KR101290091B1

KR101290091B1 - Ｇｒｉｎ 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법 및 인선 장치

Info

Publication number: KR101290091B1
Application number: KR1020117022091A
Authority: KR
Inventors: 토시아키 후쿠다
Original assignee: 도요세이칸 그룹 홀딩스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2013-08-05
Also published as: JP5234669B2; JPWO2010116438A1; CN102365245A; KR20110121645A; US20120114285A1; EP2415719B1; US9919947B2; CN102365245B; WO2010116438A1; EP2415719A4; EP2415719A1; US20140007624A1

Abstract

GRIN 렌즈·파이버를 프리폼으로부터 인선할 때의 선직경의 제어를 개선하여, 선직경이 원하는 범위로 되는 GRIN 렌즈·파이버의 제조 수율을 향상시킨다. 가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a를, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b와, 소정 시간 T만큼 전의 선직경 a의 값인 선직경 α에 의해 보정한 선직경 c에 의해, 인선 속도를 제어함으로써 상기 과제를 해결한다.

Description

ＧＲＩＮ 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법 및 인선 장치{METHOD FOR CONTROLLING DIAMETER OF GRIN LENS FIBER AND FIBER DRAWING EQUIPMENT}

본 발명은 GRIN 렌즈·파이버를 프리폼으로부터 인선(引線: 선뽑기)할 때의 선직경 제어 방법 및 GRIN 렌즈·파이버의 인선 장치에 관한 것이다.

소위 GRIN 렌즈는 원주 형상의 굴절률 분포형 렌즈(GRaded INdex 렌즈)로, 유리의 내부에 굴절률 분포를 갖게 함으로써 광의 진행방향을 구부려서 렌즈 작용을 발휘시키는 것이며, 통상 1mm 정도로 절단한 것을 광파이버의 선단에 융착하고, 광통신용 광학계의 여러 용도에 사용된다. 최근, 높은 NA(개구수)의 GRIN 렌즈가 요구되고 있고, 이러한 GRIN 렌즈의 프리폼은 하기 특허문헌 1 등에 개시되는 바와 같이, 졸겔법으로 제조된다. 졸겔법으로 제조한 프리폼은 최소의 것으로 직경 5mm 정도, 길이가 30∼50mm 정도의 원주형이며, 통상의 광파이버의 프리폼에 비해 극히 작은 것으로 된다.

GRIN 렌즈·파이버의 프리폼을 인선할 때의 선직경 제어는, 프리폼을 가열 연신하는 가열로 이외에, 인선 된 GRIN 렌즈·파이버의 선직경을 측정하는 선직경 측정기를 설치하고, 그 측정값(선직경)을 자동 제어 장치에 보내고, 선직경이 목표값에 근접하도록 인선 속도를 컨트롤하고 있다.

하기 특허문헌 2에는, 광파이버용의 석영 유리 잉곳으로부터 프리폼을 연신할 때의 프리폼의 외경을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 이것은, 가열로에서 연신되고 있는 도중의 2개소에 외경 측정기를 설치하고, 2개소에서 측정된 프리폼의 외경값 에 기초하여 연신 속도를 제어하는 것이다.

일본 특개 2005-115097호 공보 일본 특개 평10-167745호 공보

일반적으로 광파이버의 인선은, 가열로로부터 떨어진 파이버의 외경이 정해진 위치에서 선직경을 측정하고, 그 값에 기초하여 인선 속도를 제어하고, 일정한 외경의 파이버를 뽑고 있다. 또한 광파이버의 프리폼의 크기는 직경 φ30∼80mm, 큰 것에서 직경 φ150mm, 전체 길이는 1∼1.5m이고, 작업시간 등의 관계로부터 인선 속도는 수백m/분인 경우가 많아, 가열로와 선직경 측정기에 수m의 거리가 있어도 1초가 걸리지 않고 도달하고 있는 것으로 생각된다.

