(57)【要約】【課題】カメラを効率良く冷却して、設置方法の如何に関わらずに電気炉、コークス炉などの高温雰囲気炉内の状態、又は高温の観察対象物の状態を、長時間連続して観察することができる観察装置、及びその冷却機構を提供する。【解決手段】観察装置１００は撮影部１２０に収容したカメラ１７０により高温の観察対象物を撮影する装置である。カメラは、撮影部の先端部に形成された監視窓１３７を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサ１７１を実装したエンジンユニット１７５を備える。第一系統の冷却ガスは、冷却器２０１によりイメージセンサの前面に導かれてイメージセンサの受光面を冷却する。第二系統の冷却ガスは第二ガスチューブ１９５によりイメージセンサの後方に導かれてイメージセンサの後面を冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、
前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、
前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットの他部位を冷却する第二の冷却手段と、を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、
前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを備え、
前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、前記撮影部の基端側から注入した第三系統の冷却ガスにより、前記カメラを外部から冷却する第三の冷却手段と、を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項３】
前記各冷却ガスは前記監視窓から前記撮影部の外部に放出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記イメージセンサを構成する各受光素子はボロメータであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記撮影部は同軸状に配置された複数の筒状部材を備え、
前記各筒状部材間に形成された円筒状空間の少なくとも１つに、前記撮影部の基端側から先端側に向けて冷却水を注入して前記撮影部を冷却することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
高温物体を撮影する観察装置における冷却機構であって、
第一系統の冷却ガスによりイメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段を備えることを特徴とする冷却機構。
【請求項７】
第二系統の冷却ガスにより、前記イメージセンサを実装したセンサ基板を、前記受光面とは反対側から冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の冷却機構。
【請求項８】
前記第一の冷却手段は、前記イメージセンサが受光する前記高温物体の光像の経路を回避した位置から前記受光面に向けて冷却ガスを吹き付けることを特徴とする請求項６又は７に記載の冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉、コークス炉などの高温雰囲気炉内、又は高温の観察対象物の状態を観察するのに適した観察装置に関し、詳細には観察装置に使用するカメラ等の被保護対象物を液体、気体等の冷却媒体を用いて効率的に冷却するための冷却構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤカメラ等の撮影手段を、２００℃程度を越える高温雰囲気下にある炉内や容器内に挿入して内部の状態を監視する方法として、従来、ＣＣＤカメラ等の周囲に冷却ガス等の気体や冷却水等の液体を導入して循環させてＣＣＤカメラ等を冷却し、ＣＣＤカメラ等の故障を防止しつつ長時間の観察を可能とする方法がとられている。
ＣＣＤカメラ等に内蔵された電子回路部品は耐熱性に劣るため、カメラの冷却効率を高めるために種々の冷却方法が開発されている。特許文献１には、カメラの冷却効率を高めるため、カメラに近接した位置からカメラに対して直接冷却ガスを吹き付けて局所的に冷却する局所冷却手段を備えた炉内観察装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１２３０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のようにカメラを外部から局所的に冷却する場合、カメラ内の部品に冷却ムラが発生する虞があり、カメラからの安定した映像出力を阻害する要因となりうる。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、カメラ部品を効率良く冷却して、設置方法の如何に関わらずに電気炉、コークス炉などの高温雰囲気炉内の状態、又は高温の観察対象物の状態を、長時間連続して観察することができる観察装置、及びその冷却機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットの他部位を冷却する第二の冷却手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを備え、前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、前記撮影部の基端側から注入した第三系統の冷却ガスにより、前記カメラを外部から冷却する第三の冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、前記各冷却ガスは前記監視窓から前記撮影部の外部に放出されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記イメージセンサを構成する各受光素子はボロメータであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記撮影部は同軸状に配置された複数の筒状部材を備え、前記各筒状部材間に形成された円筒状空間の少なくとも１つに、前記撮影部の基端側から先端側に向けて冷却水を注入して前記撮影部を冷却することを特徴とする。
【０００７】
請求項６に記載の発明は、高温物体を撮影する観察装置における冷却機構であって、第一系統の冷却ガスによりイメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、第二系統の冷却ガスにより、前記イメージセンサを実装したセンサ基板を、前記受光面とは反対側から冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、前記第一の冷却手段は、前記イメージセンサが受光する前記高温物体の光像の経路を回避した位置から前記受光面に向けて冷却ガスを吹き付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、観察装置のカメラ内を冷却するので、高温雰囲気炉内の状態、又は高温の観察対象物の状態を、長時間連続して観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る撮影部の構成を一部断面にて示した模式図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係る冷却機構を説明する模式図である。
【図４】（ａ）は冷却器の構成例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は一部拡大断面図である。
【図５】本発明による高温雰囲気炉内観察装置の一形態例を示す概略構成図である。
【図６】図５に示す撮影部の詳細な構成例を示す要部断面図である。
【図７】図５に示すコントロール装置を構成する操作パネルの構成例を示す正面図である。
【図８】図５に示す撮影部に冷却ガスを供給しているときの状態例を示す模式図である。
【図９】図５に示す撮影部に供給される第一系統側の冷却ガス量が第二系統側の冷却ガス量より多いときの状態例を示す模式図である。
