特許 7582212 被覆状態検出方法、被覆状態検出装置、および、光ファイバ製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】被覆状態検出方法、被覆状態検出装置、および、光ファイバ製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03C 25/6226 20180101AFI20241106BHJP

   C03C 25/104 20180101ALI20241106BHJP

   G02B 6/44 20060101ALI20241106BHJP

   G01N 21/95 20060101ALI20241106BHJP

   G01M 11/00 20060101ALN20241106BHJP

【ＦＩ】

C03C25/6226

C03C25/104

G02B6/44 301B

G02B6/44 301A

G01N21/95 Z

G01M11/00 G

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021574712

(86)(22)【出願日】2021-01-29

(86)【国際出願番号】 JP2021003337

(87)【国際公開番号】W WO2021153765

(87)【国際公開日】2021-08-05

【審査請求日】2023-11-21

(31)【優先権主張番号】P 2020013921

(32)【優先日】2020-01-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】榎本 正

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 崇広

【審査官】若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－１０７０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０９１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３１３７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０１６９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０３Ｃ ２５／００－２５／７０

Ｇ０１Ｍ １１／００－１１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂が被覆された光ファイバからの放出光を利用して、ファイバ軸を中心とする円周方向に沿った前記樹脂の被覆状態を検出するための被覆状態検出方法であって、
像面と前記像面に対して共役関係にある物体面との間の光路上に配置され、前記光ファイバが通過するガイド孔を有する反射ミラーを含む結像光学系を用意し、
前記結像光学系によって、前記反射ミラーの前記ガイド孔を通過した前記光ファイバのうち前記物体面と交差する部位からの前記放出光を前記像面上に結像させることにより、前記像面上における各部の光強度を、前記物体面上における位置情報に対応付けて検出する、
被覆状態検出方法。

【請求項2】

検出された前記光強度および対応する前記位置情報に基づいて、前記樹脂の被覆状態を視覚的に表現する二次元画像をモニタ上に表示する、
請求項１に記載の被覆状態検出方法。

【請求項3】

前記二次元画像は、前記光ファイバの断面を表す濃淡画像、前記ファイバ軸に相当する前記像面上の軸と前記像面との交点で互いに直交する前記像面上の２本の直交軸それぞれに沿って表示される光強度分布、および、前記ファイバ軸に相当する前記像面上の軸を中心とした円周方向に沿った光強度分布のうち、少なくともいずれか一つを含む、
請求項２に記載の被覆状態検出方法。

【請求項4】

前記反射ミラーは、軸外放物面ミラーを含み、
前記軸外放物面ミラーは、前記ガイド孔である孔を有し、
前記光ファイバが前記軸外放物面ミラーの前記孔を通過した後に前記軸外放物面ミラーの焦点を通過するように、前記結像光学系が配置される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の被覆状態検出方法。

【請求項5】

前記反射ミラーは、楕円面ミラーを含み、
前記楕円面ミラーは、前記ガイド孔である孔を有し、
前記光ファイバが前記楕円面ミラーの前記孔を通過した後に前記楕円面ミラーの一方の焦点を通過し、かつ、前記楕円面ミラーの他方の焦点が前記像面上または前記楕円面ミラーと前記像面との間の光路上に位置するように、前記結像光学系が配置される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の被覆状態検出方法。

【請求項6】

前記光ファイバから放出される前記放出光は、前記反射ミラーに対して前記物体面の反対側空間において前記樹脂に照射される樹脂硬化用の光を含む、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の被覆状態検出方法。

【請求項7】

前記光ファイバから放出される前記放出光は、前記反射ミラーに対して前記物体面の反対側空間において、前記光ファイバに対して照射される樹脂硬化用の光以外の外部光源からの光を含む、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の被覆状態検出方法。

【請求項8】

樹脂が被覆された光ファイバからの放出光を利用して、ファイバ軸を中心とする円周方向に沿った前記樹脂の被覆状態を検出するための被覆状態検出装置であって、
前記放出光の一部を受光するための受光装置と、
前記受光装置の受光面に投影されるべき像面と前記像面に対して共役関係にある物体面との間の光路上に配置され、前記光ファイバが通過するガイド孔を有する反射ミラーを含む結像光学系と、
を備え、
前記受光装置は、前記反射ミラーの前記ガイド孔を貫通した前記光ファイバのうち前記物体面と交差する部位からの前記放出光が結像された前記像面上における各部の光強度を、前記物体面上における位置情報に対応付けて検出する、
被覆状態検出装置。

【請求項9】

前記受光装置により検出された前記光強度および対応する前記位置情報に基づいて、前記樹脂の被覆状態を視覚的に表現する二次元画像をモニタ上に表示させる制御部を、更に備えた、
請求項８に記載の被覆状態検出装置。

【請求項10】

前記反射ミラーは、軸外放物面ミラーを含み、
前記軸外放物面ミラーは、前記ガイド孔である孔を有し、
前記光ファイバが前記軸外放物面ミラーの前記孔を通過した後に前記軸外放物面ミラーの焦点を通過するように、前記結像光学系が配置される、
請求項８または請求項９に記載の被覆状態検出装置。

【請求項11】

前記反射ミラーは、楕円面ミラーを含み、
前記楕円面ミラーは、前記ガイド孔である孔を有し、
前記光ファイバが前記楕円面ミラーの前記孔を通過した後に前記楕円面ミラーの一方の焦点を通過し、かつ、前記楕円面ミラーの他方の焦点が前記像面上または前記楕円面ミラーと前記像面との間の光路上に位置するように、前記結像光学系が配置される、
請求項８または請求項９に記載の被覆状態検出装置。

【請求項12】

前記反射ミラーに対して前記物体面の反対側空間において、前記樹脂を含む前記光ファイバ内を伝搬可能な光を前記光ファイバに対して照射する光源を、含む、
請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の被覆状態検出装置。

