DE3000033A1

DE3000033A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen der richtungsverteilung der von einem teilchen zurueckgestrahlten strahlungsenergie zur teilchencharakterisierung

Info

Publication number: DE3000033A1
Application number: DE19803000033
Authority: DE
Inventors: Walter R Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1979-01-02
Filing date: 1980-01-02
Publication date: 1980-07-31
Also published as: GB2041516B; FR2445962B1; GB2041516A; FR2445962A1; CA1136883A

Description

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COULTEK ELECTRONICS, INC. 5yO West 20th Street
Hialeah,Florida 33010, USA

"Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Richtungsverteilung der von einem Teilchen zurückgestrahlten Strahlungsenergie zur Teilchencharakterisierung"

Die Erfindung betrifft im al 1 gemeinen das Messen der Strahlungsenergievertei1ung, etwa derjenigen von gestreutem Licht, und betrifft insbesondere das Messen der Energie und Richtung von Licht, das durch Teilchen erzeugt und verteilt wird, die durch eine optische Nachweiszone hindurchtreten, zum Identifizieren der Teilchen und/oder deren Eigenschaften. Die Erfindung wird in Verbindung mit der Lichtstreuung erläutert, ist aber nicht darauf beschränkt.

Die Erfindung findet eine verhältnismäßig weite Anwendung, ist aber von besonderer Bedeutung bei der Identifizierung von weißen Blutkörperchen, Krebszellen und anderen biologischen Teilchen.

Es gibt eine, beträchtliche Literatur und einen Stand der Technik bezüglich der Arbeiten, die bei der Identifizierung von biologischen Zellen von anderen gemacht wurden. Eine kurze Betrachtung

dieser Arbeiten ist von gewisser Bedeutung. Von Vorteil ist auch eine Darstellung der Beziehung der Erfindung zu der beim Stand der Technik verwendeten und beschriebenen Vorrichtung.

Grundsätzlich wird eine Nachweiszone in irgendeiner Weise hergestellt durch Richten eines Strahls aus konzentriertem Licht auf ein kleines Volumen, durch das die Teilchen hindurchgeführt werden sollen. Die Teilchen werden so gerichtet, daß sie durch die Zone hindurchtreten, wobei das zurückgestrahlte Licht (gestreut oder fluoreszierend) an unterschiedlichen geometrischen Orten um die Zone ermittelt wird. Die Streuung kann hinter oder vor der Zone bezüglich der Lichtquelle stattfinden.

In der einfachsten Form wird ein die Teilchen befördernder Flüssigkeits- oder Luftstrom durch ein Rohr geleitet und wird an einer durchscheinenden Stelle längs des Rohrs ein Lichtstrahl durch den Strom hindurchprojiziert. Ein Fotodetektor auf der der Lichtquelle des Lichtstrahls gegenüberliegenden Seite des Rohrs ermittelt jedesmal eine Änderung in seinen Ansprüchen, wenn ein Teilchen passiert. Offensichtlich ermöglicht die Tatsache einer Änderung eine Zählung der Teilchen. Der von den Teilchen auf den Fotodetektor geworfene "Schatten" gibt einige Informationen bezüglich der Größe. Andere Fotodetektoren können an von der Achse des Lichtstrahls entfernten Orten positioniert sein und Signale abgeben, die auf die Größe der Lichtstreuung in unterschiedlichen polaren Orten bezogen sind.

In biologischen Zellen erzeugt der Zustand des Inneren der Zelle eine Lichtstreuung auf unterschiedliche Weise. Viele der bisherigen Vorrichtungen befassen sich mit Verfahren und Techniken, bei denen die Wirkungen der Lichtstreuung bei der Identifizierung der Teilchen mithelfen.

Die Identifizierung der Zellen, insbesondere der weißen Blutkörperchen, wird benötigt zur Diagnose und Feststellung von Krankheiten, zur überprüfung des Zustands eines Patienten und der

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Wirkungen der Therapie usw. Gegenwärtige Verfahren und Vorrichtungen für diesen Zweck sind auf die Automatisierung der Identifizierungstechniken gerichtet;, um Hochgeschwindigkeitsmessungen und eine zwangsläufige Identifizierung zu ermöglichen. Dies dient zur Beseitigung der langsamen, mühsamen und ungenauen manuellen Verfahren, die bisher in Laboratorien, Kliniken und Krankenhäusern praktiziert wurden.

Die bekannten Systeme und Vorrichtungen verwenden einen Fluidstrom_s der die zu messenden Teilchen durch eine Nachweiszone nacheinander hindurchführt. Obwohl das Fluid ein Gas sein kann, ist es im allgemeinen beim Studium von biologischen Teilchen eine Flüssigkeit₅ etwa eine Salzlösung, deren Zweck hauptsächlich in der Erhaltungder Unversehrtheit des Zustands der Teilchen besteht. Gas und Luft als Fluid zum Transportieren von Teilchen zu und durch Nachweiszonen werden üblicherweise beim Studium industrieller Teilchen., wie Flugasche, Staub, zerkleinerte Mineralien usw., verwendet.

Bei der Betrachtung hauptsächlich biologischer Teilchen (wenn auch der zu erwähnende Stand der Technik nicht unbedingt darauf beschränkt ist) werden in typischer Weise derartige Teilchen in einer Flüssigkeitshülle mitgenommen, deren Querschnitt an der Nachweiszone kreisförmig oder beinahe eben ist. Diese Art der Mitnahme und der Nachweiszone sind behandelt in den US-PS Re 29-141; 3 4.13 464; 3 657 537; 3 705 771; 3 785 735 und 3 791 196.

Nachdem ein Teilchen in die Ermittlungszone eingetreten ist, wird das Licht oder eine andere Strahlungsenergie, die an der Nachweiszone durch eine Einrichtung, wie einen konzentrierten Lampenstrahl oder einen Laser., an unterschiedlichen Stellen bezüglich der Nachweiszone gemessen. Einige der oben erwähnten Vorrichtungen sind typisch hierfür wie auch die US-PS 3 835 315. Systeme für derartige Messungen sind in den US-PS 4 -070 113 und 4 150 360 angegeben.

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Das Problem der Messung des gestreuten Lichts an unterschiedlichen Orten wurde durch andere in Angriff genommen, wobei aber drei wichtige Nachteile schwierig zu überwinden waren. Der erste ist der Nachteil, nicht genügend Informationen zu erhalten aufgrund der Schwierigkeiten des Messens an mehreren Punkten. Der zweite ist der Nachteil einer komplexen und schwierigen Herstellung einer Vorrichtung mit dem begleitenden Nachteil hoher Kosten. Der dritte ist der Nachteil, daß an allen Meßpunkten keine ausreichende Energie aus dem gestreuten Licht für bedeutsame Daten erhalten wird.

Der Stand der Technik gemäß der vier im folgenden genannten Druckschriften hat einen oder mehrere dieser Nachteile.

Die älteste dieser Druckschriften ist die GB-PS 137 637, 1920, die teure Pyramidenstümpfe und reflektierende Prismen verwendet. Das gestreute Licht wird durch ein Mikroskop beobachtet und/oder durch grobe Mittel gemessen, verglichen mit solchen, die gegenwärtig zur Verfügung stehen.

