(57)【要約】【課題】観測対象物が、水中環境であることに加えて強度の高い放射線を発するものである場合にも適用できる水中観測装置及び水中観測方法を提供する。【解決手段】水中観測装置１００は、水封ハウジング４Ａと、カメラ２Ａ，２Ｂと、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂと、画像データ処理装置１６Ａを備え、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、緑色光のレーザ光源を有し、カメラ２Ａ，２Ｂは、そのレンズの先端に取り付けられた緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタ２ａを有し、水封ハウジング４Ａは、水中に沈められ、画像データ処理装置１６Ａが、光学ガラス３で構成された水封窓から所定距離以上離れた位置にある特定水中環境にある観測対象物１３の寸法、形状を計測する。【選択図】図１
2014098602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１面に透明な水封窓を設けた水封ハウジングと、
該水封ハウジング内に配置され、内側から前記水封窓を通して外の映像を撮影するカメラと、
該水封ハウジング内に配置され、内側から前記水封窓を通して外側にラインレーザ光を投射するレーザプロジェクタと、
前記レーザプロジェクタから観測対象物に投射された前記ラインレーザ光の反射光を前記カメラの画像として取得し、前記取得されたカメラの画像を用い、光切断法により前記緑色のラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測する画像データ処理手段と、
を備え、
前記レーザプロジェクタは、緑色光のレーザ光源を有し、
前記カメラは、そのレンズの先端に取り付けられた緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタを有し、
前記水封ハウジングは、水中に沈められ、前記画像データ処理手段が、前記水封窓から所定距離以上離れた位置にある特定水中環境にある前記観測対象物の寸法、形状を計測することを特徴とする水中観測装置。
【請求項２】
前記特定水中環境とは、高放射線強度を有する観測対象物とする水中環境であり、
前記水封窓から所定距離以上離れた位置とは、少なくとも前記観測対象物からの放射線の強度が前記カメラに達するまでに水により減衰され、所定の制限値以下の吸収線量となる水中距離の位置であることを特徴とする請求項１に記載の水中観測装置。
【請求項３】
前記画像データ処理手段は、前記取得されたカメラの画像の輝度に応じて前記カメラによる撮影の露出時間を決定し、前記カメラで連射した複数画像を重ね合わせて規格化して、その後に光切断法により前記緑色のラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水中観測装置。
【請求項４】
前記カメラの視野を妨げないように開口窓を有し、前記水封ハウジングの周り囲むように設けられた透明水ハウジングと、
該透明水ハウジングの前記開口窓の先端に設けられ、前記透明水ハウジングの前記開口窓と前記観測対象物の近傍との間の水領域の水が、前記透明水ハウジングの外域の水と直接混合されない状態に隔離する伸縮可能な視野内水領域隔離体と、
該視野内水領域隔離体を保持するとともに、その伸縮長を前記観測対象物との距離に応じて設定する隔離体保持機構と、
前記透明水ハウジングの中に前記観測対象物側に向かって透明水をコーン状に高圧噴射させる高圧水ノズルと、
該高圧水ノズルに高圧の透明水を供給する高圧ポンプと、
前記透明水ハウジング内であって、前記観測対象物に向かって前記高圧水ノズルよりも後方の位置に設けられ、前記高圧水ノズルの背圧を確保するとともに送水効率を高め、前記視野内水領域隔離体内の断面方向の流速分布が逆流する部分が無い程度に透明水を噴出する補助透明水供給手段と、
前記高圧ポンプと補助透明水供給手段に前記透明水を供給する透明水供給源と、
少なくとも前記透明水ハウジングを位置固定する位置固定手段と、
を更に備え、
前記カメラから前記観測対象物の近傍までの間の水領域の濁りと、水の温度揺らぎを抑制することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水中観測装置。
【請求項５】
ラインレーザ光を水中の観測対象物に投射するステップと、該観測対象物のラインレーザ光の反射光をカメラにより前記カメラの画像として取得するステップと、画像データ処理手段が、前記取得されたカメラの画像を用い、光切断法により前記ラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測するステップと、を備え、
前記ラインレーザ光として緑色レーザプロジェクタからの緑色光が用いられ、
前記カメラのレンズの先端には緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタを取り付けられ、
前記緑色レーザプロジェクタ及び前記カメラは、１面に光学ガラス製の水封窓を設けた水封ハウジング内に、設置されるとともに、前記緑色レーザプロジェクタが、前記水封ハウジングの内側から前記水封窓を通して外側に前記緑色のラインレーザ光を投射し、前記カメラが、前記水封ハウジングの内側から前記水封窓を通して前記観測対象物の前記緑色のラインレーザ光の反射光を前記カメラの画像として取得し、
前記水封ハウジングは、水中に沈められ、特定水中環境水中に沈められ、前記画像データ処理手段が、前記水封窓から所定距離以上離れた位置にある特定水中環境にある前記観測対象物の寸法、形状を計測することを特徴とする水中観測方法。
【請求項６】
前記特定水中環境とは、チェレンコフ光が前記カメラに入射する水中環境であり、
前記水封窓から所定距離以上離れた位置とは、少なくとも前記観測対象物からの放射線が前記カメラに達するまでに水により減衰され、所定の制限値以下の吸収線量となる水中距離であることを特徴とする請求項５に記載の水中観測方法。
【請求項７】
前記画像データ処理手段は、前記取得されたカメラの画像の輝度に応じて前記カメラによる撮影の露出時間を決定し、前記カメラで連射した複数画像を重ね合わせて規格化して、その後に光切断法により前記緑色のラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の水中観測方法。
【請求項８】
前記カメラの視野を妨げないように開口窓を設け、前記水封ハウジングの周り囲むように設けた透明水ハウジングと、
該透明水ハウジングの前記開口窓の先端に設けられ、前記透明水ハウジングの前記開口窓と前記観測対象物の近傍との間の水領域の水が、前記透明水ハウジングの外域の水と直接混合されない状態に隔離する伸縮可能な視野内水領域隔離体と、
該視野内水領域隔離体の伸縮長を前記観測対象物との距離に応じて設定する隔離体長制限機構と、
透明水ハウジングの中に前記観測対象物側に向かって透明水をコーン状に高圧噴射させる高圧水ノズルと、
該高圧水ノズルに高圧の透明水を供給する高圧ポンプと、
前記透明水ハウジング内であって、前記観測対象物に向かって前記高圧水ノズルよりも後方の位置に設けられ、前記高圧水ノズルの背圧を確保するとともに送水効率を高め、前記視野内水領域隔離体内の断面方向の流速分布が逆流する部分が無い程度に透明水を噴出する補助透明水供給手段と、
前記高圧ポンプと補助透明水供給手段に前記透明水を供給する透明水供給源と、
少なくとも前記透明水ハウジングを位置固定する位置固定手段と、
を備える水中観測補助装置を用いて、
前記カメラから前記観測対象物の近傍までの間の水領域の濁りと、水の温度揺らぎを抑制することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の水中観測方法。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の水中観測方法を用いて、燃料集合体の変形量を計測し、
前記燃料集合体から放出される放射線を制限するコリメータ、該コリメータを通過した前記放射線を検出する放射線検出器、及び、前記放射線の入射によって前記放射線検出器からの放射線検出信号を生成する信号生成装置をケーシング内に配置して構成される放射線測定装置からの前記放射線検出信号に基づいてターゲット核種を定量するデータ解析装置を備えた燃料集合体放射能測定装置において、
前記計測された燃料集合体の変形量に基づいて、前記データ解析装置は、ターゲット核種の定量結果を補正することを特徴とする燃料集合体放射能測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で物の形状、寸法を精度良く計測する水中観測装置及び水中観測方法の技術に関する。また、前記水中観測装置又は水中観測方法と組み合わせて使用する燃料集合体の放射能測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、原子力プラントの原子炉や燃料プール等には水中設置又は水中使用の機器や構造物が多々存在する。これらはプラントを管理する上で重要な機器や構造物が多く、適切な時期に適切な方法で点検や補修することが必要とされる。それらの機器や構造物の点検や補修を行う際には、多くの場合、対象とする機器や構造物の状態を特定するために寸法、形状、外観等の観察が必要となる。これらの観察には、計測精度と作業効率の両方とを確保することが求められる。
【０００３】
これらの機器や構造物の寸法、形状、外観等を精度良く観測することは、水中環境であることに加えて強度の高い放射線環境にあることが多いことから容易ではない。観測方法としては、超音波変位計を用いる方法、レーザ変位計を用いる方法、ステレオカメラ法、ゲージ法、レプリカ法、光切断法等が考えられる。
【０００４】
超音波変位計では、観測対象物の至近位置での距離測定はできるが、形状や外観の観測はできない。
レーザ変位計では、観測対象物の至近距離での寸法、形状の測定は精度良くできるが、高い放射能を有する観測対象物の至近位置は強度の高い放射線環境にあり、レーザ変位計が放射線に耐えられないという問題がある。放射線によるレーザ変位計の劣化を抑制するために離れた位置からレーザ変位計で測定することも考えられるが、離れた位置からでは気中にあっても計測精度が落ちてしまうという問題があり、水中では更に計測精度の低下に対する解決対策が難しくなる。
【０００５】
ステレオカメラ法では、カメラを観測対象物の至近に設置することである程度の精度で寸法、形状を測定することは可能である。しかし、カメラを高い放射能を有する観測対象物の至近位置に置くためには、コストの高い耐高放射線用のカメラが必要となることや観測対象物の特徴に応じて微妙な調光を行わないと精度の良い寸法、形状の測定はできない。
【０００６】
ゲージ法は直接的に観測対象物にゲージをセットして特定寸法観測部位の寸法範囲を確認するものであり、作業効率が著しく悪い。レプリカ法では、観測対象物の特定観測部位の型をとることで寸法、形状を確認する方法であるが、ゲージ法同様に作業効率が悪い。
【０００７】
光切断法による水中での寸法、形状計測は、特許文献１に記載のように、水中での溶接部計測等で観測対象物に近い位置での観測に用いられており、精度の良い計測が行われている。しかし、ステレオカメラ法同様にカメラを使用することから、観測対象物が高い放射能を有し、精度の良い計測を行う場合は課題が多く対応手段とその実現性が確立しておらず用いられていない。
【０００８】
