JP2023145669A - 粒子計測システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子サイズ及び濃度の分析のための新規な光学システムを提供する。【解決手段】粒子サイズ及び濃度を分析するための光学システムは、照明ビームを生成する少なくとも１つのレーザと、照明ビームを、集光レンズの焦点領域を通って照明ビームに対して既知又は予め定義された角度で相対的に移動する粒子に集光する集光レンズと、集光レンズの焦点領域内の照明ビームと粒子の相互作用を検出する少なくとも２つの前方検出器と、を含む。集光レンズは、（ｉ）粒子と照明ビームとの間の相対運動の方向に狭く、（ｉｉ）システムの光軸及び粒子と照明ビームとの間の相対運動の方向によって定義される平面に垂直な方向に広い、焦点領域を形成する円筒形レンズである。２つの前方検出器のそれぞれは、２つのセグメント化された線形アレイの検出器を含む。【選択図】 図６

Description

関連出願の相互参照

本特許出願は、２０１７年１０月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／５７７，４０３号の優先権及び利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、粒子サイズ及び濃度の測定の分野に関する。より具体的には、粒子サイズ及び濃度を測定するための光学的方法の使用、及び測定された粒子の改善された検出感度又は改善された特徴付けを達成することに関する。

本明細書で言及された出版物及び他の参考文献は、以下の本文で数値的に参照され、それぞれ、特許請求の範囲の直前に付記された書誌にグループ化されている。

粒子サイズ及び濃度の分析（ＰＳＡ）のための多くの技術が存在しており、Ｔｅｒｒｙ Ａｌａｎによる「粒子サイズ分析入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」（１）及びＮ．Ｓｔａｎｌｅｙ－Ｗｏｏｄ及びＲｏｙ Ｗ． Ｌｉｎｅｓによる「粒子サイズ分析（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）」（１０）という書籍を参考に検討することができる。

最も一般的に使用されている技術は、測定された粒子とレーザ放射との相互作用に基づく光学的なものである。特に、ミー散乱が優勢な１ミクロン以下の粒子サイズ範囲に近づくと、これらの技術のほとんどは、粒子の屈折率の実数部と虚数部の影響による不正確さに悩まされる。例えば、フラウンホーファー回折分析に基づく技術のようないくつかの技術では、光吸収粒子は、吸収に起因するエネルギー損失のためにサイズが過大に評価され、高濃度では、粒子は二次散乱などのためにサイズが過小に評価されることが知られている。さらに、半径ｒの６乗に従って信号が弱まるため、個々のｎｍスケールの粒子を検出する能力は非常に限られており、感度とダイナミックレンジに課題がある。

これらの課題に対してより感度の低い光学技術は、移行時間（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）又はＴＯＴとして知られている。この技術では、走査、集束されたレーザビームと粒子の相互作用は、振幅領域ではなく時間領域で分析されるため、屈折率の変化に対する感度が低くなる。この技術の詳細な説明は、Ｂｒｕｃｅ Ｗｅｉｎｅｒ、Ｗａｌｔｅｒ Ｔｓｃｈａｒｎｕｔｅｒ、Ｎｉｒ Ｋａｒａｓｉｋｏｖによる論文「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ Ｓｐｅｅｄ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｉｎｇ（粒子サイズ測定のための移行時間法と動的画像分析を使用した精度と速度の改善）」（２）に掲載されている。この手法では、相互作用信号から既知のレーザビームプロファイルのデジタルデコンボリューションアルゴリズムがサイズを導出する。濃度は、デジタル共焦点性の原理を用いて、集光されたレーザビームの既知のボリューム内での単位時間あたりの相互作用の数から導き出される。

ＴＯＴ技術における粒子の相互作用は、集束された走査型レーザビームとの相互作用である。より小さな粒子を測定するためには、より小さな集光スポットを使用する必要がある。しかし、ガウシアンレーザビームの回折則によると、ビームのウエストがＤの場合、ビームの発散はλ／Ｄに比例し、λはレーザの波長であり、その結果、λが大きくなるかＤが小さくなるにつれてレイリーレンジと焦点深度は減少する（焦点深度は

となる）。小さな粒子を焦点ボリュームに解像する能力と濃度測定の精度との間のトレードオフは明らかである。したがって、ＴＯＴ技術がサブミクロンの範囲の粒子を分解して測定することを目標としている場合、瞬間的な焦点ボリュームが小さく、粒子の相互作用率が低いため、低濃度の測定には限界がある。一方、より大きなスポットを取ることで、濃度測定率及び精度は向上するが、サイズ分析の品質及び分解能が低下する。

改善は、より短い波長を使用することによって達成でき、与えられた焦点に対してより低い発散をもたらし、それに応じてより長いレイリー範囲をもたらす。これは２倍程度の効果に限定される可能性があり、というのは、波長が短すぎると、光学系によるレーザ光の吸収が起こり、液体中の粒子の場合には、液体による吸収も起こりうるためである。

本出願の出願人の一部に割り当てられた先の特許（米国特許第７，７４６，４６９号、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）は、２つの相反する要件、すなわち、小粒子を分解する能力と、低濃度を測定する能力との間を幾分切り離すための新しい技術及び手段を構造化されたレーザビームによる単一粒子の相互作用に基づく測定を用いて導入している。

米国特許第７，７４６，４６９号で紹介されている方法は、合成ビーム生成に基づいている。本明細書に記載されているような制限は、レーザビームの固有のガウシアンビームプロファイルに起因し、空間分解能がより低いビーム発散で達成され得る提案された合成的に生成されたビームによって幾分対処される。他のエネルギー分布は、合成的に生成され、粒子測定のために使用され得る。この技術を説明した１つの具体的な参考文献は、参考文献（３）である。本書は、本発明で使用される三次元光構造の生成を扱っている。本書は、使用される原理と技術を説明し、いくつかの実施例も提供している。特に、記載されている暗線ビームは、先の発明の第一の関心事である。他の関連する文献は、（４）～（９）である。

暗線ビームは、ビームの中心に暗線スポット又は暗線ラインの特異点を有する以外は典型的なガウスエンベロープを有するレーザビームである。ＰＳＡ（粒子サイズ分析）を目的とした場合のこのビームの主な利点は、暗線中心スポット／ラインが古典的なガウシアンスポットよりも狭く、同じ発散を有するという事実に由来しており、濃度測定のため、及びより大きい粒子の相互作用のために十分なガウシアンビームのボリュームを維持しながら、遮る対象物の位置及び構造に対するより高い感度の可能性をもたらす。暗線ビームは、光学素子（通常は回折素子）を使用して従来のレーザビームを変換するか、又はレーザ共振器の特別な設計により、暗線ビームを放射するように生成できる。これらのレーザモードは、通常、ガウス－ラグエールモードとガウス－ヘルミットモードと呼ばれるセットのメンバーである。

図１を参照すると、図１は、ガウシアンビームの強度曲線を示すチャート１０１を模式的に示した図である。横軸は、ビームの中心からの位置を、例えば、ミクロン単位、又は１０＾（－６）メートル単位で示している。縦軸は、ビーム光強度を、例えば相対単位で示している。

チャート１０１において、例えば、符号１０はガウシアンプロファイルを有するビームの形状を示し、符号１２は暗線ビームの第１のローブの形状を示し、符号１２’は暗線ビームの第２のローブの形状を示し、２つのローブは１８０度位相をずらしているが、このチャートでは強度を示しているので、チャート１０１には示されていない。符号１４は、２つのローブ間の間隔を示し、２つのローブが１８０度シフトされるので、２つのローブの間にはエネルギーがゼロの特異点が存在する。符号１６は、ｅ＾（－２）の強度におけるビームの幅を示し、符号１８は、２つのローブのピーク間の間隔を示す。

図１は、ガウシアンビーム１０の強度曲線と、ガウシアンビーム１０から生成された暗線ビームの強度曲線との比較を示す図である。暗線ビームは、２つのローブ１２、１２’と、２つのローブの間の特異点暗線１４とを有する。両方向矢印は、それぞれ、（ｉ）符号１６で示されるようにガウシアンビーム１４の最大幅≒２ＷＯであり、ＷＯはガウシアンビームのウエストであり、（ｉｉ）符号１８で示されるように暗線ローブ１２、１２’のピーク間の最大幅又はピーク間隔は

である、ことを示している。２つのローブは１８０度位相がずれている。

暗線ビームは、より広い被写界深度にわたって鋭く定義されたエネルギー分布を維持するような方法で生成することができ、したがって、走査型レーザプローブ測定技術又はＴＯＴで実装された場合に、サイズと濃度との間のより良いトレードオフを提供する。さらに、ＴＯＴでは得られない付加的な情報が暗線ビームで得られ、より正確な測定を可能にする。これらの形態を実現するためのいくつかの方法は、米国特許第７，７４６，４６９号の書誌に記載されている参考文献で考えられ、カバーされており、それらの参考文献は、その全体が参考文献として本明細書に組み込まれている。

米国特許第７，７４６，４６９号に記載の光学的セットアップは、単一の前方検出器を含む。粒子サイズは、小粒子については暗線の変調の深さによって測定され、大粒子については相互作用の幅によって測定される。光学セットアップはまた、スキャナを含む。走査速度は粒子速度よりもはるかに高いので、粒子速度は無視できる程度であると仮定され、したがって、粒子サイズは、ビーム速度、相互作用信号の相互作用幅及び変調の深さ、並びにビームの幅から決定され得る。

米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号（これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）の主題は、米国特許第７，７４６，４６９号に記載された方法を改良した粒子サイズ及び濃度の測定のための方法及び装置である。