【図１０】図５に示す撮影部に供給される第一系統側の冷却ガス量が第二系統側の冷却ガス量より少ないときの状態例を示す模式図である。
【図１１】図５に示す撮影部に第一、第二系統側の冷却水を供給しているときの状態例を示す模式図である。
【図１２】図５に示す撮影部に第一〜第四系統側の冷却水を供給しているときの状態例を示す模式図である。
【図１３】図５に示す撮影部をコークス炉にセットしてこのコークス炉内を撮影しているときの一例を示す模式図である。
【図１４】本発明による高温雰囲気炉内観察装置の他の形態例で使用される撮影部の要部断面図である。
【図１５】本発明による高温雰囲気炉内観察装置の他の形態例で使用される撮影部の要部断面図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、図１５に示す撮影部をロータリーキルン炉にセットしてこのロータリーキルン炉内を撮影しているときの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の各実施形態に係る観察装置は、撮影部内にカメラを配置すると共に、カメラ内に冷却ガスを導入してイメージセンサを均一に、一定温度範囲内となるように冷却することにより、イメージセンサとしてボロメータを採用した場合であっても、撮影部を高温雰囲気内に配置するか高温物体に近接させた状態で、観察対象物を２４時間３６５日、長時間、連続して観察できるようにした点に特徴がある。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１１】
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態に係る観察装置について説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。
本発明の第一の実施形態に係る観察装置１００は、炉内温度が１０００℃以上になる炉１０１の観察窓１０２に密着するか、観察対象物である高温物体に近接して配置され、観察対象物としての高温物体の状態を撮影する撮影部１２０と、撮影部１２０に冷却水及び冷却ガスを供給する給水給気装置１０３と、撮影部１２０を制御するコントロール装置１０６とを備えている。
【００１２】
＜給水給気装置＞
給水給気装置１０３は、撮影部１２０に供給する冷却水、及び冷却ガスの流量を制御する手段であり、本例には給水給気装置１０３としてバルブスタンドを示している。バルブスタンドには、冷却ガスの圧力源であるコンプレッサ１０４、１０４とは別にバルブ、計器その他の付属品が装着され一体に構成されている。ここで、冷却ガスには、空気の他、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス等、冷却用途に利用可能な気体一般を含むものである。また、冷却水には水道水、工業用水等を用いることができるが、他の冷却用の液体を用いてもよい。
【００１３】
＜コントロール装置＞
コントロール装置１０６は、中継電源ボックス１０７とカメラコントロール用ＰＣ（Personal Computer）１１０を備える。
中継電源ボックス１０７は、撮影部１２０に電源を供給すると共に、撮影部１２０とカメラコントロール用ＰＣ１１０との間で送受信される電気信号を中継する手段である。また、中継電源ボックス１０７は、撮影部１２０から出力された映像信号をモニタ装置１１１に出力して表示させる。
中継電源ボックス１０７は、筐体１０８と、筐体１０８の前面に配置されて操作スイッチや表示手段等を備えた操作パネル１０９と、筐体１０８内に配置され、撮影部１２０から出力される温度信号を処理して警報音などを発生する警報回路と、警報回路の出力内容などを処理して表示信号などを生成する表示回路と、撮影部１２０から出力される映像信号を取り込んで、所定形式の映像信号に処理してモニタ装置１１１に出力する画像処理回路等を備えている。
カメラコントロール用ＰＣ１１０は、操作内容に応じた制御命令を、中継電源ボックス１０７を介して撮影部１２０に出力して、撮影部１２０の動作を制御する。
【００１４】
＜撮影部＞
撮影部１２０は、電気炉、コークス炉、焼却炉等、炉内温度が１０００℃以上になる各種の炉１０１の内部を外部から観察する観察窓１０２に近接（又は密着）して配置されて炉内にある観察対象物Ｘの状態を撮影する。
図２は、本発明の第一の実施形態に係る観察装置の撮影部の構成を一部断面にて示した模式図である。撮影部１２０は、カメラを収容するカメラ収容部１２１と、カメラ収容部１２１よりも先端側（観察対象物側）に配置されたパージフード１５１とを備える。
【００１５】
＜カメラ収容部＞
カメラ収容部１２１は、円筒状の第一外筒１２３と、第一外筒１２３の内側に同軸状に配置された第一内筒１２５とを備える。
カメラ収容部１２１の基端部側（軸方向一端側）にはリアパネル１２７が、カメラ収容部１２１の先端部側（軸方向他端側）にはシャッターフランジ１２９が配置されている。
リアパネル１２７は、第一内筒１２５内に冷却ガスを導入する第一給気口１３１、第二給気口１３３、及び、カメラ収容部１２１内に収容したカメラ１７０に駆動用の電源電圧を供給したりカメラ１７０からの映像信号や第一内筒１２５内に収容した熱電対からの温度信号等を外部に出力する複合ケーブルＣ１を接続する為のケーブルコネクタ１３５を備えている。シャッターフランジ１２９には外部から光像を取り込む第一監視窓１３７が貫通形成されており、第一監視窓１３７には第一内筒１２５の内外空間を連通させる隙間を有した状態にて、耐熱ガラスからなる熱線カットフィルタ１３９が配置されている。熱線カットフィルタ１３９は、カメラで受光する光の成分を透過させ、カメラに悪影響を与える熱線成分の透過を禁止する光学素子である。
【００１６】
第一外筒１２３と第一内筒１２５との間に形成される円筒状の空間Ｓ１の基端はリアパネル１２７によって、先端はシャッターフランジ１２９によって閉止されている。第一外筒１２３の基端部側には第一給水口１４１が、先端部側には第一排水口１４３が形成されており、空間Ｓ１には第一給水口１４１から冷却水が導入され、冷却水は空間Ｓ１内を移動して第一排水口１４３から排出される。本観察装置１００の使用時において、空間Ｓ１は水密的な空間となる。空間Ｓ１を単一の空間としてもよいが、空間Ｓ１内部を螺旋状に複数の空間に仕切ってスパイラル流路を形成することにより、冷却水による撮影部１２０の冷却効率を向上させるようにしてもよい。
撮影部１２０のカメラ収容部１２１の下部には、撮影部１２０を台座等に設置する取付治具１４５が固定されている。
【００１７】
＜パージフード＞
パージフード１５１は、カメラ収容部１２１よりも先端側に位置する撮影部１２０内を冷却しながら、外部からの塵埃及び高温ガスの流入を防止する。
パージフード１５１は、円筒状の第二外筒１５３と、第二外筒１５３の内側に同軸状に配置された第二内筒１５５と、第二外筒１５３及び第二内筒１５５の先端に配置され第二監視窓１５７が形成されたフランジ部１５９を備える。
第二外筒１５３と第二内筒１５５との間に形成される円筒状の空間Ｓ２の基端はシャッターフランジ１２９によって、先端はフランジ部１５９によって閉止されている。第二外筒１５３の基端部には第二給水口１６１が、先端部には第二排水口１６３が形成されており、空間Ｓ２には第二給水口１６１冷却水が導入され、冷却水は空間Ｓ２内を移動して第二排水口１６３から排出される。本観察装置１００の使用時において、空間Ｓ２は水密的な空間となる。空間Ｓ２を単一の空間としてもよいが、空間Ｓ２内部を螺旋状に複数の空間に仕切ってスパイラル流路を形成してもよい。
第二外筒１５３の適所には、第二内筒１５５に形成された連通口１６５を通じて第二内筒１５５の中空空間内に冷却ガスを導入する第三給気口１６７が形成されている。
【００１８】
＜カメラ＞
カメラ１７０は、支持部材によりカメラ収容部１２１の最も中心の空間である第一内筒１２５内に固定・収容されている。
カメラ１７０は、イメージセンサ１７１（撮像素子）を実装すると共にイメージセンサ１７１の各画素から出力される電気信号を読み出す読出回路が形成されたセンサ基板１７３、読出回路により読み出された電気信号を処理する処理回路が実装された処理基板、及び処理回路によって処理された電気信号を出力し又は外部からの制御信号を入力するカメラケーブルＣ４が接続される入出力基板等を含むエンジンユニット１７５と、エンジンユニット１７５を収容するケース１７７と、イメージセンサと対向して配置されたレンズ群１７９と、必要に応じてレンズ群の前（レンズ群よりも観察対象物側）に配置される光学フィルタ１８１と、を備える。なお、イメージセンサ１７１の図中左側（観察対象物側）の面が、観察対象物の光像を受光する受光面である。
