KR20020096449A - 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따라 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치는, 상기 광섬유 모재의 단부를 가열하여 베어 글래스를 생성하기 위한 용융로와; 상기 베어 글래스를 자외선 경화수지로 코팅하기 위한 코팅기와; 상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시키는 자외선 경화기와; 상기 자외선 경화기를 지난 광섬유에 검사광을 조사하고, 상기 광섬유를 투과한 검사광의 세기를 측정하여 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출하는 코팅 경화도 측정기를 포함한다.

Description

코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치{APPARATUS FOR DRAWING OPTICAL FIBER WITH COATING HARDNESS MEASURING DEVICE}
본 발명은 광섬유에 관한 것으로서, 특히 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 광섬유는 석영을 주원료로 해서 만든 유리선으로서 실리카(silica) 등의 원료로 만들며 직경이 머리카락 정도로 가늘기 때문에 취급 및 포설이 용이하다. 광섬유는 내부에 빛을 전파하는 코어(core), 코어 내로 진행하는 빛을 가두는 역할을 하는 클래드(clad) 및 클래드를 감싸는 피복으로 구성된다. 텔레비젼(television) 화상이나 컴퓨터(computer)의 데이터(data)를 비롯한 각종 정보가 광신호로 변환되어 광섬유로 전송된다.
통상적인 광섬유 인출 장치는 크게 용융로, 코팅기(coating device), 자외선 경화기, 캡스턴(capstan) 및 스풀(spool)로 구성된다. 용융로는 실린더(cylinder) 형태를 가지며, 내부에 삽입된 코아와 클래드로 구성된 광섬유 모재(preform)의 끝단에 열을 가하여 녹인다. 광섬유 모재는 코아와 클래드로 구성되는 점이 광섬유와 동일하나, 그 직경이 광섬유에 비해 매우 크다. 또한, 용융로 내부가 열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위하여, 용융로 내부에는 불활성 기체를 흐르게 한다. 코팅기는 용융로에서 인출되는 베어 글래스(bare glass)의 외면을 자외선 경화수지로 코팅한다. 코팅기의 하단에는 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시키는 자외선 경화기가 구비된다. 캡스턴은 광섬유를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 광섬유 모재로부터 광섬유가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다. 원통형 실패의 형태를 가지는 스풀은 인출되는 광섬유가 그 외주면에 감겨지도록 한다. 또한, 베어 글래스에 코팅되는 자외선 경화수지는 그 경화 정도에 따라 굴절률, 산란도와 같은 광특성이 변화한다.
도 1은 자외선 경화수지의 경화도에 따른 굴절률을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 그래프(100)의 수평축은 경화 과정 전반에 걸친 시간축을 나타내며, 수직축은 경화도에 따른 굴절률을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 자외선 경화수지의 경화가 진행될 수록 굴절률은 높아진다. 이러한 자외선 경화수지의 굴절률 변화가광섬유에 미치는 영향으로서, 예로 장주기 광섬유 격자에 있어서 자외선 경화수지 재질의 코팅이 가지는 굴절률에 따라 상기 장주기 격자의 온도에 따른 커플링 파장(coupling wavelength) 이동이 달라진다는 것을 들 수 있다.
