DE3000035A1

DE3000035A1 - Vorrichtung und verfahren zum messen der streuung der durch teilchen erzeugten strahlungsenergie

Info

Publication number: DE3000035A1
Application number: DE19803000035
Authority: DE
Inventors: Albert Brunsting; 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: GB2039367A; JPS55112532A; GB2039367B; CA1136884A; JPS55112531A; US4286876A; FR2445959B1; FR2445959A1

Description

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COULTER ELECTRONICS, INC. 590 West 20th Street
Hialeah, Florida 33U10, USA

Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Streuung der durch Teilchen erzeugten Strahlungsenergie

Die Erfindung betrifft im allgemeinen das Messen von gestreutem Licht, insbesondere das Messen der Energie und Richtung von Licht, das durch Teilchen gestreut wird, die durch eine optische Nachweiszone hindurchtreten, wodurch eine Identifizierung der Teilchen und/oder deren Eigenschaften ermöglicht wird.

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.

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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 gestreute Licht an unterschiedlichen geometrischen Orten um die Zone ermittelt wird. Die Streuung kann hinter oder vor der Zone bezüglich der Lichtquelle stattfinden. Die Zone wird für gewöhnlich als Streupunkt bezeichnet.

In der einfachsten Form wird ein die Teilchen befördernder Flüssigkeits- oder Luftstrom durch enn 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 der 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. Falls erwünscht, kann der unmittelbare Strahl ausgeblockt und nur das gestreute Licht gemessen werden.

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 Zellen 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 Wirkungen der Therapie usw. Gegenwärtige Verfahren und Vorrichtungen für diesen Zweck sind auf die Automatisierung

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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, 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 Flüssigkeit, etwa eine Salzlösung, deren Zweck hauptsächlich in der Erhaltung der Unversehrtheit und des Zustands der Teilchen besteht. Gas und Luft als Fluid zum Transportieren von Teilchen zu und durch Nachweiszunen werden üblicherweise beim Studium industrieller Teilchen, wie Flugasche, Staub, zerkleinerte Mineralien usw., verwendet.

Bei der Betrachtung von hauptsächlich biologischen 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; 3 413 464; 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. Ein System für derartige Messungen ist in der US-PS 4 074 113 angegeben, wenn auch der dortige Fotodetektor nicht im einzelnen beschrieben ist.

β und US-PS-3£89,772

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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 Schwierigkeit 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 jeder 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 Verfugung 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.

Keiner der Gegenstände nach den beiden letztgenannten Patentschriften hat die Einfachheit und Wirksamkeit der Erfindung. Die Anzahl der Bereiche der Lichtstreuung, aus denen Informationen

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erhalten werden können, ist bei diesen bekannten Vorrichtungen stark begrenzt.

Die dritte und die vierte dieser Druckschriften betreffen zwei Veröffentlichungen, die eine Vorrichtung beschreiben, die in der US-PS 4 074 113 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 Veröffentlichungen sind: ein erster Artikel mit dem Titel "Light-Scattering Patterns of Isolated 01igodendroglia" von R.A. Meyör et al in The Journal of Histochemistry and Citochemistry, 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. Salzman 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. ist.

Der oben beschriebene Ringdetektor ist gegenwärtig ziemlich teuer. Er enthält 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 einfach ausgeführt werden kann.

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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 Signalbelastung und -Verschlechterung ergibt. Es ist dort ein Problem, wo die sich durch die Nachweiszone mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Teilchen Lichtimpulse mit der Kürze von einigen Mikrosekunden erzeugen.

Der grundlegende Unterschied zwischen der Erfindung und den bekannten Verfahren und Vorrichtungen liegt in der Art, in der die Steuerung des gestreuten Lichts erzielt wird.

Die Erfindung löst die Probleme des Standes der Technik zur Beseitigung von dessen Nachteilen durch Anwendung eines vollständigen sphärischen Spiegels, der die gestreute Strahlungsenergie von einer Nachweiszone empfängt und spezifische geometrische Bereiche hiervon zu unterschiedlichen Orten hin ablenkt. Diese Orte sind "im Abstand voneinander entfernt. Die Ablenkung erfolgt in einer zur Nachweiszone hin umgelenkten Richtung. Die Tatsache,.daß die Strahlungsenergie an unterschiedlichen Orten zusammengeführt wird, ermöglicht die Anwendung von völlig unabhängigen Fotowiderstandsvorrichtungen an den jeweiligen Orten zur Messung der spezifischen Anteile der Strahlungsenergie von den unterschiedlichen geometrischen Bereichen.

Die unabhängigen Fotowiderstandsvorrichtungen befinden sich in beliebiger zweckmäßiger Anordnung_s sind in herkömmlicher Weise aufgebaut und folglich sehr wirtschaftlich und leicht unabhängig ersetzbar. Die Kapazität zur Erde ist niedrig und ermöglicht einen schnellen Spannungswechsel und ein gutes Ansprechen, wodurch die Amplitude der sich aus dem Hochgeschwindigkeitsdurchgang der

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Teilchen ergebenden elektrischen Signale beibehalten wird. Die Verarbeitung einer großen Anzahl von Signalen wird somit in einer verhältnismäßig einfachen elektronischen Schaltung leichter gemacht, als wenn die Signale nicht klar definiert sind.

Die Erfindung gestattet einen beträchtlichen Spielraum in der Gestaltung, Plazierung, Konstruktion und Anwendung, wodurch sie eine große Anpassungsfähigkeit für beinahe jegliche Systemart vorsieht, jedoch auch ohne Verlust an Bequemlichkeit und Wirtschaftlichkeit des Gebrauchs.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des gestreuten Lichts in Teilchenermittlungssystemen.

Teilchen· werden durch eine Nachweiszone geleitet, die sie vorzugsweise der Art durchtreten läßt, daß sie diese im wesentlichen einzeln nacheinander durchqueren. Die Nachweiszone wird dadurch hergestellt, daß ein Strahl aus Strahlungsenergie, etwa sichtbares Licht, zur Nachweiszone gerichtet und der Durchtritt des Teilchens durch die Nachweiszone durch Ansprechen einer Fotoermittlungsvorrichtung auf die Störung des normalen Strahls ermittelt wird. Es werderf reflektierende Einrichtungen zum Sammeln verwendet und gleichzeitig zum Erzeugen einer Ablenkung der Strahlen aus Strahlungsenergie, verursacht durch eine charakteristische Streuung von ihren normalen Mustern zu solchen, die durch eine geeignete Auslegung der reflektierenden Einrichtung vorgegeben sind. Hierdurch werden die Streustrahlen zu besonderen

Fotoermittlungsvorrichtungen oder lichtempfindlichen Bereichen gerichtet, die in zweckmäßiger Anordnung angeordnet sind. Für diesen Zweck können herkömmliche Fotoermittlungsvorrichtungen verwendet werden.

