KR102492137B1 - 광학 입자 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자 검출기(60)에 관한 것으로,
ㅇ 발광 방사선을 방출하도록 구성되는 광학 장치(15);
ㅇ 주 평면(x, y)에서 연장되고 입자들(60)을 수용하기 위한 채널(50)을 형성하는 기판(100)으로서, 상기 채널(50)은 주 평면(x, y)에 수직한 방향(z)으로 주로 연장되는, 상기 기판(100);을 포함하는, 입자 검출기(60)에 있어서,
상기 입자 검출기는 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 반사 표면(41)을 포함하고,
상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 반사 표면(41)은 상호 평행한 평면들에 배치되고, 상기 기판(100)의 일 부분의 일 측에 위치됨으로써, 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절되는 것에 의하여 상기 채널(50)을 통과한 후에, 상기 반사 표면(41)으로부터 반사된 다음, 상기 광 검출기(21)들의 매트릭스(20)에 도달하도록 하는 것을 특징으로 한다.
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Description
본 발명은 일반적으로 광학적 입자 검출 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 마이크로 크기, 심지어 나노 크기의 입자에 대한 광학적 검출에 관한 것이다. 특히 유리하지만 비제한적인 적용에 있어서, 먼지 입자, 화재 감지를 위한 연기 입자 또는 오염 입자 및 특히 소위 미세 입자의 검출을 가질 것이다.
입자 검출기들은 일반적으로 입자들에 의한 가시광선 또는 근적외선의 회절에 기초한다. 따라서, 이들 검출기는 일반적으로 입자들에 의한 광의 회절을 측정하도록 구성된 광학 센서들을 포함한다.
검출기들은 광원, 및 검출될 입자들을 통과하는 채널을 포함한다. 입자들이 없으면, 회절이 없으므로, 광학 센서들은 광을 측정하지 않는다. 입자들이 있는 경우, 광은 입자들에 의해 회절되고, 광학 센서들은 그들의 입체각의 검출에서 회절된 광을 검출한다. 따라서, 이 측정에 의해서 하나 또는 여러 개의 입자들을 검출할 수 있게 된다. 회절 광의 강도 및 각도는 입자의 성질, 형태 크기 및 농도에 대한 특성이 되는 것이지만, 공지된 솔루션들은 이러한 모든 특성을 제한된 공간을 차지하는 것에 의해, 합리적 비용으로, 정확하게 측정할 수 없다.
문헌 FR2963101에는 기존 솔루션이 기재되어 있다. 이 솔루션은 실리콘으로 이루어진 기판에 에칭되어 있으며 입자들이 그를 통해 순환하는 채널을 조명하는 도파관에 의해서 전달되는 광원을 제공한다. 이들 입자에 의한 입사광의 회절은 실리콘 기판 상에 수행되는 2개의 주변 광 다이오드에 의해 검출된다.
이 솔루션을 사용하면, 센서 공간을 줄일 수 있다. 반면에, 이러한 타입의 솔루션으로는 입자들에 대한 충분히 정확하고 완전한 정보를 얻는 것이 극히 어렵다.
입자들의 성질을 결정하는 것은 특히 어려우며, 심지어 불가능하다.
따라서, 예를 들어 그 성질을 결정하기 위해, 입자들에 대한 정보의 정확성 및 양을 개선하기 위한 솔루션을 제안하는 것이 필요하다.
이것이 본 발명의 목적이다.
본 발명은 적어도 다음을 포함하는 입자 검출기에 관한 것이다:
ㅇ 적어도 하나의 광원에 연결될 수 있고 상기 광원에 의해 생성되는 적어도 하나의 발광 방사선을 방출하도록 구성되는 광학 장치;
ㅇ 주 평면(x, y)에서 연장되고 입자들을 포함하는 유체를 수용하도록 의도된 적어도 하나의 채널 중 적어도 일 부분을 형성하는 기판 - 상기 채널은 상기 주 평면(x, y)에 수직한 방향(z)으로 주로 연장되고, 상기 기판의 적어도 일 부분은 상기 광학 장치에 의해 방출되는 상기 발광 방사선의 적어도 일부를 수용하도록 구성됨 -.
검출기는 광 검출기들의 매트릭스 및 발광 방사선을 반사할 수 있는 적어도 하나의 반사 표면을 더 포함한다. 광 검출기들의 매트릭스 및 반사 표면은 기판의 상기 부분의 일 편에 배열된다. 유리하게는, 검출기는 입자가 채널 내에 존재하는 경우, 광학 장치에 의해 방출된 적어도 발광 광선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 적어도 부분적으로 회절됨으로써 채널을 통과한 후에, 반사 표면으로부터 적어도 부분적으로 반사된 다음 광 검출기들의 매트릭스에 적어도 부분적으로 도달한다.
채널, 적어도 하나의 반사 표면 및 광 검출기들 매트릭스의 연관은 입자들에 의해 회절되는 광선을 더 많이 포착하는 것을 가능하게 한다.
실제로, 광 검출기들의 매트릭스는 한편으로는 입자들에 의해 회절되어 광 검출기들의 매트릭스 상에서 직접 회절한 후에 도달하는 광선들을 수용하고 다른 한편으로는 반사 표면으로부터 반사된 이후에 광 검출기들의 매트릭스에 도달하는 광선들을 수용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 접근할 수 있는 회절 다이어그램을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
실제로, 본 발명의 개발의 틀에서, 상기 언급된 문헌 FR2963101에 기술된 유형의 용액에서, 광 검출기들은 회절된 광을 측 방향에서 포획하고 매우 제한된 입체 회절 각도를 감지한다는 것을 알았다. 이러한 유형의 용액은 이용 가능한 정보의 축적을 감소시키고 입자들, 특히 그 성질에 대해 가질 수 있는 지식을 제한하는 회절 다이어그램의 제한된 부분에만 접근 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 반사 표면, 광 검출기들의 매트릭스 및 채널을 갖는 기판의 조합이 2 차원 측정에 대해 3 차원 회절에 근접하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명은 3 차원에서 다양한 방향으로 회절되는 매우 많은 수의 광 빔과 동일한 광 다이오드들의 매트릭스 상에 투영할 수 있게 한다.
본 발명의 기하학적 구조는 3 차원 전파의 벡터 공간을 2 차원 측정 공간으로 투영할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 입자에 관한 더 크고 정확한 양으로 정보를 수집할 수 있게 한다. 따라서, 입자의 크기 및 성질과 같은 입자의 검출 및 그 파라미터의 식별이 개선된다.
특히 유리하게는, 본 발명은 입자의 굴절률의 결정을 가능하게 한다.
바람직하게는, 광 검출기들의 매트릭스는 제 1 평면에서 연장되고 반사 표면은 제 2 평면에서 연장되며, 상기 제 1 및 제 2 평면들은 주 평면(x, y)에 평행하고 기판의 상기 부분의 일 편에 위치된다.
이러한 방식으로, 본 발명에 따른 검출기는 모든 층(광 검출기들의 매트릭스 및 반사층)이 평행한 평면으로 형성될 수 있기 때문에 제조가 비교적 간단하다.