GRIN 렌즈·파이버의 인선 공정도, 마찬가지로 가열로 외측에 선직경 측정기를 배치하고 있었는데, 그 프리폼의 크기는 최소의 것에서, 광파이버·프리폼의 1%에도 미치지 않는 것이 있어, 그 인선 속도는 수m/분으로 되어 있었다. 선직경 측정기를 가열로에 가장 근접시킨 경우에도, 가열로 중심과 선직경 측정기에는 200mm의 거리가 있어, 표준적인 인선 속도로는 연신하고 나서 선직경을 잴 때까지 수초의 지연이 있어, 그 측정값을 바탕으로 선직경 제어를 행해도 정확한 제어를 할 수 없어, 수율이 나빴다.

그래서, 가열로 내의 GRIN 렌즈·파이버의 연신이 거의 완료된 시점에서 선직경을 측정할 수 있도록, 노체 측면에 구멍을 뚫고, 카메라를 사용한 화상처리 장치에 의한 선직경 측정을 행했는데, 대상(파이버)까지의 거리, 시야각, 렌즈의 정밀도 등으로부터 피사체 심도가 얕아져, 간단하게 핀트가 맞지 않게 되어 있었다. 또한 가열로 내에 퍼지하고 있는 불활성 가스의 대류나, 넥 다운의 위치, 인선 중의 GRIN 렌즈·파이버의 공진 등으로, 측정 대상인 GRIN 렌즈·파이버의 위치가 일정하지 않은 경우가 있어, 정확하게 선직경을 측정하는 것이 곤란했다.

또한 카메라 이외에 차광식의 치수 측정기 등이 있지만, 가열로를 끼워 넣을 뿐, 수광기를 떼어 놓고 고정밀도로 측정할 수 있는 것이 없어, 가열로 내에서의 선직경 측정, 선직경 제어에는 적합하지 않은 것으로 여겨져, 도입이 곤란했다.

상기 특허문헌 2는 2개소에서 측정된 프리폼 외경의 측정값에 기초하여 연신 속도를 제어하는 것이다. 2개소의 외경측정기가 모두 가열로 내에 있어서의 외경을 측정하는 것이지만, 이 경우, 측정대상이 φ30∼80mm으로 크기 때문에, 상을 잡기 쉽고, 또한, 퍼지 가스의 흐트러짐 등의 노 내 환경의 영향도 적다.

본 발명은, GRIN 렌즈·파이버를 프리폼으로부터 인선할 때의 선직경의 제어를 개선하여, 선직경이 원하는 범위가 되는 GRIN 렌즈·파이버의 제조 수율을 향상하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명은 프리폼으로부터 GRIN 렌즈·파이버를 인선할 때에 GRIN 렌즈·파이버의 외경이 소정의 직경으로 되도록 제어하는 방법으로, 가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a와, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b에 기초하여 인선 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법이다.(청구항 1)

선직경 a와 선직경 b에 기초하는 제어의 방법은, 구체적으로는, 가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a를, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b와, 소정 시간 T만큼 전의 선직경 a의 값인 선직경 α에 의해 보정한 선직경 c에 따라, 인선 속도를 제어하는 것으로(청구항 2), 선직경 c를 자동 제어 장치에 보내어, 목표값에 근접하도록 자동 제어를 행할 수 있다.

선직경 a는, 가열로 내의 선직경의 측정값이기 때문에, 상기한 바와 같은 이유로 부정확한 값이라 할 수 있다. 한편, 선직경 b는 가열로 외측에 있고, 측정기의 사양에 맞춘 조건하에서 측정을 행하고 있기 때문에, 정확한 값이라고 할 수 있다. 선직경 측정기 A와 B의 거리가 정해져 있고, 인선 속도가 표준적인 속도라면, 어떤 시점에서의 선직경 측정기 B의 측정값은 소정 시간 T만큼 전의 선직경 측정기 A의 값인 선직경 α에 가까운 값이라고 할 수 있다. 따라서, 선직경 b와 선직경 α를 비교함으로써 선직경 측정기 A의 측정값인 선직경 a에 어느 정도의 오차가 있는지를 알 수 있고, 선직경 a를, 선직경 b와 선직경 α에 의해 보정함으로써 실제로 인선 되어 있는 부분(가열로 내)의 선직경 c를 고정밀도로 측정할 수 있다.

