WO2006075438A1 - 光ファイバ母材の製造方法および製造装置 - Google Patents

光ファイバ母材の製造方法および製造装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to manufacturing of an optical fiber preform by the VAD method, and relates to a method and apparatus for manufacturing an optical fiber preform that can stably supply a high-quality optical fiber preform.
  • the VAD method is known as one of the methods for manufacturing an optical fiber preform.
  • glass particles generated by a soot core deposition panner and a cladding deposition panner installed in a reaction chamber are deposited on the tip of a starting member attached to a rotating shaft, and the soot core layer and A porous base material including a cladding layer is produced. Further, the obtained porous preform is then dehydrated and transparent vitrified to obtain an optical fiber preform.
  • the tip position of the soot core is generally detected, and the pulling speed or the flow rate of the source gas is sequentially adjusted so that the position is constant. Even in that case, it is desirable that the pulling speed or the fluctuation of the flow rate of the raw material gas is suppressed as much as possible.
  • Patent Document 2 JP-A-60-122736
  • a detection step of detecting a tip position of a soot core based on discrete values and a detection
  • an averaging process for averaging tip position values over a predetermined time and an adjustment process for adjusting soot core manufacturing conditions so that the averaged tip position values are constant Sequentially adjust the manufacturing conditions so that the difference between the averaged tip position value and the target position value set between two adjacent tip position values that can be detected discretely in advance becomes the opening.
  • the soot core tip position is always accurately detected during the deposition of the glass particles, and the soot core tip position is kept constant by adjusting the pulling speed and the Z or burner raw material flow rate by adjusting the difference from the target position. And the characteristics of the optical fiber preform can be stabilized. This is because the tip position is always detected as one of two discrete values at a constant rate by setting the management target value of the soot core tip position between successive discrete values. Therefore, it is presumed that the result was always the fine adjustment.
  • the target position is The value can be an internal dividing point corresponding to 0.4 to 0.6, where 1 is the interval between adjacent binary values that can be discretely detected.
  • the same effect can be obtained if the target position deviates even by a slight amount of about 1Z20 between successive discrete values. However, the effect is particularly remarkable when the value of the target position is within the inner dividing point between two adjacent discrete values of 0.4 to 0.6. If the tip position is within this range, the tip position can be adjusted with a slight change in speed, and in some cases, an appropriate ratio from rotation of the soot deposit and fluctuations in the image due to the brightness of the flame used for deposition. Because the tip position is detected as two discrete values, the tip position can be controlled in a very narrow range by adjusting the speed and speed, which is small but not zero.
  • the manufacturing condition to be adjusted is at least one of the soot core pulling rate and the flow rate of the raw material gas supplied for soot core deposition. be able to. This makes it possible to effectively control the tip position of the soot core using existing equipment such as a pulling speed control device for adjusting the pulling speed of the soot core and a mass flow controller for adjusting the flow rate of the supplied raw material gas.
  • an optical fiber preform manufacturing apparatus using a VAD method, a CCD camera that captures the tip position of a soot core, and a tip of the soot core by digitally processing the captured image
  • An image processing device that detects the position with discrete values, a PID controller that converts the discrete values into analog signals and averages them at a predetermined time, an averaged tip position value,
  • An optical fiber comprising a control adjustment device that sequentially adjusts manufacturing conditions so that a difference from a target position set between two adjacent positions that can be detected discretely becomes zero.
  • a base material manufacturing apparatus is provided.
  • the optical fiber base material manufacturing apparatus always detects the tip position of the soot core accurately during the deposition of the glass fine particles, and adjusts the pulling speed and / or the raw material flow rate to the burner with respect to the target position. Therefore, the tip position of the soot core can be kept constant. Sex can be stabilized.
  • the control adjustment device controls the pulling speed control device for adjusting the pulling speed of the soot core and the flow rate of the supplied source gas via the mass flow controller. It can be at least one of the mass flow controller devices. As a result, the tip position of the soot core can be effectively controlled using existing equipment.