燃焼した、つまり、炉心で核反応が進んだ燃料集合体のように特に強度の高い放射線を発する観測対象物について寸法、形状、外観を精度良く観察する場合、ゲージ法やレプリカ法のような非効率的な方法を除き、通常のカメラやレーザを用いた方法では、耐放射線性の問題からセンサ部を水遮蔽により放射線レベルが減衰した観測対象物から所定の距離を取った位置まで離す必要がある。例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを用いたカメラの耐放射線性を２００Ｇｙ（集積線量）とし、燃料集合体から水中距離で０．５ｍ位置の放射線強度を１００Ｇｙ／ｈとすると、カメラは２時間程度で寿命となる。水中で位置を離した状態で精度を確保することは難しく従来は行われてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記したように、例えば、燃焼した燃料集合体のような観測対象物に対し水中で寸法、形状や外観を観測する場合には、少なくとも±１ｍｍ以下、角度においては±１°以下程度の精度が要求される場合が多いが、以下のような問題がある。
（１）ＣＣＤやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサを用いたカメラや、半導体レーザ用いたプロジェクタやレーザ変位計を使用して、例えば、燃焼した燃料集合体等の強度の高い放射線を出す観測対象物の寸法、形状や外観を観測する場合、カメラ及びプロジェクタやレーザ変位計の耐放射線性を考慮して、放射線レベルが水の厚さで低下するようにカメラやプロジェクタや変位計の設置位置は観測対象物から所定の距離（以下、「放射線強度減衰距離」と称する）以上離す必要がある。
（２）レーザ変位計は、観測対象物から放射線強度減衰距離程度離すと、前記した観測精度の要求を満たさない。
（３）ゲージ法やレプリカ法では、燃料集合体に直接的に冶具等で作用することから、燃料集合体の健全性に影響をおよぼす可能性があることや作業効率が著しく悪いという問題がある。
（４）ステレオカメラ法では、まずカメラのタイプ選定が問題となる。ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを搭載したカメラでは、前記したように観測対象物から所定の距離離れた放射線が減衰し、イメージセンサの性能劣化が大きく進まない位置に設置する必要がある。単純にステレオカメラだけで精度を確保するためには、観測対象物の外観上の特徴を微妙な調光により際立たせる必要があることに加えて、水中でかつ離れた位置であることから、ステレオカメラ以外に照明光の設定及び照明の向きやその強度の調整をするとなると更に困難な問題である。
耐放射線性のカメラを使用すれば観測対象物の至近位置に配置することもできるが、耐放射線カメラは著しくコストが高く導入が難しい。
（５）光切断法では、カメラや光源としてのレーザプロジェクタを用いる。前記したように耐放射線カメラについては著しくコストが高く導入が難しいし、レーザプロジェクタの電子回路も耐放射線仕様とするとコストが高くなる。従って、カメラやレーザプロジェクタは観測対象物から所定の距離離れた放射線が減衰し、イメージセンサや半導体レーザやその周囲の電子回路の性能劣化が進まない位置に設置する必要がある。光切断法による水中の離れた位置での精度の良い観測を行う観測装置及び観測方法は確立していない。
（６）また、燃焼した燃料集合体の観測については、燃料集合体自身から放出される高エネルギの荷電粒子により水中ではチェレンコフ光を発することから、光学系を用いた観測においては、この影響について考慮する必要がある。
（７）水中で光学系を用いる場合の共通の問題として、水温分布の時間変化による光の屈折状態の変化（揺らぎ）が想定され、形状、寸法の計測の外観観測の精度に影響する。
（８）水中で光学系を用いる場合の共通の問題として、気中に比べて光の減衰が大きいこと、水の濁りにより光の散乱・吸収が大きくなることが問題として挙げられる。
（９）水中におけるレーザ光の減衰をカバーする方法としては、レーザプロジェクタの出力を増加させる方法が考えられるが、レーザの危険度も増し、安全対策及び使用上の規制対策が厳しくなる。
【００１１】
本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、観測対象物が、水中環境であることに加えて強度の高い放射線を発するものである場合にも適用できる水中観測装置及び水中観測方法等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】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は、少なくとも１面に透明な水封窓を設けた水封ハウジングと、該水封ハウジング内に配置され、内側から前記水封窓を通して外の映像を撮影するカメラと、該水封ハウジング内に配置され、内側から前記水封窓を通して外側にラインレーザ光を投射するレーザプロジェクタと、前記レーザプロジェクタから観測対象物に投射された前記ラインレーザ光の反射光を前記カメラの画像として取得し、前記取得されたカメラの画像を用い、光切断法により前記緑色のラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測する画像データ処理手段と、を備え、
前記レーザプロジェクタは、緑色光のレーザ光源を有し、前記カメラは、そのレンズの先端に取り付けられた緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタを有し、前記水封ハウジングは、水中に沈められ、前記画像データ処理手段が、前記水封窓から所定距離以上離れた位置にある特定水中環境にある前記観測対象物の寸法、形状を計測することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、水中観測方法を含む。
【００１４】
本発明によれば、レーザプロジェクタにより投射される緑色のラインレーザ光は、赤色のラインレーザ光よりもより水中で長い距離にわたって吸収や散乱を受けずに観測対象物に到達し、その反射光が計測に利用するに十分な輝度でカメラに捉えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、観測対象物が、水中環境であることに加えて強度の高い放射線を発するものである場合にも適用できる水中観測装置及び水中観測方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の水中観測装置の概略構成図である。
【図２】実施形態における視野内水領域隔離体を保持するとともに、その伸縮長を設定する隔離体保持機構の一例の説明図であり、（ａ）は、全体概要説明図、（ｂ）は、伸縮部の伸長状態の説明図、（ｃ）は、伸縮部の縮小状態の説明図である。
【図３】実施形態における視野内水領域隔離体の先端部の構造の一例の説明図であり、（ａ）は、水平断面図、（ｂ）は、斜視図である。
【図４】比較例の赤色のラインレーザ光を用いた水中観測装置の概略構成図である。
【図５】比較例の水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に得られたカメラの画像の説明図である。
【図６】図５に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。
【図７】投射するラインレーザ光が赤色光と緑色光とで比較した水中での減衰特性を示す説明図である。
【図８】実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合の参考例として、青色光減衰光学フィルタを付けないカメラの画像の説明図である。
【図９】図８に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。
【図１０】実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に得られる青色光減衰光学フィルタを付けたカメラの画像の説明図である。
【図１１】図１０に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。
【図１２】実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に、カメラの露出時間を長くし過ぎた場合に得られる画像の概念説明図である。
【図１３】図１２に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。
【図１４】実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に、カメラの露出時間を適切にした場合に得られる画像の概念説明図である。
【図１５】図１４の状態において、観測対象物近傍の水温が時間的に変動して画像揺らぎがある場合に、複数回撮影したカメラの画像のＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の各輝度分布を示す説明図である。
【図１６】図１４の状態において、観測対象物近傍の水温が時間的に変動して画像揺らぎがある場合に、複数回撮影したカメラの画像のＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の各輝度分布に基づいて規格化して得られる画像のＡ部に関するライン光の線幅方向の各輝度分布を示す説明図である。
【図１７】実施形態の第２の変形例の水中観測装置をガンマスキャン装置に組み合わせて用いた場合の第１の適用例の構成図である。
【図１８】実施形態の水中観測装置により燃料集合体の曲がりを検出し、ガンマスキャン装置で得られた測定ガンマ線の軸方向分布の補正を行った場合の説明図である。
【図１９】実施形態の第２の変形例の水中観測装置をガンマスキャン装置に組み合わせて用いた場合の第２の適用例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
《実施形態》
以下に、本発明の実施形態に係る水中観測装置１００について図を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態の水中観測装置の概略構成図である。ここでは、観測対象物１３として、燃焼した燃料集合体を想定した場合を例に本実施形態における水中観測装置１００について説明する。
【００１８】
（観測対象物の一例）
そして、観測対象物１３である燃料集合体は、使用済燃料貯蔵プールの側壁に設置されたチャンネル着脱機４０（「ＦＰＭ（Fuel Preparation Machine）４０」とも称される）に載置されている。ＦＰＭ４０は、チャンネルボックスを被っていない状態の燃料加工工場から搬入された新燃料の燃料棒集合束に四角筒形状のチャンネルボックスを上から被せて、燃料集合体に組み立てる作業や、チャンネルボックスを被せて一旦燃料集合体として組み立てられたものを、何らかの事情により検査するためにチャンネルボックスを取り外して、燃料棒集合束の外観検査をするために用いられたりする。
また、燃焼した燃料集合体の軸方向の出力分布等を測定するためのガンマスキャンの際の燃料集合体の載置場所としても利用される。
【００１９】
ＦＰＭ４０は、燃料昇降機４１と、使用済燃料貯蔵プールの側壁に固定されて燃料昇降機４１を上下動させる昇降ガイド４２と、燃料昇降機制御操作盤４７から構成されている。燃料昇降機４１には、下部支持部４１ａと上部支持部４１ｂとを有している。下部支持部４１ａは、燃料集合体の下部の下部タイプレートを受け入れた状態で燃料集合体をその縦軸周りに電動モータで旋回可能な旋回駆動部（図示せず）を有している。また、上部支持部４１ｂは、燃料集合体を挿通可能とする四角筒形状の中空部を有し、燃料集合体をその縦軸周りに旋回可能に支承する構造をしている。
