(57)【要約】【課題】炉壁が輻射光で発光している場合であっても、コントラストが高く、且つ、レーザー光の反射光の画像情報だけでなく、輻射光の一部の画像情報も合わせた画像を取得することができるとともに、炉壁の凹凸や亀裂の影を判別し易くすることができる炉内観察装置を提供する。【解決手段】輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置２１であって、レーザ光を炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置１００と、炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置２００と、を備える。受光装置２００は、レーザ光、および、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタ１５と、光学フィルタ１５を通過した反射レーザ光を含む光に基づいて炉壁面の画像を生成する画像生成装置８と、を備える。【選択図】図１
2010133950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、
レーザ光を前記炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置と、前記炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置と、を備え、
前記受光装置は、
前記レーザ光、および、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタと、
該光学フィルタを通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備える、ことを特徴とする炉内観察装置。
【請求項２】
前記レーザ光の波長は、３原色のうち緑色に対応する波長領域に含まれる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察装置。
【請求項３】
前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、赤色の光の前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の炉内観察装置。
【請求項４】
前記所定波長域は、前記輻射光の波長のうち輻射光強度がピークとなる波長と異なっている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炉内観察装置。
【請求項５】
前記画像生成装置は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の前記所定波長域の光の強度との差を低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部を備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炉内観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輻射光で発光している熱風炉等の炉内を観察する炉内観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鉄用高炉に高温の熱風を供給する熱風炉は、地上より約５０ｍの高さと１０ｍ以上の内径を有し、内壁温度は運転時で約１６００℃、休風時で約１４００℃にも達する。また、かかる熱風炉は、大型設備であるため建設期間が約３年と長く、しかも完成後は約２０年という長期に渡って連続運転される。したがって、１基でも使用不能な状況となれば、長期間の操業停止を余儀なくされるため、定期的に炉内診断するメンテナンスが重要となる。その１つの手段として、炉壁の損傷状況を監視することが古くから行われている。
【０００３】
炉内観察方法には、赤外線等のレーザ光を壁面に照射して距離を測定することにより損傷の程度を計測する方法や、ＣＣＤカメラ等により炉壁を撮像して画像処理等を施すことにより損傷の程度を計測する方法等が既に存在している。例えば、特許文献１に記載の炉壁観察装置は、炉壁に光を照射する照明装置と、該光を照射した炉壁を撮像するＣＣＤカメラと、を有する。そして、照明装置とＣＣＤカメラとは１つの筐体内に収容されており、該筐体に形成された撮像用の観察窓から照明装置の光を照射している。
【０００４】
なお、本願の他の先行技術文献として、下記の特許文献２、３がある。
特許文献２では、炉内の炉壁にレーザー・スリット光を投射し、炉壁表面を、レーザー・スリット光の反射光だけを通過させるフィルターを介して撮影して得られた撮像と、当該フィルターを介さないで撮影して得られた撮像とを合成し、合成画像上のレーザー・スリット線の歪みと基準となる寸法とを比較して、対象物表面の凹凸程度を求めている。
特許文献３では、炉内の炉壁にパルスレーザー光を照射し、炉壁表面からのパルスレーザー光の反射光を、当該反射光の波長のみを透過する光学フィルターを通すと共に、照射時間に同期して開く高速シャッターを通して撮影することで、レーザー光の照射エネルギーを抑えると共に、輻射光のノイズを低減して、炉壁の状態を比較的広範囲な画像として得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４６１６４号公報
【特許文献２】特開２００２−９０１２４号公報
【特許文献３】特開２００８−１５７５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された炉壁観察装置では、上述した熱風炉のように、炉内が高温に曝され炉壁が輻射光で発光しているような場合、輻射光の明るさが強くてコントラストの低い画像しか得られないという問題や、窪みや亀裂等の影が写り難い、散乱光の影響を受け易い等の問題があった。
また、特許文献２に記載された炉壁観察装置では、炉壁の情報はスリットの情報でしか得ることはできず、炉壁の亀裂や窪み等の全体が判る広範囲の画像は得ることができない。また、フィルターを介さない輻射光の情報は、炉壁温度が１１００℃以上となると実際には輻射光のノイズが大き過ぎて炉壁の情報は鮮明には得ることができず、炉壁の亀裂等の情報は得ることができない。そのため、基準となる耐火物の目地の幅も判らず、合成画像から凹凸のサイズを求めることも難しかった。
また、特許文献３に記載された炉壁観察装置では、炉壁の情報はパルスレーザー光の比較的広範囲な反射光によって得られるため、１１００℃以上の高温であっても、輻射光よりも大きなエネルギー密度を有するパルスレーザー光を照射することで炉壁の凹凸や亀裂の影を得ることはできたが、コントラストがあまり高くなく、また、画像情報としてはレーザー光の情報だけしか得られないため、得られた画像から炉壁の凹凸や亀裂を判別し難いことがあった。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、炉壁が輻射光で発光している場合であっても、コントラストが高く、且つ、レーザー光の反射光の画像情報だけでなく、輻射光の一部の画像情報も合わせた画像を取得することができるとともに、炉壁の凹凸や亀裂の影を判別し易くすることができる炉内観察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】
【０００８】
輻射光や散乱光の影響を抑制するために、特許文献３にも記載されているような、照射レーザ光の波長のみを透過する光学フィルタを用いることが考えられる。しかし、それでも、十分にコントラストが高く、かつ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得することが困難であった。ところが、本願の発明者は、照射レーザ光の波長だけでなく、３原色のうち赤色に波長領域の光も透過させる光学フィルタを用いることで、十分にコントラストが高く、かつ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できることを見出した（このような知見は、上述の特許文献１〜３には開示されていない）。