선직경 a를 보정한 선직경 c는, 구체적으로는,

선직경 c = 선직경 a + 선직경 b - 선직경 α

로 할 수 있다.(청구항 3)

이 중, (선직경 b-선직경 α)는 GRIN 렌즈·파이버의 거의 동일한 부분을 측정한 선직경 측정기 B(정확한 측정값)와 선직경 측정기 A(부정확한 측정값)의 차, 즉 선직경 측정기 A의 측정 오차(차분 D)이며, 선직경 a에 차분 D를 가함으로써, 선직경 측정기 A의 측정값(부정확한 측정값)이 보정되어, 정확한 값에 근접한다.

상기 소정의 시간 T는, 구체적으로는, 선직경 측정기 A의 측정 위치와 상기 선직경 측정기 B의 측정 위치 사이의 GRIN 렌즈·파이버 경로에 있어서의 거리를 d(mm), 상기 인선 속도를 V(mm/초)로 했을 때,

(d-20)/V≤T≤(d+20)/V

로 할 수 있다.(청구항 4)

「GRIN 렌즈·파이버 경로에 있어서의 거리」는 선직경 측정기 A의 측정 위치(측정 위치의 중심)와 선직경 측정기 B의 측정 위치(측정 위치의 중심) 사이의 GRIN 렌즈·파이버의 길이가 된다.

T=d/V이면, 선직경 α는 선직경 측정기 B에서 측정한 GRIN 렌즈·파이버의 측정 개소와 완전히 동일한 개소에서의 선직경 측정기 A의 측정값이 되어 가장 바람직하지만, 인선 속도 V는 제어에 의해 변동하므로, 완전히 T=d/V로 하는 것은 곤란하다. T가 (d±20)/V의 범위 내에 있으면, 선직경 b와 선직경 α의 GRIN 렌즈·파이버상의 측정 위치의 차는 ±20mm 이하가 되어, 실질적으로 문제없이 정확한 선직경 제어를 행할 수 있다.

더욱 오차를 적게 하기 위하여, 신호가 들어간 시점의 인선 속도를 검출하고, 그 속도로부터 소정 시간 T를 산출하고, 그 시점의 선직경 계측기 B의 측정값인 선직경 b와 소정 시간 T만큼 전의 선직경 측정기 A의 측정값인 선직경 α에 의해 선직경 a의 값을 보정한 선직경 c에 의해 인선 속도를 제어하는 것도 가능하다.

인선 속도를 제어하는 제어 방법은, 구체적으로는, 가장 일반적인 자동 제어 방법인 PI 제어 또는 PID 제어를 사용할 수 있다.(청구항 5)

또 본 발명은, 가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A와, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B를 갖고, 상기 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a와 상기 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b에 기초하여 인선 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈 인선 장치이다.(청구항 6)

이것은, 상기 청구항 1의 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법을 실시하기 위한 GRIN 렌즈 인선 장치이다.

선직경 a와 선직경 b에 기초하는 제어는, 구체적으로는, 보정 장치와 자동 제어 장치를 설치하고, 보정 장치가, 가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A로 측정한 선직경 a를, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b와, 소정 시간 T만큼 전의 선직경 a의 값인 선직경 α에 의해 보정한 선직경 c를 자동 제어 장치에 보내고, 자동 제어 장치가 선직경 c가 목표값에 근접하도록 인선 속도를 자동 제어할 수 있다.(청구항 7)

이것은, 상기 청구항 2의 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법을 실시하기 위한 GRIN 렌즈 인선 장치이다.

선직경 a를 보정한 선직경 c는, 구체적으로는,

선직경 c=선직경 a+선직경 b-선직경 α

로 할 수 있다.(청구항 8)

이것은 상기 청구항 3의 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법을 실시하기 위한 GRIN 렌즈 인선 장치이다.