Die Sammel- und Ablenkeinrichtungen umfassen einen zusammengesetzten sphärischen Spiegel aus Ringen unterschiedlicher Größe, von denen jeder gegenüber der mittleren optischen Achse des Spiegels so geneigt ist, daß die reflektierten Strahlen des entsprechenden Rings an unterschiedlichen Orten zusammenlaufen,

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wo die an diesen Orten zusammengeführte Strahlungsenergie unabhängig gemessen werden kann.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt eine Vorrichtung, in der Teilchen durch eine optische Nachweiszone gleitet werden zur Messung ihrer Lichtstreueigenschaften zum Identifizieren der Teilchen, wobei eine Einrichtung und ein Verfahren vorgesehen sind zum Ablenken des gesammelten Lichts gemäß vorgegebenen unterschiedlichen Wegen zu mehreren unterschiedlichen Fotoermittlungsvorrichtungen. Die Ablenkung erfolgt gleichzeitig mit dem Sammeln durch eine strahlungsenergiereflektierende optische Einrichtung. Die verschiedenen Fotoermittlungsvorrichtungen ermöglichen das Messen von Energie., die längs des besonderen Wegs gestreut wird, der durch die Vorrichtung identifiziert wird. Die Wege werden durch die kombinierte Sammel- und Ablenkeinrichtung hergestellt und entwickeln sich nicht durch die Streuerscheinungen selbst, wodurch die Fotoermittlungsvorrichtungen in zweckmäßigen Anordnungen angeordnet und von herkömmlicher Konstruktion sein können.

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

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

Fig. Z einen sc'hematischen allgemeinen Schnitt durch eine vereinfachte Ausführungsform des zusammengesetzten Spiegels nach der Erfindung mit einer Darstellung der Art, in der das von der Nachweiszone aus gestreute Licht gesammelt und zu den lichtempfindlichen Vorrichtungen abgelenkt wird;

Fig. 3 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt mit einer Darstellung des sphärischen Spiegels, von dem die Ausführungsform von Fig. 2 abgeleitet ist;

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Fig. 4 und 5 schematische teilweise allgemeine Schnitte von

Strukturen, die in einer Vorrichtung wie der in Fig. 2 gezeigten verwendet werden zur Verbesserung von deren Betrieb durch Bereinigen der die entsprechenden Fotodetektoren erreichenden Strahlen von Strahlungsenergie;

Fig. 6 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt einer Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einer Vorrichtung zum Messen des Rückstreuens anstelle des Vorwärtsstreuens.

Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt das Vorsehen einer Nachweiszone oder eines Streupunkts und das Leiten von Teilchen durch die Nachweiszone zum Ermitteln des Vorhandenseins der Teilchen und zum Leiten von Strahlungsenergie hierauf für diesen Zweck. Jedes Teilchen streut die Strahlungsenergie, die durch eine geeignete optische Einrichtung gesammelt, abgelenkt und zu einem Punkt im Raum fokussiert oder zusammengeführt wird. Die Ablenkung erfolgt aber durch eine Anordnung von Elementen, die bewirkt, daß die Energie in den unterschiedlichen Winkeln, Wegen oder geometrischen Teilen zu ihrer Messung zu unterschiedlichen Orten abgelenkt wird. Die Messung erfoTgt durch eine Anordnung von Fotoermittlungsvorrichtungen oder -elementen, die entsprechend auf die Intensität der Energie anspricht, die im besonderen Winkel, Weg oder Teil vorliegt. Aufgrund der aus vorhergehenden Untersuchungen bekannten Information kann aus diesen Daten das die Streuung erzeugende Teilchen identifiziert und/oder dessen Eigenschaft bestimmt werden.

Die Erfindung liefert mehr Streudaten von höherer Auflösung als bekannte Verfahren und Vorrichtungen, die ausschließlich die Reflexion anwenden. Zur Herbeiführung von Informationen bezüglich spezifischer Arten von Teilchen ist es daher von Nutzen, durch Bewegen bekannter Teilchen in die Nachweiszone die Streuwirkung derartiger Teilchen zurAnwendung bei anderen Arbeiten kennenzulernen, wo unbekannte Teilchen identifiziert werden.

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Im einzelnen kann die gestreute Energie als Hohl- oder Vollkegel von Licht oder Strahlungsenergie gedacht werden, von denen jeder am Ort der lichtempfindlichen Vorrichtung oder am Element, das die Messung für den speziellen Kegel machen soll, zu einem Brennpunkt oder Zusammenfuhrungspunkt gebracht wird. Die gestreute Energie kann zur zusätzlichen Information auch als Teilkegel bemessen werden, z.B. wenn die Energie nicht in symmetrischer geometrischer Form vorliegt, obwohl dies unüblich ist.

Die Neuheit der Erfindung liegt hauptsächlich in der Herstellung eines sphärischen Spiegels aus mehreren ringförmigen optischen Elementen oder Segmenten, die in spezifische unterschiedliche Richtungen weisen oder in diese Richtungen fokussiert sind, um ein Zusammenführen und Messen der hierdurch abgelenkten Energie zu ermöglichen. Die Elemente können in einem einzigen integrierten Teil zusammengebaut sein, wodurch die praktische Dicke des resultierenden Elements viel kleiner ist, als es bei Verwendung völlig einzelner Elemente der Fall wäre.

Fig. 1 zeigt ein bisheriges System mit der Umgebung, in der die Erfindung verwendet wird. Hier ist eine Teilchenquelle 10 vorgesehen, die z.B. weiße Blutkörperchen, abgeschieferte Zellen oder dergl. in einem Verdünnungsmittel durch einen Weg 12 zu einem Durchflußelement 16 liefern kann. Dies kann in dieser einfachen Strömung oder mit irgendeinem zusätzlichen zweiten Verdünnungsmittel erfolgen, das eine besondere Form eines geometrischen Querschnitts des Fluids in einer Nachweiszone erzeugt. Das zusätzliche.Verdünnungsmittel kann einen Strom einer unter Druck stehenden Flüssigkeit bilden, die den Hauptstrom umgibt zur Erzeugung von HUllstrombedingungen durch das Volumen der Flüssigkeit, um hierdurch den Teilchenstrom zu begrenzen. Die Grundströmung selbst kann eine flache ebene Strömung durch die Nachweiszone bilden.