【０００９】
即ち、上記目的を達成するため、本発明によると、輻射光で発光している炉内を観察する炉内観察装置であって、
レーザ光を前記炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置と、前記炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置と、を備え、
前記受光装置は、
前記レーザ光、および、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタと、
該光学フィルタを通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備える、ことを特徴とする炉内観察装置が提供される。
【００１０】
上記本発明では、前記受光装置は、前記レーザ光の波長および３原色のうち赤色の波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタと、該光学フィルタを通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備えるので、上述のように、照射レーザ光の画像情報だけでなく、３原色のうち赤色（輻射光）の波長領域の光の画像情報も用いて画像を生成することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、前記レーザ光の波長は、３原色のうち緑色に対応する波長領域に含まれる。
【００１２】
このように、前記レーザ光の波長は、原色のうち緑色の光波長領域に含まれるので、レーザー照射装置として一般的なＹＡＧレーザーを使用することができると共に、緑色の反射レーザ光の成分と赤色輻射光の成分とを捕らえることができ、これにより、より一層十分にコントラストが高く、かつ、情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００１３】
前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、赤色の光の前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる。
【００１４】
このように、前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、赤色の光の前記所定波長域の光のみを選択的に透過させるので、散乱光などの他の影響を抑制しつつ、レーザ光と必要な量だけの赤色輻射光を利用することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、レーザー光の反射光の波長付近の画像情報も合せて得られるため、更に情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００１５】
前記所定波長域は、前記輻射光の波長のうち輻射光強度がピークとなる波長と異なっている。
【００１６】
このように、前記所定波長域は、前記輻射光の波長のうち輻射光強度がピークとなる波長と異なっているので、利用する前記輻射光量を適切に抑えることができ、よりノイズの少ない画像情報を得ることができる。
【００１７】
前記画像生成装置は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の前記所定波長域の光の強度との差を低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部を備える。
【００１８】
このように、前記画像生成装置は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の波長領域の光の強度との差を低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部を備えるので、輻射光の影響を抑えつつ、輻射光も利用して画像を生成することが可能になる。これにより、十分にコントラストが高く、かつ、ノイズをより抑えながら情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明の炉内観察装置によれば、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る炉内観察装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る炉内観察装置の作用を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学フィルタの特性例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光学フィルタの別の特性例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態による効果を示す画像であり、（Ａ）は比較例であり、（Ｂ）は、本発明の実施形態の場合である。
【図６】本発明の実施形態による効果を示す別の画像であり、（Ａ）は比較例であり、（Ｂ）は、本発明の実施形態の場合である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、炉内の温度が１２００℃、１３００℃、１４００℃である場合の、シャッタースピードと画像生成装置８による受光強度との関係を示すグラフである。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、炉内の温度が１２００℃、１３００℃、１４００℃である場合の、シャッタースピードと、受光に基づいて画像生成装置が生成する画像の三原色（ＲＧＢ）の各々の輝度との関係を示すグラフである。
【図９】撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る炉内観察装置の第二実施例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図１、図２を用いて説明する。ここで、図１、図２は、本発明に係る炉内観察装置を示す構成図である。
【００２２】
本実施形態による輻射光Ｈで発光している炉内を観察する炉内観察装置は、レーザ光を前記炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置１００と、前記炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置２００と、を備える。なお、本実施形態では、前記炉壁面は、１１００℃以上の高温となっている。
【００２３】
前記受光装置２００は、前記レーザ光の波長および３原色のうち赤色の光の波長領域内の所定波長域とを透過させる光学フィルタ１５と、該光学フィルタ１５を通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置８と、を備える。
【００２４】
前記レーザ光の波長は、３原色のうち緑色の光の波長領域に含まれる。本願において、３原色のうち、緑色の光の波長領域は４９５〜５７０ｎｍであり、赤色の光の波長領域は、５７０ｎｍ超（例えば、５７５ｎｍ以上）であって８３０ｎｍ以下である。  
【００２５】
本実施形態では、好ましくは、前記レーザ光の波長は、５３２ｎｍである。例えば、ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を前記レーザ光とすることができる。使用可能な光学フィルタ１５の特性例を図３、図４に示す。図３、図４の例に示すように、前記光学フィルタ１５は、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、赤色の光の前記波長領域のうちの前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる。当該所定波長域は、赤色波長領域内であればどこでも構わないが、６００〜８００ｎｍ域や８００ｎｍ域等、レーザー光の波長域とは離れた赤色波長域を含むことが、より鮮明な画像情報を得るためには好ましい。また、市販されている光学フィルタを使用するのが簡便である。