또한, 본 발명에 따른 검출기는 중간의 반사 표면에 의해, 회절 다이어그램의 이미지를 광 검출기들의 매트릭스 상에 투영할 수 있고, 후자는 가능한 큰 표면적을 덮을 수 있으며, 그 크기는 채널의 형상 및 치수에 거의 의존하지 않거나 전혀 의존하지 않는다. 따라서, 본 발명은 제한된 공간, 특히 제한된 채널 길이 및 폭을 유지하면서 넓은 면적에서 반사된 광선을 수집할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 적어도 다음 단계를 포함하는 본 발명에 따른 하나 이상의 입자 검출기의 제조 방법에 관한 것이다:
ㅇ 적어도 하나의 광 검출기들의 매트릭스 및 적어도 하나의 발광 방사선을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광학 장치의 일부를 포함하는 적어도 하나의 제 1 기판을 공급하는 단계 - 상기 제 1 기판은 주 평면(x, y)에서 연장되고 상기 광 검출기들의 매트릭스는 상기 주 평면(x, y)에 평행한 제 1 평면에서 연장됨 -;
ㅇ 적어도 하나의 반사층을 포함하는 적어도 하나의 제 2 기판을 공급하는 단계 - 상기 제 2 기판은 상기 주 평면에서 적어도 부분적으로 연장되고 상기 반사층은 상기 주 평면(x, y)에 평행한 제 2 평면에서 연장됨 -;
ㅇ 상기 광 검출기들의 매트릭스 및 상기 반사 표면이 상기 기판의 적어도 일부의 일 편에 배열되는 방식으로 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 조립하여 제 3 기판을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 제 3 기판을 형성하는 단계의 이전 및/또는 이후에, 상기 주 평면(x, y)에 수직인 방향(z)으로 주로 연장되는 입자들의 순환을 위한 적어도 하나의 채널을 형성하고, 광학 장치에 의해 방출되는 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절되는 것에 의해 상기 채널을 통과한 후에, 상기 반사 표면에서 반사된 다음, 상기 광 검출기들의 매트릭스에 도달하도록 상기 제 3 기판을 완전히 통과시키는 단계.
유리하게는, 채널을 형성하는 단계가 제 3 기판의 형성 단계 이전에 수행되는 경우, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:
ㅇ 상기 수직 방향(z)에서 상기 원위 부분 근처에 위치된, 상기 제 1 기판을 통해 상기 적어도 하나의 채널의 적어도 제 1 부분을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 수직 방향(z)에서 제 2 기판을 통해 상기 채널의 적어도 제 2 부분을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 적어도 하나의 채널의 상기 제 2 부분의 적어도 하나의 부분 상에 및 바람직하게는 상기 적어도 하나의 채널의 적어도 하나의 벽에 적어도 하나의 추가 반사층을 적층하는 단계.
본 발명의 목적, 대상 그리고 특성 및 이점은 다음의 첨부 도면에 의해 도시된 이하의의 실시예의 상세한 설명에서 더 양호하게 나타날 것이다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 검출기의 평면도이다. 이 도면에는, 입자들에 의한 광선의 회절 다이어그램의 투영이 스케치되어 있다. 이 도면은 입자의 순환을 위한 채널 및 광학 장치의 원위 부분에 대한 광 검출기들의 매트릭스의 가능한 배치를 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 섹션 A-A에 따른 뷰를 나타낸다. 이 도면에는, 추출 네트워크에서 추출된 광선의 광학 경로가 도시되어 있다. 이 광학 경로는 입자의 순환을 위한 채널에서 입자의 플럭스를 만난 다음에, 이 도면에 개략적으로 도시된 회절된 광선을 형성한다. 추출된 광선 및 상부 반사층에 의해 회절된 광선의 반사가 또한 도시되어 있다.
도 2a는 도 1a의 도면과 유사하지만, 도 1a의 실시예의 대안에 따르는 평면이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하도록 전체 기판에 분포된다.
도 2b는 도 2a의 섹션 A-A에 따른 뷰이다. 이 도면에는, 도 1b와 동일하게, 도파관의 원위 부분에 위치한 추출 네트워크로부터의 추출된 광선의 광학 경로 및 회절 및 반사된 광선의 광 경로가 스케치되어 있다.
도 2c는 도 2a의 섹션 B-B에 따른 뷰이다. 이 도면에는, 도 2b와 동일하게, 추출 네트워크로부터 추출된 광선의 광학 경로 및 회절 및 반사된 광선의 경로가 스케치되어 있다.
도 3a는 도 1a의 상세 A의 도면이다. 이것은 추출 네트워크 및 그 치수들에 대한 예의 평면도이다.
도 3b는 도 1b의 상세 B의 도면이다. 이것은 추출 네트워크의 단면도이며, 이 섹션은 도파관의 원위 부분에서 취해진 것이다.
도 4a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 검출기를 수행하는 단계들을 나타낸다. 보다 정확하게는:
도 4a 내지 도 4h는 일 실시예에 따른 그리고 섹션-A-A에 의한 뷰에 따른, 광 검출기들의 매트릭스 및 적어도 추출 네트워크를 포함하도록 의도된 도파관의 원위 부분을 포함하는 제 1 기판 상에 추출 네트워크를 형성한 것을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 제 1 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 제 2 기판 및 반사층의 주요 형성 단계들을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6d는 제 1 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 도 4h 및 도 5d에 도시된 제 1 및 제 2 기판의 조립 및 입자들의 순환을 위한 채널의 형성을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른, 입자들의 순환을 위한 채널을 절단한 섹션 A-A에 따른 2개의 도면을 나타낸다.
도 7a는 추출 네트워크의 출구에서 직접 채널을 통과하는 광학 경로를 나타낸다.
도 7b는 반사 표면에서 반사된 이후 추출 네트워크의 출구에서 직접 채널을 통과하는 광학 경로를 나타낸다.
도 8a는 도 7a의 실시예의 대안의 평면도이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하는 방식으로 전체 기판에 분포된다.
도 8b 및 도 8c는 도 8a에 의한 검출기의 섹션 B-B에 따른 도면이다. 이들 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 실시예에 적용되는 도 7a 및 도 7b에 대응한다.
도 9a 내지 도 9f는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 검출기를 수행하는 단계들을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 광 검출기들의 매트릭스 및 적어도 도파관의 원위 부분을 포함하는 제 1 기판 상에 추출 네트워크의 형성 단계들 및 채널의 제 1 부분의 형성단계를 나타낸다.
도 9c 내지 도 9e는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 채널의 제 2 기판 및 제 2 부분 그리고 상부 반사층의 증착을 형성하는 단계들을 나타낸다.
도 9f는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 제 1 및 제 2 기판들의 조립체를 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 2가지 실시예를 나타내며, 여기서 기판은 입자의 순환을 위한 2개의 채널을 포함한다. 이들 도면에는, 입자들에 의한 광선의 회절 다이어그램의 투영이 스케치되어 있다. 이들 도면은 입자들의 순환을 위한 2개의 채널에 대한 광 검출기들의 매트릭스의 가능한 배치를 나타낸다. 이들 도면에서, 광학 장치는 2개의 아암으로 분리되는 도파관을 포함한다. 도 11은 도 10의 실시예의 대안의 평면도이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하는 방식으로 전체 기판에 분포된다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 2가지 실시예에 따른 광학 장치를 나타낸다. 이들 도면들에서, 광학 장치는 2개의 아암으로 분리되는 도파관을 포함한다.
첨부된 도면들은 예로서 제공된 것이며 본 발명을 제한하지 않는다. 이들 도면들은 개략적인 표현이며, 반드시 실제 응용의 스케일에 해당되는 것이 아니다. 특히 각종 층들, 광 검출기들 및 도파관의 상대적 치수는 실제의 것을 나타내는 것이 아니다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입자 검출기의 평면도이다. 이 도면에는, 입자들에 의한 광선의 회절 다이어그램의 투영이 스케치되어 있다. 이 도면은 입자의 순환을 위한 채널 및 광학 장치의 원위 부분에 대한 광 검출기들의 매트릭스의 가능한 배치를 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 섹션 A-A에 따른 뷰를 나타낸다. 이 도면에는, 추출 네트워크에서 추출된 광선의 광학 경로가 도시되어 있다. 이 광학 경로는 입자의 순환을 위한 채널에서 입자의 플럭스를 만난 다음에, 이 도면에 개략적으로 도시된 회절된 광선을 형성한다. 추출된 광선 및 상부 반사층에 의해 회절된 광선의 반사가 또한 도시되어 있다.
도 2a는 도 1a의 도면과 유사하지만, 도 1a의 실시예의 대안에 따르는 평면이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하도록 전체 기판에 분포된다.
도 2b는 도 2a의 섹션 A-A에 따른 뷰이다. 이 도면에는, 도 1b와 동일하게, 도파관의 원위 부분에 위치한 추출 네트워크로부터의 추출된 광선의 광학 경로 및 회절 및 반사된 광선의 광 경로가 스케치되어 있다.
