に従って、かつ図５に示す積層に従って配置されていないことが認められる。

対照的に、図６では、層１、２および３のターンは、互いに対してずれており（先の層の溝における互い違いの積層）、層３および４のターンは、コイル軸に対して横切る軸に沿って位置合せされている（同心円における積層）ことが認められる。このため、第１層１のターンは、第２層２の最大で２つの他のターンと接触する。第２層２のターンは、最大で４つの他のターン、すなわち、第１層の最大で２つのターンおよび第３層３の最大で２つのターンと接触する。第３層３のターンは、最大で３つの他のターン、すなわち、第２層２の最大で２つのターンおよび第４層４の１つのターンと接触する。最後に、第４層４のターンは、第３層３の最大で別の１つのターンと接触する。図６では、図４および図５におけるように、各層において、いずれのターンも同じ層の隣接するターンと接触しない。

図６の配置により、第１層１と第２層２との間の封止線１４と、第２層２と第３層３との間の別の封止線２４とがそれぞれ明らかになる。これらの封止線１４、２４は、図４の封止線１４、２４の連続した延長部にある。

図６は、層３と層４との間で連通する開口部１７、ならびに層２、層３および層４の間で連通する開口部１８の存在を強調表示する。

ここでもまた、同じコイル１０において、開口部１７、１８は、断面ＡＡ’において図４に示す空間２９、３９および４９とともに、断面ＢＢ’において図５に示す開口部１５、１６と連通する。それにも関わらず、封止線１４、２４それぞれの存在により、開口部１７および１８は、第１層１、第２層２それぞれのターンの間に位置する空間１９、２９それぞれと連通しない。このため、光ファイバコイルの完全な巻付けの後、平面ＣＣ’において、第１層１および第２層２を通して、すなわちコイルの内側を通して、接着剤は浸入することができない。

意外なことに、平面ＢＢ’における開口部１５、１６と平面ＣＣ’における開口部１７、１８との間の距離が小さいことにより、断面ＣＣ’における開口部１７および／または１８からの接着剤の浸入の可能性を企図することができる。開口部１７および／または１８内に注入される接着剤は、たとえば毛管現象により、空間１９、２９、３９および開口部１５、１６まで浸入することができる。逆の効果により、空間２９、３９および／または４９に閉じ込められた空気を排出するために、開口部１７、１８を用いることも可能である。

図７は、ターンの８つの層を備える４極巻きコイルにおけるオーバラップ領域１２の断面図を示す。平面ＢＢ’およびＣＣ’は、オーバラップ領域１２の両側に位置している。平面ＢＢ’の側では、封止線３４（層３と層４との間）、４４（層４と層５との間）ならびに７４（層７と層８との間）を見ることができる。平面ＣＣ’の側では、封止線１４（層１と層２との間）、２４（層２と層３との間）、５４（層５と層６との間）ならびに６４（層６と層７との間）を見ることができる。

図７では、（ＡＡ’において４つの層のグループにつき４つの封止線の代わりに）平面ＢＢ’およびＣＣ’において４つの層のグループにつき２つの封止線が常にあることを認めることができる。

しかしながら、ＢＢ’の封止線は、ＣＣ’の封止線とは連続していない。一方、開口部領域１５、１８は、互いに近接している。例示的な実施形態では、コイル軸に対して横切る方向におけるオーバラップ領域１２の広がりは、センチメートル台である。このため、接着剤２２は、図７および図８に概略的に示す、スラローム状での連続した経路３０をたどってコイルの外層８から内層１まで浸入することができる。本分析から、光ファイバコイルの完全な巻付けの後、平面ＢＢ’およびＣＣ’の間で、特に最後の層を通して、すなわち、コイルの外側を通して、かつ／または平面ＢＢ’およびＣＣ’の間で、第１層１を通して、すなわちコイルの内側を通して、十分に流体接着剤２２が浸入する可能性があることが推測される。

当業者は、こうした配置を、８極型の対称巻きを有するコイルに容易に適用する。そのコイルは、一方では、異なる層の間に封止線を有する規則的積層領域と、少なくとも１つのオーバラップ領域とを備えるセクタ分割配置を有し、オーバラップ領域内部では封止線が分離され、それにより、コイルの外面からの接着剤の浸入が可能になる。

