DE602005002348T2

DE602005002348T2 - Verfahren zur messung von teilcheneigenschaften mittels interferenzstreifenanalyse und entsprechende vorrichtung

Info

Publication number: DE602005002348T2
Application number: DE602005002348T
Authority: DE
Inventors: Marzio Giglio; Marco Alberto Potenza
Original assignee: Universita degli Studi di Milano
Current assignee: Universita degli Studi di Milano
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2025-02-19
Also published as: ATE372509T1; US20070285660A1; EP1721144B1; ITTO20040100A1; ES2293537T3; WO2005083389A1; EP1721144A1; WO2005083389A8; WO2005083389A9; DE602005002348D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Partikeleigenschaften des im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Typs.
Zur Bestimmung der Eigenschaften der Partikel beruht das Verfahren auf einem Wellenstreuverfahren.
Herkömmliche Lichtstreuungstechniken zur Bestimmung der Eigenschaften von Partikeln oder Materialien, wie z.B. Informationen über deren Größe, Form und Struktur, beruhen auf einer Messung der Verteilung der Intensität der Strahlung, die im Umkreis der Ausbreitungsrichtung des auf eine Probe fallenden Strahls gestreut wird. Informationen über die Phase der gestreuten Wellen gehen im Allgemeinen verloren.
Die Phase der gestreuten Welle, die aus dem Zentrum der Streuung austritt, enthält jedoch wertvolle Informationen. Während bei Partikeln, die so klein sind, dass sie bezüglich der Wellenlänge der Strahlung vernachlässigbar sind, tatsächlich eine mit der einfallenden Strahlung phasengleiche Kugelwelle ausgestrahlt wird, weist die Welle bei zunehmendem Durchmesser des Partikels eine Phasendifferenz auf, die abhängig von der optischen Dicke des Partikels und folglich sowohl abhängig von dessen Durchmesser als auch vom Brechungsindex zunimmt. In den meisten Fällen und bei Außerachtlassung abnormer Werte für das Verhältnis zwischen den Brechungsindizes am Streuelement und am umgebenden Medium findet der Großteil der Phasenänderung bei Durchmessern statt, die nahe bei und typischerweise unter dem Wellenlängenwert liegen. Dieser Bereich von Durchmessern wird durch herkömmliche Verfahren üblicherweise schlecht abgedeckt, da die Veränderung der gestreuten Intensität bei dem Winkel gering ist, insbesondere wenn die Beobachtungen auf sehr kleine Streuwinkel beschränkt sind, was vorteilhaft ist, um das Instrument kompakt zu halten. Bei herkömmlichen Streuungstechniken werden Informationen über die Größen von Partikeln dieser Größenordnung tatsächlich durch Sensoren erhalten, welche die bei sehr großen Winkeln in Bezug auf die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Strahls gestreute Intensität feststellen. In diesem Größenbereich hängt das gestreute Feld von der dritten Potenz der linearen Ausdehnung des Partikels ab, und das Streuvermögen hängt somit von der sechsten Potenz der linearen Ausdehnung des Partikels ab, was die Detektion kleinerer Partikel sehr schwierig macht.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Typen von Apparaten identifiziert und hergestellt, welche eine Messung der Phasendifferenz zwischen der von der Probe übertragenen Welle und der durch die Partikel gestreuten Welle ermöglichen.
Schließlich ist bekannt, dass In-Line- oder In-Transmission-Holographietechniken eingesetzt wurden, um Partikelgrößenmessungen insbesondere durch die als „synthetische Holographie" bekannte Technik durchzuführen. Die synthetische Holographie ermöglicht, dass die Abmessungen der Partikel durch ein Berechnungsverfahren erhalten werden, das auf der Rekonstruktion des Bildes des mit einem geeigneten Sensor erfassten Systems von Interferenzstreifen beruht. Zur Erzielung einer hohen Auflösung ist es erforderlich, eine große Anzahl von Interferenzstreifen zu erfassen, insbesondere ist es erforderlich, die räumlich am engsten beieinander liegenden Streifen zu erfassen, das heißt jene, die in den mit großen Winkeln gestreuten Wellen ihren Urspung haben (die Winkel werden in Bezug auf die Einfallrichtung der Strahlung gemessen) (H.J. Kreuzer und R.A. Pawlitzek, Europhysics News March/April 2003; F. Dubois, C. Minetti, O. Monnom, C. Yourassowsky, J.-C. Legros und P. Kischel, Appl. Opt. 41, 4108-4119 (2002)).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Analyse und Messung von Partikeleigenschaften durch Analyse der Interferenz zwischen der von der Probe übertragenen Welle und der durch die Partikel gestreuten Welle, welches für seine Durchführung keine komplexen optischen Konfigurationen oder Datenerzeugungs- und -sammeltechniken erfordert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Messen von Partikeleigenschaften erfüllt, das die in den Ansprüchen definierten charakteristischen Eigenschaften aufweist.
Um Informationen über die Größe der Partikel zu erhalten, wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß eine optische Anordnung in Betracht gezogen, bei der das gestreute Licht den übertragenen intensiven Strahl störend beeinflusst, welcher somit als Phasenreferenz für die gestreute Welle fungiert (ein Selbstreferenzsystem). Da das in der Beobachtungsebene nachgewiesene Signal vom Produkt der Amplitude des übertragenen starken Feldes und der Amplitude des gestreuten Feldes bereitgestellt wird, hängt das nachgewiesene Signal in diesem Zustand nur von der dritten Potenz der linearen Ausdehnung des Partikels ab.
Obwohl die optische Anordnung ganz und gar zu jener analog ist, die bei synthetischen Holographietechniken zur Anwendung kommt, ist es wichtig zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem anderen physikalischen Prinzip beruht, welches das Erhalten von zusätzlichen Informationen im Verhältnis zu dem, was von einem Hologramm zu erhalten ist, ermöglicht. Während synthetische Holographietechniken durch die Auflösung der Instrumentenausrüstung beeinflusst sind, die, wie obenstehend dargelegt, von der Anzahl der erfassten Interferenzstreifen abhängt, beruht die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, dass sämtliche Informationen über die Stärke der Strahlung, die aus der auf das Partikel auftreffenden Welle entfernt wurde, in der Welle enthalten ist, welche sich, sobald sie gestreut ist, in Richtung der einfallenden Welle ausbreitet, und zwar in Übereinstimmung mit dem, was im sogenannten „optischen Lehrsatz" festgelegt ist. Diese Informationen werden erfindungsgemäß durch Analyse der Position und der Konfiguration einiger Interferenzstreifen, die durch die Interferenz zwischen dem übertragenen Feld und der gestreuten Welle produziert werden (im Allgemeinen weniger als 10-20 Streifen), an der Grenze eines einzelnen Streifens im Umkreis der optischen Achse erhalten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Apparat zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen von Partikeleigenschaften.
