温度計測装置
【課題】高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測する。
【解決手段】高温高圧環境下にある観察対象物の２次元画像を、冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１により伝送し、この伝送された２次元画像から波長フィルタ２により近赤外領域の光を取り出し、近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３で撮像する。画像処理部５は、ＣＣＤカメラ３により得られる輝度値を温度に変換し、観察対象物の２次元温度分布を表示するための２次元温度分布画像を生成してモニタ６に表示する。
【解決手段】高温高圧環境下にある観察対象物の２次元画像を、冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１により伝送し、この伝送された２次元画像から波長フィルタ２により近赤外領域の光を取り出し、近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３で撮像する。画像処理部５は、ＣＣＤカメラ３により得られる輝度値を温度に変換し、観察対象物の２次元温度分布を表示するための２次元温度分布画像を生成してモニタ６に表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元の温度分布を計測して表示する温度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温高圧環境下のボイラー等で炉内の情報を二次元で取得するためには、石英系イメージファイバを用いた耐圧型プローブ構造を有するファイバスコープが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。このようなファイバスコープを冷却管と組み合わせて炉壁等に設置し、可視画像を取得することで、炉内を観察、監視していた。
【特許文献１】実開平６−４７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように耐圧構造のファイバスコープを用いることで、高温高圧環境下の炉内を可視画像で観察することはできるが、炉内の２次元の温度分布を知ることはできない。また、サーモビュア等は高温高圧環境下では用いることができない。このため、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる装置が要望されていた。
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる温度計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち可視領域の光を反射し、所定波長以上の近赤外光を透過させる波長フィルタと、この波長フィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の温度計測装置は、前記波長フィルタで反射された前記可視領域の光を撮像する可視画像撮像手段をさらに備え、前記画像処理手段は、前記可視画像撮像手段で撮像された可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を前記表示手段に表示させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像が入射される所定位置へ着脱可能に挿入され、前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの前記所定位置への着脱の切り替えを行うフィルタ駆動手段と、前記バンドパスフィルタが前記所定位置に挿入されているときに前記バンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成するとともに、前記バンドパスフィルタが前記所定位置から離脱しているときに前記画像伝送手段により伝送された前記２次元画像を撮像して可視画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段で前記近赤外光を撮像して生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成し、前記撮像手段で前記２次元画像を撮像して生成された前記可視画像信号を画像化した可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を出力する画像処理手段と、この画像処理手段からの前記可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、耐圧構造を有し、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有する耐圧ファイバスコープからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、耐圧構造を有する耐圧ボアスコープからなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の温度計測装置は、前記画像伝送手段を収納して前記画像伝送手段を冷却する冷却管をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の温度計測装置によれば、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段の伝送光から近赤外領域の光を取り出し、近赤外領域に感度を有する撮像手段で撮像して得られる輝度値を温度に変換することで、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。図１に示すように本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する耐圧ファイバスコープ１と、耐圧ファイバスコープ１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に取り出す波長フィルタ２と、波長フィルタ２を透過した近赤外光を撮像して輝度信号を生成するＣＣＤカメラ３と、ＣＣＤカメラ３から出力される輝度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部４と、Ａ／Ｄ変換部４から輝度データを受け取り、得られた輝度値を温度に変換して観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等により構成される画像処理部５と、画像処理部５で生成された温度分布表示画像を表示するモニタ６と、耐圧ファイバスコープ１を収納してこれを冷却する冷却管７とを備える。
【００１６】
図２はファイバスコープを示す構成図、図３は耐圧ファイバスコープ１の構成を示す断面図である。図２に示すように、ファイバスコープ１０は、画像を伝送する石英系イメージファイバ１１と、石英系イメージファイバ１１の一端面に観察対象物の画像を結像させる対物レンズ１２と、石英系イメージファイバ１１の他端面側に設けられた接眼レンズ１３とを備える。対物レンズ１２および接眼レンズ１３は、単レンズを複数枚組み合わせた光学系により構成される。
【００１７】
耐圧ファイバスコープ１は、図３に示すように、例えばステンレスからなる円筒状の耐圧プローブ１４を備える。耐圧プローブ１４は、その外周に設けられたフランジ部１５を有する。