方法
光ファイバコイルを製造する方法は、マンドレルの周囲に光ファイバを巻き付ける第１ステップを含む。

好ましくは、光ファイバの巻付けは、光ファイバの中間点に対して対称巻きである。その目的で、光ファイバの中間点、すなわち、光ファイバの２つの端部から半分の距離に位置する点が確定される。中間点は、マンドレルに固定され、巻付けは、この中間点から開始する。巻付けは、光ファイバの第１半分からの第１層によって開始する。続く層の巻付けは、光ファイバの各半分の同じ数Ｎ（Ｎは自然数）の層を備えるパターンを形成するように続けられる。そのように形成された巻付けは、コイル軸および光ファイバの中間を含む平面に対して対称である。

有利には、パターンは、４極型または８極型である。

コイルのターンの数を増加させるために、コイル軸から離れることにより、パターンを周期的に繰り返すことができる。

巻付けは、セクタ分割配置を形成し、コイルは、少なくとも２つの空間的に分離された領域、すなわち、規則的積層領域１３およびオーバラップ領域１２を含む。好ましくは、規則的積層領域１３の広がりに対するオーバラップ領域１２の広がりは制限される。

オーバラップ領域１２において、同じ層の１つのターンから別のターンへの移行が行われる。その目的で、層におけるターンの巻付けは、らせん状ではなくコイル軸に対して横切る平面において行われる。同様に、オーバラップ領域１２において、パターンの１つの層から続く層への移行が行われる。

このため、規則的積層領域１３の任意の平面ＡＡ’に空間１９、２９、３９、４９を有する光ファイバコイルが得られる。オーバラップ領域１２では、光ファイバコイルは、平面ＢＢ’における開口部１５、１６と平面ＣＣ’における開口部１７、１８とを有する。製造のこの段階では、空間１９、２９、３９、４９は空である。開口部１５、１６、１７、１８もまた空である。

光ファイバコイルへの接着剤の塗布は、接着剤の塗布がターンの各層の巻付けの後に行われる技法とは対照的に、巻付けの最後の後、すなわち、コイル１０のすべてのターンの巻付けの後に行われる。

平面ＢＢ’と平面ＣＣ’との間に位置するオーバラップ領域１２の場所が確定される。このオーバラップ領域１２は、たとえば、コイルの外側で識別可能であり、それは、コイルの光ファイバの２つの半分が互いに交差する領域であるためである。光ファイバの２つの端部は、オーバラップ領域１２においてまたはコイルの別の場所１３においてコイルから出ることができ、この他の場所１３は、オーバラップ領域１２の外側に位置する。例示的な実施形態では、オーバラップ領域１２は、１０センチメートルから２０センチメートル程度の外径を有するコイルの外面において１ｃｍから３ｃｍの幅にわたって延在する。本明細書では、幅は、コイル軸に対して横切る方向に測定される。

そして、方法は、コイルの外面から開始してオーバラップ領域１２を通過する経路３０に沿って接着剤を浸入させるステップを含む。

図７および図８に示すように、接着剤の浸入は、外層８からオーバラップ領域１２を通して、平面ＢＢ’およびＣＣ’の封止線の間のジグザグ経路３０をたどって、行うことができる。ジグザグ経路３０の領域の幅ｄは、ｃｍ台（領域１２の幅の約２／３）である。接着剤はまた、逆経路をたどって、すなわち、内層１からオーバラップ領域１２を通って、逆のジグザグ経路３０をたどって浸入することも可能である。このため、接着剤は、コイルの２つの面を通ってターンの間の空間内に浸入する。封止線の間の空間に最初に存在する空気は、オーバラップ領域１２の開口部を介して排出することができる。

接着剤浸入は、周囲圧力で行うことができる。

第１実施形態では、コイル１０は、その軸１１が水平であるように配置される。第１実施形態の第１変形では、オーバラップ領域は、軸１１の上方、たとえば、軸１１の垂直線に配置される。そして、接着剤は、コイルの外層のオーバラップ領域１２の開口部と接触して配置される。接着剤は、オーバラップ領域１２における開口部を通って浸入した後、毛管現象によりかつ／または重力効果により、コイルのターンの間の空間１９、２９、３９、４９…内およびオーバラップ領域の他の開口部１５、１６内に伝播する。

第１実施形態の第２変形では、オーバラップ領域は、軸１１の下方、たとえば、軸１１の垂直線に配置される。そして、接着剤は、コイル内部の第１層１のオーバラップ領域１２の開口部と接触して配置される。接着剤は、オーバラップ領域１２の開口部を通って浸入した後、毛管現象によりかつ／または重力の作用により、コイルのターンの間の空間１９、２９、３９、４９、…内およびオーバラップ領域の他の開口部内に伝播する。