ＦＰＭ４０の燃料昇降機制御操作盤４７を作業員が操作することにより、燃料昇降機４１に載置された燃料集合体を燃料昇降機４１ごと上下動させたり、燃料昇降機４１上で燃料集合体をその縦軸周りに任意の角度に旋回させたりすることができる。
燃料昇降機制御操作盤４７からは後記する画像データ処理装置（画像データ処理手段）１６Ａへ昇降機位置信号として、上下位置信号と、回転角度位置信号が送信される。画像データ処理装置１６Ａは、昇降機位置信号を受信することによって、観測対象物１３である燃料集合体の上下方向位置や、その周方向位置を認識することができる。
【００２０】
プール水１４は、通常は、炉心内の水と同じ純水で透明であるのが普通であるが、ここでは、何らかの理由によりプール水１４が汚れて濁り水となった場合を想定する。
【００２１】
（水中観測装置１００の全体構成）
先ず、水中観測装置１００の全体構成について説明する。
水中観測装置１００は、支持装置（位置固定手段）６３に取り付けられて、水中に沈めて使用される水封ハウジング４Ａ、透明水ハウジング５、視野内水領域隔離体１２、隔離体保持機構１９と、支持装置６３に取り付けられた水密筺体に格納された監視カメラ６０、水密筺体に格納された放射線検出器６１を備えている。また、支持装置６３に必要に応じて水中照明器具を設けても良い。
また、水中観測装置１００は、使用済燃料貯蔵プール際の作業床面に設置された後記するカメラ２Ａ，２Ｂの露出時間や撮影タイミングを設定する同期トリガユニット１５や、カメラ２Ａ，２Ｂの撮影画像（カメラの画像）を取得して、そのデータを処理する画像データ処理装置（画像データ処理手段）１６Ａや、視野内水領域隔離体１２内に透明水を供給するための透明水供給口９や、高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂや、高圧ポンプ１７Ａや、ポンプ１７Ｂや、透明水供給源１８や、高圧ポンプ１７Ａ及びポンプ１７Ｂを制御したり、その吐出側の流量調節弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開度を制御したりする透明水供給制御装置９０や、配管５１，５２、５３や、配管５１，５２、５３に設けられた圧力計Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５や、流量計Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６や、水中観測装置１００全体を制御するメイン制御装置９１Ａ等を含んでいる。ここで、透明水供給口９、配管５２、透明水供給制御装置９０、流量調節弁Ｖ２、圧力計Ｓ３が特許請求の範囲に記載の「補助透明水供給手段」に対応する。
本実施形態における水中観測装置１００は、観測対象物１３から水中距離で１．８ｍ程度離れた位置に配置されたカメラ２Ａ，２Ｂからのカメラ画像（カメラの画像）を用いた光切断法による水中での寸法、形状計測精度が±１ｍｍ以内、±１°以内とすることを目標としている。
【００２２】
ここで観測対象物１３から水中距離で１．８ｍ程度離れた位置を環境条件として想定するのは、以下の理由である。
ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを用いたカメラ２Ａ，２Ｂ、半導体レーザ用いた後記する緑色レーザプロジェクタ（レーザプロジェクタ）１Ａ，１Ｂの耐放射線性が、これまでの実績値から集積線量で２００Ｇｙとし、これらの機器の最低寿命の要求を２０００時間と設定すると、これらの機器の使用環境は０．１Ｇｙ／ｈとなる。この使用環境を満足するためには、放射線を放出する燃料を観測対象物１３とする場合は、その放射線の強度から観測対象物１３からの水中離隔距離は、燃料からの放射線を考慮すると１．８ｍの水中距離で０．１Ｇｙ／ｈ以下に水により減衰させることができる。ここで、０．１Ｇｙ／ｈが特許請求の範囲に記載の「所定の制限値以下の吸収線量」に対応する。
【００２３】
（水封ハウジング４Ａ）
水封ハウジング４Ａは、例えば、ほぼ直方体の外形形状の水密筺体であり、その１面に透明な光学ガラス３で構成された水封窓が設けられている。水封ハウジング４Ａ内には、例えば、上下に配置し、光学ガラス３を介して水封ハウジング４Ａ外の映像を撮影可能なカメラ２Ａ，２Ｂの２台が備えられている。
【００２４】
（カメラ２Ａ，２Ｂ）
また、水封ハウジング４Ａ内の、例えば、上下方向のほぼ中央には、光学ガラス３を介して光学ガラス３に対してほぼ垂直に水封ハウジング４Ａ外に緑色のラインレーザ光を投射可能な緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂを、例えば、２台固定設置されている。
本実施形態では、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂとカメラ２Ａ，２Ｂの相対位置関係及び相対角度関係も予め決められて分かっており、そのデータが光切断法による寸法計測や形状計測におけるデータ処理に用いられる。これらのカメラ２Ａ，２Ｂは、水封ハウジング４Ａ内に固定設置されている。
【００２５】
カメラ２Ａ，２Ｂのそれぞれのレンズの先端には、緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタ２ａ（「青色光減衰光学フィルタ２ａ」とも称する）が取り付けられている。青色光減衰光学フィルタ２ａをカメラ２Ａ，２Ｂのそれぞれのレンズの先端に取り付けることにより、光学フィルタ２ａは、水中で想定される外乱光（水中では青色等の単波長の成分が多い）やチェレンコフ光（紫外線域）を大きく減衰させるが、緑色光よりも長波長側の光に対しては高い透過性を備える。
光学フィルタ２ａとしては、緑色光に対する透過性が高くて青色光より短波長側の可視光を減衰させるとともに、緑色光に対する透過性が高くて緑色光より長波長側の可視光や赤外線を減衰させるバンドパスフィルタとしても良いが、そうすると緑色光の透過性が低下するので青色光減衰光学フィルタ２ａとすることが好ましい。
【００２６】
ちなみに、カメラ２Ａ，２Ｂは、観測対象物１３までの距離、被写界深度、画角、レーザ光に対する耐性（強さ）、映像分解能等の必要条件や、寸法、形状、外観の計測精度に影響する収差をできる限り少なくしたものを用い、観測対象物１３のまでの距離、被写界深度、画角、レーザに対する耐性、映像分解能等の必要条件の適切な設定範囲を備えている。
【００２７】
本実施形態では、図１において、カメラ２Ａ，２Ｂの２台構成としている。光切断法で必要なカメラは最低限１台であるが、（１）システムとして冗長性を持たせること、（２）カメラ２Ａ，２Ｂ間のカメラ画像の相互チェックにより画像品質を確保すること、（３）光切断法で必要となる投射されるレーザ光とカメラとの関係をキャリブレーションする必要があるが、２台のカメラ２Ａ，２Ｂを用意すれば２台のカメラ２Ａ，２Ｂのみで、他の機器を必要としないでキャリブレーションができることから、利便性が高い。そこで、カメラ２Ａ，２Ｂの２台構成が好ましい。このキャリブレーションを「レーザキャリブレーション」と称する。
また、２台のカメラ２Ａ，２Ｂ間で撮影タイミングの同期がとれており、同じ露出時間でないと、レーザキャリブレーション等で問題が発生する可能性があるため、同期トリガユニット１５を設けている。
【００２８】
（緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂ）
緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、水封ハウジング４Ａの外の、例えば、使用済燃料貯蔵プールの作業床面上に設置された図示しない所定の電源から電源供給を受け、メイン制御装置９１Ａからの制御により発光状態、発光停止の状態に制御される。本実施形態では、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、水平のラインレーザ光を投射するように構成されている。
【００２９】
緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、赤色レーザに比べて水中での透過性が大幅に高い緑色レーザを用いる。例えば、緑色光のレーザ光源としては、現在安価であるＹＡＧレーザ（赤外線レーザ）を、波長変換素子を通して緑色レーザとするものを用いる。
また、光切断法に用いる緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、観測対象物１３の寸法、形状、外観等の計測精度を確保するために、予め管理された高い平面度の緑色のラインレーザ光を投射できる機能（特許請求の範囲に記載の「ラインレーザ光を水中の観測対象物に投射するステップ」に対応する）を備えている。
【００３０】
なお、緑色レーザ光を直接出力する緑色半導体レーザも近年開発が進んでおり、コスト的に安くなれば、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの光源として緑色半導体レーザを用いることもできる。
【００３１】
図１において、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂを２台とし、２本の緑色のラインレーザ光を投射することで、観測対象物１３を２断面で捉えることができ（特許請求の範囲に記載の「観測対象物のラインレーザ光の反射光をカメラにより前記カメラの画像として取得するステップ」に対応する）、燃料集合体のような面の組合せ形状の観測対象物１３についての面の評価も可能としている。ラインレーザ光の本数や投射角度は観測対象物１３に応じて決定すれば良い。
【００３２】
（透明水ハウジング５、視野内水領域隔離体１２）
次に、図１を参照しながら透明水ハウジング５と視野内水領域隔離体１２の詳細な構造について説明する。
図1において、水封ハウジング４Ａの背後（水封ハウジング４Ａの光学ガラス３が設けられた側と反対側）及びその側面の四周を囲むように設けられ、水封ハウジング４Ａの前方側（水封ハウジング４Ａの光学ガラス３側）に延伸されるとともに、カメラ２Ａ，２Ｂの視野を妨げないように開口部（開口窓）５ａを有した有底のほぼ四角筒形状の透明水ハウジング５が、水封ハウジング４Ａに取り付けられている。透明水ハウジング５は、例えば、透明なアクリル樹脂製で構成され、隔離体保持機構１９（図２（ａ）参照）に示した隔離体保持機構１９の左端部に固定され、隔離体保持機構１９を介して支持装置６３の取り付け部（図示省略）に固定されている。
【００３３】
前記取り付け部は、メイン制御装置９１Ａにより駆動される、上下方向スライド移動機能、左右方向首振り機能、上下方向首振り機能を有し、隔離体保持機構１９を所定の方向に向けることができ、その結果、隔離体保持機構１９に保持された透明水ハウジング５、視野内水領域隔離体１２を所定の方向に向けることができるようになっている。
【００３４】
透明水ハウジング５の開口部５ａの先端には、観測対象物１３までの水領域をカメラ２Ａ，２Ｂの視野を妨げないように、例えば、透明のポリエチレン製で内面がほぼ四角筒形状の断面の視野内水領域隔離体１２が、ほぼ水密に接続されている。ちなみに、透明水ハウジング５の開口部５ａ及び視野内水領域隔離体１２の内寸法は、カメラ視野範囲７Ａ，７Ｂ（図１参照）及び緑色レーザ光６Ａ，６Ｂを遮らない寸法として構成されており、特に、視野内水領域隔離体１２の内寸法は、先端部１２ｃに向かって末拡がりの断面形状をしている。