図２を参照すると、図２は、システムの概略的な説明図である。図２は、米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号に記載の測定システムを模式的に示す。図２に示されたシステムは、ガウシアンビームを生成するレーザ２０と、ビームをコリメートし、ビームエキスパンダ２６として作用する球面レンズ２２、２４と、ガウシアンレーザビームを、線状特異点を有する構造化された暗線ビームに変換する位相マスク２８と、後方散乱光を収集するビームスプリッタ３０と、粒子３６を含む液体又は空気が矢印Ｙの方向に流れるキュベット３４内に暗線ビームを集束する集光レンズ３２と、２つの水平前方検出器３８、４０（明瞭にするために、紙面に対して回転されている）と、を含む。空気中の粒子の場合、粒子を担持する空気の流れは、必ずしもキュベット内に閉じ込められる必要はないことに留意されたい。集光レンズ３２の焦点内の粒子３６からの後方散乱放射は、集光レンズ３２によって収集され、本質的にコリメートされ、ビームスプリッタ３０によって反射され、ピンホール４４を介して後方散乱検出器４６に放射を集束させる集光レンズ４２を介して指向される。

図３を参照すると、図３は、検出器の位置決めを示す概略図である。図３には、照明暗ビームパターンに対する検出器３８、４０の位置関係が示されている。図３において、Ｚ軸は紙面に垂直な光軸であり、Ｙ方向は紙面内のＺ方向に垂直な粒子の流れの方向であり、Ｘ方向はまた紙面内のＺ方向に垂直な方向である。図示されているように、２つの検出器は、Ｘ－Ｙ平面において、Ｙ方向の異なる位置に、暗線特異点に平行に、暗線１４の両側に対称に１つずつ、配置され、検出器３８は、部分的に強度ローブ１２をカバーするように配置され、検出器４０は、部分的に暗線ビームの強度ローブ１２’をカバーするように対称に配置されている。図３を参照して、粒子がビームを上から下に横切ると、出力強度パターンが変更され、検出器は位相のシフトを感知する。基本的に、１つのローブを横切る小さな粒子からの微細な散乱は、ホモダインモードで第２のローブと相互作用する。これにより、散乱が統合されるのではなく、検出前に空間的に分離されるため、より高い感度と付加的な情報が得られる。

検出器の間隔は、暗線ビームの最大強度勾配に合わせることで、感度のために最適化、又は変更、又は構成することができる。様々な分析目的のために、検出器の信号は、（ａ）別個の信号として、（ｂ）２つの検出器信号の差動信号として、（ｃ）２つの検出器信号の和として記録することができる。２つの検出器の信号を減算することにより、レーザノイズのようなコモンノイズが除去され、以て、米国特許第７，７４６，４６９号のシステムを用いて行われたものよりも測定の感度が向上する。

検出される信号は、位相差の結果であり、そのサイズ依存性は、典型的にはｒ＾２．５である。

ｒ＾２．５の信号依存性は、以下の表、及び図１４のＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）ビーズ上のグラフ１４０１及び１４０２に示されている。

２つの前方検出器３８、４０からの信号間の遅延は、粒子との相互作用が起こった光軸Ｚに沿った位置に関する情報を導出するために使用され、したがって、ビームの伝搬方向に沿った位置が既知であれば、その位置での対応するビームプロファイルが既知であり、相互作用信号に基づいて粒子サイズを決定し、ビームプロファイルをデコンボリューションさせる際に、より高い精度をもたらすことができるので、精度を向上させる。或いは、遅延は、焦点でビームと相互作用しない粒子を拒絶するために使用することができる。米国特許第７，７４６，４６９号では、暗線ビームの焦点を通過しない粒子の測定の拒絶は、相互作用信号の傾きに基づいており、精度が低い。これは、粒子の相対速度の知識を必要とする。米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号では、２つの検出器の２つのローブ間の通過時間（例えば、ローブ間の既知の距離を信号間の時間で割ったもの）に基づいて、走査なしで速度を導出することができる。これは、典型的には、走査ビームを用いた場合よりも低いノイズ及び高い感度をもたらす。

後方散乱検出器４６は、ピンホール４４を通る暗線ビームと粒子との相互作用による後方散乱を検出する。ピンホール４４のため、検出は共焦点であり、暗線ビームの焦点内を正確に移動する粒子のみが後方散乱検出器４６によって検出される。後方散乱検出器からの信号は、強度、幅及び変調を介した粒子サイズに関する追加の情報、粒子の反射特性、照明ビームによって生成された蛍光（適切な波長が選択されている場合）を含む追加の情報を提供し、２つの前方検出器からの信号と結合された場合、高解像度の１次元共焦点走査顕微鏡として機能し、並びに／若しくは特定の粒子を特徴付けるために使用され、及び／又は相互作用の性質をクラスタリングすることによって個々の粒子を分類するために使用される情報を明らかにすることができる。

米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号の装置の別の改良点は、記載されているようなシステムにおいて２つの前方検出器を使用することにより、走査の必要性が排除され、上で説明したように、粒子の速度を測定するために静止ビームを用いて測定を行うことができることである。これは、ローブ間のギャップが既知である焦点ゾーン（２つの検出器の信号間の遅延＝０）を通過する粒子の速度を測定することによって達成される。これは、粒子がギャップに比べて小さい場合には容易に実施することができるが、より大きな粒子の場合には、ギャップが、上昇時間と下降時間の中間にプラトーを有する、段階的な信号ランプとして示される。

米国特許第７，７４６，４６９号及び米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号に記載された方法の１つの制限は、照明ビームのスポットサイズが依然として高度に集束されているため、粒子との相互作用の度合が低く、この方法は典型的には比較的高い粒子濃度に対して有効であるということである。

したがって、本発明の目的は、上述の技術の利点を維持しつつ、透明な液体及び気体中の低濃度の汚染物質のための粒子サイズ及び濃度の正確な測定を提供するシステム及び方法を概説すること、及び／又は、半導体及び製薬産業における清浄な液体及び空気中で必要とされるように２０ｎｍ以下の範囲までのサイズ感度を容易にすることである。本発明のさらなる目的は、７ｎｍのＰＳＬまで、及びそれ以下であっても改善された検出感度のためのいくつかの構成を概説し、説明することである。

本発明のさらなる目的及び利点は、説明が進むにつれて明らかになるであろう。

本発明は、暗線ビームとの相互作用に基づく粒子検出の性能を向上させるための様々な側面をカバーする。本発明の下でカバーされるのは、例えば、低濃度で検出するための規定及び機構と、複数の波長を使用してより多くの情報を決定又は検出又は推定するための規定及び機構と、異なるビームプロファイルのための規定及び機構と、デュアルパス検出及びマルチパス検出を使用して向上した感度のための規定及び機構と、２つの偏光の間又は２つの偏光成分の間に遅延を生じさせるための規定及び機構を含む、偏光を介してノイズを低減するための規定及び機構と、クラスタリング－後方散乱、多色相互作用のためのより多くの情報のための規定及び機構と、位相及び振幅分離分析のための規定及び機構と、及び／又はパターン認識を使用して低信号対雑音比（ＳＮＲ）の下で検出するための規定及び機構が挙げられる。

ある側面では、粒子検出システムが提供され、粒子検出システムは、ｉ）粒子を含む流体を流すためのフローセルと、ｉｉ）電磁放射ビームを生成させるための光源と、ｉｉｉ）電磁放射ビームを受信するためのビーム整形光学システムであって、アナモルフィックビームを生成し、アナモルフィックビームの少なくとも一部を、フローセルを通るように向けるためのビーム整形光学システムと、ｉｖ）フローセル及び光源と光学的に通信する少なくとも１つの光検出器アレイであって、光源が、ビーム電磁放射を光学レンズに向け、以てアナモルフィックビームを生成し、フローセルを通るように向けられたアナモルフィックビームの少なくとも一部が、アナモルフィックビームの少なくとも一部とフローセル内に存在する粒子との間の相互作用を測定する少なくとも１つの光学検出器アレイに提供され、以て少なくとも１つの光学検出器アレイの要素に対応する複数の個別信号を生成する、光検出器アレイと、ｖ）粒子を示す個別信号から差動信号を生成するための分析器と、を含む。

ビーム整形光学システムは、１つ以上の円筒形レンズを含み得る。少なくとも１つの光検出器アレイは、前方に伝搬する電磁放射を受信するように配置され得る。

ある側面では、粒子検出システムが提供され、粒子検出システムは、ａ）粒子を含む流体を流すためのフローセルと、ｂ）電磁放射ビームを生成させるための光源と、ｃ）少なくとも２回フローセルを通るようにビームを向けるためにフローセル及び光源と光学的に通信する光ステアリングシステムであって、フローセル内の粒子が、フローセルを通る各個別のパスにおいてビームの異なる部分と相互作用する、光ステアリングシステムと、ｄ）ビームとの相互作用から複数の個別信号を生成するためにフローセルからの電磁放射を少なくとも１つの光学検出器アレイに受信するための光学検出システムと、ｅ）粒子を示す個別信号から差動信号を生成するための分析器と、を含む。

光ステアリングシステムは、少なくとも４回、少なくとも６回、又は任意選択で少なくとも８回フローセルを通るようにビームを向けることができる。光ステアリングシステムは、ビームの偏光状態を変化させるための半波長板、１／４波長板、又はその両方を含み得る。

分析器は、差動信号を時間領域で分析し得る。分析器は、差動信号に基づいて粒子を計数し得る。分析器は、粒子の大きさを特徴付け得る。

電磁放射ビームは、ガウシアンビーム、非ガウシアンビーム、構造化された非ガウシアンビーム、暗線ビーム、又は構造化された暗線ビームであってもよい。アナモルフィックビームは、トップハットビーム、ガウシアンビーム、又は構造化された暗線ビームであってもよい。

本明細書に記載の粒子検出システム及び方法は、フローセルと光学的に通信する少なくとも１つの後方散乱検出器をさらに含み得る。後方散乱検出器は、粒子の反射率を検出し得る。後方散乱検出器は、粒子の蛍光を検出し得る。後方散乱検出器は、粒子が生物学的であるか非生物学的であるかを判定するために使用され得る。