【００１８】
耐圧プローブ１４の内部には図２に示したファイバスコープ１０の対物レンズ１２側が挿入され、耐圧プローブ１４の先端に形成された開口には、サファイア等の透明硬質材料からなる耐圧窓１６がロウ付けにより固着されている。耐圧窓１６は、耐圧プローブ１４の開口を完全に覆って耐圧プローブ１４内を気密に保っている。
【００１９】
また、耐圧プローブ１４の後端側には、石英系イメージファイバ１１が挿通された状態で耐圧プローブ１４に挿入され、気密耐圧構造をとるダム部１７が設けられている。ダム部１７は耐圧窓１６の耐圧が破壊されたときのバックアップとして機能する。
【００２０】
また、耐圧プローブ１４の後端側には、例えばステンレスのフレキシブルチューブからなる外装管１８の先端が突き合わされて固定されている。外装管１８は内部の石英系イメージファイバ１１が外力を受けることを防止するものである。また、外装管１８の後端側には、接眼レンズ１３を保持する円筒状の接眼部１９が接続されている。
【００２１】
図４（ａ）は石英系イメージファイバ１１の構造を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す石英系イメージファイバ１１におけるコア配列を示す拡大図である。
【００２２】
石英系イメージファイバ１１は、図４（ａ）に示すように、石英ガラスからなるイメージサークル１１ａと、このイメージサークル１１ａの外周を覆うように設けられた石英ガラスジャケット１１ｂと、さらにこの石英ガラスジャケット１１ｂの外周を覆うように設けられた樹脂製のコーティング１１ｃとから構成されている。
【００２３】
イメージサークル１１ａは、図４（ｂ）に示すように、多数のコア１１ｄと、それらを囲む共通のクラッド１１ｅとからなる。この多数のコア１１ｄの１つずつが独立に光を伝送するので、これらのコア１１ｄの各々が石英系イメージファイバ１１の画素となる。
【００２４】
図５に石英系イメージファイバ１１の伝送特性を示す。図５に示すように石英系イメージファイバ１１は、可視領域から波長２μｍ程度の近赤外領域まで、良好な透過特性を有している。
【００２５】
波長フィルタ２は、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に透過させ、可視領域の光を反射する。図６は第１の実施の形態で用いる波長フィルタ２の波長特性を示す図であり、波長フィルタ２に対する入射角度が０°の場合と４５°の場合の波長特性を示している。図６に示すように波長フィルタ２は、およそ８００ｎｍ以上の波長の近赤外光を透過させる。
【００２６】
ＣＣＤカメラ３としては、近赤外領域に感度特性を有し、かつＳ／Ｎ比が５０ｄＢ以上の高ダイナミックレンジのものが用いられる。図７は第１の実施の形態で用いるＣＣＤカメラ３の波長感度特性を示す図であり、図７に示すようにＣＣＤカメラ３は、およそ８００ｎｍ以上の近赤外領域に感度特性を有する。
【００２７】
図８は冷却管７の構成を示す断面図である。冷却管７は２重管構造の中空円筒体であって、外壁板７１と内壁板７２との間に円筒状の仕切板７３が設けられている。この仕切板７３で区分された内側空間７４に、仕切板７３に設けられた注水口７５から冷却水が供給される。冷却水は内側空間７４を通って冷却管先端に達しそこで折り返して外側空間７６に入り、外側空間７６を通って外壁板７１に設けられた排水口７７から外部に排出される。この冷却水により冷却管７の内部が冷却される。
【００２８】
内壁板７２の内側の空間には耐圧ファイバスコープ１が挿入され、内壁板７２の後端側外周に設けられたフランジ部７８と耐圧ファイバスコープ１のフランジ部１５とを接続して固定している。
【００２９】
外壁板７１の外周にはフランジ部７９が設けられている。冷却管７はボイラー等の炉壁に設けられた貫通穴に挿入され、フランジ部７９により炉壁に固定される。
【００３０】
冷却管７の先端には開口部があり、その内側に設けられた壁に、耐圧ファイバスコープ１先端の耐圧窓１６に対向して、パイレックス（登録商標）ガラス、石英ガラス、サファイア等の透明硬質材料からなる窓８０が設置されている。
【００３１】
窓８０の周辺にはパージガス噴出孔８１が設けられている。観察対象である炉内の浮遊物が冷却管７の内部に侵入し、ファイバスコープ１０の視野部分に付着することを防ぐため、内壁板７２に設けられたパージガス流入口８２から内壁板７２の内側の空間にパージガスを供給し、パージガス噴出孔８１から炉内に噴出させる。
【００３２】
図１に示す温度計測装置は、ボイラー等の炉壁に設けられた貫通穴に挿入して設置される冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１を用いて、高温高圧環境下の炉内を２次元で温度計測する。
【００３３】
物体からの熱放射は、近赤外線の電磁波（光）として放出される。この物体から放射される輻射エネルギーのスペクトルは、図９に示すように、温度によりその形が決まるものである。したがって、近赤外領域において、特定波長の光強度を計測できれば、計測した光強度から観察対象物の温度を推定することができる。
【００３４】
図１に示す温度計測装置は、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により炉内の観察対象物の２次元画像を伝送する。石英系イメージファイバ１１は、図５に示したように、可視領域から波長２μｍ程度の近赤外領域まで、良好な透過特性を有している。
【００３５】
そして、波長フィルタ２により、石英系イメージファイバ１１で伝送された２次元画像から、およそ８００ｎｍ以上の近赤外光を選択的に透過させ、この波長フィルタ２を透過した画像をカメラレンズ３ａによりＣＣＤカメラ３に結像させる。
【００３６】
近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３は、波長フィルタ２を透過した画像を撮像して輝度信号を出力する。ＣＣＤカメラ３からの輝度信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５に入力される。
【００３７】
ここで、得られた近赤外光の強度（＝輝度値）を、観察対象物の輻射エネルギーとみなすと、ＣＣＤカメラ３からの輝度信号は輝度値に応じて温度へ換算することができる。画像処理部５は、予め設定した輝度−温度換算データを用いて輝度値を温度に変換する。
【００３８】
輝度−温度換算データを作成する手順について説明する。まず、図１に示す温度計測装置で放射率ε＝１．０の標準黒体を観察し、標準黒体に設定された複数点の温度に対してＣＣＤカメラ３の輝度を測定する。そして、得られたＣＣＤカメラ３の輝度値に対して、それぞれ標準黒体の温度を割り当てる。そして、複数点の測定結果をつなげて輝度値−温度の相関をとる。
【００３９】
このようにして得られた輝度−温度換算データの一例を図１０に示す。画像処理部５は、このような輝度−温度換算データを予め記憶しており、この輝度−温度換算データを用いて、観察対象物を撮像して得られたＣＣＤカメラ３の輝度値を温度に換算することができる。
【００４０】
ここで、輝度値と温度との相関は観察対象物の放射率によって異なるため、実際に得られた輝度値を温度に換算する際には、標準黒体を用いて作成した輝度−温度換算データをそのまま用いることはできない。そこで、観察対象物のなかで、少なくとも１点、温度が既知の部位があれば、その部位の換算温度を既知の温度値に合わせることで校正を行う。この際、図１０に示す輝度−温度換算データの曲線は、傾斜は変わらないため、全体を上下に移動して合わせ込みを行う。なお、温度が既知の部位の情報は、例えば観察対象物に設置された熱電対などの温度計測器から取得することができる。また、観察対象物の放射率が既知の場合は、その放射率を用いて輝度−温度換算の係数の補正を行い、温度を校正することができる。