상기 소정 시간 T는, 구체적으로는, 선직경 측정기 A의 측정 위치와 상기 선직경 측정기 B의 측정 위치 사이의 GRIN 렌즈 경로에 있어서의 거리를 d(mm), 상기 인선 속도를 V(mm/초)로 했을 때,

(d-20)/V≤T≤(d+20)/V

로 할 수 있다.(청구항 9)

이것은, 상기 청구항 4의 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법을 실시하기 위한 GRIN 렌즈·파이버 인선 장치이다.

인선 속도를 제어하는 자동 제어 장치는, 구체적으로는, 가장 일반적인 자동 제어 장치인 PID 제어 장치로 하고, 이것에 의한 PI 제어 또는 PID 제어에 의해 인선 속도를 제어할 수 있다.(청구항 10)

본 발명에 있어서, 가열로 내측에서 선직경 측정기 A에서 GRIN 렌즈·파이버의 선직경을 측정하는 위치는 프리폼의 연신이 거의 완료된 위치로 하는 것이 바람직하다. 이 위치는, 일반적인 경우, 히터의 최고온도부(발열부의 중심)로부터 70mm 이상 떨어진 위치이다. 또한, 이 위치는 인선 시의 온도, 인선 속도 등의 조건에 의해 변동한다.

선직경 측정기 A의 측정오차는, 카메라에 사용하고 있는 렌즈의 피사체 심도가 얕기 때문에, 가열로 내의 환경이나 파이버의 상태의 영향을 받기 쉬운 것에 기인하고 있지만, 작업시간이 짧은 GRIN 렌즈·파이버의 인선에서는, 인선 중에 환경이 격변하는 경우는 적기 때문에, 선직경의 변동에 비해 비교적 변동폭이 작고, 또한 오차의 방향성에 대해서도, 목표 직경에 대하여 일방향인 경우가 많다.

선직경 측정기 A의 위치는, 상기한 바와 같이, 프리폼의 연신이 거의 완료된 위치이며, 선직경 측정기 B가 설치되어 있는 노 외측에서는, 그 연신은 완전히 끝났기 때문에, 선직경 측정기 A와 선직경 측정기 B에서 측정되는 선직경이라고 하는 것은 기본적으로 일치하는 것이다.

선직경 측정기 A와 선직경 측정기 B를 각각 설치하고 있는 거리는 일정하며, 인선 속도를 어떤 일정한 속도로 했을 때, A-B 사이를 파이버가 이동하는 소정 시간 T는 정해져 가므로, 선직경 측정기 B를 통과한 순간의 측정값인 선직경 b는 소정 시간 T만큼 과거의 선직경 측정기 A의 측정값인 선직경 a라고 할 수 있다.

GRIN 렌즈·파이버의 인선 시의 선직경의 추이는, 인선 작업 개시 당초는 선직경 변동이 크고, 선직경 제어를 사용함으로써 변동폭을 수렴시켜 가는 것과 같은 형태로 된다. 선직경 변동이 수렴되고, 선직경 a가 목표 직경에 근접해 가고 있을 때는, 인선 속도의 변동폭도 작아지므로, 선직경 측정기 A-B 사이를 파이버가 이동하는 시간도

(d-20)/V≤T≤(d+20)/V

의 범위에 들어가, 선직경 a의 측정 위치에서의 선직경의 실제 치수에 극히 가까워지도록 보정할 수 있다. 즉, 자동 제어 장치에 입력되는 보정 후의 선직경 c는, 가열로 내에서 연신이 거의 완료된 GRIN 렌즈의 선직경의 실제 치수에 극히 가까운 선직경으로 되어, 바람직한 선직경 제어가 가능하게 된다.