なお、図３は、離散する複数（２つ）の波長域の光を透過させる光学フィルタ１５の特性例を示し、図４は、連続する透過波長領域を持つ光学フィルタ１５の特性例を示す。このような図３、図４の光学フィルタの特性を得るために、複数の光学フィルタを組み合わせて光学フィルタ１５を構成してよい。また、図３、図４の例では、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域を透過させているが、前記レーザ光の波長（例えば、５３２ｎｍ）と前記所定波長域の光（例えば、８００ｎｍ）のみを選択的に透過させる光学フィルタ１５を使用してもよい。なお、光学フィルタ１５は、前記炉壁面からの輻射光については、当該輻射光のうち一部のみを透過させる。より好ましくは、光学フィルタ１５は、前記炉壁面からの輻射光に含まれる赤色光の波長領域の輻射光のうち、当該波長領域の一部の波長領域の輻射光のみを透過させ、ノイズの影響を抑制させる。また、前記レーザ光の波長および当該波長付近の波長域と前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる光学フィルタ、または、前記レーザ光の波長と前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる光学フィルタであれば、図３、図４以外の特性を有するフィルタであっても本実施形態の光学フィルタ１５として使用できる。
【００２６】
前記画像生成装置８は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の前記所定波長域の光の強度との差を自動的に低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部２０１を備える。強度補正部２０１は、前記レーザ光（５３２ｎｍの光）の強度と、前記所定波長域内の光の合計強度との差を低減する補正を行う。例えば、前記レーザ光（５３２ｎｍの光）の強度と、前記所定波長域内の光の合計強度とが一致するように、前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する。このように補正されたデータに基づいて、画像生成装置８は炉壁面の画像を生成する。
【００２７】
上述の実施形態では、前記受光装置２００は、前記レーザ光の波長および３原色のうち赤色の波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタ１５と、該光学フィルタ１５を通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置８と、を備えるので、上述のように、照射レーザ光の波長だけでなく、３原色のうち赤色に波長領域の光も用いて画像を生成することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００２８】
また、前記レーザ光の波長は、原色のうち緑色の光の波長領域に含まれるので、レーザー照射装置として一般的なＹＡＧレーザーを使用することができると共に、緑色の反射レーザ光の成分と赤色輻射光の成分とを捕らえることができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００２９】
さらに、前記光学フィルタ１５は、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、前記所定波長域の赤色輻射光のみを選択的に透過させるので、散乱光などの他の影響を抑制しつつ、レーザ光と必要な量だけの赤色輻射光を利用することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、レーザー光の反射光の波長付近の画像情報も合せて得られるため、更に情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００３０】
本実施形態の作用効果を、言い換えると次の通りである。反射レーザ光のエネルギーが高いため、後述の図８のように、反射レーザ光に相当するＧ輝度が高くなって、炉壁面から放射されるＧ波長領域の輻射は反射レーザ光により隠されてしまう傾向がある。一方、画像情報として取得するＢ波長領域の輝度（Ｂ輝度）は、後述の図８のように、ＲやＧに比べて低いため、情報として弱い（不十分である）。これに対し、Ｒ波長域の輻射光の画像情報は、後述の図８のように、最も情報として優れている。そこで、反射レーザ光のＧ輝度の画像情報（すなわち、炉壁面における影の情報）を、炉壁面から放射されるＲ波長領域の輻射によるＲ輝度の画像情報と合成することで、反射レーザ光による画像情報だけの場合と比較して、炉壁面をより詳細に観察できる画像が得られる。
【００３１】
また、前記画像生成装置８は、前記レーザ光の強度と、前記所定波長域の赤色輻射光の強度との差を低減するように前記光学フィルタ１５を通過した光の強度を補正する強度補正部２０１を備えるので、輻射光の影響を抑えつつ、輻射光も適切に利用して画像を生成することが可能になる。これにより、十分にコントラストが高く、かつ、よりノイズの少ない画像情報を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【００３２】
図５、図６は、本実施形態による効果を示す画像である。図５、図６において、（Ａ）は反射レーザ光のみを利用して生成した炉壁面の画像であり、（Ｂ）は本実施形態により、反射レーザ光、および前記所定波長域の赤色光から生成した炉壁面の画像である。これら図に示すように、本実施形態では、反射レーザ光のみを利用する場合と比較して、十分にコントラストが高く、かつ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像が取得される。
【００３３】
以下、本実施形態が適用可能な炉内観察装置の全体構成例を説明する。図１、図２に示すように、レーザ照射装置１００は、レーザ光Ｌを前記炉内の炉壁面に照射する照射するレーザ発振装置１と、レーザ光Ｌの照射範囲を調整可能な投光レンズ２と、レーザ光Ｌを反射させて所望の観察部分を照らす投光ミラー３とからなる。なお、図１、図２のように、投光ミラー３からのレーザ光Ｌを透過させる第一覗き窓４が設けられ、観察部分からの反射光Ｒを透過させる第二覗き窓５が設けられる。受光装置２００は、第二覗き窓５を透過した反射光Ｒを反射させる受光ミラー６と、受光ミラー６からの反射光Ｒを上述の光学フィルタ１５を介して受け反射光Ｒを集光させるとともに撮像範囲を調整可能な受光レンズ７と、受光レンズ７により集光された反射光Ｒを受光して画像を生成する上述の画像生成装置８を備える。また、炉内観察装置は、投光ミラー３を駆動させる投光用モータ９と、受光ミラー６を駆動させる受光用モータ１０と、投光用モータ９及び受光用モータ１０の駆動を制御する制御手段１１と、を有し、投光レンズ２及び受光レンズ７は、レーザ光Ｌの照射範囲と画像生成装置８の撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整されており、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。
【００３４】
前記レーザ発振装置１は、炉内の観察部分を照らすための照明（レーザ光Ｌ）を照射する装置である。なお、高炉用熱風炉では、輻射光Ｈは赤外域の２〜３μｍにピーク波長を有する光である。この場合、レーザ発振装置１には、例えば、１．０６μｍ又は０．５３μｍ（第２高調波）の波長のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置が採用される。勿論、レーザ発振装置１は、輻射光Ｈのピーク波長（２〜３μｍ）から十分離れた波長であり、好ましくは、３原色のうちの緑色の光の波長域（例えば５００〜５６５ｎｍ）内の波長（例えば、５３２ｎｍ）のレーザ光Ｌを照射できるものである。また、輻射光Ｈに抗して観察部分を照らし出すために、広がり角は極力小さくするように調整するのが好ましい。なお、レーザ発振装置１には、結晶や素子を励起させるエネルギーを付与する電源１２が接続されている。レーザ発振装置１からのレーザ光は、パルス光であっても、連続光であってもよい。