Eine nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Übersichtsschema ist, welches das Phänomen der Streuung einer Welle durch ein Partikel darstellt,
2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Apparats zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Messverfahrens ist, und
3 eine schematische Ansicht einer Variante des Apparats der 2 ist.
Das Verfahren und der Apparat gemäß der vorliegenden Erfindung beruhen auf dem folgenden physikalischen Prinzip, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wird.
Eine elektromagnetische Welle IW wird betrachtet (der Einfachheit halber ist die Welle in 1 als ebene Welle dargestellt); die Welle wird in einem Medium A entlang einer Achse z verbreitet und fällt auf ein Partikel B. Das Medium A und das Partikel B (wobei es sich z.B. um eine Blase in einem transparenten festen oder flüssigen Material handeln kann) haben bei der Frequenz der Welle IW die Brechungsindizes n_A bzw. n_B.
Das Partikel B wird zur Quelle einer elektromagnetischen Kugelwelle SW. Wenn das Partikel kugelförmig ist und eine vernachlässigbare Größe bezüglich der Wellenlänge der Welle IW aufweist, ist die entstehende Welle SW, die als gestreute Welle bekannt ist, mit der einfallenden Welle IW und somit auch mit dem übertragenen Bruchteil TW dieser Welle phasengleich. In einer Detektionsebene M eines in einem vorbestimmten Abstand z_M vom Partikel B angeordneten Sensors verursacht die Interferenz zwischen der gestreuten Welle SW und der übertragenen Welle TW, deren Amplitude viel größer als jene der gestreuten Welle SW ist, eine Reihe von kreisförmigen und konzentrischen Streifen, deren Zentrum C auf der Projektion der Position des Partikels B in der Ebene M liegt, und zwar entlang der Ausbreitungsachse z der auf das Partikel B einfallenden Strahlung IW. Da die beiden Wellen SW und TW phasengleich sind, existiert ein Interferenzmaximum im Zentrum C des Streifensystems. Die Radien dieser Streifen werden durch die Wellenlänge der Strahlung und durch den Abstand z_M zwischen dem Partikel B und der Sensorebene M bestimmt. Wenn das Partikel nicht kugelförmig ist, ist die Form der Interferenzstreifen nicht kreisförmig, und dies ermöglicht das Erhalten von Informationen bezüglich der Form des Partikels.
Die Quadratwerte der Radien der Streifen sind zur nten Ordnung der Streifen direkt proportional. Die Proportionalitätskonstante steht mit dem Abstand zwischen dem Partikel B und der Ebene M und mit der Wellenlänge in Beziehung.
Bei zunehmender Größe des Partikels B weist die gestreute Welle SW eine Phasenverzögerung auf, die in bekannter Weise mit der Größe und sehr geringfügig mit dem Unterschied zwischen den Brechungsindizes n_B-n_A in Beziehung steht. Als Folge dieser Phasendifferenz im Zentrum C des Streifensystems, d.h., in Richtung der übertragenen Welle TW, bewirkt die Interferenz mit der gestreuten Welle eine Verringerung der Intensität.
Die Phasenverzögerung führt offensichtlich auch zu einer Veränderung der Radien der Interferenzstreifen.
Die obenstehend beschriebene lineare Beziehung wird jedoch aufrechterhalten, und die Proportionalitätskonstante hängt nicht von der Phasenverzögerung ab. Die Phasenverzögerung bestimmt eindeutig den Achsenabschnitt am Ursprung, der für n = 0 extrapoliert ist, was als „zentrale gebrochene Ordnung" bekannt ist. Wenn die Phasenverzögerung Null ist, ist die zentrale gebrochene Ordnung Null, das heißt, es existiert ein Intensitätsmaximum. Eine Messung der zentralen gebrochenen Ordnung liefert somit die Phasenverzögerung und folglich die Größe des Partikels B.
Die Konfiguration der Interferenzstreifen kann vorteilhafterweise auch in einer solchen Art und Weise analysiert werden, um die Tiefe der Intensitätsmodulation des Interferenzbildes zu liefern. Diese Modulationstiefe wird durch das Verhältnis zwischen der Amplitude des gestreuten Feldes und der Amplitude des einfallenden Feldes bestimmt. Sie enthält folglich auch Informationen über die Strahlenmenge, die aus dem Strahl entfernt wird, und somit über die Größe des Partikels.
Wenn das einfallende Strahlenbündel IB ein konvergenter Strahl ist, enthält eine Untersuchung der durch die Interferenz zwischen der gestreuten Welle SW und dem übertragenen Strahl TB erzeugten Streifen wiederum sämtliche Informationen des vorhergehenden Falls. Einige Unterschiede werden hervorgehoben.
Es ist erforderlich, zwischen der Situation, in der das Partikel oder die Partikel B Positionen nahe der Brennebene (der Ebene des kleinsten Durchmessers des Strahls) einnimmt bzw. einnehmen, oder solchen, in denen sie hingegen außerhalb dieses Bereichs liegen, zu unterscheiden.
Bei Partikeln, die von der Brennebene weit entfernt sind, bleibt die vorhergehende Erörterung im Wesentlichen unverändert, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Streifen auf einer Ebene in einem Abstand z_f vom Brennpunkt im Allgemeinen größere Durchmesser haben als bei einer ebenen Welle. Dies liegt an der Tatsache, dass die Krümmungsradien der gestreuten Welle SW und des übertragenen Strahls TB in der Beobachtungsebene geringere Unterschiede aufweisen als im Falle einer ebenen einfallenden Welle. Da der konvergente Strahl TB (welcher der Einfachheit halber als Strahl mit Gaußschem Intensitätsprofil betrachtet wird) auf der Ebene im Abstand z_f einen begrenzten Durchmesser aufweist, kann die Anzahl der Streifen zudem reduziert werden. Abgesehen von diesen unwesentlichen Beschränkungen können quantitative Informationen über die optische Dicke (und folglich über den Durchmesser und den Brechungsindex) der Partikel sowie über deren Positionen durch Messung der zentralen gebrochenen Ordnung und anhand der Tiefe der Intensitätsmodulationen des Interferenzbildes erhalten werden.