인선 중의 선직경 변동이 크고, 선직경 제어에 의해 인선 속도에 편차(차이)가 있는 경우, 소정 시간 T를 고정하고 있는 한, 선직경 b와 소정 시간 T만큼 전의 시점의 선직경 측정기 A의 선직경 α와의 차는 커진다. 선직경의 보정은 선직경 제어가 어느 정도 안정하고 나서 행하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 인선 개시로부터 60초∼90초 정도 후에 보정을 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법 및 인선 장치는, 가열로 내에서 연신이 거의 완료한 GRIN 렌즈·파이버의 선직경의 실제 치수에 극히 가까운 선직경을 자동 제어 장치에 입력하고, 선직경의 제어를 행할 수 있으므로, 종래 방법·장치에 비해 제조한 GRIN 렌즈·파이버의 선직경이 목표값에 근접함과 아울러 변동이 적고, 따라서, 허용범위 내의 선직경 오차의 GRIN 렌즈·파이버를 수율 좋게 제조하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시예의 GRIN 렌즈 인선 장치의 설명도(인선 속도 제어시).
도 2는 실시예의 GRIN 렌즈 인선 장치의 설명도(프리폼 세팅시).
도 3은 실시예의 GRIN 렌즈 인선 장치의 설명도(타이머 시동시).
도 4는 보정 장치에 있어서의 흐름도.

[실시예]

도 1∼3에 도시하는 것은 실시예의 GRIN 렌즈 인선 장치이다. 이 인선 장치는, 가열로(1), 히터(2), 승강 장치(3), 권취 드럼(4), 선직경 측정기 A(5), 선직경 측정기 B(6), 센서(7), 보정 장치(8), 자동 제어 장치(9)를 갖는다.

가열로(1)는 2100℃까지 승온 가능한 초고온 세로형 관형로이다.

권취 드럼(4)은 파이버가 겹치는 것을 방지하기 위하여 수평이동 기구를 가지고 있다. 본 실시예의 경우, 인선한 GRIN 렌즈를 권취 드럼(4)으로 직접 권취하고 있고, 이 회전속도를 제어함으로써 인선 속도의 제어를 행한다. 권취 드럼의 앞쪽에 캡스턴 롤러를 설치하고, 캡스턴 롤러의 회전속도를 제어함으로써 인선 속도의 제어를 행하는 것도 가능하다.

선직경 측정기 A(5)는 카메라를 사용한 시판의 화상처리 장치이다. 미리, 광파이버 등의 치수를 알고 있는 것으로, 카메라를 교정해 놓을 필요가 있다.

선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a는 보정 장치(8)에 보내진다.

선직경 측정기 A(5)는, GRIN 렌즈·파이버의 연신이 거의 완료되는 위치에 설치되어 있고, 본 실시예의 경우에는 히터(2)의 발열부의 중심으로부터 약 80mm 아래쪽이다.

선직경 측정기 B(6)는 시판의 차광식의 외경 측정기를 사용하고 있다. 선직경 측정기 B에서 계측된 선직경 b는 보정 장치(8)에 보내진다.

선직경 측정기 B(6)의 측정 위치는 될 수 있는 한 가열로 출구 근처가 바람직하고, 본 실시예의 경우, 선직경 측정기 A의 측정 위치의 아래쪽 약 200mm이다. GRIN 렌즈·파이버의 경로는 연직이므로, 선직경 측정기 A의 측정 위치와 선직경 측정기 B의 측정 위치 사이의 GRIN 렌즈·파이버 경로에 있어서의 거리 d≒200mm이다.

센서(7)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 추(12)의 하단이 통과한 것을 검지하는 위한 것으로, 보정 장치(8)에 검지 신호를 보낸다.

보정 장치(8)는 선직경 측정기 A로부터의 선직경 a, 선직경 측정기 B로부터의 선직경 b에 기초하여 선직경 c를 자동 제어 장치(9)에 출력한다.

자동 제어 장치(9)는 선직경 c가 지정된 목표값에 근접하도록 권취 드럼의 회전속도(인선 속도)를 제어한다. 권취 드럼의 회전속도를 제어함으로써, GRIN 렌즈·파이버의 인선 속도가 제어된다.

선직경 보정의 트리거는, 센서(7) 이외에, 수동으로 보내는 것이 가능하게 되어 있다.

다음에 본 발명의 GRIN 렌즈의 선직경 제어 방법의 실시예를 설명한다.

가열로(1)를 소정의 온도까지 승온한 후, 권취 드럼(4)의 회전 및 수평이동을 개시시키고, 프리폼(10)에 석영봉(13)을 용착한 것을 승강 장치(3)에 배치했다.

