FI111192B - Menetelmä kuvantavaan mittaukseen, kuvantava mittalaite ja mitatun informaation käyttö prosessin valvonnassa - Google Patents

Description

1 111192

MENETELMÄ KUVANTAVAAN MITTAUKSEEN, KUVANTAVA MITTALAITE JA MITATUN INFORMAATION KÄYTTÖ PROSESSIN VALVONNASSA

P

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen j menetelmä kuvantavan mittauksen suorittamiseksi liikkuvasta tai vihaavasta kohteesta. Keksinnön kohteena on lisäksi patenttivaatimuksen 13 johdanto-osan mukainen kuvantava mittalaite. Keksinnön kohteena on edelleen patenttivaatimuksen 21 johdanto-osan mukainen 10 kuvantavasti mitatun informaation käyttö prosessin valvonnassa ja/tai säädössä.

Monissa teknisissä prosesseissa on niiden tutkimuksen, valvonnan ja säädön suorittamiseksi edullista pystyä mittaamaan prosessin eri 15 parametrejä mahdollisimman reaaliaikaisesti itse prosessin kulkua tai tilaa häiritsemättä. Optiset mittausmenetelmät, jotka perustuvat kohteen tilan tai ominaisuuksien määrittämiseen kohteesta saatavan sähkömagneettisen säteilyn (jäljempänä lyhyesti säteily) perusteella, tarjoavat perusluonteensa mukaisesti mahdollisuuden kohdetta häiritsemättömiin 20 mittauksiin. Perinteiset fyysisiin sondeihin perustuvat menetelmät, kuten esimerkiksi termoelementtimittaukset (lämpötilan mittaus) tai erilaiset näytteenottoon perustuvat menetelmät (esim. pitoisuusmittaukset) häiritsevät mitattavaa kohdetta aina jossain määrin. Verrattuna perinteisiin fyysisiin sondeihin voidaan optisten 25 menetelmien avulla useissa tapauksissa mittaukset toteuttaa myös - merkittävästi paremmalla aika- ja paikkaerottelukyvyllä. Optisia menetelmiä on edullista käyttää myös sellaisten prosessien yhteydessä, joissa perinteisten fyysisten sondien käyttö on mahdotonta tai vaikeaa prosessissa esiintyvien korkeiden lämpötilojen, tms. 30 fyysisille sondeille vahingollisten olosuhteiden vuoksi.

Optiset mittausmenetelmät voidaan jaotella keskenään eri luokkiin useilla eri kriteereillä. Mikäli vertailukriteeriksi otetaan optisilla mittausmenetelmillä saavutettava hetkellinen paikkaerottelukyky, voidaan * 35 menetelmät jaotella tämän kriteerin perusteella keskenään ei-kuvan- taviin ja kuvantaviin menetelmiin. Näiden välisiä peruseroja selvitetään lyhyesti seuraavassa.

2 111Ί92

Kuvantavissa menetelmissä ilmaisimena käytetään sopivaa 2-dimen-sioista, paikkaherkkää ilmaisinta (jäljempänä lyhyesti matriisi-ilmaisin), jolloin sopivan etuoptiikan avulla kohteesta saatava sähkömagneettinen säteily kerätään ja fokusoidaan em. ilmaisimen valoherkälle kuvata-5 solle. Näkyvän valon aallonpituusalueella toimittaessa matriisi-ilmaisin voi olla esimerkiksi ns. CCD- tai CMOS-kamera. Em. ilmaisimen kuvataso koostuu pienistä erillisistä valoherkistä ilmaisinyksiköistä (jäljempänä pikseleistä), joista kukin pikseli kerää kohteen tietyn osan lähettämää säteilyä etuoptiikan kuvausominaisuuksien mukaisesti. Kun 10 em. pikselien tietyn valotusajan aikana keräämä/havaitsema säteilysig-naali muutetaan sähköiseen muotoon siten, että eri pikselien sisältämä informaatio pidetään toisistaan erillään, on kohteen em. tavalla kuvatusta alueesta saatu paikkaeroteltua tietoa, joka riippuen käytetyn ilmaisimen rakenteesta ja toimintatavasta, on kerätty koko kuvatulta 15 alueelta joko tarkalleen tai olennaisesti samanaikaisesti.

Ei-kuvantavissa menetelmissä käytetään säteilyn ilmaisuun tyypillisesti vain yhtä sellaista ilmaisinta, kuten esimerkiksi valodiodia tai valomo-nistinputkea, jonka valo- tai säteilyherkälle pinnalle osuvan säteilyn 20 aikaansaamaa sähköistä signaalia ei voida jäljittää ilmaisimen pinnan, ja samalla siis tarkemmin ko. ilmaisimen kohteesta keräämän säteily-signaalin paikan funktiona. Tällöin etuoptiikan ominaisuudet valitaan tyypillisesti joko siten, että säteilysignaalia kerätään samanaikaisesti kohteen koko kiinnostavalta alueelta, tai vaihtoehtoisesti siten, että 25 pienempää ilmaisimen kohteessa näkemää mittauspistettä liikutetaan ajallisesti vuoronperään eri osiin kohdetta paikkaerotellun mittaustiedon saamiseksi. Jälkimmäisessä tapauksessa kohteen eri osista saatava informaatio on kuitenkin mitattu olennaisesti eri ajan hetkillä, mikä nopeasti muuttuvien ja paikan suhteen heterogeenisten prosessien 30 kyseessä ollen on merkittävä rajoitus.

; llmaisinteknologian, ja erityisesti matriisi-ilmaisimien nopea kehitys sekä näkyvän valon alueella (aallonpituusalue n. 300-800 nm), että myös ultraviolettialueella (< 300 nm) ja infrapunassa (> 800 nm) on 35 mahdollistanut kuvantavien mittausmenetelmien käytön voimakkaan lisääntymisen erilaisten teollisuudessa esiintyvien teknisten prosessien tutkimus-, valvonta- ja säätötehtävissä. Yhdessä kuvainformaation tehokkaamman käsittelyn mahdollistavien tietokone- ja kuvankäsittely- 3 111192 tekniikoiden kehityksen kanssa, em. matriisi-ilmaisimet mahdollistavat nykyisin olennaisesti reaaliaikaisesti toimivien kuvantavien mittausmenetelmien kehittämisen.

5 Kuvantavat optiset mittausmenetelmät voidaan edelleen jaotella keskenään ei-spektroskooppisiin ja spektroskooppisiin menetelmiin. Ei-spek-troskooppisissa kuvantavissa menetelmissä, joihin tyypillisesti lukeutuvat useimmat perinteiset konenäkömenetelmät (mitattavana parametrina esim. kohteen koko, paikka, asento), kohteesta saatavaa sähkö-10 magneettista säteilyä ei erityisesti jaotella säteilyn aallonpituuden mukaan, vaan säteilyn ilmaisu suoritetaan tyypillisesti ainoastaan yhdellä aallonpituuskaistalla. Tämä aallonpituuskaista voi määräytyä esimerkiksi kohteen valaisussa käytetyn säteilyn mukaisesti, ja/tai mittauksessa käytetyn matriisi-ilmaisimen luontaisen spektrisen 15 toiminta-alueen mukaan. On huomattava, että tässä tekstissä käytettäessä sanaa optinen, ei sillä viitata pelkästään näkyvän valon aallonpituuksiin (n. 300-800 nm), vaan kysymykseen voivat tulla myös näkyviä aallonpituuksia olennaisesti lyhytaaltoisempi (ultraviolettialue), tai pidempiaaltoinen (infrapuna-alue) säteily.

20

Spektroskooppisissa, ts. spektrierotteluun perustuvissa kuvantavissa menetelmissä kohteesta saatava säteily sen sijaan jaetaan kahteen tai useampaan toisistaan eroavaan spektrikaistaan, jolloin eri aallonpituus-kaistoilla mitattuja signaaleita/kuvia keskenään vertailemalla ja/tai 25 kombinoimalla voidaan määrittää kohteen kiinnostavia parametrejä, kuten paikallinen lämpötila, tai kiinnostavan, tietyn ainesosan paikallinen pitoisuus. Yleisemmin käytettyjä ja perusteiltaan tunnettuja spektroskooppisia menetelmiä ovat esimerkiksi 2- tai moniväripyrometria kohteen lämpötilan määrittämiseksi kohteen spontaanisti emittoiman 30 sähkömagneettisen säteilyn perusteella. Sopivan ulkoisen herätteen avulla (esim. laservalo tai ns. spektrilamput) voidaan edelleen toteuttaa • optiseen absorptioon, tai elastiseen (esim. ns. Mie-sironta hiukka-► sista/pisaroista) tai epäelastiseen (esim. ns. fluoresenssi- tai Raman- sironta) säteilyn sirontaan perustuvia mittauksia, kuten esimerkiksi 35 pitoisuusmittauksia. Edellä mainittujen spektroskooppisten menetelmien, joihin tässä yhteydessä luetaan mukaan siis myös pyrometria, perusteet ovat yleisesti ja laajasti tunnettuja eikä niitä siten käsitellä tässä varsinaiseen keksintöön kuulumattomina tämän enempää.

4 111192

Em. spektroskooppisten menetelmien toteuttamiseksi tarvitaan useimmiten vähintään kahdella aallonpituuskaistalla spektrierotellusti mitattua informaatiota kohteen kiinnostavan parametrin määrittämi-5 seksi. Kuvantavissa menetelmissä tämä merkitsee yleensä säteenja-kajan/-jakajien ja erilaisten optisten suodattimien avulla toisistaan erotettujen spektrikaistojen ohjaamista joko kukin spektrikaista erikseen omalle matriisi-ilmaisimelleen, tai vaihtoehtoisesti kaikkien spektrikaistojen ohjaamista samalle matriisi-ilmaisimelle siten, että niiden synnyt-10 tämät signaalit ovat erotettavissa toisistaan.

