KR20050091219A

KR20050091219A - 광섬유 모재 제작 장치

Info

Publication number: KR20050091219A
Application number: KR1020040016545A
Authority: KR
Inventors: 한주창; 오성국
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-15

Abstract

본 발명은 광섬유 모재의 제작 장치에 관한 것으로써 상기 광섬유 모재가 회전 가능하게 장착되는 수평 선반과, 상기 광섬유 모재의 장축을 따라서 왕복 이송을 하며 상기 광섬유 모재의 장축에 따른 외경의 상부 및 하부 편심값을 측정하기 위한 측정기와, 상기 광섬유 모재의 상부 및 하부 편심값의 변화량을 기 설정된 기준 값에 비교해서 그 편심차를 파악함으로써 상기 광섬유 모재의 레벨링을 제어하기 위한 제어부와, 상기 제어부의 명령에 따라서 석영관의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제1 열원과, 상기 제어부의 명령에 따라서 상기 제1 열원과 다른 온도에서 상기 석영관의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제2 열원을 포함한다.

Description

광섬유 모재 제작 장치{APPARATUS FOR FABRICATING OPTICAL FIBER PREFORM}

본 발명은 광섬유 모재 제조 장치에 관한 것으로서, 특히 광섬유 모재의 워핑(Warping)을 레벨링시키기 위한 광섬유 모재 제작 장치에 관한 것이다.

광섬유는 광섬유 모재 제조 공정과, 상기 광섬유 모재로부터 기 설정된 직경의 광섬유를 인출해내기 위한 인출 공정에 의해 제작된다. 상술한 광섬유 모재는 변형화학 기상 증착(MCVD), 기상 축 증착(Vapor phase Axial deposition), 외부 기상 축 증착(Outside vapour deposition)등의 방법에 의해서 제작 가능하다.

상술한 광섬유 모재의 제작 방법들은 선반 상에 설치된 모봉 또는 석영관 등을 회전시키며, 회전하는 상기 모봉과 석영관을 그 장축을 따라서 왕복 운동하는 버너에 의해 가열됨과 동시에 SiCl₄, GeCl₄, POCl₃의 원료 가스와 산소를 주입함으로써 기 설정된 직경의 광섬유 모재를 제작하기 위한 방법들이다. 즉, 일반적인 광섬유 모재 제작 방법은 고온 영역이 형성된 상기 모봉 또는 석영관에 원료 가스와 산소를 주입해서 화학 반응을 유발하며, 상술한 화학 반응에 의해 생성된 슈트(Soot)를 상기 모봉 또는 석영관 또는 모봉 등에 증착시킴으로써 광섬유 모재를 제작한다.

상술한 변형 화학 기상 증착 방법은 증착이 완료된 석영관 내부의 공간을 축소시키기 위한 콜랩스 공정(collapsing)과, 상기 석영관 내부의 공간을 완전히 제거하기 위한 클로우징 공정(closing) 등에 의해 광섬유 모재로 완성된다

그 외에도, 광섬유 모재의 제작은 상술한 기상 축 증착 방법 등에 의해서 제작된 봉 형태의 1차 모재를, 솔-젤 공법 등에 의해 제작된 튜브(tube) 형태의 2차 모재에 삽입한 후 이를 오버 자켓팅(Over-jacketting)시켜서 광섬유 모재를 제작하는 방법 등이 사용되고 있다.

그러나, 상술한 방법들은 상기 석영관 또는 봉 등을 그 장축을 중심으로 회전시킴으로써 회전에 의한 무게 편차를 유발하며, 무게 편차는 상기 석영관 및 봉의 직경을 변화시키는 휨 현상의 요인이된다. 상술한 바와 같은 휨 현상을 워핑(Warping)이라 하며, 상기 워핑 현상은 광섬유 모재 제작시 광섬유의 품질을 저하시키는 요인이 된다.