【００３５】
なお、透明水ハウジング５の開口部５ａと視野内水領域隔離体１２との接続部は視野内水領域隔離体１２を交換可能に取り付けることが可能な構造である。これは、視野内水領域隔離体１２が薄膜でできているとともに、観測対象物１３と何度も接触することで破損し易く、又、放射線損傷を受けて劣化して破損しやすくなるためである。
視野内水領域隔離体１２は、水封ハウジング４Ａの前方側に徐々にその断面を拡径しながら延伸され、所定の長さ位置間隔でポリエチレン製の補強リング１２ｂ（図２（ａ）参照）が周方向に接着され、その補強リングは径方向外方側に延出された耳部を有している。耳部には、アルミニウム合金等の耐食性金属でその縁部が補強された吊り孔１２ａが設けられている。
【００３６】
（隔離体保持機構１９）
次に、図１、図２を参照しながら隔離体保持機構１９の詳細な構成の一例について説明する。図２は、実施形態における視野内水領域隔離体を保持するとともに、その伸縮長を設定する隔離体保持機構の一例の説明図であり、（ａ）は、全体概要説明図、（ｂ）は、伸縮部の伸長状態の説明図、（ｃ）は、伸縮部の縮小状態の説明図である。
隔離体保持機構１９は、図１では、省略して透明水ハウジング５に固定されているように記載してあるが、実際は、図２（ａ）に示すように透明水ハウジング５を囲むように、例えば、アルミニウム合金等の耐食性があり、軽量な金属で、ほぼ四角筒を構成するように構成され、隔離体保持機構１９の左端部が、図示省略するが支持装置６３の前記した取り付け部に固定されている。
【００３７】
隔離体保持機構１９は、その長手方向に配置されたマスト部材１９ａ、マスト部材１９ａに直角に交わる梁部材１９ｂとでほぼ四角筒の形状を形成し、透明水ハウジング５より前方側（観測対象物１３側）において、離散的に複数箇所に伸縮接続部１９ｄでマスト部材１９ａ，１９ａを互いに長手方向にスライド可能に接続している。
図２（ａ）では、伸縮接続部１９ｄの前後のマスト部材１９ａが一軸のように簡略化して示されているが、後記するように、伸縮接続部１９ｄの前方側（先端部１２ｃ側）のマスト部材１９ａは、伸縮接続部１９ｄの後ろ側（透明水ハウジング５側）よりも径方向外側に位置するように構成されている。つまり、伸縮接続部１９ｄの部分で隔離体保持機構１９の長手方向に垂直な直方体断面は四方にやや面積の増大した直方体断面となっている。
【００３８】
隔離体保持機構１９は、伸縮接続部１９ｄを有しない部分では、マスト部材１９ａと梁部材１９ｂに加えて隔離体保持機構１９の撓みを抑制するトラス構造を構成するために、強度部材としての筋交い部材１９ｃを四角筒の長手方向の四周面において、マスト部材１９ａと梁部材１９ｂ隅部同士を接続するように配置して固定接続してある。この結果、隔離体保持機構１９は、長手方向を水平にしてもほとんど撓むことが無い。
【００３９】
なお、図２（ａ）では、伸縮接続部１９ｄを有する部分の長手方向の長さと、伸縮接続部１９ｄを有しない部分の長手方向の長さがほぼ同じに表示してあるが、伸縮接続部１９ｄを有する部分の長手方向の長さは、最大に伸長したとき（図２（ｂ）参照）でも、伸縮接続部１９ｄを有しない部分の長手方向の長さより短いことが好ましい。そのような構成とすることで伸縮接続部１９ｄを有する部分での重力による撓みを抑制できる。
【００４０】
伸縮接続部１９ｄは、図２（ｂ），（ｃ）に示すようにＬ字形の２つのスライド部材８０Ａ，８０Ｂが、２本のマスト部材１９ａが並行に挿通される孔をそれぞれ２個有し、一方のマスト部材１９ａの外周には、スライド部材８０Ａ，８０Ｂ間でコイルバネ８１が装着された構造である。そして、図２（ｂ）は、伸縮接続部１９ｄが最も短く縮小された状態を示し、Ｌ字型のスライド部材８０Ａ，８０Ｂが長手方向で互いに当接することでこれ以上縮小しない。
【００４１】
スライド部材８０Ａ，８０Ｂを挿通したマスト部材１９ａの一端にはストッパ円盤８５が溶接され、マスト部材１９ａ，１９ａそれぞれがスライド部材８０Ａ，８０Ｂから抜けないようになっている。また、図２（ｂ），（ｃ）では図示省略してあるが、伸縮接続部１９ｄのマスト部材１９ａ，１９ａとスライド部材８０Ａ，８０Ｂの孔は、互いに相対的に周方向の回転をしないで長手方向にのみスライドを許容するように、例えば、スプライン構造のような回り止め機能をしている。これによって、伸縮接続部１９ｄにおいて、マスト部材１９ａ，１９ａ同士の断面方向の相対位置関係が変化しないようになっている。
【００４２】
そして、伸縮接続部１９ｄにおけるマスト部材１９ａ，１９ａ同士の断面方向の相対位置関係は、伸縮接続部１９ｄの前方側（先端部１２ｃ側）のマスト部材１９ａは、伸縮接続部１９ｄの後ろ側（透明水ハウジング５側）よりも径方向外側に位置するように構成されている。つまり、少なくとも伸縮接続部１９ｄの部分で隔離体保持機構１９の長手方向に垂直な直方体断面は四方にやや面積の増大した直方体断面となっている。これに合わせて視野内水領域隔離体１２の断面面積も伸縮接続部１９ｄの部分で徐々に拡径したほぼ長方形断面とすることができ、カメラ２Ａ，２Ｂの視野内に視野内水領域隔離体１２の内周面が入らないように前方ほど拡径したほぼ長方形断面とすることができる。
【００４３】
図２（ａ）には、伸縮接続部１９ｄが最も長くなった状態を示しており、この状態で、視野内水領域隔離体１２の吊り孔１２ａが梁部材１９ｂから延びた棒状部材またはワイヤや紐等の吊り部材１９ｅに固定されている。ちなみに、吊り部材１９ｅは、視野内水領域隔離体１２を破損させない点からワイヤや紐等の可撓性の部材が好ましい。
ちなみに、図２（ａ）においては、図示を簡略化して先端の梁部材１９ｂにその端が固定されたワイヤ８３及びワイヤ８３が挿通された吊り孔１２ａを隔離体保持機構１９の上面だけに示しているが、実際には四周面それぞれに１組、計４組配してある。そして、ワイヤ８３の他端をドラムに巻きつけ、ワイヤ８３を伸縮させたり、所定の長さに保持したりするブレーキ付きワイヤ巻取り装置８７（図１参照）も、伸縮接続部１９ｄの根元部の四周面に各１個配置されている。
ワイヤ巻取り装置８７（図１参照）は、メイン制御装置９１Ａ（図１参照）により、オペレータが操作入力装置９１ｃを用いて操作することにより制御される。
【００４４】
ワイヤ８３が、ワイヤ巻取り装置８７により図２（ａ）の状態から巻き取られると、伸縮接続部１９ｄが図２（ｂ）の状態から図２（ｃ）の状態になり、隔離体保持機構１９の長手方向のながさが短く縮むとともに隔離体保持機構１９の内周側に保持された視野内水領域隔離体１２も長手方向に短く縮むこととなる。逆にワイヤ８３が、ワイヤ巻取り装置８７により短くなった状態から繰り出されると隔離体保持機構１９も視野内水領域隔離体１２も長手方向に延びることとなる。
【００４５】
ちなみに、視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃは、図２（ａ）に示すように、隔離体保持機構１９の先端部よりも観測対象物１３側に延伸した構造とされ、観測対象物１３に隔離体保持機構１９の先端が当たることなく先端部１２ｃが観測対象物１３に当接可能となっており、観測対象物１３の表面形状に凹凸があっても、先端部１２ｃが柔軟に観測対象物１３の表面形状に適合して当接可能な構成となっている。
【００４６】
前記したような隔離体保持機構１９の構成により、後記するように視野内水領域隔離体１２の内部に送り込まれる透明水の圧力により視野内水領域隔離体１２が径方向外方に膨らんでも隔離体保持機構１９によりその周面が保持され、断面形状をほぼ四角筒形状に保持できる。その結果、隔離体保持機構１９が無い場合に視野内水領域隔離体１２がほぼ円形断面形状となって、上下に配置されたカメラ２Ａ，２Ｂの視野を狭めることを抑制できる。ここで、吊り孔１２ａ、隔離体保持機構１９、ワイヤ８３、ワイヤ巻取り装置８７が、特許請求の範囲に記載の「隔離体保持機構」に対応する。
【００４７】
（視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃ）
次に、視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃの構成について図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態における視野内水領域隔離体の先端部の構造の一例の説明図であり、（ａ）は、水平断面図、（ｂ）は、斜視図である。
視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃには、その外周をほぼ全体的に可撓性（柔軟性）があり、耐放射線性が高い樹脂製のチューブ環７１が取り付けられ、それに可撓性のある樹脂製の配管５３が接続している。チューブ環７１は、柔軟性があり、観測対象物１３の形状に沿ってほぼ変形することが可能である。ただし、図３（ｂ）に示すようにチューブ環７１の周方向一部分には、柔軟性が低い、つまり、硬い凹部７１ｂが設けられており、この凹部７１ｂは、例えば、平面に先端部１２ｃが当接しても視野内水領域隔離体１２の内部の水を積極的に外へ漏らすことが可能となっている。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ）に示すようにチューブ環７１は、視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃの外周縁部に接着固定されている。チューブ環７１は、その後ろ側（透明水ハウジング５側）に向いたノズル孔７１ａを有しており、透明水を配管５３から供給されるとその反動で先端部１２ｃが観測対象物１３に当接し、視野内水領域隔離体１２の外側の水が視野内水領域隔離体１２内に入らないようにしている。
【００４９】
そのようにするため、透明水供給制御装置９０が、メイン制御装置９１Ａから、観測対象物１３に先端部１２ｃを当接させるような指示を受けたときは、透明水供給制御装置９０がポンプ１７Ｂと流量調節弁Ｖ３の開度を制御して、透明水供給源１８の透明水、例えば、浄水や清水を、配管５２から分岐した配管５３により、圧力計Ｓ５、流量計Ｓ６が適当な目標値になるようにしてチューブ環７１に供給する。チューブ環７１のノズル孔７１ａからの透明水の吐出の反動で、観測対象物１３に先端部１２ｃが当接する。
【００５０】
ちなみに、先端部１２ｃを観測対象物１３の現在の当接箇所から離して別の当接箇所に移動させる場合は、つまり、透明水供給制御装置９０が、メイン制御装置９１Ａから、観測対象物１３から先端部１２ｃを離す指示を受けたときは、流量調節弁Ｖ３を閉じて、チューブ環７１のノズル孔７１ａからの透明水の吐出を止める。
そうすると、先端部１２ｃは、観測対象物１３から離れ、観測対象物１３を移動させるか、又は隔離体保持機構１９（図１参照）の支持装置６３（図１参照）により隔離体保持機構１９を動かすことにより観測対象物１３の別の箇所に先端部１２ｃの位置を相対的に移動させることができる。その後、再び透明水供給制御装置９０が、メイン制御装置９１Ａから、観測対象物１３に先端部１２ｃを当接させる指示を受けたときは、流量調節弁Ｖ３を開いて、チューブ環７１のノズル孔７１ａからの透明水を吐出させ、その反動で観測対象物１３の新たな箇所に先端部１２ｃが当接する。
【００５１】
この結果、後記するように観測対象物１３が濁り水の中に位置していたり、観測対象物１３の近傍の水の温度変化のある対流現象が生じていたりする場合でも、視野内水領域隔離体１２に供給される透明水によりカメラ２Ａ，２Ｂに対する視野内の水領域が透明性を保ち、又温度揺らぎを防止できる。