도 2c는 도 2a의 섹션 B-B에 따른 뷰이다. 이 도면에는, 도 2b와 동일하게, 추출 네트워크로부터 추출된 광선의 광학 경로 및 회절 및 반사된 광선의 경로가 스케치되어 있다.
도 3a는 도 1a의 상세 A의 도면이다. 이것은 추출 네트워크 및 그 치수들에 대한 예의 평면도이다.
도 3b는 도 1b의 상세 B의 도면이다. 이것은 추출 네트워크의 단면도이며, 이 섹션은 도파관의 원위 부분에서 취해진 것이다.
도 4a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 검출기를 수행하는 단계들을 나타낸다. 보다 정확하게는:
도 4a 내지 도 4h는 일 실시예에 따른 그리고 섹션-A-A에 의한 뷰에 따른, 광 검출기들의 매트릭스 및 적어도 추출 네트워크를 포함하도록 의도된 도파관의 원위 부분을 포함하는 제 1 기판 상에 추출 네트워크를 형성한 것을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d는 제 1 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 제 2 기판 및 반사층의 주요 형성 단계들을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6d는 제 1 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 도 4h 및 도 5d에 도시된 제 1 및 제 2 기판의 조립 및 입자들의 순환을 위한 채널의 형성을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 다른 실시예에 따른, 입자들의 순환을 위한 채널을 절단한 섹션 A-A에 따른 2개의 도면을 나타낸다.
도 7a는 추출 네트워크의 출구에서 직접 채널을 통과하는 광학 경로를 나타낸다.
도 7b는 반사 표면에서 반사된 이후 추출 네트워크의 출구에서 직접 채널을 통과하는 광학 경로를 나타낸다.
도 8a는 도 7a의 실시예의 대안의 평면도이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하는 방식으로 전체 기판에 분포된다.
도 8b 및 도 8c는 도 8a에 의한 검출기의 섹션 B-B에 따른 도면이다. 이들 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 실시예에 적용되는 도 7a 및 도 7b에 대응한다.
도 9a 내지 도 9f는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 검출기를 수행하는 단계들을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 광 검출기들의 매트릭스 및 적어도 도파관의 원위 부분을 포함하는 제 1 기판 상에 추출 네트워크의 형성 단계들 및 채널의 제 1 부분의 형성단계를 나타낸다.
도 9c 내지 도 9e는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 채널의 제 2 기판 및 제 2 부분 그리고 상부 반사층의 증착을 형성하는 단계들을 나타낸다.
도 9f는 일 실시예에 따른 그리고 섹션 A-A에 의한 뷰에 따른, 제 1 및 제 2 기판들의 조립체를 나타낸다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 2가지 실시예를 나타내며, 여기서 기판은 입자의 순환을 위한 2개의 채널을 포함한다. 이들 도면에는, 입자들에 의한 광선의 회절 다이어그램의 투영이 스케치되어 있다. 이들 도면은 입자들의 순환을 위한 2개의 채널에 대한 광 검출기들의 매트릭스의 가능한 배치를 나타낸다. 이들 도면에서, 광학 장치는 2개의 아암으로 분리되는 도파관을 포함한다. 도 11은 도 10의 실시예의 대안의 평면도이며, 여기서 광 검출기들은 더 큰 검출 표면적을 커버하는 방식으로 전체 기판에 분포된다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 2가지 실시예에 따른 광학 장치를 나타낸다. 이들 도면들에서, 광학 장치는 2개의 아암으로 분리되는 도파관을 포함한다.
첨부된 도면들은 예로서 제공된 것이며 본 발명을 제한하지 않는다. 이들 도면들은 개략적인 표현이며, 반드시 실제 응용의 스케일에 해당되는 것이 아니다. 특히 각종 층들, 광 검출기들 및 도파관의 상대적 치수는 실제의 것을 나타내는 것이 아니다.
본 발명의 틀에서, 용어 "위", "오버 마운트", "커버" 또는 "아래의" 또는 그 등가물은 "접촉하는" 것을 의미하지 않는다. 따라서, 예를 들어, 제 2 층 상에 제 1 층의 증착이 반드시 2개의 층 또는 기판이 서로 직접 접촉한다는 것을 의미하지는 않으며, 이것은 제 1 층이 제 2 층과 직접 접촉하거나 적어도 하나의 다른 층 또는 적어도 하나의 다른 요소에 의해 그것으로부터 분리됨으로써 적어도 부분적으로 제 2 층을 덮는 것을 의미한다.
이하의 설명에서, 유사한 참조 번호는 본 발명의 다른 실시예들을 통해 유사한 개념을 설명하기 위해 사용될 것이다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 주어진 실시예에 대해 상세히 기술된 기술적 특성은 비제한적인 예로서 기술된 다른 실시예들의 맥락에서 기술된 기술적 특성들과 결합될 수 있다.
본 발명의 틀에서, 용어 "입자"또는 이것의 등가물은 정의에 있어서 연구된 특성과 관련하여 기본으로 고려되는 물리적 시스템의 구성 요소이다. 예를 들어, 입자는 최대 치수가 밀리미터(10-3 미터) 미만, 바람직하게는 수십 마이크로미터(10-6 미터), 바람직하게는 마이크로미터 미만이며, 심지어 대략 나노 미터(10-9 미터)인 재료의 요소이다. 일반적으로, 이들은 입자들의 순환을 위한 채널의 치수에 비해 치수가 작은 재료로 구성된 물체이다.
바람직하게는 본 발명의 틀에서, 용어 "발광 방사선(luminous radiation)", "파(wave)"또는 "광선(ray)" 또는 그 등가물은 정의에 있어서 주요 파장 λ를 갖거나 또는 예를 들어 표준 편차가 바람직하게는 약 20% 이하이고 바람직하게는 단일의 주 방향으로 전파하거나 예를 들어 표준 편차가 약 10 % 이하인 주 방향 주위의 평균 방향으로 전파하는 주요 파장 근처의 평균 파장 λ를 갖는 전자기 플럭스이다 이러한 전파 방향을 "광학 경로"라고도 한다.
이하의 용어 "확산", "회절"또는 그 등가물은 예를 들어 전파 매질이 많은 방향으로 전자기파, 광 에너지의 분포를 생성하는 현상을 지칭한다.
하기에서, "투과"라는 용어 또는 그 등가물은 투과성 재료에서 발광 방사선이 상대적으로 전파되는 현상을 지칭한다. 본 설명에서, 재료는 발광 방사선의 50 % 이상, 바람직하게는 75 % 이상 및 유리하게는 90 % 이상이 통과할 때 투과성인 것으로 간주된다.
본 발명의 실시예들에 대한 상세한 검토를 시작하기 전에, 이와 관련하여 또는 대안적으로 사용될 수 있는 선택적 특성에 대하여 이하 설명한다.
바람직하게는, 광학 장치는 상기 제 1 평면과 제 2 평면 사이에 적어도 부분적으로 위치된다.
이것은 회절 광선의 검출 효과를 최적화하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 기판은 반사 표면과 마주보거나 접촉하도록 배열된 제 1 면, 및 제 1 면의 반대편에 있고, 광 검출기들의 매트릭스와 마주보거나 접촉하도록 배열된 제 2 면을 갖는다.
바람직하게는, 광 검출기들의 매트릭스 및 반사 표면은 상기 수직 방향(z)으로 서로 일직선으로 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 전체적으로 위치된다.
이것은 매우 제한된 공간을 유지하면서 측정 회절 광선의 양을 효과적으로 증가시키는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 입자 검출기는 적어도 발광 표면의 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절될 채널을 통과하기 전에 적어도 반사 표면의 일부에 의해 반사되도록 구성된다.
입자가 채널을 통과하기 전에 위치된, 예를 들어 도파관과 같은 광학 장치의 출구를 향하도록 위치된 반사 표면의 사용은 본 발명이 회절 광선에 더하여 후방 산란된 광선을 이용할 수 있게 하여, 측정 횟수를 증가시키며 이에 따라 검출되는 정보의 양이 많아지게 된다.