Ein separater Fall ist durch die Positionen der Partikel im Bereich um den Brennpunkt dargestellt, der im Falle eines Gaußschen Strahls durch den sogenannten Rayleigh-Bereich definiert ist. Bei Partikeln in diesen Positionen verringert sich die Phasenverzögerung zwischen dem gestreuten Feld und der übertragenen Kugelwelle sehr stark, und innerhalb der Grenze eines Partikels, das genau in der Ebene des kleinsten Durchmessers des Strahls und an der optischen Achse z positioniert ist, existiert der ausgeartete Fall, bei dem die gestreute Welle und der übertragene Strahl Oberflächen von konstanter Phase haben, die deckungsgleich sind. In diesem Fall gibt es überhaupt keine Intensitätsmodulation aufgrund der Interferenz im gesamten Feld. Wie gezeigt wird, ist diese offenbar nachteilige Situation für bestimmte Anwendungen am besten geeignet, da sich die Intensitätsverteilung aufgrund der Interferenz zwischen der übertragenen Welle TW und der gestreuten Welle SW, die in dieser Situation einen leichten Winkel bilden und in großen Abschnitten des übertragenen Strahls TB Intensitätsschwankungen hervorrufen, verändert, wenn das Partikel B lotrecht zur optischen Achse z entlang des Durchmessers des Strahls in der Brennebene verschoben wird. Diese Konfiguration ermöglicht die Verwendung sogenannter Quadrantensensoren, die eine große Empfindlichkeit ermöglichen, indem sie in differenzierender Weise funktionieren.
Bei Partikeln im Brennbereich ist es außerdem wichtig, dass in diesem Bereich die Wirkung der sogenannten „Phasenanomalie" zu berücksichtigen ist; dies beschreibt die abnorme Phasenverschiebung des einfallenden Feldes in diesem Bereich. Die gesamte Phasenverschiebung entlang der optischen Achse z beträgt π. Die Differenz zwischen den Phasen der Kugelwelle SW, die durch ein am Brennpunkt angeordnetes Partikel gestreut wird, und dem übertragenen Strahl TB beträgt daher π/2, das heißt, die Phase der gestreuten Welle SW ist exakt in Quadratur mit dem übertragenen Strahl. Als Ergebnis verändert die Interferenz nicht die Stärke des übertragenen Feldes und der gesamte Streuquerschnitt der Strahlung durch das Partikel ist Null, und zwar gemäß der Theorie im Falle von unendlich kleinen Partikeln. Wenn das Partikel in Bezug auf die optische Achse z in Querrichtung verschoben wird, werden in zwei gegenüberliegenden Lappen, die entlang der Verschiebungsrichtung des Partikels angeordnet sind, eine Abschwächung und eine Erhöhung der Intensität des übertragenen Strahls TB bewirkt.
Wenn die Ausdehnung des Partikels B größer wird, nimmt die Phasenverzögerung zwischen der gestreuten Welle SW und dem einfallenden Strahl IB zu und erreicht dabei den Höchstwert π, und die beiden Wellen stehen dann in Gegenphasigkeit. Wenn in diesem Fall das Partikel B in Bezug auf den Strahl IB in Querrichtung verschoben wird, schwächt die Interferenz zwischen der gestreuten Welle SW und der übertragenen Welle TW den gesamten übertragenen Strahl TB und verursacht nicht mehr, so wie im vorhergehenden Fall, die Abschwächung und die Erhöhung der Intensität an gegenüberliegenden Seiten. In diesem Fall erzeugt die Interferenz einen leichten, beinahe völlig symmetrischen Schatten über dem gesamten Strahl. Aufgrund der Verschiebung des Partikels B in Bezug auf die optische Achse z gibt es dennoch eine schwache Asymmetrie bei der Verteilung der entfernten Energie.
Ein schematisches Beispiel einer möglichen Ausführungsform des Apparats, mit dem Partikelmessungen erfindungsgemäß durchgeführt werden können, wird in 2 gezeigt. Der Apparat umfasst eine elektromagnetische Strahlungsquelle 1, die zum Erzeugen eines Strahlenbündels IB geeignet ist, das einen Frequenzbereich aufweist, der um eine vorgegebene Frequenz ω zentriert ist, die einer Wellenlänge λ in einem Vakuum entspricht. Ein (nicht dargestellter) Raumfilter und ein strahlformendes optisches System 2 befinden sich wahlweise stromabwärts von der Welle 1, und zwar entlang der Ausbreitungsachse z des Strahls.
Die Quelle 1 sendet vorzugsweise sichtbares Licht oder Infrarotlicht aus und ist entsprechend den Messanforderungen beispielsweise aus einer Leuchtdiode oder aus einem Halbleiterlaser oder einem Laser eines anderen Typs gebildet. Die Verwendung von Strahlungsquellen mit einem nicht zu schmalen Band reduziert im Allgemeinen merklich die Auswirkungen infolge einer unerwünschten oder mehrfachen Interferenz. Bei manchen Anwendungen kann die Quelle vorteilhafterweise eine Strahlung aussenden, die um mehrere Wellenlängenwerte herum verteilt ist (eine Anordnung, die als „mehrfarbige Quelle" bekannt ist).
Die zu analysierenden Partikel können aus jeder festen oder flüssigen Substanz, aus jedem festen oder flüssigen Material oder aus jedem festen oder flüssigen Element (Aerosol, Tropfen, Blasen) zusammengesetzt sein. Die Partikel können in unbeweglicher Weise angeordnet sein oder sich innerhalb des Mediums A bewegen. Das Medium A kann fest oder flüssig sein, muss in jedem Fall aber für die Frequenz(en) der verwendeten einfallenden Strahlung durchlässig sein. Zudem muss die Dichte der Partikel im Medium A (die Anzahl der Partikel pro Volumeneinheit) zumindest einen Teil der einfallenden Welle IW übertragen.
Anders ausgedrückt, die Dichte der Partikel innerhalb des Messvolumens muss ziemlich gering sein, so dass alle Streifensysteme mit guter Wiedergabeschärfe nachgewiesen werden können. Unter diesen Bedingungen ist die Intensität des übertragenen Strahls mit Sicherheit praktisch unverändert.