그러나, 종래의 광섬유 인출 장치는 베어 글래스에 코팅되는 자외선 경화수지의 경화도를 광섬유 인출 과정에서 감지하지 못하기 때문에, 제작되는 광섬유의 광특성이 경우에 따라 달라질 수 있다는 문제점이 있다. 예를 들어, 자외선 경화기가 자외선 램프(lamp) 및 석영관을 구비하며 석영관 내부로 실링 가스(sealing gas)를 흐르게 하는 경우, 자외선 램프의 출력 변화, 석영관의 오염, 실링 가스의 산소 농도 변화 등에 따라 베어 글래스에 코팅된 자외선 경화수지의 경화도가 달라지게 된다. 따라서, 이렇게 제작된 광섬유의 광특성이 달라진다는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유 인출 과정에서 자외선 경화수지의 경화도를 모니터링할 수 있는 코팅 경화도 측정부를 구비한 광섬유 인출 장치를 제공함에 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 코팅 경화도 측정부를 구비한 광섬유 인출 장치는,
상기 광섬유 모재의 단부를 가열하여 베어 글래스를 생성하기 위한 용융로와;
상기 베어 글래스를 자외선 경화수지로 코팅하기 위한 코팅기와;
상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시키는 자외선 경화기와;
상기 자외선 경화기를 지난 광섬유에 검사광을 조사하고, 상기 광섬유를 투과한 검사광의 세기를 측정하여 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출하는 코팅 경화도 측정기를 포함한다.
도 1은 자외선 경화수지의 경화도에 따른 굴절률을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치를 나타내는 개략도,
도 3은 도 2에 도시된 코팅 경화도 측정기를 상세히 나타내는 도면,
도 4는 자외선 경화수지의 경화도에 따른 산란도를 나타내는 도면.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치를 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 코팅 경화도 측정기(300)를 상세히 나타내는 도면이다. 상기 광섬유 인출 장치(200)는 용융로(220), 외경 측정기(230), 냉각기(240), 코팅기(250), 자외선 경화기(260), 코팅 경화도 측정기(300), 캡스턴(270) 및 스풀(280)로 구성된다.
상기 용융로(220)는 내벽에 가열판을 구비하고 있으며, 열전도성을 향상시키기 위해 그라파이트(graphite) 재질로 형성된다. 상기 가열판에 의해 상기 용융로(220) 내부에는 고온 영역이 형성되며, 그라파이트의 산화를 방지하기 위해 상기 용융로(220)의 내부로 아르곤 가스(argon gas)를 흘려준다. 상기 용융로(220)에 삽입된 광섬유 모재(210)는 그 단부가 상기 고온 영역에 위치하게 되며, 상기단부가 용융되어 베어 글래스(212)를 생성한다.
상기 외경 측정기(230)는 상기 베어 글래스(212)의 외경을 측정하며, 그 측정된 외경을 나타내는 외경 감지 신호를 출력한다. 상기 광섬유 인출 장치(200)를 제어하는 메인 제어 시스템(미도시)은 상기 외경 감지 신호를 수신하며, 그로부터 파악된 상기 베어 글래스(212)의 외경이 기설정된 값과 다른 경우에는 그 오차를 보정하기 위한 캡스턴 제어 신호를 출력한다.
상기 냉각기(240)는 상기 베어 글래스(212)를 코팅하기에 적합한 온도로 냉각시키며, 냉각 튜브(tube)를 구비하며 그 내부로 헬륨(helium) 등의 냉각 가스를 흘려준다. 또한, 상기 냉각 튜브의 내, 외벽 사이의 공간에는 냉각수 또는 액체 질소 등을 순환시켜서, 상기 냉각기(240)를 외부 환경과 단열시킨다.
상기 코팅기(250)는 상기 베어 글래스(212)의 외주면에 자외선 경화수지를 코팅시키며, 상기 베어 글래스(212)가 관통하는 경로 상에 형성된 다수의 애플리케이터(applicator)를 구비한다. 상기 애플리케이터는 코팅액 저장 탱크(coating material reservoir)로부터 공급된 코팅액이 고여있는 곳이며, 상기 베어 글래스(212)는 상기 애플리케이터를 관통하면서 자외선 경화수지로 코팅이 된다.
상기 자외선 경화기(260)는 중공형 석영관과, 상기 석영관 둘레에 위치한 중공형 반사판과, 상기 석영관과 반사판 사이에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 구비한다. 또한, 상기 석영관 내부로 산소가 없는 분위기를 유지하기 위해 경화촉진 가스를 흘려준다. 상기 베어 글래스(212)에 코팅된 자외선 경화수지는 상기 자외선 경화기(260)를 지나면서 자외선 조사에 의해 경화된다.