Die zweite dieser Druckschriften ist die US-PS 3 248 551, die einen in Verbundbauweise ausgebildeten ringförmigen Reflektor mit zwei Flächen verwendet, der das durch die entsprechenden Flächen eingefangene gestreute Licht konzentriert und es zu Fotovervielfacherröhren liefert. Aus einer Prüfung dieser Patentschrift ergibt sich ganz offensichtlich, daß die reflektierende Zweiflächenvorrichtung höchst schwierig und kompliziert in der Herstellung ist. Folglich würde eine Vorrichtung, die ein Sammeln aus viel mehr als nur zwei Winkeln oder polaren Bereichen erfordert, noch schwieriger und teurer in der Herstellung sein. Bei dieser Konstruktion erfolgt das Sammeln und Ablenken der gestreuten Strahlungsenergie durch ein einziges Element.

Die beiden letztgenannten Patentschriften verwenden zum Konzentrieren des gestreuten Lichts nur die Reflexion, wodurch sie nicht die Einfachheit und Wirksamkeit der Erfindung haben. Die Anzahl der Bereiche der Lichtstreuung, aus denen Informationen erhalten werden können, ist bei diesen bekannten Vorrichtungen stark begrenzt.

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Die dritte und vierte dieser Druckschriften umfassen zwei Veröffentlichungen, die eine Vorrichtung beschreiben, die in der US-PS 4 070 113 als eine Art von Sperrschichtdetektor erwähnt ist, der auf einer Scheibe von einigen Zoll Durchmesser ausgebildete konzentrische Ringe aufweist. Das Licht aus der Streuungszone kann unmittelbar auf diesen Detektor fallen, der dann elektrische Signale liefert, die auf die Energie des Lichts in unterschiedlichen Entfernungen von der Mitte des Strahls bezogen sind. Die Publikationen sind: ein erster Artikel mit dem Titel "Light-Scattering Patterns of Isolated 01igodendroglia" von R.A. Meyer et al in The Journal of Histochemistry and Cytochemistry, Band 22, Nr. 7, Seiten 594-597, 1974, und ein zweiter Artikel mit dem Titel "Gynecologic Specimen Analysis by Multiangle Light Scattering in a Flow System" von G.C. SaIzman et al in derselben Zeitschrift, Band 24, Nr. 1, Seiten 308-314, 1976. In den Artikeln wird auf dieselbe oder eine ähnliche Detektorvorrichtung bezug genommen, die ein Detektor der Recognition Systems, Inc. -j_st.

Uer oben beschriebene Ringdetektor ist gegenwärtig ziemlich teuer. Er erhält in typischer Weise 64 Fotodioden, die in Ringen und Keilen, alle auf. demselben Substrat angeordnet sind. Wenn irgendein Element oder Teil des Detektors ausfällt oder beschädigt wird, muß unter Umständen die gesamte Vorrichtung weggeworfen werden. Zusätzlich werden die Kontakte für die Dioden zu einem schmalen Randabschnitt herausgeführt, wo sie mit der elektrischen Schaltung zu verbinden sind. Dies ist ein schwieriger und genauer Vorgang, der von ungeschickten Technikern nicht leicht ausgeführt werden kann.

Zusätzlich sind die inneren Ringe sehr klein, während die äußeren Ringe ziemlich groß sind. Somit wird die Strahlungsenergie über die äußeren Ringe schwach gestreut, was eine niedrige Energiedichte ergibt. Mit Abnahme des Störabstands muß die Ermittlung verstärkt werden. Zusätzlich ist die elektrische Kapazität der äußeren Ringe beträchtlich hoch, was eine Signal belastung und -Verschlechterung ergibt. Dies ist dort ein Problem, wo die sich durch die Nachweiszone mit hoher Geschwindigkeit bewegenden

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Teilchen Lichtinipulse mit der Kürze von einigen Mi krosekunden erzeugen.

In Zusammenhang mit der Erfindung stehen die folgenden Patentanmeldungen der Inhaberin mit dem gleichen Anmeldetag:

(Patentanwaltsakten 10.460, 1T).462, 10.464).

Die Patentanmeldung.... (Patentanwaltsakte 10.460J gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung an, das die Nachteile des Standes der Technik durch Verwendung einer Lichtablenkvorrichtung vermeidet, die aus eine Fresnel-Linse bildenden prismatischen Elementen aufgebaut ist. Die Fresnel-Linse empfängt das.gestreute Licht von der Nachweiszone und bewirkt eine Unterteilung der gestreuten Energie von einem großen Bereich in Teile (Inkremente), die jeweilige unterschiedliche Streubereiche oder -winkel darstellen. Dies erfolgt durch übertragen des gestreuten Lichts durch die Linse zur Erzielung unabhängiger konzentrierter Strahlen, deren Menge gleich der Anzahl der die Linse bildenden Elemente ist, sowie durch Richten und Fokussieren der resultierenden unabhängigen Strahlen auf entsprechende unabhängige Fotowiderstandsvorrichtungen oder auf Teilflächen einer großen lichtempfindlichen Vorrichtung, die unabhängige identifizierbare Signale abgibt und z.B. ein Fernsehkameraelement ist.

Die unabhängigen Fotowiderstandsvorrichtungen befinden sich in jeglicher geeigneten Anordnung, sind von herkömmlicher Konstruktion, folglich sehr wirtschaftlich, und können leicht voneinander unabhängig ausgetauscht werden. Die Kapazität zur Erde ist niedrig, was eine schnelle Spannungsänderung und ein gutes Ansprechen ermöglicht, wodurch die Amplitude der aus dem Hochgeschwindigkeitsdurchtritt der Teilchen resultierenden elektrischen Signale beibehalten wird. Die Verarbeitung einer großen Anzahl von Signalen wird hierdurch in einer verhältnismäßig einfachen elektrischen Schaltung leichter gemacht, als wenn die Signale nicht klar definiert sind.

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Die Erfindung ermöglicht einen verhältnismäßig großen Spielraum bezüglich der Gestaltung, Anordnung, Konstruktion und des Aufbaus, wodurch eine hohe Anpassungsfähigkeit für beinahe alle Systemarten gegeben ist bei keinem Verlust an Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit im Gebrauch.

Erfindungsgemäß wurde gefunden₉ daß ein verbessertes Fokussieren und eine Anpassungsfähigkeit bei der Wahl der Brennweite und der Positionierung der lichtempfindlichen Vorrichtungen erzielbar ist durch Kollimieren des in die prismatischen Elemente der Fresnel-Linsenablenkvorrichtung eintretenden gesammelten Streulichts und durch anschließendes Fokussieren der austretenden gesonderten unabhängigen Strahlen für die Messung» Als Ergebnis kann die Veränderung der Ablenkwinkel oder des "Verschmierens", erzeugt durch ein einzelnes prismatisches Element der Fresnel-AbIenkvorrichtung, ohne das Erfordernis dünner prismatischer Elemente beseitigt werden, weshalb das Fokussieren genauer durchgeführt werden kann.

Der hier verwendete Ausdruck "Zusammenführung" wird als Substantiv entsprechend seinem normalen Gebrauch und zusätzlich als Verbum "zusammenführen" verwendet, das ein sich verjüngendes Richten eines Strahlungsenergiekegels zu dessen Scheitel oder Brennpunkt bezeichnet.