カメラ１７０の内部には、イメージセンサ１７１部分の温度を計測し、計測結果を補償導線Ｃ５を介して出力する熱電対１８３が配置されている。エンジンユニット１７５と接続するカメラケーブルＣ４、及び熱電対１８３と接続する補償導線Ｃ５は、リアパネル１２７のケーブルコネクタ１３５と接続されている。
【００１９】
本例に示すイメージセンサ１７１には、赤外線イメージセンサとして３〜５μｍ波長域の赤外線を検出可能なボロメータ式のイメージセンサを採用している。もちろん、イメージセンサ１７１には他の種類の赤外線イメージセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサ等を採用することができるが、観察対象物をとらえるために必要な波長域の光に感度を有するイメージセンサを用いる必要がある。
ここで、ボロメータは、観察対象物から放射される赤外線エネルギーを素子の温度上昇による電気抵抗の変化に基づいて観測する手段である。本態様に係るイメージセンサは微細なボロメータを二次元に配置したマイクロボロメータであり、各画素に対応する各受光素子が夫々ボロメータである。マイクロボロメータは、赤外線エネルギーを温度変化として捉えるため、周囲温度の変化に非常に敏感である。このため、マイクロボロメータを冷却しながら赤外線画像を得る場合、各受光素子間での冷却ムラがあると、各受光素子の電気抵抗が観察対象物の温度分布と異なることとなり、映像が不鮮明となったりカメラ映像が乱れるといった問題を生ずる。従って、精細な映像を得るためには、各受光素子間での冷却ムラが発生しないように、マイクロボロメータの全体を均一に冷却する必要がある。
【００２０】
光学フィルタ１８１は、特定の性質を持つ光の透過を許容し、それ以外の光の透過を禁止する光学素子である。本例に示す光学フィルタ１８１は、３．７〜３．９μｍの波長域の赤外線（中赤外線）の透過を許容し、火炎の影響を受けやすい波長域（燃焼により生成される炭酸ガスや水蒸気等により吸収される波長域、及び火炎の放射強度が大きな波長域）の赤外線の透過を禁止するバンドパスフィルタである。火炎の影響を受けやすい波長域の赤外線をカットすることにより、図１に示すように、撮影部１２０と観察対象物Ｘとの間に火炎Ｆが存在する場合でも、火炎Ｆの影響を受けずに観察対象物Ｘの状態を撮影できる。なお、光学フィルタ１８１には、上記バンドパスフィルタ以外にも、イメージセンサ１７１に入射させるべき光を選択的に透過させうる種々の透過特性を有した光学フィルタを用いることができる。
カメラ１７０のエンジンユニット１７５とレンズ群１７９との間には、センサ基板１７３の前面（観察対象物側の面）を冷却する冷却器２０１が配置されている。冷却器２０１の構成については後述する。
【００２１】
＜冷却機構＞
観察装置１００における冷却機構、及びその冷却動作について図１〜図３に基づいて説明する。図３は、本発明の第一の実施形態に係る冷却機構を説明する模式図である。
給水給気装置１０３（図１）から供給される冷却水（例えば水道水）は、まず、第一給水口１４１から空間Ｓ１内に導入され、空間Ｓ１内を流れる過程でカメラ収容部１２１を冷却した後、第一排水口１４３から排出される。第一排水口１４３から排出された冷却水は、第二給水口１６１から空間Ｓ２に導入され、空間Ｓ２内を流れる過程でパージフード１５１を冷却した後、第二排水口１６３から排出される。
【００２２】
給水給気装置１０３（図１）から供給される冷却ガスは、第一給気口１３１及び第二給気口１３３からカメラ収容部１２１の第一内筒１２５の中空部内に導入される。また、給水給気装置１０３から供給される冷却ガスは、第三給気口１６７からパージフード１５１の第二内筒１５５の中空部内に導入される。各給気口１３３、１３１、１６７には、図１に示すようにエアクーラ１０５、１０５、１０５が取り付けられている。
エアクーラ１０５は、渦動理論の原理（ボルテックスチューブの原理）を応用したガス冷却装置である。エアクーラ１０５は、コンプレッサ１０４、１０４から供給された圧縮ガスをチューブ内で高速回転させることにより、圧縮ガスを低温ガスと高温ガスとに分離し、低温ガスをチューブの軸方向一端部から各給気口１３３、１３１、１６７に供給し、高温ガスをチューブの軸方向他端部から排気する。
【００２３】
図３に戻り、第一給気口１３１から導入された冷却ガスはカメラ１７０を内部から冷却し、第二給気口１３３から導入された冷却ガスは第一内筒１２５内においてカメラ１７０を外部から冷却する。
カメラ１７０を内部から冷却する冷却機構として撮影部１２０は、第一給気口１３１から導入した冷却ガスをカメラ１７０側に導くガスチューブ１９１、ガスチューブ１９１内の冷却ガスを第一系統の冷却ガスと第二系統の冷却ガスに分岐する分岐器１９２、第一系統の冷却ガスをイメージセンサ１７１の前方（イメージセンサ１７１よりも図２中左側）に導く第一ガスチューブ１９３、第一系統の冷却ガスをイメージセンサ１７１の受光面（又は、イメージセンサ１７１を実装したセンサ基板１７３の前面）に吹き付けてイメージセンサ１７１を前方より冷却する冷却器２０１、第二系統の冷却ガスをエンジンユニット１７５の後方（エンジンユニット１７５よりも図２中右側）に導く第二ガスチューブ１９５、ケース１７７の後端に配置され、第二ガスチューブ１９５を流れる第二系統の冷却ガスをケース１７７内に導入する導入口１９７とを備える。
【００２４】
冷却器２０１は、イメージセンサ１７１とレンズ群１７９との間（センサ基板１７３よりも観察対象物側）に配置され、イメージセンサ１７１の受光面に入射する観察対象物Ｘの光像の経路を回避した位置からイメージセンサ１７１の受光面に向けて冷却ガスを吹き付けて冷却する手段である。
図４（ａ）は冷却器の構成例を示す概略斜視図であり、（ｂ）は一部拡大断面図である。
冷却器２０１は、イメージセンサに入射する観察対象物の光像を通過させる開口部２０３を有したフランジ状の本体２０５と、本体２０５に形成されたガス流路２０７内に冷却ガスを導入する吸入口２０９と、ガス流路２０７内を流れる冷却ガスをイメージセンサに向けて噴射する複数の噴射口２１１とを備える。
吸入口２０９には第一ガスチューブ１９３が接続され、ガス流路２０７内には吸入口２０９から第一系統の冷却ガスが導入される。夫々の噴射口２１１から噴射される冷却ガスはイメージセンサ１７１の外縁側から中心側に向かうように吹き付けられ、イメージセンサ１７１の前面の全体を均一に冷却する。
【００２５】
また、イメージセンサ１７１の前面を冷却した冷却ガスは、カメラ１７０の側面に設けた開口からカメラ１７０の外部に排出される。
本例において、第一給気口１３１、ガスチューブ１９１、分岐器１９２、第一ガスチューブ１９３、及び冷却器２０１は、イメージセンサ１７１の受光面（センサ基板１７３の前面）を冷却する第一の冷却手段として機能する。
【００２６】
図３に戻り、導入口１９７からケース１７７内に導入された第二系統の冷却ガスは、ケース１７７内を後方（基端側）から前方（先端側）に向けて流れ、イメージセンサ１７１を実装したセンサ基板１７３の後面を冷却する。イメージセンサ１７１を後方から冷却した冷却ガスは、イメージセンサ１７１の前面を冷却した冷却ガスと共にカメラ１７０の側面に設けた開口からカメラ１７０の外部に排出される。本例において、第一給気口１３１、ガスチューブ１９１、分岐器１９２、第二ガスチューブ１９５、導入口１９７、及びケース１７７は、センサ基板１７３の後面を冷却する第二の冷却手段として機能する。本例においては、ケース１７７を、ケース１７７内に導入された第二系統の冷却ガスをセンサ基板１７３の後面に導く手段として機能させている。もちろん、第二系統の冷却ガスを別途設けたガスチューブにより、センサ基板１７３の後面に導くようにしてもよい。
このように、冷却ガスによりイメージセンサ１７１を搭載したセンサ基板１７３を前後両面から冷却することにより、イメージセンサ１７１の冷却効率を高め、イメージセンサ１７１の温度を一定の範囲内に維持することができる。また、イメージセンサ１７１の前面の全体を均一に冷却することができるので、イメージセンサ１７１を構成する各受光素子としてボロメータを採用した場合であっても、各受光素子の感度を各受光素子間で均一に維持することができ、精細な赤外線画像（映像）を得ることができる。