【００５２】
（視野内水領域隔離体１２への透明水の供給）
次に、図１に戻って視野内水領域隔離体１２へ透明水を供給する構成について説明する。透明水ハウジング５の中に観測対象物１３側に向かって透明水をコーン状に高圧噴射させる高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂを、例えば、上下又は左右に２台配置する。高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂは、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの投射するラインレーザ光の邪魔にならず、且つ、カメラ２Ａ，２Ｂの視野内に入らないように配置する。高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂの噴射パターンは、既存のサイクロンノズル等のコーン状が適している。
ちなみに、サイクロンノズルとは、所定の角度の開きを持った扇状の範囲内に高圧水を噴射するときに、前記扇状の範囲がサイクロンノズルの軸方向周囲に旋回するように高圧水を噴射するものである。
【００５３】
高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂへの供給水は透明水供給源１８の透明水を透明水供給制御装置９０により制御された高圧ポンプ１７Ａにて昇圧したものを用いる。ちなみに、透明水供給制御装置９０は、圧力計Ｓ１、流量計Ｓ２からの圧力と流量の信号に基づき予め設定された圧力と流量となるように高圧ポンプ１７Ａの回転速度と流量調節弁Ｖ１の開度を制御する。
なお、図１では透明水ハウジング５内の上下方向に高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂを配した例で説明したが、それに限定されるものではなく、透明水ハウジング５内の上下及び左右方向に高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ（図１中には、符号１０Ｃ，１０Ｄ記載してない）を４個配置しても良い。
【００５４】
透明水ハウジング５内で観測対象物１３に向かって高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂよりも後方の位置に、配管５２に接続された透明水供給口９を複数設ける。この複数の透明水供給口９は、高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂからの高圧噴射により前方にジェットポンプ効果で送水される視野内水領域隔離体１２内の透明水の背圧を確保するとともに、高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂの透明水の視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃへの送水効率を高める。更に、視野内水領域隔離体１２内の断面方向の流速分布を先端部１２ｃ側から透明水ハウジング５側に逆流する部分が無い程度に一様にするとともに、視野内水領域隔離体１２内の圧力が視野内水領域隔離体１２の外側の圧力よりも若干上回るように視野内水領域隔離体１２の内外の差圧を発生させ、視野内水領域隔離体１２の内側の透明水域の断面形状をカメラ２Ａ，２Ｂの視野を妨げないように保持させる。
前記した目的の制御のため、透明水供給制御装置９０は、圧力計Ｓ３、流量計Ｓ４からの圧力と流量の信号に基づき予め設定された圧力と流量となるようにポンプ１７Ｂの回転速度と流量調節弁Ｖ２の開度を制御し、透明水供給口９から吐出する透明水の流量を制御する。
【００５５】
この結果、視野内水領域隔離体１２内への少ない透明水供給流量で視野内水領域隔離体１２内の観測対象物１３近傍での透明水の速度分布に逆流部が存在しない程度まで均一にすることができる。
高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂ及び透明水供給口９は、透明水ハウジング５と観測対象物１３間の水領域に透明水を供給し、観測対象物１３の周辺に濁り水が存在する場合には、視野内水領域隔離体１２の内側の水を透明水に置換し、その後は、濁り水が透明水ハウジング５と観測対象物１３との間の水領域に入り込むことを阻止する。
よって、観測対象物１３の周辺に濁り水がある場合にも、濁り水が水封ハウジング４Ａと観測対象物１３との間の水領域に入り込むことを効果的に阻止することができる。
【００５６】
（比較例）
次に、図４から図７を参照しながら、赤色のラインレーザ光を用いた比較例の水中観測装置１０１との作用効果の比較について説明する。図４は、比較例の赤色のラインレーザ光を用いた水中観測装置の概略構成図である。
図４に示す水中観測装置１０１では、図１に示した支持装置６３や、画像データ処理装置１６Ａに対応する画像データ処理装置１６Ｂ、メイン制御装置９１Ａ対応するメイン制御装置９１Ｂを示すが、詳細な説明は本質的に本実施形態との比較に関係しないので省略する。
ちなみに、水封ハウジング４Ｂは、支持装置６３の取り付け部に固定されている。記取り付け部は、メイン制御装置９１Ｂにより駆動される、上下方向スライド移動機能、左右方向首振り機能、上下方向首振り機能を有する。
図４では、通常の光切断法で透明な水封ハウジング４Ｂ内に格納された、水中でカメラ２Ｃや赤色レーザプロジェクタ１Ｃから１．８ｍ程度離れた位置にある観測対象物１３である、例えば、燃料集合体を観測する場合における外光や赤色レーザプロジェクタ１Ｃから観測対象物１３に当たる光の反射光をカメラ２Ｃで撮影するときの光成分の概念を示している。光切断法に用いる投射光（ライン光）源としては、レーザ光では最も普及している赤色レーザプロジェクタ１Ｃとした。
【００５７】
ここで、外乱光は、太陽光や照明光であり、その光源により可視光のスペクトルはそれぞれ異なるものであるが、説明を簡単化させるために図４に示したように外乱光（赤色成分）２１、外乱光（緑色成分）２２、外乱光（青色成分）２３にて例示してある。
図４において、カメラ２Ｃにて感受される光成分は、赤色レーザプロジェクタ１Ｃから投射された赤色のラインレーザ光２０の観測対象物１３の表面での反射による赤色レーザ反射光２５と、外乱光（赤色成分）２１が入水し、減衰した後観測対象物１３表面で反射した外乱反射光（赤色成分）２６と、外乱光（緑色成分）２２が入水し減衰した後観測対象物１３表面で反射した外乱反射光（緑色成分）２７と、外乱光（青色成分）２３が入水し減衰した後観測対象物１３表面で反射した外乱反射光（赤色成分）２８と、観測対象物１３が燃料集合体の場合ではチェレンコフ光２４と、が挙げられる。破線で囲い、符号２９を付して示した領域は、チェレンコフ光発生領域２９を示す。
【００５８】
図４において、観測対象物１３が燃焼した燃料集合体のように熱を帯びている場合、観測対象物１３周辺の水領域には破線で示した水温分布変化領域３０が生じる。このため、カメラ２Ｃに感受される光成分には、水温の違いで屈折率が時間の推移で変化することによるカメラ２Ｃのカメラ画像に揺らぎが生じる。
【００５９】
図４において、各光成分を表した矢印の長さは光の強さを概念的に表わしている。赤色レーザプロジェクタ１Ｃの出力クラスは大掛かりな安全措置を要しないＪＩＳ規格（JISC6802）で出力クラス３Ｒを想定している。
【００６０】
図４において、光切断法に必要な光成分をシグナル成分と称するとすると、シグナル成分は赤色レーザ反射光２５であり、それ以外のチェレンコフ光２４、外乱反射光（赤色成分）２６、外乱反射光（緑色成分）２７、外乱反射光（青色成分）２８はノイズ成分である。図４の矢印にて示すようにシグナル成分（Ｓ）はノイズ成分（Ｎ）と大差なく、撮影されるカメラ画像はＳ／Ｎ比が小さく、ダイナミックレンジも小さいものである。
【００６１】
以上の図４を用いて説明したように、赤色レーザプロジェクタ１Ｃを用いた通常の光切断法では透明な水中であってもカメラ２Ｃで得られるカメラ画像はＳ／Ｎ比が小さく、ダイナミックレンジが小さい。また、カメラ画像の見掛け上の揺らぎもあり、精度の良い観測はできない。
【００６２】
図５は、比較例の水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に得られたカメラの画像の説明図である。図６は、図５に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。図４では、赤色レーザプロジェクタ１Ｃは１台のみしか記載していないが、図５では、図１の本実施形態のように赤色レーザプロジェクタ１Ｃが２台上下に配置された場合でカメラ２Ｃのカメラ画像を示してある。図５に示すようにカメラ画像にはノイズが多く、シグナル成分が弱いためシグナル成分が良く確認できない状態である。また、図６のラインレーザ光の線幅方向の輝度分布でも分かるように、ダイナミックレンジ（＝Ａ／Ｂ）が小さ過ぎて光切断法の画像処理ができない状況である。
図６において、実線は、あるタイミングにおけるカメラ画像において、温度の揺らぎが無い場合に、本来赤色のラインレーザ光のライン幅の中心が位置すべき位置（図６において、「ライン中心位置」と表示）に対して、屈折のためカメラ画像で得られる線幅方向の輝度分布を示し、想像線（二点鎖線）は、別のタイミングにおけるカメラ画像において、ライン中心位置に対して、屈折のためカメラ画像で得られる線幅方向の輝度分布を示し手いる。
【００６３】
（実施形態の作用効果）
このため、本実施形態ではシグナル成分を増やすことが重要と考え、発明者等はレーザ光源の見直しを行った。この結果、緑色レーザで線幅と平面度を管理したものであれば出力クラス３Ｒでもシグナル成分は大幅に増加し適用可能であることを確認し、緑色レーザをレーザ光源として採用した。
【００６４】
図７は、投射するラインレーザ光が赤色光と緑色光とで比較した水中での減衰特性を示す説明図である。これは、実施形態に記載のカメラ２Ａ，２Ｂのカメラにて撮影されるラインレーザ光の反射光の輝度を、蒸留水に対しては計算により、蒸留水ではない通常存在する透明度の高い水（以下、「通常水」と称する）に対しては実験によって求めたものである。
蒸留水中にて撮影したと仮定した場合の、緑色光のレーザ照射ラインの輝度の減衰曲線の計算結果を細い二点鎖線で示し、赤色光のレーザ照射ラインの輝度の減衰曲線の計算結果を点線で示してある。
また、通常水の中にて撮影した、緑色光のレーザ照射ラインの輝度の減衰曲線を実験で求めたものを破線で示し、赤色光のレーザ照射ラインの輝度の減衰曲線を実験で求めたものを太実線で示してある。
【００６５】
水中で光が減衰することは一般的に知られているが、この光の減衰は、水による光の吸収と散乱によるものであり吸収係数ａと散乱係数ｂとで表すと、ある距離Ｌ（単位：ｍ）を通過する間の光の減衰は、光の消散係数ｃ（＝ａ＋ｂ）により、次式（１）で表される。
Ｉ（Ｌ）＝Ｉ０ｅ−ｃＬ      ・・・・・・・（１）
ここで、Ｉ０は、Ｌ＝０ｍの場合の光の強度である。
【００６６】
図７の計算においては、蒸留水中の消散係数ｃは、Ｈｕｌｂｕｒｔ（１９４５年）による測定結果を用いた。観測対象物１３での表面散乱係数は前記した４本の減衰曲線とも同じ０．４を仮定し、レーザ光の出力は２０ｍＷと規格化した。レーザ光の出力は２０ｍＷという値は、ＪＩＳ規格で出力クラス３Ｒの上限の出力に相当し、出力クラス３Ｒは、直接のビーム内観察は危険であるとされているが、危険度は低く、製品の安全対策、及び使用者の規制対策が出力クラス３Ｂ以上に比べて緩和されている出力クラスである。つまり、使用に当たっての特別な安全対策が必要なく、廉価に運用ができるレーザ光の強度である。また、観測対象物１３で反射後、レーザ光は拡散するため、その影響についても考慮している。
