JP7446111B2 - 粒子の光学検出器 - Google Patents
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Description
粒子検出器は一般的には、粒子による可視光、又は近赤外の回折に基づく。そのため、これらの検出器は一般的には、粒子による光の回折を測定するように構成された光学センサーを含む。
少なくとも1つ光源に接続され且つ前記光源によって生成される少なくとも1つの光放射を放つように構成されることが可能な光学デバイスと;
主平面(x、y)において伸び且つ粒子を含む流体を受け取るように意図されたチャネルの少なくとも一部を画定する基板であって、チャネルが主平面(x、y)に垂直な方向(z)において主に伸び、基板の少なくとも一部が光学デバイスによって放たれる光放射の少なくとも一部を受け取るように構成される、基板と;を少なくとも含む粒子検出器に関する。
光検出器の少なくとも1つのマトリクス及び少なくとも1つの光放射を放つように構成された光学デバイスの少なくとも1つを含む少なくとも第1の基板を供給するステップであって、第1の基板が主平面(x、y)において伸び、好ましくは、光検出器のマトリクスが前記主平面(x、y)と平行な第1の平面において伸びる、ステップと;
前記少なくとも1つ光放射を反射することが可能な少なくとも1つの反射層を含む少なくとも第2の基板を供給するステップであって、第2の基板が主平面(x、y)において少なくとも部分的に伸び、且つ、好ましくは、反射層が前記主平面(x、y)と平行な第2の平面において伸びる、ステップと;
光検出器のマトリクス及び反射面が基板の少なくとも一部の何れかの側に配されるように第1の基板及び第2の基板を組み立てることによって第3の基板を形成するステップと;
第3の基板を形成するステップの前に及び/又は後で、粒子がチャネルに存在する場合、光学デバイスによって放たれた光放射の少なくとも一部が、少なくとも1つの粒子によって少なくとも部分的に回折されることによってチャネルを通り抜け、その後反射面に少なくとも部分的に反射され、その後光検出器のマトリクスに少なくとも部分的に達するように、前記主平面(x、y)に垂直な方向(z)に主に沿って伸び且つ第3の基板を完全に通り抜ける粒子の循環に関する少なくとも1つのチャネルを形成するステップと、を含む。
垂直方向(z)において第1の基板を通り且つ遠位部分の近くに位置するチャネルの少なくとも第1の部分を形成するステップと;
前記垂直方向(z)において第2の基板を通るチャネルの少なくとも第2の部分を形成するステップと;
チャネルの第2の部分の少なくとも1つの部分上に及び好ましくは前記少なくとも1つのチャネルの少なくとも1つの壁上に、前記少なくとも1つの光放射を反射可能な、少なくとも1つの追加の反射層の堆積と、を含む。
neff 光放射の基本モードの有効屈折率;
nc 導波路のコアの屈折率;
ng 導波路のシースの屈折率;
neffがncとngとの間である。
nc 導波路のコアの屈折率;
ng 導波路のシースの屈折率。
導波路の第1のアームを通って光学デバイスによって放たれる光放射の少なくとも一部が、少なくとも1つの粒子によって回折されることによって第1のチャネルを通り抜け、その後反射面で反射され、その後光検出器のマトリクス達し;
導波路の第2のアームを通って光学デバイスによって放たれる光放射の少なくとも一部が、少なくとも1つの粒子によって回折されることによって第2のチャネルを通り抜け、その後反射面で反射され、その後光検出器のマトリクス達する。
-nc:コアの屈折率
-ng:シースの屈折率。
-光検出器21のマトリクス20を事前に含む第1の基板30上の導波路の実現と;
-好ましくはガラスで作製された第2の基板40上の反射層41の堆積と;
-第2の基板40はその後、光検出器21のマトリクス20及び反射面41が互いにある距離で且つ基板40の一部の何れかの側に配されるように、第1の基板30上に接着され;
-その後、粒子60の循環に関するチャネル50は、第1の基板30及び第2の基板40を通して形成される。チャネル50のこの形成は、例えば、ドライ又はウェットエッチングを介して実行され得る。
“The Mie Theory: Basics and Applications”; Wolfram Hergert, Thomas Wriedt; Springer, 30 June 2012 - 259 pages, 及び“Light scattering and surface plasmons on small spherical particles”, Xiaofeng Fan, Weitao Zheng and David J Singh, Light: Science & Applications (2014) 3。
1.光源
2.導波路
3.ジャンクション
4a.干渉計
4b.導波路の第1のアーム
4c.導波路の第2のアーム
10.導波路の遠位部分
10a.抽出ネットワーク
10b.導波路の第1のアームの遠位部分
10c.導波路の第2のアームの遠位部分
11.抽出光線
12.回折光線
13.反射された抽出光線
14.反射された回折光線
15.光学デバイス
20.光検出器のマトリクス
21.光検出器
30.第1の基板
31.下部反射層
32.酸化ケイ素の第1の層
33.バッファー層
34.ガイド層
35.酸化ケイ素の第2の層
36.樹脂の層
37.チャネルの第1の部分の形成の開口部
40.第2の基板
41.反射層
41a.反射層によって覆われた壁
42.第2の部分の形成の開口部
50.粒子の循環に関するチャネル
50a.チャネルの第1の部分
50b.チャネルの第2の部分
50c.第1の循環チャネル
50d.第2の循環チャネル
51.チャネルの入口オリフィス