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

Die Strahlungsenergiequelle ist hier als Laser 20 dargestellt, kann aber jede beliebige geeignete Lichtquelle oder dergleichen sein. Die Erfindung ergibt eine Wirksamkeit, die es ermöglicht, daß der verwendete Laser von geringer Leistung bei einem Minimum an Wärmeerzeugung ist. Der resultierende Strahl wird längs einer optischen Achse 24 zu einem durch eine Linse 26 dargestellten optischen System geleitet. Die Linse 26 formt und fokussiert die einfallende Strahlungsenergie auf die Nachweiszone des Durchflußelements 16, wobei das ausgetretene Licht gestreut wird und eine Vielzahl von Strahlen 30 liefert. Es sind nur drei derartige repräsentative Strahlen dargestellt. Es liegt eine kontinuierliche Energieverteilung vor. Die Größe der Strahlungsenergie unter irgendeinem divergierenden Winkel und in irgendeinem Sektor hängt von der Große, Eigenschaft und Zusammensetzung des die Streuung erzeugenden Teilchens ab. Es ist ein Detektor 32 vorgesehen, der im Idealfall so gebaut ist, daß er an seinem den Strahlen 30 zugewandten unterschiedlichen geometrischen Erscheinungsformen unterschiedlich anspricht, so daß er an inkrementellen Orten über den 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. Aus den Signalen und ihrer Beziehung zueinander, sowohl bezüglich der Intensität als auch geometrischer Lokalisierung, können' die Teilchen, die die Signale erzeugt haben, identifiziert oder wenigstens charakterisiert werden.

Der Detektor 32 des Standes der Technik hat notwendigerweise eine begrenzte Anzahl von lichtempfindlichen Elementen in seiner Anordnung, weil das Streumuster nicht kontrolliert ist. Das gestreute Licht ist diffus. Der Teil des gesamten Raumwinkels an durch die Strahlen 30 dargestellter Strahlungsenergie ist klein. Spezielle Detektoren der oben erwähnten Art sind komplex und teuer,

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Da das Muster der gestreuten Strahlung auf beinahe jedes gewünschte abgeändert wird und die Bereiche dieser Strahlen gut definiert sein können, sind bei der Erfindung die Beschränkungen der Anzahl und Größe der Anordnung von Fotodetektoren weniger streng.

Es kann gesagt werden, daß die kombinierte_tStrahlungsenergie ablenkende Einrichtung und die Anordnung von Fotodetektoren nach der Erfindung das in Fig. 1 mit 32 bezeichnete Element sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, die den sogenannten Streupunkt oder die Nachweiszone darstellt, durch die die Teilchen von einer nicht gezeigten seitlichen Quelle längs eines Wegs 42 bewegt werden können. Diese Teilchen dringen vorzugsweise einzeln in die Nachweiszone 40 ein und können bei biologischen Teilchen in einer durch einen Hüllstrom begrenzten Flüssigkeit mitgenommen werden. Wenn auch nicht dargestellt, kann die gesamte Konstruktion einschließlich der Nachweiszone 40 und einer noch zu beschreibenden Sammel- und Ablenkvorrichtung 44 einen Behälter für ein Volumen an Flüssigkeit enthalten, dessen Brechungsindex mit demjenigen der die Teilchen mitnehmenden Flüssigkeit ist.

Die in der Vorrichtung dargestellte Strahlungsenergiequell e ist ein Laser 46, dessen feiner Strahl längs einer optischen Hauptachse 48 gerichtet ist, die den Weg 42 im Streupunkt 40 schneidet. Diese Achse wird zur Erläuterung als Bezugsachse verwendet, wobei die Teile der Vorrichtung 44 ihr gegenüber geneigt sind. Diese Achse wird daher als Mittelachse in Fig. 2 bezeichnet. Sie ist eine Verlängerung der optischen Achse 48. Die nicht gestreute, sondern durch den Streupunkt 40 hindurchtretende Strahlungsenergie wird von einem kleinen im Winkel stehenden Spiegel 50 eingefangen und längs eines Wegs 52 zu einer Lichtabsorptionsstelle oder einem Lichtabsorber 54 gerichtet. Der Anteil der Strahlungsenergie, der in allen Richtungen gestreut und gesammelt wird, ist derjenige, der durch einen zusammengesetzten Spiegel 44 vorwärtsgestreut (links vom Streupunkt in Fig. 2) und dadurch

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abgelenkt wird, daß er zum Streupunkt 40 hin zurückreflektiert wird, jedoch auf Achsen, die von der Achse 48 wesentlich abweichen.

Die vom zusammengesetzten Spiegel 44 gesammelte Strahlungsenergie wird durch konzentrische Ringe 56, 58, 60 und 62» die den Spiegel 44 bilden, selektiv gesammelt und an seitlich von der Achse 48 gelegenen Orten zusammengeführt. Einzelne an entsprechenden Stellen der Zusammenführung angeordnete Fotodetektoren können an diesen Punkten die Intensität der Strahlungsenergie messen. Da jeder Fotodetektor jeweils einem speziellen dieser Ringe zugeordnet ist, liefert er nur die auf diesen Ring bezogene Information.

Der Einfachheit wegen sei angenommen, daß der Spiegel 44 aus vier einzelnen Ringen 56, b8, 60 und 6Z gebildet ist, die gegenüber der Achse 48 nur senkrecht geneigt sind. Jeder Ring sammelt nur einen Ring von auf seiner Spiegelfläche atfftreffenden Strahlungsenergie und lenkt diesen geometrischen Anteil um das Doppelte des Winkels zwischen seiner geneigten optischen Achse und der Mittelachse 48 zu einem seitlich gelegenen Zusammenführungs· punkt ab (bei der vorliegenden Anordnung oben oder unten).