바람직하게는, 발광 방사선의 적어도 일부, 바람직하게는 발광 방사선의 90% 이상, 바람직하게는 모든 발광 방사선이 기판 내에(즉, 제 1 평면과 제 2 평면 사이에) 갇힌 상태로 유지된다.
바람직하게는, 발광 방사선의 적어도 일부, 바람직하게는 발광 방사선의 90%이상, 바람직하게는 모든 발광 방사선이 기판 내에(즉, 제 1 면과 제 2 면 사이에) 갇힌 상태로 유지된다.
바람직하게는, 기판은 상기 발광 방사선의 50%, 바람직하게는 75% 이상 및 바람직하게는 90% 이상이 통과할 수 있는 적어도 하나의 재료로 형성되고, 바람직하게는 기판은 발광 방사선에 대한 투과성 재료를 포함한다.
바람직하게는, 광학 장치는 발광 방사선이 방출되는 원위 부분을 가지며, 원위 부분 및 광 검출기들의 매트릭스는 상기 수직 방향(z)에 대해 채널의 일 편에 위치된다.
이것은 광 검출기들의 매트릭스에 의해 수신된 회절 광선의 양을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 광학 장치 및 광 검출기들의 매트릭스는 기판에 배치된다.
바람직하게는, 광학 장치 및 광 검출기들의 매트릭스는 적어도 하나의 채널 외측에 배치된다.
바람직하게는, 광학 장치 및 광 검출기들의 매트릭스는 입자를 포함하는 유체와의 직접적인 접촉으로부터 보호하도록 기판 내에 그리고 적어도 하나의 채널 외측에 배치된다.
이것은 유체의 입자들에 의한 광학 장치 및 광 검출기들의 매트릭스의 파울링(fouling)을 제한하고 심지어 억제하는 것을 가능하게 한다.
결과적으로, 본 발명은 시간에 따른 검출기의 성능을 연장하는 것을 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 검출기에서 수행되는 유지 보수 작업을 제한하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 광 검출기들의 매트릭스는 채널 주위, 바람직하게는 전체 주변으로 연장된다.
이 실시예에 따르면, 매트릭스는 채널 주위의 360°에 걸쳐 연장된다.
이것은 광 검출기들의 매트릭스에 의해 수신되는 회절 광선의 양을 최대화할 수 있게 한다.
도파관 아래에 광 검출기들을 포지셔닝하는 것은 또한 다른 광 검출기들의 상대 위치를 사실상 결정하고 따라서 검출기의 기하학적 구조를 사실상 알 수 있게 하는 블라인드 광 검출기들을 배치하는 것을 가능하게 한다. 또한, 이것은 포지셔닝 제한을 감소시킴으로써 광학 장치의 포지셔닝을 용이하게 할 수 있게 한다.
보다 일반적으로, 광 검출기들의 매트릭스는 180°이상, 바람직하게는 250°, 바람직하게는 300°의 원호를 커버하는 것에 의하여 채널 주위에서 연장된다.
바람직하게는, 반사 표면의 적어도 일부는 채널 벽의 적어도 일부에 의해 운반된다.
바람직하게는, 기판은 적어도 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하며, 제 1 기판은 광 검출기들의 매트릭스 및 바람직하게는 적어도 광학 장치의 일부를 지지하고, 제 2 기판은 적어도 반사 표면을 지지하며, 바람직하게는 제 1 기판은 회절 발광 방사선의 검출 기능을 보장하도록 구성되고, 제 2 기판은 광 검출기들의 매트릭스 방향으로 회절 발광 방사선의 반사 기능을 적어도 부분적으로 보장하도록 구성된다.
바람직하게는, 기판은 적어도 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하며, 제 1 기판은 채널의 적어도 제 1 부분을 지지하고, 제 2 기판은 채널의 적어도 제 2 부분을 지지하며, 각 부분은 상기 수직 방향으로(Z) 연장되고, 제 1 부분의 섹션의 평균 표면적은 실질적으로 제 2 부분의 섹션의 평균 표면적보다 작거나 같고, 표면들의 평균에 대응하는 부분의 섹션의 평균 표면적은 방향(z)을 따라 전체 높이를 취한다.
일 실시예에 따르면, 제 1 부분의 평균 두께는 실질적으로 제 2 부분의 평균 두께보다 작거나 같으며, 이 두께는 상기 수직 방향(z)에서 측정된다.
바람직하게는, 기판은 단일층 기판이다.
대안적으로, 기판은 다층 기판이다.
바람직하게는, 광학 장치는 상기 기판에 형성된다.
바람직하게는, 반사 표면은 전체 기판을 커버한다.
바람직하게는, 광 검출기들의 매트릭스 및 반사 표면은 수직 방향(z)을 따라 오프셋된다.
이것은 바람직하게는 발광 방사선에 대해 투과성인 재료를 포함하는 공간을 가질 수 있게 하며, 여기서 특정 회절 광선은 직접적으로 또는 반사 표면으로부터 반사된 이후에 광 검출기의 매트릭스에 도달할 때까지 전파될 수 있다.
바람직하게는, 발광 방사선은 단색 방사선이다.
이것에 의해, 재료의 선택 및 그 기하학적 구조를 통해 감도를 증가시키도록 본 검출기를 정확하게 설계하기 위해 광 검출기들에 의해 수신된 발광 방사선의 파장을 정확하게 알 수 있다.
바람직하게는, 광학 장치는 기판에 의해 운반되고 채널 방향으로 발광 방사선을 안내하도록 구성된 적어도 하나의 도파관을 포함한다.
이것은 채널로부터 거리를 두고 발광 방사선 원을 배치하는 것을 가능하게 한다. 도파관은 바람직하게는 검출 필요성에 부합하면서 발광 방사선을 채널에 가능한 한 가깝게 가져올 수 있게 한다.
바람직하게는, 광학 장치는 광학 장치의 출구에서, 바람직하게는 서로 평행한 추출된 광선 세트를 생성하도록 구성된 추출 네트워크를 형성하도록 형상화된 적어도 하나의 원위 부분을 포함하며, 광학 장치의 출구에서, 추출 네트워크는 주 방향(x, y)에서 채널 방향으로 플레어(flare)되는 형상을 갖는다.
바람직하게는, 추출 네트워크는 복수의 타원형 그루브(groov)를 포함하고, 각 그루브는 적어도 발광 방사선의 일부의 추출 그루브이다.
바람직하게는, 추출 네트워크는 적어도 하나의 복수의 타원형 그루브들을 포함하고, 복수의 그루브들은 트렌치들 및 돌출부들의 교대로 형성한다.
이것은 도파관을 설계하는 동안 추출 길이 및 추출된 광선을 운반하는 추출된 빔의 치수 및 추출된 빔의 발산을 선택하는 것을 가능하게 한다. 실제로, 에칭의 두께는 추출 그루브들의 형태 및 이를 통해 추출된 빔의 치수들을 결정한다.
에칭이 부분적인 경우, 추출되는 빔이 넓고, 매우 발산적이지 않기 때문에, 각도 α에 대응하는 실질적으로 동일한 수직 편차를 갖는 추출된 광선으로 구성된다.
에칭이 깊을 경우, 추출된 빔은 공간적으로 좁아서 발산하므로, 각도 α의 값 주위에서 변하는 수직 편차를 갖는 추출된 광선으로 구성된다.
이러한 타원형 형태는 상기 원위 부분에서의 전파 동안 발광 방사선의 파면(wavefront)의 프로파일을 따르는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 광학 장치는 원위 부분을 갖는 코어 및 코어를 커버하는 시스(sheath)를 포함하는 적어도 하나의 도파관을 포함하며, 코어는 원위 부분에, 피치 P에 따라 주기적으로 배치된 원위 부분의 나머지 부분보다 낮은 두께의 복수의 그루브들을 가지며, P는 다음의 식을 만족시킨다:
neff는 발광 방사선의 기본 모드의 유효 굴절률이고;
nc는 도파관의 코어의 굴절률이고;
ng는 도파관의 시스의 굴절률이고;
neff는 nc와 ng 사이에 존재한다.