상술한 워핑 현상을 방지하기 위해서 상기 석영관의 회전으로 인해 발생되는 휨의 정도를 모니터링하고, 이를 보정하기 위한 공정을 레벨링(Leveling) 공정이라 하며, 일반적으로 상기 레벨링 공정은 작업자의 경험에 의해 제어된다.

그러나, 작업자의 경험에 의한 레벨링 공정은 제품간 편차와, 불량율이 커지고, 생산성이 저하되는 등의 문제가 있다. 상술한 바와 같이, 작업자에 의존한 레벨링 공정을 대체하기 위한 장치 및 방법 등이 제안되고 있다.

그러나, 일반적인 레벨링 장치 및 방법들은 외경 측정장치와 이송 장치들이 각각 별도로 제어됨으로써 레벨링 작업시 워핑이 발생한 구간의 굴절률을 과도하게 변형시키는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 광섬유 모재의 직경을 실시간으로 측정함으로써 신뢰성이 향상된 광섬유 모재 제작 장치를 제공함에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 광섬유 모재 제작 장치는,

상기 광섬유 모재가 회전 가능하게 장착되는 수평 선반과;

상기 광섬유 모재의 장축을 따라서 왕복 이송을 하며 상기 광섬유 모재의 장축에 따른 외경의 상부 및 하부 편심값을 측정하기 위한 측정기와;

상기 광섬유 모재의 상부 및 하부 편심값의 변화량을 기 설정된 기준 값에 비교해서 그 편심차를 파악함으로써 상기 광섬유 모재의 레벨링을 제어하기 위한 제어부와;

상기 제어부의 명령에 따라서 석영관의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제1 열원과;

상기 제어부의 명령에 따라서 상기 제1 열원과 다른 온도에서 상기 석영관의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제2 열원을 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위해서 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 모재 제작 장치의 구성을 나타내기 위한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 모재 제작 장치는 측정기(130)와, 이동 장치(160)와, 제어부(120)와, 제1 및 제2 열원(140, 150)을 포함한다. 상기 모재(110)는 수평 또는 수직 선반 상에 설치 되며, 상기 모재(110)는 봉(Rode) 형태의 모봉 또는 튜브(Tube) 형태의 석영관 등을 사용할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 측정기 구성의 일예를 나타내기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기 측정기(130)는 상기 모재(110)의 상하 편심값을 측정하기 위한 레이저 스캔 장치(130-1)를 포함한다.

상기 레이저 스캔 장치(130-1)는 설정된 파장의 레이저 광을 출력하기 위한 발광부(131)와, 상기 레이저 광으로부터 상기 모재(110)의 워핑(warping) 상태를 측정하기 위한 수광부(132)를 포함한다.

즉, 상기 발광부(131)는 상기 모재(110) 측으로 레이저 광을 출사하고, 상기 수광부(132)는 모재(110)를 지나서 입사된 레이저 광으로부터 상기 모재(110)의 상하 편심값(TO, BO)을 측정한다.

상기 측정기(130)에 의해 측정된 상기 모재(110)의 상부 편심값은 TO(+) 또는 TO(-)로 나타날 수 있고, 상기 측정기(130) 의해 측정된 상기 모재(110)의 하부 편심값도 BO(+) 또는 BO(-)로 나타날 수 있다. 상기 측정기(130)는 상기 모재(110)의 레벨링 상태를 측정하고, 기 설정된 기준 값과 비교하기 위한 측정 데이터를 상기 제어부(120)에 제공한다.

도 3은 도 1에 도시된 측정기의 구성의 또 다른 예를 나타내기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 상기 측정기(130)는 상기 모재(110)의 상하 편심값을 측정하기 위한 CCD 카메라(130-2)를 포함할 수 있다.

상기 CCD 카메라(130-2)는 상기 이동 장치(160)에 의해서 상기 모재(110)의 장축을 따라서 왕복 이송됨과 동시에, 상기 모재(110)의 장축에 수직한 방향으로 상, 하 왕복 운동을 하게 된다. 즉, 상기 CCD 카메라(130-2)는 상기 모재(110)가 기 설정된 범위를 초과하는 워핑(Warping)이 발생하면, 이를 상기 제어부(120)에 전송한다.