Zur Erläuterung und zum leichteren Verständnis sei angenommen, daß die Ringe des zusammengesetzten Spiegels 44 aus einem ganzen Spiegel geschnitten oder anderweitig gebildet sind und daß die Ringe, falls wieder zusammengesetzt, einen vollständigen Spiegel biTden, wie in Fig. 3 bei 44^l gezeigt, wobei die Rückseiten aller Ringe in einer gemeinsamen Ebene liegen. Somit ist die Ebene der Rückseite der Ringe 56, 58, 60 und 6Z in Fig. 2 mit einem Bezugszeichen mit dem Index P bezeichnet. Die Ansicht stellt einen Schnitt dar, wobei jede Ebene durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Vor dem Trennen haben die Ringe des sphärischen Spiegels ein Aussehen wie bei 56', 58", 60' und 62'. Wenn sie getrennt und geneigt sind, haben sie das Aussehen wie in Fig.

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Wie noch erwähnt, können sie auch gedreht sein«,

Jeder der Ringe ist unter einem unterschiedlichen Winkel geneigt. In der besonderen vereinfachten Ausführungsform sind zwei Ringe gegenüber dem Streupunkt nach oben geneigt, während zwei Ringe nach unten geneigt sind. Wie angegeben, dient das senkrechte Neigen nur der vereinfachten Erläuterung.

Der mittlere Ring 56 ist der kleinste der Ringe, die vom sphärischen Spiegel 44" abgeleitet sind. Der mittlere King ist gegenüber der mittleren Achse 58 und dem Streupunkt 40 geringfügig nach oben geneigt. Die Ebene der Rückseite des Rings 56 ist bei 56-P angegeben, während die Ebene 100, die zur mittleren Achse 48 senkrecht ist, bei NP angegeben ist und mit der Ebene der Rückseite des Spiegels 44' in Fig. 3 zusammenfallen würde. Der Winkel zwischen der senkrechten Ebene 100 und der hinteren Ebene 56-P des Rings 56 ist bei 102 angegeben. Derselbe Winkel gilt zwischen der mittleren Achse 48 und der optischen Achse 56-OA des Rings 56. Der Brennpunkt oder ZusammenfUhrungspunkt des Rings 56 befindet sich jedoch längs einer Achse, die einen Winkel mit der mittleren Achse 48 einschließt, der gleich dem doppelten Neigungswinkel 102 ist. Es ist dies eine Reflexionsachse, die als Achse 56-RA bezeichnet ist, wobei sich der Brennpunkt bei 68 befindet. Der Abstand vom Ring 56 zum Brennpunkt oder Zusammenführungspunkt 68 hängt von der Krümmung der Reflexionsfläche des Rings ab. Bei dieser vereinfachten Version der Erfindung sind alle Ringe vom gleichen sphärischen Spiegel abgeleitet. Folglich befinden sich alle ZusammenfUhrungspunkte oder Brennpunkte im wesentlichen im gleichen Abstand vom Spiegel 44.

Ein erster Fotodetektor 70 ist so angeordnet, daß er auf die zusammengeführte Energie vom Ring 56 anspricht. Der Ring 56 hat einen Kegel aus Strahlungsenergie von der vom Streupunkt aus vorwärtsgestreuten Energie gesammelt und dieselbe in einem Raumwinkelkegel abgelenkt, dessen äußere Erstreckung durch die Fläche 64 begrenzt ist. Da der Winkel des Rings 56 räumlich ist, ist der Winkel der Strahlungsenergie ebenfalls räumlich.

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Der nächste äußere Ring 58 ist ringförmig und ist gegenüber dem Streupunkt 40 geringfügig nach unten geneigt, so daß dessen rückseitige Ebene 58-P einen Winkel 1U4 mit der senkrechten Ebene 100 einschließt und seine optische Achse 58-OA denselben Winkel mit der mittleren Achse 48 einschließt. Die Reflexionsachse 58-RA des Rings 58 befindet sich unter einem Winkel zur mittleren Achse 48, der gleich dem doppelten Winkel 104 ist, wobei der Brennpunkt oder Zusammenführungspunkt 76 auf dieser Achse liegt. Der Kegel aus Strahlungsenergie, die durch den Ring 58 gesammelt und abgelenkt wird, ist hohl und ist durch eine nicht gezeigte innere Kegelfläche und die äußere Kegelfläche 72 begrenzt. Die vom Ring 58 stammende zusammengeführte Strahlungsenergie wird auf der Stirnseite eines zweiten Fotodetektors 78 fokussiert.

Der nächste äußere Ring 60 ist ebenfalls ringförmig und gegenüber dem Streupunkt 40 so nach oben geneigt, daß seine rückseitige Ebene 60-P einen Neigungswinkel 106 mit der senkrechten Ebene 1U0 einschließt, während seine optische Achse 60-OA denselben Winkel mit der mittleren Achse 48 einschließt. Die Reflexionsachse 60-RA des Rings 6ü befindet sich unter einem Winkel zur mittleren Achse 48, der gleich dem doppelten Winkel 106 ist, wobei der Brennpunkt oder Zusammenführungspunkt 84 auf dieser Achse liegt. Der vom Ring 60 gesammelte und abgelenkte Kegel aus Strahlungsenergie ist hohl und durch eine nicht gezeigte innere Kegelfläche und eine äußere Kegelfläche 80 begrenzt. Uie vom Ring 60 stammende zusammengeführte Strahlungsenergie wird auf der Stirnseite eines dritten Fotodetektors 86 fokussiert. In der Ansicht fallen die Reflexionsachse 56-RA und die optische Achse 60-OA zufällig zusammen aufgrund der besonderen Wahl der Winkel. Es ist ersichtlich, daß zwei Linien vorhanden sind, die aufeinanderllegende Achsen darstellen.

Der äußerste Ring 62 ist ebenfalls ringförmig und gegenüber dem Streupunkt 40 so geringfügig nach unten geneigt, daß seine rückseitige Ebene 62-P einen Neigungswinkel 108 mit der senkrechten

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Ebene 1OO einschließt, während seine optische Achse 62-OA denselben Winkel mit der mittleren Achse 48 einschließt. Die Reflexionsachse &2-RA des Rings 62 befindet sich unter einem Winkel zur mittleren Achse 48, der gleich dem doppelten Winkel 108 ist, wobei der Brennpunkt oder ZusammenfUhrungspunkt 94 auf dieser Achse Hegt. Der gesammelte und abgelenkte Kegel aus Strahlungsenergie ist hohl und durch eine innere Kegel fläche 90 (Fig. 4; und eine äußere Kegelfläche 88 begrenzt. Die vom Ring 62 stammende zusammengeführte Strahlungsenergie wird auf der Stirnseite eines vierten Fotodetektors 96 fokussiert. In -der Ansicht fallen die Reflexionsachsen 62-RA und die optische Achse 58-OA zufällig zusammen aufgrund der besonderen Wahl der Winkel. Es ist ersichtlich, daß zwei Linien vorhanden sind, die aufeinanderliegende Achsen darstellen.