少なくとも１つの光検出器アレイは、セグメント化された線形検出器アレイであり得る。差動信号は、粒子検出システムによってアナログで生成され得る。

本明細書に記載の粒子検出システム及び方法は、プロセッサをさらに含んでもよい。差動信号は、プロセッサによって生成されてもよい。プロセッサは、各出力差動信号を、粒子に対応する既知の信号の事前に生成されたライブラリと比較して、各出力信号が粒子検出イベント又はレーザノイズに対応するかどうかを決定することができる。プロセッサは、フーリエ変換又は高速フーリエ変換を使用して、各出力差動信号を周波数領域に変換することができる。

ある側面において、粒子を検出する方法が提供され、方法は、ｉ）フローセルと光学的に通信する少なくとも１つの光検出器アレイを用意するステップと、ｉｉ）１つ又は複数の電磁放射ビームを生成するステップと、ｉｉｉ）ビーム整形光学システムを用いて１つ又は複数の電磁放射ビームを整形してアナモルフィックビームを生成するステップであって、アナモルフィックビームの少なくとも一部がフローセルを通り少なくとも１つの光検出器アレイに提供されるように向けられるようにする、ステップと、ｉｖ）フローセルを通るように流体を流し、以てアナモルフィックビームと流体中に存在する粒子との間の相互作用を発生させるステップと、ｖ）少なくとも１つの光検出器アレイを用いてフローセル内の粒子とアナモルフィックビームとの相互作用を検出し、以て少なくとも１つの光検出器アレイの要素に対応する検出器出力信号を生成するステップと、ｖｉ）検出器出力信号のうちの２つ以上に基づいて差動信号を生成するステップと、ｖｉｉ）差動信号を分析して、粒子の１つ以上の特性を検出及び／又は決定するステップと、を含む。

ある側面において、粒子を検出する方法が提供され、方法は、ｉ）少なくとも１つの光検出器アレイと、粒子を流すためのフローセルとを用意するステップと、ｉｉ）少なくとも１つの電磁放射ビームを生成し、ビームを光ステアリングシステムに向けるステップと、ｉｉｉ）ビームがフローセルを少なくとも２回通過するように、光ステアリングシステムを用いてビームを向けるステップと、ｉｖ）フローセルを通るように流体を流し、以てビームと流体中の粒子との間の相互作用を生成させるステップであって、粒子とビームとの間の相互作用が、個別パス毎にビームの異なる部分で発生する、ステップと、ｖ）粒子とビームとの間の相互作用から複数の検出器信号を生成するために少なくとも１つの光検出器アレイにビームを向けるステップと、ｖｉ）複数の検出器信号に基づいて差動信号を生成するステップと、ｖｉｉ）差動信号を分析して、粒子の１つ以上の特性を検出及び／又は決定するステップと、を含む。

差動信号を分析するステップは、時間領域で実行され得る。電磁放射ビームは、ガウシアンビーム、非ガウシアンビーム、構造化された非ガウシアンビーム、暗線ビーム、又は構造化された暗線ビームであってもよい。アナモルフィックビームは、トップハットビーム、ガウシアンビーム、構造化された非ガウシアンビーム、又は構造化された暗線ビームであってもよい。

ビーム整形光学システムは、１つ以上の円筒形レンズを含み得る。少なくとも１つの光学検出器アレイは、セグメント化された線形検出器アレイであり得る。

差動信号を分析するステップは、差動信号を粒子に対応する既知の信号の事前に生成されたライブラリと比較するステップを含み得、差動信号が粒子検出イベント又はレーザノイズに対応するかどうかを決定する。差動信号を分析するステップは、フーリエ変換又は高速フーリエ変換を用いて差動信号を周波数領域に変換するステップを含み得る。差動信号を分析するステップは、粒子を特徴付けるステップ、例えば、粒子を計数するステップ、粒子のサイズを決定するステップ、又はその両方を行うステップを含み得る。

さらに、本明細書に記載された追加の実施形態及びシステムは、本明細書に記載された方法に有用に組み込まれてもよい。

本明細書で使用される「アナモルフィックビーム」は、２つ以上の空間次元で独立した光学パワーを有することを特徴とする電磁放射のビームを指す。アナモルフィックビームは、２つ以上の空間次元において異なる光学パワーを有してもよい。アナモルフィックビームは、フローセルの断面積（例えば、ｚ方向に流れる場合に粒子が通過するｘ－ｙ平面）に対応する２つの空間次元において独立した異なる光学パワーを有してもよい。

「光検出器アレイ」とは、個々の検出器素子のグループ又はアレイ、例えば、光検出器又はフォトダイオードの１次元又は２次元アレイを指す。

本発明の上記及び他のすべての特徴及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な説明を通して、さらに理解されるであろう。

ガウシアンビームと暗線ビームの２次元強度プロファイルを示す図である。 先行技術の粒子モニタリングシステムを模式的に示す図である。 照明暗線ビームパターンに対する図２のシステムの前方検出器の検出器平面内の位置を模式的に示す図である。 本発明の粒子モニタリングシステムの一実施形態を模式的に示しており、焦点ゾーンが細長く、集光光学系が検出器アレイにローブを投影し、ＤＡＱ（データ収集ボード又はサブシステム）に接続されている。 本発明に従った、デュアル検出器アレイによって部分的に覆われている検出面におけるビームの２つのローブを模式的に示しており、アレイにおいて、各対は図３の検出器３８及び４０として機能する。 本発明に従った、ウェハの表面又は他の表面上の小粒子のサイズ及び濃度を検出して測定するための光学セットアップの一実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従った、図６の光学セットアップで使用される走査方向を模式的に示す図である。 本発明に従った、Ｙ方向にフーリエ変換（ＦＴ）してＸ方向に結像するラインフォーカスを有する集光光学系を模式的に示す図である。 本発明に従った、Ｙ方向にフーリエ変換（ＦＴ）してＸ方向に結像するラインフォーカスを有する集光光学系を模式的に示す図である。 本発明に従った、Ｙ方向にフーリエ変換（ＦＴ）してＸ方向に結像するラインフォーカスを有する集光光学系を模式的に示す図である。 本発明に従った、２つの波長又は複数の波長を有する、米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号の方法に基づく修正されたセットアップを実施するシステムを模式的に示す図である。 本発明に従った、シングルパス検出スキーム並びに改良されたデュアルパス及びマルチパス検出スキームを模式的に示す図である。 本発明に従った、デュアルパスシステムの一実施形態の例示的な実施形態のラベル付き写真を示す図である。 本発明に従った、蛍光検出スキームを模式的に示す図である。 本発明に従った、偏光を介してＳＮＲをさらに高めるアプローチを模式的に示す図である。 本発明に従った、信号依存性を示す２つのグラフを模式的に示す図である。 本発明に従った、１つのチャネルで検出された相互作用の例を示す図である。 本発明に従った、上側と下側のＰＤＡ素子の間の差を示す、差動信号の例を示す図である。 本発明に従ったアルゴリズムによって検出されたマッチングパターン形状を示す図である。 本発明に従ったフィルタパラメータを示す図である。 本発明に従って生成された相互作用散乱プロットを示す図である。

本発明者らは、透明な液体又は気体中の低濃度の汚染物質に対する測定の感度を向上させるために、特にレンズ３２を球面レンズから円筒レンズに変更することにより、図２の光学系を変更した。図５に模式的に示されている本発明の一実施形態の光学エネルギー分布は、暗線特異点を有するラインフォーカスを含む。Ｘ方向のトップハットライン分布を含む、より高いレベルのアナモルフィックビームプロファイルを達成するための他の光学設計は、本発明の一部である。集束されたビームは、円形焦点について上で説明したのと同じように粒子と相互作用し、次いで検出器アレイに投影され、したがって、図３に図示され説明された形態の複数の検出器対によって並列検出を達成する。図４に模式的に示されている追加の円筒状の集光光学系は、ビームプロファイルを検出器サイズに一致させるために、焦点ゾーンと検出器との間で使用することができる。このレンズは、例えば、Ｘ方向のイメージングとＹ方向のフーリエ変換とを作成するために使用することができる。そのようなレンズ設計の例は、図８Ａに模式的に示され、図８Ｂには、４ｍｍの検出器でのＸ方向のイメージングをさらに示し、図８Ｃには、Ｙ方向のフーリエ変換をさらに示す。

この結果、もし、図２及び図４のように、Ｚ軸が紙の平面内の光軸であり、Ｙ軸が同じく紙の平面内のＺ方向に垂直な粒子の流れの方向であり、Ｘ方向が紙の平面に垂直である場合、粒子との相互作用の位置における照明ビームの焦点は、Ｙ方向において非常に鋭く、Ｘ方向において比較的非常に細長い線であり、理想的には、暗線特異点の方向であるＸ方向に沿ったトップハット分布［好ましい方向における平坦なエネルギー分布を達成するための光学的設計］を有するものである。本発明者らによって構築され、試験されたシステムにおいて使用された焦点のための例示的であるが、限定的ではない寸法は、Ｙ方向に１ミクロンの暗線ビーム、及びＸ方向に１２０ミクロンのトップハットである。方法をテストするために本発明者らによって構築され、使用されたシステムの特定の実施形態では、検出器アレイは、３２組のＳｉＰＩＮフォトダイオード検出器素子を含んでいた。したがって、前方の検出器については、素子の各対は、１２０／３２≒４ミクロンのイメージを形成した。

Ｘ方向では、検出器はビームの画像を参照し、検出器アレイが４ｍｍの長さである上述の例示的な実施形態では、焦点ゾーンの１２０ミクロンの幅が４ｍｍに拡大される。Ｙ方向において、図３の前方散乱検出器、又は図６の後方散乱検出器（以下、本明細書参照）は、ビームのフーリエ変換（遠方場）を参照する。