そして、コイルの完全な巻付けの後、コイルの体積全体において、ターンの間および光ファイバコイルの層の間での接着剤の塗布が行われる。

図９〜図１１を参照して記載する別の特定の有利な実施形態では、接着剤の浸入は真空チャンバ内で行われる。

図９に、光ファイバの巻付けの後でありかつ接着剤の塗布の前の光ファイバコイル１０を示す。

コイル１０は、真空チャンバ２０内部に配置される。たとえば、真空チャンバ２０と流体接続する１つまたはいくつかの真空ポンプを備える、ポンピングシステム（図示せず）により、真空チャンバ２０内に一次真空を得ることができる。コイル１０が真空チャンバ内に配置されて、真空チャンバと連通する開口部１５、１６、１７および１８を介して、コイルのターンの間にも真空が形成される。上述したように、開口部１５、１６、１７および／または１８はまた、コイルのターンの間の空間１９、２９、３９、４９、…と連通する。このため、コイルのターン間空間すべてに真空が形成される。

容器２１は、液体またはゲル形態で接着剤を収容する。本方法のこの段階では、接着剤２２を収容する容器２１は、真空チャンバ２０の外側にある。例として、選択される接着剤は、エポキシまたはアクリルポリマである。

コイル１０のオーバラップ領域１２の周囲にリング２３が配置され、リング２３は、オーバラップ領域１２の少なくとも１つの部分と接触して、より厳密には、コイルの外側と連通する開口部１７、１８を含む領域ＣＣ’の周囲で、接着剤を保持するように意図されている。図９の例では、リングは、コイル１０の軸１１に対して平行なコイルの外層に配置される。

図１０は、接着剤２２が真空チャンバ２０内に導入され、チャンバ２０が真空下であり続ける、方法の別のステップを示す。このため、接着剤２２は、オーバラップ領域１２と接触して配置される。より厳密には、接着剤２２は、コイルの外層の開口部１７および／または１８と接触する。実施形態では、接着剤２２は開口部１７および１８すべてを覆う。別の実施形態では、接着剤は開口部１７または１８の一部を覆う。

図１１は、チャンバ２０の真空が、たとえば、真空チャンバと周囲空気との間に開口部２５を生成することによって遮断される、方法の続くステップを示す。真空チャンバ内の圧力の変化に続き、接着剤２２は、開口部１７および／または１８を通して、コイルの隙間内に吸い込まれる。このため、接着剤は、すべての空間１９、２９、３９、４９およびすべての開口部１５、１６、１７、１８を充填する。

接着剤の浸入の真空補助方法により、光ファイバコイル内部で気泡を閉じ込めるリスクを制限することができる。

この真空補助実施形態により、コイルの吸引力がより大きいため、接着剤のより幅広い選択が可能になり、かつ相対的により粘性のある接着剤の使用が可能になる。真空補助接着剤塗布方法は、特に多数の層を有するコイルの場合、各コイル層への接着剤の塗布と比較して迅速である。

コイルの体積に特に均一な構造を有する対称巻き光ファイバコイルが、容易に繰返し可能な方法で得られる。

Claims (11)