이것은 평면(x, y) 사이에서 각도 α를 이루는 전파 방향에 따라 추출 네트워크로부터 발광 방사선의 추출을 얻는 것을 가능하게 하며, 여기서 도파관은 주로 연장되고, 채널의 주요 연장 방향(z)은 바람직하게는 0°내지 90°의 α를 갖는다.
도파관에서 전파되는 발광 방사선은 주 평면(x, y)과 각도 α를 형성하며, 여기서 0°≤α≤90 °, 바람직하게는 10°≤α≤45°, 바람직하게는 20°≤α≤40°이고, 바람직하게는 α는 약 20°의 각도이다. 이들 값은 낮은 기생을 유지하면서 비회절 광선의 효과적인 검출을 가능하게 하며, 또한 낮은 간섭으로 나타내질 수 있다.
바람직하게는, 광학 장치는 적어도 하나의 도파관을 포함하고, 이 도파관은 모노 모드이다.
바람직하게는, 광학 장치는 코어 및 시스를 포함하는 적어도 하나의 도파관을 포함하며, 상기 수직 방향(z)에서 측정되는 도파관의 두께 h는 다음의 식을 만족한다:
λ는 발광 방사선의 파장이고;
nc는 도파관의 코어의 굴절률이고;
ng은 도파관의 시스의 굴절률이다.
이로 인해 모노 모드 가이드를 가질 수 있으며, 발광 방사선의 추출 네트워크에 의한 추출 방향, 즉 추출된 광선의 주요 전파 방향을 정밀하게 제어하는 것이 가능하게 된다.
바람직하게는, 본 발명은 입자들의 순환을 위한 적어도 제 1 채널 및 입자들의 순환을 위한 적어도 제 2 채널을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명은 입자들의 순환을 위한 적어도 제 1 채널 및 제 2 채널을 포함하며, 각 채널은 입자를 포함하는 유체를 수용하도록 의도되고 광학 장치에 의해 방출된 발광 방사선의 적어도 일부를 수용하도록 구성된다.
바람직하게는, 본 발명은 각 채널에 의해 수용되는 발광 방사선이 단일 광학 장치 및 바람직하게는 단일 광원으로부터 들어오는 방식으로 구성된다.
바람직하게는, 광 검출기들의 매트릭스 및 반사 표면은 광학 장치에 의해 방출된 적어도 하나의 발광 방사선의 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절됨으로써 채널들 중 각 하나 또는 채널들 중 적어도 하나를 통과하는 방식으로 기판의 상기 부분의 일 편에 배치되어, 반사 표면에서 반사된 다음, 광 검출기들의 매트릭스에 도달한다.
이 실시예는 채널들 중 하나가 고장난 경우, 예를 들어 통상적으로 먼지 또는 곤충과 같은 큰 입자에 의해 막힌 경우에도 양호한 검출을 허용한다. 따라서 이 실시예는 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 한다.
바람직하게는, 광학 장치는 도파관의 적어도 제 1 아암 및 도파관의 적어도 제 2 아암을 형성하도록 구성되는 적어도 하나의 접합부(junction)를 포함하는 적어도 하나의 도파관을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 검출기는 다음과 같이 구성된다:
ㅇ 도파관의 제 1 아암을 통해 광학 장치에 의해 방출된 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절됨으로써 제 1 채널을 통과한 후, 반사 표면에서 반사된 다음, 광 검출기들의 매트릭스에 도달한다 ;
ㅇ 도파관의 제 2 아암을 통해 광학 장치에 의해 방출된 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절됨으로써 제 2 채널을 통과한 후, 반사 표면으로부터 반사된 다음, 광 검출기들의 매트릭스에 도달한다.
본 발명은 바람직한 적용 분야에 있어서 다양한 크기의 입자, 바람직하게는 마이크로 입자 및 심지어 나노미터 입자의 검출을 갖는다.
예를 들어, 본 발명은 연기, 먼지 입자, 오염 입자 또는 꽃가루, 곰팡이 포자 또는 발암성 입자와 같은 알레르겐으로부터 나오는 입자, 또는 박테리아, 바이러스 또는 엑소좀과 같은 생물학적 입자의 검출에 사용될 수 있다 .
본 발명은 유체가 액체 및/또는 기체인지에 관계없이 유체에 의해 운반되는 모든 유형의 입자들에 적용된다.
이하의 설명에서는, 필요에 따라 조합될 수 있고 각각 복수의 대안을 갖는 몇몇 실시예들을 참조하여 본 발명에 대한 세부 사항이 제공될 것이다.
본 발명의 제 1 실시예가 이제 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 반사 표면(41), 광학 장치(15)의 원위 부분(10), 입자(60)의 순환을 위한 채널(50) 및 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)를 포함하는 기판(100)의 평면도를 나타낸다.
이 도면에서는, 입자들에 의해 회절된 광선의 회절 다이어그램(70)의 스키마화(schematisation)가 도시된다.
도 1b는 도 1a에 도시된 섹션 A-A에 따른 기판(100)의 뷰를 나타낸다.
이들 두 도면에 도시된 바와 같이, 반사층(41)은 바람직하게는 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)와 일렬로 배치된다.
바람직하게는, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)은 광 디바이스(15)의 원위 부분(10)과 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 적어도 일부 사이에 배치된다.
반사층(41), 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 광학 장치(15)의 원위 부분(10)의 상대적인 배치는, 입자들(60)이 채널(50)에 존재할 때, 광학 장치(15)로부터 추출된 광선(11)이 회절 광선(12)을 생성하는 방식으로 적어도 하나의 입자(60)에 의해 적어도 부분적으로 회절됨으로써 채널(50)을 통과하는 방식으로 구성된다. 그 다음, 추출된(11) 및 회절된(12) 광선은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에 도달하는 반사 추출된 광선(13) 및 반사 회절된 광선(14)을 생성하는 방식으로 반사층(41)으로부터 적어도 부분적으로 반사된다.
바람직하고 비제한적인 방식에서, 기판(100)은 적어도 제 1 기판(30) 및 적어도 제 2 기판(40)을 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)은 기판(100)을 형성하는 방식으로 예를 들어 분자 결합을 통해 일체화된다. 따라서, 이 경우에, 기판(100)은 조립 기판 또는 제 1(30) 및 제 2(40) 기판의 조립에 의해 얻어진 "제 3 기판"으로서 규정될 수 있다.
바람직하게는, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 제 1 기판(30)에 의해 운반된다.
광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 상기 입자들에 의한 파울링을 제한하는 방식으로 입자들(60)을 포함하는 유체와의 직접 접촉에 의해 바람직하게 보호된다. 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 특히 채널(50)의 외부에 위치된다. 일 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 기판(100)에 의해 배치되거나 캡슐화될 수 있다. 이는 광 검출기들(21) 및 그에 따른 검출기의 매트릭스(20)의 성능을 시간에 따라 연장시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 이 검출기에서 수행될 유지 보수 작업들은, 광 검출기들이 입자들을 포함하는 유체와 잠재적으로 접촉하는 검출기들에 대해 감소된다.
따라서, 본 발명은 수행될 유지 보수 작업을 제한할 수 있게 한다.
바람직하게는, 제 1 기판(30)은 광학 장치(15)의 일부를 운반한다. 후자는 원위 부분(10)을 갖는 적어도 하나의 도파관을 포함한다. 도파관은 바람직하게는 코어 및 시스를 포함한다.
바람직하게는 도파관의 코어는 질화물 베이스를 갖는 적어도 하나의 재료를 포함한다. 도파관의 시스는 바람직하게는 실리카 베이스를 갖는 적어도 하나의 재료를 포함하며, 이 재료는 바람직하게는 기판(30)의 베이스 재료를 형성한다. 이 도파관은 광학 장치(15)에 의해 방출되는 발광 방사선을 채널(50)에 가능한 한 가깝게 전달하도록 구성된다.
도파관의 원위 부분(10), 바람직하게는 광학 장치(15)는 상기 입자들에 의한 파울링을 제한하는 방식으로 입자들(60)을 포함하는 유체와의 직접 접촉으로부터 보호된다. 원위 부분(10) 및/또는 원위 부분(10)을 포함하는 디바이스(15)의 적어도 일부는 채널(50)의 외부에 위치된다. 바람직한 실시예에 따르면, 이들은 기판(100) 내에 배치되거나 캡슐화될 수 있다.