【００３５】
前記投光レンズ２は、レーザ光Ｌの照射範囲を調整する機器である。投光レンズ２には、例えば、共焦点レンズ式のものを使用することが好ましいが、単焦点レンズ式のものを使用してもよい。投光レンズ２は、レーザ発振装置１から照射された極細（直径１ｍｍ程度）のレーザ光Ｌを観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の照射範囲を形成するように調整される。なお、レーザ光Ｌの直進性から広がり角が十分に小さく、レーザ発振装置１のみで照射範囲を調整することができる場合や所望の照射範囲を確保できる場合には、投光レンズ２を省略してもよい。また、図１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを直に接続するようにしているが、光ファイバ等の伝送管を用いて接続するようにしてもよい。伝送管を用いることにより、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを離して配置することができ、レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００３６】
前記投光ミラー３は、レーザ発振装置１から照射されたレーザ光Ｌを反射して所望の観察部分を照らす機器である。図１に示した投光ミラー３には、投光用モータ９が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に投光用ミラー３の角度を変化させる第二投光用モータを接続してもよい。なお、投光レンズ２と投光ミラー３との間（投光ミラー３の上流側）に、光学フィルタ１３を配置してもよい。光学フィルタ１３は、レーザ光Ｌの波長のみを通し、それ以外の波長をカットする。光学フィルタ１３には、例えば、干渉フィルタが使用される。また、光学フィルタ１３は、投光ミラー３と第一覗き窓４の間（投光ミラー３の下流側）に配置してもよい。
【００３７】
前記第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の内部（特に炉壁）を観察するための覗き窓である。第一覗き窓４及び第二覗き窓５は、炉の一部又は炉内に挿入される部品に形成されている。また、炉内は高温状態であるため、第一覗き窓４及び第二覗き窓５は耐熱ガラスにより構成される。図１の例のように、投光系と受光系とで異なる覗き窓（第一覗き窓４及び第二覗き窓５）を使用するのが好ましいが、投光系と受光系とで同一の覗き窓を使用してもよい。異なる覗き窓により、投光系と受光系の光軸をずらすことができ、観察部分に対して斜めにレーザ光Ｌを照射することができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を大きく映し出すことができ、その影の部分を画像として撮像することができる。
【００３８】
また、第一覗き窓４及び第二覗き窓５の外側に耐熱シャッター１４を配置するようにしてもよい。耐熱シャッター１４は、機械的に光を遮蔽するシャッターで、たとえば穴の開いた羽根車が回転するものである。図１の例では、レーザ光Ｌを通過させる切欠孔を有する耐熱円板１４ｄと、耐熱円板１４ｄを回転駆動させるモータ１４ｍとから構成される。したがって、モータ１４ｍで耐熱円板１４ｄを回転させると、切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５の位置に移動してきたときのみレーザ光Ｌを照射することができ、それ以外のときは第一覗き窓４及び第二覗き窓５を閉鎖した状態を維持することができる。したがって、レーザ光Ｌの照射が不要なタイミングにおける輻射光Ｈの機器への進入を防止することができ、機器類を熱から保護することができる。なお、モータ１４ｍの回転速度は、後述する制御手段１１により、レーザ光Ｌの照射と切欠孔が第一覗き窓４及び第二覗き窓５を通過するタイミングが同期するように制御される。耐熱シャッター１４の切欠孔から次の切欠孔までの時間間隔は、機器類を熱から保護するために必要な時間間隔になるように、耐熱円板１４ｄの回転速度、切欠孔の幅、及び、切欠孔の周方向間隔を適宜設定すればよい。
【００３９】
次に、受光量の制御のために、高速シャッター１６または耐熱シャッター１４を配置することができる。以下において単にシャッタースピードと言うときには、シャッタースピードとは、高速シャッター１６または耐熱シャッター１４のシャッタースピードを意味するが、高速シャッター１６と耐熱シャッター１４の両方を用いる場合は、高速シャッター１６および耐熱シャッター１４のシャッタースピードのうち早いほうのシャッタースピードを意味する。
シャッタースピード（シャッター開の時の１回当たりの開時間）は、好ましくは、受光に基づいて画像生成装置８が生成する画像の三原色（ＲＧＢ）の各々の輝度が飽和せず、かつ、当該画像の三原色の各々が、当該画像を鮮明にするために必要な所定の輝度（例えば、画像構成上の輝度範囲０〜２５５としたときに２００）以上となるように設定される。
【００４０】
シャッタースピードの設定例について説明する。ここでは、炉内の温度が１２００℃、１３００℃、１４００℃において、最適なシャッタースピードを計算した。
計算の前提条件として、炉内観察装置２１の数値（ＣＣＤカメラ８、レンズ７、光学フィルタ１５、レーザなど）を用いた。また炉壁面の反射率、放射率等は経験値を用いた。レーザ光の照射面積は１．２２３ｍ２であり、カメラ８の視野範囲は０．９４９ｍ２であるとした。また、レーザー光の発光時間は、ナノ秒〜数十ナノ秒オーダーと、シャッタースピードに較べて極めて短いため、レーザ光の受光強度は、シャッタースピードに影響されずに一定となる。輻射光は連続光であるため、ＣＣＤカメラ（画像生成装置）８が受光する輻射光の受光強度は、シャッタースピードに比例する。
【００４１】
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、炉内の温度が１２００℃、１３００℃、１４００℃である場合の、シャッタースピードと画像生成装置８による受光強度との関係を示すグラフである。なお、図７において、符号Ａは、炉壁面からの輻射光の受光強度を示し、符号Ｂは、レーザ発振装置１による炉壁面からの反射レーザ光の受光強度を示す。輻射光の受光強度は、ＲＧＢ全ての波長領域を受光した強度であり、反射レーザー光の受光強度は、照射レーザー光として、ＹＡＧレーザー第２高調波、５３２ｎｍ波長のパルスレーザー光を用い、炉内耐火物表面のエネルギー密度が０．５Ｗ／ｍ２となる強度（３０パルス／秒、発光時間１０ナノ秒）で照射して受光した強度である。
図７は、シャッタースピードを決める一般的な考え方を示すものであり、反射レーザー光の受光強度が、輻射光の受光強度よりも大きくなるように、シャッタースピードを短くするという考え方である。これにより、反射レーザー光の受光強度を輻射光（輝度が飽和してノイズとなる輻射光）よりも大きくすることができ、反射レーザー光による炉内の画像情報を得ることができる。すなわち、図７においては、シャッタースピードを、炉内温度が１２００℃では０．０００６秒以下、炉内温度が１３００℃では０．０００２秒以下、炉内温度が１４００℃では０．０００１秒以下とすることで、反射レーザー光による炉内の画像情報を得ることができる。
【００４２】
次に、本発明において、光学フィルタを用いて、レーザ光、および、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を透過させた光に基づいて画像を生成することが有効な理由と好ましいシャッタースピードについて説明する。