【００２７】
第二給気口１３３からカメラ収容部１２１内に導入された第三系統の冷却ガスは、第一内筒１２５の中空部内を通過する過程でカメラ１７０を外部から冷却する。カメラ１７０を内部から冷却した後の第一・第二系統の冷却ガス、及びカメラ１７０を外部から冷却した後の第三系統の冷却ガスは、シャッターフランジ１２９に形成された第一監視窓１３７を介してカメラ収容部１２１からパージフード１５１内に流入する。
パージフード１５１の第三給気口１６７からは、第四系統の冷却ガスが第二内筒１５５内に導入され、第二内筒１５５の中空部内を冷却する。第四系統の冷却ガスは、第一監視窓１３７を介してカメラ収容部１２１から排出された冷却ガスと共に、第二監視窓１５７から撮影部１２０の外部に排出される。
【００２８】
＜本実施形態の効果＞
以上のように本実施形態によれば、撮影部に内蔵したカメラを撮影部内において内外から冷却するので、撮影部を長時間高温の観察対象物に近接配置しても、内蔵したカメラの温度を一定の温度範囲内に維持することができ、長時間連続して観察対象物を監視する場合であっても、熱によるカメラの故障を防止することができる。
また、イメージセンサを前後両面から冷却するので、イメージセンサの温度上昇を防止すると共に、イメージセンサの全体を均一な温度に維持することができるので、長時間連続して観察対象物を監視する場合であっても、精細な赤外線画像（映像）を得ることができる。
本実施形態においては、イメージセンサを実装したセンサ基板を、前面と後面の双方から冷却して冷却効率を向上させているが、カメラの内部で発熱するエンジンユニット全体を前方と後方から冷却することにより、エンジンユニットの動作を保証するようにしてもよい。
本実施形態には、筒状の撮影部の軸方向端面に監視窓を設けているが、筒状の撮影部の外周部の適所に監視窓を設けてもよい。
【００２９】
〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態に係る観察装置について説明する。本実施形態に係る観察装置は、炉内温度が１０００℃以上になるコークス炉等の内部に撮影部を挿入して、その内部にある観察対象物を観察するものである。
【００３０】
図５は本発明による高温雰囲気炉内観察装置の一形態例を示す概略構成図である。この図に示す高温雰囲気炉内観察装置１は、炉内温度が１０００℃以上になるコークス炉２（図１３参照）内の状態を撮影する撮影装置３と、この撮影装置３に冷却水と冷却ガスとを供給する給水給気装置４と、これら撮影装置３、給水給気装置４を制御するコントロール装置５とを備えており、コントロール装置５によって給水給気装置４を制御し、撮影装置３に冷却水と、冷却ガスとを供給している状態で撮影装置３を先端側（下端側）からコークス炉２内に挿入して固定した後、撮影開始指示が入力されたとき、撮影装置３の先端側に配置された筒状の撮影部１０によってコークス炉２内の状態を撮影し、これによって得られた映像信号を外部のモニタ装置に出力する。従って、撮影部１０の長さは、観察対象となる炉の深さ等に適合させた寸法、形状に設定する。
給水給気装置４は、冷却ガス源（図示は省略する）から撮影装置３に供給される２系統の冷却ガス（例えば、空気、或は窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスなど）の各流量を計測して、計測結果をコントロール装置５に供給する２つのフロースイッチ６、７と、水槽タンク８から撮影装置３に供給される４系統の冷却水（例えば、工業用水など）の各流量を計測して、計測結果をコントロール装置５に供給する１つのフロースイッチ９とを備えており、冷却ガス源から撮影装置３に供給される２系統の冷却ガスの流量を夫々計測して、計測結果をコントロール装置５に供給するとともに、水槽タンク８から撮影装置３に供給される第一〜第四系統の各冷却水の流量を計測して、計測結果をコントロール装置５に供給する。なお、本明細書中において冷却ガスとは、通常の空気の他に、Ｎ２ 、ＡＸガス等々の冷却用のガス（気体）一般を含むものである。
【００３１】
また、撮影装置３は、コークス炉２内に挿入されて炉内の状態を撮影する円柱状の撮影部１０と、この撮影部１０の上部側（元端側）に固定され、給水給気装置４から供給される冷却ガス、冷却水を受入れて撮影部１０を冷却する円柱状の冷却部１１と、この冷却部１１の上部側に固定され撮影部１０に対して電源電圧を供給する電源回路や撮影部１０から出力される映像信号を増幅するアンプ回路などが収納されるアッパー部１２とを備えており、給水給気装置４から供給される冷却ガス、冷却水を各逆止弁１３〜１７で受けて、撮影部１０を冷却しながら、コントロール装置５からの指示に基づき、コークス炉２内の状態を撮影し、撮影部１０の撮影動作により得られた映像信号をコントロール装置５に供給する。この場合、中空筒状の撮影部１０は、図６の要部縦断面図に示す如く閉止板１８によって先端側開口が閉止され、且つ先端側側面に矩形状の開口孔２０が形成された筒部材によって構成される外筒２１と、この外筒２１の内側に配置される複数の筒部材等によって構成される。外筒２１の内側に位置する他の筒部材群は、第一内筒２３、第二内筒２６、第三内筒３０から成る。
【００３２】
即ち、先端縁が内側に曲げられて開口するとともに開口孔２０に対応する部分に開口孔２２が形成された第一内筒２３と、この第一内筒２３の内側に略同軸状に配置された筒部材であって当て板２４によってその先端開口部が閉止されるとともに各開口孔２０、２２に対応する部分に開口孔２５が形成された第二内筒２６と、この第二内筒２６の内側に略同軸状に配置された筒部材であって、芯出し用のボス２７により当て板２４に対する位置が決められた当て板２８によってその先端側が閉止されるとともに、各開口孔２０、２２、２５に対応する部分に開口孔２９が形成された第三内筒３０と、開口孔２２に填込まれて外筒２１と第一内筒２３とによって形成される空間Ｓ１と第一、第二内筒２３、２６によって形成される空間Ｓ２とが外筒２１の外側と連通しないようにしながら、監視窓３１を形成する四角枠３２とを備えている。つまり、監視窓３１を挟んで上下位置にある空間Ｓ１とＳ１、空間Ｓ２とＳ２は、夫々監視窓３１廻りの空間を介して連通している。撮影部の最も中心の空所は筒部材中心部空間である。
【００３３】
さらに、撮影部１０は、複数のネジ３９により、第三内筒３０内において当て板２８の上部に固定されるミラー固定部材４０と、第三内筒３０内の監視窓３１に対向するようにミラー固定部材４０に固定され、監視窓３１を介して外筒２１外からの光像を取り込みその熱線成分を透過させながら可視光成分のみを反射するミラー３３と、第三内筒３０内のミラー３３上部に配置されミラー３３で反射された光像を電気信号（映像信号）に変換してアッパー部１２に供給するＣＣＤカメラ３４と、第一内筒２３と第二内筒２６との間に形成された円筒状の空間Ｓ２内部を螺旋状に仕切ってスパイラル流路３５を形成するパイプ３６と、ＣＣＤカメラ３４の近傍に配置されこのＣＣＤカメラ３４部分の温度を計測し補償導線３８を介して計測結果をアッパー部１２に供給する熱電対３７とを備えている。なお、ＣＣＤカメラ３４の内部構成は図２に示したカメラ１７０と同様である。ＣＣＤカメラ３４は、ＣＣＤイメージセンサを実装したセンサ基板を含むエンジンユニットを備えている。
【００３４】
冷却部１１から供給される冷却ガスと、冷却水とによって外筒２１、第一内筒２３、第二内筒２６、第三内筒３０、ＣＣＤカメラ３４などを冷却しながら、監視窓３１を介してコークス炉２内の光像を取込み、その可視光成分のみを反射して、ＣＣＤカメラ３４でこれを電気信号に変換するとともに、これによって得られた映像信号と温度計測動作によって得られた温度信号とをアッパー部１２に供給し、コントロール装置５に伝送させる。コントロール装置５は、図５に示す様に筐体４１と、この筐体４１内に配置され、筐体４１の前面に形成された操作パネル４２の操作内容に応じた制御指令を発生して撮影装置３などを制御する制御回路と、筐体４１内に配置され操作パネル４２の操作内容、給水給気装置４から供給される各フロースイッチ信号および撮影装置３から出力される温度信号などを処理して警報音などを発生する警報回路と、制御回路の出力内容および警報回路の出力内容などを処理して表示信号などを生成する表示回路と、撮影装置３から出力される映像信号などを取り込んで、指定された信号形式に変換して、これを出力する画像処理回路などとを備えている。