Bei Partikeln B, die in einem flüssigen Medium A verteilt sind, stellt ein geeignetes herkömmliches Einschlussverfahren sicher, dass jeweils nur ein Partikel in einem vom Strahl IB getroffenen Beobachtungsbereich MR vorhanden ist. Wie in 2 dargestellt, wird der Einschluss beispielsweise mit Hilfe eines Rohrs CH erzielt, das für die Strahlung des Strahls IB durchlässige Wände besitzt und das Medium A, in dem die Partikel B verteilt sind, durch den Beobachtungsbereich MR transportiert. In 2 ist der einfallende Strahl IB als fokussierter Laserstrahl dargestellt. Der Beobachtungsbereich MR, durch den die Partikel B gefördert werden, hat eine Breite d entlang der Achse z des Strahls IB, die dünn genug ist, um zu ermöglichen, dass jeweils ein einzelnes Partikel B (oder höchstens einige Partikel) den Bereich MR passiert (bzw. passieren). Aus Gründen, welche die Amplitude der Signale betreffen, ist es vorteilhaft, den Strahl in einer solchen Art und Weise zu fokussieren, dass die Partikel in der Nähe des Brennpunkts solcherart durch den Strahl hindurchtreten, dass die Intensität des auf die Partikel einfallenden Feldes angemessen hoch ist. Bekanntermaßen weist eine Welle in der Nähe der Brennebene tatsächlich das „Phasenanomalie"-Phänomen auf, und zur Vereinfachung der Datenanalyse ist es vorzuziehen, die Partikel in Bereichen zu verwenden, die außerhalb des sogenannten Rayleigh-Bereichs liegen, so dass die Auswirkungen der Phasenanomalie minimal gehalten werden.
Wie obenstehend beschrieben wurde, sendet ein Partikel, das am Brennpunkt (in der Ebene des kleinsten Durchmessers des Strahls) und an der optischen Achse z des Systems angeordnet ist, eine Kugelwelle aus, die mit dem einfallenden Strahl perfekt gleichphasig ist, und daher sind keine Interferenzstreifen zu beobachten. Diese Art von Geometrie kommt bei einem Apparat zur Anwendung, der in der Vergangenheit für die Messung der Phasendifferenz zwischen der gestreuten Welle und der einfallenden Welle entwickelt wurde (siehe Patent Nr. US-A-5 037 202 und J. Batchelder und M. Taubenblatt, Appl. Opt. 30, 4972-4979 (1991)). Unter diesen Bedingungen müssen die Partikel jedoch zwangsläufig in der Ebene des kleinsten Durchmessers und in diametraler Richtung (das heißt, das Zentrum passierend) durch den Messstrahl hindurchtreten. Für diesen Zweck sind sogenannte Signal-„Überprüfungsmodelle" erforderlich; diese zeigen, welche Signale durch den Durchtritt des Partikels in diametraler Richtung erzeugt werden, und liefern somit den korrekten Wert für die Phasendifferenz. Obwohl diese Anordnung einerseits die Verwendung einfacher Sensoren zulässt (mit einem einzigen Messfühler und ohne jegliche Bestimmung der Intensitätsverteilung in der Beobachtungsebene), erfordert sie andererseits komplexe optische Systeme, wie z.B. ein Nomarski-System, und die Verwendung von Wollastone-Polarisationsprismen mit begrenzter Abtast- und Datensammelfrequenz.
Wenn die Partikel dazu gebracht werden, den Bereich des kleinsten Durchmessers des (nicht dargestellten) Strahls zu passieren, ermöglicht eine Variante der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise das Erhalten von Informationen bezüglich der Abmessungen einzelner Partikel und das Bestimmen der Durchtrittsposition durch den Strahl mit Hilfe eines Apparats, der einfacher ist als die Typen von Apparaten, die in der Vergangenheit entwickelt und obenstehend erwähnt wurden.
Dieses Ergebnis wird auf Basis einer Analyse einer Mehrzahl von Intensitätswerten, die, wie obenstehend dargelegt, durch geeignete Messfühler gemessen wurden, erzielt. Wenn das Partikel nahe der Ebene des kleinsten Durchmessers des Strahls lotrecht zur Ausbreitungsrichtung z hindurchtritt, weist die Intensitätsverteilung aufgrund der Interferenz zwischen dem übertragenen Strahl TB und dem gestreuten Strahl SW Schwankungen auf. Das Ausmaß der Bereiche, in denen die Intensitätsschwankungen auftreten, ist in diesem Fall sehr groß und ermöglicht daher die Verwendung von Sensoren, die großflächige Messfühler aufweisen, welche somit einen großen Teil der durch das Partikel gestreuten Energie aufnehmen. Wenn das Partikel den Strahl nicht entlang des Durchmessers passiert, liefert die daraus resultierende Asymmetrie des Interferenzbildes außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der Durchtrittsposition.
Eine weitere (nicht gezeigte) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist durch einen Apparat dargestellt, in dem der Lichtstrahl IB im Wesentlichen kollimiert und durch die von den Partikeln B gebildete Probe geleitet wird. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, Mittel zu verwenden, die zum Vergrößern des Bildes der Interferenzstreifen geeignet sind, die in einer passend gewählten Beobachtungsebene M erhalten wurden. Diese Mittel können durch optische Elemente dargestellt sein.
Eine Vorrichtung 3 zum Auffangen und Erfassen der aus dem Beobachtungsbereich MR kommenden Strahlung ist auf die Ausbreitungsrichtung z der Strahlung TB, das heißt, auf die optische Achse des Systems, abgestimmt. Die nachgewiesene Strahlung umfasst die gestreute Strahlung, die durch die Streuwechselwirkung der einfallenden Strahlung IB mit den Partikeln B gemäß dem obenstehend beschriebenen Prinzip erzeugt wird, und einen Abschnitt TB, der aus einem Bruchteil des einfallenden Strahls TB gebildet ist, welcher ungestört durch den Beobachtungsbereich MR übertragen wird. Die Vorrichtung 3 ist aus einer Mehrzahl von Sensorelementen gebildet, die eine Mehrzahl von elektromagnetischen Strahlungsintensitätswerten ermitteln können und in der Ebene M angeordnet sind. Die Sensorelemente der Vorrichtung 3 sind vorzugsweise in einer solchen Art und Weise angeordnet, um eine rechteckige Matrix von Sensorelementen zu bilden, von denen jedes einen elektromagnetischen Strahlungsintensitätswert an einem bestimmten Punkt ermitteln kann. Sogar noch mehr wird bevorzugt, dass die Vorrichtung 3 einen CCD-Sensor oder einen CMOS- oder NMOS-Sensor umfasst. Die Vorrichtung 3 kann somit die produzierten Interferenzstreifen gemäß dem obenstehend beschriebenen Prinzip nachweisen, und zwar anhand der Interferenz der durch die Partikel B gestreuten Strahlung mit dem übertragenen Strahl TB im Abstand z_M der Vorrichtung 3 vom Partikel B. (Nicht dargestellte) Mittel zum Erhalten einer passenden Verteilung der mit den Interferenzstreifen verbundenen Strahlung in der Vorrichtung 3 sind gegebenenfalls zwischen dem zu analysierenden Partikel und der Sensorvorrichtung 3 eingefügt. Diese Mittel können beispielsweise durch ein optisches System dargestellt sein.