상기 제어부(120)는 상기 측정기(130)로부터 제공받은 상기 모재(110)의 상부 및 하부 편심값들(T0, B0)을 기 설정된 기준 값과 비교해서 상기 모재(110)의 워핑(Warping) 정도를 산출하며, 산출된 워핑 정도로부터 상기 모재(110)에 필요한 레벨링 구간을 설정한다. 또한, 상기 제어부(120)는 상기 모재(110)의 제작 과정 중에 상기 이동 장치(160)의 왕복 이송운동을 제어하고, 산출된 상기 모재(110)의 워핑 정도에 근거해서 상기 제1 및 제2 열원(140, 150)의 레벨링 동작을 제어한다.

도 4는 도 1에 도시된 이동 장치의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상기 이동 장치(160)는 제어 모터(164)와, 볼 스크류(166)와, 상기 제어 모터(164)에 상기 볼 스크류(166)를 상기 모재(110)의 길이 방향을 따라서 결합시키기 위한 커플러(165)와, 상기 볼 스크류(166)에 제공되어 상기 제어 모터(164)의 회전에 따라서 좌우로 이송되는 볼 스크류용 블럭(167)과, 테프론 패드(161)와, 에어 실린더(163)와, 상기 에어 실린더(163)와 테프론 패드(161)의 사이에 제공된 스프링(162)을 포함한다.

상기 테프론 패드(161)는 상기 볼 스크류(166)의 회전에 따라서 상기 모재(110)의 레벨링 구간으로 이동한 경우에 상기 모재(110)의 레벨링을 위해서 볼 스크류용의 상기 블럭(167)에 간접적으로 연결된다. 상기 스프링(162)은 상기 에어 실린더(163)와 상기 테프론 패드(161)의 사이에 삽입된다. 즉, 상기 이동 장치(160)는 상기 제어부(120)의 지시에 따라서 상기 측정기(130)를 상기 모재(110)의 장축을 따라서 왕복 이송시킨다. 즉, 상기 이동 장치(160)는 상기 모재(110)에 가해지는 기상 증착의 진행 방향과 반대되는 방향으로 이동함으로써 상기 측정기(130)에 의해서 기상증착 중에 상기 모재(110)에 발생된 워핑의 정도를 측정하게 된다. 또는, 상기 이동 장치(160)는 상기 모재(110)에 가해지는 기상증착이 완료된 이후에 상기 모재(110)의 장축을 따라서 왕복 이송을 실시할 수 있다.

상기 제1 열원(140)은 상기 제2 열원(150)과 함께 상기 제어부(120)의 제어에 따라서 상기 모재(110)의 지정된 구간을 레벨링시키며, 상기 제1 및 제2 열원(140, 150)은 상기 제어부(120)에 의해 상호 다른 온도로 상기 모재(110)의 워핑(warping)이 발생된 영역을 레벨링(labeling)시킨다. 즉, 상기 제1 및 제2 열원들(140, 150)은 상기 제어부(120)에 의해 제어되며, 상기 제2 열원(150)이 상기 제1 열원(140)보다 높은 열효율을 갖도록 제어된다.

본 발명은 상호 다른 온도에서 모재의 레벨링 작업을 위한 복수의 열원들을 포함하고, 측정기를 이동 장치에 의해 모재를 따라서 왕복 이송 시킴으로써 굴절률 등의 변형 없이 레벨링 공정을 실시할 수 있는 이점이 있다. 또한, 광섬유 모재의 설치 후 클로징 공정까지 자동으로 공정을 실시할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 모재 제작 장치의 구성을 나타내기 위한 블록도,

도 2는 도 1에 도시된 측정기의 구성의 일예를 나타내기 위한 도면,

도 3은 도 1에 도시된 측정기의 구성의 또 다른 예를 나타내기 위한 도면,

도 4는 도 1에 도시된 이동 장치의 구성을 나타내기 위한 도면.