Die Erfindung gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung an zum Messen der Verteilung von Strahlungsenergie!, die in Teilchenuntersuchungssystemen, etwa Lichtstreusystemen, erzeugt wird.

Eine Nachweiszone entsteht durch Richten eines Strahls von Strahlungsenergie, etwa sichtbares Licht, zur Zone und durch Leiten von Teilchen durch die Zone vorzugsweise in der Art, daß sie diese nacheinander durchqueren.

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Eine Kollimation von gesammeltem und charakteristisch gestreutem Licht, das vom durch die Teilchen gestörten Strahl zurückgestrahlt wird, ermöglicht eine erhöhte Genauigkeit der prismatischen Aufteilung und Konvergenz des aufgeteilten Lichts an getrennten Orten für Fotowiderstandsmessungen der Winkelverteilung.

Eine geeignete Kollimation ist erzielbar durch optische Elemente mit Linsensystemen oder reflektierenden Systemen, etwa durch parabolische Reflexion der Streuung an einer im Brennpunkt befindlichen Nachweiszone.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt das Messen der Energie und Verteilung von Strahlung, in typischer Weise von gestreutem Licht, das durch Teilchen erzeugt wird, die durch eine optische Nachweiszone hindurchtreten. Diese Messung wird verbessert durch Fokussieren des gestreuten Lichts und durch Anpassungsfähigkeit bei der Wahl der Brennweite zum Positionieren von lichtempfindlichen Vorrichtungen.

Die Verbesserung wird erzielt durch Kollimieren des gesammelten gestreuten Lichts, das in eine Ablenkvorrichtung_s in typischer Weise eine prismatische Fresnel-Linse, eintritt., und durch anschließendes Fokussieren der austretenden getrennten unabhängigen Strahlen für die Messung.

Das Kollimieren kann unter Verwendung von optischen Elementen, einschließlich Linsensystemen oder etwa eine parabolische Reflexion aufweisenden reflektierenden Systemen erzielt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Umgebung nach dem Stand der Technik, bei der die Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 einen schematischen allgemeinen Schnitt durch eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung mit einer Darstellung der Art, in der das von der Nachweiszone

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aus gestrahlte Licht gesammelt., kollimiert und dann zu den lichtempfindlichen Vorrichtungen abgelenkt und fokussiert wird;

Fig. 2A eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Fresnel-Linsenanordnung von Fig. 1;

Fig. 2B eine weitere Ausführungsform der Fresnel-Linsenanordnupg von Fig. 2;

Fig. 2C eine Schrägansicht mehrerer Zylinder, die zur Bildung eines nicht in Fresnel-Bauweise hergestellten Äquivalents zusammengebaut werden kann und von besonderem Nutzen für sehr kleine Ausführungsformen von Ablenkprismen der in Fig. 2 gezeigten Art ist;

Fig. 3 einen schematischen allgemeinen Schnitt durch eine A.usführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der eine el 1ipsoidförmige reflektierende Vorrichtung zum Sammeln der Strahlungsenergie verwendet wird, die dann gesammelt und zum Ablenken zu einer Fresnel-Linse gerichtet wird;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der unter einem schmalen Winkel erfolgende Messungen an vorwärtsgestreuter Strahlungsenergie gemacht werden können;

Fig. 5 einen schematischen allgemeinen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein parabolischer Reflektor die zu einer Fresnel-Ablenkvorrichtung gerichtete Strahlungsenergie sammelt und kollimiert.

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Die Erfindung soll eine größere Menge und genauere Streuungsdaten als die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen liefern. Aufgrund dessen ist die Erfindung von Nutzen bei der Bildung von Informationen bezüglich spezieller Arten von Teilchen durch Bewegen bekannter Teilchen in die Nachweiszone, um die Streueffekte derartiger Teilchen kennenzulernen zur Verwendung bei anderen Arbeiten, wo unbekannte Teilchen identifiziert werden.

Fig. 1 zeigt ein in der US-PS 4 070 113 angegebenes bisheriges System, das die Umgebung zeigt, in der die Erfindung Anwendung findet. Es ist eine Teilchenquelle 10 vorgesehen, die z.B. weiße Blutkörperchen, abgeschieferte Zellen oder dergleichen in einem Verdünnungsmittel durch einen Weg 12 zu einem Durchflußelement liefern kann. Dies erfolgt in dieser einfachen Strömung oder mit etwas zusätzlichem zweiten Verdünnungsmittel, das einen Querschnitt mit besonderer geometrischer Form des Fluids in einer Nachweiszone erzeugt. Das zusätzliche Verdünnungsmittel kann ein unter Druck stehender Flüssigkeitsstrom sein, der den Hauptstrom umgibt zur, Erzeugung von durch das Flüssigkeitsvolumen verlaufenden Hüllstrombedingungen, wodurch der Teilchenstrom begrenzt ist. Der Grundstrom selbst kann eine flache ebene Strömung durch die Nachweiszone bilden.

Vom Durchflußelement 16 bewegt sich das hindurchgetretene Fluid längs eines Wegs 18 zu einem geeigneten Empfänger 20, der Abfall, ein weiteres System oder ein Speicher sein kann.

Die Strahlungsenergiequelle ist hier als Laser 22 dargestellt, kann aber irgendeine beliebige geeignete Lichtquelle oder dergl. sein. Die Erfindung liefert eine Wirksamkeit, die es ermöglicht, daß der verwendete Laser eine niedrige Leistung bei minimaler Wärmeerzeugung hat. Der resultierende Strahl wird längs einer optischen Achse 24 zu einem durch eine Linse 26 dargestellten optischen System oder Druck geleitet, der die einfallende Strahlungsenergie auf die Nachweiszone des Durchflußelements 16 formt und fokussiert, wobei das austretende Licht gestrahlt wird und mehrere Strahlen 30 liefert. Es sind nur drei derartige Strahlen

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dargestellt, wobei eine kontinuierliche Ausbreitung der Energie stattfindet und die Größe der Strahlungsenergie an irgendeinem divergierenden Winkel und in irgendeinem Abschnitt von der Größe, Form, Ausrichtung und Morphologie des Steuers (Teilchen) plus Eigenschaften des einfallenden Lichts abhängt. Es ist ein Detektor 32 vorgesehen, der im Idealfall so gebaut ist, daß er an seinen den Strahlen 30 zugewandten unterschiedlichen geometrischen Erscheinungsformen derart unterschiedlich anspricht, daß er an inkrementell en Orten auf dem Bereich seiner frontalen Erscheinungsform unterschiedliche identifizierbare Signale, insbesondere Signale unterschiedlicher Intensitäten, erzeugt. Diese Signale werden durch Kanäle 34 zu einer Form von Datenverarbeitungsanlage 36 geleitet. Von den Signalen und deren Beziehung zueinander können hinsichtlich Intensität und geometrischer Lokalisierung die Teilchen, die die Signale erzeugt haben, identifiziert oder wenigstens charakterisiert werden.

Eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Punkt 40 stellt einen als Streupunkt zu bezeichnenden Ort dar, der z.B. eine Nachweiszone ist, durch die Teilchen strömend hindurchgeleitet werden. Wenn auch nicht dargestellt, so sei angenommen, daß diese Teilchen seitlich von der optischen Achse 42 in die Nachweiszone eindringen und diese Achse am Punkt nacheinander kreuzen. Licht oder eine andere Strahlungsenergie von einer Quelle, etwa einem Laser, wird von links längs der optischen Achse 42 zum Streupunkt 40 gerichtet, wobei der zentrale- oder Hauptteil des Strahls von einem axial angeordneten angewinkelten Spiegel 44 eingefangen wird, der den zentralen Teil des Strahls zu einer seitlich angeordneten absorbierenden Vorrichtung oder Lichtabsorber 46 richtet.