【請求項13】

光ファイバ母材を線引きすることにより得られる裸ファイバを、前記裸ファイバの表面に樹脂を被覆した状態で巻き取る光ファイバ製造方法であって、
前記裸ファイバの表面に樹脂を被覆するためのダイスを有する樹脂被覆装置の下流側に請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の被覆状態検出装置を配置し、
前記被覆状態検出装置から得られる検出結果に基づいて、樹脂被覆条件を変更する、
光ファイバ製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、被覆状態検出方法、被覆状態検出装置、および、光ファイバ製造方法に関するものである。
本願は、２０２０年１月３０日に出願された日本特許出願第２０２０－０１３９２１号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。

【背景技術】

【0002】

母材線引き時にガラスファイバ（裸ファイバ：bared fiber）の表面に樹脂を被覆することにより得られる被覆ファイバ（coated fiber）の偏心測定方法として、特許文献１から特許文献４には、被覆ファイバの側面にレーザ光源からのレーザビームを照射し、その前方散乱光（透過光）により形成される濃淡画像を検出し、樹脂層の偏肉状態から被覆ファイバ内におけるガラスファイバの偏心を測定する光ファイバの偏心測定装置および測定方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許平４－３１５９３９号公報

【文献】特開平４－３１９６４２号公報

【文献】特開平５－１０７０４６号公報

【文献】特開平５－０８７６８１号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法は、樹脂が被覆された光ファイバ（被覆ファイバ）からの放出光を利用して、ファイバ軸を中心とする円周方向に沿った該樹脂の被覆状態を検出する方法であって、当該被覆状態検出方法は、その一態様として、結像光学系を用意し、該結像光学系により結像された、像面（受光面）上における各部の光強度を、物体面上の位置情報に対応付けて検出する。具体的に、用意される結像光学系は、像面と該像面に対して共役関係にある物体面との間の光路上に配置された反射ミラーを含む。該反射ミラーは、被覆ファイバが通過するガイド孔を有する。また、像面側では、反射ミラーのガイド孔を通過した被覆ファイバのうち物体面と交差する部位からの放出光を結像光学系によって像面上に結像させることにより、該像面上における各部の光強度が、物体面上における位置情報に対応付けて検出される。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る被覆状態検出装置に適用可能な結像光学系であって、平坦面を有する反射ミラーを含む、種々の例を示す図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係る被覆状態検出装置に適用可能な結像光学系であって、曲面を有する反射ミラーを含む、種々の例を示す図である。

【図3】図３は、本開示の実施形態に係る光ファイバ製造方法を実施するための光ファイバ製造装置（線引き装置）の一例を示す図である。

【図4】図４は、母材線引き後に得られた被覆ファイバの外周面上に更に樹脂を被覆する樹脂被覆装置に適用された例を示す図である。

【図5】図５は、線引きされた光ファイバから光が放出されるメカニズムを説明するための図である。

【図6】図６は、図２の結像光学系２Ｂが適用された被覆状態検出器が図３の光ファイバ製造装置に適用された例を示す図である。

【図7】図７は、本開示の実施形態に係る被覆検出装置における制御部（データ加工部）の制御動作の例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

[本開示が解決しようとする課題]
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、被覆外径（被覆ファイバの外径）とガラス径（裸ファイバの外径）の比が小さい場合（例えば１．７以下）、被覆された樹脂層の偏肉状態を検出するためのモニタ光により形成される濃淡画像が視認できないか、または、視認しにくくなる。また、ファイバ軸を中心とした円周方向に沿った樹脂層の偏肉状態を被覆ファイバの側面から検出する場合、複数の検出光学系（レーザ光源および受光装置）を用意する必要があり、装置製造の高コスト化のみならず、これら検出光学系のアライメント作業の複雑化、装置の大型化、更には装置構造の複雑化を招くという課題があった。

【0007】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、従来技術と比較してより簡単な装置構成で、被覆外径とガラス径の比が小さい場合でも、被覆ファイバにおける樹脂層の被覆状態を検出することができる、被覆状態検出方法、被覆状態検出装置、および光ファイバ製造方法を提供することを目的としている。

【0008】

［本開示の効果］
本開示の被覆状態検出方法等によれば、従来技術と比較してより簡単な装置構成で、被覆外径とガラス径の比が小さい場合でも、被覆ファイバにおける樹脂層の被覆状態の検出が可能になる。

【0009】

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。

【0010】

（１） 本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法は、樹脂が被覆された光ファイバ（裸ファイバの表面に樹脂が被覆された被覆ファイバ）からの放出光を利用して、ファイバ軸を中心とする円周方向に沿った該樹脂の被覆状態を検出する方法であって、当該被覆状態検出方法は、その一態様として、結像光学系を用意し、該結像光学系により結像された、像面（受光面）上における各部の光強度を、物体面上に位置情報に対応付けて検出するものである。具体的に、用意される結像光学系は、像面と該像面に対して共役関係にある物体面との間の光路上に配置された反射ミラーを含む。該反射ミラーは、被覆ファイバが通過するガイド孔を有する。また、像面側では、反射ミラーのガイド孔を通過した被覆ファイバのうち物体面と交差する部位からの放出光を結像光学系によって像面上に結像させることにより、該像面上における各部の光強度が、物体面上における位置情報に対応付けて検出される。

【0011】

なお、「被覆ファイバからの放出光」とは、製造中の光ファイバに照射された光成分のうち、光ファイバ内を伝達した後に光ファイバ外へ放出される光成分であって、一例として、光ファイバの被覆を硬化させるＵＶ光が挙げられる。