Alle Fotodetektoren 70, 78, 86 und 96 sind mit einem Rechner und/oder einer Empfangsvorrichtung 99 verbunden, die die Identifizierung der Teilchen durch Vergleich der empfangenen Daten mit den vorher gespeicherten oder aufgezeichneten Daten liefert.

Der Spiegel 44- wurde bisher als Spiegel beschrieben, der aus vier Ringen besteht, die im einzelnen beschrieben wurden. Auch der sphärische Spiegel 44', aus dem dieser Spiegel 44 abgeleitet ist, wurde in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Fig. 3 zeigt einen Streupunkt 40, einen Teilehenstrom 42 und einen Laserstrahlweg 48, der mit der mittleren optischen Achse des Spieglels 44' zusammenfällt und auf dessen optische Mitte gerichtet ist. Die dem Streupunkt 40 zugewandte Vorderseite 110 des sphärischen Spiegels 44' ist als reflektierend angenommen. Die rückseitige Grundebene tüO ist dieselbe wie in Fig. 2 mit der Ausnahme, daß in diesem Fall eine tatsächlich evnstückige Fläche vorhanden ist, die diese rückseitige oder senkrechte~Ebene, wie sie in Verbindung mit Fig. 2 bezeichnet ist, bildet.

Der Spiegel 44' wird durch zur Achse 48 koaxiale zylindrische Unterteilungszwischenflächen 112, 114 und 116 in vier Ringe 56', 58^r, 60' und 63' unterteilt.

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Bis der Spiegel 44" in die Ringe 56', 58", 6ü' und 6'd' unterteilt ist und diese Ringe, bezüglich der Achse 48 neu orientiert sind, fokussiert sich die gesamte von der Fläche 110 gesammelte Strahlungsenergie in einem auf der Achse 48 liegenden Punkt 12Q. Die Punkte 4ü und 120 können zusammenfallen oder voneinander im Abstand entfernt sein. Je weiter aber der Punkt 120 vom Spiegel 44' entfernt ist, umso geringer ist die erforderliche Neigung der Ringe zur Erzielung irgendeiner gewünschten seitlichen Abstandsverteilung der Punkte 68, 76, 84 und 94 (Fig. 2). Wenn der Spiegel 44' in die vier Ringe geschnitten ist» die längs der Zwischenflächen HZ, 1t4 und 116 gebildet sind, und wenn die einzelnen Ringe wie in Fig. Z beschrieben geneigt sind, ergibt sich der Spiegel 44. Der Brennpunkt 120 ist zur Erläuterung auch in Fig. Z angegeben. Es ist aber ersichtlich, daß keiner der Ringe geneigt ist, um an diesem Punkt zu fokussieren, da der Laserstrahl hierdurch blockiert werden würde.

In praktischen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Urform hergestellt werden durch: tatsächliches Ausbilden des Spiegels 44', Schneiden dieses Spiegels in einzelne Ringe, Neigen der Ringe, Festlegen der Ringe in ihren geneigten Stellungen durch einen geeigneten Klebstoff und Bearbeiten der Rückseite zu einer Ebene, die im allgemeinen parallel zur senkrechten Ebene 100 ist, um die zusammengesetzte Anordnung so dünn wie möglich zu machen und mit einer ebenen Rückseite zu versehen. Diese Urform kann dann zum Formen vieler zusammengesetzter Linsen ähnlich 44 aus einem geeigneten Kunststoff oder anderem Material verwendet werden, dessen Vorderseite versilbert werden kann.

Es können viel mehr als vier Ringe vorgesehen sein, wobei die Orientierung eine Drehung enthalten kann zur Erzielung einer Umfangsverteilung um die Achse 48 zueinander zur Bildung und Verteilung der Zusammenführungspunkte, folglich der Orte der Fotodetektoren in beliebiger gewünschter Anordnung. Uie Anordnung kann in einer senkrechten oder waagrechten Linie, in Bögen, in einem Kreis um die Achse usw. erfolgen. Dies ergibt eine beinahe universelle Anpassungsfähigkeit in der Plazierung der Fotodetekto-

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ren, die von herkömmlicher Konstruktion und folglich ziemlich wirtschaftlich und einzeln ersetzbar sein können.

Fig. 4 zeigt einen Teil des Systems von Fig. 2, in dem die Bereinigung der durch einen Ring gesammelten und abgelenkten Strahlungsenergie erfolgt. Der einzige dargestellte Ring ist der äußerste, nämlich 62. Die Ansicht zeigt die zentrale innere Fläche 120, die reflektierende Vorderfläche 122, die hintere Fläche 124, die optische Achse 82-OA des Rings 62 und dessen Reflexionsachse 62-RA. Die dargestellte mittlere Achse 48 ist die Bezugsachse. In dieser Ansicht ist die Art der Ablenkung der Strahlungsenergie klar dargestellt. Die Abwärtsneigung des Rings ist dort bei 108" gezeigt, wobei dieser Winkel identisch mit dem Winkel 108 von Fig. 2 ist. Dieser Winkel 108' wird zwischen der mittleren Achse 48 und der optischen Achse 82-OA des Rings gemessen. Da die Strahlungsenergie bereits unter einem Winkel auf die Spiegelfläche 122 auftrifft, ist der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel. Folglich ist der gesamte Ablenkwinkel gegenüber der Achse 48 gleich dem doppelten Winkel 108' und ist in der Ansicht mit 92 bezeichnet. Der durch die UmIauff1ächen und 90 begrenzte Hohlkegel der abgelenkten Strahlungsenergie ist auf der Achse 62-RA zentriert und gelangt gemäß Fig. Z zu einem Brennpunkt oder Zusammenführungspunkt 94 mit etwa demselben Abstand von der Mitte des Rings 62 wie der Punkt 120 auf der Achse 48.