승강 장치(3)의 강하를 개시시켜, 프리폼(10)을 소정의 위치까지 강하시킨다. 이 상태를 도 2에 나타낸다. 프리폼(10)이 연화되어 추(12)가 어느 정도 가열로의 하방으로 강하해 온 시점에서, 승강 장치(3)를 일정 속도로 강하시키기 시작했다. 이 강하속도는 GRIN 렌즈의 인선 속도와 균형을 이루는 일정 속도이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 추(12)의 하단이 센서(7)를 통과하는 순간, 센서(7)의 검지 신호가 보정 장치(8)에 보내지고, 보정 장치(8)의 타이머가 ON으로 된다. 타이머는 인선한 GRIN 렌즈·파이버의 선직경이 안정되는 적당한 시간(본 실시예의 경우에는 85초)이 설정되어 있고, 그 시간이 경과했을 때(타이머가 0으로 되었을 때) 보정 장치(8)가 선직경 a의 보정을 행해 보정 후의 선직경 c를 자동 제어 장치(9)에 보낸다. 타이머가 0이 될 때까지는, 선직경 a와 선직경 b의 차분은 행해지지 않기 때문에, 선직경 c에는 선직경(a+0)이 들어 있다.

추(12)가 권취 드럼(4)의 부근까지 강하해 왔을 때, 추(12)를 떼어내고, 연신된 부분의 단부를 권취 드럼(4)에 점착테이프로 첩부하고, 권취 및 인선이 개시되었다. 또, 이 때, 자동 제어 장치(9)를 스타트시킨다.

어떤 직경의 프리폼에 대한 권취 드럼의 평균적인 회전속도는, 목표 직경과 이송 속도의 비율에 맞추어 설정되어 있는데, 타이머가 0으로 될 때까지는, 선직경 a와 선직경 b의 차분은 행해지지 않기 때문에, 선직경(a+0)이 들어 있는 선직경 c에 기초하여 자동 제어 장치(9)에 의해 자동 제어되기 때문에, 항상 변화하고 있다.

인선 개시 후 54초의 시점에서, 자동 제어에 의해 선직경이 안정되었다. 85초 경과하여 타이머가 0으로 된 시점에서 보정 장치(8)에 의한 보정이 개시되었다. 이 때, 선직경 계측기 A의 측정값인 선직경 a는 125.3㎛, 선직경 계측기 B의 측정값인 선직경 b는 그것보다 3.6㎛ 가는 121.7㎛로 되어 있어, 선직경 계측기 A의 계측값에 오차가 있었다.

보정은 소정 시간 T초 전의 선직경 계측기 A의 계측값을 선직경 α로 하고, 선직경 a에 차분(선직경 b-선직경 α)을 가하여 선직경 c로 함으로써 행해진다. 즉, 선직경 c=선직경 a+선직경 b-선직경 α가 된다. 선직경 c는 보정 장치(8)로부터 자동 제어 장치(9)에 보내져, 선직경 c가 목표값의 124.5㎛에 근접하도록 자동 제어된다. 본 실시예의 경우, 소정 시간 T는 1.9∼1.99초의 범위를 10ms 간격으로 변동하고 있고, 인선 속도 V는 거의 106.7mm/초, 선직경 측정기 A의 측정 위치와 상기 선직경 측정기 B의 측정 위치 간 거리 d≒200mm이므로, T는 거의 하기의 식의 범위에서 변동하고 있다.

(d-12.3)V≤T≤(d-2.7)/V

즉, T는 (d±20)/V의 범위 내에 있고, 선직경 b와 선직경 α의 GRIN 렌즈상의 측정 위치의 차는 ±20mm 이하로 되어, 실질적으로 문제없이 정확한 선직경 제어를 행할 수 있다.

보정이 개시된 이후, 수 초 후에 선직경 b(GRIN 렌즈·파이버의 실제의 선직경)는 거의 124.5±1㎛의 범위가 되고, 양호한 선직경의 파이버를 얻을 수 있었다.

다음에 도 4에 기초하여 보정 장치(8)의 프로그램을 설명한다.