이것은 시간에 따른 광학 장치 및 그에 따른 검출기의 송신 효율을 연장하는 것을 가능하게 한다.
이 도파관은 바람직하게는 주 평면(x, y)에 위치되며, 이 주 평면(x, y)에서 기판(100)이 연장되며, 위치 x, y, z가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다.
도파관은 바람직하게는 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)가 배치된 제 1 평면과 반사 표면(41)이 배치된 제 2 평면 사이에 위치되며, 이 제 2 평면은 제 1 평면에 평행하다.
일 실시예에 따르면, 제 1 평면은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제 2 평면은 적어도 하나의 반사 표면(41)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)은 주요 평면(x, y)에 수직인 방향 z에 따라 연장되는 주요 순환 방향을 갖는다.
이 순환 채널(50)은 입구 오리피스(51)로부터 출구 오리피스(52)까지 연장된다.
바람직한 실시예에 따르면, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)은 도파관의 원위 부분(10)과 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 사이에 위치된다. 이 위치에서, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 회절된 광선(12 및 14)의 대부분을 수신한다.
다른 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 또한 도 1b에 도시되지 않은 후방 산란된 광선을 수용하는 방식, 즉 추출된 광선(11)의 주요 추출 방향과 실질적으로 반대방향에 따라 회절되는 방식으로 도파관의 원위 부분(10) 주위에 배치될 수 있다.
실제로, 추출된 광선(11)의 파장에 대해 큰 크기의 입자들(60)은 추출된 광선(11)을 후방 산란시킬 수 있으며, 즉 입사 광선의 전파 방향과 반대 방향으로 회절된 광선을 생성할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 도 2a 및 도 2b를 통해 도시된 바와 같이 입자들(60)의 순환을 위해 채널(50) 주위에 모두 위치될 수 있으며, 이는 회절된 광선(12 및 14) 및 후방 산란된 광선의 검출 영역을 연장시키는 방식으로 이루어진다. 이것은 더 큰 검출 표면적을 갖고 회절 다이어그램(70)을 전체적으로 측정하는 것을 가능하게 한다. 도 2b는 도 2a의 섹션 B-B를 따라, 채널(50)의 연장의 주요 방향(z) 주위에서 여러 방향으로 전파되는 회절 광선(12)을 나타낸다.
특히, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 광학 장치(15)가 보다 상세하게 설명될 것이다.
바람직한 실시예에 따르면, 광학 장치(15)는 적어도 한나의 광원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 이 광원은 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드일 수 있다.
비제한적인 예에 따르면, 본 발명의 검출기는 들어 스마트 폰 타입의 휴대전화의 조명, 바람직하게는 단색광과 같은 휴대용 디바이스의 광원을 사용하여 휴대용 입자 검출기 모듈을 갖도록 설계될 수 있다. 따라서, 이 응용은 예를 들어 대기질 분석을 수행하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 광학 장치(15)는 도파관으로부터 광선(11)을 생성하도록 구성된 원위 부분(10)을 포함하는 도파관, 및 발광 방사선의 적어도 하나의 광원을 포함한다.
바람직하게는, 도파관은 입자들(60)의 순환을 위해 발광 방사기가 광학 장치(15)로부터 채널(50)로 전파되도록 구성된다.
바람직하게는, 원위 부분(10)은 주 평면(x, y)으로 연장되고 채널(50)의 방향으로 넓어지는 측면 연장부를 포함한다.
바람직하게는, y축에 따른 이 측면 연장부의 최대 치수는 동일한 방향에 따른 채널(50)의 최대 치수보다 작거나 실질적으로 동일하다. 통상적으로, 원위 부분(10)의 폭(D)은 채널(50)의 직경보다 작거나 같다.
이것은 바람직하게는 추출된 광선(11)에 의해 조명되는 입자들(60)의 수를 최소화하는 동시에 입자들(60)의 순환을 위해 채널(50)을 통과하지 않는 방향에 따라 추출된 광선(11)이 방출되는 것을 계속 방지하는 것을 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 이 원위 부분(10)은 광선의 추출 네트워크(10a)를 포함한다. 이 추출 네트워크(10a)는 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 특정 주기 P에 따라 일련의 융기 및 홈을 가질 수 있다.
도파관에서 전파되는 발광 방사선은 주 평면(x, y)과 각도 α를 형성하는 주 추출 방향을 버로잉함으로써 추출 네트워크(10a)로부터 추출된다. 이 각도 α는 도 1b에 도시되어 있다.
이러한 주 추출 방향은 바람직하게는 주 평면(x, y)에 대한 법선 방향과 입사 방향 사이에 위치된다. 후자의 경우, α = 0이며, 이 구성에 따르면, 채널(50)에서 순환하는 입자들(60)의 상당 부분(심지어 모두)이 추출된 광선(11)에 의해 조명된다.
다른 구성에 따르면, 각도 α가 45°이상, 바람직하게는 75°, 바람직하게는 85°일 수 있다. 특히 유리하게는, 추출 각도 α는, 추출된 광선(11)이 채널(50)의 출구 오리피스(52)를 통해 빠져나가도록, 제공하는 것이 가능하다. 이 경우, 광 다이오드들(21)의 매트릭스(20)는 입자들(60)에 의해 회절된 광선들(12 및 14)만을 검출하고, 광학 장치(15)에 의해 방출되는 비회절된 광선은 검출하지 않는다.
각도 α의 값이 광학 장치(15)에 의해 방출된 비회절 광선의 검출을 허용하는 경우, 이것은 광원의 노화 또는 시간에 따른 채널의 파울링에 대응하여, 시간에 따른 광원의 전력의 변경을 따르는 것을 가능하게 한다. 이러한 변경의 분석은 회절 광량과 광원에 의해 방출된 광량의 비율에 오류를 발생시키지 않게 만들 수 있다. 이 비율은 실제로 성질 또는 농도와 같은 특정 입자 매개 변수로 피드백하는데 유용한 크기이다.
그러나, 이와 동일한 경우에, 광학 장치(15)에 의해 방출되는 비회절 광파는 회절 광파(12 및 14)의 광 다이오드(21)의 매트릭스(21)에 의한 검출에 대하여 기생 광원으로서 작용할 수 있다.
본 발명의 개발 동안, 각도 α가 25°에 가까운 값을 가질 때, 여전히 낮은 기생을 유지하면서 비회절 광선의 검출이 효과적이며, 이는 또한 낮은 간섭에 의해 나타내질 수 있음이 밝혀졌다.
바람직하게는, 추출된 광선(11)이 입자들(60)에 의해 회절된다. 회절된 광선(12)의 적어도 일부는 반사층(41), 바람직하게는 금속성, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에 적어도 부분적으로 대면하여 위치되며, 따라서 회절 다이어그램(70)은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 상에 그 전체가 실질적으로 투영된다.
실제로, 한편으로는 매트릭스(20)는 입자들로부터 직접 회절 다이어그램(70)의 일부를 수신하고, 다른 한편으로는 반사층(41)으로부터 회절 광선(12)의 반사 후에 회절 다이어그램(70)의 추가 부분을 수신한다.
또한, 본 발명은 재료의 관점, 기하학 또는 발광 방사선 자체에 상관없이 검출될 입자들의 타입에 따라 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 응용 분야에 발광 방사선을 적용하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 따르면, 방사선은 검출 요구에 적합한 파장, 예를 들어 측정될 입자들의 주요 치수보다 작은 파장을 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 제 1 기판(30)은 검출 기능을 갖고, 제 2 기판(40)은 투명성 및 미러의 주요 기능을 갖는다.
바람직하게는, 제 1 기판(30)은 실리콘을 포함하고, 제 2 기판(40)은 일 실시예에 따라 발광 방사선, 추출된 광선(11 및 13) 및 회절된 광선(12)이 통과하는 것을 허용하는 방식으로 발광 방사선에 대해 투과성인 적어도 하나의 재료를 포함한다.