Gemäß Fig. 2 ist der Fotodetektor 96 so angeordnet, daß sich seine empfindliche Fläche rechts vom Punkt 94 befindet. In Fig. 4, die eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung zeigt, ist der Ring 62 anstatt auf die Vorderseite eines Fotodetektors auf eine in einer geeigneten Blende 128 ausgebildete Öffnung 126 fokussiert, wobei der Fotodetektor 96 sich im Abstand hinter der Öffnung 126 befindet. Dies hindert jegliche Strahlungsenergie am Erreichen der Fotozelle 96 mit Ausnahme der vom Spiegelring oder -segment 62 stammenden Strahlungsenergie. Die Mitte der herkömmlichen Fotozelle ist höchst empfindlich und spricht auf von der Mitte der Spiegelanordnung kommendes Licht an. Demnach

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kann es durch eine kleine zentrale Maske 130 in einer Anordnung dieser Art blockiert werden.

Alle Ringe oder Segmente des Spiegels 44 sind so behandelt, wie es für den einzigen Ring 62 in Fig. 4 dargestellt ist.

In Fig. 5 ist nur ein Teil des Kegels 88 aus Strahlungsenergie auf die öffnung 126 einer Blende 128 fokussiert. Anstatt der Anordnung der Fotozelle 96 in einer Stellung zur Aufnahme des Lichts unmittelbar von der öffnung 1^6, ist eine Linse 132 zwischengeschaltet, wobei das austretende Licht auf die Stirnseite der Fotozelle fokussiert wird. Somit können sehr kleine wirksame Fotozellen verwendet werden. Die Maske 130 ist nun als undurchsichtige Farbe auf den Linsenflächen angewendet. Eine Anordnung aus derartigen Linsen für alle Fotozellen kann aus wirtschaftlichem Kunstharz mit Bereichen geformt werden, die nicht für die Lichtübertragung benötigt werden und mit einem undurchsichtigen Beschichtungsmaterial ausgeschaltet sind.

Fig. 6 zeigt eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht. In diesem Fall dient aber die Vorrichtung zum Messen von zurückgestreuter Strahlungsenergie. Zusätzlich enthält die Sammel- und Ablenkvorrichtung die oben zur Ausführung einer praktischen Vorrichtung erwähnte Technik. Der zusammengesetzte Spiegel 244 ist aus einem einstückigen Teil aus beispielsweise Kunstharz geformt und kann ziemlich dünn und wirtschaftlich hergestellt werden.

Der zusammengesetzte Spiegel 244 von Fig. 6 hat vier ringförmige Segmente oder Ringe 256, 258, 260 und 262, die auf der Vorderseite ausgebildet sind. Der Spiegel ist ein einstückiges Teil aus Kunststoff oder dergleichen. Jeder dieser Ringe hat eine Silberbeschichtung, die ihn reflektierend macht. Die Rückseite des Spiegels 244 ist eben und liegt in der Ebene 200. Auch bei dieser Ausführungsform sind alle Flächen 256, 258, 260 und 262 von einer gemeinsamen sphärischen Spiegelfläche abgeleitet, wobei die Anzahl der Ringe zur Vereinfachung der Darstellung und Erläuterung klein ist, was aber nicht wesentlich ist. Der Krümmungs-

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radius der sphärischen Hauptspiegelfläche ist so vergrößert, daß der resultierende zusammengesetzte Spiegel nicht so dick sein muß wie im Fall des Spiegels 44 von Fig. 2. Dies ist aber natürlich eine Angelegenheit des Raums und der Erfordernisse der Vorrichtung. Eine Erhöhung des Krümmungsradius verlegt die Zusammenführungspunkte der Ringflächen 256, 258, 260 und 262 Über den Abstand hinaus, der den Ringflächen von Fig. 2 entspricht

Die Nachweiszone oder der Streupunkt 240 ist der Schnitt eines Stroms von Teilchen 242 mit der Achse 248. Da diese Vorrichtung hauptsächTich für die Messung der Rückstreuung vorgesehen ist, befindet sich in der Mitte des Spiegels 244 eine kleine öffnung 282, die aucn in der sphärischen konkaven Fläche 256 zentriert ist. Ein Strahl aus Strahlungsenergie ist von der linken oder Rückseite des Spiegels 244 durch diese öffnung gerichtet. Dieser Strahl fällt mit der optischen oder mittleren Achse des Spiegels 244 zusammen und entspringt z.B. einem Laser 246 niedriger Leistung. Der Lichtstrahl ist ein feiner Stift und schneidet den Teilchenstrom 242 am Streupunkt 240. Jegliches Licht oder Strahlungsenergie, die sich längs der Achse 248 rechts vom Streupunkt oder der Nachweiszone 240 ausbreitet, z.B. während Perioden, in denen kein Teilchen im Teilchenstrom 242 vorhanden ist, wird vom kleinen abgewinkelten Spiegel 250 gesammelt und seitlich längs einer Linie 252 zu einem Lichtabsorber 254 reflektiert.

Auf die Teilchen auftreffendes Licht wird zum Spiegel 244 zurückgestreut und von den Ringflächen 256, 258, 260 und 262 eingefangen oder gesammelt. Jeder Ring sammelt nur einen spezifischen geometrischen Bereich der Strahlungsenergie des zurückgestreuten Lichts. Wie im Fall der Vorrichtung von Fig. 2 sind die verschiedenen Ringe bezüglich der Achse 248 geringfügig nach oben und unten geneigt. In dieser Ansicht ist aber keine der optischen oder Relfexionsachsen dieser Ringe gezeigt. Die Neigungswinkel sind so gewählt, dao sie etwa dieselben wie die Winkel von Fig. Z für die Ringe sind, die dieselben Bezugszeichen

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haben, jedoch ohne die vorgestellte Zahl 2. Die Kegel aus Strahlungsenergie für die Ringe 256, 258, 260 und 262 sind in Fig. 6 gezeigt und enthalten: den durch die äußere Fläche 264 begrenzten Raumkegel, den durch die äußere Fläche 272 begrenzten Hohl kegel, den durch die äußere Fläche 280 begrenzten Hohlkegel und den durch die äußere Fläche 288 begrenzten Hohlkegel. Die Innenflächen der jeweiligen Hohlkegel sind nicht gezeigt, können aber ohne weiteres in der Zeichnung vorgesehen werden durch Verlängern der Linien von den inneren Grenzen der jeweiligen Ringe zu den Zusammenführungspunkten der hierdurch abgelenkten Strahlungsenergie.