Die Messfühler der Sensorvorrichtung 3 ermitteln eine Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten, einen für jeden Messfühler, und liefern entsprechende Signale zu einer (nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit.
Die Verarbeitungseinheit ist dazu programmiert, die Abmessungen und gegebenenfalls die Form der Partikel durch Analyse der zu einer niedrigeren Ordnung gehörigen, durch die gemessenen Strahlungsintensitätswerte definierten Streifen zu bestimmen. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Verarbeiten der Daten, die in einer durch den obenstehend beschriebenen Apparat oder in einer anderen absehbaren Ausführungsform durchgeführten Messung gesammelt wurden, besteht aus den folgenden Schritten:

a) das Registrieren – in einem festgelegten Abstand z_M vom Bereich MR – einer Intensitätsverteilung I(x, y), die bei Vorhandensein eines Partikels im Strahl die Streifen aufgrund der Interferenz zwischen der gestreuten Welle und der übertragenen Welle bereitstellt (x und y sind die Koordinaten der Punkte in der Detektionsebene M des Sensors 3);
b) das Registrieren einer geeigneten Probe von Intensitätsverteilungen I_i(x, y), um eine Intensitätsverteilung I₀(x, y) zu erhalten, die eine gute Darstellung der Intensitätsverteilung bei Fehlen des Partikels ist;
c) das Verarbeiten der so erhaltenen Daten, um eine Verteilung J(x, y) = (I(x, y)–I₀(x, y))/I₀(x, y) zu erhalten, welche die Interferenzstreifen mit einem guten Kontrast versieht, und zwar normiert für die auf das Partikel einfallende Intensität;
d) das Verarbeiten der Daten bezüglich der Intensitätsverteilung J(x, y) zur Kennzeichnung der Interferenzstreifenkonfiguration in Hinblick auf die Radiuswerte und die Form;
e) das Verarbeiten der Daten bezüglich der Konfiguration der Interferenzstreifen, um die gebrochene Ordnung im Zentrum und anhand der Messung der Modulationstiefe die gestreute Amplitude und folglich die Ausdehnung und Form des Partikels zu bestimmen.

Im obenstehend beschriebenen Beispiel sind die Funktionen I(x, y) und J(x, y) für die Interferenzstreifen charakteristisch, während I₀(x, y) die Intensität des Strahls darstellt, der bei Fehlen von Partikeln übertragen wird.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann vorteilhafterweise zum Beispiel beim Hindurchtreten der Partikel durch den Brennbereich des Strahls mit Hilfe einer Sensorvorrichtung 3 angewandt werden, deren Messfühler eine Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten als Funktion der Zeit während des Durchtritts des Partikels durch den Strahl ermitteln, und zwar einen Wert für jeden Messfühler, und entsprechende Signale zu einer (nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit liefern. Diese Sensorelemente der Vorrichtung 3 können zum Beispiel durch Photodioden dargestellt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform ist durch sogenannte Quadrantenphotodioden dargestellt. Da die Partikel den Brennbereich des Strahls passieren, werden die Intensitätsmodulationen, wie obenstehend erörtert wurde, über relevante Teile des Strahls ausgedehnt, so dass die Messfühler von einer sehr großen Fläche profitieren können, so dass sie einen großen Teil der durch die Partikel gestreuten Energie nachweisen. Dieser Aspekt ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, da die Messunsicherheiten in Bezug auf das sogenannte „Schrotrauschen" somit verringert werden und daher die Messung von Partikeln, deren Größen viel geringer als die Wellenlänge sind, ermöglicht wird. Die Sensorelemente der Vorrichtung 3 sind solcherart angeordnet, um das zeitliche Profil der Intensität in geeigneten Bruchteilen des Strahls zu messen, der beim Durchtritt eines Partikels B durch den einfallenden Strahl IB übertragen wird. Sogar noch mehr wird bevorzugt, dass die Sensorelemente solcherart angeordnet sein können, um die das Zentrum des einfallenden Strahls IB passierenden Partikel durch Analyse der Asymmetrie des Signals auszuwählen (das heißt, um ausschließlich die Streifen der das Zentrum passierenden Partikel zu messen, oder noch besser um die Durchtrittsposition des Partikels durch den Strahl im Wesentlichen zu bestimmen). Die zeitlichen Profile der durch die einzelnen Sensorelemente der Vorrichtung 3 gemessenen Intensitäten liefern Folgendes: 1) Informationen über die Modulationstiefe des Interferenzbildes und 2) die Phasendifferenz zwischen der gestreuten Welle und der übertragenen Welle. Diese Informationen ermöglichen die Bestimmung der optischen Dicke des Partikels und folglich der Größe und des Brechungsindex anhand der vorliegenden Erfindung.
Die Messfühler der Sensorvorrichtung 3 ermitteln eine Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten, und zwar einen für jeden Messfühler, und liefern entsprechende Signale zu einer (nicht dargestellten) Verarbeitungseinheit.