粒子はＹ方向に流れており、ビームの狭い側だけと相互作用するので、Ｙ方向の空間分解能に影響を与えることなく、このように方向に焦点を広げることが可能である。

米国特許第７，７４６，４６９号及び米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号に記載の特異点及びホモダインアプローチに基づいても、１２０×１μｍ^２の焦点領域で１０から２０ナノメートルの粒子を検出しようとする場合、ＳＮＲ及びコントラストの大きな課題がある。本発明においてこの問題を克服するために、図２に示された２つの前方水平検出器３８及び４０は、図５に示されたシステムにおいて、２つのセグメント化されたマッチした線形アレイの検出器３８＊及び４０＊に置き換えられている。

図５は、検出器平面内の暗線１４及び暗線ビームの２つのローブ１２、１２’のピーク強度領域に対する検出器アレイ３８＊、４０＊の位置を記号的に示している。測定は、暗線を挟んで対応する対の検出器素子（例えば、図５の１ａ、１ｂ）からの信号を用いて行われる。このようにして、同じ空間分解能を維持しながら、アレイ内の対での並列検出が促進され、焦点ゾーンのレーザ出力密度が図２のものと同様である限り、同じＳＮＲが達成される。このようにして、集光ビームの相互作用率は、典型的には検出器対の数に相当するファクターで増加する。

新しい本発明の場合、図２に示す後方散乱検出器４６は、従来技術のシステムにおける後方散乱検出器４６のような単一の検出器のいずれかであり得る検出器４６＊に拡張することができるが、差動信号を測定することができ、以てランダムノイズの影響を低減するために、２つの検出器４６＊ａ及び４６＊ｂを使用することが有利である。システムの本実施形態では、図２のようなシステムに組み込まれ得る２つの検出器４６＊ａ及び４６＊ｂは、ラインフォーカスの画像をカバーするＰＭＴ又はＡＰＤのような高感度検出器の、単なる単一検出器又はデュアル検出器であってもよい。後方散乱は暗視野内にあり、それゆえ、バックグラウンドショットノイズを低減するための検出器のアレイは典型的には不要である。それでも、前方検出器３８＊及び４０＊と同様のセグメント化された線形アレイは、高感度の連続領域又はフローマッピングのような他の利点、及び／又は前方検出器アレイと同様に改善された検出率及びクラスタリングのために考慮され得る。

図６は、粒子がＳｉウェハの表面上にある特別な実施形態を示す。ウェハは反射性であり、したがって、検出器アレイ５８は、ビームが反射されて戻ってきて粒子を２回通過する前方散乱と位置的に等価である。この構成の検出器アレイ５８は、粒子を２回通過した後にウェハから反射される前方散乱と後方散乱との和を測定する。ラインフォーカスとセグメント化された線形アレイ検出器を使用して、上述したように後方散乱ビームを測定することは、ラインフォーカスによるカバレッジ領域がより大きくなるため、粒子の濃度が低い場合に特に有用である。典型的には、１０ｎｍ以下の粒子を検出するためのウェハ全体のカバレッジは、優れた分解能を達成しながら、１時間当たり１０から２０枚のウェハのレートに準拠して、数分で達成することができる。実施形態の例としては、トップハットの幅が０．５ｍｍで、ビームに対するウェハの走査速度が１ｍ／ｓｅｃの場合が挙げられる。これにより、５００ｍｍ＾２／ｓｅｃの検出領域が得られ、３００ｍｍのウェハでは、完全なカバレッジは３分以内である。

ＤＡＱ：
検出器からの出力を処理するために、専用のデータ収集システム（ＤＡＱ）及びアルゴリズムが本発明者らによって開発された。各フォトダイオードの出力は、特に低雑音プリアンプ、トリガ出力を提供するための構成要素、バッファ、及び出力信号の多重化又は別個のイベントの転送を可能にするための各対の２つの検出器間のインターフェースボードを含むＤＡＱの６４の入力チャネルのうちの１つに供給される。

一実施形態では、例えば、ＤＡＱシステムは、４つのボードを含み、検出器１、２、３、４が異なる捕捉ボードにチャネリングされ、チャネル５、６、７、８が同じ捕捉ボードにチャネリングされる、検出器要素とＤＡＱへのそれらの接続のスマートシーケンスのアルゴリズムを利用する。典型的には、しきい値設定はＤＡＱで行われ、しきい値トリガイベントの前後に構成可能な持続時間のパケットのみが、さらなる処理のためにコンピュータ又はプロセッサに転送される。各パケットは正確なタイムスタンプを伴っているので、イベントの濃度は、相互作用の数と相互作用の既知のゾーン／ボリュームに基づいて計算することができる。このアプローチは、４つの隣り合う検出器対のうちの２つ以上が相互作用に遭遇することがほとんどない低濃度の場合に有効である。ＤＡＱのこのトポロジーは、例えば、大きな粒子が検出器を通過し、最大４組の隣り合う検出器素子によって信号が生成される場合、データ収集は、第１組の素子からの信号がチャネル１に行き、第２組の素子からの信号がチャネル２に行き、第３組の素子からの信号がチャネル３に行き、第４組の素子からの信号がチャネル４に行き、第５組の素子からの信号が再びチャネル１に行き、第６組の素子からの信号が再びチャネル２に行く、などとなるように分割される。このようにして、相互作用がタイムスタンプの近い複数のチャネルに記録される大きな粒子について情報を収集することができる。

さらなる処理のために外部プロセッサ又はコンピュータに転送されるデータは、効率的であり、相互作用情報のみを含む。低濃度では、大部分の時間は、相互作用が存在せず、プロセッサに転送されるしきい値を通過するデータはなくなる。濃度限界は、２つの粒子が統計的に同時に検出器の前を通過することができないか、又はアルゴリズムがこれを検出することができ、単一粒子検出以外のすべての測定を無視するようにすることである。

より高い濃度の場合には、ほとんどの時間に相互作用信号が存在するので、分析のためにすべてのデータを外部プロセッサに転送する戦略である。高濃度の検出に関連する実施形態は、各対の２つの検出器の間で減算する差動プリアンプのものである。この実施形態は、相互作用信号の初期しきい値を可能にする。これは、例えば、ＣＭＰ用途（化学機械研磨スラリー）のように、粒子の大きなテールが検出される場合に関連している。この場合、相互作用は、相互作用強度によって光学的にフィルタリングされ、膨大な量の小粒子の相互作用を除去することができる。

差動信号の他の利点は、コモンノイズの除去であり、より低いしきい値レベルを可能にし、それゆえに小さな粒子に対する感度を向上させることができる。

もちろん、上述したすべてのＤＡＱの高度な機能は、差動信号に適用でき、さらなる処理を可能にする。

信号識別アルゴリズムは、粒子サイズ、タイプ、及び濃度を決定することができる。アルゴリズムの説明は以下の通りである。

低ＳＮＲのためのパターンマッチング：
図１５は、チャネルの１つで検出された相互作用の例１５０１を示す。

正及び負のチャネル（正及び負のチャネルは、ＰＤＡでの単一対の２つの検出器からの読み取り）は、特定の相対的な構造を有することがわかる。

図１６は、それらの差である差動信号の例１６０１を示しており、例えば、上側と下側のＰＤＡ要素の間の差を示している。

差動信号は、検出された２つのチャネル（正及び負）よりもノイズが少ない。本発明者らは、より低いＳＮＲ条件で類似の信号を検出するために、一致したフィルタに基づくパターン認識を使用し、フィルタのバンクに対する差動信号の畳み込みを実行した。

ｙ_ｋ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＊ｈ_ｋ（ｔ）
ここで、ｘ（ｔ）は差動信号であり、ｈｋ（ｔ）は特定のマッチングフィルタであり、ｙｋ（ｔ）は出力である。すべてのフィルタｈｋ（ｔ）は単位エネルギーに正規化されている。

信号ｘ（ｔ）の形状は、ビーム構造、粒子サイズ及び焦点に対するＸＹＺ空間における相互作用の位置に依存するので、将来的に異なる相互作用が発生した場合に置き換えることができる多数のマッチングフィルタｈｋ（ｔ）を作成する。

異なる信号を検出するために、アルゴリズムにおけるマッチングパターン形状を示す図１７の例１７０１で示されるように、マッチングフィルタの可変遅延及び幅が使用される。

実際には、フィルタバンクは、信号部分空間にまたがる非直交基底を提供する。主な考え方は、スパース信号表現に関連する論文に概説されている。関連するレビューは、Ａｌｆｒｅｄ Ｍ． Ｂｒｕｃｋｓｔｅｉｎ、Ｄａｖｉｄ Ｌ． Ｄｏｎｏｈｏ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｅｌａｄによる出版物、「Ｆｒｏｍ Ｓｐａｒｓｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｓｐａｒｓｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅｓ（方程式のシステムのスパース解から信号と画像のスパースモデリングまで）」、ＳＩＡＭ Ｒｅｖｉｅｗ（２００９）－Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ， Ｖｏｌｕｍｅ ５１、Ｎｕｍｂｅｒ １、３４－８１ページであり、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、各センサの応答を次のようなガウス関数の微分で表してもよく、

ここで、振幅値は無視される。

互いに相互作用する２つのローブがあるので、トータルフィルタ応答ｈ（ｔ）は

となり、ここで、ローブはゼロを中心に対称であり、それらの平均応答はｆｍ（ｔ）とｆ－ｍ（ｔ）であると仮定される。

相互作用はＺ軸の任意の場所で起こる可能性があるので、アルゴリズムはそれぞれ遅延パラメータと呼ばれるｍと幅パラメータと呼ばれる異なるσとを用いて対処する。未知のＺ距離から検出するために、フィルタのセットｈｋ（ｔ）が生成され、ｋはある対｛ｍｋ、σｋ｝を表す。各フィルタは、フィルタパラメータを示す図１８の例１８０１で説明し、示すように、正及び負のデータチャネルに対して、特定の遅延及び幅パラメータを有するように設計されている。