Claims

광섬유 모재의 제작 장치에 있어서,

광섬유 모재를 제작하기 위해서 수평 선반에 장착된 준비된 모재와;

상기 모재의 장축을 따라서 왕복 이송을 하며 상기 모재의 장축에 따른 외경의 상부 및 하부 편심값을 측정하기 위한 측정기와;

상기 모재의 상부 및 하부 편심값의 변화량을 기 설정된 기준 값에 비교해서 그 편심차를 파악함으로써 상기 모재의 레벨링을 제어하기 위한 제어부와;

상기 제어부의 명령에 따라서 상기 모재의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제1 열원과;

상기 제어부의 명령에 따라서 상기 제1 열원과 다른 온도에서 상기 모재의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제2 열원을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제1항에 있어서,

상기 측정기는 상기 광섬유 모재를 사이에 두고, 상기 모재의 상하 직경 크기보다 크게 조사할 수 있는 스캔 영역을 구비하여 상기 모재의 상하 편심값을 측정하기 위한 레이저 스캔 장치를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재의 제작 장치.
제1항에 있어서,

상기 측정기는 상기 모재로부터 기 설정된 간격만큼 이격되게 위치되고, 상기 모재의 장축을 따라서 좌,우로 왕복 운동을 함으로써 상기 모재의 외경 및 편심값을 측정하기 위한 CCD 카메라를 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제 1항에 있어서, 상기 광섬유 모재 제작 장치는,

상기 측정기를 상기 모재의 장축을 따라서 왕복 이송시키기 위한 이동 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제 4항에 있어서, 상기 이동 장치는

제어 모터;

상기 제어 모터에 커플러를 이용해서 상기 모재의 길이방향을 따라서 결합되어 연결된 볼 스크류;

상기 볼 스크류에 제공되어 상기 모터의 회전에 따라서 좌우로 이송되는 볼 스크류용 블럭; 및

상기 볼 스크류의 회전에 따라 상기 모재의 레벨링 구간으로 이동한 경우에 석영관의 레벨링을 위하여 볼 스크류용 블럭에 간접적으로 연결된 테프론 패드로 구성됨을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제 5항에 있어서, 상기 볼 스크류용 블럭과 테프론 패드사이에는

에어 실린더; 및

상기 에어 실린더와 테프론 패드사이에 제공된 스프링이 더 구비되어짐을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제1 항에 있어서,

상기 광섬유 모재 제작 장치는 상기 모재의 기상 증착이 완료된 이후에 상기 모재에 대한 레벨링을 실시함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 열원들은 상기 제어부에 의해 제어되며, 상기 제2 열원이 상기 제1 열원보다 높은 열효율을 갖도록 제어됨을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제1 항에 있어서,

상기 모재는 튜브 형태의 석영관을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제1 항에 있어서,

상기 모재는 봉 형태의 모봉을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
광섬유 모재의 제작 장치에 있어서,

광섬유 모재를 제작하기 위해서 수직 선반에 장착된 준비된 모재와;

상기 모재의 장축을 따라서 왕복 이송을 하며 상기 모재의 장축에 따른 외경의 상부 및 하부 편심값을 측정하기 위한 측정기와;

상기 모재의 상부 및 하부 편심값의 변화량을 기 설정된 기준 값에 비교해서 그 편심차를 파악함으로써 상기 모재의 레벨링을 제어하기 위한 제어부와;

상기 제어부의 명령에 따라서 상기 모재의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제1 열원과;

상기 제어부의 명령에 따라서 상기 제1 열원과 다른 온도에서 상기 모재의 지정된 구간을 레벨링시키기 위한 제2 열원을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제11 항에 있어서, 상기 광섬유 모재 제작 장치는,

상기 측정기를 상기 모재의 장축을 따라서 왕복 이송시키기 위한 이동 장치를 더 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제11 항에 있어서,

상기 모재는 튜브 형태의 석영관을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.
제11 항에 있어서,

상기 모재는 봉 형태의 모봉을 포함함을 특징으로 하는 광섬유 모재 제작 장치.