図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ、炉内の温度が１２００℃、１３００℃、１４００℃である場合の、シャッタースピードと、受光に基づいて画像生成装置８が生成する画像の三原色（ＲＧＢ）の各々の輝度との関係を示すグラフである。レーザー光としては、ＹＡＧレーザー第２高調波、５３２ｎｍ波長のパルスレーザー光を用い、炉内耐火物表面のエネルギー密度が０．５Ｗ／ｍ２となる強度（３０パルス／秒、発光時間１０ナノ秒）で照射した。図中のＧ輝度、Ｒ輝度、Ｂ輝度は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの波長領域のみ透過させる光学フィルタを用いて受光した際の輝度を示すものである（試験ではＲＧＢの受光素子それぞれにおいて対応する上記の光学フィルタを使用し、ＲＧＢそれぞれの輝度を求めた）。
画像生成装置８では、レーザ発振装置１による炉壁面からの反射レーザ光と炉壁面からの輻射光とを区別なく受光するため、当該反射レーザ光と当該輻射光を足し、画像生成装置８の感度特性を考慮して、画像生成装置（カメラ）８に映る三原色（ＲＧＢ）の輝度（０〜２５５）を算出した。従って、Ｇ輝度は、Ｇ波長領域となる反射レーザー光とＧ波長領域の輻射光とが合成されて決まる。また、Ｒ輝度は、Ｒ波長領域の輻射光によって決定され、Ｂ輝度は、Ｂ波長領域の輻射光によって決定される。
【００４３】
炉内の温度が１２００℃の場合には、図８（Ａ）に示すように、シャッタースピードが０．０００３６秒以上になると、Ｇ輝度が２５５以上になり、飽和して、適切でない。また、鮮明に見るためにはある程度の明るさが必要であり、ここでＧの輝度が２００以上必要と規定すると、０．０００１５秒以上シャッターは開いている必要がある。そこで、この場合には、最適なシャッタースピードは、０．０００１５〜０．０００３６秒（１／４０００秒など）である。
【００４４】
炉内の温度が１３００℃の場合には、図８（Ｂ）に示すように、シャッタースピードが０．０００１２秒以上になると、Ｇ輝度が２５５以上になり、飽和して、適切でない。また、鮮明に見るためにはある程度の明るさが必要であり、ここでＧの輝度が２００以上必要と規定すると、０．００００５秒以上シャッターは開いている必要がある。そこで、この場合には、最適なシャッタースピードは、０．００００５〜０．０００１２秒（１／１００００秒など）である。
【００４５】
炉内の温度が１４００℃の場合には、図８（Ｃ）に示すように、シャッタースピードが０．００００５秒以上になると、Ｇ輝度が２５５以上になり、飽和して、適切でない。また、鮮明に見るためにはある程度の明るさが必要であり、ここでＧの輝度が２００以上必要と規定すると、０．００００２秒以上シャッターは開いている必要がある。そこで、この場合には、最適なシャッタースピードは、０．００００２〜０．００００５秒（１／４００００秒など）である。
また、反射レーザー光の画像情報だけでは、コントラストが低く、また、情報としても限られている面があるため、本発明においては、更に、輻射光のうち、赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を透過させた光も、合せて受光する。図８から判るように、１２００〜１４００℃のいずれの炉内温度においても、Ｒ輝度はＢ輝度を大きく上回っており、且つ、Ｇ輝度よりも小さいため、飽和していない。
従って、本発明においては、反射レーザー光の波長領域と輻射光のＲ波長領域の両方を透過する光学フィルタを使用することで、Ｒ波長領域の輻射光の画像情報も得ることができ、且つ、合成によりコントラストの高い画像情報とすることができる。最適なシャッタースピードは、主たる画像情報は反射レーザー光が有するため、上述したシャッタースピードと変わらない。
このように、炉内温度により、適正なシャッタースピードは異なるものの、本発明においては、照射レーザ光の波長（図ではＧ輝度相当）だけでなく、３原色のうち赤色に波長領域の光（図ではＲ輝度相当）も用いて画像を生成することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光（図ではＢ輝度相当）を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる鮮明な画像を取得できるようになる。
【００４６】
前記受光ミラー６は、第二覗き窓５を透過したレーザ光Ｌの反射光Ｒを反射して画像生成装置８に入射させる機器である。図１に示した受光ミラー６には、受光用モータ１０が接続されており、一定方向にスイングして角度を変更できるように構成されている。また、スイング方向と略垂直な方向に受光用ミラー６の角度を変化させる第二受光用モータを接続してもよい。なお、光学フィルタ１５は、受光ミラー６の上流側に配置してもよい。
【００４７】
前記受光レンズ７は、画像生成装置８の撮像範囲を調整する機器である。受光レンズ７には、例えば、望遠レンズ式のものを使用することが好ましい。かかる望遠レンズの絞りと焦点を調節することにより画像生成装置８の撮像範囲を、レーザ光Ｌの照射範囲と略同じ大きさとなるように調節する。理想的には照射範囲と撮像範囲が一致することが好ましいが、少なくとも撮像範囲の中に照射範囲が含まれ、かつ、それ以外の部分が極力含まれないように調整される。例えば、観察部分（約８ｍ先の炉壁）において直径５０ｃｍ程度の撮像範囲を形成するように調整される。なお、受光レンズ７は、望遠レンズ式のものに限られず、複数のレンズの組み合わせにより焦点を調節できる形式のものであってもよい。
【００４８】
前記画像生成装置８は、受光レンズ７からの反射光Ｒを受光して画像を生成する機器である。かかる画像生成装置８には、例えば、カラー（ＲＧＢ）画像を生成できるＣＣＤカメラが使用される。図１に示した画像生成装置８では、受光レンズ７との間に高速シャッター１６を備えている。上述の高速シャッター１６は、たとえば、ＣＣＤ素子が光を溜め込む時間を制限する電子シャッター（通常ＣＣＤカメラに内蔵される）など、機械的に動作しないシャッターを指し、機械的な稼働部がないため、１／１００００秒などの速いシャッタースピードが可能になる。高速シャッター１６は、レーザ光Ｌの照射タイミングと同期させて制御手段１１により開閉される。かかる高速シャッター１６を配置することにより、画像生成装置８に輻射光Ｈが入射し難くすることができ、画像生成装置８を熱から保護することができる。勿論、耐熱シャッター１４で十分な場合には高速シャッター１６を省略してもよいし、耐熱シャッター１４を第一覗き窓４にのみ配置して画像生成装置８に高速シャッター１６を配置するようにしてもよい。高速シャッター１６を省略して耐熱シャッター１４のみとする場合は、耐熱シャッター１４が輝度を制御する高速シャッターの役割を兼ねるようになるが、炉内が高温では適正なシャッタースピードが非常に短くなり、機械的に制御することは難しくなることから、耐熱シャッター１４のみとする場合は、炉内が比較的低温（例えば、１２００℃以下）で適用することが好ましい。また、耐熱シャッター１４を省略して高速シャッターのみとしても良いが、その場合は、第二覗き窓５から侵入する余分な輻射光は高速シャッター及び光学フィルター１５で遮断し、第一覗き窓４から侵入する余分な輻射光は光学フィルター１３で遮断することで、耐熱の役割を果たすことができる。なお、高速シャッター１６は、ＣＣＤカメラに内蔵されていてもよいし、画像をデジタル的に切り取るデジタルシャッターでもよい。
【００４９】