【００３５】
この場合、操作パネル４２には、図７に示す如くコントロール装置５全体の電源をオン／オフする際に操作されるメイン電源スイッチ４３と、ＣＣＤカメラ３４の電源をオン／オフする際に操作されるカメラ電源スイッチ４４と、熱電対３７から出力される温度信号などの処理を開始させる際に操作される温度電源スイッチ４５と、ＣＣＤカメラ３４の露光時間を調整して、電子アイリスを調整するときに操作される光量調整用デジタルスイッチ４６と、フロースイッチ６で計測される冷却ガスの流量が規定値に満たないとき、内蔵されているランプを点灯させ、このとき発せられる警報音の鳴動を停止させる際に操作されるセンタ側ガス監視スイッチ４７と、フロースイッチ７で計測される冷却ガスの流量が規定値に満たないとき、内蔵されているランプを点灯させ、このとき発せられる警報音の鳴動を停止させる際に操作されるアウタ側ガス監視スイッチ４８と、フロースイッチ９で計測される各系統の冷却水の流量が規定値に満たないとき、内蔵されているランプを点灯させ、このとき発せられる警報音の鳴動を停止させる際に操作される冷却水監視スイッチ４９と、ＣＣＤカメラ３４の温度が設定温度を越えているとき点灯駆動される温度警報ランプ５０と、ＣＣＤカメラ３４の許容温度を設定する際に操作される温度警報設定器５１と、ＣＣＤカメラ３４の温度を３桁のＬＥＤで表示する温度表示器５７とが設けられている。
【００３６】
操作パネル４２のメイン電源スイッチ４３が操作されて電源が投入されたとき、給水給気装置４から出力される各フロースイッチ信号を取り込み、これら各フロースイッチ信号で示される冷却ガスの流量、冷却水の流量などが警報条件を満たしているかどうか判定し、冷却ガスの流量、冷却水の流量が警報条件を満たしていれば、センタ側ガス監視スイッチ４７、アウタ側ガス監視スイッチ４８、冷却水監視スイッチ４９のうち、対応するものを点灯させるとともに、警報音を発生してこれをオペレータに知らせる。また、この動作と並行して、カメラ電源スイッチ４４が操作されれば、撮影装置３を制御してコークス炉２内の状態を撮影させるとともにこの撮影動作で得られた映像信号を取り込んで、これを指定された形式の映像信号に変換し、外部のモニタ装置などに供給する。また、温度電源スイッチ４５が操作されて、電源が投入されていれば、撮影装置３から出力される温度信号を取り込んで、温度表示器５７上にＣＣＤカメラ３４部分の温度を表示するとともに、これが設定温度を越えているとき、温度警報ランプ５０を点灯させて、温度が高過ぎることをオペレータに知らせる。
【００３７】
次に、図５に示す概略構成図、図６に示す要部断面図、図７に示す正面図を参照しながら、この形態例の動作を説明する。まず、図８に示す如くフロースイッチ６を介して冷却部１１によって給水給気装置４から供給されている冷却ガスは、第三内筒３０内に導入される。この冷却ガスは、冷却部１１において、チューブ１９１によりＣＣＤカメラ３４内に導入されてＣＣＤカメラ３４を内部から冷却する冷却ガス（第一・第二系統の冷却ガスを含む）と、直接第三内筒３０内に導入されてＣＣＤカメラ３４を外部から冷却する第三系統の冷却ガスとに分岐される。
ＣＣＤカメラ３４の内部構成は、図２に示したカメラ１７０の構成と同様である。チューブ１９１を流れる冷却ガスは、図２及び図３に示したように、更に分岐器１９２によって第一ガスチューブ１９３を流れる第一系統の冷却ガスと、第二ガスチューブ１９５を流れる第二系統の冷却ガスとに分岐される。第一系統の冷却ガスはイメージセンサ１７１を前面から冷却し、第二系統の冷却ガスはイメージセンサ１７１を後面から冷却した後、ＣＣＤカメラ３４の外部に放出され、第三系統の冷却ガスと合流する。第一、第二系統の冷却ガスは、最終的に第三系統の冷却ガスと共に監視窓３１を介して、外筒２１の周囲に放出される。
【００３８】
第三系統側の冷却ガスは第三内筒３０内に導かれて、第三内筒３０内、ＣＣＤカメラ３４、ミラー３３を冷却しながら、監視窓３１を介して、外筒２１の周囲に放出される。また、フロースイッチ７を介して冷却部１１によって給水給気装置４から供給されている第五系統側の冷却ガスは第二内筒２６と第三内筒３０との間に形成された円筒状の空間Ｓ３内に導かれて、これら第二内筒２６、第三内筒３０を冷却しながら、監視窓３１を介して外筒２１の周囲に放出される。このことは、炉内からの輻射熱蓄熱による悪影響を防止し、且つ炉内からの温度差による対流熱による悪影響を防止することになる。第一〜第三系統側の冷却ガス量が第五系統側の冷却ガス量より多いときには、図９に示す如く第二内筒２６に形成された開口孔２５の周囲部分に負圧領域が発生し、また第一〜第三系統側の冷却ガス量が第五系統側の冷却ガス量より少ないときには、図１０に示す如く監視窓３１の中央部分に負圧領域が発生し、これら負圧領域内にコークス炉２内の高温ガスが引き込まれる不具合があることから、第一〜第三系統側の冷却ガス量と、第五系統側の冷却ガス量とをほぼ同一にすることが肝要である。これにより、監視窓３１の周囲や中央部分で冷却ガスの流れが均一にされて、コークス炉２内の高温ガスが第三内筒３０内に配置されているミラー３３やＣＣＤカメラ３４に接触することがなくなり、高熱によるダメージを受けることがなくなる。
【００３９】
また、この動作と並行して図１１に示す如く冷却部１１によって給水給気装置４から供給されている第一、第二系統側の冷却水が第一内筒２３と、第二内筒２６との間に形成されたスパイラル流路（スパイラル流路）３５内に導かれて、第一内筒２３と、第二内筒２６を効率よく冷却しながら、これら第一内筒２３と、第二内筒２６の先端部分から外筒２１の先端内側に放出された後、第一内筒２３と、外筒２１とを冷却しながら、これら第一内筒２３と、外筒２１との間に形成された円筒状の空間Ｓ１を通って冷却部１１側に戻され、外部に排水される。なお、符号８０は空間Ｓ１内にスパイラル状に配置されてスパイラル状の流路を形成するスパイラル誘水板であり、このスパイラル誘水板８０を必要に応じて空間Ｓ１内に配置することにより、スパイラル状の排水流路を形成して該流路周辺を有効に冷却させることが可能となる。なお、スパイラル誘水板８０は、後述する図１４のパイプ５８を含むものである。
【００４０】
さらに、図１２に示す如く冷却部１１によって第三、第四系統側の冷却水がパイプ３６内に導かれ、このパイプ３６の外側に接している第一内筒２３と、第二内筒２６を冷却しながら、パイプ３６の先端部分３６ａから第一内筒２３の先端内側内に放出され、外筒２１の先端部分に滞留している冷却水（スパイラル流路３５によって導かれた冷却水）を撹拌し、この部分に沈澱物が堆積しないように攪拌しながら、第一内筒２３と、外筒２１とを冷却しつつ、これら第一内筒２３と外筒２１との間に形成された円筒状の空間を通って冷却部１１側に戻され、外部に排水される。この冷却水は、炉内温度の伝導熱対策として用いられている。これによって、冷却水として、浮遊物量が多い工業用水などを使用した場合にも、外筒２１の先端側の内部に沈澱物が沈澱しないようにしながら、外筒２１の先端部分の冷却水を効率良く撹拌して冷却部１１側に戻すことが可能となり、この結果長年月の連続使用が可能となる。
そして、給水給気装置４によって撮影装置３に冷却ガス、冷却水が供給されている状態で、図１３に示す如く撮影装置３の撮影部１０がコークス炉２内に挿入されて、冷却部１１に設けられているフランジ５２がコークス炉２の上部に固定され、この状態でこのコークス炉２内の状態が撮影され、これによって得られた映像信号がコントロール装置５に伝送されて、外部のモニタ装置に供給される。この画像は、監視窓直近に設置されるビデオカメラによりこれまでのリレーレンズ系や光ファイバー方式と比較して、大幅な高解像、高鮮明な画像データとして供給されるものである。
【００４１】