各出力信号ｙｋ（ｔ）の絶対値が計算され、最大値が（例えば、解析ソフトウェアによって設定することができる）しきい値と比較される。しきい値を超える最大応答を生じさせたフィルタのパラメータは、遅延及び幅の指標として使用される。振幅は最大値ｙｋ（ｔ）から取られる。

すべての相互作用に対するベストマッチングフィルタパラメータに基づいて、相互作用散乱プロットを示す図１９の例１９０１のように、ヒストグラムが計算されるか、又は生成される。

本発明の方法は、空気媒介試料及び液体媒介試料の測定に適しており、本発明者らによって、両方の場合について成功裏に試験されている。実験セットアップは、ナノ粒子を生成するためにエレクトロスプレーを使用した。結果は、以下の表に記載の通りであった。

本発明の方法が使用され得る用途のいくつかの例としては、製薬産業及び半導体産業における超純水又は他の液体の品質を監視すること、及びクリーンルームにおける環境空気を監視することが挙げられる。空気中の粒子の場合には、粒子を運ぶ空気流はキュベット内に閉じ込められていてもよく（必ずしもそうである必要はないが）、粒子の速度は、上で説明したように、本質的な相互作用情報によって決定され得ることに留意されたい。

空気媒介粒子及び液体媒介粒子の測定に加えて、本発明のシステム及び方法は、表面上の小粒子のサイズ及び濃度の検出及び測定に使用することができる。このような測定への方法の用途の例示的な例は、半導体産業において見出すことができ、製造プロセスにおいて基板として使用されるベアウェハの表面、又はレチクル上の塵及び他の微小粒子の存在、濃度、及びサイズを検出し、識別することが非常に重要である。

図６は、ウェハ５４の表面上の微小粒子のサイズ及び濃度を検出及び測定するための光学セットアップの一実施形態を模式的に示す。レーザ２０によって放出された光は、ビームアイソレータ４８、暗線特異点を生成するための対策を有する又は有さない集束光学系５０、及びビームスプリッタ５２を通過してウェハ５４に到達する。ウェハ５４の表面から反射された光は、ビームスプリッタ５２によって２つの部分に分割される。第１の部分は、集光レンズ５０を通過し、ビームアイソレータ４８によって吸収される。反射光の第２の部分は、集光光学系５６を通過し、セグメント化された前方線形検出器アレイ５８によって検出される。検出器からの光信号は、上で説明したように、反射された前方散乱と後方散乱を含む。図６は、この方法のこの用途を説明するために必要な要素のみを示している。示されていないのは、暗線ビーム又は線形焦点を形成するために使用される光学要素である。検出器アレイ５８は、例えば図４及び図５のように、２つの検出器アレイ（デュアルアレイ）を含む。

図７は、図６の光学セットアップで使用される走査方向を模式的に示す。Ｚ軸は入射光軸であり、Ｘ軸は暗線ビーム方向であり、Ｙ軸は走査方向である。ウェハ５４は、Ｘ－Ｙ走査ステージに配置されている。任意選択的なチップチルトＺステージを使用して、ウェハの画像化された部分がフォーカスされていることを保証することができる。方法論及びフォーカスフィードバックセンサは、モーション産業で知られているように、一般的な慣行に基づいて実施されてもよい。

スキャンの間、（静止した）暗線ビーム６０が効果的に矢印の方向にウェハ５４の表面上を移動するように、ウェハ５４はＹ方向に移動する。ウェハの表面全体を覆うために、ラスタ、メアンダ、又は他の走査パターンを適用することができる。実際には、走査ステージのクローズループ制御を介してアレイの位置が知られているので、汚染の画像又はマップを作成することができる。

米国特許第７，７４６，４６９号、米国特許出願公開第２０１５／０２６０６２８号、及び本特許出願に記載されている方法は、以下に記載されているような多くの修正及び改良を加えて実施することができる。

（１）他のビームプロファイルの使用：
粒子と相互作用するために暗線ビームを用いて方法が記載されているが、他の非ガウス構造化ビームを用いて、又はガウシアンビームを用いて、必要な変更を加えて同じ光学的セットアップを用いて実施することができる。暗線ビームを使用する場合、バックグラウンド信号は低く、それに対応してバックグラウンドショットノイズも低くなる。しかしながら、ガウシアンビームのスポットサイズは、与えられた数値開口数に対して小さくなるため、いくつかの構成では相互作用信号が高くなり得る。このように、場合によっては、ガウシアンビームの方がより良い信号対雑音比（ＳＮＲ）を得ることができる。

調査の結果、暗線ビームはフォトダイオード検出器、パワー、スポットサイズを最適化することで非常に効果的になることがわかった。暗線ビームは、検出器がビームの各ローブの５０％を受信するような大きさでなければならない。暗線ビームの効果を得るためには、検出器のノイズ／ＤＡＱの分解能によって制限されないように、信号が十分に強くなければならない。ビームの発散には、より多くのレーザパワーが必要である。

金対ＰＳＬ、暗線ビーム対ガウシアンビームの分析：
金対ＰＳＬ：データは、ＰＳＬによって生成された信号が、ほとんどが位相増強によるものであることを示唆しているが、金によって生成された信号はオブスキュレーションの強い成分も有する。

暗線ビーム対ガウシアンビームの実験：暗線ビームとの相互作用信号は、ガウシアンビームとの相互作用に比べて２．６６倍強い。

（２）複数波長の使用：
上述のように１つの照明レーザを使用する代わりに、光学システムの実施形態は、それぞれが異なる波長を有する２つ以上の照明レーザを含む。それらはすべて同じ焦点ゾーンを有し、それらの測定断面の一部を共有している。したがって、それらの間で急速に切り替え、検出を切り替え速度に同期させることによって、いつナノ粒子がビームを通過するかを検出するだけでなく、追加のスペクトル情報に基づいて、それがどのようなタイプの粒子であるかをよりよく特徴付けることが可能である。

この多波長の方法とシステムの別の実施形態では、ダイクロイックビームスプリッタと２つの検出器を使用しているため、レーザ間の切り替えが不要で、両方の波長の信号を並行して得ることができる。暗線ビーム測定方法を、図９のシステム９０１に示すように、暗線ビーム測定方法を、同じ光路に沿って向けられ、キュベットの中心に集束する、異なる波長（λ１、λ２）を有する２つの暗線ビームに拡張する。

色収差のある対物レンズの場合、各波長が光軸に沿って異なる焦点ゾーンを有しているため、検出の断面積を増やす。

無彩色対物レンズの場合、粒子－ビーム相互作用を、同じ粒子のための２つの別々の相互作用として考えることが可能である。各相互作用は、異なる波長で粒子の屈折率を探り、ＳＮＲを向上させ、スペクトル挙動に基づいて粒子を特徴付ける能力を向上させる。

（３）偏光の使用：
本発明の他の実施形態では、システムの性能を向上させ、偏光によって明らかにされる粒子の特性を調査することを可能にするために、偏光光学素子が含まれる。

交差した偏光子を介して検出することにより、バックグラウンドノイズを低減しつつ、粒子からの複屈折信号を検出することができる。

（４）デュアルパス／マルチパス検出スキームの使用：
本発明の別の実施形態では、粒子を通過するビームのデュアルパス又はマルチパス（マルチパス）を採用し、信号レベルを向上させている。同じビームは、キュベット内の同じ粒子と相互作用するようにリダイレクトされ、以てＳＮＲが増加する。

これは、本発明のいくつかの実施形態に従った、シングルパスセットアップ１００１、ダブルパス（又はデュアルパス）セットアップ１００２、及びマルチパス（又はマルチパス）セットアップ１００３を示す図１０に示されている。

図１０に示された実施形態では、例えば、符号１は、レーザ（例えば、レーザトランスミッタ、レーザジェネレータ、レーザビームソース）を示し、符号２は、アイソレータを示し、符号３は、ビームエキスパンダを示し、符号４は、ミラーを示し、符号５は、位相マスクを示し、符号６は、半波長板を示し、符号７は、ミラーを示し、符号８は、対物レンズを示し、符号９は、キュベットを示し、符号１０は、集光光学素子を示し、符号１１は、検出器を示し、符号１２は、偏光ビームスプリッタを示し、符号１３は、ミラーを示し、符号１４は、１／４波長板を示し、符号１５は、半透明ミラーを示している。

シングルパス、デュアルパス、マルチパスの間で改善されていることの説明は以下の通りである。

散乱計算：
ビーム径に比べて非常に小さな粒子の場合、ビームが粒子と相互作用するたびに信号が増加する。

ここで、ｔはミラーの透過率、ｒは反射率、Ｓは信号である。

半透明のミラーの場合、ｔ^２＋ｒ^２＝１と主張することができる。

したがって、ｓｉｇｎａｌ＝２Ｓ（１＋ｒ）と書くことができる。

前方散乱と後方散乱の両方が１で表されることがわかるので、Ｓ＝Ｓ（前方散乱）＋Ｓ（後方散乱）と書くことができる。

小粒子の場合、前方散乱と後方散乱は同じような振幅を有する。したがって、ｒ→１を選択することにより、いくつかの実施形態では、最大８倍のより良好なＳＮＲを達成することができる。

もう１つの説明は、伝搬ビームと反射ビームの相互作用の結果としての定在波の発生に関連する。これにより、光軸に沿ったエネルギーのピーク及びゼロが生成される。ピークエネルギーはより高く、より高い電力密度及びより高いＳＮＲを提供する。ピークは光軸Ｚに沿って狭いが、これはビームをＸ方向に延ばすことで十分に補償できる。

本発明によるデュアルパスセットアップの代表的な実施形態のラベル付き写真を図１１に示す。

（５）蛍光検出：
本発明の別の実施形態では、蛍光検出が可能である。概念及びセットアップは、本発明に従った図１２のシステム１２０１に示されている。

短い波長、例えばレーザＬの４０５ｎｍの照明を使用することにより、生体から蛍光が発生し、本明細書での追加の検出は、高空間分解能フローサイトメーターとして機能し、無機物と有機物との間のより良いクラスタリングと分離を可能にするであろう。