前記制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミング、耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６の開閉タイミング、投光ミラー３及び受光ミラー６のスイングタイミング等を制御する機器である。制御手段１１は、レーザ発振装置１の照射タイミングと耐熱シャッター１４及び高速シャッター１６を開くタイミングとを同期させる。かかる処理により、必要なタイミングでレーザ光Ｌを観察部分に照射するとともに、その反射光Ｒを受光して画像を取得することができ、レーザ光Ｌが照射されないときには輻射光Ｈの機器への入射を防止することができる。また、制御手段１１は、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させる。具体的には、投光用モータ９と受光用モータ１０の回転を制御して、投光ミラー３と受光ミラー６を連動させる。例えば、投光用モータ９と受光用モータ１０にロータリエンコーダ等の回転量を検知できるセンサを設置しておき、このデータを計測しながら連動させる。照射範囲と撮像範囲とを一致させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）は、炉内観察装置の機器構成や覗き窓の配置（距離）等の条件によって異なるため、実際に使用する条件で照射範囲と撮像範囲とが一致するように試験又はシミュレーションすることによって連動させる条件（投光用モータ９と受光用モータ１０の回転量）を事前に求めておくことが好ましい。
【００５０】
また、制御手段１１は、コンピュータ１７に接続されており、コンピュータ１７からの指令に基づいて上述した処理を行うように設定されるとともに作動する。コンピュータ１７は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶装置、キーボード等の入力装置及びディスプレイ等の出力装置を備え、画像生成装置８により取得した画像を処理する画像処理手段を構成する。ここで、図９は、撮像範囲ごとに得られた画像を合成する画像処理手段を示すブロック図である。コンピュータ１７の記憶装置３１には、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が保存されている。コンピュータ１７のＣＰＵにより操作される画像処理手段３２は、記憶装置３１に保存された画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を呼び出し、これらの画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をパノラマ合成したパノラマ画像Ｐ４をディスプレイ等の出力装置に出力する。かかる処理により、撮像した炉壁の全体像を容易に把握することができる。なお、画像処理手段３２は、上述した画像合成以外にも、撮像範囲ごとに得られた画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のコントラスト、ホワイトバランス、トリミング等の調整や壁面の凹凸や亀裂の影の抽出等を処理することもできる。
【００５１】
次に、本発明に係る炉内観察装置の作用について説明する。ここで、図２は、本発明に係る炉内観察装置の作用を示す図である。なお、図１と同じ構成部品については同じ符号を付すとともに、炉内観察装置の構成は簡略して図示している。
【００５２】
図２に示すように、炉内観察装置２１は、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された炉の外側に配置される。第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成された壁面部２２は、炉の外壁であってもよいし、炉の開口部から炉内に挿入される炉内観察装置２１を囲う筐体であってもよい。また、炉内観察装置２１は、レーザ発振装置１の照射範囲と画像生成装置８の撮像範囲とが、観察部分である炉壁２３において略同じ大きさ（図で網掛けした観察部分Ｓ）となるように調整されている。炉壁２３と第一覗き窓４及び第二覗き窓５との位置・距離関係は炉によって異なるため、設置箇所を模擬した試験設備等を利用して予め照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整しておくことが好ましい。勿論、炉内観察装置２１を所定の箇所に設置してから照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整してもよいし、設置後に微調整するようにしてもよい。なお、照射範囲と撮像範囲の調整に際しては、図１に示した投光レンズ２及び受光レンズ７を用いる。
【００５３】
本発明では、投光系の第一覗き窓４と受光系の第二覗き窓５とが別々に形成されている。かかる構成を採用することにより、観察部分Ｓにおいて斜めからレーザ光Ｌを照射することができ、観察部分Ｓにおける凹凸や亀裂の影を大きく明確に映し出すことができる。また、第一覗き窓４における反射光Ｗや炉内の粉塵等による散乱光Ｄが画像生成装置８に入射することを防止することができ、ノイズの少ない画像を取得することができる。
【００５４】
また、制御手段１１により投光用モータ９及び受光用モータ１０を駆動させて、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動して回動させ、図２に示したように、レーザ発振装置１の照射範囲と画像生成装置８の撮像範囲とが略一致した状態を維持させながら、観察部分Ｓを炉壁２３の所定の方向に走査させる。ここでは、図のＡＢ方向に観察部分Ｓを走査させる場合を図示しているが、投光ミラー３及び受光ミラー６にさらに別のモータを設置することにより、ＡＢ方向と略垂直な方向に観察部分Ｓを走査させるようにしてもよい。また、投光ミラー３及び受光ミラー６は、投光用モータ９及び受光用モータ１０により一定の速度で滑らかに回動させてもよいし、所定の位相間隔で間欠的に回動させてもよいし、レーザ光Ｌの照射タイミングに同期させて回動させるようにしてもよい。
【００５５】
上述したように、照射範囲と撮像範囲とが略同じ大きさとなるように調整することにより、観察部分Ｓで示したように狭い範囲の撮像画像の鮮明度を高めることができる。また、照射範囲と撮像範囲が略一致するように投光ミラー３と受光ミラー６とを連動させることにより、広範囲の炉壁２３を複数の画像として撮像することができる。さらに、これらの画像を図９で示したようにパノラマ合成することにより、炉壁２３の全体像を容易に観察することができる。なお、パルスレーザー光を用いる場合は、画像生成装置８と受光ミラー６の間には、図２では図示を省略しているが、高速シャッター１６が配置される。
【００５６】
次に、本発明に係る炉内観察装置の他の実施例について説明する。ここで、図１０は、本発明に係る炉内観察装置の第二実施例を示す概略構成図である。なお、図１に示した炉内観察装置と同じ構成部品については同じ符号を付し重複した説明を省略する。
【００５７】
図１０に示した炉内観察装置４１は、側面に第一覗き窓４及び第二覗き窓５が形成されるとともに内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、画像生成装置８等が配置される筒状の筐体４２と、筐体４２を軸中心に回転させる駆動手段４３と、を有する。かかる炉内観察装置４１は、例えば、炉４４の上部に形成された開口部から炉内に挿入され、第一覗き窓４及び第二覗き窓５が観察部分である炉壁と対峙するように配置される。そして、投光ミラー３及び受光ミラー６を連動させて回動させることにより、観察部分Ｓを炉壁の上下方向に沿って走査させることができる。なお、図１０に示した炉内観察装置４１では、レーザ発振装置１と投光レンズ２とを光ファイバ１８で接続した場合を図示している。
【００５８】
前記筐体４２は、高温状態の炉内に挿入されるため、水冷ジャケットを有していることが好ましい。したがって、筐体４２は、外部から冷却水を水冷ジャケットに注水し、外部に冷却水を排水することができるように構成されている。また、筐体４２の上端の外周部には、駆動手段４３と連結される歯車が形成されている。駆動手段４３は、回転駆動可能に配置されたモータ４３ｍと、モータ４３ｍの先端に接続された歯車４３ｇとから構成されている。また、モータ４３ｍは炉内観察装置４１の制御手段１１に接続されており、制御手段１１又はコンピュータ１７の指令に基づいて回転駆動される。なお、駆動手段４３の構成は図示したものに限定されず、手動で回転できる構成であってもよいし、ベルト駆動やチェーン駆動により回転できる構成であってもよい。また、筐体４２及び駆動手段４３は、炉４４に備え付けの機構であってもよい。この場合、筐体４２の内部にレーザ発振装置１、投光レンズ２、投光ミラー３、受光ミラー６、受光レンズ７、画像生成装置８等を有する炉内観察装置４１を挿入するようにすればよい。