Usean erillisen matriisi-ilmaisimen em. tavalla tapahtuvan käytön ongelmana teollisiin olosuhteisiin ja sovelluksiin tarkoitetuissa spektri-erottelevissa kuvantavissa mittauksissa on luonnollisestikin ko. mitta-15 laitteiden rakenteen monimutkaisuus ja kalleus. Tästä johtuen teollisia sovelluksia ajatellen kiinnostavampi ratkaisu onkin yhden ja saman matriisi-ilmaisimen käyttö kaikkien mitattavien spektrikaistojen ilmaisuun, ja samalla pyrkimys ko. spektrikaistojen erottamisessa ja ilmaisimen valoherkälle kuvatasolle fokusoinnissa tarvittavien optisten 20 komponenttien määrän vähentämiseen, sekä näiden komponenttien asettelussa tarvittavien säätöjen minimoimiseen, ts. mittalaitteen rakenteen, käyttökuntoon virittämisen ja käytön yksinkertaistamiseen. Teollisissa olosuhteissa toimittaessa merkittävä tekijä on myös em. tavoilla saavutettava mittalaitteen kooltaan kompakti, sekä ulkoisia olosuhteita 25 hyvin kestävä mekaaninen rakenne.

Seuraavassa on esitetty eräitä tunnettuja, spektroskooppisten mittausmenetelmien kanssa käytettäväksi soveltuvia, kuvantavan spektrierot-telun mahdollistavia ratkaisuja.

30

Patenttijulkaisussa US 4,413,324 on esitetty kolme erilaista tapaa spektrierotellun kuvantavan mittauksen toteuttamiseksi matriisi-ilmaisimia hyväksikäyttäen. Tarkemmin ilmaistuna kysymyksessa on kahden toisistaan eroavan mittausaallonpituuskaistan avulla suoritettava koh-35 teen kuvantava pyrometrinen 2-värilämpötilamittaus. Em. julkaisussa esitettävä ensimmäinen tapa perustuu yhden matriisi-ilmaisimen (kameran) kuvatason eteen asetettujen, kahta eri tyyppiä olevien ja spektrikaistoiltaan toisistaan eroavien optisten suodattimien käyttöön.

5 111192

Em. suodattimet, joiden kunkin koko edullisesti vastaa tarkasti ilmaisimen yksittäisen pikselin kokoa, muodostavat yhdessä suuremman yhtenäisen mosaiikkirakenteisen suodattimen, joka peittää kokonaan matriisi-ilmaisimen valoherkän kuvatason. Toinen samassa julkaisussa 5 esitetty tapa perustuu spektrikaistojen mittaamiseen ajallisesti eri aikoina käyttäen spektrierottelun aikaansaamiseen yhden matriisi-ilmaisimen edessä pyöritettävää, kahdesta erilaisesta optisesta suodattimesta koostuvaa kiekkoa. Kolmas ko. patenttijulkaisussa esitetty tapa perustuu kohteesta saatavan säteilyn erottamiseen kahdeksi toisistaan 10 eroavaksi spektrikaistaksi, jotka kumpikin ohjataan omille erillisille matriisi-ilmaisimilleen. Kaikille patenttijulkaisussa US 4,413,324 esitetyille tavoille on ominaista kahden erillisen spektrikaistan käyttö, ja ilmaisimen/ilmaisimien koko kuva-alan käyttö ainoastaan yhtä mittausmenetelmää varten.

15

Patenttijulkaisussa US 5,963,311 esitetään toisentyyppinen kuvan-tavaan 2-väripyrometriaan soveltuva laite, jossa kohteesta saatava säteily jaetaan kahteen osaan, jotka osat johdetaan erilaisten optisten suotimien lävitse edelleen yhdelle matriisi-ilmaisimelle siten, että eri 20 suotimia vastaavat, ja eri aallonpituuskaistoja edustavat kuvat, jotka kumpikin vastaavat samaa kohteesta kuvattua aluetta, muodostuvat matriisi-ilmaisimen kuvapinnalle vierekkäin toisiinsa nähden. Ko. julkaisussa esitettävässä menetelmässä kohteesta saatavasta säteilystä muodostetaan ensin kuva optiikan ns. välifokukseen, josta se edelleen 25 kuvataan varsinaisen ilmaisimen kuvatasolle. Välifokuksen käytöllä mahdollistetaan kuvatasolle muodostettavan kahden vierekkäisen kuvan suurennusten säätäminen tarkasti samaksi molemmissa kuvissa, ja edelleen em. kuvien välinen parempi hajavalon hallinta.

30 Patenttijulkaisussa US 5,225,883 esitetään paikoillaan pysyvän tai liikkuvan/virtaavan kohteen kuvantavaan 2-väripyrometriaan soveltuva : järjestely. Samoin kuin edellä patenttijulkaisussa US 5,963,311 esite tyssä tavassa, tässäkin tapauksessa kohteesta saatava säteily jaetaan kahteen osaan, jotka osat johdetaan erilaisten optisten suotimien * 35 lävitse edelleen yhdelle matriisi-ilmaisimelle siten, että eri suotimia

vastaavat, ja eri aallonpituuskaistoja edustavat kuvat, jotka kumpikin vastaavat samaa kohteesta kuvattua aluetta, muodostuvat matriisi-ilmaisimen kuvapinnalle vierekkäin. Verrattuna julkaisussa US

6 111192 5.963.311 esitettyyn ratkaisuun, julkaisussa US 5,225,883 esitetyssä ratkaisussa ei käytetä välifokusta kuvien suurennoksen säätämiseen, vaan toista kuvaa vastaavassa optiikan haarassa käytetään sopivan taitekertoimen omaavaa optista komponenttia kompensoimaan kuvia 5 vastaavien optisten haarojen välistä matkaeroa, ja siten mahdollistamaan ko. kahden kuvan fokusoiminen ilmaisimen kuvatasolle tarkasti toisiaan vastaavalla suurennoksella.

Kaikille edellä esitetyille tunnetuille kuvantaville ratkaisuille, jotka 10 mahdollistavat oleellisesti samanaikaisen useammalla spektrikaistalla tapahtuvan spektrierotellun mittaamisen, on ominaista se, että kohteesta saatavan säteilyn jakaminen ja/tai suodattaminen toisistaan eroaviin spektrikaistoihin tapahtuu siten, että se suoritetaan samalla tavoin koko kohteesta kuvatulle alueelle, ja koko matriisi-ilmaisimen/-15 ilmaisimien kuva-ala käytetään siten kokonaisuudessaan samaa spekt roskooppista mittausta, esimerkiksi 2-väripyrometriaa varten. Tällöin em. menetelmien puutteena ja merkittävänä rajoituksena teollisesti hyödynnettävissä spektrierotteluun perustuvissa kuvantavissa mittauksissa on se, että niillä voidaan edullisesti suorittaa kerrallaan vain 20 yhdentyyppisiä spektroskooppisia mittauksia ilman optisten komponenttien vaihtoa ja säätämistä. Tiettyä spektroskooppista mittausta varten valitut suodattimet eivät myöskään sovellu optimaalisesti kohteen pelkkään visualisointiin, tai muihin ei-spektroskooppisiin mittauksiin.

25

Edelleen edellä esitetyissä tunnetuissa ratkaisuissa ongelmana on se, että niissä joudutaan käyttämään useita optisia komponentteja kohteesta saatavan valon jakamiseen ja/tai suodattamiseen eri spektri-kaistoiksi ja fokusoimiseksi matriisi-ilmaisimelle, jotka mainitut kompo-30 nentit täytyy suhteessa toisiinsa ja/tai matriisi-ilmaisimeen useimmissa tapauksissa säätää ja kohdistaa suurella tarkkuudella. Erityisesti niissä tunnetuissa ratkaisuissa, joissa eri spektrikaistoilla mitatut ja kohteen samaa paikkaa vastaavat kuvat muodostetaan vierekkäin erillisinä (US

5.963.311 ja US 5,225,883) ilmaisimen kuvatasolle, tiettyä kohteen 35 osaa eri aallonpituuskaistoilla vastaavat kuvapisteet matriisi-ilmaisimella sijaitsevat kaukana toisistaan. Tämä vaikeuttaa mainittujen kuvapisteiden luotettavaa keskinäistä tunnistusta, ja asettaa erityisiä vaatimuksia em. optisten komponenttien kohdistamista ja säätämistä 7 111192 ajatellen, jotta esimerkiksi eri aallonpituuksilla mitattujen kuvien suurennokset saadaan keskenään tarkalleen yhtäsuuriksi. Vastaavasti patenttijulkaisussa US 4,413,324 esitetyn mosaiikkirakenteisen suodattimen edullinen käyttötapa edellyttää, että kukin yksittäinen suodatin on 5 kohdistettu tarkasti vastaamaan yhtä tai useampaa ilmaisimen pikseliä. Tämä on teknisesti vaativaa, ja siten etenkin pienempien valmistussarjojen kyseessä ollessa kallista.

Tässä esitettävän keksinnön kannalta edellä esitetyistä tunnetuista 10 tekniikoista lähimpänä tunnetun tekniikan tasona pidetään patenttijulkaisussa US 5,225,883 esitettyä ratkaisua, jonka yhteydessä ko. julkaisussa tuodaan esiin sen soveltuvuus myös liikkuvan tai vihaavan kohteen mittaamisen. Kyseisessä julkaisussa ei kuitenkaan millään tavoin tuoda esiin mahdollisuutta hyödyntää kohteen liikettä spektriero-15 tellun informaation tallentamiseksi ja edelleen spektroskooppisen mittauksen suorittamiseksi tässä hakemuksessa esitettävän keksinnön tarkoittamalla tavalla.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvattuja tekniikan 20 tason rajoituksia ja ongelmia suoritettaessa kuvantavia spektrieroteltuja mittauksia sellaisista prosesseista, jotka sisältävät liikkuvan tai vihaavan kohteen. Tarkoituksena on aikaansaada tekniikan tasoon verrattuna rakenteeltaan yksinkehaisempi, vähemmin komponentein ja säädöin toteutettava, ja siten edelleen luotettavampi ja taloudellisempi 25 tapa toteuttaa spektrieroteltuja kuvantavia mittauksia erityisesti teollisissa, mittalaitteen mekaanisen kestävyyden kannalta vaativissa « prosessiolosuhteissa. Tavoitteena on edelleen mahdollistaa myös useampien spektroskooppisten ja/tai ei-spektroskooppisten parametrien optimaalinen mittaaminen, ja/tai kohteen pelkkä visualisointi yhtä ja 30 samaa kompaktia mittalaitetta käyttäen, ilman että ko. mittalaitteeseen tarvitsee välillä suorittaa komponenttien, kuten optisten suodattimien tms. vaihdoksia ja/tai muita merkittäviä muutoksia tai mekaanisia säätöjä.