【００４１】
そして、画像処理部５は、温度に変換された輝度値に合わせて、グレースケール表示あるいは擬似カラー表示するための２次元温度分布画像を生成し、これをモニタ６に表示させる。
【００４２】
第１の実施の形態に係る温度計測装置によりフレーム（炎）を観察して得られた２次元温度分布画像を図１１に示す。図１１は、得られた輝度値から温度に換算した結果を計測のフルスケール９２８℃〜２０８７℃の範囲で擬似カラー表示したものである。フレームの形状、温度分布に応じて２次元で温度計測表示ができていることがわかる。
【００４３】
このように第１の実施の形態に係る温度計測装置によれば、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元画像を、冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１により伝送し、この伝送された２次元画像から波長フィルタ２により近赤外領域の光を選択的に取り出し、近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３で撮像して得られる輝度値を温度に変換することで、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測し、２次元温度分布画像を表示することができる。
【００４４】
なお、上記第１の実施の形態では、耐圧構造を有する耐圧ファイバスコープ１と冷却管７とを組み合わせ、高温炉、高温高圧炉などの内部温度の計測を行う場合について説明したが、耐圧ファイバスコープ１や冷却管７を用いなくても、ファイバスコープ１０を用いて上記説明と同様の処理を行うことで、赤外線カメラ（サーモビュア）を使用することができない狭窄部、放射線環境下、電磁波環境下等で温度計測を行うことができる。
【００４５】
また、図３に示した耐圧ファイバスコープ１のファイバスコープ１０を、図１２に示したボアスコープ２０に置き換えて耐圧ボアスコープを構成し、この耐圧ボアスコープを、図１に示す温度計測装置の耐圧ファイバスコープ１と置き換えてもよい。
【００４６】
図１２に示すようにボアスコープ２０は、金属管からなる本体２１の先端側に対物レンズ２２、他端側に接眼レンズ２３を備え、本体２１内にレンズ２４を所定間隔で共軸に配列したレンズ系２５を備える。このようなボアスコープ２０によっても、ファイバスコープ１０と同様に、近赤外領域の光を含む２次元画像を伝送することができる。
【００４７】
また、ＣＣＤカメラ３の替わりに、撮像部にビジコン（Vidicon）を用い、２μｍを超える波長感度を有する近赤外用カメラを用いてもよい。このようなカメラは、撮像部が撮像管タイプであるために感度のダイナミックレンジが狭く、このため温度計測の対象範囲が狭くなる。しかし、図９から分かるように、長い波長の光を用いたほうが低温域まで計測できるため、低温域の温度計測を行う場合には適している。
【００４８】
また、波長フィルタ２として、図６に示したような所定波長以上の光を透過させる特性を有するフィルタを用いる替わりに、図１３，１４に示すような、所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタを用いてもよい。図１３は、９００ｎｍを中心波長とし、波長約８８０〜９２０ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタの特性を示し、図１４は、９５０ｎｍを中心波長とし、波長約９３０〜９７０ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタの特性を示している。
【００４９】
第１の実施の形態に係る温度計測装置で温度計測に用いる近赤外光としては、波長が長く、かつ波長幅が狭いほうが波長対温度の対応がより正確になるため、図１３，１４に示すような特性を有するバンドパスフィルタを用いることにより、精度良く温度を計測することができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図１５は本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。なお、図１５に示す第２の実施の形態に係る温度計測装置の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る温度計測装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
図１５に示すように本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置は、図１に示す第１の実施の形態の温度計測装置に対し、耐圧ファイバスコープ１と波長フィルタ２との間に挿入され、耐圧ファイバスコープ１の伝送光が略４５°の入射になるように配置された波長フィルタ８と、可視光を撮像して画像信号をＡ／Ｄ変換部４に出力する可視画像用のＣＣＤカメラ９とを追加した構成である。
【００５２】
波長フィルタ８は、波長フィルタ２と同様の波長特性を有しており、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に透過させる。また、波長フィルタ８は、耐圧ファイバスコープ１からの可視領域の光を反射してその光軸を９０°折り曲げ、ＣＣＤカメラ９のカメラレンズ９ａに入射させる。
【００５３】
図６に示すように、入射角度が４５°の場合には、入射角度が０°の場合よりもやや短い波長の光が透過するため、波長フィルタ８の後段の波長フィルタ２により、所定波長以上の近赤外領域の光をＣＣＤカメラ３のカメラレンズ３ａに入射させる。
【００５４】
ＣＣＤカメラ３により近赤外光を撮像して得られる輝度値を用いて温度に換算し、２次元温度分布画像を表示する動作は第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
波長フィルタ８で反射された可視光は、カメラレンズ９ａによりＣＣＤカメラ９に結像される。ＣＣＤカメラ９は、波長フィルタ８で反射された可視光を撮像して画像信号を出力する。ＣＣＤカメラ９からの画像信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５によりモニタ６に表示される。
【００５６】
なお、表示形式としては、２次元温度分布画像と可視画像の両方を同時にモニタ６に表示するようにしてもよいし、２次元温度分布画像と可視画像とを切り替えて一方を表示するようにしてもよい。
【００５７】
第２の実施の形態によれば、温度計測用のＣＣＤカメラ３に加えて可視画像用のＣＣＤカメラ９を用いることで、１本の耐圧ファイバスコープ１により可視画像監視と２次元温度分布監視の両方を行うことができる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
図１６は本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。なお、図１６に示す第３の実施の形態に係る温度計測装置の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る温度計測装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