Die Verarbeitungseinheit ist dazu programmiert, die Abmessungen der Partikel durch Analyse der Zeitabhängigkeit der Amplitude der Signale oder geeigneter Kombinationen davon zu bestimmen. Ein nicht einschränkendes Beispiel für ein Verfahren zum Verarbeiten der Daten, die in einer durch den obenstehend beschriebenen Apparat oder mit einer anderen absehbaren Ausführungsform durchgeführten Messung gesammelt wurden, besteht aus den folgenden Schritten:

k) das Registrieren einer Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten in einem passenden Abstand z_M von der Probe. Zum Beispiel vier Werte, die von einer Quadrantenphotodiode geliefert und mit 1, 2, 3, 4 bezeichnet werden (in Befolgung der Übereinkunft über die Anordnung der Quadranten entgegen dem Uhrzeigersinn in der Ebene, ausgehend vom oberen rechten Quadranten, und unter der Annahme, dass das Partikel den Strahl von oben nach unten passiert);
l) das Registrieren einer Gruppe solcher Intensitätswerte als Funktion der Zeit, um bei jedem Messfühler die Veränderung dieser Werte als Funktion der Zeit zu bestimmen;
m) die Analyse der aufgefangenen Signale, um die Durchtrittsposition durch den Strahl in der zur optischen Achse lotrechten Ebene zu bestimmen (z.B. anhand des Unterschieds der Signale von den Messfühlern, die an gegenüberliegenden Seiten der Durchtrittsrichtung des Partikels angeordnet sind, d.h., 2 + 3 – 1 + 4). Das nachfolgende Auswählen der Partikel, deren Signale zu analysieren sind, oder gegebenenfalls des geeignetsten Analyseverfahrens;
n) die Analyse der aufgefangenen Signale, um die Durchtrittsposition durch den Strahl in Längsrichtung zu bestimmen (z.B. aufgrund einer Analyse der Zeitabhängigkeit der Differenzwerte und der Summenwerte der von geeigneten Messfühlern kommenden Impulse, d.h., 1 + 2, 3 + 4). Das nachfolgende Auswählen der Partikel, deren Signale zu analysieren sind;
o) die Analyse der aufgefangenen Signale, um die Modulationstiefe aufgrund der Interferenz zwischen der gestreuten Welle und der übertragenen Welle zu bestimmen. Zum Beispiel anhand der Zeitabhängigkeit der Differenz der Werte, die während des Durchtritts des Partikels von den Messfühlern registriert wurden (1 + 2 – 3 + 4);
p) die Analyse der aufgefangenen Signale, um die Zeitabhängigkeit der Summe der Werte zu bestimmen, die bei Fehlen des Partikels und während des Durchtritts von den Messfühlern registriert wurden. Zum Beispiel 1 + 2 + 3 + 4. Ein Vergleich mit dem übereinstimmenden Wert, der bei Fehlen des Partikels im Strahl erhalten wird, und die Bestimmung der entfernten Energie;
q) die Bestimmung der Partikelabmessungen. Bestimmung anderer Eigenschaften, die durch das Verfahren in Übereinstimmung mit absehbaren Vorgehensweisen erhalten werden können (z.B. Brechungsindex).

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann vorteilhafterweise eingesetzt werden, wenn mehr als ein Partikel gleichzeitig in dem vom Strahl IB getroffenen Beobachtungsbereich MR vorhanden ist, um mehr als ein System von Interferenzstreifen in der Ebene M, in der die Strahlungsintensität erfasst wird, zu erzeugen. In diesem Fall besteht der Apparat aus Ausführungsformen, bei denen die zu analysierende Probe außerhalb des Rayleigh-Bereichs des Strahls liegt, oder aus solchen, bei denen der einfallende Strahl im Wesentlichen kollimiert ist. Das Verfahren ist in den Schritten a bis c) mit dem vorherigen identisch und besteht anschließend aus den folgenden Schritten:

d') das Verarbeiten der erhaltenen Daten, um durch ein geeignetes Bildanalyseverfahren eine Erkennung der Zentren C_i der Streifensysteme durchzuführen (i ist eine ganze Zahl, die das ite Streifensystem kennzeichnet).

Die Daten bezüglich der Konfigurationen der Interferenzstreifen können dann zum Beispiel entsprechend den Schritten d) und e) des obenstehend beschriebenen Verfahrens verarbeitet werden.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Messverfahrens bezieht sich auf die komplexere Situation, in der eine große Anzahl von Partikeln gleichzeitig im Beobachtungsbereich MR vorhanden ist, wobei der Strahl gemäß dem, was weiter unten erläutert wird, einen großen Querschnitt aufweist. In dieser Situation scheint die Intensitätsverteilung in einer in einem festgelegten Abstand z_M vom Beobachtungsbereich MR angeordneten Ebene M sehr komplex zu sein, da sie die Summe vieler von den einzelnen Partikeln produzierter Interferenzstreifensysteme ist. Das Signal hat sämtliche charakteristische Merkmale eines Rauschens und ist mit einem sogenannten Specklefeld vergleichbar. Ein großer Strahl bedeutet daher einen Strahl, der wesentlich größer als die typische Ausdehnung der ersten Streifen der Interferenzbilder ist. In diesem Fall kann die optische Konfiguration passend modifiziert werden, zum Beispiel durch Beleuchtung der Probe mit einem kollimierten Strahlenbündel und Erfassung der Überlagerung der Interferenzstreifen stromabwärts von der Probe in einem passend gewählten festgelegten Abstand z_M. Im Falle eines kollimierten Strahls muss dieser Abstand daher so sein, dass die Beziehung z_M > a²/λ erfüllt ist, wobei λ ein Kennwert für die Wellenlänge der eingesetzten Strahlung und a eine Abmessung ist, welche für die im Beobachtungsbereich (MR) enthaltenen Partikel charakteristisch ist, so dass jedes Sensorelement die durch eine große Anzahl von Partikeln gestreute Strahlung aufnimmt, um die Verarbeitung der Daten durch statistische Analyse der Messungen zu ermöglichen.
In diesem Fall ist es nicht möglich, ein einzelnes Streifensystem aus der extrem komplexen Überlagerung von Streifensystemen, die in der Ebene M wahllos positioniert sind, zu extrahieren. Allerdings ist es möglich, ein statistisches Verfahren basierend auf der Berechnung des Energiespektrums der registrierten Intensitätsverteilungen zu verwenden. Dies ergibt eine Funktion, die mit der Intensitätsverteilung der Interferenzstreifen eines einzelnen Partikels in Eins-zu-Eins-Beziehung steht, und die Informationen bezüglich der Phasendifferenzen können wiederbeschafft werden. Bei sehr kleinen Partikeln wird das Energiespektrum zum Beispiel zur Übertragungsfunktion der als Shadowgraph-Technik bekannten optischen Technik, die bei Null einen niedrigen Mindestwert für den Streuwellenvektorwert q = 2π/λsin(θ/2) aufweist, wobei θ den zwischen der Richtung der gestreuten Strahlung und der Richtung der einfallenden Strahlung gebildeten Winkel darstellt. Sobald die Durchmesser der Partikel größer werden, wird das Intensitätsminimum bei q = 0 schrittweise in einen Peak umgewandelt, wodurch die Messung der gebrochenen Ordnung im Zentrum des von jedem einzelnen abzuleitenden Partikel produzierten Systems von Streifen ermöglicht wird.