35 Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle kuvantavalle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

8 111192

Keksinnön mukaiselle kuvantavalle laitteelle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 13 tunnusmerkkiosassa.

5 Keksinnön mukaisesti kuvantavasti mitatun informaation käytölle prosessin valvonnassa ja/tai säädössä on edelleen pääasiassa tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen 21 tunnusmerkkiosassa.

10 Muissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty eräitä keksinnön edullisia suoritusmuotoja.

Keksinnölle on ominaista se spektrierotteluun perustuvien spektroskooppisten kuvantavien mittausten, ja niissä tarvittavien mittalait-15 teiden toteuttamista ja ko. mittalaitteiden käyttöä merkittävästi yksinkertaistava ja helpottava uusi keksinnöllinen piirre, että mitattavan kohteen omaa liikettä käytetään hyväksi toisistaan eroavilla aallonpituuskais-toilla mitattavien spektrieroteltujen signaalien tallentamiseksi. Tämä aikaansaadaan taltioimalla signaaleita, jotka syntyvät mitattavan 20 kohteen jotakin tiettyä osaa vastaavan, matriisi-ilmaisimen kuvatasolle ilman säteenjakoa fokusoidun kuvapisteen kulkiessa kohteen liikkeen vaikutuksesta kuvatasolle muodostettujen, toisistaan eroavilla tavoin säteilyä välittävien suodatinalueiden kautta. Toisinsanoen, kohteen jonkin tietyn osan spektroskooppisesti mitattava parametri määritetään 25 kuvantavasti vertailemalla ja/tai kombinoimalla eri suodatinalueilta em.

.· tavalla saatavaa tietoa keskenään. Ilman säteenjakoa tapahtuvassa kuvantamisessa kohteen kuvaa ei kahdenneta tms. ilmaisimen kuvatasolle, vaan kullakin tietyllä ajanhetkellä kohteen yksittäistä pientä osaa vastaa ilmaisimen kuvatasolla vain yksi kuvapiste.

30

Mainitut suodatinalueet saadaan aikaan joko olennaisesti heti ilmaisimen eteen, tai käytetyn etuoptiikan välifokukseen sijoitettujen, rakenteeltaan yksinkertaisten suodattimien avulla. Koska keksinnön mukaisesti mainitut suodatinalueet voivat olla matriisi-ilmaisimen yksittäisten 35 pikseleiden kokoon nähden pinta-alaltaan suuria, kattaen kukin suosiollisesti satoja tai tuhansia yksittäisiä pikseleitä, on niiden kohdistaminen ja säätäminen toisiinsa, sekä ilmaisimeen nähden yksinkertaista, eikä suodatinalueita tarvitse erityisesti kohdistaa vastaamaan tiettyjä ilmai- 111192 simen pikseleitä. Em. mainitut ominaisuudet tekevät mahdolliseksi valmistaa keksinnön mukaisia mittalaitteita taloudellisesti kannattavasti myös pieninä, eri käyttötarkoitusta varten optimoituina valmistussarjoina.

5

Keksinnölle ominaisesti mainitut, spektroskooppiseen mittaukseen tarvittavat suodatinalueet kattavat matriisi-ilmaisimen kuvatason vain osittain, jolloin jäljelle jäävä osa ilmaisimen kuva-alasta on käytettävissä muihin ei-spektroskooppisiin mittauksiin ja/tai kohteen visualisointiin. 10 Teollisen prosessin valvonnassa on usein edullista suorittaa pelkkää kohteen visualisointia, ts. välittää kohteen käsittelemätöntä, tai ainoastaan vähän käsiteltyä reaaliaikaisesta kuvaa prosessia valvo-valIe/säätävälle operaattorille. Tämä on keksinnön mukaisessa mene-telmässä/laitteessa helposti toteutettavissa käyttämällä hyväksi matriisi-15 ilmaisimen suodattamatonta, tai erityisesti visualisointia varten sopivalla tavalla suodatettua kuva-alaa. Visualisointimahdollisuutta käyttäen myös kohteesta tarkkailtava/mitattava kuva-ala on helposti operaattorin määritettävissä, ts. kuvantava laite on helposti ja tarkasti kohdistettavissa halutulle kohdealueelle.

20

Verrattuna tekniikan tasoon keksinnön mukaisessa ratkaisussa on yksinkertaista ja helppoa tarvittaessa käyttää myös useampaa kuin kahta eri tavoin säteilyä suodattavaa suodatinta. Tämä mahdollistaa vastaavasti myös useampien kuin yhden spektroskooppisen mittaus-25 menetelmän olennaisesti samanaikaisen käytön ilman optisten komponenttien vaihtamista ja/tai säätämistä siten, että käytettävät spektri-kaistat ovat kuitenkin aina kulloistakin tarkoitusta ja spektroskooppista mittausta varten optimaalisesti valitut.

30 Keksintöä kuvataan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää sivukuvantona erästä keksinnön mukaista järjestelyä spektrierotellun kuvantavan mittauksen suorittamiseksi 35 liikkuvasta tai viilaavasta kohteesta, 10 111192 kuva 2 esittää sivukuvantona vaihtoehtoista keksinnön mukaista järjestelyä spektrierotellun kuvantavan mittauksen suorittamiseksi liikkuvasta tai viilaavasta kohteesta, 5 kuva 3 esittää etuoptiikan suunnasta kohtisuoraan matriisi-ilmaisimen kuvatasoa kohti katsottuna em. ilmaisimen kuva-alalle keksinnön mukaisesti muodostettujen suodatin-alueiden erästä järjestelyä, 10 kuva 4 esittää kuvaa 3 vastaavalla tavalla esitettynä erilaisia vaihtoehtoisia keksinnön mukaisia suodatinalueiden järjestelyjä matriisi-ilmaisimen kuva-alalle, kuva 5 esittää keksinnön mukaisen ratkaisun käyttöä termisen 15 ruiskutuspinnoitusprosessin valvonnassa, kuva 6 esittää kuvan 5 mukaisessa tilanteessa partikkelisuihkun matriisi-ilmaisimelle synnyttämää kuvaa silloin, kun ilmaisimessa käytetty valotusaika on lyhyt suhteessa 20 pinnoitepartikkelien liikenopeuteen, kuva 7 esittää kuvan 5 mukaisessa tilanteessa partikkelisuihkun matriisi-ilmaisimelle synnyttämää kuvaa silloin, kun ilmaisimessa käytetty valotusaika on pitkä 25 suhteessa pinnoitepartikkelien liikenopeuteen, kuva 8 esittää miten kohteesta suodatinalueiden avulla määritettävästä parametristä muodostetaan ko. parametrin paikallinen, kohteen liikkeeseen nähden poikkisuuntainen 30 jakauma, : kuva 9 esittää miten kohteesta koko kuva-alalta määritettävästä parametristä muodostetaan ko. parametrin paikallinen, kohteen liikkeeseen nähden poikkisuuntainen 35 jakauma, ja 11 111192 kuva 10 esittää miten kohteesta koko kuva-alalta määritettävästä parametrista muodostetaan ko. parametrin paikallinen, kohteen liikkeeseen nähden samansuuntainen jakauma.

5 Kuvassa 1 on esitetty sivukuvantona keksinnön mukainen järjestely, jossa liikkuvasta tai viilaavasta kohteesta T muodostetaan kuvantavan optiikan L1 avulla kuva suodattimien F1,F2 kautta 2-dimensioisen matriisi-ilmaisimen kuvatasolle D, joka matriisi-ilmaisin on edelleen sijoitettu kameraan C. Kuvassa 2 esitetään vaihtoehtoinen keksinnön 10 mukainen järjestely, jossa kohteesta T muodostetaan kuvantavan optiikan L2 avulla kohteen kuva optiikoiden L2 ja L3 välifokukseen sijoitetuille suodattimille, joka välifokukseen muodostettu suodattimien F1,F2 kautta kulkeva kuva siirretään edelleen optiikan L3 avulla matriisi-ilmaisimen kuvatasolle D.

15

Kuvissa 1 ja 2 (ja vastaavasti kuvissa 3-4) esitetty liikkuva tai virtaava kohde T voi olla koostumukseltaan oleellisesti homogeeninen kiinteä, oleellisesti homogeeninen nestemäinen tai oleellisesti homogeeninen kaasumainen kohde, kuten esimerkiksi valssauskäsittelyssä oleva 20 kuuma hehkuva metallikappale, tai sulasta metallista muodostuva virtaus tai kaasuliekki. Kohde voi olla koostumukseltaan myös heterogeeninen, kuten esimerkiksi kiinteitä tai nestemäisiä partikkeleita sisältävä kaasuvirtaus, tai vastaavasti kaasukuplia tai kiinteitä partikkeleita sisältävä nestevirtaus. Kohteen lämpötila voi sinänsä olla mikä tahansa 25 lämpötila, joka on tutkittavalle prosessille ominainen.

Kuvissa 1 ja 2 kuvantava optiikka L1,L2,L3 voi koostua kukin yhdestä tai useammasta erillisestä linssistä, tai kukin optiikka L1,L2,L3 voi olla myös useita linssejä sisältävä ns. kameraobjektiivi, joka edelleen voi 30 sisältää välineet kuvan tarkentamiseksi matriisi-ilmaisimelle D, ja tarvittaessa myös välineet ko. optiikan aukon rajoittamiseksi kuvauksen : syvyysterävyyden ja valovoiman hallitsemiseksi. Mikäli kuvaa releoi daan matriisi-ilmaisimelle D useamman kuin yhden välifokuksen kautta, voi kuvantavia optiikoita olla tarvittaessa käytössä useampiakin, ja ne 35 voivat sisältyä esim. etuoptiikkana käytettävään endoskooppiin tms. erikoisoptiikkaan. Kuvantava optiikka voi tarvittaessa sisältää myös fokustasojen välittömään läheisyyteen sijoitettuja ns. field-linssejä kuvan laadun parantamiseksi.