【００６７】
ちなみに、赤色光のレーザ照射ラインの輝度の減衰曲線については、赤色レーザの減衰が大きいのでカメラ画像による輝度を得るために、観測対象物までの水中距離２ｍ位置における、８０ｍＷ(クラス３Ｂ)の赤色レーザの光源強度と２０ｍＷの緑色レーザの光源強度との実測輝度比から消散係数を求めて、赤色レーザの光源強度を２０ｍＷに規格化して減衰曲線を得た。
なお、この赤色レーザの消散係数は、蒸留水中における緑色レーザの消散係数の値の１６倍の値であった。
【００６８】
図７のデータ取得実験に利用した日本ＦＡシステム株式会社の商品モデル「ＩＤＳ：ＵＩ−５４９０ＳＥ−Ｍ」のカメラにて１ｍｍ以内程度の測定精度が得られる画像処理を可能とするダイナミックレンジが確保できる撮影輝度レベルとして、発明者等は実測した画像の１／１０程度の輝度が必要であると考え、一点鎖線で示した「画像処理可能輝度」を図７に示してある。必要測定精度が小さくなれば、それに応じ、「画像処理可能輝度」のレベルも低下する。
【００６９】
ところで、水中に懸濁質が含まれている場合、懸濁質による光の散乱効果が大きくなる。水道水の水質基準では、濁度２以下であり、「通常水」の濁度としては、水道水における現実的な濁度１とする。
図７に示すようにカメラ２Ａ，２Ｂと観測対象物１３との水中距離が２ｍ位置におけるカメラ２Ａ，２Ｂの受光強度は、赤色レーザ対緑色レーザの比が蒸留水の場合で、１：２であるのが、濁度が上昇して１度の通常水の場合なると１：１０程度に大幅に変化することが分かった。すなわち、蒸留水と通常水での輝度の減衰曲線の差異は、濁度の影響が大きいと思われる。
図７に示すように、通常水中で緑色レーザは赤色レーザに比べて大幅に減衰し難いことが確認された。つまり、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂにより投射される緑色のラインレーザ光は、赤色のラインレーザ光よりもより水中で長い距離にわたって吸収や散乱を受けずに観測対象物に到達し、その反射光が計測に利用するに十分な輝度でカメラ２Ａ，２Ｂに捉えることができる。
【００７０】
次に、図８、図９を参照して、比較例の図４の状態における赤色レーザプロジェクタ１Ｃを緑色レーザプロジェクタ１Ａに代えた場合のカメラ画像について説明する。図８は、実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合の参考例として、青色光減衰光学フィルタを付けないカメラの画像の説明図である。図９は、図８に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。図８では、図１の本実施形態のように緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂが２台上下に配置された場合でカメラ２Ｃのカメラ画像を示してある。
【００７１】
比較例の図４の状態における赤色レーザプロジェクタ１Ｃ，１Ｃを緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂに代えると、カメラ画像のイメージは図８、線幅方向の輝度（階調）分布は図９に示す状態となり、シグナル成分は大幅に増加した。しかし、図８及び図９に示すように、ノイズ成分は依然として高く、精度の良い観測をするためにはノイズ成分を低減しダイナミックレンジの拡大を図る必要がある。また、画像処理では線幅方向の重心位置を求める必要があるが、図９の輝度分布では温度揺らぎによる見掛け上の分布を示しているため、求めた重心位置も見掛け位置となり実際のライン中心位置とずれてしまうことがを確認された。ちなみに、図９において実線と二点鎖線の輝度分布は撮影タイミングが異なり、屈折により実際のライン中心位置とずれてしまうことを示している。
【００７２】
ノイズ成分を低減するには、シグナル成分である緑色光のみを透過させれば良い。しかし、このタイプのフィルタでは緑色光の透過率も低下してしまいシグナル低下を伴うことが分かった。そこで、本々水中では赤色光の減衰が大きく赤色光のノイズ成分が少ないことを利用し、青色よりも波長の短い光成分のみを減衰させるタイプのフィルタで緑色光の透過率の高い光学フィルタ２ａ（青色光減衰光学フィルタ）の適用を考えた。
【００７３】
図４の状態から、赤色レーザプロジェクタ１Ｃ，１Ｃを緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂに代え、カメラレンズの先端に選定した光学フィルタ２ａを取り付けて撮影した結果のカメラ画像について図１０、図１１を参照して説明する。図１０は、実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に得られる青色光減衰光学フィルタを付けたカメラの画像の説明図である。図１１は、図１０に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。
図１１の点線の輝度分布から実線の輝度分布へ変化で示すようにノイズ成分は大幅に低減し、青色光減衰光学フィルタ２ａが有効であることを確認できる。この結果、ダイナミックレンジはほぼ最大限に確保できる。
【００７４】
緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂとカメラ２Ａ，２Ｂのレンズに装着された光学フィルタ２ａを併用することにより、カメラ２Ａ，２Ｂのイメージセンサに入射する光成分は、青色及び青色よりも短波長側の成分は光学フィルタ２ａにより大幅にカットされる。また、緑色よりも長波長側の成分の中でも赤色及び赤色よりも長波長側の成分は水中で大きく減衰されていることから入射成分の割合は少ない。一方、観察に使用する緑色成分は赤色成分に比べて水中での減衰が少ないことと、光学フィルタ２ａでの透過率が高いことから入射成分の割合は大きくなる。結果として、カメラ２Ａ，２Ｂにて感受する光成分は、観測に使用する緑色レーザの成分（シグナル成分）が支配的となり、それ以外の成分（ノイズ成分）は僅かとなり、シグナル/ノイズ比（Ｓ/Ｎ比）が大きくなり、ダイナミックレンジも拡大する。
つまり、緑色のラインレーザ光を用い、カメラ２Ａ，２Ｂは、緑色光に対する透過性が高く青色光より短波長側の可視光を減衰させる光学フィルタ２ａを有するので、水中で観測対象物１３等が高エネルギのガンマ線を放出して、水中でチェレンコフ光を生じさせる場合でも、光学フィルタ２ａによりチェレンコフ光がカメラ画像のノイズとして入ることを減衰させる。その結果、観測対象物１３に到達した緑色のラインレーザ光の反射光が計測に利用するに十分な輝度でカメラ２Ａ，２Ｂに捉えることができる。
【００７５】
しかしながら、この状態では、水の温度揺らぎによる輝度重心位置とライン中心位置の一致性は依然として悪い。
【００７６】
水の温度揺らぎによる輝度重心位置とライン中心位置の一致性を高めるためには、基本的には水の温度揺らぎの変動周期程度に比べて長い時間の露出をカメラ２Ａ，２Ｂにて行えば良いと考えられる。図１２は、実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に、カメラの露出時間を長くし過ぎた場合に得られる画像の概念説明図である。図１３は、図１２に示すＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の輝度分布を示す説明図である。カメラ２Ａ，２Ｂの露出時間を長くすると現実的にはカメラ２Ａ，２Ｂの最大輝度で飽和してしまうことから、図１２及び図１３に示すようなカメラ画像となり、水の温度揺らぎによる輝度重心位置とライン中心位置の一致性を高まるが、ダイナミックレンジが低下することにより一致性は十分ではない。
【００７７】
このため、本実施形態では、ダイナミックレンジを確保しつつ水の温度揺らぎによる輝度重心位置とライン中心位置の一致性を高める方法を図１４から図１６を参照しながら説明する。図１４は、実施形態における緑色のラインレーザ光を用いた水中観測装置による光切断法で計測を行った場合に、カメラの露出時間を適切にした場合に得られる画像の概念説明図である。図１５は、図１４の状態において、観測対象物近傍の水温が時間的に変動して画像揺らぎがある場合に、複数回撮影したカメラの画像のＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の各輝度分布を示す説明図である。図１６は、図１４の状態において、観測対象物近傍の水温が時間的に変動して画像揺らぎがある場合に、複数回撮影したカメラの画像のＡ部に投射されたラインレーザ光の線幅方向の各輝度分布に基づいて規格化して得られる画像のＡ部に関するライン光の線幅方向の各輝度分布を示す説明図である。
【００７８】
具体的には、画像データ処理装置１６Ａのソフトが露出最適化モード機能と、測定モード機能とを有する。メイン制御装置９１Ａの操作入力装置９１ｃがオペレータによる露出最適化モードの実行の入力指令を受けると、制御装置本体９１ａを介して画像データ処理装置１６Ａにシグナル成分が飽和しない程度の露出時間を設定するためのカメラ２Ａ，２Ｂによるカメラ画像を、露出時間を変化させて複数取得する。複数の露出時間を変化したカメラ画像の輝度分布に基づいて、輝度が飽和しない余裕のある露出時間を、例えば、内外挿計算により算出し、最適な露出時間を設定する。
【００７９】
そして、メイン制御装置９１Ａの操作入力装置９１ｃがオペレータによる測定モード実行の入力指令を受けると、制御装置本体９１ａを介して画像データ処理装置１６Ａに前記設定された最適な露出時間をカメラ２Ａ，２Ｂに送信させる指令が入力される。その後、測定モードの観測対象物１３の寸法及び形状の計測、外観観察の一連のカメラ２Ａ，２Ｂによるカメラ画像を取得においては、前記設定された最適な露出時間により、カメラ２Ａ，２Ｂが動作する。このとき、カメラ２Ａ，２Ｂは、画像データ処理装置１６Ａから同期トリガユニット１５を介して送信される撮影タイミング信号により予め決められた複数の枚数だけ同期撮影し、カメラ画像を画像データ処理装置１６Ａに送信する。
【００８０】
カメラ画像を画像データ処理装置１６Ａは、得られた複数回のカメラ画像の画像データを重ね合せ一つの規格化画像として、画像データ処理装置１６Ａのメモリに格納し、この規格化画像を光切断法における画像処理のベースデータとする。この規格化処理によりダイナミックレンジを確保しつつ、水の温度揺らぎによる輝度重心位置と実際のライン中心位置の一致性が大幅に高まる。ここで「得られた複数回のカメラ画像の画像データを重ね合せ一つの規格化画像として」が、特許請求の範囲に記載の「カメラで連射した複数画像を重ね合わせて規格化して」に対応する。
ちなみに、このとき燃料昇降機制御操作盤４７から画像データ処理装置１６Ａへ送信された昇降機位置信号による観測対象物１３である燃料集合体の上下方向位置と周方向位置のデータを付して、規格化画像を画像データ処理装置１６Ａのメモリに格納する。