【0012】

なお、結像光学系は、物体面と像面との間の光路上に中間結像面を形成するよう構成されてもよい。この場合、中間結像面上に絞りを配置することにより像面上に形成される濃淡画像のコントラストを向上させることが可能になる。

【0013】

上述の構成によれば、より簡単な装置構成によりファイバ軸を中心とした樹脂層の被覆状態の効率的な検出が可能になる。換言すれば、上述の構成によれば、被覆外径（被覆ファイバの外径）とガラス径（裸ファイバの外径）の比に依存することなく、ファイバ軸を中心とした円周方向に沿った被覆状態の検出が可能になる。なお、本明細書において、「樹脂の被覆状態」とは、裸ファイバの外周に設けられる樹脂層の円周方向に沿った厚み変動（樹脂層の偏肉状態、または、被覆ファイバ内における裸ファイバの偏心状態）、樹脂内の気泡混入状態、裸ファイバに対する樹脂層の界面剥離状態等を指す。また、検出対象となる被覆ファイバは、ガラスファイバ（裸ファイバ）の表面に樹脂層が被覆された被覆ファイバであり、樹脂層は、母材線引きに裸ファイバの表面に設けられる単層（一次被覆）または複数層（連続的に設けられる一次被覆、二次被覆等）からなる。また、樹脂層には、母材線引き時にドラムに巻き取られた被覆ファイバを別のドラムに巻き替えながら、該被覆ファイバの表面に被覆される着色樹脂も含まれる。

【0014】

（２） 本開示の一態様として、検出された光強度および対応する位置情報に基づいて、樹脂の被覆状態を視覚的に表現する二次元画像がモニタ上に表示されてもよい。この場合、検出対象である被覆ファイバにおける断面の状態が視覚的に確認できる。

【0015】

（３） 本開示の一態様として、二次元画像は、検出対象である被覆ファイバの断面を表す濃淡画像、ファイバ軸に相当する像面上の軸と該像面との交点で互いに直交する該像面上の２本の直交軸それぞれに沿って表示される光強度分布、および、ファイバ軸に相当する像面上の軸を中心とした円周方向に沿った光強度分布のうち、少なくともいずれか一つを含むのが好ましい。特に、カメラ等の画像取込装置に一旦取り込まれた画像を数値解析することで、被覆状態（樹脂層の円周方向に沿った厚み変動、樹脂層内における気泡混入状態、裸ファイバと樹脂層との界面における剥離状態）を定量的にまたは動的に特定することが可能になる。また、検出データを計測機器に取り込むことで、プロセス制御が可能になる（取り込まれた検出データに基づいて、製造装置等における各部の動作を調整するための制御情報の生成が可能になる）。

【0016】

（４） 本開示の一態様として、上記反射ミラーは、軸外放物面ミラーを含んでもよく、この場合、該軸外放物面ミラーは、ガイド孔である孔を有する。反射ミラーとして軸外放物面ミラーが適用される場合、当該結像光学系は、被覆ファイバが軸外放物面ミラーの孔を通過した後に該軸外放物面ミラーの焦点を通過するように、配置される。軸外放物面ミラーは、焦点からの光をコリメート光として反射する。したがって、反射ミラーとして軸外放物面ミラーが適用されることにより、結像光学系を構成するレンズ要素の数を削減することが可能になる（結像光学系の構造簡単化）。

【0017】

（５） 本開示の一態様として、上記反射ミラーは、楕円面ミラーを含んでもよく、この場合、該楕円面ミラーは、ガイド孔である孔を有する。反射ミラーとして楕円面ミラーが適用される場合、当該結像光学系は、被覆ファイバが楕円面ミラーの孔を通過した後に該楕円面ミラーの一方の焦点を通過し、かつ、該楕円面ミラーの他方の焦点が像面上または該楕円面ミラーと像面との間の光路上に位置するように、配置される。楕円面ミラーは、一方の焦点からの光を他方の焦点に集光する（２つの焦点が共役関係を満たす）。したがって、反射ミラーとして楕円面ミラーが適用されることにより、当該楕円面ミラーのみで結像光学系を構成することが可能になる。また、当該楕円面ミラーとレンズを組み合わせる場合でも、単純構造の結像光学系が実現可能になる（結像光学系の構造簡単化）。

【0018】

（６） 本開示の一態様として、被覆ファイバから放出される放出光は、反射ミラーに対して物体面の反対側空間において樹脂に照射される樹脂硬化用の光を含んでもよい。つまり、被覆ファイバ製造装置（線引き装置）に当該被覆状態検出方法が適用される場合、上述の結像光学系を樹脂被覆装置の下流側に配置することにより、樹脂硬化用の光源を被覆状態検出用の光源として流用することができる。

【0019】

（７） 本開示の一態様として、光ファイバから放出される放出光は、反射ミラーに対して物体面の反対側空間において、該光ファイバに対して照射される樹脂硬化用の光以外の外部光源からの光を含んでもよい。このように、上述の樹脂被覆装置の紫外線光源とは別に外部光源を用意することにより、結像光学系の配置自由度が向上する。また、外部光源を配置することで、被覆ファイバの被覆表面からの放出光により形成される濃淡画像の明瞭化（像面上に形成される濃淡画像のＳ／Ｎ比の改善）を図ることが可能になる。

【0020】

（８） 本開示の実施形態に係る被覆状態検出装置は、上述の被覆状態検出方法を実現する装置であって、樹脂が被覆された光ファイバ（被覆ファイバ）からの放出光を利用して、ファイバ軸を中心とする円周方向に沿った前記樹脂の被覆状態を検出するための構造を備える。具体的に、当該被覆状態検出装置は、その一態様として、受光装置と、結像光学系と、を備える。結像光学系は、受光装置の受光面に投影されるべき像面と該像面に対して共役関係にある物体面との間の光路上に配置された反射ミラーを含む。この反射ミラーは、被覆ファイバが通過するガイド孔を有する。また、受光装置は、反射ミラーのガイド孔を通過した被覆ファイバのうち物体面と交差する部位からの放出光が結像光学系によって結像された像面上における各部の光強度を、物体面上における位置情報に対応付けて検出する。この構成により、上述の被覆状態検出方法を実現可能にする。