Die gestreuten Strahlen an Strahlungsenergie vom Streupunkt werden konzentriert oder gesammelt und durch eine KoI1imationslinse 41 kollimiert. Die KoIlimationslinse ist so positioniert, daß ihr erster Brennpunkt mit der Nachweiszone 40 zusammenfällt, wodurch die eintretenden gestreuten Strahlen 48 gebrochen werden, um die austretenden Strahlen im wesentlichen zu kollimieren.

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Während die KoIlimationslinse 91 als typische plankonvexe Linse gezeigt ist, kann irgendein geeignetes im wesentlichen kol1imierendes Linsensystem angewendet werden.

Das kollimierte Muster von von der Linse 91 stammenden parallelen Strahlen tritt in eine prismatische Fresnel-Ablenkvorrichtung ein, die durch fünf ringförmige Prismen gebildet ist, die gemäß Fig. ZA und 2C aufgebaut und im einzelnen in der Patentanmeldung .... (Patentanwaltsakte 10.460J beschrieben sind. Die Fresnel-AbIenkvorrichtung 94 trennt die unterschiedlichen ringförmigen Teile des kollimierten Musters von parallelen Strahlen in fünf ringförmige Strahlengruppen. Die Strahlen bleiben innerhalb einer gegebenen ringförmigen Strahlengruppe 5ü im wesentlichen parallel. Uie unterschiedlichen Strahlengruppen werden so abgelenkt, daß sie in unterschiedlichen Richtungen projiziert werden. Gemäß Fig. 2 wird eine ringförmige Strahlengruppe 5 in einer Richtung abgelenkt, die von derjenigen einer zweiten ringförmigen Strahlengruppe 52 abweicht. Eine

Eine Fokussierlinse 95 fokussiert jede der unterschiedlichen Strahlengruppen einschl. 50 und 52 genau zu einem entsprechenden unterschiedlichen punktförmigen Ortfür Fotodetektoren 96 und An jedem scharfen Brennpunkt können Lochblenden 99 angewendet werden zum Verringern, der Fremdstrahlung und zum Verbessern des Störabstands. Die Fokussierlinse 25 kann für eine beliebige gewünschte Brennweite gewählt werden, und zwar für gewöhnlich zur Abstandsverteilung und Plazierung der Fotodetektoren in einer geeigneten Brennebene. Die Fokussierlinse oder ein geeignetes Fokussierlinsensystem ist folglich in der Brennweite veränderlich und leicht modifizierbar, etwa zur Verwendung mit einer herkömmlichen Fernsevidikonröhre zum Lichtnachweis. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform können eine Fresnel-AbIenkvorrichtung und eine Fokussierlinse zu einer einzigen optischen Vorrichtung integriert sein.

Ein Vorteil der Anordnung von Fig. 2 besteht darin, daß die Fotodetektoren übliche Fotozellen sein können, die leicht erhältlich sind. Die Strahlungsenergie von den unterschiedlichen Elemen-

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ten der Ablenkvorrichtung 94 wird auf diesen Fotozellen fokussiert die nun ziemlich klein sein können und folglich einen besseren Störabstand, eine niedrigere Kapazität in den verwendeten Kreisen und verminderte Kosten ergeben. Das Austauschen fehlerhafter oder beschädigter Fotozellen erfolgt leicht ohne daß ein wesentlicher und teurer Teil der Vorrichtung weggeworfen werden muß.

Fig. 2 zeigt nur zwei Sätze von Strahlen 5ü und 52 zusammen mit ihren zugehörigen Fotodetektoren 96 und 98, wobei aber ersichtlich ist, daß für- jedes Prismaelement der Ablenkvorrichtung 94 eine gesonderte Fotozelle vorhanden ist.

Fig. 2A zeigt eine Ablenkvorrichtung 94 mit konzentrischen ringförmigen Fresnel-Prismen 100, 102, 1U4, 106 und 108, die alle so gegeneinander gedreht sind, daß sie sich unter unterschiedlichen Winkeln befinden. Die Anzahl der Prismen beträgt im vorliegenden Fall zweckmäßig 5, es kann aber jede beliebige geeignete andere Anzahl verwendet werden. Es ist ersichtlich, daß ihre jeweiligen analogen Formen 5 herkömmliche Prismen sind, von denen drei die in Fig. 2C dargestellte Form haben können. Die Rippen aufgrund der Sägezahn^örmigen Querschnitte der verschiedenen Teile sind durch Schraffieren angegeben. Die Strahlungsenergie wird um einen von der Neigung der Rippenflächen abhängenden Winkel und in Richtungen abgelenkt, die jeweils zu diesen Rippen senkrecht sind. Die in diesem Fall eingefangene kollimierte Strahlungsenergie bildet tatsächlich fünf ringförmige Gruppen von parallelen Strahlen, von denen die Gruppen 50 und 52 solche umfassen, die durch die äußeren beiden ringförmigen Prismen 100 bzw. 102 geliefert sind. Für die Identifizierung und die Untersuchung von biologischen Teilchen sind im allgemeinen die prismatischen Elemente der Ablenkvorrichtung 94 symmetrisch um deren Mitte angeordnet.

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Fig. 2B zeigt eine Anordnung von die Anordnung 94'· bildenden Elementen. Hierbei besteht die obere Hälfte des Elements 94' aus ringförmigen Fresnel-Prismen ähnlich denjenigen von Fig. 2A, wobei aber nur die Hälfte jedes ringförmigen Prismaelements verwendet wird. Die Verwendung nur einer Hälfte ist für gewöhnlich annehmbar aufgrund der normalerweise symmetrischen Ausbildung der Streumuster. Somit liegen vier derartige halbringförmige prismatische Elemente 100', 102", 104' und 106" vor. Das mittlere Element 108' kann aus Zweckmäßigkeitsgründen der Konstruktion zylindrisch sein. Zusätzlich sind keilförmige prismatische Elemente 110, 112, 14, 116 und 118 vorgesehen, die von einem anderen als einem ringförmigen Bereich Strahlen sammeln, In diesem Fall können die keilförmigen prismatischen Elemente verwendet werden zum Identifizieren des Vorhandenseins von langgestreckten Bestandteilen in gewissen Teilchen. Für jedes der keilförmigen prismatischen Elemente 110 bis 118 ist ein gesonderter Fotodetektor vorhanden.