その後、画像データ処理装置１６Ａのメモリに格納した規格化画像を用い、光切断法によりラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、観測対象物１３の寸法、形状を解析し（特許請求の範囲に記載の「画像データ処理手段が、前記取得されたカメラの画像を用い、光切断法により前記ラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、前記観測対象物の寸法、形状を計測するステップ」に対応する）、その結果を燃料集合体の上下方向位置と周方向位置のデータを付して、制御装置本体９１ａに送信する。制御装置本体９１ａは、表示装置９１ｂに観測対象物１３の寸法、形状を表示するとともに、制御装置本体９１ａ内の記憶装置に燃料集合体の上下方向位置と周方向位置のデータを付して寸法、形状のデータを格納し、必要に応じ外部の装置にデータ出力する。
なお、燃料集合体の上下方向位置と周方向位置のデータは、観測対象物１３の位置や観測方位のデータに対応する。
【００８１】
以上のように本実施形態の水中観測装置１００によれば、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂからの緑色のラインレーザ光を用い、カメラ２Ａ，２Ｂのレンズには青色光減衰光学フィルタ２ａを装着しているので、透明な水中の１．８ｍ程度離れた位置でも十分に観測対象物１３に照射された緑色のラインレーザ光を画像としてＳ／Ｎ比も良好に撮影することができる。例えば、燃料集合体のような角柱形状の観測対象物１３に関する寸法を±１ｍｍ以内、角度を±１°以内で観測することができる結果を実験により得られた。
【００８２】
観測対象物１３のおかれている水環境に濁りがある場合、カメラ画像中のシグナル成分はノイズ成分に埋もれてしまうことから観測はできなくなる。この場合、透明水ハウジング５、透明水供給口９、高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂ、視野内水領域隔離体１２、高圧ポンプ１７Ａ、ポンプ１７Ｂ、配管５１，５２，５３、透明水供給制御装置９０、流量調節弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、圧力計Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５、流量計Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６等を用いることにより、カメラ２Ａ，２Ｂから観測対象物１３までの水領域が透明水で満たされ、カメラ２Ａ，２Ｂの良好な視界は確保され観測が可能となる。
また、この場合、前記した水温分布の時間変化によるカメラ画像の揺らぎを低減する効果もあり、より鮮明なカメラ画像が得られ、複数毎のカメラ画像から規格化画像を得る必要が無くなる場合も生じる。
【００８３】
本実施形態では、観測対象物１３を燃焼した燃料集合体としたが、これ以外の水中の観測対象物１３に対しても適用可能である。
【００８４】
また、本実施形態においては、監視カメラ６０、放射線検出器６１を支持装置６３に設けたので、カメラ２Ａ，２Ｂや緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの単位時間当たりの放射線吸収線量を検出し、カメラ２Ａ，２Ｂや緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂが０．１Ｇｙ／ｈ以下となるように１．８ｍの観測対象物１３との水中距離に限定されること無く、測定精度が満足できる範囲で支持装置６３の固定場所を変更することが可能になる。
また、監視カメラ６０により視野内水領域隔離体１２、隔離体保持機構１９を適切に観測対象物１３に向けることができる。
その結果、観測対象物１３が放射能を有するものであっても、又カメラ２Ａ，２Ｂや緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの使用環境が放射線場であっても、その観測対象物１３等から放出される放射線が水によって減衰され所定の制限値以下の吸収線量となる水中距離、つまり、カメラ２Ａ，２Ｂや緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの半導体や電子回路が放射線によって性能劣化が進まない所定の水中距離を観測対象物１３との間に確保でき、且つ、観測対象物１３に向けて投射された緑色のラインレーザ光を撮影可能となる。
【００８５】
《第１の変形例》
次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。前記した実施形態では、図１に示すように透明水ハウジング５、透明水供給口９、高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂ、視野内水領域隔離体１２、高圧ポンプ１７Ａ、ポンプ１７Ｂ、配管５１，５２，５３、透明水供給制御装置９０、流量調節弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、圧力計Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５、流量計Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６等を用いることにより、カメラ２Ａ，２Ｂから観測対象物１３までの水領域が透明水で満たされ構成としたが、それに限定されるものではない。
水が濁っていない場合は、カメラ２Ａ，２Ｂを格納した水封ハウジング４Ａの光学ガラス３から観測対象物１３までの水領域が透明水で満たす構成をなくし、支持装置６３の前記した取り付け部に水封ハウジング４Ａを直接取り付けても良い。
【００８６】
《第２の変形例》
次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。前記した実施形態では視野内水領域隔離体１２を隔離体保持機構１９で伸縮可能に保持し、視野内水領域隔離体１２を任意の方向に向ける構成としたが、それに限定されるものではない。
視野内水領域隔離体１２の内周面に透明水の高圧水ノズル１０Ａ，１０Ｂから噴流の一部当てることにより、視野内水領域隔離体１２を直線に近い姿勢に自己保持させる構成としても良い。この場合、ワイヤ巻取り装置８７は、透明水ハウジング５の外周面に固定され、ワイヤ８３の先端は先端部１２ｃ近傍の吊り孔１２ａと固定される。ワイヤ巻取り装置８７で視野内水領域隔離体１２を最短長さに縮めることにより、水中観測装置１００の支持装置６３、透明水ハウジング５、視野内水領域隔離体１２を、観測対象物１３にたどり着けるまでの狭い開口部を通して設定する場合に支障とならないように小さくすることができる。ここで、吊り孔１２ａ、ワイヤ８３、ワイヤ巻取り装置８７が特許請求の範囲に記載の「隔離体長制限機構」に対応する。
【００８７】
《第３の変形例》
実施形態及び第１、第２の変形例では、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂは、水平方向に伸びるラインレーザ光を投射する構成としたが、それに限定されるものではない。緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの２台に限定されず、３台、４台とより多く設けて、一回の撮影画像でより多くの形状や寸法を計測するようにしても良い。
また、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの一方が、水平方向に伸びるラインレーザ光を投射し、他方が、垂直方向に伸びるラインレーザ光を投射するようにしても良い。
【００８８】
《第４の変形例》
更に、これまでは、複数の緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂ，・・・は、カメラ２Ａ，２Ｂに対して相対的に角度位置が固定としたがそれに限定されるものではない。
例えば、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの一方は水封ハウジング４Ａに上下方向にカメラ２Ａ，２Ｂの視野内で所定の限定された範囲で首振り可能に設置され、上下方向に回動させる上下方向回動駆動機構とその角度を検出する上下方向角度位置センサが設けられ、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂの他方は水封ハウジング４Ａに水平方向にカメラ２Ａ，２Ｂの視野内で所定の限定された範囲で首振り可能に設置され、水平方向に回動させる水平方向回動駆動機構とその角度を検出する水平方向角度位置センサが設けられている。
【００８９】
上下方向回動駆動機構、水平方向回動駆動機構は、画像データ処理装置１６Ａによって駆動され、上下方向角度位置センサ及び水平方向角度位置センサのそれぞれの角度位置信号は画像データ処理装置１６Ａに入力される。そして、観測対象物１３に対して視野内水領域隔離体１２が所定の一箇所に当接した状態で、緑色レーザプロジェクタ１Ａ，１Ｂを所定の角度間隔でスキャンし、その上下方向角度位置、水平方向角度位置毎にカメラ２Ａ，２Ｂでカメラ画像を得て、画像データ処理装置１６Ａにおいて光切断法によりラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、観測対象物１３の寸法、形状を解析するようにしても良い。
【００９０】
この第４の変形例によれば、視野内水領域隔離体１２の移動回数を減じて、効率的に光切断法によりラインレーザ光の投射面を三次元化処理し、観測対象物１３の寸法、形状を解析することができる。
【００９１】
《水中観測装置１００のガンマスキャンへの第１の適用例》
次に、図１７、図１８を参照しながら実施形態又はその変形例を燃料集合体のガンマスキャンに適用した場合の第１の適用例について説明する。図１７は、実施形態の水中観測装置をガンマスキャン装置に組み合わせて用いた場合の第１の適用例の構成図である。図１８は、実施形態の第２の変形例の水中観測装置により燃料集合体とガンマスキャン装置とのアライメント寸法を検出し、ガンマスキャン装置で得られた測定ガンマ線の軸方向分布の補正を行った場合の説明図である。
図１７には、前記した実施形態の水中観測装置１００の第２の変形例（図１７中、「水中観測装置１００」と表示）をガンマスキャン装置４４に組み合わせた適用例である。
【００９２】
ガンマスキャンにおけるガンマ線測定値は、ガンマスキャン装置４４と燃料集合体のアライメント寸法により影響を受ける。このため、水中観測装置１００の第２の変形例（以下、単に「水中観測装置１００」と称する）をガンマスキャン装置４４に搭載し、燃料集合体から放出されるガンマ線と燃料集合体のアライメント寸法とを同時に測定する。
【００９３】
燃料集合体のガンマスキャンを実施する場合、これまでは観測対象物１３である燃料集合体をＦＰＭ４０の燃料昇降機４１に載せ、燃料集合体を昇降させながら行う。ここで、昇降に伴う燃料集合体とガンマスキャン装置４４間のアライメント寸法は、ガンマスキャン装置４４や、ＦＰＭ４０が一定位置にあっても、燃料集合体にＦＰＭ４０の燃料昇降機４１上での傾き、曲り、捩れ等があり、一定とはならない。ちなみに、燃料集合体と燃料昇降機４１の上部支持部４１ｂとの間には多少のガタが許容されており、どうしても燃料集合体は燃料昇降機４１上で傾く。アライメント寸法の燃料集合体軸方向の変化は、ガンマ線の測定誤差となるため管理が必要である。
【００９４】
そのため、これまでのガンマスキャンにおいては、燃料集合体の一方の対角方向から測定したら、燃料集合体を１８０度旋回させて燃料集合体の他方の対角方向から測定し、両方の同じ高さ位置のガンマ線測定値の平均値をとって、アライメント寸法による影響が少なくなるような配慮がなされる。しかし、燃料集合体の軸方向に２回測定することになり、測定時間を要することとアライメント寸法の影響が定量化されていないという問題があった。