【0021】

（９） 本開示の一態様として、当該被覆状態検出装置は、受光装置により検出された光強度および対応する位置情報に基づいて、樹脂の被覆状態を視覚的に表現する二次元画像をモニタ上に表示させる制御部を、更に備えてもよい。この場合、検出対象である被覆ファイバにおける断面の状態が視覚的に確認できる。また、二次元画像は、検出対象である被覆ファイバの断面に相当する濃淡画像、ファイバ軸と像面との交点で互いに直交する該像面上の２本の直交軸それぞれに沿って表示される光強度分布、および、ファイバ軸を中心とした円周方向に沿った光強度分布のうち、少なくともいずれかを含むのが好ましい。例えば、カメラ等の画像取込装置に一旦取り込まれた画像を数値解析することで、被覆状態（樹脂層の円周方向に沿った厚み変動、樹脂層内における気泡混入状態、裸ファイバと樹脂層との界面における剥離状態）を定量的にまたは動的に特定することが可能になる。また、検出データを計測機器に取り込むことで、プロセス制御が可能になる（取り込まれた検出データに基づいて、製造装置等における各部の動作を調整するための制御情報の生成が可能になる）。

【0022】

（１０） 本開示の一態様として、上記反射ミラーは、軸外放物面ミラーを含んでもよく、この場合、軸外放物面ミラーは、ガイド孔である孔を有する。反射ミラーとして軸外放物面ミラーが適用される場合、当該結像光学系は、被覆ファイバが軸外放物面ミラーの孔を通過した後に該軸外放物面ミラーの焦点を通過するように、配置される。この場合、上述のように結像光学系の構造簡単化が可能になる。

【0023】

（１１） 本開示の一態様として、上記反射ミラーは、楕円面ミラーを含んでもよく、この場合、楕円面ミラーは、ガイド孔である孔を有する。反射ミラーとして楕円面ミラーが適用される場合、当該結像光学系は、被覆ファイバが楕円面ミラーの孔を貫通した後に該楕円面ミラーの一方の焦点を通過し、かつ、該楕円面ミラーの他方の焦点が像面上または該楕円面ミラーと像面との間の光路上に位置するように、配置される。この場合も、上述のように結像光学系の構造簡単化が可能になる。

【0024】

（１２） 本開示の一態様として、当該被覆状態検出装置は、反射ミラーに対して物体面の反対側空間において、樹脂を含む光ファイバ内を伝搬可能な光を該光ファイバに対して照射する光源を、含んでもよい。光ファイバ製造装置に当該被覆状態検出装置が適用される場合、樹脂被覆装置の下流に配置することにより、例えば、該樹脂被覆装置の紫外線光源からの光を検出光（放出光）として利用することが可能である。また、樹脂被覆装置の光源（樹脂硬化用の紫外線光源）以外に、別途外部光源を活用することで、像面上に形成される濃淡画像のＳ／Ｎ比を効果的に改善することが可能になる。

【0025】

（１３） 本開示の実施形態に係る光ファイバ製造方法は、光ファイバ母材を線引きすることにより得られる裸ファイバを、該裸ファイバの表面に樹脂を被覆した状態で巻き取る。特に、当該光ファイバ製造方法は、その一態様として、上述のような構造を有する被覆状態検出装置（本開示の被覆状態検出装置）を、裸ファイバの表面に樹脂を被覆するためのダイスを有する樹脂被覆装置の下流側に配置し、該被覆状態検出装置から得られる検出結果に基づいて、樹脂被覆条件を変更する。なお、樹脂被覆条件には、ダイスの姿勢の変更（被覆ファイバにおける裸ファイバの偏心解消）の他、フラッシングガス流量の調整（ＣＯ_２調整）、樹脂層内の気泡抑制（具体的には、樹脂被覆装置の上流側に配置される冷却装置の温度調整）等が挙げられる。

【0026】

以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。

【0027】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示に係る光ファイバの被覆状態検出方法、光ファイバの被覆状態検出装置、および、光ファイバ製造方法の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0028】

まず、本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法および本開示の実施形態に係る被覆状態検出装置（本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法を実施するための装置）を実現するための結像光学系の代表的な構造を、図１および図２を用いて説明する。なお、図１は、本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法および被覆状態検出装置に適用可能な、平坦面を有する反射ミラーを含む結像光学系の種々の例を示す図である。また、図２は、本開示の実施形態に係る被覆状態検出方法および被覆状態検出装置に適用可能な、曲面を有する反射ミラーを含む結像光学系の種々の例を示す図である。

【0029】

図１の結像光学系１Ａは、平面反射ミラーを利用した最も単純な構造を有する結像光学系であり、結像レンズ１０と平面反射ミラー２０により構成されている。被覆ファイバからの放出光の一部を受光する受光装置の受光面は像面ＩＰに設置され、結像レンズ１０を介して物体面ＯＰと像面ＩＰは互いに共役関係にある。すなわち、当該結像光学系１Ａの光軸ＡＸと物体面ＯＰとの交点Ｃ１と、光軸ＡＸと像面ＩＰとの交点Ｃ２は、互いに共役点となっている。平面反射ミラー２０は、物体面ＯＰと結像レンズ１０との間の光路上に配置されており、物体面ＯＰからの放出光は、この平面反射ミラー２０によって反射されて像面ＩＰ上に集光している。また、平面反射ミラー２０は、ガイド部材３０の一面に設けられている。さらに、平面反射ミラー２０とガイド部材３０には、被覆ファイバを通過させるためのガイド孔３０ａが設けられており、該平面反射ミラー２０は、ガイド孔３０ａの出力側開口２１を有する。被覆ファイバは、ガイド孔３０ａの入力側開口３１から平面反射ミラー２０に設けられた出力側開口２１へ向けて通過する。また、ガイド部材３０は、被覆ファイバと平面反射ミラー２０との位置関係を固定するため、支持部材３２に保持されている。