【００５９】
かかる第二実施例のように、駆動手段４３を配置して炉内観察装置４１そのものを炉４４に対して相対的に回転できるようにしたことにより、観察部分Ｓを炉壁の水平方向に沿って走査させることができる。したがって、１つの炉内観察装置４１を用いるだけで、炉壁の広範囲に渡って画像を取得することができる。炉内観察装置４１は、駆動手段４３により、ゆっくりと滑らかに回転させてもよいし、上下方向の走査が完了してから所定の位相間隔で間欠的に回転させるようにしてもよい。
【００６０】
図１０に示すように、炉内観察装置４１を炉４４の中央上部から挿入することにより、炉内観察装置４１を駆動手段４３で回転させた場合であっても第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離を一定に保持することができ、炉内観察装置４１を回転させたことによる照射範囲と撮像範囲の大きさと位置の微調整を省略することができる。なお、炉内観察装置４１の回転により、第一覗き窓４及び第二覗き窓５と炉壁との距離が変化する場合には、回転ごとに照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を微調整してもよいし、予めデータを取得しておくことにより回転位相と連動して照射範囲と撮像範囲の大きさと位置を自動的に調整するようにしてもよい。
【００６１】
さらに、駆動手段４３は、炉内観察装置４１を回転駆動させるものに限定されず直進駆動させるものであってもよいし、回転駆動用と直進駆動用の両方の機能を備えていてもよい。炉内観察装置４１を直進駆動させることにより、投光ミラー３及び受光ミラー６の操作だけでは撮像できない部分を観察することができる。炉内観察装置４１を直進駆動させる場合には、筐体４２の長さを直進駆動させたい長さと同等以上に形成し、ジャッキやアクチュエータにより筐体４２を駆動させるようにすればよい。また、炉内観察装置４１を炉壁又は床面等の炉内で駆動される移動台車や壁面ロボットに搭載して駆動させるようにしてもよい。
【実施例】
【００６２】
本発明に対応する実施例１、２と、比較例１〜３とを以下のように実施した。
（実施例１）
図１０の様な炉内を観察する装置を用い、温度１２００℃の高炉用熱風炉の炉内内壁を観察した。
炉内壁面へ照射するレーザーとしては、ＹＡＧレーザー第２高調波、５３２ｎｍ波長のパルスレーザー光を用い、対象耐火物表面のエネルギー密度が０．５Ｗ／ｍ２となる強度（３０パルス／秒、１７ｍＪ／パルス、発光時間１０ナノ秒）で照射した。光学フィルタ１５としては、図３に示す４９５〜５７０ｎｍ、及び、７７０〜８２０ｎｍの波長領域を透過する光学フィルタ１５を使用した。また、高速シャッター１６によるシャッター速度は４０００分の１秒とし、パルスレーザー光の受光時に高速シャッター１６が解放されるように同期させた。
照射位置を炉の周方向に変えながら、９度の間隔で合計４１画像（３６０度分）を取得し、パノラマ合成して、図５（Ｂ）の様な画像を得た（なお、パノラマ作成において、９度の間隔だと４０画像で足りるが、本実施例では、１周して同じ位置でもう１画像を取得して４１画像を得た）。
これにより、炉壁を構成する煉瓦表面の目地状態まで、鮮明に把握することができた。
【００６３】
（実施例２）
図１０の様な炉内を観察する装置を用い、温度１２００℃の高炉用熱風炉の炉内での連絡管口巻構造を観察した。
照射位置を炉の周方向に変えながら、パルスレーザー光の受光毎の画像炉内壁面へ照射するレーザーとしては、ＹＡＧレーザー第２高調波、５３２ｎｍ波長のパルスレーザー光を用い、幅で対象耐火物表面のエネルギー密度が０．５Ｗ／ｍ２となる強度（３０パルス／秒、１７ｍＪ／パルス、発光時間１０ナノ秒）で照射した。光学フィルタ１５としては、図３に示す４９５〜５７０ｎｍ、及び、７７０〜８２０ｎｍの波長領域を透過する光学フィルタ１５を使用した。また、高速シャッター１６によるシャッター速度は４０００分の１秒とし、パルスレーザー光の受光時にシャッターが解放されるように同期させた。
照射位置を炉の周方向に変えながら、パルスレーザー光の受光毎の画像（毎秒３０枚）を取得し、パノラマ合成して、生データに加えて三原色のうちＲデータの輝度を補強（＋１５０）することで図６（Ｂ）の様な画像を得た。
生画像では判別できなかった口巻構成煉瓦の目地開き状態および表面微亀裂を鮮明に把握することができた。
【００６４】
（比較例１）
光学フィルタをレーザー光波長域のみ通過するものに変更する以外は、実施例１と同様の条件で実施した。その結果、図５（Ａ）の画像を得た。このように熱間での壁煉瓦の微亀裂および目地詳細は明瞭でない情報となった。
【００６５】
（比較例２）
光学フィルタをレーザー光波長域のみ通過するものに変更する以外は、実施例２と同様の条件で実施した。その結果、図６（Ａ）の画像の画像を得た。このように熱間での口巻および周囲煉瓦の微亀裂および目地詳細は不明瞭な情報となった。
【００６６】
（比較例３）
なお、レーザ光の波長および３原色のうち赤色の波長領域内の所定波長域の光を透過させる光学フィルタ１５に替えて、レーザ光の波長および３原色のうち青色の波長領域（４５０〜４９０ｎｍ）の輻射光を透過させる光学フィルタを用いること以外は実施例１と同じ条件で試験したところ、コントラストは低下し、レーザー光の波長のみを透過させる光学フィルタを用いた比較例１の場合と、殆ど差は無かった。
【００６７】
（実施例３）
光学フィルターを実施例１のものに替えて、図４の透過特性を有するものとした以外は、実施例１と同様の条件で実施したところ、実施例１よりは鮮明度において劣るものの、比較例１よりは壁煉瓦の微亀裂および目地を鮮明に把握する画像情報を得ることができた。
【００６８】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１  レーザ発振装置
２  投光レンズ
３  投光ミラー
４  第一覗き窓
５  第二覗き窓
６  受光ミラー
７  受光レンズ
８  画像生成装置
９  投光用モータ
１０  受光用モータ
１１  制御手段
１２  電源
１３，１５  光学フィルタ
１４  耐熱シャッター
１４ｄ  耐熱円板
１４ｍ  モータ
１６  高速シャッター
１７  コンピュータ
２１，４１  炉内観察装置
３１  記憶装置
３２  画像処理手段
４２  筐体
４３  駆動手段
４３ｍ  モータ
４３ｇ  歯車
４４  炉
１００  レーザ照射装置
２００  受光装置
２０１  強度補正部
【図１】
2010133950.tif 000003
【図２】
2010133950.tif 000004
【図３】
2010133950.tif 000005
【図４】
2010133950.tif 000006
【図５】
2010133950.tif 000007
【図６】
2010133950.tif 000008
【図７】
2010133950.tif 000009
【図８】
2010133950.tif 000010
【図９】
2010133950.tif 000011
【図１０】
2010133950.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輻射光で発光している１１００℃以上の炉内を観察する炉内観察装置であって、
３原色のうち緑色に対応する波長領域に含まれるレーザ光を前記炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置と、前記炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置と、を備え、
前記受光装置は、
前記レーザ光およびその波長付近の波長域の光と、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、