스타트 후, 스텝 101의 「추(12)가 센서(7)를 통과했는가?」에서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 추(12)의 하단이 센서(7)에 도달했는지 아닌지가 판단된다. 「NO」의 경우에는 스텝 101이 반복되고, 추(12)의 하단이 센서(7)에 도달할 때까지 대기상태로 된다. 「YES」로 되었을 때 스텝 102로 진행된다.

스텝 102에서 「타이머 시동」의 동작이 행해지고, 보정 장치(8)에 내장된 타이머가 「ON」으로 된다. 타이머에는, 인선한 GRIN 렌즈·파이버의 선직경이 안정되는 적당한 시간(본 실시예의 경우에는 85초)이 설정되어 있다.

스텝 103의 「타이머는 0인가?」에서, 설정되어 있는 시간(85초)이 경과했는지 아닌지가 판단되고, 「NO」인 경우에는, 스텝 104로 진행되고, 「YES」인 경우에는 스텝 105 이하의 보정 동작으로 진행된다.

스텝 104에서 「보정 장치(8)로부터 선직경 c(선직경 a+0)를 받아들여 자동 제어 장치(9)에 보낸다」는 동작이 행해진다. 이 때, 보정 동작(차분 D=선직경 b-선직경α)은 행해지지 않기 때문에, 차분 D의 값은 0으로 되어 있고, 선직경 측정기 A로부터 받아들인 선직경 a가 선직경 c로서 자동 제어 장치(9)에 보내지고 있다. 이 동작은, 타이머가 0으로 될 때까지, 10ms 간격으로 반복해서 행해지고, 자동 제어 장치는 보정 장치로부터 보내진 선직경 a가 미리 설정되어 있는 목표값(124.5㎛)에 근접하도록 자동 제어를 행한다.

스텝 103에서, 타이머가 「0」으로 판단된 후, 스텝 105에서 「메모리로부터 선직경 α를, 선직경 측정기 A, B로부터 선직경 a, b를 받아들인다」는 동작이 행해진다.

메모리는 보정 장치에 내장되어 있고, 100ms 마다 선직경 계측기 A로부터 보내지는 선직경 a를 차례대로 20개 격납하고, 20개를 초과한 경우에는, 선두(앞에 넣은 것)부터 차례로 파기해 간다. 즉, 선두에 격납되어 있는 선직경 a는, 최후에 격납된 선직경 a보다도 1.9초 전에 측정된 것으로, 선직경 α(선두에 격납되어 있는 선직경 a)는 10ms(0.01초)마다 받아들이기 때문에, 받아들이는 선직경 α는 1.9초∼1.99초 전에 측정된 선직경 a의 값이다. 이것과 동시에, 선직경 측정기 A, B로부터 현재의 선직경 a, b가 받아들여진다.

스텝 106 「차분 D=선직경 b-선직경 α를 연산한다」에서, 차분 D가 연산된다.

선직경 b는 선직경 측정기 B에서 지금 측정된 측정값이고, 선직경 α는 선직경 b가 측정된 GRIN 렌즈 부분의 근방을 선직경 측정기 A가 1.9초∼1.99초 전에 측정한 값이다. 선직경 b는 정확한 측정이 되어 있고, 선직경 α는 노 내에서 측정된 것이기 때문에 부정확할 가능성이 높고, 「차분 D=선직경 b-선직경 α」는 선직경 측정기 A의 측정오차에 상당한다.

스텝 107에서, 「선직경 c=선직경 a+차분 D를 연산하고, 선직경 c를 자동 제어 장치에 보낸다」는 동작이 행해진다.

선직경 c는 현재 선직경 측정기 A에서 측정된 선직경 a를 보정하여, 측정오차를 없앤(또는 적게 한) 것으로 되고, 선직경 측정기 A의 측정 위치에서의 거의 정확한 선직경으로 된다. 선직경 c는 자동 제어 장치(9)에 보내지고, 자동 제어 장치는 보정 장치로부터 보내진 선직경 c가 미리 설정되어 있는 목표값(124.5㎛)에 근접하도록 자동 제어를 행한다.