111192

Kuvailtavien optiikoiden L1,L2,L3 sekä suodattimien F1,F2 ei välttämättä tarvitse sijaita samalla suoralla optisella akselilla, vaan tarvittaessa komponenttien välillä voidaan käyttää peilejä optisen akselin 5 kääntämiseen, tai optiikat L1,L2,L3 voidaan myös itse tarvittaessa toteuttaa käyttäen koveria pallopeilejä, ja edelleen suodattimet F1,F2 (välifokukseen sijoitettuna) voidaan tarvittaessa toteuttaa nekin heijastavina komponentteina.

10 Kuva 3 esittää kuvantavan optiikan (L1 kuvassa 1 ja L3 kuvassa 2) suunnasta kohtisuoraan matriisi-ilmaisimen kuvatasoa D kohti katsottuna em. kuvatason valoherkälle alueelle DA suodattimien F1,F2 avulla muodostettuja suodatinalueita FR1 ja FR2 eräässä keksinnön mukaisessa tilanteessa. Kuvassa 3 on katkoviivalla piirrettynä esitetty periaat-15 teellisesti myös liikkuvan tai vihaavan kohteen T kuvautuminen kuvatasolle D kuvan 1 tai 2 mukaisissa tilanteissa.

Kuva 4 esittää kuvaa 3 vastaavalla tavalla eräitä vaihtoehtoisia tapoja keksinnön mukaisten suodatinalueiden järjestelemiseksi matriisi-ilmai-20 simen kuva-alalle. Kuvassa 4a on esitetty kahden, ilmaisimen valoherkän alueen DA pinta-alaan nähden pienen, ja toisissaan kiinni olevan suodatinalueen FR1 ja FR2 järjestely. Kuvassa 4b on esitetty toisistaan erilliset suodatinalueet FR1 ja FR2, ja lisäksi kuva-alan toisessa reunassa olevat suodatinalueet FR3 ja FR4, joista suodin FR3 25 vastaa ominaisuuksiltaan suodatinta FR1, ja suodatin FR4 suodatinta FR2. Edelleen kuvassa 4c on esitetty kahden ei-suorakaiteenmuo- * toisen, ja toisiinsa verrattuna erikokoisten suodatinalueiden järjestely. Kuvassa 4d on vielä esitetty kolmen, keskenään eri tavoin säteilyä välittävän suodatinalueen FR1,FR2,FR3 järjestely.

30

Keksintöä ei ole rajoitettu edellä esitettyihin tapoihin suodatinalueiden i järjestämiseksi ilmaisimen kuva-alalle, vaan suodatinalueiden koko, muoto ja määrä voi vaihdella kulloisenkin sovelluksen mukaisesti siten, että kohteen liikkeen vaikutuksesta, kohteen jotakin tiettyä osaa 35 vastaava kuvapiste ilmaisimen kuvatasolla olennaisesti kuitenkin kulkee kyseessä olevassa spektroskooppisessa mittauksessa tarvittavien suodatinalueiden kautta.

13 111192

Em. suodatinalueiden muodostamiseksi ilmaisimen kuvatasolle D, suodattimet F1,F2 voivat koostua yhtenäisestä, olennaisesti ilmaisimen D toiminta-aallonpituusalueella läpinäkyvästä substraattimateriaalista, jonka etu- ja/tai takapinnalle/-pinnoille on haluttuihin kohtiin valmistettu 5 kohteen säteilyä halutulla tavalla heijastava, absorpoiva tai muutoin vaimentava pinnoite, esimerkiksi ns. dikroidinen monikerrospinnoite. Vaihtoehtoisesti suodattimet F1,F2 voivat olla valmistettu korvaamalla halutut kohdat edellä mainitusta, olennaisesti läpinäkyvästä substraattimateriaalista säteilyä halutulla tavalla absorpoivalla tai muutoin 10 vaimentavalla materiaalilla, esimerkiksi ns. värilasilla. Edelleen suodattimet F1,F2 sisältävä kokonaisuus voi olla muodostettu siten, että se ei sisällä lainkaan varsinaista substraattimateriaalia niissä osissa, joiden kautta kulkevan säteilyn ominaisuuksiin ei haluta vaikuttaa, vaan varsinaisia suodatinalueita FR1.FR2 vastaavat suodatinrakenteet F1.F2, 15 jotka on muodostettu jollakin edellä kuvatulla tavalla, on kiinnitetty erillisinä suoraan ilmaisimen D kuvatason päälle (kuvan 1 tilanne), tai em. suodatinrakenteet F1,F2 on kiinnitetty ja asemoitu toisiinsa nähden sopivan mekaanisen elimen, esim. langoituksen avulla (kuvan 2 tilanne), joka mainittu elin itse on rakenteeltaan mahdollisimman ohut ja 20 sellainen, että se itse häiritsee säteilyn kulkua mahdollisimman vähän. Suodattimet F1,F2 voivat sisältyä/olla rakenteeltaan myös ns. diffraktii-vinen komponentti, jonka ilmaisimen valoherkän alueen DA eri kohtia vastaavat alueet on valmistettu halutun muotoisina ja halutulla tavalla kohteen säteilyä välittävinä keksinnön mukaisten suodatinalueiden 25 muodostamiseksi ilmaisimen D kuvatasolle. Suodattimet voivat voivat olla muodostettu myös em. mainittuja erilaisia rakenneratkaisuja yhdistämällä, ja edelleen eri suodatinalueita vastaavat suodattimet voivat sijaita eri paikoissa esimerkiksi siten, että ensimmäinen suodatin F1 on sijoitettu ilmaisimen D eteen (kuvaa 1 vastaavasti) ja toinen suodatin F2 30 on sijoitettu etuoptiikan välifokukseen (kuvaa 2 vastaavasti). Edelleen ilmaisimen valoherkälle alueelle DA muodostetut suodatinalueet FR1.FR2 voivat olla aikaansaatu sellaisen suodatinelementin avulla, jonka läpäisy/heijastus muuttuu paikan funktiona siten, että em. suodatinelementin tietyssä kohtaa sen läpäisy/heijastus vastaa suodatinta F1, 35 ja jossain toisessa kohtaa suodatinta F2. Mainitunkaltainen paikan suhteen muuttuvan/liukuvan spektrivasteen omaava suodatinelementti voidaan valmistaa edellä mainittuja rakenneratkaisuja käyttämällä, esim. dikroidisten pinnoitteiden avulla.

14 111192 2-dimensioinen matriisi-ilmaisin D, joka on sijoitettu kameraan C voi olla esimerkiksi ns. CCD-ilmaisin, joka piipohjaisena ilmaisimena toimii aallonpituusalueella 200-1100 nm ja voi sisältää itsessään ns. sähköi-5 sen suljintoiminnon pikseleiden valotusajan säätämiseksi. Tämänkaltaisissa CCD-ilmaisimissa pikselimäärä voi esimerkiksi olla kooltaan 2/3-tuuman ilmaisimessa 1280 pikseliä vaakasuunnassa ja 1024 pikse-liä pystysuunnassa, jolloin yksittäisten pikselien koko on esimerkiksi 6.7 mikrometriä kertaa 6.7 mikrometriä. Sovelluksesta riippuen ilmaisin voi 10 kuitenkin olla muunkintyyppinen matriisi-ilmaisin, jossa ilmaisimen valoherkän kuva-alan koko ja pikselien määrä voi vaihdella, ja ilmaisimen suljinaika voi olla säädettävissä myös ulkoista, erillistä mekaanista tai sähkö/magneto-optista suljinta käyttäen. Aallonpituusalueella 900-1700 nm toimittaessa ilmaisin voi olla esimerkiksi InGaAs-puolijohteesta 15 valmistettu 1-tuuman 320 pikseliä x 240 pikseliä kokoinen matriisi-ilmaisin. Ilmaisin voi olla myös ns. CMOS-ilmaisin. Edelleen matriisi-ilmaisimen kaikki pikselit voivat omata keskenään samanlaisen spekt-risen aallonpituusvasteen, tai eri pikseleillä voi olla keskenään erilainen spektrinen aallonpituusvaste. Ts. ilmaisin voi olla myös esimerkiksi 20 värikamera. Ilmaisimen eri pikseleiden valotusajat voivat olla sähköisen sisäisen suljintoiminnon avulla säädettävissä eri pikseleiden välillä eri tavoin. Samoin kamerassa ilmaisimen eri pikseleistä luettavan sähköisen signaalin vahvistus voi olla eri pikseleiden välillä eri tavoin säädettävissä, ja myös useampien vierekkäisten pikselien signaalit voivat olla 25 lukemista ennen yhdistettävissä ns. binning-toimintoa käyttäen.

Kamera C, johon matriisi-ilmaisin D on sijoitettu, huolehtii ilmaisimen keräämän optisen signaalin muuttamisesta sähköiseen muotoon sekä ilmaisimen sähköisten toimintojen ohjaamisesta. Em. ohjauskomennot 30 voivat tulla sähköisessä muodossa suoraan tietokoneelta tai manuaalisesti kamerassa käyttäjän asettelemien kytkinten kautta. Kamera C voi : olla tyypiltään ns. digitaalikamera, jossa ilmaisimen taltioima kuva muutetaan jo itse kamerassa digitaaliseen, binäärikoodin avulla ilmaistavaan muotoon, joka binäärinen tieto välitetään edelleen varsinaiseen 35 mittaustietokoneeseen myöhempää kuvankäsittelyä ja laskentaa varten. Vaihtoehtoisesti kamera C voi olla myös ns. analoginen videokamera, josta ilmaisimen taltioima kuva välitetään ensin analogisena videosignaalina tietokoneelle, jossa sopivan, esim. ns. kuvankaap- 111192 pauskortin avulla analoginen signaali muutetaan digitaaliseen muotoon. On myös mahdollista, että kamera C voi sisältää oman mikroprosessorin tai vastaavan piirin/piirejä kuvankäsittelyn suorittamiseksi kokonaan tai osittain jo kamerassa ennen informaation välittämistä eteen-5 päin.