52.チャネルの出口オリフィス
60.粒子
70.回折図
70a.第1の回折図
70b.第2の回折図
100.基板
Claims (21)
- 少なくとも1つの光源(1)に接続され且つ前記光源(1)によって生成される少なくとも1つの光放射を放つように構成されることが可能な光学デバイス(15)と;
主平面(x、y)において伸び且つ粒子(60)を含む流体を受け取るように意図された少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の少なくとも一部を画定する基板(100)であって、前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)が主平面(x、y)に垂直な方向(z)において主に伸び、前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)が前記方向(z)において前記基板(100)を完全に通り抜け、基板(100)の少なくとも一部が光学デバイス(15)によって放たれる光放射の少なくとも一部を受け取るように構成される、基板(100)と;を少なくとも含む粒子検出器(60)であって、
検出器が、光検出器(21)のマトリクス(20)及び少なくとも1つの反射面(41)をさらに含み;
光検出器(21)のマトリクス(20)が第1の平面において伸び且つ反射面(41)が第2の平面において伸び、前記第1の及び第2の平面が主平面(x、y)と平行であり且つ基板(100)の前記一部の何れかの側に位置して、光学デバイス(15)によって放たれる光放射の少なくとも一部が少なくとも1つの粒子(60)によって回折されることによって前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)を通り抜け、その後反射面(41)に反射し、その後光検出器(21)のマトリクス(20)に達し、
光学デバイス(15)が、それを通って光放射が放たれる遠位部分(10、10b、10c)を有し、遠位部分(10、10b、10c)が、前記垂直方向(z)において、光検出器(21)のマトリクス(20)と反射面(41)との間に位置することを特徴とする、粒子検出器(60)。 - 光学デバイス(15)が、前記第1の平面と第2の平面との間に少なくとも部分的に位置する、請求項1に記載の検出器。
- 基板(100)が、反射面(41)に面して又は接触して配される第1の面を有し、基板(100)が、第1の面と反対側の且つ光検出器(21)のマトリクス(20)に面して又は接触して配される第2の面を有する、請求項1又は2に記載の検出器。
- 光検出器(21)のマトリクス(20)及び反射面(41)が、前記垂直方向(z)に沿って少なくとも部分的に且つ互いに一列に位置する、請求項1から3の何れか一項に記載の検出器。
- 光放射の少なくとも一部が、前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)を通り抜けて少なくとも1つの粒子(60)によって回折される前に、反射面(41)の少なくとも一部によって反射されるように構成される、請求項1から4の何れか一項に記載の検出器。
- 基板(100)が、少なくとも50%の前記光放射が通ることを可能にする少なくとも1つの材料から形成される、請求項1から5の何れか一項に記載の検出器。
- 遠位部分(10、10b、10c)及び光検出器(21)のマトリクス(20)が、前記垂直方向(z)に関して前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の何れかの側に位置する、請求項1から6の何れか一項に記載の検出器。
- 光学デバイス(15)及び光検出器(21)のマトリクス(20)が、基板(100)に配される、請求項1から7の何れか一項に記載の検出器。
- 光学デバイス(15)及び光検出器(21)のマトリクス(20)が、粒子(60)を含む流体との直接的な接触から保護されるように、少なくとも1つのチャネル(50、50c)の外側に配されている、請求項1から8の何か一項に記載の検出器。
- 光検出器(21)のマトリクス(20)が、少なくとも180°の円の弧を覆うことによって前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の周りを伸びる、請求項1から9の何れか一項に記載の検出器。
- 基板(100)が、少なくとも第1の基板(30)及び第2の基板(40)を含み、第1の基板(30)が、光検出器(21)のマトリクス(20)を担い、且つ第2の基板(40)が、少なくとも反射面(41)を担う、請求項1から10の何れか一項に記載の検出器。
- 基板(100)が、少なくとも第1の基板(30)及び第2の基板(40)を含み、第1の基板(30)が前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の少なくとも第1の部分(50a)を担い、第2の基板(40)が、前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の少なくとも第2の部分(50b)を担い、各部分(50a及び50b)が、前記垂直方向(z)において伸び、第1の部分(50a)の主平面(x、y)における断面の平均表面積が、第2の部分(50b)の主平面(x、y)における断面の平均表面積以下であり、部分の主平面(x、y)における断面の平均表面積が、方向(z)に沿って全高さにわたってとられた部分の主平面(x、y)における断面の表面積の平均に対応する、請求項1から11の何れか一項に記載の検出器。