  • the tip position of the soot core is always accurately detected during the deposition of the glass fine particles.
  • the tip position of the soot core can be kept constant by adjusting the pulling speed and / or the raw material flow rate to the burner so that the difference from the target position can be maintained, and the power S can be stabilized.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a soot core tip position control system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a soot core tip position control system according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing a control state of the soot core tip position according to Example 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the control state of the soot core tip position according to Comparative Example 1.
  • the tip position 3 of the soot core was photographed with a CCD camera 6, and the image processing device 7 also detected the tip position 3 of the soot core (see Fig. 1).
  • the tip position was detected by changing the brightness of the image.
  • Method to detect tip position from brightness change Examples of the method include a method using a threshold value and a method using a rate of change in brightness. However, the tip position obtained by either method is a discrete value depending on the resolution of the image.
  • the minimum interval of the tip position 3 that can be detected as a discrete value is a force S that varies depending on the resolution of the image, 0.2 mm in the system used in this example.
  • This tip position 3 is converted into an analog electrical signal, input to the PID controller 8, and averaged for 20 seconds on the PID controller 8 side, so that the difference between the averaged tip position and the target position becomes zero
  • a system for adjusting the raising speed of the bow I with a lifting device not shown in the figure via the hanging mechanism 4 was adopted.
  • the control at this time was PI control using a proportional component with respect to the difference and an integral component to prevent offset.
  • the target position deviates from a discrete value by a slight amount, for example, about 1/20 of the interval between two discrete values, the same effect was seen, but the effect was particularly remarkable. This is the case where the target position is located within the interior dividing point between two adjacent discrete values of 0.4 to 0.6. If there is a tip position within this range, the tip position can be adjusted by a slight change in speed. Depending on the case, the fluctuation power of the image due to the rotation of the soot deposit and the brightness of the flame used for deposition Because the tip position is detected as two discrete values, the tip position can be controlled in a very narrow range with a speed adjustment that is small but not zero.
  • An optical fiber preform was manufactured in the same system as in Example 1.
  • soot core tip position 3 detected by CCD camera 6 and image processing device 7 is converted to an analog electrical signal, input to PID controller 8, and averaged for 20 seconds on PID controller 8 side. went.
  • the tip position 3 is controlled by a mass flow controller (flow rate control device) 9 so that the difference between the tip position obtained by averaging and the target position becomes zero.
  • the system changed the flow rate (see Fig. 2).
  • the control at this time is a product to prevent a proportional component and offset with respect to the difference. PI control using minute components.
  • the target position deviates from a discrete value by a slight amount, for example, about 1/20 of the difference between two discrete values, the same effect is seen, but the effect is particularly effective.
  • the case where the tip position is located at the inner dividing point between two adjacent discrete values of 0.4 to 0.6 is remarkable. If there is a tip position near this point, the tip position can be adjusted by changing the raw material gas flow rate.
  • Silica fine particles were deposited using the same system as in Example 1, but the target position at the tip of the soot core was almost matched with the discrete value.
  • the detected tip position coincides with the target position, but in reality, it is always at the same position while it is in a position with a width of about 0.2 mm.
  • the tip position is slightly shifted until the tip position changes by 0.2 mm at the maximum. Is not detected.
  • a sudden change in the detected tip position suddenly occurred, causing a relatively large speed fluctuation.
  • the management target of the tip position of the soot core has been set to one of discretely detected positions. For this reason, the position of the tip fluctuated, and in order to adjust the position fluctuation, the pulling speed fluctuated or the raw material gas flow fluctuated as a result.
  • the tip position management target is set between the two discrete values, the tip position is always detected as one of the two discrete values at a constant rate. As a result, fine adjustments are always made. Therefore, there is always a slight fluctuation, but as a result, even a slight change in the tip position is detected, and an appropriate adjustment is made quickly and a large fluctuation is prevented.