（６）偏光、遅延、及び干渉検出：
上で紹介した干渉計検出技術では、散乱信号が粒子サイズの６乗で低下するのに対して、信号は３乗で（ほぼ）低下する。明視野ではなく暗視野を解析することで、ＳＮＲを大幅に向上させることができる。さらに、位相及び振幅は、アナライザを整列させることにより、別々に分析することができる。

別の実施形態を本明細書に記載する。暗線ビーム（ＤＢ）デュアルパスコモンパス干渉計システムでは、入射ビーム（ポンプ）はカルサイトを通過し、時間的に短い遅延時間で平行偏光ビームと垂直偏光ビームの２つのビームに分かれる。垂直偏光ビーム（リーディングビーム）は粒子と相互作用するが、他のビームは相互作用しない。２つのビームは第２の結晶によって再結合され、２つのビームの干渉は検出器（暗視野）で（又は検出器によって）監視される。

図１３は、本発明に従った、偏光を介してＳＮＲをさらに高めるアプローチを模式的に示す。図１３のシステム１３０１は、本発明に従った、デュアルパス又はマルチパス検出スキームへの偏光強化を模式的に示す。

図１３において、例えば、符号１はレーザを示し、符号２はアイソレータを示し、符号３はビームエキスパンダを示し、符号４はミラーを示し、符号５は位相マスクを示し、符号６は半波長板を示し、符号７はミラーを示し、符号８はＢＳ偏光器（例えば、ビームスプリッタ偏光子、又は偏光ビームスプリッタ、又はビームスプリッタと偏光子の組み合わせ）を示し、符号９は１／４波長板を示し、符号１０は偏光板を示し、符号１１は検出器を示し、符号１２は１／４波長板を示し、符号１３は偏光板を示し、符号１４はカルサイト又はカルサイト結晶を示し、符号１５は対物レンズを示し、符号１６はキュベットを示し、符号１７は集光光学系を示し、符号１８はカルサイト又はカルサイト結晶を示し、符号１９はミラーを示す。

図１３に示すように、暗線ビームデュアルパスコモンパス干渉計では、垂直方向からの４５度の偏光ビームがカルサイトを通過し、短い時間遅れ（Δｔ）で直交する２つの偏光ビームに分かれる。カルサイトの高速光軸によって定義される垂直偏光ビームは、前方に進む。時間ｔでは、単一のナノ粒子は、２つの偏光の間の位相シフトを有し、ビームと相互作用する。両方のビームは第２のカルサイトによって再結合され、干渉は検出器で監視される。

この干渉計は暗視野で動作するため、検出の分解能はフォトンノイズに制限される。また、本システムでは散乱場の振幅と位相応答が分離されているため、位相（散乱）と振幅（吸収）に隠された情報を取り出すことができる。これは、偏光板と１／４波長板との間の角度を調整するだけ行うことができる。

この干渉計はホモダインモードで動作するが、反射モード（ヘテロダインモード）でも動作する。その場合、カルサイト結晶は１個だけでよい。

本発明のいくつかの実施形態は、粒子サイズ及び濃度の分析のための光学システムを含み、この光学システムは、（ａ）照明ビームを生成する少なくとも１つのレーザと、（ｂ）前記照明ビームを、集光レンズの焦点領域を通って照明ビームに対して既知の角度で相対的に移動する粒子に集光する集光レンズと、（ｃ）集光レンズの焦点領域内の照明ビームと粒子の相互作用を検出する少なくとも２つの前方検出器と、を含み、集光レンズは、（ｉ）粒子と照明ビームとの間の相対運動の方向に狭く、（ｉｉ）システムの光軸及び粒子と照明ビームとの間の相対運動の方向によって定義される平面に垂直な方向に広い、焦点領域を形成する円筒形レンズであり、２つの前方検出器のそれぞれは、２つのセグメント化された線形アレイの検出器を含む。

いくつかの実施形態では、システムは、表面の粒子を検出するために、表面からの反射で動作するように構成されている。

いくつかの実施形態では、システムは、ウェハ表面の粒子を検出するために、ウェハ表面からの反射で動作するように構成されている。

いくつかの実施形態では、システムは、後方散乱検出を実行するため、及び／又はキュベットを通過する粒子の経路の焦点を決定するための後方散乱検出器をさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、粒子の色分析を実行するための後方散乱検出器をさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、有機粒子と無機粒子とを区別することを可能にする蛍光検出を実行するための後方散乱検出器をさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、後方散乱及び蛍光の両方を検出するためのダイクロイックミラーをさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、暗線ビームの２つのピークを通過する粒子の飛行時間に基づいて粒子速度を決定するための粒子速度測定ユニットをさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、伝搬ビーム及び反射ビームと粒子の２つの相互作用の重ね合わせによって検出を強化するデュアルパスモードで動作するように構成されている。

いくつかの実施形態では、２つのミラーは、信号の複数のパスを可能にし、以て強化された信号を可能にする共振器を生成する。

いくつかの実施形態では、システムは、（ｉ）レーザ背景信号を除去するために、（ｉｉ）粒子の複屈折から利益を得るために、及び（ｉｉｉ）暗視野検出を可能にするために、交差偏光を利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、小さな粒子及び大きな粒子の検出を可能にするために、検出の周期性を有するデュアルアレイのためのデータ収集サブシステムをさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、（ｉ）合成的に生成された潜在的相互作用のアレイの、（ｉｉ）実際の相互作用とのパターンマッチングを実行するための、及びパターンマッチングを利用して、より低いＳＮＲ比での粒子検出を可能にするための、パターンマッチングユニットをさらに含む。

いくつかの実施形態では、システムは、暗線ビームを利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、ガウシアンビームを利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、暗線ビームとガウシアンビームの両方を利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、複数の異なる波長を利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、相互作用のボリュームを強化するために、クロマチック対物レンズを用いて複数の異なる波長を利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、粒子に関するより多くの情報を導出するために、無彩色対物レンズを用いて複数の異なる波長を利用する。

いくつかの実施形態では、システムは、暗線ビーム（ＤＢ）のデュアルパスとコモンパス干渉計を含むデュアルパスセットアップとして構成されており、入射ビーム（ポンプ）は、カルサイトを通過し、短い遅延時間で平行偏光ビームと垂直偏光ビームの２つのビームに分かれる。垂直偏光ビーム（リーディングビーム）は粒子と相互作用し、平行偏光ビームは粒子と相互作用せず、２つのビームは第２の結晶によって再結合され、２つのビームの干渉は検出器（暗視野レイアウト）で監視される。

本発明のシステム（複数可）は、任意選択で、適切なハードウェア構成要素及び／又はソフトウェア構成要素、例えば、プロセッサ、プロセッサコア、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＧＰＵ、回路、集積回路（ＩＣ）、コントローラ、メモリユニット、レジスタ、アキュムレータ、記憶装置、入力ユニット（例えば、タッチスクリーン、キーボード、キーパッド、スタイラス、マウス、タッチパッド、ジョイスティック、トラックボール、マイクロフォン）、出力ユニット（例えば、スクリーン、タッチスクリーン、モニタ、ディスプレイユニット、オーディオスピーカ）、音響センサ（複数可）、光学センサ（複数可）、有線又は無線モデム又はトランシーバ又は送信機又は受信機、ＧＰＳ受信機又はＧＰＳ要素、又は他の位置ベース又は位置決定ユニット又はシステム、ネットワーク要素（例えば、ルータ、スイッチ、ハブ、アンテナ）、並びに／或いは他の適切な構成要素及び／又はモジュールを含んでいてもよいし、又はそれらを利用して実装されてもよい。本発明のシステム（複数可）は、任意選択で、共在構成要素、リモート構成要素又はモジュール、「クラウドコンピューティング」サーバ又はデバイス又はストレージ、クライアント／サーバアーキテクチャ、ピアツーピアアーキテクチャ、分散アーキテクチャ、並びに／或いは他の適切なアーキテクチャ又はシステムトポロジ又はネットワークトポロジを利用することによって実装されてもよい。

本発明の実施形態に従って、計算、操作及び／又は決定は、単一のデバイス内でローカルに実行されてもよく、複数のデバイスによって又は複数のデバイス間で実行されてもよく、生データ及び／又は処理されたデータ及び／又は処理結果を交換するために通信チャネルを任意選択で利用して、ローカル及び部分的にリモートで（例えば、リモートサーバで）実行されてもよい。

本明細書の議論の一部は、実証目的で、有線リンク及び／又は有線通信に関連しているが、いくつかの実施形態は、この点で限定されるものではなく、有線通信及び／又は無線通信を利用してもよく、１つ又は複数の有線及び／又は無線リンクを含んでもよく、有線通信及び／又は無線通信の１つ又は複数の構成要素を利用してもよく、及び／又は無線通信の１つ又は複数の方法又はプロトコル又は標準を利用してもよい。

いくつかの実施形態は、汎用コンピュータではない特殊目的機械又は特定目的装置を使用することによって、或いは非汎用コンピュータ又は非汎用コンピュータ又は機械を使用することによって実施されてもよい。そのようなシステム又は装置は、「汎用コンピュータ」の一部ではなく、「汎用目的コンピュータ」の一部ではない１つ以上の構成要素又はユニット又はモジュール、例えば、セルラトランシーバ、セルラ送信機、セルラ受信機、ＧＰＳユニット、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、位置決定ユニット、加速度計（複数可）、ジャイロスコープ（複数可）、デバイス指向検出器又はセンサ、デバイス位置検出器又はセンサ、又はそのようなものを利用してもよいし、又はそのようなものを含んでいてもよい。