図１６に示すように本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置は、図１に示す第１の実施の形態の温度計測装置に対し、波長フィルタ２を省略し、バンドパスフィルタ３１と、画像処理部５からの制御信号によりバンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行うフィルタ駆動ユニット３２とを追加した構成である。
【００６０】
バンドパスフィルタ３１は、図１３，１４に示したような特性を有し、フィルタ駆動ユニット３２により耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間の所定位置への挿入と離脱とを切り替え可能とする機構を用いて設置される。バンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行う機構としては、ソレノイドによりバンドパスフィルタ３１を前後に移動させる機構や、回転盤にバンドパスフィルタ３１を装着して定速で回転させる機構などが用いられる。
【００６１】
バンドパスフィルタ３１が耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間の所定位置に挿入されているときは、バンドパスフィルタ３１を透過した所定波長領域の近赤外光がＣＣＤカメラ３に取り込まれる。ＣＣＤカメラ３により近赤外光を撮像して得られる輝度値を用いて温度に換算し、２次元温度分布画像を表示する動作は第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
バンドパスフィルタ３１が耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間に挿入されていないときは、耐圧ファイバスコープ１により伝送された観察対象物の可視画像がカメラレンズ３ａによりＣＣＤカメラ３に結像される。ＣＣＤカメラ３は観察対象物の可視画像を撮像して画像信号を出力し、ＣＣＤカメラ３からの画像信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５によりモニタ６に表示される。
【００６３】
第３の実施の形態によれば、バンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行うことで、１台のＣＣＤカメラ３により、バンドパスフィルタ３１が挿入されているときは２次元温度分布監視を行い、バンドパスフィルタ３１が挿入されていないときは可視画像監視を行うことができる。また、任意にバンドパスフィルタ３１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて可視画像監視と２次元温度分布監視の両方を行うことも可能である。
【００６４】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【図２】ファイバスコープを示す構成図である。
【図３】図１に示す温度計測装置における耐圧ファイバスコープの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は石英系イメージファイバの構造を示す断面図、（ｂ）は石英系イメージファイバにおけるコア配列を示す拡大図である。
【図５】石英系イメージファイバの伝送特性を示す図である。
【図６】図１に示す温度計測装置における波長フィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図７】図１に示す温度計測装置におけるＣＣＤカメラの波長感度特性を示す図である。
【図８】図１に示す温度計測装置における冷却管の構成を示す断面図である。
【図９】温度に対する輻射エネルギーのスペクトルを示す図である。
【図１０】輝度−温度換算データの一例を示す図である。
【図１１】図１に示す温度計測装置によりフレーム（炎）を観察して得られた２次元温度分布画像を示す図である。
【図１２】ボアスコープを示す構成図である。
【図１３】バンドパスフィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図１４】バンドパスフィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 耐圧ファイバスコープ
２，８ 波長フィルタ
３，９ ＣＣＤカメラ
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 画像処理部
６ モニタ
７ 冷却管
１０ ファイバスコープ
１１ 石英系イメージファイバ
２０ ボアスコープ
３１ バンドパスフィルタ
３２ フィルタ駆動ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元の温度分布を計測して表示する温度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温高圧環境下のボイラー等で炉内の情報を二次元で取得するためには、石英系イメージファイバを用いた耐圧型プローブ構造を有するファイバスコープが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。このようなファイバスコープを冷却管と組み合わせて炉壁等に設置し、可視画像を取得することで、炉内を観察、監視していた。
【特許文献１】実開平６−４７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように耐圧構造のファイバスコープを用いることで、高温高圧環境下の炉内を可視画像で観察することはできるが、炉内の２次元の温度分布を知ることはできない。また、サーモビュア等は高温高圧環境下では用いることができない。このため、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる装置が要望されていた。
【０００４】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる温度計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち可視領域の光を反射し、所定波長以上の近赤外光を透過させる波長フィルタと、この波長フィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の温度計測装置は、前記波長フィルタで反射された前記可視領域の光を撮像する可視画像撮像手段をさらに備え、前記画像処理手段は、前記可視画像撮像手段で撮像された可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を前記表示手段に表示させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像が入射される所定位置へ着脱可能に挿入され、前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの前記所定位置への着脱の切り替えを行うフィルタ駆動手段と、前記バンドパスフィルタが前記所定位置に挿入されているときに前記バンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成するとともに、前記バンドパスフィルタが前記所定位置から離脱しているときに前記画像伝送手段により伝送された前記２次元画像を撮像して可視画