【0030】

例えば、入力側開口３１と出力側開口２１を結ぶガイド部材３０のガイド孔３０ａを通過した被覆ファイバが共役点Ｃ１で物体面ＯＰと交差するように当該結像光学系１Ａが配置された場合、像面ＩＰは被覆ファイバから所定距離だけ離れた位置に形成され、共役点Ｃ１に位置する被覆ファイバの部位からの放出光が像面ＩＰ上の共役点Ｃ２に結像する。これにより、共役点Ｃ１における被覆ファイバの断面を表す二次元の濃淡画像が像面ＩＰ上に形成される。

【0031】

図１の結像光学系１Ｂは、２枚のコリメートレンズ１１、１２と平面反射ミラー２０により構成されている。また、当該結像光学系１Ｂの光軸ＡＸの長さ（光路長）は、コリメートレンズ１１、１２間の距離Ｌを変更することにより調節可能である。物体面ＯＰの位置はコリメートレンズ１１の焦点の位置により決まり、像面ＩＰの位置はコリメートレンズ１２の焦点の位置により決まる。コリメートレンズ１１、１２を介して物体面ＯＰと像面ＩＰは互いに共役関係にある。すなわち、当該結像光学系１Ｂの光軸ＡＸと物体面ＯＰとの交点Ｃ１と、光軸ＡＸと像面ＩＰとの交点Ｃ２は、互いに共役点となっている。平面反射ミラー２０は、物体面ＯＰとコリメートレンズ１１との間の光路上に配置されており、物体面ＯＰからの放出光は、この平面反射ミラーによって反射されて像面ＩＰ上に集光している。また、平面反射ミラー２０は、結像光学系１Ａと同様に、支持部材３２により被覆ファイバに対する相対位置が固定されたガイド部材３０の一面に設けられている。ガイド部材３０には、平面反射ミラー２０に設けられた出力側開口２１と入力側開口３１を結ぶガイド孔３０ａが設けられている。

【0032】

この結像光学系１Ｂにおいても、入力側開口３１と出力側開口２１を結ぶガイド部材３０のガイド孔３０ａを通過した被覆ファイバが共役点Ｃ１で物体面ＯＰと交差するように当該結像光学系１Ｂが配置された場合、共役点Ｃ１に位置する被覆ファイバの部位からの放出光が像面ＩＰ上の共役点Ｃ２に結像する。これにより、共役点Ｃ１における被覆ファイバの断面を表す二次元の濃淡画像が像面ＩＰ上に形成される。

【0033】

図１の結像光学系１Ｃは、２枚の結像レンズ１３、１４と、平面反射ミラー２０と、２枚の結像レンズ１３、１４の間に配置された絞り１５と、により構成されている。この結像光学系１Ｃでは、結像レンズ１３と結像レンズ１４との間の光路上に形成される結像面上に絞り１５が配置されており、物体面ＯＰ、絞り１５が配置された面、および像面ＩＰは互いに共役関係にある。すなわち、当該結像光学系１Ｃの光軸ＡＸと物体面ＯＰとの交点Ｃ１と、光軸ＡＸと像面ＩＰとの交点Ｃ２、および、Ｃ２と、光軸ＡＸと絞り１５が配置された結像面との交点Ｃ３は、それぞれ互いの共役点となっている。平面反射ミラー２０は、物体面ＯＰと結像レンズ１３との間の光路上に配置されており、物体面ＯＰからの放出光は、この平面反射ミラー２０で反射されて像面ＩＰ上に集光している。また、平面反射ミラー２０は、結像光学系１Ａと同様に、支持部材３２により被覆ファイバに対する相対位置が固定されたガイド部材３０の一面に設けられている。ガイド部材３０には、平面反射ミラー２０に設けられた出力側開口２１と入力側開口３１を結ぶガイド孔３０ａが設けられている。

【0034】

この結像光学系１Ｃにおいても、入力側開口３１と出力側開口２１を結ぶガイド部材３０のガイド孔３０ａを通過した被覆ファイバが共役点Ｃ１で物体面ＯＰと交差するように当該結像光学系１Ｃが配置された場合、共役点Ｃ１に位置する被覆ファイバの部位からの放出光が像面ＩＰ上の共役点Ｃ２に結像する。これにより、共役点Ｃ１における被覆ファイバの断面を表す二次元の濃淡画像が像面ＩＰ上に形成される。なお、平面反射ミラー２０を通過した被覆ファイバが、共役点Ｃ１から外れた位置で物体面ＯＰと交差する場合、絞り１５の結像面（光軸ＡＸと直行する面）上の位置が調整される。

【0035】

上述の結像光学系１Ａから結像光学系１Ｃは、いずれも平面反射ミラー２０を含む結像光学系であるが、この平面反射ミラー２０に替えて特殊な曲面ミラーが適用されることにより、結像光学系の構造をより簡単化することが可能である。例えば、図２の結像光学系２Ａは、図１の結像光学系１Ａまたは図１の結像光学系１Ｃに回転楕円体の表面５２の一部に一致した曲面を有する反射ミラー（以下、「楕円面ミラー」と記す）５０を適用することにより得られる。また、図２の結像光学系２Ｂは、図１の結像光学系１Ｂに回転放物面６２の一部に一致した曲面を有する軸外放物面ミラー６０を適用することにより得られる。