스텝 105∼107은, 10ms 간격으로 반복하여 행해지고, 선직경 c는 10ms 간격으로 자동 제어 장치에 보내진다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의해, 가열로 내의 프리폼의 연신이 거의 완료된 부분의 선직경(선직경 c)을 정확하게 측정할 수 있게 되어, 이 선직경에 기초하여 자동 제어를 행함으로써 종래에 비해 현격하게 수율이 향상되었다.

표 1은 상기의 실시예에 의해 5회 인선을 행한 결과이며, 표 2는 종래의, 가열로 외측에 설치한 선직경 측정기 B의 선직경 b에만 기초하여 자동 제어를 행하는 방법(그 밖의 조건은 실시예와 동일)으로 5회 인선을 행한 비교예의 결과이다.

	수율(%)
실시예1	53.20
실시예2	59.19
실시예3	71.89
실시예4	78.61
실시예5	54.77
평균	63.53

	수율(%)
비교예1	42.81
비교예2	24.94
비교예3	43.32
비교예4	31.81
비교예5	48.14
평균	38.20

표 1, 2에 있어서, 「수율」은 전체에 대한 규격(목표 직경±1.0㎛)에 적합한 부분의 길이를 %로 나타낸 것이다. 표 1, 2로부터 명확한 바와 같이, 본 발명은 종래방법에 비해 수율이 평균으로 약 25% 향상되었다.

1 가열로
2 히터
3 승강 장치
4 권취 드럼
5 선직경 측정기 A
6 선직경 측정기 B
7 센서
8 보정 장치
9 자동 제어 장치
10 프리폼
11 GRIN 렌즈·파이버
12 추
13 석영봉

Claims

프리폼으로부터 GRIN 렌즈·파이버를 인선할 때에 GRIN 렌즈·파이버의 외경이 소정의 직경이 되도록 제어하는 방법으로서,
가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a와,
가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b에 기초하여 인선 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 선직경 a를, 상기 선직경 b와 소정 시간 T만큼 전의 선직경 a의 값인 선직경 α에 의해 보정한 선직경 c에 의해, 인선 속도를 제어하고, 상기 선직경 c가 선직경 a+선직경 b-선직경 α인 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법.
삭제
제 2 항에 있어서, 상기 선직경 측정기 A의 측정 위치와 상기 선직경 측정기 B의 측정 위치 사이의 GRIN 렌즈 경로에 있어서의 거리를 d(mm), 상기 인선 속도를 V(mm/초)라고 했을 때, 상기 소정 시간 T(초)가
(d-20)/V≤T≤(d+20)/V
의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인선 속도를 제어하는 제어 방법이 PI 제어 또는 PID 제어인 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버의 선직경 제어 방법.
가열로 내측에서 연신되고 있는 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 A와, 가열로 외측에서 GRIN 렌즈·파이버의 외경을 측정하는 선직경 측정기 B를 갖고, 상기 선직경 측정기 A에서 측정한 선직경 a와 상기 선직경 측정기 B에서 측정한 선직경 b에 기초하여 인선 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버 인선 장치.
제 6 항에 있어서, 자동 제어 장치와 보정 장치를 구비하고, 상기 보정 장치가 상기 선직경 a를, 상기 선직경 b와 소정 시간 T만큼 전의 선직경 a의 값인 선직경 α에 의해 보정한 선직경 c를 상기 자동 제어 장치에 보내고, 상기 자동 제어 장치는 선직경 c에 기초하여 인선 속도를 제어하고, 상기 선직경 c가 선직경 a+선직경 b-선직경 α인 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버 인선 장치.
삭제
제 7 항에 있어서, 상기 선직경 측정기 A의 측정 위치와 상기 선직경 측정기 B의 측정 위치 사이의 GRIN 렌즈·파이버 경로에 있어서의 거리를 d(mm), 상기 인선 속도를 V(mm/초)라고 했을 때, 상기 소정 시간 T(초)가
(d-20)/V≤T≤(d+20)/V
의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버 인선 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 자동 제어 장치가 PID 제어 장치이며, 이것에 의해 인선 속도를 PI 제어 또는 PID 제어하는 것을 특징으로 하는 GRIN 렌즈·파이버 인선 장치.