いくつかの実施形態は、自動化された方法若しくは自動化されたプロセス、又は機械で実装された方法若しくはプロセスとして、又は半自動若しくは部分自動化された方法若しくはプロセスとして、又はコンピュータ若しくは機械若しくはシステム若しくは他の装置によって実行若しくは実施され得るステップ若しくは操作のセットとして実装されてもよいし、又はそれを利用することによって実装されてもよい。

いくつかの実施形態では、非一時的の記憶媒体又は非一時的の記憶物品（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、物理的メモリユニット、物理的メモリユニット）に記憶されていてもよいコード又はプログラムコード又は機械読み取り可能な命令又は機械読み取り可能なコードを使用して実施されてもよく、そのようなプログラム又はコード又は命令は、プロセッサ又は機械又はコンピュータによって実行されると、そのようなプロセッサ又は機械又はコンピュータに、本明細書に記載されているような方法又はプロセスを実行させる。そのようなコード又は命令は、例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、ＳＱＬ、Ｒｕｂｙ ｏｎ Ｒａｉｌｓ、Ｇｏ、Ｃｏｂｏｌ、Ｆｏｒｔｒａｎ、ＡｃｔｉｏｎＳｃｒｉｐｔ、ＡＪＡＸ、ＸＭＬ、ＪＳＯＮ、Ｌｉｓｐ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｖｅｒｉｌｏｇ、ハードウェア記述言語（ＨＤＬ、ＢＡＳＩＣ、Ｖｉｓｕａｌ ＢＡＳＩＣ、Ｍａｔｌａｂ、Ｐａｓｃａｌ、ＨＴＭＬ、ＨＴＭＬ５、ＣＳＳ、Ｐｅｒｌ、Ｐｙｔｈｏｎ、ＰＨＰ、機械語、機械コード、アセンブリ言語などにおけるコード又は命令を含む（ただし、これらに限定されない）、ソフトウェア、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、プログラム、サブルーチン、命令、命令セット、計算コード、単語、値、記号、文字列、変数、ソースコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、実行可能なコード、静的コード、動的コード、高レベルプログラミング言語、低レベルプログラミング言語、オブジェクト指向プログラミング言語、ビジュアルプログラミング言語、コンパイル済みプログラミング言語、解釈型プログラミング言語、のうちの１つ又は複数のものであってもよいし、又はそれらを含み得る。

例えば、「処理」、「コンピューティング」、「計算」、「決定」、「確立」、「分析」、「チェック」、「検出」、「測定」などの用語を利用した本明細書の議論は、レジスタ及び／又はアキュムレータ及び／又はメモリユニット及び／又は記憶ユニット内の物理（例えば電子）量として表されるデータを他のデータに自動的及び／又は自律的に操作及び／又は変換する、又は他の適切な操作を実行し得る、プロセッサ、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、又は他の電子デバイス又はコンピューティングデバイスの操作（複数可）及び／又はプロセス（複数可）を参照することができる。

本明細書で使用される「複数」及び「複数」という用語は、例えば、「複数」又は「２以上」を含む。例えば、「複数の項目」は、２つ以上の項目を含む。

「１つの実施形態」、「ある実施形態」、「実証的実施形態」、「様々な実施形態」、「いくつかの実施形態」、及び／又は類似の用語への言及は、記載された実施形態（複数可）が、任意選択で特定の構成、構造、又は特徴を含み得るが、すべての実施形態が必ずしも特定の構成、構造、又は特徴を含むわけではないことを示し得る。さらに、「１つの実施形態において」という語句の繰り返し使用は、可能性はあるが、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。同様に、「いくつかの実施形態において」という語句の繰り返し使用は、可能性はあるが、必ずしも同じセット又はグループの実施形態を指すものではない。

本明細書で使用されるように、また別段の指定がない限り、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」などの序列形容詞の使用は、単に、そのような類似のアイテム又はオブジェクトの異なるインスタンスが参照されていることを示すだけであり、そのように記述されたアイテム又はオブジェクトが、時間的に、空間的に、順位的に、又は他の任意の順序付け方法で、特定の与えられた順序になければならないかのように暗示することを意図しているわけではない。

いくつかの実施形態は、一方通行及び／又は双方向の無線通信システム、セルラ無線電話通信システム、携帯電話、セルラ電話、無線電話、パーソナルコミュニケーションシステム（ＰＣＳ）デバイス、無線通信機能を組み込んだＰＤＡ又はハンドヘルドデバイス、モバイル又はポータブル全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイス、ＧＰＳ受信機又はトランシーバ又はチップを組み込んだデバイス、ＲＦＩＤ要素又はチップを組み込んだデバイス、複数入力複数出力（ＭＩＭＯ）トランシーバ又はデバイス、単一入力複数出力（ＳＩＭＯ）トランシーバ又はデバイス、複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）トランシーバ又はデバイス、１つ又は複数の内部アンテナ及び／又は外部アンテナを有するデバイス、デジタルビデオ放送（ＤＶＢ）デバイス又はシステム、マルチスタンダード無線デバイス又はシステム、有線又は無線ハンドヘルドデバイス、例えば、スマートフォン、ワイヤレスアプリケーションプロトコル（ＷＡＰ）デバイスなどと組み合わせて使用することができる。

いくつかの実施形態は、無料又は有料で、「アプリストア」又は「アプリケーションストア」からダウンロード又は入手することができる「アプリ」又はアプリケーション、又はコンピューティングデバイス又は電子デバイスにプリインストールされることができる「アプリ」又は「アプリケーション」、又はそうでなければ、そのようなコンピューティングデバイス又は電子デバイスに搬送され、及び／又はインストールされ得る「アプリ」又は「アプリケーション」を含んでいてもよく、又はこれらを使用することによって実施されてもよい。

本発明の１つ以上の実施形態を参照して本明細書に記載された機能、操作、構成要素及び／又は特徴は、本発明の１つ以上の他の実施形態を参照して本明細書に記載された１つ以上の他の機能、操作、構成要素及び／又は特徴と組み合わせてもよく、又は組み合わせて利用してもよい。

したがって、本発明は、本明細書に記載されているモジュール又は機能又は構成要素の一部又は全部が、上記の議論の異なる場所又は異なる章で議論されている場合でも、又は異なる図面又は複数の図面にまたがって示されている場合でも、本明細書に記載されているモジュール又は機能又は構成要素の一部又は全部の任意の可能な又は適切な組み合わせ、再配置、組み立て、再組み立て、又は他の利用を含み得る。

本発明のいくつかの例示的な実施形態の特定の特徴が図示され、本明細書に記載されているが、当業者であれば様々な修正、置換、変更、及び等価物を生じ得る。したがって、特許請求の範囲は、そのような修正、置換、変更、及び等価物をすべて網羅することを意図している。

書誌／参考文献：
以下の刊行物は、その全体が参照により本明細書に組み込まれ、本発明の実施形態は、任意選択で、以下の刊行物のいずれかに記載された任意の構成要素、システム、方法及び／又は操作を含み得る又は利用することができる。

２０…レーザ、４８…ビームアイソレータ、５０…集光レンズ、５２…ビームスプリッタ、５４…ウェハ、５６…集光光学系、５８…前方線形検出器アレイ。

Claims (56)