このように、この形態例では、給水給気装置４から供給される冷却水を第一内筒２３と、第二内筒２６との間に形成されたスパイラル流路３５内に導いてこれを旋回させながら、外筒２１の先端内側に放出した後、第一内筒２３と、外筒２１との間に形成された円筒状の空間を介して冷却部１１に戻すとともに、給水給気装置４から供給される冷却ガスを第二内筒２６、第三内筒３０との間に形成された空間と、第三内筒３０内とに各々導いて、監視窓３１から外筒２１の外に放出するようにしたので、撮影部１０、ミラー３３およびＣＣＤカメラ３４などを効率良く冷却して、電気炉、コークス炉２などの高温雰囲気炉内の状態を２４時間稼働中連続して観察することができる。また、この形態例では、給水給気装置４から供給される冷却水をパイプ３６内に導いて外筒２１の先端内側に放出するようにしているので、外筒２１の先端部分に滞留している冷却水（スパイラル流路３５によって導かれた冷却水）を撹拌しこの部分を効率良く冷却するとともに、沈澱物が堆積しないようにすることができ、長年月連続使用に耐えることができる。
【００４２】
また、ＣＣＤ部（カメラのイメージセンサ搭載部分）を監視窓直近に据える方式であるので、これまでの撮像方式（リレーレンズ、ファイバー方式等）に比較して格段の高解像度、高鮮明な画像を得ることが可能となる。また、上述した形態例においては、第一内筒２３と、第二内筒２６との間に形成された空間内にパイプ３６を螺旋状に配置し、このパイプ３６によって第一内筒２３と、第二内筒２６との間に形成された空間を螺旋状に仕切ってスパイラル流路３５を形成しているが、図１４に示す如く外筒２１と、第一内筒２３との間に形成された空間にパイプ５８をパイプ３６の螺旋方向と同じ螺旋方向となるように配置し、このパイプ５８によって外筒２１と、第一内筒２３との間に形成された空間を螺旋状に仕切ってスパイラル流路５９を形成し、このスパイラル流路５９と、スパイラル流路３５とを並行して使用するようにしても良い。
【００４３】
このようにすることにより、この撮影部１０ａでは、外筒２１の先端内側から冷却部１１に戻る冷却水の流路を長くして、外筒２１や第一内筒２３を効率良く、冷却することができる。また、パイプ５８内に冷却水を導いて、パイプ５８の先端部分から外筒２１の先端内側に放出し、外筒２１の先端部分に滞留している冷却水（スパイラル流路３５によって導かれた冷却水）を撹拌し、この部分に沈澱物が堆積しないようにすることにより、１本のパイプ３６で冷却水を供給した場合に比べて、パイプ５８を使用した分だけ、外筒２１の先端部分に滞留している冷却水（スパイラル流路３５によって導かれた冷却水）を撹拌する際の効果を高めて、外筒２１の冷却効率を向上させることができる。つまり、スパイラル流路３５自体が攪拌効果を有するものである。
【００４４】
また、上述した形態例においては、監視窓３１を通して入射されるコークス炉２内の光像をミラー３３で反射してＣＣＤカメラ３４に導くようにしているが、図１５に示す如くミラー３３を使用することなく、コークス炉２内の光像を直接、ＣＣＤカメラ３４に導くようにしても良い。この場合、この撮影部１０ｂは、筒状に形成される外筒６０と、この外筒６０の内側に配置され、先端部分が外筒６０の先端部分より少し上にくる程度の長さに形成される第一内筒６１と、この第一内筒６１内に配置され先端部分が外筒６０の先端部分と同じ位置まで延ばされる第二内筒６２と、この第二内筒６２および外筒６０の先端側を閉止するリング状の閉止板６３と、第二内筒６２の内側に配置される第三内筒６４と、この第三内筒６４の先端部分に配置され、閉止板６３の中央部分に形成された監視窓６５からの光像を取り込んで、その熱線成分をカットしながら、可視光成分のみを透過させる熱線カットフィルタ６６と、第三内筒６４内の熱線カットフィルタ６６の上部側に配置され、熱線カットフィルタ６６を透過した光像（可視光像）を電気信号（映像信号）に変換して、アッパー部１２に供給するＣＣＤカメラ６７と、第一内筒６１と第二内筒６２との間に形成された円筒状の空間を螺旋状に仕切ってスパイラル流路６９を形成するパイプ６８と、ＣＣＤカメラ６７の近傍に配置され、このＣＣＤカメラ６７部分の温度を計測し、補償導線７１を介して、計測結果をアッパー部１２に供給する熱電対７０とを備えている。そして、冷却部１１から供給される冷却ガスと、冷却水とによって外筒６０、第一内筒６１、第二内筒６２、第三内筒６４、ＣＣＤカメラ６７の内外などを冷却しながら、監視窓６５を介してコークス炉２内の光像を取込み、その可視光成分のみを透過させて、ＣＣＤカメラ６７でこれを電気信号に変換するとともに、この電気信号をアッパー部１２に供給し、コントロール装置５に伝送させる。
【００４５】
このように構成することにより、上述した形態例と同様に給水給気装置４から供給される冷却水を第一内筒６１と、第二内筒６２との間に形成されたスパイラル流路６９内に導いてこれを旋回させながら外筒６０の先端内側に放出した後、第一内筒６１と、外筒６０との間に形成された円筒状の空間を介して冷却部１１に戻すとともに、給水給気装置４から供給される冷却ガスを第二内筒６２、第三内筒６４との間に形成された空間と、第三内筒６４内と、ＣＣＤカメラ３４内とに各々、導いて、監視窓６５から外筒６０の外に放出させることにより、撮影部１０ｂ、熱線カットフィルタ６６およびＣＣＤカメラ６７の内外などを効率良く冷却しながら、撮影部１０ｂの先端に形成された監視窓６５を介して、電気炉、コークス炉２などの高温雰囲気炉内の状態を連続して観察することができる。また、上述した各形態例においては、コークス炉２の上部に形成された開口部から撮影部１０、１０ａ、１０ｂを挿入するようにしているが、コークス炉２の斜め上方などに形成された開口部から撮影部１０、１０ａ、１０ｂを挿入するようにしても良い。このようにしても、撮影部１０、１０ａ、１０ｂを効率良く冷却していることから、コークス炉２内の状態を２４時間連続して撮影することができる。
【００４６】
以上説明したように本実施形態によれば、ＣＣＤカメラの内外を効率良く冷却して、電気炉、コークス炉などの高温雰囲気炉内の状態を長年月にわたり２４時間の稼働中、連続して観察することができる。大幅な改造を伴わずに大きな冷却効果を長期的に得ることができるのでコスト的にも有利であり、また解像度が高く、高鮮明となるので、機能的にも優れている。
なお、本実施形態については、ＣＣＤイメージセンサを用いたＣＣＤカメラの例により説明したが、カメラに用いるイメージセンサには、可視光像を撮像するＣＭＯＳイメージセンサのほか、その他の波長域の光像を撮像するイメージセンサ、例えば赤外線像を撮像するボロメータ等を用いることができる。なお、可視光像以外の光像を撮影する場合、ミラー３３と熱線カットフィルタ６６には、イメージセンサで受光する光の成分に応じた光学素子を用いる。例えば、イメージセンサとしてボロメータを用いる場合、ミラー３３にはボロメータにて受光する光の成分を反射する光学素子を用い、熱線カットフィルタ６６には、ボロメータにて受光する光の成分を透過させ、それ以外の熱線成分の透過を禁止する光学素子を用いる。
また、第一の実施形態と第二の実施形態に記載した各構成は、矛盾が生じない限り、夫々他の実施形態に適用して実施することが可能である。
【００４７】
＜使用例＞
図１６（ａ）、（ｂ）は、図１５に示す撮影部をロータリーキルン炉にセットしてこのロータリーキルン炉内を撮影しているときの一例を示す模式図である。図１６（ａ）はロータリーキルン炉を側方から観察した様子を示す透視図であり、（ｂ）は（ａ）の右方向から観察した様子を示す図である。
ロータリーキルン炉３００は回転式の高温焼成装置であり、軸線を中心として円筒状の回転炉３０１を回転させることにより、回転炉３０１の内部で原料３０２を攪拌・移動させながら加熱する装置である。
ロータリーキルン炉３００内には、給水給気装置４（図５）によって冷却ガス、冷却水が供給されている状態の撮影装置３の撮影部１０ｂを挿入する。冷却部１１に設けられているフランジ５２をロータリーキルン炉３００の軸方向の一端面３０４に固定し、この状態でロータリーキルン炉３００内の状態を撮影する。撮影により得られた映像信号が、コントロール装置５に伝送されて、外部のモニタ装置に供給される。
ここで、本例に示すロータリーキルン炉３００は、軸方向の一端部に、回転炉３０１内に伸びるバーナー３０３を備えたいわゆる内熱式のロータリーキルン炉である。そのため、可視光（ＣＣＤカメラ）による撮影では、燃料（重油やガス等）を燃焼させたときに発生する火炎Ｆにより、原料３０２の状態を観察できない。
【００４８】
そこで、撮影部１０ｂに内蔵するカメラのイメージセンサにはボロメータを用い、火炎Ｆの影響を受けない３．７〜３．９μｍの中赤外線波長域の画像を撮影して、原料３０２の観察を可能とする。