Die Zusammenführungspunkte der jeweiligen Ringe befinden sich bei 268, 276, 284 und 294 für die jeweiligen Ringe 256, 258, und 262. Diese befinden sich im allgemeinen etwa im gleichen Abstand von der Mitte des Spiegels 244 wie der Brennpunkt 320 sich auf der Achse 248 befinden würde, wenn der Spiegel 244 ein vollständiger sphärischer Spiegel mit nicht unterteilter Oberfläche wäre, dessen Krümmungsradius über der gesamten Oberfläche derselbe ist. Die Zusammenführungspunkte sind seitlich von der Achse 248 aus demselben Grund seitlich versetzt, wie die Zusammenführungspunkte 68, 76, 84 und 94 von der Achse 48 versetzt sind. Da der Krümmungsradius des Spiegels 244 größer als derjenige des Spiegels 44 in der Zeichnung ist, ist der Abstand des Brennpunkts 320 von seinem Spiegel 244 größer als der Abstand des Brennpunkts 120 von seinem Spiegel 44.

An jedem Zusammenführungspunkt des Aufbaus von Fig. 6 befindet sich ein Fotodetektor 270, 278» 286 bzw. 296. Alle Fotodetektoren sind mit einer Art von Meßvorrichtungen über geeignete Verbindungen in derselben Weise wie die Fotodetektoren von Fig. 2 verbunden. In diesem Fall kann dieselbe Reinigungseinrichtung wie im Fall von Fig. 4 und 5 für jeden der Kegel aus Strahlungsenergie verwendet werden.

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Es wurde oben auf die Ringe 56_S 58, 60 und 62 als Segmente Bezug genommen. In gleicher Weise können die Ringflächen 256 ₉ 258. 260 und 262 als Segmente oder gewölbte Elemente bezeichnet werden. Es ist machbar und praktisch, zur Bildung des zusammengesetzten Spiegels anstelle von ganzen Ringen Teilringe zu Verwenden. In gleicher Weise müssen nicht alle Ringe eines gegebenen zusammengesetzten Spiegels vom gleichen sphärischen Spiegel abgeleitet sein, sondern können von mehreren Spiegeln mit unterschied!ichen Krümmungen abgeleitet sein, so daß die Orte der Zusammenführungspunkte bezüglich der Achse 48 axial im Abstand angeordnet sein können. Diese Punkte können somit entsprechend der besten Zweckmäßigkeit für irgendeine gegebene Vorrichtung gewählt werden.

Der im vorliegenden verwendete Ausdruck "Zusammenführung" ist ein Substantiv entsprechend seinem normalen Gebrauch und ist als Verbum die Bezeichnung für das sich verjüngende Richten eines Kegels aus Strahlungsenergie zu seinem Scheitel.

ν.

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Claims

Patentanwälte

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10.462

COULTER ELECTRONICS, INC. 590 West 20th Street Hialeah₃ Florida 3301O₉ USA

Patentansprüche

'.!Vorrichtung zum Messen der Streuung der durch Teilchen

V /erzeugten Strahlungsenergie zum Identifizieren oder

dergl. der Teilchens gekennzeichnet durch eine Strahlungsenergiequelle_s die einen Strahl aus Strahlungsenergie längs eines Wegs projiziert» durch eine Nachweiszone₃ durch eine Einrichtung zum Bewegen der Teilchen durch die Nachweiszone unter einem Winkel gegenüber der Bahn zum Erzeugen der Streuung der Strahlungsenergie vom Strahl weg₉ durch eine kombinierte Samrnel- und Ablenkeinrichtung zum Empfangen eines Teils der gestreuten Strahlungsenergie und zum selektiven Reflektieren der Strahlungsenergie bezüglich unterschiedlicher geometrischer Teile der gestreuten Strahlungsenergie zu Zusammenführungspunkten an seitlich gegenüber einer ersten Achse im Abstand angeordneten Orten₉ wobei die Sammel- und Ablenkeinrichtung eine Anordnung von sphärischen Spiegelelementen enthält, deren

reflektierende Oberflächen der Nachweiszone zugewandt sind, wobei die Anordnung eine durch die Nachweiszone hindurchverlaufende zentrale erste Achse aufweist, wobei jedes Element so geformt und angeordnet ist, daß es Strahlungsenergie von einem unterschiedlichen geometrischen Teil empfängt und sammelt, wobei jedes Element eine optische zweite Achse aufweist und gegenüber der ersten Achse so ausgerichtet ist, daß seine eigene optische zweite Achse von der ersten Achse derart abweicht, daß es die gesammelte Strahlungsenergie durch Reflexion längs einer reflektierenden dritten Achse, deren Winkel gleich dem doppelten Winkel zwischen der ersten ' und der zweiten Achse ist, zu einem Zusammenführungspunkt der abgelenkten Strahlungsenergie ablenkt, der seitlich von der ersten Achse im Abstand angeordnet ist, und wobei die Orte der Zusammenführungspunkte im Abstand voneinander und im seitlichen Abstand von der ersten Achse angeordnet sind, und durch eine auf die Intensität der Strahlungsenergie an jedem Ort ansprechende Einrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus Strahlungsenergie mit der ersten Achse zusammenfällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Spiegelelemente von einem sphärischen Spiegel ableiten und dieselben optischen Abmessungen haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Spiegelelemente ringförmig sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nachweiszone zwischen der Sammel- und Ablenkeinrichtung und der Strahlungsenergiequelle befindet zum Sammeln der vorwärtsgestreuten Strahlungsenergie.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammel- und Ablenkeinrichtung und die Strahlungsenergiequelle sich auf derselben Seite der Nachweiszone befinden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Sammel- und Ablenkeinrichtung und die Strahlungsquelle sich auf derselben Seite der Nachweiszone befinden_s und daß die Anordnung eine zentrale Öffnung aufweist und sich zwischen der Strahlungsenergiequelle und der Nachweiszone befindet zum Sammeln von zurückgestreuter Strahlungsenergie.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein einstückiger Gegenstand ist und die Elemente auf der Stirnsei te des Gegenstands ausgebildete Oberf Tächenformationen umfassen.