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手段で前記近赤外光を撮像して生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成し、前記撮像手段で前記２次元画像を撮像して生成された前記可視画像信号を画像化した可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を出力する画像処理手段と、この画像処理手段からの前記可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、耐圧構造を有し、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有する耐圧ファイバスコープからなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の温度計測装置に係る前記画像伝送手段は、耐圧構造を有する耐圧ボアスコープからなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の温度計測装置は、前記画像伝送手段を収納して前記画像伝送手段を冷却する冷却管をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の温度計測装置によれば、観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段の伝送光から近赤外領域の光を取り出し、近赤外領域に感度を有する撮像手段で撮像して得られる輝度値を温度に変換することで、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。図１に示すように本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置は、観察対象物の２次元画像を伝送する耐圧ファイバスコープ１と、耐圧ファイバスコープ１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に取り出す波長フィルタ２と、波長フィルタ２を透過した近赤外光を撮像して輝度信号を生成するＣＣＤカメラ３と、ＣＣＤカメラ３から出力される輝度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部４と、Ａ／Ｄ変換部４から輝度データを受け取り、得られた輝度値を温度に変換して観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等により構成される画像処理部５と、画像処理部５で生成された温度分布表示画像を表示するモニタ６と、耐圧ファイバスコープ１を収納してこれを冷却する冷却管７とを備える。
【００１６】
図２はファイバスコープを示す構成図、図３は耐圧ファイバスコープ１の構成を示す断面図である。図２に示すように、ファイバスコープ１０は、画像を伝送する石英系イメージファイバ１１と、石英系イメージファイバ１１の一端面に観察対象物の画像を結像させる対物レンズ１２と、石英系イメージファイバ１１の他端面側に設けられた接眼レンズ１３とを備える。対物レンズ１２および接眼レンズ１３は、単レンズを複数枚組み合わせた光学系により構成される。
【００１７】
耐圧ファイバスコープ１は、図３に示すように、例えばステンレスからなる円筒状の耐圧プローブ１４を備える。耐圧プローブ１４は、その外周に設けられたフランジ部１５を有する。
【００１８】
耐圧プローブ１４の内部には図２に示したファイバスコープ１０の対物レンズ１２側が挿入され、耐圧プローブ１４の先端に形成された開口には、サファイア等の透明硬質材料からなる耐圧窓１６がロウ付けにより固着されている。耐圧窓１６は、耐圧プローブ１４の開口を完全に覆って耐圧プローブ１４内を気密に保っている。
【００１９】
また、耐圧プローブ１４の後端側には、石英系イメージファイバ１１が挿通された状態で耐圧プローブ１４に挿入され、気密耐圧構造をとるダム部１７が設けられている。ダム部１７は耐圧窓１６の耐圧が破壊されたときのバックアップとして機能する。
【００２０】
また、耐圧プローブ１４の後端側には、例えばステンレスのフレキシブルチューブからなる外装管１８の先端が突き合わされて固定されている。外装管１８は内部の石英系イメージファイバ１１が外力を受けることを防止するものである。また、外装管１８の後端側には、接眼レンズ１３を保持する円筒状の接眼部１９が接続されている。
【００２１】
図４（ａ）は石英系イメージファイバ１１の構造を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す石英系イメージファイバ１１におけるコア配列を示す拡大図である。
【００２２】
石英系イメージファイバ１１は、図４（ａ）に示すように、石英ガラスからなるイメージサークル１１ａと、このイメージサークル１１ａの外周を覆うように設けられた石英ガラスジャケット１１ｂと、さらにこの石英ガラスジャケット１１ｂの外周を覆うように設けられた樹脂製のコーティング１１ｃとから構成されている。
【００２３】
イメージサークル１１ａは、図４（ｂ）に示すように、多数のコア１１ｄと、それらを囲む共通のクラッド１１ｅとからなる。この多数のコア１１ｄの１つずつが独立に光を伝送するので、これらのコア１１ｄの各々が石英系イメージファイバ１１の画素となる。
【００２４】
図５に石英系イメージファイバ１１の伝送特性を示す。図５に示すように石英系イメージファイバ１１は、可視領域から波長２μｍ程度の近赤外領域まで、良好な透過特性を有している。
【００２５】
波長フィルタ２は、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に透過させ、可視領域の光を反射する。図６は第１の実施の形態で用いる波長フィルタ２の波長特性を示す図であり、波長フィルタ２に対する入射角度が０°の場合と４５°の場合の波長特性を示している。図６に示すように波長フィルタ２は、およそ８００ｎｍ以上の波長の近赤外光を透過させる。
【００２６】
ＣＣＤカメラ３としては、近赤外領域に感度特性を有し、かつＳ／Ｎ比が５０ｄＢ以上の高ダイナミックレンジのものが用いられる。図７は第１の実施の形態で用いるＣＣＤカメラ３の波長感度特性を示す図であり、図７に示すようにＣＣＤカメラ３は、およそ８００ｎｍ以上の近赤外領域に感度特性を有する。
【００２７】
図８は冷却管７の構成を示す断面図である。冷却管７は２重管構造の中空円筒体であって、外壁板７１と内壁板７２との間に円筒状の仕切板７３が設けられている。この仕切板７３で区分された内側空間７４に、仕切板７３に設けられた注水口７５から冷却水が供給される。冷却水は内側空間７４を通って冷却管先端に達しそこで折り返して外側空間７６に入り、外側空間７６を通って外壁板７１に設けられた排水口７７から外部に排出される。この冷却水により冷却管７の内部が冷却される。
【００２８】
内壁板７２の内側の空間には耐圧ファイバスコープ１が挿入され、内壁板７２の後端側外周に設けられたフランジ部７８と耐圧ファイバスコープ１のフランジ部１５とを接続して固定している。
【００２９】
外壁板７１の外周にはフランジ部７９が設けられている。冷却管７はボイラー等の炉壁に設けられた貫通穴に挿入され、フランジ部７９により炉壁に固定される。
【００３０】
冷却管７の先端には開口部があり、その内側に設けられた壁に、耐圧ファイバスコープ１先端の耐圧窓１６に対向して、パイレックス（登録商標）ガラス、石英ガラス、サファイア等の透明硬質材料からなる窓８０が設置されている。