Seuraavassa keksintöä kuvataan edelleen yksityiskohtaisemmin, käyttäen nyt apuna esimerkinomaisesti sen soveltamista termisen ruiskutuspinnoitusprosessin valvontaan.

10

Kuva 5 esittää termisen ruiskutuspinnoitusprosessin periaatetta. Ruiskutuslaitteesta G viilaavaan kuumaan kaasuseokseen P, joka voi olla esimerkiksi sähköisen valokaaren avulla aikaansaatu ns. plasma-liekki, tai reaktiivisen kaasuseoksen palaessa syntyvä kaasuliekki, 15 syötetään pinnoitemateriaalia jauheena syöttöportista I. Liekissä P pinnoitepartikkelit sulavat ja kiihtyvät tiettyyn liikenopeuteen ennen iskeytymistään pinnoitettavaan kohteeseen S. Iskeytyessään pinnoitettavaan kohteeseen sulat tai osittain sulat pinnoitepartikkelit litistyvät ja jäähtyvät ohuiksi lamelleiksi. Em. lamellien kerrostuminen kohteen S 20 pinnalle muodostaa halutun pinnoitteen. Tunnettujen ja teollisesti laajasti käytettyjä termisiä ruiskutuspinnoitusprosesseja ovat esim. plasmaruiskutus, HVOF-ruiskutus, detonaatioruiskutus ja liekkiruis-kutus. Näiden ruiskutusmenetelmien avulla voidaan valmistaa esimerkiksi metallisia, keraamisia tai muovisia pinnoitteita hyvin erilaisia 25 tarkoituksia varten.

Termisessä ruiskutuksessa pinnoitepartikkelien lentoaikaiset ominaisuudet juuri ennen niiden iskeytymistä pinnoitettavaan kohteeseen ovat keskeisiä syntyvän pinnoitteen ominaisuuksien ja laadun kannalta. 30 Tärkeimpiä pinnoitepartikkelien parametrejä tässä suhteessa ovat partikkelien lämpötila, nopeus, määrä ja koko, sekä näiden parametrien : paikallinen jakauma liekissä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on samaa mittalaitetta käyttäen 35 mahdollista mitata kuvantavasti spektroskooppisesti sekä ei-spekt- roskooppisesti, sekä samalla myös visualisoida pinnoitepartikkeleita/-partikkelisuihkua lentoaikaisesti ennen partikkelien/partikkelisuihkun iskeytymistä pinnoitettavaan kohteeseen S. Kuvaan 5 on merkitty 16 111192 katkoviivalla eräs tällaiseen prosessin tarkkailuun soveltuva kuvausalue ROI. Tässä esimerkissä jäljempänä esitettävän mukaisesti spektros-kooppisesti mitattava parametri on pinnoitepartikkelien pyrometrinen 2-värilämpötila, ja ei-spektroskooppisesti määritettäviä parametrejä mm.

5 pinnoitepartikkelien nopeus ja hetkellinen lukumäärä. Kuvantavan menetelmän ansiosta voidaan em. parametreistä saada paikkaeroteltua tietoa, ts. paikallisia jakaumia kuvausalueelta ROI.

Kuvassa 6 on esitetty kuumien pinnoitepartikkelien matriisi-ilmaisimelle 10 synnyttämä kuva tilanteessa, jossa ilmaisimessa käytetty valotusaika on lyhyt suhteessa pinnoitepartikkelien liikenopeuteen. Tällöin yksittäiset pinnoitepartikkelit kuvautuvat itse emittoimansa termisen säteilyn avulla ilmaisimen valoherkälle alueelle DA yksittäisinä viiruina, joiden viirujen pituus riippuu käytetystä valotusajasta ja partikkelien nopeu-15 desta. Kuvassa 6 yhden pinnoitepartikkelin synnyttämää tälläistä viirua on merkitty Tiiliä. Kun ilmaisimen kuva-alalle on järjestetty kuvan 6 mukaisesti suodatinalueet FR1 ja FR2, saadaan ko. suodatinalueiden välisen rajan valotusaikana ylittävien yksittäisten partikkelien säteile-misvoimakkuudesta spektrisesti eroteltua informaatiota kyseisiä suoda-20 tinalueita vastaavilla kahdella aallonpituuskaistalla siten, että aikaero em. kahdella aallonpituuskaistalla mitattujen yksittäisten partikkelien säteilemisvoimakkuuksien välillä on pienempi kuin kuvauksessa käytetty valotusaika. Valittaessa em. kaksi aallonpituuskaistaa sopivasti, voidaan niiden avulla mitattuja säteilemisvoimakkuuksia käyttää 25 yksittäisten pinnoitepartikkelien 2-väripyrometriseen lämpötilan määrittämiseen sillä oletuksella, että partikkelien lämpötila ei olennaisesti muutu kuvauksessa käytettävän valotusajan puitteissa. Tyypillisesti esimerkiksi plasmaruiskutuksessa pinnoitepartikkelien nopeudet ovat useita satoja metrejä sekunnissa, jolloin kuvan 6 mukainen tilanne 30 saavutetaan käytännössä käyttämällä mikrosekuntien luokkaa olevia valotusaikoja. Kuvassa 6 esitettyjen viirujen (esim. T1) eri aallonpi-: tuuksilla mitattujen, toisiaan lähellä olevien osien tunnistaminen on kuvankäsittelytekniikoiden avulla helppoa verrattuna tekniikan tason menetelmiin, joissa kohteen samaa aluetta, esimerkiksi partikkelia 35 vastaavat eri aallonpituuksilla mitatut kuvat ovat suhteellisen kaukana toisistaan ilmaisimen valoherkällä alueella DA (esim. US 5,963,311 ja US 5,225,883).

111192

Kuvassa 7 on vastaavasti esitetty kuumien pinnoitepartikkelien matriisi-ilmaisimelle synnyttämä kuva tilanteessa, jossa ilmaisimessa käytetty valotusaika on pitkä suhteessa pinnoitepartikkelien liikenopeuteen. Tällöin suodatinalueilta FR1 ja FR2 saadaan mittaustuloksena partikke-5 lisuihkun TX liikkeen vaikutuksesta paikan suhteen sekä ajallisesti summautuneita/integroituneita säteilemisvoimakkuuden mittausarvoja, * joiden avulla voidaan edelleen laskea 2-väripyrometrinen lämpötila, ja sen paikallinen jakauma poikittain partikkelisuihkuun nähden. Pitkää valotusaikaa käyttämällä ei luonnollisestikaan voida kuitenkaan saada 10 selville yksittäisten pinnoitepartikkelien lämpötiloja.

Kuvassa 7 periaatteellisesti esitetyn mukaisesti pitkää valotusaikaa suhteessa kohteen liikenopeuteen joudutaan käyttämään signaalirajoit-teisissa tilanteissa, esimerkiksi silloin kun suodatinalueita vastaavat 15 spektrikaistat joudutaan käytettävän spektroskooppisen menetelmän vuoksi, tai kohteen säteilyominaisuuksien vuoksi valitsemaan spektri-sesti hyvin kapeiksi, ts. vähän säteilyä läpäiseviksi. Tilanne on tämänkaltainen esimerkiksi silloin, kun halutaan mitata vain tiettyjen kapeiden spektriviivojen säteilyä, tai halutaan välttää tiettyjen, lähellä mittausaal-20 lonpituuksia olevien ja mittausta mahdollisesti häiritsevien spektriviivojen päätyminen mukaan mittaustulokseen. Em. tilanteessa lyhyttä valotusaikaa käytettäessä, ja pyrittäessä erottamaan esim. yksittäiset partikkelit, vastaaviin pikseleihin integroituva signaali ei ylitä lainkaan havaintorajaa, tai jää signaali/kohinasuhteeltaan liian heikoksi. Mikäli 25 menetelmä perustuu kohteen oman spontaaniin emission hyväksikäyttöön, niin esimerkiksi liian matalalämpöisiä kohteita ei voida havaita lyhyitä valotusaikoja käyttäen.

Esillä olevan keksinnön merkittävänä etuna on se, että edellä kuvatun 30 kaltaisissa signaalirajoitteisissa tilanteissa, esimerkiksi pyrometrinen 2-värilämpötilamittaus voidaan toteuttaa integroidusti ja keskiarvottaen käyttäen pitkää valotusaikaa ja ko. pyrometrista mittausta varten optimaalisesti valittuja spektrikaistoja/suodatinalueita. Samalla laitteella voidaan nyt suorittaa myös muita mittauksia tai visualisointia käyttä-35 mällä tarvittaessa erilaista valotusaikaa ja ilmaisimen muuta suodatta-matonta kuva-alaa, ja/tai ko. muita mittauksia tai visualisointia varten erityisesti optimoituja muita spektrikaistoja/suodatinalueita.

18 111192

Keksinnön antamaa mahdollisuutta useiden erilaisten mittausten tai visualisoinnin suorittamiseen optimoidusti havainnollistetaan seuraa-vassa edelleen käyttäen esimerkkinä termistä ruiskutuspinnoituspro-sessia.

5

Edellä esitetyn mukaisesti kuvissa 6 ja 7 spektrikais-tojen/suodatinalueiden FR1 ja FR2 ominaisuudet on valittu soveltuviksi 2-väripyrometriseen lämpötilamittauksen, ja mittaus voidaan suorittaa kohteen ominaisuuksista (esim. lämpötila ja/tai partikkelitiheys) riippuen 10 joka yksittäisille pinnoitepartikkeleille (kuva 6), tai integroidusti ja keski-arvottaen partikkelisuihkulle (kuva 7). Olennaista on se, että kuvan 6 mukaisesta tilanteesta voidaan siirtyä kuvan 7 mukaiseen tilanteeseen helposti ja nopeasti matriisi-ilmaisimen valotusaikaa muuttamalla.