제 2 기판(40)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있으며, 즉 예를 들어 유리로 만들어질 수 있다.
특히 바람직하게는, 반사층(41)은 제 1 기판(30)과 마주보거나 접촉하는 제 2 기판(40)의 하부면의 반대편에 있는 제 2 기판(40)의 상부면에 배치된다.
제 1 실시예의 경우, 반사된 회절 광선(14)은 광 검출기들(21)에 도달하기 전에 제 2 기판(40)을 통과한다.
현명한 방식으로, 예를 들어 유리로 만들어진 제 2 기판(40)의 굴절률은 공기의 굴절률에 가깝도록 구성된다. 이 상황에서, 채널(50)의 내부와 제 2 기판(40) 사이의 인터페이스들, 즉 채널(50)의 벽에 대한 반사는 매우 적다.
일 실시예에 따르면, 채널(50)의 내부와 제 2 기판(40) 사이의 계면에 대한 반사를 감소시키거나 방지하기 위해, 반사 방지층이 채널의 실현 후에 채널의 벽에 증착될 수 있다.
제 2 기판(40)의 상부면에 "미러(mirror)"로 지칭되는 반사층(41)을 사용하면, 제 1 기판(30)의 표면 상에 위치된 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 상에 회절 다이어그램(70)의 이미지를 투영할 수 있다.
따라서, 본 발명은 반사층(41) 및 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 사용 및 현명한 위치 설정을 통해 입자들(60)의 회절 다이어그램(70), 심지어 완전한 회절 다이어그램(70)에 관한 많은 양의 정보를 얻는 것을 가능하게 한다.
도 3a 및 도 3b는 추출 네트워크(10a)를 포함하는 도파관의 원위 부분(10)의 가능한 기하학적 구조를 나타낸다.
도파관은 제 1 단부 반대편의 제 2 단부를 포함한다. 제 2 단부는 축 y를 따라 취한 치수 w를 갖는다. 바람직하게는, w는 D보다 작다.
도파관의 원위 부분(10)은 방향(x)을 따라 취해지고 추출 네트워크(10a)의 길이에 실질적으로 대응하는 연장 길이 L을 갖는다.
추출된 광선(11)으로 구성된 빔이 매우 짧은 전파 거리에 걸쳐 D와 실질적으로 동일한 치수에 도달하도록, 주어진 치수 D, L에 대해 w가 작을수록 작은 것이 적합하다. 수학적으로, L, D와 w의 관계는 대략 다음과 같이 표현될 수 있다:
이것은 도파관의 원위 부분(10)이 주 평면(x, y)에서 매우 큰 발산을 갖도록 한다. 그러면 원위 부분(10)의 확대 계수가 커진다. 따라서, 이 구성은 매우 짧은 거리에 걸쳐, 추출된 광선(11)이 실질적으로 D와 동일하고 바람직하게는 채널(50)의 직경과 동일한 공간 확장을 가질 수 있게 한다. 따라서 이러한 구성은 본 발명의 소형화를 증가시킨다. 당업자는 공지된 전자기 툴을 사용하여, 이러한 소형화의 효과를 얻기 위해 D에 따라 L, w 및 추출 네트워크(10a)를 치수화하는 방법을 알 것이다.
일 실시예에 따르면, 추출 네트워크(10a)에 의해 추출된 광선(11)의 주 추출 방향을 제어할 수 있도록, 도파관은 바람직하게는 발광 방사선에 대해 모노 모드가되도록 설계된다. z 방향을 따라 취한 도파관의 두께 h는 발광 방사선의 파장 λ에 비해 상대적으로 낮기 때문이다.
도파관의 단면이 실질적으로 정사각형인 경우, 도파관의 두께 h는 다음과 같다:
- nc: 코어의 굴절률
- ng: 시스의 굴절률
질화물로 만들어진 코어 및 실리카로 만들어진 시스의 경우, 각각의 굴절률은 가시 파장 영역에 위치한 발광 방사선에 대해 nc = 2 및 ng = 1.5이며, 이것은 다음 식을 따르는 두께 h를 제공한다:
발광 방사선의 기본 모드의 유효 굴절률 neff는 전자기 계산에 기초하여 계산될 수 있으며, 코어의 굴절률 nc와 시스의 굴절률 ng 사이에 있음을 주목할 수 있다.
도 3b는 도 1b의 상세 B의 도면이다. 추출 네트워크(10a)는 주기성이 P로 표시되는 일련의 홈들과 융기들을 포함한다.
이 추출 네트워크(10a)는 도파관의 원위 부분(10)의 에칭의 일부 또는 전부에 의해 수행된다.
본 발명의 개발 동안, 사용된 에칭의 타입은 추출 폭에 직접 영향을 미치므로, 추출될 광선(11)을 운반하는 빔의 크기 및 추출된 광선(11)의 발산에 영향을 주는 것으로 관찰되었다.
추출된 광선(11)의 발산을 감소시키는 것이 바람직한 경우, 예를 들어 부분 에칭을 사용하는 것이 적합하다.
주기성 P의 선택은 추출된 광선(11)의 주 추출 방향, 즉 위에서 정의된 각도 α에 직접 영향을 미친다. 전술한 바와 같이, 이 주 추출 방향은 법선 방향(α = 90°)과 입사 방향(α = 0°) 사이에 있을 수 있으며 다음과 같이 표현될 수 있다:
P의 선택은 추출된 광선(11)의 추출 각도를 직접 결정한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 하부 반사층(31)은 도파관의 적어도 원위 부분(10) 아래에 배치될 수 있다. 바람직하게는 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 구리로 제조되는 이 하부 반사층(31)은 도파관의 광학 거리에 유리하게는 발광 방사선의 파장의 1/4과 동일하게 배열된다. 이 광학 거리는 유리하게는 λ/(4n)보다 큰 "물리적"으로 지칭되는 거리에 상응하며, 여기서 n은 도파관과 하부 반사층(31) 사이에 위치한 물질의 굴절률이다. 이 최소 거리는 반사층이 가이드의 광선을 과도하게 방해하지 않으면서 추출된 광을 위쪽으로 보내는 역할을 한다. 이 두께에 대한 이러한 조건은 채널(50) 방향에서의 방사선 플럭스를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
특히, 본 발명은 사용된 발광 방사선의 파장이 600nm 미만일 경우, 알루미늄은 예를 들어 구리보다 우수한 반사율을 갖는다는 것을 밝혀냈다.
사용되는 발광 방사선의 파장이 600nm보다 클 경우, 구리는 알루미늄보다 우수한 반사율을 갖는다.
도 4 내지 6을 통해, 위에서 제시된 제 1 실시예에 따른 적어도 하나의 입자 검출기를 제조하는 방법의 예가 이제 설명될 것이다.
이 방법은 단순화된 방식으로 다음의 단계들을 포함한다:
- 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)를 미리 포함하는 제 1 기판(30) 상에 도파관을 실현하고;
- 바람직하게는 유리로 만들어진 제 2 기판(40) 상에 반사층(41)을 증착하고;
- 이어서, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)와 반사 표면(41)이 서로 거리를 두고 기판(40)의 일부의 일 편에 배열되는 방식으로 제 2 기판(40)이 제 1 기판 (30) 상에 접착되고;
- 이어서, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)이 제 1 및 제 2 기판들(30, 40)을 통해 형성된다. 이러한 채널(50)의 형성은 예를 들어 건식 또는 습식 에칭을 통해 수행될 수 있다.
이러한 단계들에 대한 세부 사항이 이하 제공된다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 제 1 기판(30)의 일 실시예를 나타낸다.
도 4a에서, 제 1 기판(30)은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)를 포함한다. 바람직하게는, 제 1 기판(30)은 실리콘으로 만들어진다.
바람직한 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 광 검출기들(21)의 매트릭스에 도달하는 광선의 반사를 제한하도록 구성된 광 검출기들(21)의 표면 상에 배치된 반사 방지 층을 포함한다(도시되지 않음).