1. 粒子サイズ及び濃度の分析のための光学システムであって、
   （ａ）照明ビームを生成する少なくとも１つのレーザと、
   （ｂ）前記照明ビームを、集光レンズの焦点領域を通って前記照明ビームに対して既知の角度で相対的に移動する粒子に集光する集光レンズと、
   （ｃ）前記集光レンズの前記焦点領域内の前記照明ビームと粒子の相互作用を検出する少なくとも２つの前方検出器と、
   を備え、
   前記集光レンズが、（ｉ）前記粒子と前記照明ビームとの間の相対運動の方向に狭く、（ｉｉ）前記光学システムの光軸及び前記粒子と前記照明ビームとの間の相対運動の方向によって定義される平面に垂直な方向に広い、焦点領域を形成する円筒形レンズであり、
   前記２つの前方検出器のそれぞれが、２つのセグメント化された線形アレイの検出器を備える、光学システム。
2. 前記光学システムが、表面の粒子を検出するために、前記表面からの反射で動作するように構成されている、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記光学システムが、ウェハ表面の粒子を検出するために、前記ウェハ表面からの反射で動作するように構成されている、
   請求項１に記載の光学システム。
4. 後方散乱検出を実行するため、及び／又はキュベットを通過する前記粒子の経路の焦点を決定するための後方散乱検出器をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学システム。
5. 前記粒子の色分析を実行するための後方散乱検出器をさらに備える、請求項１～４のいずれか一項の光学システム。
6. 有機粒子と無機粒子とを区別することを可能にする蛍光検出を実行するための後方散乱検出器をさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学システム。
7. 後方散乱及び蛍光の両方を検出するためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学システム。
8. 暗線ビームの２つのピークを通過する前記粒子の飛行時間に基づいて粒子速度を決定するための粒子速度測定ユニットをさらに備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学システム。
9. 前記光学システムが、伝搬ビーム及び反射ビームと粒子の２つの相互作用の重ね合わせによって検出を強化するデュアルパスモードで動作するように構成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の光学システム。
10. ２つのミラーが、信号の複数のパスを可能にし、以て強化された信号を可能にする共振器を生成する、請求項１～９のいずれか一項に記載の光学システム。
11. 前記光学システムが、（ｉ）レーザ背景信号を除去するために、（ｉｉ）粒子の複屈折から利益を得るために、及び（ｉｉｉ）暗視野検出を可能にするために、交差偏光を利用する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学システム。
12. 小さな粒子及び大きな粒子の検出を可能にするために、検出の周期性を有するデュアルアレイのためのデータ収集サブシステムをさらに備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学システム。
13. （ｉ）合成的に生成された潜在的相互作用のアレイの（ｉｉ）実際の相互作用とのパターンマッチングを実行する、パターンマッチングユニットをさらに備え、パターンマッチングを利用して、より低いＳＮＲ比での粒子検出を可能にする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の光学システム。
14. 前記光学システムが、暗線ビームを利用する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学システム。
15. 前記光学システムが、ガウシアンビームを利用する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学システム。
16. 前記光学システムが、暗線ビームとガウシアンビームの両方を利用する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学システム。
17. 前記光学システムが、複数の異なる波長を利用する、請求項１～１６のいずれか一項に記載の光学システム。
18. 前記光学システムが、相互作用のボリュームを強化するために、クロマチック対物レンズを用いて複数の異なる波長を利用する、請求項１～１７のいずれか一項に記載の光学システム。
19. 前記光学システムが、前記粒子に関するより多くの情報を導出するために、無彩色対物レンズを用いて複数の異なる波長を利用する、請求項１～１８のいずれか一項に記載の光学システム。
20. 前記光学システムが、暗線ビーム（ＤＢ）のデュアルパスとコモンパス干渉計を備えるデュアルパスセットアップとして構成されており、
    入射ビーム（ポンプ）が、カルサイトを通過し、短い遅延時間で平行偏光ビームと垂直偏光ビームの２つのビームに分かれ、
    前記垂直偏光ビーム（リーディングビーム）が前記粒子と相互作用し、
    前記平行偏光ビームが前記粒子と相互作用せず、
    前記２つのビームが第２の結晶によって再結合され、前記２つのビームの干渉が検出器（暗視野レイアウト）で監視される、請求項１～１９のいずれか一項に記載の光学システム。
21. 粒子を含む流体を流すためのフローセルと、
    電磁放射ビームを生成させるための光源と、
    前記電磁放射ビームを受信するためのビーム整形光学システムであって、アナモルフィックビームを生成し、前記アナモルフィックビームの少なくとも一部を、前記フローセルを通るように向けるためのビーム整形光学システムと、
    前記フローセル及び前記光源と光学的に通信する少なくとも１つの光検出器アレイであって、前記光源が、前記ビーム電磁放射を前記光学レンズに向け、以て前記アナモルフィックビームを生成し、前記フローセルを通るように向けられた前記アナモルフィックビームの前記少なくとも一部が、前記アナモルフィックビームの前記少なくとも一部と前記フローセル内に存在する粒子との間の相互作用を測定する前記少なくとも１つの光学検出器アレイに提供され、以て前記少なくとも１つの光学検出器アレイの要素に対応する複数の個別信号を生成する、光検出器アレイと、
    前記粒子を示す前記個別信号から差動信号を生成するための分析器と、
    を備える粒子検出システム。
22. 前記ビーム整形光学システムが、１つ以上の円筒形レンズを備える、
    請求項２１に記載の粒子検出システム。
23. 前記少なくとも１つの光検出器アレイが、前方に伝搬する電磁放射を受信するように配置される、請求項２１又は２２に記載の粒子検出システム。
24. 粒子を含む流体を流すためのフローセルと、
    電磁放射ビームを生成させるための光源と、
    少なくとも２回前記フローセルを通るように前記ビームを向けるために前記フローセル及び前記光源と光学的に通信する光ステアリングシステムであって、前記フローセル内の前記粒子が、前記フローセルを通る各個別のパスにおいて前記ビームの異なる部分と相互作用する、光ステアリングシステムと、
    前記ビームとの前記相互作用から複数の個別信号を生成するために前記フローセルからの電磁放射を少なくとも１つの光学検出器アレイに受信するための光学検出システムと、
    前記粒子を示す前記個別信号から差動信号を生成するための分析器と、
    を備える粒子検出システム。
25. 前記光ステアリングシステムが、少なくとも４回前記フローセルを通るように前記ビームを向ける、請求項２４に記載の粒子検出システム。
26. 前記光ステアリングシステムが、前記ビームの偏光状態を変化させるための半波長板、１／４波長板、又はその両方を備える、請求項２４又は２５に記載の粒子検出システム。
27. 前記分析器が、前記差動信号を時間領域で分析する、請求項２１～２６のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
28. 前記分析器が、前記差動信号に基づいて前記粒子を計数する、請求項２１～２７のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
29. 前記分析器が、前記粒子の大きさを特徴付ける、請求項２１～２８のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
30. 前記電磁放射ビームが、ガウシアンビームである、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
31. 前記電磁放射ビームが、構造化された非ガウシアンビームである、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
32. 前記電磁放射ビームが、構造化された暗線ビームである、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
33. 前記アナモルフィックビームが、トップハットビーム又は構造化された暗線ビームである、請求項２１～２９のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
34. 前記フローセルと光学的に通信する少なくとも１つの後方散乱検出器をさらに備える、請求項２１～３３のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
35. 前記後方散乱検出器が、前記粒子の反射率を検出する、請求項３４に記載の粒子検出システム。
36. 前記後方散乱検出器が、前記粒子の蛍光を検出する、請求項３４又は３５に記載の粒子検出システム。
37. 前記後方散乱検出器が、前記粒子が生物学的であるか非生物学的であるかを判定するために使用される、請求項３４～３６のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
38. 前記少なくとも１つの光検出器アレイが、セグメント化された線形検出器アレイである、請求項２１～３７のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
39. 前記差動信号が、前記粒子検出システムによってアナログで生成される、請求項２１～３８のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
40. プロセッサをさらに備える、請求項２１～３９のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
41. 前記差動信号が、前記プロセッサによって生成される、請求項４０に記載の粒子検出システム。
42. 前記プロセッサが、各出力差動信号を、粒子に対応する既知の信号の事前に生成されたライブラリと比較して、各出力信号が粒子検出イベント又はレーザノイズに対応するかどうかを決定する、請求項４０又は４１に記載の粒子検出システム。
43. 前記プロセッサが、フーリエ変換又は高速フーリエ変換を使用して、各出力差動信号を周波数領域に変換する、請求項４０～４２のいずれか一項に記載の粒子検出システム。
44. フローセルと光学的に通信する少なくとも１つの光検出器アレイを用意するステップと、
    １つ又は複数の電磁放射ビームを生成するステップと、
    ビーム整形光学システムを用いて前記１つ又は複数の電磁放射ビームを整形してアナモルフィックビームを生成するステップであって、前記アナモルフィックビームの少なくとも一部が前記フローセルを通り前記少なくとも１つの光検出器アレイに提供されるように向けられるようにする、ステップと、
    前記フローセルを通るように流体を流し、以て前記アナモルフィックビームと前記流体中に存在する前記粒子との間の相互作用を生成させるステップと、
    前記少なくとも１つの光検出器アレイを用いて前記フローセル内の前記粒子と前記アナモルフィックビームとの相互作用を検出し、以て前記少なくとも１つの光検出器アレイの要素に対応する検出器出力信号を生成するステップと、
    前記検出器出力信号のうちの２つ以上に基づいて差動信号を生成するステップと、
    前記差動信号を分析して、前記粒子の１つ以上の特性を検出及び／又は決定するステップと、を含む、粒子を検出するための方法。
45. 少なくとも１つの光検出器アレイと、粒子を流すためのフローセルとを用意するステップと、
    少なくとも１つの電磁放射ビームを生成し、前記ビームを光ステアリングシステムに向けるステップと、
    前記ビームが前記フローセルを少なくとも２回通過するように、前記光ステアリングシステムを用いて前記ビームを向けるステップと、
    前記フローセルを通るように流体を流し、以て前記ビームと前記流体中の前記粒子との間の相互作用を生成させるステップであって、前記粒子と前記ビームとの間の相互作用が、個別パス毎に前記ビームの異なる部分で発生する、ステップと、
    前記粒子と前記ビームとの間の前記相互作用から複数の検出器信号を生成するために少なくとも１つの光検出器アレイに前記ビームを向けるステップと、
    前記複数の検出器信号に基づいて差動信号を生成するステップと、
    前記差動信号を分析して、前記粒子の１つ以上の特性を検出及び／又は決定するステップと、を含む、粒子を検出するための方法。
46. 前記差動信号を分析する前記ステップが、時間領域で実行される、請求項４４又は４５に記載の方法。
47. 前記１つ以上の電磁放射ビームが、ガウシアンビームである、請求項４４又は４５に記載の方法。
48. 前記１つ以上の電磁放射のビームが、構造化された非ガウシアンビームである、請求項４４又は４５に記載の方法。
49. 前記１つ以上の電磁放射ビームが、構造化された暗線ビームである、請求項４４又は４５に記載の方法。
50. 前記ビーム整形光学システムが、１つ以上の円筒形レンズを備える、請求項４４に記載の方法。
51. 前記アナモルフィックビームが、トップハットビーム又は構造化された暗線ビームである、請求項４４～５０のいずれか一項に記載の方法。
52. 前記少なくとも１つの光検出器アレイが、セグメント化された線形検出器アレイである、請求項４４～５１のいずれか一項に記載の方法。
53. 前記差動信号を分析する前記ステップが、前記差動信号を粒子に対応する既知の信号の事前に生成されたライブラリと比較するステップと、前記差動信号が粒子検出イベント又はレーザノイズに対応するかどうかを決定するステップを含む、請求項４４～５２のいずれか一項に記載の方法。
54. 前記差動信号を分析する前記ステップが、フーリエ変換又は高速フーリエ変換を用いて前記差動信号を周波数領域に変換するステップを含む、請求項４４～５３のいずれか一項に記載の方法。
55. 前記差動信号を分析する前記ステップが、前記粒子を特徴付けるステップを含む、請求項４４～５４のいずれか一項に記載の方法。
56. 前記粒子を特徴付ける前記ステップが、
    前記粒子を計数するステップ、又は、
    前記粒子の大きさを決定するステップ、又は、
    前記粒子を計数することと、前記粒子の前記大きさを決定することの両方を行うステップを含む、請求項４４～５５のいずれか一項に記載の方法。
    
    

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