상기 코팅 경화도 측정기(300)는 상기 자외선 경화기(260)를 지난 광섬유(214)에 검사광(315)을 조사하고, 상기 광섬유(214)를 투과한 검사광의 특성을 분석하여 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출한다.
도 3을 참조하면, 상기 코팅 경화도 측정기(300)는 검사광(315)을 출력하는 검사 광원(310)과, 입사된 광을 대응하는 전기 신호로 변환하는 광검출부(320)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(330)와, 제어부(340)로 구성된다.
상기 검사 광원(310)은 상기 자외선 경화기(260)를 지난 광섬유(214)의 측면으로 검사광(315)을 입사시키며, 상기 검사 광원(310)으로는 레이저 다이오드(laser diode), 레이저 발광 다이오드(light emitting diode) , 헬륨-네온 레이저(He-Ne laser), 백색광원 등을 사용할 수 있다. 상기 광섬유(214)의 측면으로 입사된 검사광(315)은 상기 광섬유(214)를 지나면서 산란에 의한 손실을 겪게 됨에 따라서, 그 투과한 검사광(315)의 세기가 상기 자외선 경화수지의 경화도에 따라 변화하게 된다.
도 4는 자외선 경화수지의 경화도에 따른 산란도를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 그래프(400)의 수평축은 경화 과정 전반에 걸친 시간축을 나타내며, 수직축은 경화도에 따른 산란도를 나타낸다. 이 때, 상기 산란도는 자외선 경화수지에 일정량의 검사광(315)을 조사할 때 기설정된 산란이 없는 경우의 투과한 검사광 세기와 측정된 투과한 검사광(315) 세기의 비로서 나타낼 수 있다. 이 때, 산란도가 높다는 것은 투과한 검사광(315)의 세기가 상대적으로 작다는 것이며, 산란도가낮다는 것은 투과한 검사광(315)의 세기가 상대적으로 높다는 것을 의미한다. 도시된 바와 같이, 자외선 경화수지의 경화가 진행될 수록 산란도는 낮아진다. 즉, 자외선 경화수지는 코팅되기 이전에 액체 상태로 보존되며, 이러한 액체 상태일 경우에 산란도가 상대적으로 높다. 이후, 상기 베어 글래스(212)에 코팅되면서부터 자외선 경화수지의 경화가 진행된다. 이러한 경화 진행에 따라서 상기 자외선 경화수지의 산란도는 점차로 감소하게 되며, 경화가 완료된 경우, 즉 상기 자외선 경화수지가 고체 상태로 완전히 변화된 경우에 산란도는 일정한 값을 유지하게 된다.
상기 광검출부(320)는 상기 광섬유(214)를 투과한 검사광(315)을 검출하여, 상기 투과한 검사광(315)의 세기를 나타내는 아날로그 광검출 신호(325)를 출력한다. 상기 광검출부(320)로는 포토다이오드, CCD(charge coupled device, CCD) 등을 사용할 수 있으며, CCD는 신호량에 비례하는 전하(Charge)를 외부의 클럭(clock) 신호에 의해 규칙적으로 전송시키는 소자로서 지연 소자 및 촬상 소자(image sensor)로 실용화되어 있다.
상기 아날로그/디지털 변환부(330)는 상기 광검출부(320)로부터 입력된 아날로그 광검출 신호(325)를 디지털 광검출 신호(335)로 변환하여 출력한다.