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Abstract

　ＶＡＤ法による光ファイバ母材２の製造方法において、スートコアの先端位置３を離散的な値により検出する検出工程と、検出した先端位置３の値を予め定められた時間で平均化する平均化工程と、平均化された先端位置３の値が一定になるようにスートコアの製造条件を調整する調整工程とを含み、調整工程において、平均化された先端位置３の値と、予め離散的に検出され得る隣り合う２つの値の間に設定した目標位置の値との差がゼロとなるように製造条件を逐次調整する。

Description

明 細 書
光ファイバ母材の製造方法および製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、 VAD法による光ファイバ母材の製造に係り、高品質の光ファイバ母材を 安定して供給することのできる光ファイバ母材の製造方法及び装置に関する。
[0002] なお、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記特許出願 の明細書に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本件明細書の記載の 一部とする。
特願 2005— 005550号 出願曰 2005年 1月 12曰
背景技術
[0003] 光ファイバ母材の製造方法のひとつとして VAD法が知られている。 VAD方法では 、例えば、反応室内に設置されたスートコア堆積用パーナ及びクラッド堆積用パーナ で生成したガラス微粒子を、回転しつつ上昇するシャフトに取り付けられた出発部材 の先端に堆積させて、スートコア層およびクラッド層を含む多孔質母材が製造される 。更に、得られた多孔質母材は、その後、脱水、透明ガラス化され、光ファイバ母材と される。
[0004] 上記の製造方法においては、スートコアの先端位置が堆積中を通じて一定となって レ、ること力 得られる光ファイバ母材の特性を安定させるために望ましい。そのために 、スートコアの先端位置を検出し、その位置が一定となるように、引上げ速度あるいは 原料ガスの流量を逐次調整することが一般的に行われている。なお、その場合にお いても、それによる引上げ速度あるいは原料ガスの流量変動もできる限り小さく抑えら れていることが望ましい。
[0005] スートコアの先端位置を一定に保つには、先ず、先端位置を常に正確に把握して レ、る必要がある。先端位置を検出する方法には、特許文献 1または特許文献 2に記 載されているように、カメラにより堆積中の画像を取得し、その画像を画像処理するこ とにより先端位置を決定する方法がある。ただし、この画像処理の解像度は、カメラの 走査線数に依存する。また、画像処理はコンピュータなどを用いたデジタル処理であ るから、検出される先端位置は、必然的に非連続的、すなわち離散的な値となる。 特許文献 1 :特開昭 53— 87245号公報
特許文献 2 :特開昭 60— 122736号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 上記の検出方法において、離散的な値であるひとつの先端位置 Pの値に対して隣 接する次の先端位置までの間隔を dとしたとき、先端位置 Pの値に対して ± d/2の間 にある先端位置は全て先端位置 Pと検出される。従って、間隔 dの範囲で先端位置が 上昇あるいは下降していても、その先端位置変化が検出されるまでに時間（タイムラ グ）を要するという問題がある。
[0007] さらに、移動が検出された先端位置に対する制御量が大きすぎた場合には、再調 整が行われるまでに要する時間が長くなつてしまう。このため、結果的に大きな速度 変動を招いてしまうとレ、う問題があった。
課題を解決するための手段