1. 光ファイバの対称巻きコイル（１０）を製造する方法であって、
   ａ．コイル軸（１１）の周囲に光ファイバを対称的に巻き付けるステップであって、前記巻付けが、前記光ファイバの２つの端部から等しい距離に位置する前記光ファイバの箇所から開始し、前記巻付けが、Ｎが自然数である場合、前記光ファイバの各半分の同じ数Ｎの層を備えるパターンを形成し、１つの層が、光ファイバの一組のターンと隣接するターンの間に位置する空間（１９、２９、３９、４９）とを備え、１つの層のターンが、前記光ファイバの同じ半分からであり、かつ前記コイル軸（１１）から同じ距離に配置され、前記巻付けが、セクタ分割配置を有するコイル（１０）を形成し、前記セクタ分割配置が、一方では、１つの層の光ファイバのターンが隣接する層のターンと並置されて、隣接するターンの２つの層の間に少なくとも１つの連続した封止面（１４、２４、３４）を形成する、規則的積層領域（１３）と、他方では、前記巻付けの同じ層の異なるターンおよび／または異なる層を連結する前記光ファイバの部分が互いに交差する、オーバラップ領域（１２）とを備える、ステップと、
   ｂ．前記オーバラップ領域（１２）の外面を通して前記セクタ分割配置コイル内に接着剤（２２）を浸入させ、それにより、前記接着剤（２２）が、少なくとも１つの連続した連通路（１５、１６、１７、１８、３０）を通って、前記規則的積層領域（１３）内の隣接するターンの間に位置する前記空間（１９、２９、３９、４９）内に、前記少なくとも１つの封止面（１４、２４、３４）まで浸入する、ステップと、
   を含む、光ファイバコイルを製造する方法。
2. ステップａ）では、前記巻付けのパターンは、４極型または８極型である、請求項１に記載の光ファイバコイルを製造する方法。
3. 第１層の隣接するターンが、隣接するターンの間に溝を形成するように配置され、別の隣接する層のターンが、前記規則的積層領域（１３）における前記第１層の前記溝内に互い違いに配置される、請求項１および２のいずれか一項に記載の光ファイバコイルを製造する方法。
4. ステップｂ）の前に、前記光ファイバコイルの前記コイル軸（１１）が水平に配置され、前記オーバラップ領域（１２）が前記コイル軸の垂直線に配置され、前記ステップｂ）が、前記オーバラップ領域（１２）に前記接着剤（２２）を塗布するステップｂ１）と、その後、重力によりかつ／または毛管現象によりかつ／または吸引により、前記コイルの前記ターンの間に前記接着剤（２２）を浸入させるステップｂ２）とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバコイルを製造する方法。
5. ステップｂ）の前に、前記光ファイバコイルが、真空チャンバ（２０）内に真空下で配置され、それにより、前記コイルの前記ターンの間の前記空間（１９、２９、３９、４９）が真空にされ、前記ステップｂ）が、前記オーバラップ領域（１２）に真空下で接着剤（２２）を塗布するステップと、その後、前記真空チャンバ（２０）内の前記真空を遮断して、前記真空チャンバ（２０）と前記コイルの前記ターンの間に位置する前記空間（１９、２９、３９、４９）との間の圧力の差により、前記コイルの前記ターンの間に前記接着剤（２２）を吸い込むステップとを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバコイルを製造する方法。
6. コイル軸（１１）を有しかつ光ファイバを備え、前記光ファイバが、前記光ファイバの中間から前記コイル軸（１１）の周囲に巻き付けられ、前記光ファイバの巻付けが、Ｎが自然数である場合、前記光ファイバの各半分の同じ数Ｎの層（１、２、３、４）を備えるパターン（Ｑ）を形成し、前記層（１、２、３、４）の各々が、光ファイバの一組のターンと隣接するターンの間に位置する空間（１９、２９、３９、４９）とを備え、層の前記ターンが、前記光ファイバの同じ半分からであり、かつ前記コイル軸（１１）から同じ距離に配置されている、対称巻き光ファイバコイル（１０）であって、
   前記巻付けが、セクタ分割配置を有するコイル（１０）を形成し、前記セクタ分割配置が、一方では、１つの層の光ファイバのターンが、前記隣接する層のターンと並置されて、ターンの２つの層の間に少なくとも１つの連続した封止面（１４、２４、３４）を形成する、規則的積層領域（１３）であって、前記少なくとも１つの封止面（１４、２４、３４）が、前記規則的積層領域（１３）の外面と前記規則的積層領域（１３）における前記コイルの前記ターンの間に位置する少なくとも１つの空間（１９、２９、３９、４９）との間の空気および／または接着剤の通過を阻止する、規則的積層領域（１３）と、他方では、前記巻付けの同じ層の異なるターンおよび／または異なる層を連結する光ファイバの部分が互いに交差する、オーバラップ領域（１２）であって、前記オーバラップ領域（１２）における前記コイルの外面と、前記規則的積層領域（１３）の隣接するターンの間に位置する前記空間（１９、２９、３９、４９）との間の少なくとも１つの連続した連通路（１５、１６、１７、１８）を備える、オーバラップ領域（１２）とを備え、前記コイルが、前記コイルの前記規則的積層領域（１３）の隣接するターンの間に位置する前記空間（１９、２９、３９、４９）において空間的に均一に分散された接着剤（２２）を含むことを特徴とする光ファイバコイル（１０）。
7. 前記巻付けのパターン（Ｑ）が、４極型または８極型である、請求項６に記載の光ファイバコイル（１０）。
8. 前記巻付けのパターン（Ｑ）が、前記コイル軸（１１）に対して横切る方向において周期的に繰り返される、請求項６または７に記載の光ファイバコイル。
9. 前記接着剤の材料が、以下の材料、すなわちエポキシまたはアクリルポリマから選択される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の光ファイバコイル。
10. 前記光ファイバが、シングルモード光ファイバ、偏光保持光ファイバ、マルチコア光ファイバである、請求項６〜９のいずれか一項に記載の光ファイバコイル。
11. 請求項６〜１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの光ファイバコイルを備えるサニャックリング光ファイバ干渉計。

Images