In diesem Fall besteht ein Beispiel für ein Verfahren zur Verarbeitung der gesammelten Daten aus dem Datenanalyseverfahren, das üblicherweise für quantitative Shadowgraph-Messungen eingesetzt wird, wofür ein Beispiel durch die folgenden Schritte dargestellt ist:

a'') das Registrieren einer Zahl N von Intensitätsverteilungen I_i(x, y) bei Vorhandensein von Partikeln im Strahl,
b'') das Verarbeiten der Daten bezüglich der N Intensitätsverteilungen I_i(x, y), um eine Intensitätsverteilung I₀(x, y) zu erhalten, die eine gute Darstellung der statischen Intensitätsverteilung infolge des übertragenen Strahls bei Fehlen des Signals aufgrund der Partikel ist;
c'') das Verarbeiten der erhaltenen Daten, um eine Verteilung J_i(x, y) = (I_i(x, y)–I₀(x, y))/I₀(x, y) zu erhalten, welche die Überlagerung der Interferenzstreifen mit einem guten Kontrast versieht;
d'') das Verarbeiten der Daten bezüglich der Verteilungen J_i(x, y), um zweidimensionale Energiespektren J_i(q_x, q_y) zu erhalten;
e'') das Verarbeiten der in Schritt d'') erhaltenen Daten durch Mittelung der zweidimensionalen Energiespektren, um ein zweidimensionales Energiespektrum J(q_x, q_y) zu erhalten;
f'') das Verarbeiten der Daten bezüglich des zweidimensionalen Energiespektrums J(q_x, q_y), um die zentrale gebrochene Ordnung der Interferenzstreifen zu erhalten, da der Abstand z_M und die Geometrie des Apparats bekannt sind, wobei die Überlagerung der Interferenzstreifen die registrierten Intensitätsverteilungen I_i(x, y) bestimmt, und
g'') das Verarbeiten der Daten bezüglich der zentralen gebrochenen Ordnung, um die Partikelgröße durch bekannte Verfahren zu erhalten.

In diesem Fall stellen die Intensitätsverteilungen I_i(x, y) komplexe Überlagerungen zahlreicher Interferenzstreifen dar, die mit Specklefeldern vergleichbar sind.
Das Vorhergehende zeigt, dass die vorliegende Erfindung nutzbringend eingesetzt werden kann, um das Verwendungsgebiet der unlängst vorgeschlagenen Technik, die Nahfeld-Streuungstechnik genannt wird und in der internationalen Patentanmeldung WO 02/103332 beschrieben ist, auszuweiten.
Eine weitere Variante des Apparats zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 schematisch dargestellt. Sie umfasst eine elektromagnetische Strahlungsquelle 1''', wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, hinter der ein strahlformendes optisches System 2''' vorhanden ist, das eine Zylinderlinse umfasst, welche in ihrer Brennebene η eine dünne Strahlenbahn 4''' mit der Breite D bildet. Die Streifen IF, die in der Detektionsebene M durch die Interferenz zwischen der übertragenen und der gestreuten Strahlung produziert wurden, werden somit stark verzerrt. Eine eindimensionale Analyse der so erhaltenen Interferenzstreifen kann in der Ebene η, in der das dünne Strahlenbündel 4''' liegt, durchgeführt werden, um die Informationen bezüglich der zentralen gebrochenen Ordnung jedes Systems von Streifen, das von vom dünnen Strahlenbündel 4''' getroffenen Partikeln produziert wurde, zu erhalten. Da die Informationen eindimensional sind, kann zudem anstelle eines rechteckigen Matrixsystems ein eindimensional angeordnetes System von Sensoren 3''' verwendet werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei der Messung von Partikeln, die in eine strömende Flüssigkeit getaucht werden, welche dazu gebracht werden kann, lotrecht in Bezug auf das dünne Strahlenbündel 4''' in Richtung des Pfeils F zu fließen. Die gesammelten Daten können somit analysiert werden, wie in den obenstehend angeführten Verfahrensbeispielen beschrieben wurde.
Die obenstehend beschriebenen Verfahren sowie andere mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine große Zahl von Anschaffungen erforderlich machen, um beispielsweise das Rauschen reduzieren zu können, das die Messung unweigerlich beeinflusst, und um somit eine zufriedenstellende Bestimmung der Eigenschaften der Partikel, die untersucht werden, zu erhalten.
Die Erfindung ist nicht dazu gedacht, auf die hier beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt zu sein, welche als Beispiele für die Durchführung des Verfahrens und für den Apparat zur Messung von Partikeleigenschaften anzusehen sind; vielmehr können an der Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche Modifikationen in Bezug auf die Form, die Konstruktion und Anordnung der Teile, die Baudetails sowie die Datenerfassungs- und Datenanalyseverfahren durchgeführt werden.
Die Erfindung ist überdies nicht unbedingt auf die Messung der Eigenschaften fester Partikel in einem flüssigen Medium beschränkt, sondern kann zur Messung der Eigenschaften von Materialien eingesetzt werden, die, wie obenstehend beschrieben, durch Messung der Phasendifferenz zwischen den gestreuten Wellen und der übertragenen Welle abgeleitet werden können, und zwar gemäß möglichen Varianten, die dem Fachmann geeignet erscheinen werden und in den in den beigefügten Ansprüchen definierten Bereich der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum Messen von Partikeleigenschaften, umfassend die folgenden Schritte: das Erzeugen eines Strahlenbündels (TB), das entlang einer Hauptrichtung (z) verbreitet wird, das Beleuchten eines Beobachtungsbereichs (MR), der von einer Mehrzahl von Partikeln (B) eingenommen oder durchquert wird, mit dem Strahl (TB), wobei ein Teil des Strahls (IB) eine Strahlung (SW) verursacht, die durch eine Streuwechselwirkung jenes Teils des Strahls (TB) mit den Partikeln (B) gestreut wird, und wobei ein weiterer Teil (TB) entlang der Hauptachse (z) durch den Beobachtungsbereich (MR) im Wesentlichen ungestört übertragen wird, und das Ermitteln einer Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten, die durch die Interferenz zwischen der gestreuten Strahlung (SW) und der übertragenen Strahlung (TB) bestimmt werden, und zwar auf einer in der Ausbreitungsrichtung (z) angeordneten Ebene (M), dadurch gekennzeichnet, dass es weiters die folgenden Schritte umfasst: das Erkennen von den einzelnen Partikeln (B) jeweils zugeordneten Systemen von Interferenzstreifen, in denen das Interferenzbild von einer Phasenverzögerung der gestreuten Strahlung (SW) in Bezug auf die übertragene Strahlung (TB) betroffen ist, wobei die Verzögerung durch die Wechselwirkung des Strahlenbündels (TB) mit den Partikeln (B) bestimmt wird, und das Bestimmen der Eigenschaften der Partikel (B) anhand der von der Phasenverzögerung betroffenen Streifen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Erkennung der Interferenzstreifensysteme eine Bestimmung der zentralen gebrochenen Ordnung bezüglich der einzelnen Streifensysteme umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Erkennung der Interferenzstreifensysteme eine Bestimmung der Tiefe der Intensitätsmodulation bezüglich der einzelnen Streifensysteme umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strahlenbündel (TB) eine ebene Wellenfront hat.