[0008] 上記課題を解決するために、本発明の第 1の形態として、 VAD法による光ファイバ 母材の製造方法において、スートコアの先端位置を離散的な値により検出する検出 工程と、検出した先端位置の値を予め定められた時間で平均化する平均化工程と、 平均化された先端位置の値が一定になるようにスートコアの製造条件を調整する調 整工程とを含み、調整工程において、平均化された先端位置の値と、予め離散的に 検出され得る隣り合う 2つの先端位置の値の間に設定した目標位置の値との差がゼ 口となるように製造条件を逐次調整することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法 が提供される。これにより、ガラス微粒子の堆積中、スートコアの先端位置を常に正確 に検出し、 目標位置との差を引上げ速度及び Z又はバーナヘの原料流量を調整す ることで、スートコアの先端位置を一定に保つことができ、光ファイバ母材の特性を安 定させることができる。これは、スートコア先端位置の管理目標値を、連続する離散値 の間に設定することにより、先端位置が常に一定の割合で 2つの離散的な値のいず れカ、として検出されることになり、常に細力、な調整が実行された結果と推測される。
[0009] また、ひとつの実施形態として、上記製造方法の調整工程において、 目標位置の 値は、離散的に検出され得る隣り合う 2値の間隔を 1としたときに、 0. 4〜0. 6に相当 する内分点とすることができる。これにより、スートコアの先端位置に対しては、常に一 定の割合で 2つの離散的な値のいずれ力として検出されることになり、常に細かな調 整が行われることになる。従って、細力、な変動が常にあるが、結果的に先端位置の僅 力、な変化も検知して、すばやく適切な調整が行われ、大きな変動が生じない。
[0010] なお、 目標位置は、連続する離散値の間隔の 1Z20程度という僅かな量でもずれ ていれば同様の効果が得られる。し力、しながら、特に効果が顕著なのが 2つの隣り合 う離散的な値の 0. 4〜0. 6の内分点内に目標位置の値がある場合であった。この範 囲に先端位置がある場合、僅かな速度の変更で先端位置を調整でき、場合によって は、スート堆積体の回転や堆積に用いている火炎の明るさによる画像の揺らぎから適 度な割合で、先端位置が 2つの離散的な値としてそれぞれ検出されるため、小さいが ゼロではなレ、速度調整で、極めて狭レ、範囲で先端位置を制御できる。
[0011] 更に、他の実施形態として、上記製造方法において、調整工程において、調整され る製造条件は、スートコアの引上げ速度およびスートコア堆積のために供給される原 料ガスの流量の少なくとも一方とすることができる。これにより、スートコアの引上げ速 度を調整する引上げ速度制御装置、供給される原料ガス流量を調整するマスフロー コントローラ等の既存の設備を用いて、スートコアの先端位置を効果的に制御できる
[0012] また、本発明の第 2の形態として、 VAD法による光ファイバ母材の製造装置であつ て、スートコアの先端位置を撮影する CCDカメラと、撮影した画像をデジタル処理し てスートコアの先端位置を離散的な値で検出する画像処理装置と、離散的な値をァ ナログ信号に変換して予め定められた時間で平均化する PIDコントローラと、平均化 された先端位置の値と、予め離散的に検出され得る隣り合う 2つの位置の間に設定し た目標位置との差がゼロとなるように、製造条件を逐次調整する制御調整装置とを備 えていることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置が提供される。これにより、光フ アイバ母材の製造装置において、ガラス微粒子の堆積中、スートコアの先端位置を常 に正確に検出し、 目標位置との差を引上げ速度及び/又はバーナヘの原料流量を 調整することで、スートコアの先端位置を一定に保つことができ、光ファイバ母材の特 性を安定させることができる。
[0013] また、ひとつの実施形態として、上記製造装置において、制御調整装置は、スート コアの引上げ速度を調整する引上げ速度制御装置および供給される原料ガスの流 量をマスフローコントローラを介して制御するマスフローコントローラ装置の少なくとも 一方とすることができる。これにより、既存の設備を用いてスートコアの先端位置を効 果的に制御できる。
[0014] ただし、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではな レ、。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
発明の効果
[0015] 本発明により、ガラス微粒子の堆積中、スートコアの先端位置を常に正確に検出し