【００３１】
窓８０の周辺にはパージガス噴出孔８１が設けられている。観察対象である炉内の浮遊物が冷却管７の内部に侵入し、ファイバスコープ１０の視野部分に付着することを防ぐため、内壁板７２に設けられたパージガス流入口８２から内壁板７２の内側の空間にパージガスを供給し、パージガス噴出孔８１から炉内に噴出させる。
【００３２】
図１に示す温度計測装置は、ボイラー等の炉壁に設けられた貫通穴に挿入して設置される冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１を用いて、高温高圧環境下の炉内を２次元で温度計測する。
【００３３】
物体からの熱放射は、近赤外線の電磁波（光）として放出される。この物体から放射される輻射エネルギーのスペクトルは、図９に示すように、温度によりその形が決まるものである。したがって、近赤外領域において、特定波長の光強度を計測できれば、計測した光強度から観察対象物の温度を推定することができる。
【００３４】
図１に示す温度計測装置は、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により炉内の観察対象物の２次元画像を伝送する。石英系イメージファイバ１１は、図５に示したように、可視領域から波長２μｍ程度の近赤外領域まで、良好な透過特性を有している。
【００３５】
そして、波長フィルタ２により、石英系イメージファイバ１１で伝送された２次元画像から、およそ８００ｎｍ以上の近赤外光を選択的に透過させ、この波長フィルタ２を透過した画像をカメラレンズ３ａによりＣＣＤカメラ３に結像させる。
【００３６】
近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３は、波長フィルタ２を透過した画像を撮像して輝度信号を出力する。ＣＣＤカメラ３からの輝度信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５に入力される。
【００３７】
ここで、得られた近赤外光の強度（＝輝度値）を、観察対象物の輻射エネルギーとみなすと、ＣＣＤカメラ３からの輝度信号は輝度値に応じて温度へ換算することができる。画像処理部５は、予め設定した輝度−温度換算データを用いて輝度値を温度に変換する。
【００３８】
輝度−温度換算データを作成する手順について説明する。まず、図１に示す温度計測装置で放射率ε＝１．０の標準黒体を観察し、標準黒体に設定された複数点の温度に対してＣＣＤカメラ３の輝度を測定する。そして、得られたＣＣＤカメラ３の輝度値に対して、それぞれ標準黒体の温度を割り当てる。そして、複数点の測定結果をつなげて輝度値−温度の相関をとる。
【００３９】
このようにして得られた輝度−温度換算データの一例を図１０に示す。画像処理部５は、このような輝度−温度換算データを予め記憶しており、この輝度−温度換算データを用いて、観察対象物を撮像して得られたＣＣＤカメラ３の輝度値を温度に換算することができる。
【００４０】
ここで、輝度値と温度との相関は観察対象物の放射率によって異なるため、実際に得られた輝度値を温度に換算する際には、標準黒体を用いて作成した輝度−温度換算データをそのまま用いることはできない。そこで、観察対象物のなかで、少なくとも１点、温度が既知の部位があれば、その部位の換算温度を既知の温度値に合わせることで校正を行う。この際、図１０に示す輝度−温度換算データの曲線は、傾斜は変わらないため、全体を上下に移動して合わせ込みを行う。なお、温度が既知の部位の情報は、例えば観察対象物に設置された熱電対などの温度計測器から取得することができる。また、観察対象物の放射率が既知の場合は、その放射率を用いて輝度−温度換算の係数の補正を行い、温度を校正することができる。
【００４１】
そして、画像処理部５は、温度に変換された輝度値に合わせて、グレースケール表示あるいは擬似カラー表示するための２次元温度分布画像を生成し、これをモニタ６に表示させる。
【００４２】
第１の実施の形態に係る温度計測装置によりフレーム（炎）を観察して得られた２次元温度分布画像を図１１に示す。図１１は、得られた輝度値から温度に換算した結果を計測のフルスケール９２８℃〜２０８７℃の範囲で擬似カラー表示したものである。フレームの形状、温度分布に応じて２次元で温度計測表示ができていることがわかる。
【００４３】
このように第１の実施の形態に係る温度計測装置によれば、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元画像を、冷却管７に収納された耐圧ファイバスコープ１により伝送し、この伝送された２次元画像から波長フィルタ２により近赤外領域の光を選択的に取り出し、近赤外領域に感度を有するＣＣＤカメラ３で撮像して得られる輝度値を温度に変換することで、高温高圧環境下にある観察対象物の２次元の温度分布を計測し、２次元温度分布画像を表示することができる。
【００４４】
なお、上記第１の実施の形態では、耐圧構造を有する耐圧ファイバスコープ１と冷却管７とを組み合わせ、高温炉、高温高圧炉などの内部温度の計測を行う場合について説明したが、耐圧ファイバスコープ１や冷却管７を用いなくても、ファイバスコープ１０を用いて上記説明と同様の処理を行うことで、赤外線カメラ（サーモビュア）を使用することができない狭窄部、放射線環境下、電磁波環境下等で温度計測を行うことができる。
【００４５】
また、図３に示した耐圧ファイバスコープ１のファイバスコープ１０を、図１２に示したボアスコープ２０に置き換えて耐圧ボアスコープを構成し、この耐圧ボアスコープを、図１に示す温度計測装置の耐圧ファイバスコープ１と置き換えてもよい。
【００４６】
図１２に示すようにボアスコープ２０は、金属管からなる本体２１の先端側に対物レンズ２２、他端側に接眼レンズ２３を備え、本体２１内にレンズ２４を所定間隔で共軸に配列したレンズ系２５を備える。このようなボアスコープ２０によっても、ファイバスコープ１０と同様に、近赤外領域の光を含む２次元画像を伝送することができる。
【００４７】
また、ＣＣＤカメラ３の替わりに、撮像部にビジコン（Vidicon）を用い、２μｍを超える波長感度を有する近赤外用カメラを用いてもよい。このようなカメラは、撮像部が撮像管タイプであるために感度のダイナミックレンジが狭く、このため温度計測の対象範囲が狭くなる。しかし、図９から分かるように、長い波長の光を用いたほうが低温域まで計測できるため、低温域の温度計測を行う場合には適している。
【００４８】
また、波長フィルタ２として、図６に示したような所定波長以上の光を透過させる特性を有するフィルタを用いる替わりに、図１３，１４に示すような、所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタを用いてもよい。図１３は、９００ｎｍを中心波長とし、波長約８８０〜９２０ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタの特性を示し、図１４は、９５０ｎｍを中心波長とし、波長約９３０〜９７０ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタの特性を示している。
【００４９】