Bei Anwendung der Vorrichtung werden die elektrischen Signale von den Fotodetektoren 96 und 98 und auch von allen anderen nicht dargestellten Fotodetektoren zu einem geeigneten elektrischen System geleitet, wo die Daten verarbeitet werden. Die analogen Signale können zuerst in digitale Signale umgewandelt werden, falls dies für die Verarbeitung erforderlich ist. Z.B. kann ein Rechner fünf Reihen von in seinem Speicher identifizierten Eigenschaften enthalten, mit denen die Signale verglichen werden zum Nachprüfen der Identifizierung des Teilchens, das die Streuung verursacht hat. Die Streuung könnte auch durch unterschiedliche Arten von Strukturen und/oder Bestandteilen im Teilchen verursacht sein, z.B. von Organellen und deren unterschiedlichen Dichten, Gestalten und Anzahl.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die zusätzlich zu einer Fresnel-AbIenkvorrichtung 120' und einem ellipsoidförmigen Reflektor 122 eine KoI1imationslinse 119 und eine Nachfokussierlinse 121 verwendet. Die Vorrichtung ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 1124 bezeichnet. Eine Nachweiszone 126 ist in

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diesem Fall so angeordnet, daß sie mit dem inneren linken Brennpunkt des Reflektors 122 zusammenfal 11, der, wie noch zu erläutern, mit einem Verdünnungsmittel 123 mit demselben Brechungsindex wie demjenigen gefüllt ist, das die Teilchen transportiert.

Der Vorteil der Hinzufügung eines el 1ipsoidförmigen Reflektors, wie er hier verwendet wird, besteht darin, daß er, da er die Nachweiszone 126 umgibt, das gestreute Licht für einen polaren Streuwinkel einfangen kann, der in Nähe von 0° bis etwa 140° je nach der Exzentrizität der Ellipse auftritt, und auch für alle azimutalen Winkel. In Fig. 3 liegen die polaren Winkel in der Zeichnungsebene_s während die azimutalen Winkel in einer hierzu senkrechten Ebene liegen. Zurückgestreutes Licht wird zunehmend von Bedeutung, wenn die Größe der zu messenden Teilchen abnimmt. 7.B. kann der Durchmesser weißer Blutkörperchen oder anderer biologischer Zellen die Größenordnung von 10 bis 15 Mikron haben, wobei ihr innerer Aufbau normalerweise Anlaß zur Entstehung der weiteren Streuwinkel gibt und Krümmungsradien in der Größenordnung von einem und weniger Mikron haben kann.

Gemäß Fig. 3 ist die vordere Öffnung des el 1ipsoidförmigen Reflektors 122 durch einen kugelförmigen durchsichtigen Verschluß 128 abgeschlossen, der die Richtung der gesammelten Strahlungsenergie beim Verlassen des' Reflektors 122 nicht beeinflußt. Dieser Verschluß weist an seinem Krümmungsmittelpunkt den rechten konvergierenden Brennpunkt f„ des Ellipsoids auf. Die im Laser 22 entstehende Strahlungsenergie wird durch eine herkömmliche Strahlformoptik 23 geformt und durch einen Reflektor oder nicht gezeigten Strahlspalter so gerichtet, daß sie sich längs der Achse 130 durch eine Öffnung 133 in einer noch zu beschreibenden KoI1imationslinse 119 bis zur Nachweiszone oder dem Streupunkt ausbreitet. Eine Teilchenquelle 134 pumpt die in der Verdünnungsflüssigkeit befindlichen Teilchen durch eine zentrale Leitung 136 in den Innenraum des Reflektors 122, wo sich die Verdünnungsflüssigkeit durch die Nachweiszone 126 und in ein Entleerungsrohr

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zu einem außerhalb des Reflektors gelegenen geeigneten Behälter bewegt. Inzwischen spritzt eine Quelle für eine dritte Flüssigkeit 142 Verdünnungsmittel durch ein die Leitung 136 umgebendes konzentrisches Rohr 144 so ein, daß ein die Teilchen zur Nachweiszone 126 begrenzender Hüllstrom vorliegt.

üer Laserstrahl tritt durch die Nachweiszone 126 hindurch und aus einer in der Rückseite des Reflektors gelegenen durchsichtigen Lichtöffnung aus zu einem außerhalb des Reflektors gelegenen Richtstrahlabsorber. Die von der Nachweiszone abgestrahlte Energie, einschließlich gegenüber dem einfallenden Laserstrahl vorwärts- und rückwärtsgestreuter repräsentativer Strahlen 127 bzw. 125, und auch Fluoreszenzenergie werden in Richtung des konvergierenden zweiten oder rechten Brennpunkts f~ des Reflektors reflektiert.

Die KoI1imationslinse 119 ist so positioniert, daß ihr Brennpunkt mit dem zweiten oder konvergierenden Brennpunkt f~ des Reflektors 122 zusammenfällt, damit die reflektierten Strahlen, einschließlich der Strahlen 125 und 127 aus dem Reflektor einfallend an der KoI1imationslinse 119 aufgefangen werden und parallel zu allen anderen gebrochenen Strahlen aus dem Reflektor austreten. Das KoIlimationsmusterder parallelen Strahlen tritt in die Fresnel-Ablenkvorrichtung 120 ein, die in ähnlicher Form wie die Ablenkvorrichtung 94 in Fig. 2 aufgebaut ist, jedoch acht ringförmige prismatische Elemente aufweist. Die austretenden acht abgelenkten Ringstrahlgruppen, von denen zwei teilweise durch ursprünglich reflektierte Strahlen 125 und 127 dargestellt sind, werden durch die Nachfokussierlinse auf gesonderte Fotodetektoren 150-157 fokussiert, die kreisförmig um die Achse 130 angeordnet sind.

Während andere KoIlimationslinsensysteme angewendet werden können, ist die KoI1imationslinse 119 eine typische plankonkave Streulinse, die am Umfang vorzugsweise dicker als an der optischen Achse 130 ist.

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in diesem Fall, wie in anderen beschriebenen Fällen, bestimmt der Ablenkwinkel des Grundprismas zusammen mit der Brennweite der Nachfokussierlinse 121 den Radius des Rings, der die richtige Plazierung der Fotodetektoren an Punkten des Strahlbrennpunkts definiert.

Der Aufbau der dargestellten Vorrichtung 1124 ist nicht als begrenzend beabsichtigt. In Fig. 3 hat der el 1ipsoidförmige Reflektor 122 einen Randflansch 131, an dem ein Deckring 133 befestigt ist. Der Deckring trägt den kugelförmigen durchsichtigen Verschluß 128 und kann die KoI1imationslinse 119 und auch die Fresnel-Ablenkvorrichtung 120' tragen. Die mit Stopfen versehenen Öffnungen 135 ermöglichen ein Entleeren und das Entfernen von Blasen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei auf der linken Seite befindlichem Laser und bei auf der rechten Seite auftretendem Lichtsammeln die einzige gemessene Strahlungsenergie diejenige der vorwärtsgerichteten Rückstrahlung ist. Im Fall der Vorrichtung 1124 von Fig. 3 befindet sich der Laser 22 auf der rechten Seite, wobei die durch die Strahlen 125 dargestellte Strahlungsenergie typisch für die nach hinten gerichtete Rückstrahlung ist und zu einer der Fotozellen gerichtet wird. Die Strahlungsenergie, die durch die Strahlen 127 dargestellt ist, die am links von der Nachweiszone 126 gelegenen Teil des Reflektors 122 reflektiert werden, ist typisch für das vorwärtsgestrahlte Licht und wird zu weiteren Fotozellen gerichtet.

Die Vorrichtung 1124 von Fig. 3 erzeugt eine größere Information als die Vorrichtung von Fig. 2, da die el 1ipsoidförmige Oberfläche das gesamte gestreute Licht von etwa einem halben Grad bis etwa 140° einfängt. Jedoch verhindert die Kollimation der reflektierten Strahlen das "Verschmieren" und erzeugt an den Fotozellen selbst dann einen scharfen Brennpunkt, wenn die ringförmigen prismatischen Elemente der Fresnel-AbIenkvorrichtung eine große radiale Breite haben.