【００９５】
第１の適用例において、ガンマスキャン装置４４は、例えば、特開２０１２−９８０４６号公報に記載されている「燃料集合体放射能測定装置１」の構成をしており、ここでは簡単に概略構成を記載するに留める。ガンマスキャン装置４４は、有底のほぼ角筒形状のコリメータ４４ａ、コリメータ４４ａの低部側（開口部側と反対側）に配置されたガンマ線検出器４３、ガンマ線検出器４３からのガンマ線検出信号（放射線検出信号）を処理する信号処理装置４６等から主に構成されている。ガンマ線検出器４３には、コリメータ４４ａにより、後記する１ノード分のガンマ線計測範囲４５に限定されたガンマ線が入射する。ここで、ガンマ線検出器４３は、ガンマ線を検出する放射線検出器と、放射線検出器からのガンマ線検出信号を増幅したり信号波形を整形したりして、放射線検出信号を生成する信号生成装置を含んでいる。ガンマ線検出器４３は、ガンマ線検出信号を信号処理装置４６に送信する。信号処理装置４６は、ガンマ線検出信号を波高分析して特定のエネルギのガンマ線を弁別して計数することにより、当該ノードに含まれる特定の核種（ターゲット核種）の濃度を定量する。その特定の核種の濃度の定量結果をガンマ線測定値（実測値）とする。
信号処理装置４６には、燃料昇降機制御操作盤４７からの昇降機位置信号として、上下位置信号が入力される。信号処理装置４６は、上下位置信号に対応付けして、ガンマ線測定値（実測値）とする。
【００９６】
図１７では、水中観測装置１００の支持装置６３が使用済燃料貯蔵プールの側壁に固定され下方に透明水ハウジング５を固定保持している。そして、支持装置６３にガンマスキャン装置４４の支持装置６４が固定されている。
図１７に示す第１の適用例において、水中観測装置１００では、図１におけるメイン制御装置９１Ａの代わりにメイン制御装置９１Ｃとしているが、本質的にその構成は、メイン制御装置９１Ａと同じである。異なる点は、次の点である。
【００９７】
（１）本適用例では、視野内水領域隔離体１２の先端部１２ｃは、燃料集合体の有効長（燃料ペレットが充填されている領域）を２４ノード（図１８参照）に分割したとき、その１ノード分をカメラ２Ａ，２Ｂの視野とできるように設定されている。これにより、当該ノードのアライメント寸法を画像データ処理装置１６Ａにより解析取得することができる。（２）画像データ処理装置１６Ａにより解析取得された当該ノードのアライメント寸法は、信号処理装置４６に入力される。（３）信号処理装置４６により解析された実測のガンマ線測定値とそのアライメント寸法に応じたガンマ線補正結果は、制御装置本体９１ａに送信され、表示装置９１ｂに表示されたり、制御装置本体９１ａの記憶装置に外部へ出力可能に格納されたりする。
【００９８】
信号処理装置４６では、当該ノードのアライメント寸法に従って、ガンマ線検出器４３から入力された１ノード分のガンマ線測定値を補正する。
アライメント寸法としては捩じれ、曲がり、傾きが含まれるとしたが、捩じれのガンマ線測定値への影響については、予め実験的に、又は解析的にその影響度合いをデータとして信号処理装置４６のデータベースに格納しており、所定の閾値内の捩じれまでは実測されたガンマ線測定値を補正せず、所定の閾値を超えたとき、その超えた量に応じて実測されたガンマ線測定値を補正する。ここで、「捩じれ、曲がり、傾き」が、特許請求の範囲に記載の「燃料集合体の変形量」に対応する。
【００９９】
また、アライメント寸法における曲がり、傾きは、燃料集合体と放射線検出器６１との間の水中距離の変化となるため、燃料集合体から放射線検出器６１までの水中距離が基準値の距離よりも短ければ、水によるガンマ線の吸収が減少し、逆に燃料集合体から放射線検出器６１までの水中距離が基準値の距離よりも長ければ、水によるガンマ線の吸収が増加する。そこで、図１８に示すようにアライメント位置信号の例として、基準値からの水中距離の偏差とし、負側が基準値よりも水中距離が長いことを示し、正側が基準値よりも水中距離が短いことを示している。
このため、点線で示した実測のガンマ線測定値をアライメント寸法に応じて実線で示すように定量的に補正することでガンマ線測定値の誤差が低減できる。
【０１００】
本適用例における作業フローは以下のようになる。
（１）燃料集合体移動（使用済燃料貯蔵ラックからＦＰＭ４０位置への燃料移送機４８（図１９参照）による燃料集合体の移動）
（２）燃料集合体載せ替え（燃料移送機４８によるＦＰＭ４０の燃料昇降機４１上への燃料集合体を搭載）
（３）計測（燃料有効長の１ノードごとに所定時間停止後、燃料昇降機４１を１ノード分昇降）
（４）燃料集合体載せ替え（ＦＰＭ４０から燃料移送機４８へ燃料集合体を移動）
（５）燃料集合体移動（ＦＰＭ４０位置から元の使用済燃料貯蔵ラック位置への燃料移送機４８による燃料集合体の移動）
【０１０１】
この結果、燃料集合体を１８０度回転させることなく一方の対角方向に対して、燃料集合体の軸方向にガンマ線を測定するだけで、燃料集合体のガンマスキャンを完了でき、時間的に効率的である。
また、ガンマスキャンの対象の燃料集合体からの熱により燃料集合体の近傍の水が温度揺らぎを生じる可能性があっても、複数毎のカメラ画像から規格化画像得たり、視野内水領域隔離体１２により透明水を供給して燃料集合体の近傍の水が温度揺らぎをするのを抑制したりするので、水の屈折が抑制され、光切断法によるアライメント寸法がより正確に得られ、実測のガンマ線測定値を定量的に補正可能となる。
【０１０２】
《水中観測装置１００のガンマスキャンへの第２の適用例》
次に、図１９を参照しながら実施形態又はその変形例を燃料集合体のガンマスキャンに適用した場合の第２の適用例について説明する。図１９は、実施形態の第２の変形例の水中観測装置をガンマスキャン装置に組み合わせて用いた場合の第２の適用例の構成図である。
燃料集合体のガンマスキャンを実施する際、従来及び第１の適用例ともに燃料集合体はＦＰＭ４０に載せた状態で燃料集合体を上下させながら計測を行う。
従来は、燃料集合体とガンマスキャン装置４４間のアライメント寸法はできる限り一定に保つためＦＰＭ４０を使用したものであるが、燃料集合体を使用済燃料集合体の貯蔵ラックから燃料移送機で吊上げた後、ＦＰＭ４０上に慎重に載せ替える作業を要した。また、測定後はその逆の作業も必要となり、燃料集合体１体当たりのガンマスキャン作業に時間を要した。
【０１０３】
そこで、図１９に示すように観測対象物１３である燃料集合体を燃料移送機４８の掴み具装置４８ａで吊り下げた状態で、例えば、水中観測装置１００（実施形態の第２の変形例）により燃料集合体とガンマスキャン装置４４間のアライメント寸法を測定する。燃料移送機４８を制御する燃料移送装置制御盤４９からは、信号処理装置４６に上下方向位置信号を送信する。
【０１０４】
ちなみに、本適用例のガンマスキャン装置４４におけるガンマ線検出器４３と信号処理装置４６は、特開２０１２−９８０４６号公報に記載されている図１及び図４における「燃料集合体放射能測定装置１」における「放射線信号発生装置３」と「信号処理装置１０」とに対応している。ガンマ線検出器４３は、ガンマ線検出信号を短い時間パルス信号のガンマ線検出信号として出力し、信号処理装置４６は、ガンマ線検出信号を波高分析して特定のエネルギのガンマ線を弁別して計数することにより、当該ノードに含まれる特定の核種（ターゲット核種）の濃度を高速に定量する。その特定の核種の濃度の定量結果をガンマ線測定値（実測値）とする。その結果、高速でのガンマ線検出とその信号処理が可能であり、燃料集合体が揺れていてもそのゆっくりした揺れの一瞬のほぼ停止状態に対応したターゲット核種の同定が可能である。そして、信号処理装置４６は、アライメント寸法に応じて基準距離におけるガンマ線測定値（実測値）を補正してガンマ線補正結果を得る。
【０１０５】
本適用例における作業フローは以下のようになる。
（１）燃料集合体移動（使用済燃料貯蔵ラックからガンマスキャンの計測位置への燃料移送機４８（図１９参照）による燃料集合体の移動）
（２）計測（燃料有効長の１ノードごとに所定時間停止後、掴み具装置４８ａを１ノード分昇降）
（３）燃料集合体移動（ガンマスキャンの計測位置から元の使用済燃料貯蔵ラック位置への燃料移送機４８による燃料集合体の移動）
【０１０６】
その結果、第１の適用例に効果に加え、燃料移送機４８に燃料集合体を吊り下げた状態のままでのガンマスキャンが可能となるため、ガンマスキャン実施時に燃料集合体はＦＰＭ４０への載せ替える必要がなく、ガンマスキャン作業の効率向上が図れる。
【０１０７】
なお、前記した第１及び第２の適用例において、水中観測装置として実施形態の第２の変形例の水中観測装置１００を例示して説明したがそれに限定されるものではなく、実施形態の水中観測装置１００、実施形態の第１の変形例の水中観測装置１００を用いても良い。
【符号の説明】
【０１０８】
１Ａ，１Ｂ  緑色レーザプロジェクタ（レーザプロジェクタ）
１Ｃ    赤色レーザプロジェクタ
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  カメラ
２ａ    光学フィルタ
３      光学ガラス（水封窓）
４Ａ    水封ハウジング
５      透明水ハウジング（水中観測補助装置）
５ａ    開口部（開口窓）
６Ａ，６Ｂ  緑色レーザ光
７Ａ，７Ｂ  カメラ視野範囲
９      透明水供給口（補助透明水供給手段、水中観測補助装置）
１０Ａ，１０Ｂ  高圧水ノズル（水中観測補助装置）
１１    透明水の噴流域
１２    視野内水領域隔離体（水中観測補助装置）
１２ａ  吊り孔
１３    観測対象物（燃料集合体）
１４    プール水（濁り水）
１５    同期トリガユニット
１６Ａ  画像データ処理装置（画像データ処理手段）
１７Ａ  高圧ポンプ
１７Ｂ  ポンプ
１８    透明水供給源
１９    隔離体保持機構（水中観測補助装置）
２０    赤色レーザ光
２１    外乱光（赤色光成分）
２２    外乱光（緑色光成分）
２３    外乱光（青色光成分）
２４    チェレンコフ光
２５    赤色レーザ反射光
２６    外乱反射光（赤色光成分）
２７    外乱反射光（緑色光成分）
２８    外乱反射光（青色光成分）
２９    チェレンコフ光発生領域
３０    水温分布変化領域
４０    チャンネル着脱機（ＦＰＭ）
４１    燃料昇降機
４１ａ  下部支持部
４１ｂ  上部支持部
４２    昇降ガイド
４３    ガンマ線検出器
４４    ガンマスキャン装置
４４ａ  コリメータ
４５    ガンマ線計測範囲
４６    信号処理装置
４７    燃料昇降機制御操作盤
４８    燃料移送装置
４８ａ  掴み具装置
４９    燃料移送装置制御盤
６０    監視カメラ
６１    放射線検出器（信号生成装置）
６３    支持装置（位置固定手段、水中観測補助装置）
６４    支持装置
８３    ワイヤ（隔離体保持機構、隔離体長制限機構、水中観測補助装置）
８７    ワイヤ巻取り装置（隔離体保持機構、隔離体長制限機構、水中観測補助装置）
９０    透明水供給制御装置
９１Ａ，９１Ｃ  メイン制御装置
９１ａ  制御装置本体
９１ｂ  表示装置
９１ｃ  操作入力装置
１００  水中観測装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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