、 目標位置との差を引上げ速度及び/又はバーナヘの原料流量を調整することで、 スートコアの先端位置を一定に保つことができ、光ファイバ母材の特性を安定させる こと力 Sできる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]実施例 1によるスートコア先端位置の制御システムを示す概略説明図である。
[図 2]実施例 2によるスートコア先端位置の制御システムを示す概略説明図である。
[図 3]実施例 1によるスートコア先端位置の制御状態を示すグラフである。
[図 4]比較例 1によるスートコア先端位置の制御状態を示すグラフである。
[0017] 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。ただし、以下の実施形態は 請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明され ている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 発明を実施するための最良の形態
[0018] (実施例 1)
VAD法により、回転しつつ引上げられる種棒 1の先端に、四塩化珪素などの原料 ガスを火炎加水分解して生成されるシリカ微粒子を堆積させ、光ファイバ母材 2の製 造を行った。堆積中、スートコアの先端位置 3を CCDカメラ 6で撮影し、画像処理装 置 7によりその画像力もスートコアの先端位置 3を検出した（図 1参照）。なお、先端位 置の検出は画像の明度変化により行った。明度変化から先端位置を検出する方法 には、閾値を用いる方法、明度の変化率による方法などを例示できるが、いずれの方 法によっても得られる先端位置は、画像の解像度に依存した離散的な値となる。
[0019] 離散的な値として検出され得る先端位置 3の最小間隔は、画像の解像度により変 化する力 S、本実施例において使用したシステムでは 0. 2mmであった。この先端位置 3をアナログの電気信号に変換し、 PIDコントローラ 8に入力し、 PIDコントローラ 8側 で 20秒間の平均化処理を行い、平均化された先端位置と目標位置の差分が 0となる ように、吊下げ機構 4を介して図示してレ、ない引上げ装置により弓 I上げ速度を調整す るシステムとした。このときの制御は、差分に対しての比例成分とオフセットを防止す るための積分成分を使用した PI制御とした。
[0020] 目標位置は、 2つの隣り合う離散的な値の中間の値としたところ、図 3に示すように、 先端位置及び引上げ速度は、常に細かく変動していたが、どちらも大きく変動するこ とはなかった。
[0021] 目標位置が離散的な値から、例えば、 2つの離散的な値の間隔の 1/20程度という 僅かな量でもずれていれば、同様の効果が見られたが、特に効果が顕著なのが 2つ の隣り合う離散的な値の 0. 4〜0. 6の内分点内に、 目標位置が位置する場合であつ た。この範囲に先端位置がある場合、僅力な速度の変更で先端位置を調整でき、場 合によっては、スート堆積体の回転や堆積に用いている火炎の明るさによる画像の 揺らぎ力 適度な割合で、先端位置が 2つの離散的な値としてそれぞれ検出される ため、小さいがゼロではない速度調整で、極めて狭い範囲で先端位置を制御できる
[0022] (実施例 2)
実施例 1と同様のシステムで光ファイバ母材の製造を行った。
シリカ微粒子の堆積中、 CCDカメラ 6と画像処理装置 7で検出したスートコアの先端 位置 3をアナログの電気信号に変換し、 PIDコントローラ 8に入力し、 PIDコントローラ 8側で 20秒間の平均化処理を行った。なお、先端位置 3の制御は、平均化処理を行 つて得た先端位置と目標位置との差分が 0となるように、マススフローコントローラ (流 量制御装置） 9によりパーナ 5への原料ガスの流量を変化させるシステムとした（図 2 参照）。このときの制御は、差分に対しての比例成分とオフセットを防止するための積 分成分を使用した PI制御とした。
[0023] 目標位置を 2つの隣り合う離散的な値の中間としたところ、実施例 1と同様に先端位 置及び原料ガス流量は、常に細かく変動していたが、どちらも大きく変化することはな かった。