상기 제어부(340)는 상기 디지털 광검출 신호(335)를 입력받고, 상기 디지털 광검출 신호(335)가 나타내는 투과한 검사광(315)의 세기로부터 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출한다. 즉, 상기 제어부(340)는 완전 경화된 자외선 경화수지로 코팅된 광섬유 샘플의 측면에 검사광을 조사하고, 그 투과한 검사광의 세기를 측정한 값을 미리 저장하고 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같은 산란도그래프(400)의 방정식(또는, 상기 산란도 그래프(400)를 나타내는 데이터 테이블)을 미리 저장하고 있다. 이와 같이 세팅된 상태에서, 상기 제어부(340)는 상기 디지털 광검출 신호(335)가 나타내는 투과한 검사광(315) 세기와 기설정된 투과한 검사광 세기의 비, 즉 산란도를 산출한다. 이후, 상기 산출된 산란도를 기설정된 산란도 그래프(400)의 방정식에 대입하여 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출한다.
이후의 과정으로서, 상기 제어부(340)는 연결된 모니터를 이용하여 상기 산출된 자외선 경화수지의 경화도를 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 또는, 상기 경화도가 기설정된 기준 경화도에 미치지 못할 경우에 상기 광섬유 인출 장치(200)를 전체적으로 제어하는 상기 메인 제어 시스템으로 하여금 광섬유(214) 인출 공정을 중지하게 만들 수 있다. 또는, 상기 제어부(340)는 상기 메인 제어 시스템에 구비된 마이크로 프로세서(microprocessor)일 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 캡스턴(270)은 광섬유(214)를 소정의 힘으로 잡아 당겨서, 광섬유 모재(210)로부터 광섬유(214)가 일정 직경을 유지하면서 연속적으로 인출될 수 있도록 한다. 또한, 상기 캡스턴 제어 신호에 따라서 상기 광섬유(214)에 가해지는 장력을 조절한다.
상기 스풀(280)은 원통형 실패의 형태를 가지며, 상기 광섬유(214)가 그 외주면에 감겨지도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치는 광섬유 인출 과정 중에 자외선 경화수지의 경화도를 측정 또는 모니터링함으로써, 상기 경화도의 불균일에 따른 광섬유 불량을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 광섬유 모재로부터 광섬유를 인출하기 위한 광섬유 인출 장치에 있어서,
    상기 광섬유 모재의 단부를 가열하여 베어 글래스를 생성하기 위한 용융로와;
    상기 베어 글래스를 자외선 경화수지로 코팅하기 위한 코팅기와;
    상기 자외선 경화수지에 자외선을 조사하여 경화시키는 자외선 경화기와;
    상기 자외선 경화기를 지난 광섬유에 검사광을 조사하고, 상기 광섬유를 투과한 검사광의 세기를 측정하여 상기 자외선 경화수지의 경화도를 산출하는 코팅 경화도 측정기를 포함함을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베어 글래스의 외경을 측정하는 외경 측정기와;
    상기 광섬유에 장력을 가하며, 상기 측정된 베어 글래스의 외경이 기설정된 값과 다를 경우에 상기 광섬유에 가해지는 장력을 조절하는 캡스턴과;
    상기 광섬유가 그 외주면에 감겨지는 원통형의 스풀을 더 포함함을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 경화도 측정기는,
    상기 검사광을 상기 광섬유의 측면으로 조사하는 검사 광원과,
    상기 광섬유를 투과한 검사광을 검출하며, 그 검출된 광검출 신호를 출력하는 광검출부와;
    상기 광검출 신호가 나타내는 투과한 검사광 세기로부터 상기 자외선 경화수지의 산란도를 산출하며, 기설정된 산란도별 경화도 정보로부터 상기 산란도에 따른 경화도를 산출하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코팅 경화도 측정기는,
    상기 광검출부로부터 출력된 아날로그 광검출 신호를 디지털 광검출 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부를 더 포함함을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 산란도는 상기 광검출 신호가 나타내는 투과한 검사광 세기와 기설정된 투과한 검사광 세기의 비로 나타냄을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한광섬유 인출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 산란도별 경화도 정보는 상기 자외선 경화수지의 산란도별 경화도 그래프가 나타내는 직선의 방정식으로 주어짐을 특징으로 하는 코팅 경화도 측정기를 구비한 광섬유 인출 장치.
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