- 光学デバイス(15)が、抽出光線(11)のセットを発生させるように構成された抽出ネットワーク(10a)を、光学デバイス(15)の出口で、形成するように成形された少なくとも1つの遠位部分(10、10b、10c)を含み、抽出ネットワーク(10a)が、前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の方向において主平面(x、y)において広がる形状を有する、請求項1から12の何れか一項に記載の検出器。
- 光学デバイス(15)が、遠位部分(10、10b、10c)を有するコア及びコアを覆うシースを含む少なくとも1つの導波路(2)を含み、コアが、ピッチPに従って周期的に配された複数の溝を、遠位部分(10、10b、10c)上で、有して、Pが以下の式を満足し、前記複数の溝が、導波路(2)を横断する方向に形成される、請求項1から13の何れか一項に記載の検出器:
neff 光放射の基本モードの有効屈折率;
nc 導波路(2)のコアの屈折率;
ng 導波路(2)のシースの屈折率;
neffがncとngとの間である。 - 前記複数の溝が、前記主平面(x、y)における複数の楕円溝である、請求項14に記載の検出器。
- 光学デバイス(15)が、コア及びシースを含む少なくとも1つの導波路(2)を含み、前記垂直方向(z)に沿って測定された導波路の厚さhが以下のようである、請求項1から15の何れか一項に記載の検出器:
nc 導波路(2)のコアの屈折率;
ng 導波路(2)のシースの屈折率。 - 粒子(60)の循環に関する少なくとも第1のチャネル(50c)及び第2のチャネル(50d)を含み、各チャネル(50c、50d)が、粒子(60)を含む流体を受け取るように構成され且つ光学デバイス(15)によって放たれる光放射の少なくとも一部を受け取るように構成された、請求項1から16の何れか一項に記載の検出器。
- 各チャネル(50c、50d)によって受け取られる光放射が、単一の光源(1)に由来するように構成される、請求項17に記載の検出器。
- 粒子(60)の循環に関する少なくとも第1の及び少なくとも第2のチャネル(50c、50d)を含み、光学デバイス(15)が、導波路(2)の少なくとも第1のアーム(4b)及び導波路の少なくとも第2のアーム(4c)を形成するように構成された少なくとも1つのジャンクション(3、4a)を含む少なくとも1つ導波路(2)を含み、検出器が:
導波路(2)の第1のアーム(4b)を通って光学デバイス(15)によって放たれる光放射の少なくとも一部が、少なくとも1つの粒子(60)によって回折されることによって第1のチャネル(50c)を通り抜け、その後反射面(41)に反射し、その後光検出器(21)のマトリクス(20)達し;
導波路(2)の第2のアーム(4b)を通って光学デバイス(15)によって放たれる光放射の少なくとも一部が、少なくとも1つの粒子(60)によって回折されることによって第2のチャネル(50d)を通り抜け、その後反射面(41)に反射し、その後光検出器(21)のマトリクス(20)に達するように構成される、請求項1から18の何れか一項に記載の検出器。 - 請求項1から19の何れか一項に記載の少なくとも1つの粒子検出器(60)を製造するための方法であって:
光検出器(21)の少なくとも1つのマトリクス(20)及び少なくとも1つの光放射を放つように構成された少なくとも1つの光学デバイス(15)の一部を含む少なくとも第1の基板(30)を供給するステップであって、第1の基板(30)が主平面(x、y)において伸び、光検出器(21)のマトリクス(20)が前記主平面(x、y)と平行な第1の平面において伸びる、ステップと;
少なくとも1つの反射層(41)を含む少なくとも第2の基板(40)を供給するステップであって、第2の基板(40)が主平面(x、y)において少なくとも部分的に伸び、反射層(41)が前記主平面(x、y)と平行な第2の平面において伸びる、ステップと;
光検出器(21)のマトリクス(20)及び反射面(41)が基板(100)の少なくとも一部の何れかの側に配されるように第1の基板(30)及び第2の基板(40)を組み立てることによって第3の基板(100)を形成するステップと;
第3の基板(100)を形成するステップの前に及び/又は後で、前記主平面(x、y)に垂直な方向(z)において主に伸び且つ前記方向(z)において第3の基板(100)を完全に通り抜ける粒子(60)の循環に関する少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)を形成するステップであって、光学デバイス(15)によって放たれた光放射の少なくとも一部が少なくとも1つの粒子(60)によって回折されることによってチャネル(50、50c、50d)を通り抜け、その後反射面(41)に反射され、その後光検出器(21)のマトリクス(20)に達する、ステップと、を少なくとも含む、方法。 - 前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)を形成するステップが、第3の基板(100)を形成するステップの前に実行される場合、本方法が:
垂直方向(z)において第1の基板(30)を通り且つ遠位部分(10、10b、10c)の近くに位置する前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の少なくとも第1の部分(50a)を形成するステップと;
前記垂直方向(z)において第2の基板(40)を通るチャネル(50、50c、50d)の少なくとも第2の部分(50b)を形成するステップと;
前記少なくとも1つのチャネル(50、50c、50d)の第2の部分(50b)の少なくとも1つの部分上に少なくとも1つの追加の反射層(42)の堆積と、を含む、請求項20に記載の方法。
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