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Der Aufbau von Fig. 3 kann einige praktische Nachteile haben. Wenn die radialen Dicken oder Breiten der ringförmigen Prismen der Ablenkvorrichtung 120 sehr klein sind, kann die Fertigung Probleme ergeben. Ein weiterer Nachteil ist der, daß im Handel erhältliche el 1ipsoidförmige Spiegel im allgemeinen am .geschlossenen Ende ein ziemlich großes Zutrittsloch haben.·

Gemäß der Erfindung lösen sich bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung die Probleme in hohem Maß gegenseitig.

Fig. 4 zeigt ein System 1124'₃ das einen Vorteil aus der großen öffnung in den im Handel erhältlichen el 1ipsoidförmigen Reflektoren zum Sammeln von vorwärtsgestreutem Licht zieht. Die Bezugszeichen sind im allgemeinen dieselben wie in Fig. 3. Der Reflektor 122' hat dieselbe Einrichtung zur Bildung der Nachweiszone und dieselbe Art von Fresnel-Ablenkvorrichtung 120. Der Lichtabsorber 148 befindet sich abseits auf einer Seite der Achse 130, wobei der mittlere Strahl durch einen kleinen Reflektor 174 dorthin gerichtet wird. Der Reflektor 122' hat das typische große Loch 176, das von einem durchsichtigen sphärischen' " ^an^ ^{an der} Nachweiszone zentrierten Fenster bedeckt ist, das den Betrieb der Vorrichtung nicht nachteilig beeinflußt.

Bei Verwendung des Lochs 176 als Fenster, wird das gesammelte Licht in zwei Teile aufgespalten, von denen jeder gemäß der Lehre der Erfindung unterteilt wird durch geeignete Fresnel-Prisma-Ablenkvorrichtungen 120 und 178' ähnlich 94 in Fig. 2 und aufgebaut gemäß den in der Patentanmeldung... (Patentanwaltsakte 10.460) angegebenen Verfahren. Die Ablenkvorrichtung 120 unterteilt das rückgestreute Licht, während die Ablenkvorrichtung 178 das vorwärtsgestreute Licht unterteilt, das durch das Loch 176 hindurchtritt. Es ist dies im allgemeinen das Licht, das normalerweise von den innersten Ringen des Elements 120 gehandhabt werden würde. Dieses Licht erzeugt z.B. die Strahlen 129. Dieses

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vorwärtsgestreute Licht einschließlich den Strahlen 129 wird gesammelt und kollimiert durch Positionieren einer KoI1imationslinse 181 derart, daß deren Brennpunkt mit der Nachweiszone oder dem Streupunkt 126 zusammenfäl1t, wodurch im wesentlichen das in die Ablenkvorrichtung 178' eintretende kollimierte Licht erzeugt wird.

Die durch die Ablenkvorrichtung 178' erzeugten mehrfachen ringförmigen Strahlengruppen werden dann durch eine Fokussierlinse, 138 auf gesonderte F.otodetektoren fokussiert, von denen zwei bei 188 und 190 gezeigt sind. Somit ist die Ablenkvorrichtung 178' zwischen der KoI1imationslinse 181 und der Fokussierlinse 183 oder einem anderen geeigneten Fokussieriinsensystem positioniert.

Das Loch 176 gestattet eine Vergrößerung des Lichts, das sonst an den kleineren inneren Winkeln des Reflektors 122' reflektiert werden würde, und erübrigt extrem kleine Ringe am Fresnel-Element 120 mit entsprechenden kleinen radialen Breiten fUr diese Ringe.

Beim Koordinieren und Ordnen der Daten von den Fotodetektoren werden die Daten vorzugsweise in einem Rechner verarbeitet. Die Ringe für die Elemente 120 und die anderen Fresnel-Elemente der Zeichnung liegen, betrachtet von der Ermittlungszone aus, im wesentlichen gleichen Winkeln gegenüber, jedoch kann der Rechner so programmiert werden, daß er in den gesammelten Daten Ringe beliebig variierender Breite ausgleicht.

Γη Fig. 4 sind die Lichtstrahlen für die Ablenkvorrichtung bestimmt, von dem jeder Ring um einen Zuwachs von 11,25° ablenkt. Die Kollimation gestattet jedoch die Ablenkung großer Winkelinkremente, die dann ohne Verschmieren fokussiert werden.

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Die Intensität des zurückgestreuten Lichts, das durch die Vorrichtung 1124' von Fig. 2 erhalten wird, ist normalerweise wesentlich kleiner als diejenige des vorwärtsgestreuten Lichts. Anstatt von Fotodetektoren herkömmlicher Bauart könnten Fotovervielfacher vorteilhaft verwendet werden, wenn auch dies die Gesamtkosten der Vorrichtung erhöht. Die Anzahl der für eine gute Auflösung benötigten Fotoverfielfacher ist ein weiterer wichtiger Kostenfaktor. Die Verwendung wirtschaftlicher Kollimatoren und Fresnel-AbIenkvorrichtungen bietet Vorteile gegenüber bekannten Ermittlungssystemen selbst bei Verwendung von teuren Fotovervielfachern.

Als Alternative zur Anordnung von gesonderten Fotodetektoren kann eine einfache Vidikonröhre oder eine herkömmliche Fernsehkamera verwendet werden wie in der Patentanmeldung .... (Patentanwaltsakte 10.460J. Weil zum unabhängigen Fokussieren von unterschiedlich abgelenkten Strahlengruppen unterschiedliche Fokussierlinsen verwendet werden können, ermöglicht die Erfindung zusätzlich eine größere Anpassungsfähigkeit der Fotoermittlungsanlage, wodurch Kombinationen unterschiedlicher Fotodetektoren erleichtert werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung mit Ref lexionskoll imation ist in Fig. 5 gezeigt. Diese Vorrichtung enthält eine Strömungszene 426 mit einem Parabolspiegel 446, der für einen Hüllstrom mit einer durch einen geeigneten Verschluß 424 verschlossenen vorderen Öffnung versehen ist. üer Verschluß 424 ist aufgrund der zurückgestrahlten Strahlungsenergie eben, die aus dem Parabolreflektor 446 austritt und sich längs zur optischen Achse 420 parallelen Linien ausbreitet. Die Lichtquelle 412 befindet sich in diesem Fall hinter dem Parabolreflektor 446 und projiziert einen Strahl einfallender Strahlungsenergie längs eines Wegs zu einem Umlenkspiegel 472 und auf einen Lichtabsorber 444. Dieser Strahl einfallender Strahlungsenergie breitet sich durch die Nachweiszone aus, die mit dem Brennpunkt 428 des Parabolspiegels 446 zusammenfällt. Die an einer Quelle 440 austretenden Teilchen bewegen sich im Hüllstrom zum Brennpunkt 428, nehmen an diesem die

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Nachweiszone umfassenden Punkt den Strahl 422 auf und strahlen einen Teil der Strahlungsenergie des Strahls zurück. Die vom Brennpunkt 428 stammenden Strahlen, z.B. die Strahlen 450, treffen auf die Innenfläche des Parabolref1ektors auf und werden nach der parallel zur Achse 420 erfolgenden Reflexion im wesentlichen kollimiert.