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Detektionsebene (M) in einem vorbestimmten Abstand z_M vom Beobachtungsbereich (MR) angeordnet ist, so dass die Beziehung z_M > a²/λ Gültigkeit hat, wobei λ ein Kennwert für die Wellenlänge der eingesetzten Strahlung und a eine Abmessung ist, welche für die im Beobachtungsbereich (MR) enthaltenen Partikel charakteristisch ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Strahlenbündel (TB) nahe dem Beobachtungsbereich (MR) fokussiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Position des Beobachtungsbereichs (MR) so gewählt wird, um außerhalb der Rayleigh-Zone (RZ) nahe der Position des kleinsten Durchmessers des Strahls (TB) zu liegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strahlung mittels einer Zylinderlinse (2''') fokussiert wird, um eine dünne Lichtschicht (4''') zu bilden, welche den Beobachtungsbereich (MR) im Wesentlichen eindimensional beleuchtet.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beleuchten und das Ermitteln von entgegengesetzten Seiten des Beobachtungsbereichs (MR) erfolgen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches dazu eingerichtet ist, die gebrochene Ordnung im Zentrum des Systems von Interferenzstreifen, das jeweils von einem einzelnen Partikel erzeugt wird, zu bestimmen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln der Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten, die durch die Interferenz zwischen der gestreuten Strahlung (SW) und der übertragenen Strahlung (TB) bestimmt werden, eine Messung der Veränderung der Intensitätswerte im Zeitablauf beim Durchtritt eines Partikels (B) durch den einfallenden Strahl (TB) umfasst, wobei die Bestimmung der Eigenschaften des Partikels (B) auf der zeitlichen Veränderung der von der Phasenverzögerung betroffenen Streifen beruht.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Bestimmung der Eigenschaften der Partikel (B) die Bestimmung der Durchtrittsposition des Partikels (B) durch den einfallenden Strahl (TB) mittels einer Analyse der Asymmetrie des zeitlichen Profils der gemessenen Intensitätswerte voraussetzt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Messung des zeitlichen Profils der gemessenen Intensitätswerte durch Auswahl des Durchtrittsbereichs der Partikel (B) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Bestimmung der den Partikeln (B) jeweils zugeordneten Interferenzstreifensysteme eine Bestimmung der Zentren (C_k) einer Mehrzahl von Interferenzstreifensystemen, die von einer entsprechenden Mehrzahl von Partikeln (B) erzeugt wurden, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Bestimmung der den Partikeln (B) jeweils zugeordneten Interferenzstreifensysteme eine Bestimmung eines Energiespektrums des elektrischen Felds, das mit der Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten übereinstimmt, umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Eigenschaften der Partikel (B) anhand der zu einer niedrigeren Ordnung gehörigen Streifen des Streifensystems solcherart programmiert ist, um die Verteilung der Abmessungen der Partikel (B) zu bestimmen.
Apparat, welcher zur Durchführung eines Messverfahrens gemäß Anspruch 1 eingerichtet ist, umfassend: eine Quelle (1; 1''') des Strahlenbündels (TB), welche zum Beleuchten des Beobachtungsbereichs (MR) geeignet ist, Sensormittel (3; 3'''), die zum gleichzeitigen Nachweis der Strahlung an einer Mehrzahl von Punkten und zum Bereitstellen eines den Nachweis anzeigenden Signals geeignet sind, wobei die Sensoren an der Ausbreitungsachse (z) solcherart angeordnet sind, um eine Mehrzahl von Strahlungsintensitätswerten, die durch die Interferenz zwischen der gestreuten Strahlung (SW) und der übertragenen Strahlung (TB) bestimmt werden, zu ermitteln, wobei die Interferenz von einer Phasenverzögerung der gestreuten Strahlung (SW) in Bezug auf die übertragene Strahlung (TB) betroffen ist und die Verzögerung durch die Wechselwirkung des Strahlenbündels (TB) mit den Partikeln (B) bestimmt wird, und Verarbeitungsmittel, welche, dazu programmiert sind, anhand des Signals den einzelnen Partikeln (B) jeweils zugeordnete Interferenzstreifensysteme zu bestimmen und anhand der von der Phasenverzögerung betroffenen Streifen die Eigenschaften der Partikel (B) zu bestimmen.
Apparat gemäß Anspruch 17, welcher weiters Linsenmittel umfasst, die zwischen dem Beobachtungsbereich (MR) und den Sensormitteln (3; 3''') eingefügt sind, um einen indirekten Nachweis durch Ermittlung der Mehrzahl von Intensitätswerten in einer optisch konjugierten Ebene zu ermöglichen.
Apparat gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, welcher weiters ein System (2''') zum Bilden der Wellenfront basierend auf einer Zylinderoptik umfasst, um eine dünne Strahlungsschicht (4''') für die Beleuchtung des Beobachtungsbereichs (MR) zu bilden.
Apparat gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, welcher weiters ein System (2) zum Bilden der Wellenfront umfasst, das zum Fokussieren der Strahlung in der Nähe des Beobachtungsbereichs (MR) geeignet ist.
Apparat gemäß Anspruch 17 bis 18, welcher weiters ein System zum Bilden der Wellenfront umfasst, das zum Kollimieren der auf den Beobachtungsbereich (MR) fallenden Strahlung geeignet ist.
Apparat gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Sensormittel (3; 3''') einen CCD-, NMOS- oder CMOS-Sensor umfassen.
Apparat gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Sensormittel (3; 3''') eine Mehrzahl von Photodioden umfassen, die solcherart angeordnet sind, um die von der Interferenz zwischen übertragener Strahlung (TB) und gestreuter Strahlung (SW) erzeugte Intensitätsverteilung als Funktion der Zeit zu ermitteln.
Apparat gemäß Anspruch 23, wobei die Photodioden solcherart angeordnet sind, um eine aus vorbestimmten Durchtrittsbereichen der Partikel (B) kommende Strahlung selektiv zu sammeln.
Apparat gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei die Quelle (1; 1''') eine mehrfarbige Quelle ist.