このように本発明の第二の実施形態に係る観察装置によれば、カメラのイメージセンサにボロメータを用いることにより、撮影装置の撮影部を火炎Ｆが存在する炉内（ロータリーキルン炉内、火力発電所内のボイラ内、焼却炉内等）に挿入した状態で、火炎Ｆの影響を受けずに炉内の状態を観察することができる。
【００４９】
〔本発明の実施態様例と作用、効果のまとめ〕
＜第一の実施態様＞
本態様は、撮影部１０、１０ａ、１０ｂ、１２０に収容したカメラ３４、６７、１７０により高温物体（観察対象物Ｘ）を撮影する観察装置１、１００であって、カメラは、撮影部の先端部に形成された監視窓３１、６５、１３７を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサ１７１を実装したエンジンユニット１７５を備え、撮影部は、第一系統の冷却ガスによりイメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段（１９３、２０１）と、第二系統の冷却ガスによりエンジンユニットの他部位を冷却する第二の冷却手段（１９５、１９７）と、を備えることを特徴とする。
【００５０】
ここで、撮影部は、高温雰囲気空間内において高温雰囲気空間内にある観察対象物を撮影する手段でもよいし、高温雰囲気空間外において高温物体に近接した位置から高温の観察対象物を撮影する手段でもよい。高温雰囲気空間内にある観察対象物としてはコークス炉の炉壁を、高温雰囲気空間外にある観察対象物としてはコンロのバーナー等を例示することができる。
カメラには、可視光像を撮像するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ、赤外線画像を撮像するボロメータ、その他の波長域の光を受光するイメージセンサ等を搭載することができ、本態様に示される冷却機構は何れのカメラにも適用できる。第一の冷却手段と第二の冷却手段は、カメラ内部のエンジンユニットを冷却する手段である。即ち、第一の冷却手段と第二の冷却手段は、撮影部内に配置されたカメラを内部から冷却する手段である。
本態様によれば、カメラを内部から冷却するので、カメラを効率良く、且つ強力に冷却することができる。特に、第一の冷却手段はイメージセンサの受光面を冷却するので、イメージセンサの全体を均一に冷却することが可能となり、各受光素子から出力される電気信号の乱れを抑制することが可能となる。本態様によれば、高温雰囲気炉内の状態、又は高温の観察対象物の状態を、２４時間連続して安定的に観察することが可能となる。
【００５１】
＜第二の実施態様＞
本態様は、撮影部１０、１０ａ、１０ｂ、１２０に収容したカメラ３４、６７、１７０により高温物体（観察対象物Ｘ）の状態を撮影する観察装置１、１００であって、カメラは、撮影部の先端部に形成された監視窓３１、６５、１３７を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサ１７１を備え、撮影部は、第一系統の冷却ガスによりイメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段（１９３、２０１）と、撮影部の基端側から注入した第三系統の冷却ガスにより、カメラを外部から冷却する第三の冷却手段（１３３）と、を備えることを特徴とする。
【００５２】
ここで、撮影部は、高温雰囲気空間内において高温雰囲気空間内にある観察対象物を撮影する手段でもよいし、高温雰囲気空間外において高温物体に近接した位置から高温の観察対象物を撮影する手段でもよい。高温雰囲気空間内にある観察対象物としてはコークス炉の炉壁を、高温雰囲気空間外にある観察対象物としてはコンロのバーナー等を例示することができる。
カメラには、可視光像を撮像するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ、赤外線画像を撮像するボロメータ、その他の波長域の光を受光するイメージセンサ等を搭載することができ、本態様に示される冷却機構は何れのカメラにも適用できる。第一の冷却手段は、カメラ内部のイメージセンサを冷却する手段である。即ち、第一の冷却手段は、撮影部内に配置されたカメラを内部から冷却する手段である。
本態様によれば、カメラを内外から冷却するので、カメラを効率良く、且つ強力に冷却することができる。特に、第一の冷却手段はイメージセンサの受光面を冷却するので、イメージセンサの全体を均一に冷却することが可能となり、各受光素子から出力される電気信号の乱れを抑制することが可能となる。本態様によれば、高温雰囲気炉内の状態、又は高温の観察対象物の状態を、２４時間連続して安定的に観察することが可能となる。
【００５３】
＜第三の実施態様＞
本態様に係る観察装置１、１００において、各冷却ガスは監視窓３１、６５、１３７から撮影部１０、１０ａ、１０ｂ、１２０の外部に放出されることを特徴とする。
本態様によれば、冷却ガスにより撮影部の各部を効率よく冷却しながら、高温雰囲気空間内又は高温の観察対象物からの輻射熱蓄熱や、周囲の温度差による対流熱による悪影響を防止することができる。
【００５４】
＜第四の実施態様＞
本態様に係る観察装置１、１００において、イメージセンサ１７１を構成する各受光素子はボロメータであることを特徴とする。
マイクロボロメータは、赤外線エネルギーを温度変化として捉えるため、周囲温度の変化に非常に敏感である。このため、マイクロボロメータを冷却しながら赤外線画像を得る場合、各受光素子間での冷却ムラがあると、各受光素子の電気抵抗が観察対象物の温度分布と異なることとなり、映像が不鮮明となったりカメラ映像が乱れるといった問題を生ずる。
観察装置は、第一の実施態様に記載したように、第一系統の冷却ガスを用いてイメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段（１９３、２０１）を備えているので、各受光素子間の冷却ムラが発生しないようにイメージセンサの全体を均一に冷却することができる。従って、イメージセンサとしてボロメータ方式の撮像素子を用いた場合であっても、映像が不鮮明となったりカメラ映像が乱れるといったことなく、観察対象物を長時間連続して観察することができる。
【００５５】
＜第五の実施態様＞
本態様に係る観察装置１、１００において、撮影部１０、１０ａ、１０ｂ、１２０は同軸状に配置された複数の筒状部材（外筒、内筒）を備え、各筒状部材間に形成された円筒状空間の少なくとも１つ（空間Ｓ１、Ｓ２）に、撮影部の基端側から先端側に向けて冷却水を注入して撮影部を冷却することを特徴とする。
本態様によれば、冷却ガスに加えて冷却水を用いて撮影部を冷却するので、高温物体を長時間連続して撮影することができる。
【００５６】
＜第六の実施態様＞
本態様は、高温物体を撮影する観察装置１、１００における冷却機構であって、第一系統の冷却ガスによりイメージセンサ１７１の受光面を冷却する第一の冷却手段（１９３、２０１）を備えることを特徴とする。
本態様によれば、イメージセンサの各受光素子間で冷却ムラが発生しないように、イメージセンサの全体を均一に冷却することができる。従って、イメージセンサからは安定した映像出力を得ることができる。
【００５７】
＜第七の実施態様＞
本態様に係る冷却機構は、第二系統の冷却ガスによりイメージセンサ１７１を実装したセンサ基板１７３を、受光面とは反対側から冷却する第二の冷却手段（１９５）を備えることを特徴とする。
本態様によれば、イメージセンサを前後両面から冷却するので、イメージセンサの全体を強力且つ均一に冷却することができ、安定した映像出力を得ることができる。
【００５８】
＜第八の実施態様＞
本態様に係る冷却機構において、第一の冷却手段（冷却器２０１）は、イメージセンサ１７１が受光する高温物体の光像の経路を回避した位置から受光面に向けて冷却ガスを吹き付けることを特徴とする。