[0024] 目標位置が離散的な値から、例えば、 2つの離散的な値の差の 1/20程度という僅 力、な量でもずれていれば、同様の効果が見られたが、特に効果が顕著なのが 2つの 隣り合う離散的な値の 0. 4〜0. 6の内分点に、先端位置が位置する場合であった。 この付近に先端位置がある場合、僅力、な原料ガス流量の変更で先端位置を調整で きる。
[0025] (比較例 1)
実施例 1と同様のシステムでシリカ微粒子の堆積を行ったが、スートコア先端の目 標位置は、離散的な値とほぼ一致させた。
[0026] その結果、引上げ速度がほぼ一定の時間帯と、大きく変化する時間帯とに分かれ た。引上げ速度がほぼ一定の時間帯では、検出された先端位置は目標位置と一致 しているが、実際には、 0. 2mm程度の幅を持った位置にある間は、常に同じ位置に あると検出されており、例えば、自動的に調整された速度が先端位置を一定に保つ よりも僅かに遅くても、最大で 0. 2mm先端位置が変化するまでは、先端位置が少し ずれていることが検知されない。その結果、図 4に見られるように、検出される先端位 置の急激な変化が突然生じ、比較的大きな速度変動の原因となっていた。
[0027] 以上説明したように、従来は、スートコアの先端位置の管理目標は離散的に検出さ れる位置のいずれかに設定されていた。また、このために、先端位置が変動し、その 位置変動を調整するために結果的に引上げ速度の変動あるいは原料ガス流量の変 動を引き起こしていた。これに対して、本発明は先端位置の管理目標を上記離散的 な 2つの値の間に設定すると、先端位置は、常に一定の割合で 2つの離散的な値の いずれカ^して検出されることになり、常に細かな調整が行われることになる。従って 、細力、な変動が常にあるが、結果的に先端位置の僅かな変化も検知して、すばやく 適切な調整が行われ、大きな変動は防止される。
産業上の利用可能性 [0028] 高品質の光ファイバ母材の安定な生産に寄与する c

Claims

請求の範囲
[1] VAD法による光ファイバ母材の製造方法において、スートコアの先端位置を離散 的な値により検出する検出工程と、
検出した先端位置の前記値を予め定められた時間で平均化する平均化工程と、 平均化された先端位置の前記値が一定になるようにスートコアの製造条件を調整 する調整工程と
を含み、
前記調整工程において、前記平均化された先端位置の前記値と、予め離散的に 検出され得る隣り合う 2つの先端位置の前記値の間に設定した目標位置の値との差 がゼロとなるように前記製造条件を逐次調整することを特徴とする光ファイバ母材の 製造方法。
[2] 前記調整工程において、前記目標位置の値が、離散的に検出され得る隣り合う 2 値の間隔を 1としたときに、 0. 4〜0. 6に相当する内分点にある請求項 1に記載の光 ファイバ母材の製造方法。
[3] 前記調整工程において、調整される前記製造条件が、前記スートコアの引上げ速 度である請求項 1又は 2に記載の光ファイバ母材の製造方法。
[4] 前記調整工程において、調整される前記製造条件が、スートコア堆積に供給される 原料ガスの流量である請求項 1から請求項 3までのいずれ力 4項に記載の光ファイバ 母材の製造方法。
[5] VAD法による光ファイバ母材の製造装置であって、
スートコアの先端位置を撮影する CCDカメラと、
撮影した画像をデジタル処理してスートコアの先端位置を離散的な値で検出する 画像処理装置と、
前記離散的な値をアナログ信号に変換して予め定められた時間で平均化する PID コントローラと、
前記平均化された先端位置の前記値と、予め離散的に検出され得る隣り合う 2つの 位置の間に設定した目標位置の値との差がゼロとなるように、製造条件を逐次調整 する制御調整装置と を備えてレ、ることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
[6] 前記制御調整装置が、前記スートコアの引上げ速度を調整する引上げ速度制御装 置である請求項 5に記載の光ファイバ母材の製造装置。
[7] 前記制御調整装置が、供給される原料ガスの流量をマスフローコントローラを介し て制御するマスフローコントローラ装置である請求項 5に記載の光ファイバ母材の製 造装置。
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