Die kollimierten Strahlen treten in eine Fresnel-AbIenkvorrichtung 470 ein, die ähnlich der Ablenkvorrichtung 94 in Fig. aufgebaut.ist= Von der Ablenkvorrichtung 470 treten die austretenden abgelenkten ringförmigen Strahlengruppen, die innerhalb jeder Gruppe parallele Strahlen haben, in die Fokussierlinse 471 ein» Jede Strahlengruppe wird auf einen gesonderten entsprechenden Fotodetektor etwa 498, fokussiert, der die fokussierte Strahlengruppe registiert, die am Brennpunkt 428 als Strahlen 450 aus der Nachweiszone austritt.

Wie bei den anderen Ausführun.gsformen der Erfindung kann die Fokussierlinse 471 oder ein anderes geeignetes Fokussierlinsensystem für eine Brennweite gewählt werden, die von den anderen Parametern der Vorrichtung unabhängig ist. Der Parabolreglektor 4.46 ha_:t-fi-ijien besonderen Vorteil dadurch, daß er das Sammeln und Kollimieren der zurückgestrahlten Energie in eine einzige optische Vorrichtung herbeiführt. Folglich werden optische Verluste durch Brechung bei der Linsenkol1imation beseitigt.

Gemäß Fig. 5 ist eine Laserquelle so positioniert, daß sie den einfallenden Strahl von der konvexen Rückseite des Parabolreflektor zur Nachweiszone richtet. Alternativ kann der Strahl der einfallenden Strahlung von der vorderen öffnung des Parabolreflektor aus projiziert werden. Es ist der el 1ipsoidförmige Reflektor von Fig. 4 mit einem dem Loch 176 ähnlichen Fenster versehen, so können das Zurück- und das Vorwärtsstreuen gegenüber der Quelle des· Strahls ohne die KoIl imationsl inse der Ausführungsform der Erfindung von Fig. 1 gesondert gemessen werden.

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Da das Ansprechen biologischer Teilchen mit unterschiedlichen einfallenden Wellenlängen variieren kann, kann eine Kombination von einfallenden Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung mit geeigneten Abänderungen angewendet werden, z.B. durch Verwendung von Mehrfachlasern, was im einzelnen in der Patentanmeldung ... (Patentanwaltsakte 10.460) beschrieben ist.

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Claims

Palanianwälte

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10.468

COULTER ELECTRONICS, INC. 590 West 20 th Street Hialeah, Florida. 3301 U , USA

Patentansprüche

' 1.) Vorrichtung zum Messen der Richtungsverteilung der von einem ■—' Teilchen zurückgestrahlten Strahlungsenergie zur Teilchencharakterisierung, gekennzeichnet durch eine Strahlungsenergiequelle, die einen einfallenden Strahl von Strahlungsenergie längs einer ersten Achse projiziert, durch eine auf der ersten Achse gelegene Nachweiszone, durch eine Einrichtung zum Bewegen von Teilchen durch die Nachweiszone zum Erzeugen einer Rückstrahlung einschließlich Streuung der Strahlungsenergie vom Strahl weg, durch eine Einrichtung zum Sammeln eines Teils der zurückgestrahlten Strahlungsenergie_s durch eine Einrichtung zum Kollimieren wenigstens eines Teils der gesammelten Strahlungsenergie, durch eine Einrichtung_i zum selektiven Ablenken der kollimierten Strahlungsenergie gegenüber unterschiedlichen geometrischen Teilen der kollimierten Strahlungsenergie, durch

eine Einrichtung zum Fokussieren der unterschiedlich abgelenkten geometrischen Teile der koliimierten Strahlungsenergie an unterschiedlichen entsprechenden Orten, und durch eine Einrichtung zum Messen der Intensität der an jedem Ort fokussierten Strahlungsenergie.

Z. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die KoIlimationseinrichtung ein KoI1imationslinsensystem enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeleinrichtung und die KoI1imationseinrichtung einen parabolischen Reflektor aufweisen, der eine vordere öffnung und eine konvexe Rückseite hat · und dessen Brennpunkt mit dem Ort der Nachweiszone zusammenfällt zur Erzeugung einer kollimierten Reflexion der vom parabolischen Reflektor zurückgestrahlten Strahlungsenergie.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequelle den Strahl der einfallenden Strahlungsenergie von der Rückseite des parabolischen Reflektors zur Nachweiszone projiziert zur Erzeugung einer Information an zurückgestrahlter Energie hauptsächlich in den Rückwärtsrichtungen bezüglich der Strahlungsenergiequelle.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequelle den Strahl der einfallenden Strahlungsenergie von der Vorderseite des parabolischen Reflektors zur Nachweiszone projiziert zur Erzeugung einer Information an zurückgestrahlter Energie hauptsächlich in den Vorwärtsrichtungen bezüglich der Strahlungsenergiequelle.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den erstgenannten Sammel- und KoI1imationseinrichtungen der parabolische Reflektor in der Rückseite ein axiales Fenster aufweist, und daß die Vorrichtung ferner enthält: eine gegenüber der Nachweiszone angeordnete zweite KoIIimationseinrichtung zum Kollimieren von gestrahlter Strahlung vom Fenster, eine zweite Ablenkeinrichtung, eine zweite

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Fokussiereinrichtung und eine Einrichtung zum Messen der
Intensität der gestreuten Strahlung.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequelle den Strahl der einfallenden
Strahlungsenergie von der Rückseite des parabolischen
Reflektors zur Nachweiszone projiziert zur Erzeugung einer
Information an zurückgestrahlter Energie vom Fenster hauptsächlich in den rückwärtigen Richtungen gegenüber der
StrahlungsenergiequelIe.

Vorrichtung nach Anspruch 6_s dadurch gekennzeichnet₃ daß die Strahlungsenergiequelle den Strahl der einfallenden Strahlungsenergie von der Vorderseite des parabolischen Reflektors zur Nachweiszone projiziert zur Erzeugung einer Information an zurückgestrahlter Energie vom Fenster hauptsächlich in
den Vorwärtsrichtungen gegenüber der Strahlungsenergiequelle.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenbewegungseinrichtung eine Einrichtung enthält zum
Mitnehmen der Teilchen in einer ersten Flüssigkeit, und eine Einrichtung enthält zum Bewegen der ersten Flüssigkeit durch die Nachweiszone.

ΙΟ. Vorrichtung nach Anspruch 9₉ dadurch gekennzeichnet, daß der parabolische Reflektor einen geschlossenen Behälter bildet, der mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt werden kann, deren Brechungsindex im wesentlichen derselbe wie derjenige der
ersten Flüssigkeit ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1O₅ gekennzeichnet durch eine
Einrichtung, die die erste Flüssigkeit mit einer dritten
Flüssigkeit umgibt, deren Brechungsindex gleich demjenigen der unter Druck stehenden ersten und zweiten Flüssigkeiten ist, um die Bewegung der ersten Flüssigkeit durch die Nachweiszone zu
einer Hüllströmung zu machen.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine aus mehreren prismatischen Bestandteilen zusammengesetzte Linse enthält, und daß jedes Bestandteil so positioniert ist, daß es die Strahlungsenergie eines unterschiedlichen geometrischen Teils in einer unterschiedlichen Richtung empfängt, überträgt und unter einem Winkel ablenkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle prismatischen Ablenkbestandteile denselben Ablenkwinkel haben.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Fresnel-Linse ist und daß die Bestandteile ein-, stückig miteinander verbunden sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fokussieren ein Fokussierlinsensystem enthält.