9. Vorrichtung nach Anspruch .2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein einstückiger Gegenstand ist und die Elemente auf der Stirnseite des Gegenstands ausgebildete Oberflächenformationen umfassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Intensität der Strahlungsenergie ansprechende Einrichtung mehrere unabhängige Fotodetektoren umfaßt, von denen sich einer wenigstens angrenzend an den, wenn nicht an jedem Ort der Zusammenführung befindet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Intensität der Strahlungsenergie ansprechende Einrichtung mehrere unabhängige Fotodetektoren umfaßt, von denen sich einer wenigstens angrenzend an den, wenn nicht an jedem Ort des Zusammenführungspunkts befindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine mit einer Öffnung versehene Blende zwischen jedem Fotodetektor

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und dessen gekrümmten Element, und daß sich der zum Element gehörende Zusammenführungspunkt an der öffnung und nicht am Fotodetektor befindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine eine öffnung aufweisende Blende zwischen jedem Fotodetektor und dessen gekrümmten Element, und daß sich der zum Element gehörende Zusammenführungspunkt an der öffnung und nicht am Fotodetektor befindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ein unmittelbares Auftreffen der Strahlungsenergie auf der geometrischen Mitte jedes Fotodetektors blockiert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ein unmittelbares Auftreffen der Strahlungsenergie auf die geometrische Mitte jedes Fotodetektors blockiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine optische Einrichtung zwischen jeder öffnung und deren zugehörigem Fotodetektor zum zusätzlichen Fokussieren der Strahlungsenergie auf deren Fotodetektor.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine optische Einrichtung zwischen jeder öffnung und deren zugehörigem Fotodetektor zum zusätzlichen Fokussieren der Strahlungsenergie auf deren Fotodetektor.

18. Zusammengesetzter Spiegel mit mehrfachen reflektierenden Oberflächenelementen zur Aufnahme von verteilter Strahlungsenergie von einer Quelle, die die Strahlungsenergie in einem kegelförmigen Raumwinkel im allgemeinen längs einer zum zusammengesetzten Spiegel weisenden optischen Hauptachse richtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel wenigstens Teile der und höchstens die gesamte empfangene Strahlungs-

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energie zurück zur Strahlungsquelle längs Reflexionsachsen reflektiert, die von der optischen Hauptachse derart abweichen, daß die unterschiedlichen Oberflächenelemente unterschiedliche geometrische Zonen der verteilten Strahlungs energie empfangen und die Strahlungsenergie reflektieren sowie deren Zusammenführung in den entsprechenden Zonen an unterschiedlichen Orten seitlich der optischen Hauptachse bewirken, wodurch die Strahlungsenergie gemessen werden kann₉ und daß jedes der Oberf lä'chenelemente sich von einem sphärischen Spiegel ableitet und einen gekrümmten Teil hiervon umfaßt' dessen zugehörige optische Achse um einen ersten Winkel gegenüber der optischen Hauptachse geneigt ist, wodurch seine Reflexionsachse von der optischen Hauptachse um einen Winkel abweicht-, der gleich dem doppelten ersten Winkel ist.

19. Spiegel nach Anspruch 18₀ dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenelemente in einer einzigen einstückigen Struktur vereinigt sind,,

20. Spiegel nach Anspruch 18₉ dadurch gekennzeichnet, daß alle Oberflächenelemente von einem sphärischen Spiegel mit derselben Krümmung abgeleitet sind.

ο Spiegel nach Anspruch 18_a dadurch gekennzeichnet, daß alle Oberflächenelemente ringförmig sind und unterschiedliche Durchmesser haben.

22. Spiegel nach Anspruch 18₃ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Oberflächenelemente unterschiedliche erste Neigungswinkel haben.

23. Spiegel nach Anspruch 18₃ dadurch gekennzeichnet, daß alle Oberflächenelemente voneinander abweichende erste Neigungswinkel haben, wodurch alle Zusammenführungspunkte unterschiedlich von der optischen Hauptachse entfernt sind.

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24. Spiegel nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Element kreisförmig ist und eine zentrale Öffnung für den Durchtritt eines Strahls aus Strahlungsenergie zur Strahlungsenergiequelle hat.

25. Verfahren zum Messen der· Richtungsverteilungseigenschaften eines Teilchens zur Teilchenidentifizierung oder dergl. , gekennzeichnet durch Leiten des Teilchens durch eine Nachweiszone mit Beleuchtendes Teilchens durch einen einfallenden Strahl aus Strahlungsenergie zum Erzeugen einer reaktiven Richtungsverteilung der Strahlungsenergie aufgrund des Schnitts des Teilchens und des Strahls, durch Auffangen eines Teils der Strahlungsenergie, die richtungsmäßig verteilt und zum Auffangort in einem kegelförmigen Raumwinkel projiziert wird, dessen ungefähre optische'Hauptachse sich zwischen dem Schnittpunkt und dem Auffangort erstreckt, durch Reflektieren der aufgefangenen Strahlungsenergie längs mehrerer unterschiedlicher Wege, die von der Hauptachse abweichen und an seitlich hiervon befindlichen Orten zusammenlaufen, wobei jeder Weg die Strahlungsenergie umfaßt, die von einem gekrümmten Raumwinkel des projizierten Teils aufgefangen wird, wobei die gekrümmten Bereiche voneinander abweichen, wobei die Achse jedes Wegs eine Reflexionsachse ist und wobei die Zusammenführungspunkte voneinander im Abstand angeordnet sind, und durch Messen der jeweiligen Intensitäten der Strahlungsenergie an den Zusammenführungsorten.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Eigenschaften die Streueigenschaften des Teilchens sind, wobei der Schnitt des Teilchens und des Strahls das Streuen verursacht.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Raumwinkel des projizierten Teils Kegel von Strahlungsenergie umfassen, daß jeder Weg zu einem unterschiedlichen Kegel gehört, daß die Größe der Kegel von der

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zentralen Hauptachse aus radial nach außen zunimmt und im wesentlichen die gesamte aufgefangene Strahlungsenergie enthält, und daß die Anzahl der Wege gleich der Anzahl der Kegel ist.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen von einer QuelIe beleuchtet wird, die auch zum Auffangort gerichtet ist, wodurch die gemessene Strahlungsenergie die vorwärtsgestreute Strahlungsenergie umfaßt.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchen von einer Quelle bei euchtet wi rd ₉ die durch den Auffangort gerichtet ist, wodurch die gemessene Strahlungsenergie die zurückgestreute Strahlungsenergie umfaßt.

30. Verfahren nach Anspruch 27_S dadurch gekennzeichnet_s daß die Reflexion nach Art einer Reflexion von sphärischen Spiegelelementen erfolgt.

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