第１の実施の形態に係る温度計測装置で温度計測に用いる近赤外光としては、波長が長く、かつ波長幅が狭いほうが波長対温度の対応がより正確になるため、図１３，１４に示すような特性を有するバンドパスフィルタを用いることにより、精度良く温度を計測することができる。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図１５は本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。なお、図１５に示す第２の実施の形態に係る温度計測装置の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る温度計測装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
図１５に示すように本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置は、図１に示す第１の実施の形態の温度計測装置に対し、耐圧ファイバスコープ１と波長フィルタ２との間に挿入され、耐圧ファイバスコープ１の伝送光が略４５°の入射になるように配置された波長フィルタ８と、可視光を撮像して画像信号をＡ／Ｄ変換部４に出力する可視画像用のＣＣＤカメラ９とを追加した構成である。
【００５２】
波長フィルタ８は、波長フィルタ２と同様の波長特性を有しており、耐圧ファイバスコープ１の石英系イメージファイバ１１により伝送された２次元画像から所定波長以上の近赤外領域の光を選択的に透過させる。また、波長フィルタ８は、耐圧ファイバスコープ１からの可視領域の光を反射してその光軸を９０°折り曲げ、ＣＣＤカメラ９のカメラレンズ９ａに入射させる。
【００５３】
図６に示すように、入射角度が４５°の場合には、入射角度が０°の場合よりもやや短い波長の光が透過するため、波長フィルタ８の後段の波長フィルタ２により、所定波長以上の近赤外領域の光をＣＣＤカメラ３のカメラレンズ３ａに入射させる。
【００５４】
ＣＣＤカメラ３により近赤外光を撮像して得られる輝度値を用いて温度に換算し、２次元温度分布画像を表示する動作は第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
波長フィルタ８で反射された可視光は、カメラレンズ９ａによりＣＣＤカメラ９に結像される。ＣＣＤカメラ９は、波長フィルタ８で反射された可視光を撮像して画像信号を出力する。ＣＣＤカメラ９からの画像信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５によりモニタ６に表示される。
【００５６】
なお、表示形式としては、２次元温度分布画像と可視画像の両方を同時にモニタ６に表示するようにしてもよいし、２次元温度分布画像と可視画像とを切り替えて一方を表示するようにしてもよい。
【００５７】
第２の実施の形態によれば、温度計測用のＣＣＤカメラ３に加えて可視画像用のＣＣＤカメラ９を用いることで、１本の耐圧ファイバスコープ１により可視画像監視と２次元温度分布監視の両方を行うことができる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
図１６は本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。なお、図１６に示す第３の実施の形態に係る温度計測装置の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る温度計測装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
図１６に示すように本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置は、図１に示す第１の実施の形態の温度計測装置に対し、波長フィルタ２を省略し、バンドパスフィルタ３１と、画像処理部５からの制御信号によりバンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行うフィルタ駆動ユニット３２とを追加した構成である。
【００６０】
バンドパスフィルタ３１は、図１３，１４に示したような特性を有し、フィルタ駆動ユニット３２により耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間の所定位置への挿入と離脱とを切り替え可能とする機構を用いて設置される。バンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行う機構としては、ソレノイドによりバンドパスフィルタ３１を前後に移動させる機構や、回転盤にバンドパスフィルタ３１を装着して定速で回転させる機構などが用いられる。
【００６１】
バンドパスフィルタ３１が耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間の所定位置に挿入されているときは、バンドパスフィルタ３１を透過した所定波長領域の近赤外光がＣＣＤカメラ３に取り込まれる。ＣＣＤカメラ３により近赤外光を撮像して得られる輝度値を用いて温度に換算し、２次元温度分布画像を表示する動作は第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
バンドパスフィルタ３１が耐圧ファイバスコープ１とＣＣＤカメラ３との間に挿入されていないときは、耐圧ファイバスコープ１により伝送された観察対象物の可視画像がカメラレンズ３ａによりＣＣＤカメラ３に結像される。ＣＣＤカメラ３は観察対象物の可視画像を撮像して画像信号を出力し、ＣＣＤカメラ３からの画像信号はＡ／Ｄ変換部４によりＡ／Ｄ変換された後、画像処理部５によりモニタ６に表示される。
【００６３】
第３の実施の形態によれば、バンドパスフィルタ３１の着脱切り替えを行うことで、１台のＣＣＤカメラ３により、バンドパスフィルタ３１が挿入されているときは２次元温度分布監視を行い、バンドパスフィルタ３１が挿入されていないときは可視画像監視を行うことができる。また、任意にバンドパスフィルタ３１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えて可視画像監視と２次元温度分布監視の両方を行うことも可能である。
【００６４】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【図２】ファイバスコープを示す構成図である。
【図３】図１に示す温度計測装置における耐圧ファイバスコープの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は石英系イメージファイバの構造を示す断面図、（ｂ）は石英系イメージファイバにおけるコア配列を示す拡大図である。
【図５】石英系イメージファイバの伝送特性を示す図である。
【図６】図１に示す温度計測装置における波長フィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図７】図１に示す温度計測装置におけるＣＣＤカメラの波長感度特性を示す図である。
【図８】図１に示す温度計測装置における冷却管の構成を示す断面図である。
【図９】温度に対する輻射エネルギーのスペクトルを示す図である。
【図１０】輝度−温度換算データの一例を示す図である。
【図１１】図１に示す温度計測装置によりフレーム（炎）を観察して得られた２次元温度分布画像を示す図である。
【図１２】ボアスコープを示す構成図である。
【図１３】バンドパスフィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図１４】バンドパスフィルタの波長特性の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る温度計測装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 耐圧ファイバスコープ