【0036】

具体的に、図１の結像光学系１Ａの平面反射ミラー２０および結像レンズ１０に替え、楕円面ミラー５０が適用された結像光学系２Ａでは、楕円面ミラー５０の２つの焦点（回転楕円体の２つの焦点）のうち一方の焦点の位置により物体面ＯＰの位置が決まり、他方の焦点の位置により像面ＩＰの位置が決まる（楕円面ミラー５０の２つの焦点が共役点Ｃ１、Ｃ２）。この場合、結像光学系２Ａは光軸ＡＸ上にレンズ要素を含むことなく結像光学系１Ａと同等に機能し得る。

【0037】

また、図１の結像光学系１Ｃの平面反射ミラー２０および結像レンズ１３に替えて、楕円面ミラー５０が適用された結像光学系２Ａでは、楕円面ミラー５０の２つの焦点のうち一方の焦点位置により物体面ＯＰの位置が決まり、他方の焦点の位置が絞り１５が配置された結像面の位置と一致する（楕円面ミラー５０の２つの焦点が共役点Ｃ１、Ｃ３）。この場合、結像光学系２Ａは、光軸ＡＸ上に配置されるレンズの枚数を削減した状態で結像光学系１Ｃと同等に機能し得る。

【0038】

結像光学系２Ａでは、物体面ＯＰからの放出光が楕円面ミラー５０により反射されて像面ＩＰ上に集光している。また、楕円面ミラー５０は、結像光学系１Ａおよび結像光学系１Ｃと同様に、支持部材４２により被覆ファイバに対する相対位置が固定されたガイド部材４０の一面に設けられている。ガイド部材４０には、楕円面ミラー５０に設けられた出力側開口５１と入力側開口４１を結ぶガイド孔４０ａが設けられている。

【0039】

更に、図１の結像光学系１Ｂの平面反射ミラー２０およびコリメートレンズ１１に替え、軸外放物面ミラー６０が適用された結像光学系２Ｂでは、該軸外放物面ミラー６０の焦点の位置により物体面ＯＰの位置が決まり、コリメートレンズ１２の焦点の位置により像面ＩＰの位置が決まる。この場合、軸外放物面ミラー６０の焦点は、光軸ＡＸと像面ＩＰとの交点Ｃ２に対して共役である（物体面ＯＰ上のミラー焦点が像面ＩＰ上の交点Ｃ２の共役点Ｃ１となる）。したがって、この結像光学系２Ｂによれば、軸外放物面ミラー６０の焦点からの光は該軸外放物面ミラー６０によりコリメートされ、コリメートレンズ１２により像面ＩＰ上に結像される。

【0040】

結像光学系２Ｂでは、物体面ＯＰからの放出光が軸外放物面ミラー６０で反射されて像面ＩＰ上に集光している。また、軸外放物面ミラー６０は、結像光学系１Ａ等と同様に、支持部材４２により被覆ファイバに対する相対位置が固定されたガイド部材４０の一面に設けられている。ガイド部材４０には、軸外放物面ミラー６０に設けられた出力側開口６１と入力側開口４１を結ぶガイド孔４０ａが設けられている。

【0041】

図３は、本開示の実施形態に係る光ファイバ製造方法を実施するための光ファイバ製造装置（線引き装置）の一例を示す図である。具体的に、図３の光ファイバ製造装置は、光ファイバ母材１００の一端を加熱するためのヒータ１５０と、光ファイバ母材１００を線引きすることにより得られる裸ファイバ（ガラスファイバ）１１０に樹脂が被覆された被覆ファイバ１２０を巻き取るためのドラム２００と、樹脂被覆装置３００と、被覆状態検出装置５００と、を備える。光ファイバ母材１００は、コア部１００ａと、クラッド部１００ｂとを備える。なお、コア部１００ａは、母材線引きにより得られる裸ファイバ１１０のコア１１０ａとなるべき領域であり、クラッド部１００ｂは、該コア部１００ａの外周を取り囲み、裸ファイバ１１０のクラッド１１０ｂとなるべき領域である。ドラム２００が矢印Ｓ１で示された方向に回転することにより被覆ファイバ１２０がドラム２００に巻き取られる。樹脂被覆装置３００は、光ファイバ母材１００とドラム２００との間に配置されており、走行中の裸ファイバ１１０の外周面上に樹脂を被覆する装置である。裸ファイバ１１０が樹脂被覆装置３００で樹脂を被覆されることにより被覆ファイバ１２０が得られる。樹脂被覆装置３００は、裸ファイバ１１０の外周面上に紫外線硬化樹脂を被覆するためのダイス３１０と、ダイス３１０の姿勢を調節するための姿勢制御装置３２０と、紫外線照射装置３３０と、を含む。被覆状態検出装置５００は、上流に位置する樹脂被覆装置３００の紫外線照射装置３３０からの紫外線を利用して、被覆ファイバ１２０の断面を表す二次元の濃淡画像を検出する。

【0042】

なお、光ファイバ母材１００と樹脂被覆装置３００との間には、図示されていないが、裸ファイバ１１０を強制的に冷却するための冷却装置が配置される。また、図３の例では、１段の樹脂被覆装置３００が示されているが、ドラムに巻き取られる被覆ファイバ１２０の長手方向に沿って複数段の樹脂被覆装置が配置されてもよい。また、樹脂被覆装置３００で用いられる樹脂は、紫外線硬化樹脂でなくてもよい。