15 Kuvan 6 tilanteessa voidaan määrittää yksittäisten partikkelien nopeus sinänsä tunnetun, ns. lentoaikaperiaatteen mukaisesti, kun tunnetaan kuvauksessa käytettävä valotusaika sekä kuvausoptiikan suurennos. Partikkelien nopeusmittaus voidaan periaatteessa toteuttaa missä tahansa kohtaa kuva-alaa DA, koska nopeusmittaus ei riipu yksittäisten 20 partikkelien synnyttämien kuvien kirkkaudesta, vaan ainoastaan ko. partikkelien kuvaan piirtämien viirujen pituudesta. Partikkelien nopeusmittaus voidaan toteuttaa myös kaksois- tai monivalotusta käyttämällä, ja tunnistamalla kuvankäsittelyn avulla kutakin yksittäistä partikkelia vastaavien kuvien paikat, ja mainittujen kuvien väliset etäisyydet 25 eri valotuksilla otetuista kuvista. Mikäli nopeusmittauksessa käytettävällä valotusajalla yksittäisten partikkelien kuvat/viirut ovat signaalira-: joitteisia, on em. kuvien/viirujen tunnistaminen keksinnölle ominaisesti edullista suorittaa matriisi-ilmaisimen spektrisesti suodattamattomalla kuva-alalla, joka siis omaa suurimman mahdollisimman herkkyyden 30 mahdollisimman laajan, ts. suodattimin rajoittamattoman spektrikais-tansa ansiosta.

•

Vastaavalla tavalla kuin edellä partikkelien nopeusmittaus, ja myös sinänsä tunnetulla tavalla, voidaan kuvan 6 tilanteessa luonnollisesti 35 määrittää myös kuvassa havaittujen partikkelien määrää peräkkäin otetuissa kuvissa, ja edelleen eri osissa kuva-alaa. Mikäli partikkelien havaitseminen on signaalirajoitteista, voidaan tämäkin keksinnölle ominaisesti ja edullisesti suorittaa matriisi-ilmaisimen spektrisesti suodat- 19 111192 tamattomalla kuva-alalla, tai käyttämällä kuvan 7 mukaisesti vaihtoehtoisesti pitkää valotusaikaa, jolloin partikkelien määrä eri osissa kuva-alaa, ja erityisesti liikesuuntaan nähden poikkisuuntainen jakauma saadaan selville suhteellisena kuvan paikallisen kirkkauden perusteella, 5 ja ottamalla tarvittaessa huomioon 2-väripyrometrisesti aiemmin mitattu, liikesuuntaan nähden poikkisuuntainen lämpötilajakauma (kuva 7).

Tunnettaessa pinnoitepartikkelin 2-väripyrometrinen lämpötila, joka 10 voidaan määrittää pyrometrian tunnettujen perusteiden mukaisesti ilman tietoa ko. partikkelin koosta, on sinänsä tunnetun tekniikan mukaisesti mahdollista saada edelleen tietoa partikkelin koosta käyttäen apuna ko. partikkelin jollakin tunnetulla ja tarkoitukseen sopivalla aallonpituuskaistalla emittoimaa säteilemisvoimakkuutta. Ts. 15 tietyssä lämpötilassa olevan hiukkasen emittoima säteily riippuu hiukkasen koosta, ja mikäli lämpötila tunnetaan 2-väripyrometrisen mittauksen perusteella, voidaan koko laskennallisesti määrittää hiukkasen säteilemisvoimakkuuden perusteella. Tämä mittaus voidaan keksinnön mukaisesti suorittaa helposti lisäämällä kuvan 6 mukaisessa 20 tilanteessa tarvittaessa mukaan vielä kolmas, tähän tarkoitukseen erikseen optimoitu suodatinalue.

Kuvan 5 mukaista termistä ruiskutuspinnoitusprosessia kuvannettaessa eräänä merkittävänä käytännön ongelmana on kuva-alan sisällä esiin-25 tyvät suuret kirkkausvaihtelut, jotka asettavat suuria vaatimuksia käytettävän matriisi-ilmaisimen dynaamiikalle, ts. kyvylle mitata/havaita eri : suuruusluokkaa olevia säteilemisvoimakkuuksia. Mikäli kuvassa 5 esi tetyn kuva-alan ROI vasen reuna sijoitetaan liian lähelle ruiskutuslai-tetta G, liekin P kirkkaus voi häiritä varsinaisten pinnoitepartikkelien 30 havaitsemista aiheuttamalla kuva-alan ROI vasenta reunaa matriisi-ilmaisimen kuvatasolla vastaavien pikseleiden ylivalottumisen. Keksin-: nön mukaisesti tämä voidaan välttää lisäämällä tarvittaessa ko. kohtaan kuva-alaa erillinen suodinalue, joka sopivalla tavalla vaimentaa ko. kuva-alalle kohteesta tulevaa säteilyä, ja siten vähentää ilmaisimen 35 dynamiikalle asetettavia vaatimuksia. Kuvannettaessa jotakin toisentyyppistä prosessia, esimerkiksi reaktiivista virtausta, voi tarve säteilyn vaimentamiselle esiintyä myös kohteen liikkeen suunnassa kuva-alassa eri kohdassa kuin edellä, kohteen lämpötilan, tutkittavan pitoisuuden 2° mm tms. kasvaessa tai muuttuessa muulla tavoin prosessissa tapahtuvien reaktioiden seurauksena.

Kuten edellä on jo aikaisemmin mainittu, termisissä ruiskutuspinnoitus-5 prosesseissa myös pinnoitepartikkelien parametrien paikallinen jakauma liekissä on prosessin valvonnan ja säädön kannalta tärkeää. Esimerkiksi kuvan 5 esittämässä tilanteessa syötettäessä pinnoitepar-tikkeleita jauheena ns. kantokaasun mukana portista I, niin mikäli mainitun kantokaasun virtausnopeus säädetään liian pieneksi, niin 10 tällöin pinnoitepartikkelit eivät tunkeudu tarkoitetulla tavalla liekin P kuumiin sisäosiin. Vastaavasti liian suurta kantokaasun virtausnopeutta käytettäessä pinnoitepartikkelit työntyvät suoraan liekin lävitse. Molemmissa tapauksissa kohteeseen S osuvien pinnoitepartikkelien parametrit, kuten esimerkiksi lämpötila ja nopeus poikkeavat 15 optimaalisista arvoista.

Kuvissa 8-10 on esimerkkien avulla havainnollistettu keksinnön mukaisen kuvantavan menetelmän mahdollistamia eräitä tapoja pinnoitepar-tikkeleiden eräiden parametrien paikallisten jakaumien määrittämiseen 20 termisessä ruiskutuspinnoitusprosessissa. On luonnollisesti selvää, että patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa kulloinkin mitattavien parametrien paikallisia jakaumia voidaan vastaavalla tavalla määrittää myös muun tyyppisistä prosesseista.

25 Kuvassa 8 on esitetty periaatteellisesti pinnoitepartikkelien 2-väriläm-; pötilan paikallisen, partikkelien liikkeeseen nähden poikkisuuntaisen jakauman DT määrittäminen. Kuvaan 8 viivoituksella merkityt, ja partikkelien lämpötilamäärityksessä käytettävät kaksi suodatinaluetta on jaettu edelleen pienempiin havaintoalueisiin R1-RN, joiden kunkin 30 sisällä määritetyt yksittäisten partikkelien lämpötilat lasketaan kunkin havaintoalueen R1-RN sisällä joko hetkellisiksi tai ajan suhteen kumulatiivisiksi keskiarvoiksi, joiden avulla muodostetaan edelleen jakauma DT. Hetkellinen jakauma voidaan siis muodostaa mittalaitteella otetun yhden kuvan perusteella, tai kumulatiivinen jakauma tarpeen useam-35 man peräkkäin otetun kuvan perusteella.

Kuvassa 9 on esitetty periaatteellisesti matriisi-ilmaisimen koko kuva-alan käyttö partikkelien liikkeeseen nähden jonkin poikkisuuntaisen 111192 jakauman DV, esimerkiksi partikkelien lukumäärä- tai nopeusjakauman määrittämisessä. Kuvassa 10 on esitetty edelleen vastaavasti partikkelien liikkeen suuntaisen jakauman, esimerkiksi lukumäärä- tai nopeus-jakauman määrittäminen.

5

Kuvissa 8-10 jakaumien muodostamisessa käytettävien havaintoalu-eiden R1-RN koko ja määrä voi vaihdella tarpeen mukaan, ja käsittää pelkästään ilmaisimelle muodostettuja suodatinalueita, tai myös suoda-tinalueiden ulkopuolella olevaa kuva-alaa riippuen kulloinkin kyseessä 10 olevasta parametristä. Kohteesta/kohteista kuvantavasti määritetystä parametristä/parametreistä voidaan em. jakaumien lisäksi luonnollisesti määrittää tarvittaessa myös muita tilastollisia tunnuslukuja.

Termisen ruiskutuspinnoitusprosessintilaaja ruiskutuslaitteistontoimin-15 taa voidaan valvoa seuraamalla edellä kuvatuilla tavoilla muodostettujen, pinnoitepartikkelien ja siten prosessin tilaa kuvaavien keskeisten mittausparametrien paikallisia jakaumia, ja/tai muita tilastollisia tunnuslukuja, sekä näissä jakaumissa tai tunnusluvuissa tapahtuvia muutoksia. Pinnoitusprosessia voidaan mainittuja mittaustuloksia käyttäen 20 edelleen säätää tarvittaessa joko manuaalisesti tai automaattisesti siten, että optimaalisiksi määritetyt toimintaolosuhteet saavutetaan. Keksinnön mukaisen menetelmän mahdollistama kohteen visualisointi, ts. kohteesta operaattorille välitettävä reaaliaikainen kuva helpottaa myös sinällään prosessin valvontaa ja säätämistä. Visualisointi 25 helpottaa ja nopeuttaa erityisesti esimerkiksi ruiskutuslaitteen G kulu-. vien osien (suuttimet tms.), ja/tai pinnoitemateriaalin ja/tai pinnoitema- teriaalierän vaihdon yhteydessä prosessissa tarvittavia alkutarkistuksia ja -säätöjä. Visualisoinnin avulla kuvantava mittalaite on myös helppoa kohdistaa tarkasti haluttuun paikkaan.