16. Vorrichtung zum Messen der Streuung der von Teilchen zurückgestrahlten Strahlungsenergie zur Teilchencharakterisierung , g e k e η η ζ e i c h η e t , durch eine Strahlungsenergiequelle, die einen konzentrierten Strahl der Strahlungsenergie längs einer ersten Achse projiziert, durch eine Nachweiszone, wobei der konzentrierte Strahl so gerichtet ist, daß er durch die Nachweiszone hindurchtritt, durch eine Einrichtung zum Bewegen von Teilchen in einem Fluidstrom zum Strömen durch die Nachweiszone unter einem derartigen Winkel gegenüber der ersten Achse und mit einer derartigejiVerdünnung des Fluids, daß eine zurückstrahlung einschließlich Streuung der Strahlungsenergie durch jedes Teilchen verursacht wird, wenn dieses durch die Nachweiszone hindurchtritt,, durch eine Einrichtung zum Sammeln wenigstens eines Teils der gestreuten Strahlungsenergie von gewissen Streuwinkeln um die Nachweiszone und zum Projizieren dieses Teils als zusammengesetzten Kegel variierender

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Intensität* betrachtet in einer ebenen Frontalansicht, wobei die Intensitätsveränderungen im allgemeinen auf die jeweiligen gewissen Streuwinkel bezogen sind und der zusammengesetzte Kegel zu einem Brennpunkt im Raum auf der ersten Achse entfernt von der Nachweiszone projiziert wird_s durch eine Einrichtung zum Kollimieren des zusammengesetzten Kegels von Strahlungsenergie zum Projizieren eines Musters paralleler Strahlen von Strahlungsenergie hiervon, durch eine Ablenkeinrichtung mit mehreren Ablenkbestandteilen, von denen jeder so gebaut und angeordnet ist, daß er unterschiedliche geometrische Teile des Musters der parallelen Strahlen in mehrere unterschiedliche Strahlengruppen trennt, die längs einer äquivalenten Mehrzahl von unterschiedlichen entsprechenden Wegen abgelenkt wird, wobei jeder Weg eine von der Achse abweichende unterschiedliche Ricntung hat, durch eine Einrichtung zum Fokussieren der unterschiedlichen abgelenkten Strahlengruppen zur Erzeugung eines Zusammenlaufen.s der Strahlgruppen an entsprechenden unterschiedlichen Orten, und durch an den Orten positionierte lichtempfindliche Einrichtungen, die für jeden Ort ein gesondertes Signal erzeugen, das jeweils auf die Intensität der an den Orten zusammengeführten Strahlungsenergie bezogen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammeleinrichtung einen el 1ipsoidförmigen Reflektor mit einer vorderen öffnung aufweist, die durch einen sphärischen durchsichtigen Verschluß verschlossen ist, und daß die Nachweiszone sich am inneren kleineren Brennpunkt des Reflektors befindet, wodurch sich ein konvergierender Brennpunkt an der Außenseite des Reflektors befindet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimationseinrichtung ein KoI1imationslinsensystem enthält.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das KoIlimationslinsensystem eine Streulinse enthält, die so positioniert ist, daß ihr Brennpunkt mit dem äußeren Brennpunkt des eilipsoidförmigen Reflektors zusammenfällt zum Kollimieren der reflektierten Rückstrahlung vom Reflektor.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der ellipsoidförmige Reflektor zusätzlich zur erstgenannten Sammeleinrichtung am geschlossenen Ende ein axiales Fenster aufweist, und daß die Vorrichtung ferner enthält: eine gegenüber der Nachweiszone angeordnete zweite KoI1imationseinrichtung zum Kollimieren gestreuter Strahlung vom Fenster, eine zweite Ablenkeinrichtung, eine zweite Fokussiereinrichtung und eine Einrichtung zum Messen der Intensität der gestreuten Strahlung.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid der Bewegungseinrichtung eine erste Flüssigkeit umfaßt, die die Teilchen durch die Nachweiszone mitnimmt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der el 1ipsoidförmige Reflektor einen geschlossenen Behälter bildet, der mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt werden kann, deren Brechungsindex im wesentlichen derselbe wie derjenige der ersten Flüssigkeit ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die erste Flüssigkeit mit einer dritten Flüssigkeit mit einem Brechungsindex umgibt, der demjenigen der unter Druck stehenden ersten und zweiten Flüssigkeiten ähnlich ist, um die Bewegung der ersten Flüssigkeit durch die Nachweiszone zu einer Hüllströmung zu machen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine Linse enthält, daß die Ablenkbestandteile prismatisch sind und daß jedes Ablenkbestandteil so positioniert ist, daß es die Strahlungsenergie von einer

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unterschiedlichen Strahlengruppe empfängt, überträgt und unter einem Winkel ablenkt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 25₉ dadurch gekennzeichnet, daß alle prismatischen Ablenkbestandteile denselben Ablenkwinkel haben.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Fresnel-Linse ist und daß die Bestandteile einstückig miteinander verbunden sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fokussieren ein Fokussierlinsensystem enthält.

28. Verfahren zum Messen der Richtungsvertei1ungseigenschaften der von einem Teilchen zurückgestrahlten Strahlungsenergie zur Teilchencharakterisierung, gekennzeichnet durch Bewegen des Teilchens durch eine Nachweiszone mit Beleuchten des Teilchens durch einen einfallenden Strahl von Strahlungsenergies durch Sammeln wenigstens eines Teils .der richtungsmäßig verteilten Strahlungsenergie, die durch den Schnitt des Teilchens mit dem Strahl erzeugt wird, durch Kollimieren wenigstens eines Teils der gesammelten Strahlungsenergie, durch Ablenken der kollimierten Strahlungsenergie längs mehrerer unterschiedlicher Wege unabhängig vom Kollimieren, wobei jeder Weg so verläuft, daß der die von einem besonderen geometrischen Bereich der kollimierten Strahlungsenergie gesammelten Strahlungsenergie umfaßt und wobei die geometrischen Bereiche unterschiedlich sind, durch Fokussieren der abgelenkten Strahlungsenergie in jedem derartigen unterschiedlichen Weg an entsprechenden im Abstand voneinander verteilten unterschiedlichen Orten, und durch Messen der jewe-iligen Intensitäten der an den unterschiedlichen Orten fokussierten Strahlungsenergie.

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29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammelte und koi 1 imierte richtungsmäßig verteilte Strahlungsenergie gegenüber dem einfallenden Strahl hauptsächlich vorwärtsgestreute Rückstrahlung enthält.

30. Verfahren nacn Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die gesammelte und kollimierte richtungsmäßig verteilte
Strahlungsenergie gegenüber dem einfallenden Strahl zurückgestreute und vorwärtsgestreute Rückstrahlung enthält.

31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der gesammelten richtungsmäßig verteilten Strahlungsenergie durch Reflexion kollimiert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der gesammelten richtungsmäßig verteilten Strahlungsenergie durch Brechung kollimiert wird.

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