【0043】

図４は、母材線引き後に得られた被覆ファイバの外周面上に更に樹脂（例えば、着色樹脂）を被覆する樹脂被覆装置に適用された例を示す図である。図４の例は、被覆ファイバ１２０をドラム（図３の光ファイバ製造装置により製造された被覆ファイバ１２０を巻き取ったドラム）２００からドラム２１０に着色しながら巻き直す装置である。樹脂被覆装置４００は、矢印Ｓ２で示された方向に回転するドラム２００から矢印Ｓ３で示された方向に回転するドラム２１０に巻き直される被覆ファイバ１２０の外周面上に着色樹脂を被覆する。本開示の被覆状態検出装置は、該樹脂被覆装置４００の下流側に配置される。

【0044】

図４に示された樹脂被覆装置４００は、図３の樹脂被覆装置３００と同様の構造を備えており、被覆ファイバ１２０が樹脂被覆装置４００で着色樹脂を被覆することにより着色被覆ファイバ１３０が得られる。すなわち、樹脂被覆装置４００は、被覆ファイバ１２０の外周面上に紫外線硬化樹脂（着色樹脂）を被覆するためのダイス４１０と、ダイス４１０の姿勢を調節するための姿勢制御装置４２０と、紫外線照射装置４３０と、を含む。また、図４に示された被覆状態検出装置５００も、上流に位置する樹脂被覆装置４００の紫外線照射装置４３０からの紫外線を利用して、着色被覆ファイバ１３０の断面を表す二次元の濃淡画像を検出する。

【0045】

図５は、図３および図４に示されたように、樹脂被覆装置３００の下流側または樹脂被覆装置４００の下流側において本開示の被覆状態検出装置５００が機能し得るメカニズムを、すなわち、被覆ファイバから光が放出されるメカニズムを説明するための図である。なお、図５には、図３の光ファイバ製造装置における樹脂被覆装置３００の内部構造が示されているが、図４に示された樹脂被覆装置４００においても同様のメカニズムにより被覆ファイバから紫外線が放出される。

【0046】

母材線引き後に得られる裸ファイバ１１０は、コア１１０ａと、該コア１１０ａの外周面上に設けられたクラッド１１０ｂと、を備える。裸ファイバ１１０が、矢印Ｓ４で示された方向（図３において、光ファイバ母材１００からドラム２００へ向かう方向）に移動することにより、該裸ファイバ１１０が樹脂被覆装置３００を通過することになる。まず、樹脂被覆装置３００に入った裸ファイバ１１０は、樹脂（紫外線硬化樹脂）が導入されたダイス３１０を通過することにより、その外周面上に樹脂１１０ｃが被覆される。続いて、樹脂１１０ｃを有する裸ファイバ１１０は、紫外線照射装置３３０を通過する。紫外線照射装置３３０は、内部に紫外線光源３３３が配置された筐体３３１を備える。筐体３３１には、樹脂１１０ｃを有する裸ファイバ１１０を導入するための入力側開口３３２ａと、出力側開口３３２ｂと、を有する。樹脂１１０ｃを有する裸ファイバ１１０には、入力側開口３３２ａから出力側開口３３２ｂへ移動している間、紫外線光源３３３から出力された紫外線ＵＶが照射される。なお、紫外線ＵＶは、一部が反射されながら樹脂１１０ｃを有する裸ファイバ１１０内に侵入し、該樹脂１１０ｃを有する裸ファイバ１１０内において任意方向に伝搬する（散乱光）。このように、紫外線ＵＶが樹脂１１０ｃに照射されることにより被覆ファイバ１２０が得られる。

【0047】

矢印Ｓ４で示された方向に沿って筐体３３１の出力側開口３３２ｂから出てきた被覆ファイバ１２０（樹脂１１０ｃが硬化された後）の内部には、筐体３３１内で照射された紫外線ＵＶが閉じ込められている。そのため、樹脂被覆装置３００の下流側に移動した被覆ファイバ１２０の表面からは、紫外線ＵＶが放出されている。図５には、このように紫外線ＵＶが放出されている部位と、物体面ＯＰおよび反射面（平面反射ミラー２０、楕円面ミラー５０、および軸外放物面ミラー６０）の位置関係が示されている。

【0048】

上述のように本開示の被覆状態検出装置５００の上流側に、被覆ファイバ１２０を透過可能な波長を有する紫外線ＵＶ等の光源が既に設置されている場合には、当該被覆状態検出装置５００は、反射面を貫通した被覆ファイバ１２０のうち物体面ＯＰと交差する部位からの放出光（図５の例では紫外線ＵＶ）を、反射面を介して検出できる。

【0049】

図６は、図２の結像光学系２Ｂが適用された被覆状態検出器（本開示の被覆状態検出装置５００）が図３の光ファイバ製造装置に適用された具体例を示す図である。なお、図２の結像光学系２Ｂ以外の結像光学系の適用も可能である。

【0050】

図５を用いて説明されたように、樹脂被覆装置３００（または樹脂被覆装置４００）の下流に本開示の被覆状態検出装置５００が配置される構成では、外部光源を用意する必要はないが、上流側の樹脂被覆装置３００と下流側の当該被覆状態検出装置５００とは離れた構成では、十分な光量の放出光を検出することができない場合も想定される。そのような場合は、図６に示されたように、一面に軸外放物面ミラー６０が設けられたガイド部材４０の近傍に、被覆ファイバ１２０を透過可能な波長の光を照射する外部光源３５０を設けてもよい。

【0051】

図６に示されたように、軸外放物面ミラー６０は、ガイド部材４０の一面に設けられており、ガイド部材４０には、軸外放物面ミラー６０に設けられた出力側開口６１と入力側開口４１とを結ぶガイド孔４０ａが設けられている。樹脂１１０ｃを有する被覆ファイバ１２０は、このガイド孔４０ａを矢印Ｓ５で示された方向に沿って通過した後にドラム２００に巻き取られる。支持部材４２は、ガイド孔４０ａを通過した被覆ファイバ１２０が軸外放物面ミラー６０の焦点を通過するように、該被覆ファイバ１２０に対するガイド部材４０の位置を固定する。なお、軸外放物面ミラー６０は回転放物面６２の一部と一致しているため、その焦点は、物体面ＯＰ上に位置することになる。また、この焦点が、光軸ＡＸと像面ＩＰ（光軸ＡＸ上において受光装置６００の受光面６１０に一致）との交点Ｃ２の共役点Ｃ１となる。ここで、「受光面に一致」とは、正確に一致する必要はなく、０．１μｍ程度の、多少のずれは許容される。