30

On luonnollisesti selvää, että keksinnön käyttö ei rajoitu ainoastaan edellä esimerkkinä esitetyn termisen ruiskutuspinnoitusprosessin tutkimukseen, valvontaan ja säätöön, vaan sitä voidaan patenttivaatimuksissa esitettyjen keksinnöllisten piirteiden puitteissa soveltaa myös 35 muissa prosesseissa, jotka sisältävät liikkuvan/liikkuvia tai virtaa-van/virtaavia kohteen/kohteita.

22 111192

Edelleenkään keksinnön käyttö ei rajoitu spektroskooppisista menetelmistä pelkästään pyrometrian käyttöön, vaan myös muita spektrierotte-lua vaativia kuvantavia mittausmenetelmiä voidaan edullisesti toteuttaa keksinnön avulla. Spektrierottelun lisäksi ilmaisimen kuva-alalle 5 muodostettavilla eri suodatinalueilla voi olla keskenään myös mitattavan säteilyn polarisaatiosta eri tavoin riippuvia ominaisuuksia. Myöskään tutkittavan kohteen valaisumenetelmä ei ole keksinnön kannalta oleellinen, vaan tutkittava kohde/kohteet voivat emittoida itse säteilyä ja/tai myös sirottaa toisista lähteistä saatavaa säteilyä.

10

On luonnollisesti selvää, että niissä tilanteissa, joissa kohde/kohteet havaitaan sen/niiden sirottaman säteilyn perusteella, voidaan kohteen/kohteiden liike kuvassa pysäyttää käyttämällä kohteiden valaisuun joko olennaisesti jatkuvatoimista valolähdettä ja samalla ilmaisi-15 messa riittävän lyhyttä suljinaikaa. Vaihtoehtoisesti käyttämällä valaisuun lyhyttä valopulssia/-pulsseja, ts. stroboskooppista valaisua, voidaan ilmaisimessa käyttää kohteen/kohteiden liikenopeuteen nähden sinällään pitkää suljinaikaa. Näillä molemmilla tavoilla päädytään kohteen liikkeen suhteen kohteen havaitsemisen kannalta samaan 20 efektiiviseen valotusaikaan, joka seikka on ilmaistu myös patenttivaatimuksessa käyttämällä pelkän valotusaika termin sijaan termiä efektiivinen valotusaika.

Kuvannettaessa sellaista kohdetta, joka sisältää kuva-alalla DA 25 pienempiä yksittäisinä erottuvia kohteita, voidaan mainittujen kohteiden havaitsemiseen niiden spontaanisti emittoiman säteilyn avulla käyttää luonnollisesti yhden valotuksen sijaan myös kahta tai useampaa peräkkäistä valotusta. Esim. kuvan 6 tilanteessa yhdellä tietyn mittaisella vastuksella viirumaisina (esim. T1 kuvassa 6) ilmaisimen kuva-alalle 30 DA piirtyvät kohteet kuvautuisivat tällöin kukin kahtena tai useampana peräkkäisenä pisteenä. Yhden tuollaisen mainitun kohteen synnyttämiä eri suodatinalueille osuneita pisteitä voidaan käyttää keksinnön mukaisesti em. viirun sijaan spektroskooppisten mittausten toteuttamisessa.

35 Käytettäessä kolmesta tai useammasta yksittäisestä (lyhyestä) peräkkäisestä efektiivisestä vastuksesta (valaisupulssin ja/tai ilmaisimen suljinajan määrittämä) muodostettuja valotussekvenssejä, ja säätämällä mainitun sekvenssin sisällä yksi tai useampia valotusten välejä muihin 23 111192 väleihin nähden erisuuriksi, on mahdollista päätellä kohteen/kohteiden liikkeen/virtauksen suunta. Neljästä tai useammasta yksittäisestä peräkkäisestä efektiivisestä valotuksesta muodostettuja valotussek-venssejä käyttäen voidaan määritellä myös kohteen/kohteiden 5 liikkeen/virtauksen liikenopeuden muutosnopeus, ts. kiihtyvyys tai hidastuvuus.

Keksinnön mukaisesti toteutettavia prosessin eri parametrien kuvan-tavia mittauksia on mahdollista toteuttaa olennaisesti reaaliaikaisina 10 tällä hetkellä jo kaupallisesti saatavilla olevia matriisi-ilmaisin/kamera-ja tietokonelaitteistoja hyväksikäyttäen. Käsittelemällä esimerkiksi nopeudella 25 kuvaa/sekunnissa otettuja kuvia jatkuvana käsittelyprosessina tehokkaan tietokoneen ja kuvankäsittelyalgoritmien avulla, voidaan näin määritettyjä parametrejä käyttää tutkittavan prosessin 15 reaaliaikaisessa valvonnassa ja säädössä. Sellaisissa prosesseissa, kuten esimerkiksi tiettyjen rakenteen sisäpuolisten kohteiden terminen ruiskutuspinnoitus, joiden mittaaminen varsinaisen prosessin toiminnon aikana on vaikeaa tai mahdotonta, voidaan kuvantavalla mittauksella varmistaa nopeasti prosessilaitteen, esimerkiksi juuri ruiskutuspinnoi-20 tuslaitteen toiminta välittömästi ennen ja jälkeen varsinaisen prosessi-toiminnon. Mikäli tällöin mitattujen parametrien avulla havaitaan esimerkiksi em. ruiskutuslaitteen toiminnassa tapahtunut muutos, voidaan prosessin varsinainen toiminta tarvittaessa keskeyttää ruiskutuslaitteen säätöjä ja/tai korjauksia varten.

25

On tietenkin myös selvää, että aikaansaamalla sopivalla ulkoisella tavalla mitattavan kohteen ja keksinnön mukaisen mittalaitteen välinen keskinäinen liike, voidaan myös sellaisten kohteiden, jotka eivät luonnostaan sisällä liikkuvaa tai viilaavaa kohdetta, mittauksia suorittaa 30 keksinnön mukaisesti. Tälläisiä menetelmiä voivat olla esimerkiksi itse kuvantavan mittalaitteen liikuttaminen tai pyörittäminen, tai vastaavasti esimerkiksi kuvan välittäminen kohteesta pyörivän tai värähtelevän heijastavan optiikan kautta 35 Tietyissä tilanteissa on myös mahdollista, että tietyn spektroskooppisen mittauksen suorittamiseksi riittää ainoastaan yhdenkin ilmaisimen kuva-alalle lisätyn suodatinalueen käyttö. Tällöin ilmaisimen ns. suodattama-tonta kuva-alaa ja sen spektrivastetta käytetään yhtenä laajana mitta- 24 111192 usaallonpituuskaistana, ja suodatinalueella on käytettävissä toinen tarkemmin rajoitettu, mutta spektrisesti edellisen sisälle jäävä kapeampi mittausaallonpituuskaista. Tämä ratkaisu on kuitenkin keksinnön mukaiseen ratkaisuun nähden vähemmän edullinen johtuen ilmeisistä 5 ja rajallisista mahdollisuuksista ko. spektrikaistojen valinnassa.

»

Claims (29)

1. Menetelmä kuvantavan, spektrierotteluun perustuvan spektroskooppisen mittauksen suorittamiseksi liikkuvasta tai virtaavasta kohteesta 5 (T), jossa mainitusta kohteesta saatavaa sähkömagneettista säteilyä fokusoidaan kuvantavan optiikan (L1;L2,L3) avulla kuvan muodostamiseksi 2-dimensioisen matriisi-ilmaisimen kuvatasoon (D) ainakin ensimmäisen ja toisen, toisistaan poikkeavalla tavalla sähkömagneettista säteilyä välittävän suodattimen (F1,F2) kautta, tunnettu siitä, että 10 — mainituilla ainakin ensimmäisellä ja toisella suodattimena (F1,F2) muodostetaan ilmaisimen kuvatasoon (D) ilmaisimen valoherkän alueen (DA) yhdessä osittain ja vain osittain peittävät ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1 ,FR2), jolloin — kohteen (T) ominaisuuksia määritetään spektroskooppisesti vertai- 15 lemalla ja/tai kombinoimalla olennaisesti peräkkäisiltä ajanhetkiltä peräisin olevaa spektrieroteltua informaatiota, joka taltioidaan kohteen jotakin tiettyä osaa vastaavan, ilmaisimen kuvatasolle (D;DA) ilman säteenjakoa fokusoidun kuvapisteen kulkiessa kohteen (T) liikkeen vaikutuksesta olennaisesti mainitun ainakin 20 ensimmäisen ja toisen suodatinalueen (FR1 ,FR2) kautta, ja että — mainittujen ainakin ensimmäinen ja toisen suodatinalueen (FR1.FR2) ulkopuolelle jäävää ilmaisimen kuvatason (D;DA) alaa käytetään lisäksi ainakin yhteen muuhun kuvantavaan ei-spektroskooppiseen mittaukseen ja/tai kohteen visualisointiin. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) sijoitetaan lähelle ilmaisimen kuvatasoa (D), kohteesta (T) saatavan sähkömagneettisen säteilyn tulosuunnassa kuvatason (D) eteen keskenään olen- 30 naisesti samaan, ja kuvatason (D) kanssa olennaisesti samansuuntaiseen tasoon rinnakkain. •

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) sijoitetaan 35 keskenään olennaisesti samaan tasoon rinnakkain, ja kohteesta (T) saatavan sähkömagneettisen säteilyn fokusoimisessa käytettävän optiikan (L2, L3) välifokukseen. 26 111192

4. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1,FR2) sijoitetaan ilmaisimen kuvatasolla (D;DA) keskenään vierekkäin, ei-päällekkäin ja sivusuunnassa toisiaan 5 koskettaen, tai vierekkäin ei-päällekkäin, mutta toisistaan erilleen.

5. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1,FR2) kukin kattaa ilmaisimen (D) yksittäisiin 10 pikseleihin nähden makroskooppisen alueen.

6. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että myös mainittuja ainakin ensimmäistä ja toista suodatinaluetta (FR1,FR2) käytetään kohteen kuvantavaan ei- 15 spektroskooppiseen mittaukseen ja/tai kohteen visualisointiin.

7. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuvannettavan kohteen (T) havaitsemiseen käytetty efektiivinen valotusaika valitaan lyhyeksi suhteessa mainitun kohteen 20 liikenopeuteen, jolloin mittaustuloksena saadaan mainitun kohteen paikallista ja hetkellistä tilaa kuvaavia mittausarvoja.

8. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuvannettavan kohteen (T) havaitsemiseen käytetty 25 efektiivinen valotusaika valitaan pitkäksi suhteessa mainitun kohteen ;; liikenopeuteen, jolloin mittaustuloksena saadaan mainitun kohteen paikan suhteen sekä ajallisesti summautuneita/integroituneita mittausarvoja.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu efektiivinen valotusaika valitaan siten, että kohteen (T) koostuessa taustaansa vasten erottuvista, säteilyä emittoivista ja/tai sirottavista yksittäisistä kohteista, mainittujen yksittäisten kohteiden kuvatasolle (D;DA) synnyttämät kuvat/kuvaviirut erottuvat mainitulla 35 kuvatasolla toisistaan olennaisesti erillisinä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauksessa käytettävää spektroskooppista ja/tai ei-spektroskooppista 27 111192 menetelmää sovelletaan kullekin yksittäiselle, erillisenä havaitulle kohteelle erikseen.

11. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että kuvannettavasta kohteesta (T) spektroskooppisesti määritettävä parametri on mainitun kohteen, tai kohteen sisällä yksittäisinä erottuvien pienempien kohteiden pyrometrinen lämpötila.

12. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että kohteesta kuvantavasti määritetystä paramet- ristä/parametreistä määritetään edelleen mainitun paramet-rin/parametrien hetkellisiä tai kumulatiivisiä paikallisia jakaumia ja/tai tilastollisesti määritettäviä tunnuslukuja.

13. Kuvantava mittalaite liikkuvan tai viilaavan kohteen (T) spektrierot- teluun perustuvaan spektroskooppiseen mittaamiseen, joka mittalaite käsittää ainakin kuvantavan 2-dimensioisen matriisi-ilmaisimen (D) sekä kuvantavan optiikan (L1;L2,L3) kohteesta (T) saatavan sähkömagneettisen säteilyn fokusoimiseksi mainitun ilmaisimen kuvatasoon 20 (D) mittalaitteeseen kuuluvien ainakin ensimmäisen ja toisen suodattimen (F1,F2) kautta, tunnettu siitä, että — mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) on järjestetty muodostamaan ilmaisimen kuvatasoon (D) ilmaisimen valoherkän alueen (DA) yhdessä osittain ja vain osittain peittävät 25 ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1, FR2), ja että — mittalaite käsittää välineet olennaisesti peräkkäisiltä ajanhetkiltä peräisin olevan spektrierotellun informaation taltioimiseksi kohteen (T) jotakin tiettyä osaa vastaavan, ilmaisimen kuvatasolle (D;DA) ilman säteenjakoa fokusoidun kuvapisteen kulkiessa kohteen (T) 30 liikkeen vaikutuksesta olennaisesti, mainitun ainakin ensimmäisen ja toisen suodatinalueen (FR1 ,FR2) kautta, ja että — mittalaite käsittää lisäksi välineet mainittujen ainakin ensimmäinen ja toisen suodatinalueen (FR1,FR2) ulkopuolelle jäävän ilmaisimen kuvatason (D;DA) alan käyttämiseksi ainakin yhteen 35 muuhun kuvantavaan ei-spektroskooppiseen mittaukseen ja/tai kohteen visualisointiin. 28 111192

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen kuvantava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) on järjestetty lähelle ilmaisimen kuvatasoa (D), kohteesta (T) saatavan sähkömagneettisen säteilyn tulosuunnassa kuvatason (D) eteen 5 keskenään olennaisesti samaan, ja kuvatason (D) kanssa olennaisesti samansuuntaiseen tasoon rinnakkain.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen kuvantava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) on 10 järjestetty keskenään olennaisesti samaan tasoon rinnakkain, ja kohteesta (T) saatavan sähkömagneettisen säteilyn fokusoimisessa käytettävän optiikan (L2, L3) välifokukseen.

16. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 13-15 mukainen kuvan-15 tava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1,FR2) on järjestetty sijaitseviksi ilmaisimen kuvatasolla (D;DA) keskenään vierekkäin, ei-päällekkäin ja sivusuunnassa toisiaan koskettaen, tai vierekkäin ei-päällekkäin, mutta toisistaan erillään. 20

17. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 13-16 mukainen kuvantava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatinalue (FR1,FR2) on järjestetty kukin kattamaan ilmaisimen (D) yksittäisiin pikseleihin nähden makroskooppinen alue. 25

18. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 13-17 mukainen kuvantava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) ovat suodattimia, jotka on valmistettu pinnoittamalla ilmaisimen (D) toiminta-aallonpituusalueella olennaisesti 30 läpinäkyvän tasomaisen substraattimäteriaalin etu- ja/tai takapinnoille säteilyä heijastava, absorpoiva/vaimentava yksi- tai monikerroksinen pinnoite/pinnoitteita.

19. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 13-17 mukainen kuvan-35 tava mittalaite, tunnettu siitä, että mainitut ainakin ensimmäinen ja toinen suodatin (F1,F2) ovat värilasisuodattimia. 29 111192

20. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 13-19 mukainen kuvan-tava mittalaite, tunnettu siitä, että matriisi-ilmaisin (D,C) on CCD-matriisikamera, GaAs-matriisikamera tai CMOS-kamera.

21. Luonteeltaan liikkuvasta tai viilaavasta kohteesta (T) 2-dimensioi- selle matriisi-ilmaisimelle (D) kuvantavan optiikan (L1;L2,L3) ja ainakin ensimmäisen ja toisen, toisistaan poikkeavalla tavalla sähkömagneettista säteilyä välittävän suodattimen (F1.F2) kautta saadun spektriero-tellusti ja kuvantavasti mitatun informaation käyttö prosessin valvon-10 nassa ja/tai säädössä, tunnettu siitä, että kohteen (T), ja/tai mainitussa kohteessa sen sisällä yksittäisinä erottuvien pienempien kohteiden ominaisuuksia määritetään kuvantavasti ja spektroskooppisesti vertailemalla ja/tai kombinoimalla keskenään olennaisesti peräkkäisiltä ajanhetkiltä peräisin olevia signaaleita, jotka taltioidaan 15 kohteen/kohteiden (T) jotakin tiettyä osaa vastaavan, ilmaisimen kuvatasolle (D) ilman säteenjakoa fokusoidun kuvapisteen kulkiessa mainitun kohteen/kohteiden liikkeen vaikutuksesta olennaisesti ilmaisimen kuvatasolle (D) suodattimien (F1,F2) avulla muodostettujen ainakin ensimmäisen ja toisen, mainitun kuvatason valoherkän alueen (DA) 20 yhdessä osittain ja vain osittain peittävien suodatinalueiden (FR1,FR2) kautta, ja että mainittujen ainakin ensimmäisen ja toisen suodatinalueen (FR1,FR2) ulkopuolelle jäävää kuvatason (DA) alaa käytetään ainakin yhteen muuhun kuvantavaan ei-spektroskooppiseen mittaukseen ja/tai kohteen visualisointiin. 25

: 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että myös mainittuja ainakin ensimmäistä ja toista suodatinaluetta (FR1,FR2) käytetään kohteen kuvantavaan ei-spektroskooppiseen mittaukseen ja/tai kohteen visualisointiin.

23. Edellä esitettyjen patenttivaatimusten 21 tai 22 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kuvantamisessa käytettävä efektiivinen valotusaika säädetään suhteessa kohteen (T) liikenopeuteen lyhyeksi siten, että mittauksessa tallennetaan mainitun kohteen hetkellisiä ja paikallisia 35 mittausarvoja ja/tai erotetaan kohteessa yksittäisinä kuva-alan (ROI) sisällä esiintyviä pienempiä kohteita toisistaan erillisinä. 30 111192

24. Edellä esitettyjen patenttivaatimusten 21 tai 22 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kuvantamisessa käytettävä efektiivinen valotusaika säädetään suhteessa kohteen (T) liikenopeuteen pitkäksi siten, että tallennetaan kohteen paikan ja ajan suhteen summautu- 5 neita/integroituneita mittausarvoja.

25. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 21-24 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että spektrierotellun kuvantavan informaation avulla määritetään spektroskooppisesti kohteen/kohteiden pyrometrinen 10 lämpötila.

25 111192

26. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 21-25 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että määritetään kohteen/kohteiden liikenopeutta kuvan-tavasti lentoaika-periaatteen mukaisesti käyttäen joko yksittäistä lyhyttä 15 efektiivistä valotusaikaa, tai useampia peräkkäisiä lyhyitä efektiivisiä valotusaikoja.

27. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 21-26 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että määritetään lyhyttä efektiivistä valotusaikaa 20 käyttäen kuvantavasti kuvassa havaittujen yksittäisten kohteiden lukumäärää.

28. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 21-27 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kohteesta/kohteista kuvantavasti määritetystä 25 parametristä/parametreistä määritetään edelleen mainitun para-metrin/parametrien hetkellisiä tai kumulatiivisiä paikallisia jakaumia ja/tai tilastollisesti määritettäviä tunnuslukuja.

29. Jonkin edellä esitetyn patenttivaatimuksen 21-28 mukainen käyttö, 30 tunnettu siitä, että prosessi on terminen ruiskutuspinnoitusprosessi. «· 111192 31