２，８ 波長フィルタ
３，９ ＣＣＤカメラ
４ Ａ／Ｄ変換部
５ 画像処理部
６ モニタ
７ 冷却管
１０ ファイバスコープ
１１ 石英系イメージファイバ
２０ ボアスコープ
３１ バンドパスフィルタ
３２ フィルタ駆動ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち可視領域の光を反射し、所定波長以上の近赤外光を透過させる波長フィルタと、
この波長フィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、
この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記波長フィルタで反射された前記可視領域の光を撮像する可視画像撮像手段をさらに備え、
前記画像処理手段は、前記可視画像撮像手段で撮像された可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、
この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項４】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像が入射される所定位置へ着脱可能に挿入され、前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタの前記所定位置への着脱の切り替えを行うフィルタ駆動手段と、
前記バンドパスフィルタが前記所定位置に挿入されているときに前記バンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成するとともに、前記バンドパスフィルタが前記所定位置から離脱しているときに前記画像伝送手段により伝送された前記２次元画像を撮像して可視画像信号を生成する撮像手段と、
前記撮像手段で前記近赤外光を撮像して生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成し、前記撮像手段で前記２次元画像を撮像して生成された前記可視画像信号を画像化した可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を出力する画像処理手段と、
この画像処理手段からの前記可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項５】
前記画像伝送手段は、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記画像伝送手段は、耐圧構造を有し、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有する耐圧ファイバスコープからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項７】
前記画像伝送手段は、耐圧構造を有する耐圧ボアスコープからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項８】
前記画像伝送手段を収納して前記画像伝送手段を冷却する冷却管をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の温度計測装置。
【請求項１】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち可視領域の光を反射し、所定波長以上の近赤外光を透過させる波長フィルタと、
この波長フィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、
この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項２】
前記波長フィルタで反射された前記可視領域の光を撮像する可視画像撮像手段をさらに備え、
前記画像処理手段は、前記可視画像撮像手段で撮像された可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
【請求項３】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成する撮像手段と、
この撮像手段で生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成する画像処理手段と、
この画像処理手段で生成された前記温度分布表示画像を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項４】
観察対象物の２次元画像を伝送する画像伝送手段と、
この画像伝送手段により伝送された前記２次元画像が入射される所定位置へ着脱可能に挿入され、前記２次元画像のうち所定波長領域の近赤外光を透過させるバンドパスフィルタと、
このバンドパスフィルタの前記所定位置への着脱の切り替えを行うフィルタ駆動手段と、
前記バンドパスフィルタが前記所定位置に挿入されているときに前記バンドパスフィルタを透過した前記近赤外光を撮像して輝度信号を生成するとともに、前記バンドパスフィルタが前記所定位置から離脱しているときに前記画像伝送手段により伝送された前記２次元画像を撮像して可視画像信号を生成する撮像手段と、
前記撮像手段で前記近赤外光を撮像して生成された前記輝度信号により得られる輝度値を、予め設定した換算データを用いて温度に変換するとともに、変換により得られた温度に基づいて前記観察対象物の２次元温度分布を表示するための温度分布表示画像を生成し、前記撮像手段で前記２次元画像を撮像して生成された前記可視画像信号を画像化した可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を出力する画像処理手段と、
この画像処理手段からの前記可視画像または前記温度分布表示画像の少なくともいずれか一方を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする温度計測装置。
【請求項５】
前記画像伝送手段は、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項６】
前記画像伝送手段は、耐圧構造を有し、画像伝送媒体として石英系イメージファイバを有する耐圧ファイバスコープからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項７】
前記画像伝送手段は、耐圧構造を有する耐圧ボアスコープからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の温度計測装置。
【請求項８】
前記画像伝送手段を収納して前記画像伝送手段を冷却する冷却管をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の温度計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４９５３５（Ｐ２００８−２４９５３５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９２１５１（Ｐ２００７−９２１５１）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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