【0052】

軸外放物面ミラー６０の出力側開口６１を通過した被覆ファイバ１２０のうち該軸外放物面ミラー６０の焦点（物体面ＯＰと被覆ファイバ１２０が交差する位置）近傍において、被覆ファイバ１２０からの放出光の一部は、軸外放物面ミラー６０によりコリメートされた状態で反射される。このコリメートされた反射光は、軸外放物面ミラー６０からコリメートレンズ１２に向かい、該コリメートレンズ１２により、像面ＩＰ上の共役点Ｃ２に集光される。当該被覆状態検出装置５００は、制御部７００を備えており、この制御部７００は、受光装置６００により検出された光強度および対応する位置情報に基づいて、被覆ファイバ１２０における樹脂１１０ｃの被覆状態を視覚的に表現する二次元画像をモニタ上に表示させるため、描画部７２０を制御する（図７参照）。

【0053】

具体的に、描画部７２０は、図７に示されたように、検出対象である被覆ファイバ１２０の断面を表す濃淡画像から、ファイバ軸に相当する像面ＩＰ上の軸と該像面ＩＰとの交点で互いに直交する該像面上の２本の直交軸Ｉｘ、Ｉｙそれぞれに沿って表示される光強度分布を二次元的に表現するモニタ画面８１０を生成する。また、描画部７２０は、ファイバ軸に相当する像面ＩＰ上の軸を中心とした円周方向に沿った光強度分布を二次元的に表現するモニタ画面８２０の生成も可能であり、これらのうちの少なくとも一つを生成する。

【0054】

制御部７００は、描画部７２０に対する描画制御（被覆ファイバ１２０における樹脂１１０ｃの被覆状態を視覚的に表現する二次元画像の生成）の他、種々の制御が可能である。例えば、カメラ等の画像取込装置に一旦取り込まれた画像を数値解析することで、樹脂１１０ｃの被覆状態を定量的にまたは動的に特定することが可能になる。なお、検出可能な樹脂１１０ｃの被覆状態には、樹脂（樹脂層）１１０ｃの偏肉状態（被覆ファイバ１２０内における裸ファイバ１１０の偏心状態）、樹脂１１０ｃ内における気泡混入状態、裸ファイバ１１０と樹脂１１０ｃとの界面における剥離状態等が含まれる。また、検出データを計測機器に取り込むことで、プロセス制御が可能になる。すなわち、取り込まれた検出データに基づいて、製造装置等における各部の動作を調整し、樹脂被覆条件を変更するための制御信号（制御情報）７１０の生成が可能になる。

【0055】

なお、樹脂被覆条件の変更には、例えば、図３等に示されたダイス３１０の姿勢を変更するため、制御部７００から姿勢制御装置３２０（または図４の姿勢制御装置４２０）に対して制御信号７１０が出力される。具体的に、樹脂被覆装置３００に対する制御部７００の姿勢制御では、(1) 被覆ファイバ１２０の進行方向に直交する平面（互いに直交するｘ軸およびｙ軸で規定されるｘ－ｙ平面）に沿ってダイス３１０を移動させること、(2) ｘ軸を中心として矢印γ_ｘで示された方向に沿ってダイス３１０を傾けること、(3) ｙ軸を中心として矢印γ_ｙで示された方向に沿って、ダイス３１０を傾けること、などが含まれる。なお、このような姿勢制御は、図４の樹脂被覆装置４００においても同様に行われる。

【0056】

更に、制御部７００は、姿勢制御のほかに、樹脂被覆装置３００の裸ファイバ入口部に吹き付けるフラッシングガス（例えばＣＯ_２ガス）流量の調整を行い、樹脂１１０ｃ内の気泡を抑制することも可能である。また、制御部７００は、樹脂被覆装置３００の上流側に配置される冷却装置に対し、温度を変更するための制御信号７１０を出力することで、樹脂１１０ｃ内の気泡を抑制することも可能である。

【符号の説明】

【0057】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、２Ｂ…結像光学系、１０、１３、１４…結像レンズ、１１、１２…コリメートレンズ、１５…絞り、２０…平面反射ミラー、２１、５１、６１、３３２ｂ…出力側開口、３０、４０…ガイド部材、３０ａ、４０ａ…ガイド孔、３１、４１、３３２ａ…入力側開口、３２、４２…支持部材、５０…楕円面ミラー、５２…回転楕円体の表面、６０…軸外放物面ミラー、６２…回転放物面、１００…光ファイバ母材、１００ａ…コア部、１００ｂ…クラッド部、１１０…裸ファイバ、１１０ａ…コア、１１０ｂ…クラッド、１１０ｃ…樹脂、１２０…被覆ファイバ、１３０…着色被覆ファイバ、１５０…ヒータ、２００、２１０…ドラム、３００、４００…樹脂被覆装置、３１０、４１０…ダイス、３２０、４２０…姿勢制御装置、３３０、４３０…紫外線照射装置、３３１…筐体、３３３…紫外線光源、５００…被覆状態検出装置、６００…受光装置、６１０…受光面、７００…制御部、７１０…制御信号、７２０…描画部、８１０、８２０…モニタ画面、ＯＰ…物体面、ＩＰ…像面、ＡＸ…光軸、ＵＶ…紫外線、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…共役点、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５…矢印（方向）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】