該光学フィルタを通過した、前記反射レーザ光およびその波長付近の波長域の光、並びに、前記所定波長域の光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備える、ことを特徴とする炉内観察装置。
【請求項２】
前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長の光と、前記所定波長域の光のみを選択的に透過させる、ことを特徴とする請求項１に記載の炉内観察装置。
【請求項３】
前記所定波長域は、前記輻射光の波長のうち輻射光強度がピークとなる波長と異なっている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の炉内観察装置。
【請求項４】
前記画像生成装置は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の前記所定波長域の光の強度との差を低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炉内観察装置。
【請求項５】
前記受光装置には、受光量の制御のためのシャッターを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炉内観察装置。
【請求項６】
請求項５に記載の炉内観察装置を使用した１１００℃以上の炉内を観察する方法であって、前記反射レーザー光の受光強度、及び、前記３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光の受光強度が、共に輝度飽和しないように前記シャッターによりシャッタースピードを調整することを特徴とする炉内観察方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の炉内観察装置を使用した１１００℃以上の炉内を観察する方法であって、高炉用熱風炉の炉内を観察することを特徴とする炉内観察方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の炉内観察装置を使用した１１００℃以上の炉内を観察する方法であって、
前記炉壁面に照射する前記レーザ光の照射範囲と、前記炉壁面の前記画像を生成する前記画像生成装置の撮像範囲とを一致させた状態で、前記光学フィルタを通過した、前記反射レーザ光およびその波長付近の波長域の光、並びに、前記所定波長域の光に基づいて、前記炉壁面の前記画像を前記画像生成装置により生成する、ことを特徴とする炉内観察方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、輻射光で発光している熱風炉等の炉内を観察する炉内観察装置および炉内観察方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、炉壁が輻射光で発光している場合であっても、コントラストが高く、且つ、レーザー光の反射光の画像情報だけでなく、輻射光の一部の画像情報も合わせた画像を取得することができるとともに、炉壁の凹凸や亀裂の影を判別し易くすることができる炉内観察装置および炉内観察方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
即ち、上記目的を達成するため、本発明によると、輻射光で発光している１１００℃以上の炉内を観察する炉内観察装置であって、３原色のうち緑色に対応する波長領域に含まれるレーザ光を前記炉内の炉壁面に照射するレーザ照射装置と、前記炉壁面からの反射レーザ光を受光する受光装置と、を備え、前記受光装置は、前記レーザ光およびその波長付近の波長域の光と、３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、該光学フィルタを通過した、前記反射レーザ光およびその波長付近の波長域の光、並びに、前記所定波長域の光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備える、ことを特徴とする炉内観察装置が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記本発明では、前記受光装置は、前記３原色のうち緑色に対応する波長領域に含まれるレーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、３原色のうち赤色の波長領域内の所定波長域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、該光学フィルタを通過した前記反射レーザ光を含む光に基づいて前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置と、を備えるので、上述のように、照射レーザ光の画像情報だけでなく、３原色のうち赤色（輻射光）の波長領域の光の画像情報も用いて画像を生成することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長と、前記所定波長域の光のみを選択的に透過させることもできる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
このように、前記光学フィルタは、前記レーザ光の波長およびその付近の波長域の光と、赤色の光の前記所定波長域の光のみを選択的に透過させるので、散乱光などの他の影響を抑制しつつ、レーザ光と必要な量だけの赤色輻射光を利用することができ、これにより、十分にコントラストが高く、かつ、レーザー光の反射光の波長付近の画像情報も合せて得られるため、更に情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
また、本発明の炉内観察装置においては、前記炉壁面に照射するレーザ光の照射範囲と、前記炉壁面の画像を生成する画像生成装置における撮像範囲とが、同じ大きさとなるように調整できることを特徴とすることもできる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
このように、前記画像生成装置は、前記レーザ光の強度と、前記赤色の光の波長領域の光の強度との差を低減するように前記光学フィルタを通過した光の強度を補正する強度補正部を備えるので、輻射光の影響を抑えつつ、輻射光も利用して画像を生成することが可能になる。これにより、十分にコントラストが高く、かつ、ノイズをより抑えながら情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。
また、本発明の炉内観察装置における受光装置には、受光量の制御のためのシャッターを備えることを特徴とすることもできる。
本発明の炉内観察装置を使用して１１００℃以上の炉内を観察する方法においては、前記反射レーザー光の受光強度、及び、前記３原色のうち赤色に対応する波長領域内の所定波長域の光の受光強度が、共に輝度飽和しないように前記シャッターによりシャッタースピードを調整することを特徴とすることもできる。
また、本発明の炉内観察装置を使用して１１００℃以上の炉内を観察する方法においては、高炉用熱風炉の炉内を観察することを特徴とすることもできる。
さらに、本発明の炉内観察装置を使用した１１００℃以上の炉内を観察する方法においては、前記炉壁面に照射する前記レーザ光の照射範囲と、前記炉壁面の前記画像を生成する前記画像生成装置の撮像範囲とを一致させた状態で、前記光学フィルタを通過した、前記反射レーザ光およびその波長付近の波長域の光、並びに、前記所定波長域の光に基づいて、前記炉壁面の前記画像を前記画像生成装置により生成することを特徴とすることもできる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上述した本発明の炉内観察装置および炉内観察方法によれば、十分にコントラストが高く、かつ、輻射光の赤色の波長領域内の所定波長域以外のノイズとなる輻射光を遮断しながらも、より情報量の多い画像を得ることができ、炉壁の凹凸や亀裂の影を十分に判別できる画像を取得できる。