本態様によれば、イメージセンサが受光する高温物体の光像に影響を与えることなく、イメージセンサの全体を均一に冷却することができる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…空間、Ｃ１…複合ケーブル、Ｃ２…制御ケーブル、Ｃ３…映像ケーブル、Ｃ４…カメラケーブル、Ｃ５…補償導線、Ｘ…観察対象物、Ｆ…火炎、１…高温雰囲気炉内観察装置、２…コークス炉、３…撮影装置、４…給水給気装置、５…コントロール装置、６…フロースイッチ、７…フロースイッチ、８…水槽タンク、９…フロースイッチ、１０…撮影部、１０ａ…撮影部、１０ｂ…撮影部、１１…冷却部、１２…アッパー部、１３…各逆止弁、１８…閉止板、２０…開口孔、２１…外筒、２２…開口孔、２３…第一内筒、２４…当て板、２５…開口孔、２６…第二内筒、２７…ボス、２８…当て板、２９…開口孔、３０…第三内筒、３１…監視窓、３２…四角枠、３３…ミラー、３４…ＣＣＤカメラ、３５…スパイラル流路、３６…パイプ、３６ａ…先端部分、３７…熱電対、３８…補償導線、３９…ネジ、４０…ミラー固定部材、４１…筐体、４２…操作パネル、４３…メイン電源スイッチ、４４…カメラ電源スイッチ、４５…温度電源スイッチ、４６…光量調整用デジタルスイッチ、４７…センタ側エアー監視スイッチ、４８…アウタ側エアー監視スイッチ、４９…冷却水監視スイッチ、５０…温度警報ランプ、５１…温度警報設定器、５２…フランジ、５７…温度表示器、５８…パイプ、５９…スパイラル流路、６０…外筒、６１…第一内筒、６２…第二内筒、６３…閉止板、６４…第三内筒、６５…監視窓、６６…熱線カットフィルタ、６７…ＣＣＤカメラ、６８…パイプ、６９…スパイラル流路、７０…熱電対、７１…補償導線、８０…スパイラル誘水板、１００…観察装置、１０１…炉、１０２…観察窓、１０３…給水給気装置、１０４…コンプレッサ、１０５…エアクーラ、１０６…コントロール装置、１０７…中継電源ボックス、１０８…筐体、１０９…操作パネル、１１０…カメラコントロール用ＰＣ、１１１…モニタ装置、１２０…撮影部、１２１…カメラ収容部、１２３…第一外筒、１２５…第一内筒、１２７…リアパネル、１２９…シャッターフランジ、１３１…第一給気口、１３３…第二給気口、１３５…ケーブルコネクタ、１３７…第一監視窓、１３９…熱線カットフィルタ、１４１…第一給水口、１４３…第一排水口、１４５…取付治具、１５１…パージフード、１５３…第二外筒、１５５…第二内筒、１５７…第二監視窓、１５９…フランジ部、１６１…第二給水口、１６３…第二排水口、１６５…連通口、１６７…第三給気口、１７０…カメラ、１７１…イメージセンサ、１７３…センサ基板、１７５…エンジンユニット、１７７…ケース、１７９…レンズ群、１８１…光学フィルタ、１８３…熱電対、１９１…ガスチューブ、１９２…分岐器、１９３…第一ガスチューブ、１９５…第二ガスチューブ、１９７…導入口、２０１…冷却器、２０３…開口部、２０５…本体、２０７…ガス流路、２０９…吸入口、２１１…噴射口、３００…ロータリーキルン炉、３０１…回転炉、３０２…原料、３０３…バーナー、３０４…一端面
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【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】
撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、
前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、
前記撮影部は、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットのうち前記イメージセンサの受光面以外の部位を冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、
前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、
前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットの他部位を冷却する第二の冷却手段と、を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項３】
前記撮影部は、前記撮影部の基端側から注入した第三系統の冷却ガスにより、前記カメラを外部から冷却する第三の冷却手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記各冷却ガスは前記監視窓から前記撮影部の外部に放出されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記イメージセンサを構成する各受光素子はボロメータであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記撮影部は同軸状に配置された複数の筒状部材を備え、
前記各筒状部材間に形成された円筒状空間の少なくとも１つに、前記撮影部の基端側から先端側に向けて冷却水を注入して前記撮影部を冷却することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の観察装置。
【請求項７】
高温物体を撮影する観察装置における冷却機構であって、
第二系統の冷却ガスにより、イメージセンサを実装したセンサ基板を、前記イメージセンサの受光面とは反対側から冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする冷却機構。
【請求項８】
第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の冷却機構。
【請求項９】
前記第一の冷却手段は、前記イメージセンサが受光する前記高温物体の光像の経路を回
避した位置から前記受光面に向けて冷却ガスを吹き付けることを特徴とする請求項７又は８に記載の冷却機構。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、前記撮影部は、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットのうち前記イメージセンサの受光面以外の部位を冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、撮影部に収容したカメラにより高温物体を撮影する観察装置であって、前記カメラは、前記撮影部の先端部に形成された監視窓を介して入射した光像を受光して電気信号に変換するイメージセンサを実装したエンジンユニットを備え、前記撮影部は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段と、第二系統の冷却ガスにより前記エンジンユニットの他部位を冷却する第二の冷却手段と、を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記撮影部は、前記撮影部の基端側から注入した第三系統の冷却ガスにより、前記カメラを外部から冷却する第三の冷却手段を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
請求項４に記載の発明は、前記各冷却ガスは前記監視窓から前記撮影部の外部に放出されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記イメージセンサを構成する各受光素子はボロメータであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記撮影部は同軸状に配置された複数の筒状部材を備え、前記各筒状部材間に形成された円筒状空間の少なくとも１つに、前記撮影部の基端側から先端側に向けて冷却水を注入して前記撮影部を冷却することを特徴とする。
【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】
請求項７に記載の発明は、高温物体を撮影する観察装置における冷却機構であって、第二系統の冷却ガスにより、イメージセンサを実装したセンサ基板を、前記イメージセンサの受光面とは反対側から冷却する第二の冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、第一系統の冷却ガスにより前記イメージセンサの受光面を冷却する第一の冷却手段を備えることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、前記第一の冷却手段は、前記イメージセンサが受光する前記高温物体の光像の経路を回避した位置から前記受光面に向けて冷却ガスを吹き付けることを特徴とする。