도 4b는 광학 장치에 의해 방출된 발광 방사선을 반사할 수 있는 하부 반사층(31)의 선택적 증착을 도시한다. 바람직하게는, 이 하부 반사층(31)은 예를 들어 알루미늄 또는 구리와 같은 적어도 하나의 금속을 포함한다.
도 4c는 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 적어도 일부를 노출시키는 방식으로 하부 반사층(31)의 일부의 에칭을 나타낸다. 이 에칭은 습식 또는 건식일 수 있다. 에칭될 구역을 선택하기 위해 종래의 리소그래피 단계가 선행될 수 있다.
하부 반사층(31)이 구조화되면, 예를 들어, 도 4d에 도시된 바와 같이, 하부 반사층(31)에 의해 덮이지 않는 제 1 기판(30)의 표면의 일부만 CMP(Chemical-Mechanical Planarization)를 통해 평탄화한 후에 덮는 방식으로, 예를 들어 실리콘의 산화물(32)의 제 1 층이 제 1 기판(30)의 표면 상에 증착된다. .
일 실시예에 따르면, 이들 선행 단계들은 예를 들어 구리 및 실리카 베이스를 갖는 다마신(damascene)으로 대체될 수 있다.
도 4e는 광학 두께가 발광 방사선의 파장의 적어도 1/4인 버퍼 층(33)을 형성하는 방식으로, 예를 들어, 실리카의 버퍼 층(33)의 증착을 제 1 기판(30)의 전체 표면에 걸쳐 증착하는 것을 도시한다. 이 광학 두께는 유리하게는 λ/(4n)과 동일한 "물리적"으로 지칭되는 두께에 상응하며, 여기서 n은 버퍼층(33)의 굴절률이다.
이 버퍼층(33)은 추출된 광선(11)이 제 1 기판(30)의 표면으로부터 멀어지는 방향에 따라 전파되도록 전술한 기능을 제공한다.
그 후, 에칭 이후에 원위 부분(10)을 포함하는 도파관을 형성하는 방식으로 가이드 층(34)이 전체 버퍼 층(33) 상에 증착된다.
바람직하게는, 이 가이드 층(34)은 질화물 베이스를 갖는 재료를 포함한다.
도 4f 및 도 4e 는 도파관의 원위 부분(10) 상에 추출 네트워크(10a)를 형성하는 방식으로 부분 또는 완전 에칭에 의한 가이드 층(34)의 구조화 단계들을 나타낸다.
도 4h는 제 1 기판(30)의 전체 표면을 덮는 제 2 산화물층(35), 예를 들어 실리카의 증착을 나타낸다.
화학 기계적 연마를 통한 평탄화 단계는 예를 들어 이전 단계들에 의해 형성된 제 1 기판(30)의 표면을 평활화하기 위해 수행될 수 있다.
제 1 기판(30)의 제조 전 또는 후에 또는 동시에, 제 2 기판(40)이 준비된다.
이를 위해, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 발광 방사선에 대해 투과성인 제 2 기판(40)은 예를 들어 알루미늄 또는 구리와 같은 금속베이스로 반사층(41)에 의해 상부 표면으로 지칭되는 이들 주요 표면 중 하나 상에 덮이게 된다.
선택적으로, 일단 이러한 증착이 수행되면, 반사층(41)의 일부는 제 2 기판(40)의 상부 표면의 일부를 노출시키는 방식으로 리소그래피 및 에칭에 의해 제거된다. 이 에칭은 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)의 향후 실현을 위해 개구부(42)를 형성하도록 구성된다.
그 후, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 기판(100)은 제 1(30) 및 제 2(40) 기판의 조립에 의해 형성된다. 이러한 조립은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 제 1 기판(30)의 도파관을 포함하는 표면이 반사층(41)을 포함하는 상부 표면에 대향하는 제 2 기판(40)의 하부 표면과 접촉하도록하는 방식으로 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)의 접착을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 상부 반사층(41)은 방향 z를 따라 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 제 2 기판(40)을 통한 도파관과 대면한다.
일단 이 조립이 수행되고 나면, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)의 형성 단계는 기판(100), 즉 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)을 통해 그리고 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)와 추출 네트워크 사이를 실질적으로 통과함으로써 수행된다.
이러한 채널(50)의 형성은 몇가지 종래의 리소그래피 단계들 및 하나 이상의 에칭에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 이 에칭은 칼륨하이드록사이드(KOH) 또는 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH)를 포함하는 화학 물질 및 예를 들어 제 2 기판(40)이 유리로 제조되는 경우에 제 2 기판(40)을 에칭하기 위한 불산(HF)을 포함하는 화학 물질을 기반으로 하는 에칭일 수 있다.
예를 들어, 제 1 기판(30)은, 이것이 예를 들어 실리콘으로 만들어지고, 개구부(37)가 형성된 수지(36)가 사전에 증착된 후, 개구부(37)가 채널(50)의 향후의 입구 오리피스(51)의 위치에 위치되는 경우에 KOH 또는 TMAH에 기반한 화학 물질을 사용하여 에칭될 수 있다. 따라서, 제 1 기판(30)의 이러한 에칭은 채널(50)의 제 1 부분(50a)의 형성을 허용한다.
제 2 기판(40)은 예를 들어 상기에서 만들어진 개구부(42)를 통해 HF를 포함하는 화학 물질을 사용하여 그 위에 에칭될 수 있다. 따라서, 제 2 기판(40)의 에칭은 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 형성을 허용한다.
바람직하게는, KOH 또는 TMAH 베이스를 사용한 에칭은 실리콘의 결정 평면에 따라 수행되기 때문에 잔류 거칠기가 매우 낮다.
HF 에칭은 일반적으로 약 10 나노미터의 매우 낮은 거칠기를 생성한다.
그러나, 입자들(60)의 순환을 위해 채널(50)의 표면을 매끄럽게 하기 위해 제 2 기판(40)의 에칭된 표면 상에 실리카 층을 증착한 후의 단계가 가능하다.
채널(50)의 표면에서 매우 낮은 거칠기는 채널(50)로부터 또는 채널(50)로의 광선의 통과 동안 채널(50)의 벽에 의해 회절되는 광선의 존재를 최소화하고 심지어 회피하는 것을 가능하게 한다.
실제로, 회절 다이어그램(70)의 측정에 의해 입자들(60)의 검출의 엄격한 조건을 만족시키기 위해, 입자들(60)의 순환을 위해 채널(50) 내부의 벽의 거칠기를 가능한 한 제한하는 것이 적합하다.
이 거칠기는, 너무 높으면, 채널(50) 내에 입자들(60)이 없는 경우에도 광 검출기들(21)에 의해 측정된 기생 회절 또는 배경 회절(background diffraction)로 불리는 간섭을 유발할 수 있다. 측정된 신호들의 처리는 이러한 방해를 감소시킬 수 있지만, 여기에 기술된 에칭들의 정확한 선택은 매우 낮은 거칠기를 제공하여 채널(50) 자체에 의한 기생 회절 문제를 감소시킨다. 따라서 검출 정확도가 향상된다.
에칭 또는 에칭들이 완료되면, 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)은 이어서 기판(100)을 완전히 통과하여, 유체에 의해 운반되는 입자들(60)의 흐름이 이를 통해 순환하게 한다.
대안적인 실시예에 따르면, 채널(50)을 형성하는데 사용되는 제 1 및 제 2 부분(50a 및 50b)이 기판(100)을 분해하는 단계 전에 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 건식 에칭은 예를 들어 이온베이스와 함께 채널(50)의 부분적 또는 완전한 형성을 위해 사용될 수 있다.
제 2 투과 기판(40)을 사용하는 이 제 1 실시예의 많은 장점 중 하나는 광 검출기들(21)의 보호이다.
실제로, 광 검출기들이 일반적으로 입자들과 직접 접촉하는 경우, 이로인해 표면에 증착이 형성되어 감도가 감소하고 심지어는 눈을 멀게 할 수도 있다.
본 발명의 이 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)은 그와 직접 접촉하는 제 2 투과 기판(40)의 존재에 의해 보호된다.
따라서, 광 검출기들(21)은 반사 현상을 통해 더 많은 양의 광 정보를 여전히 수신하면서 보호되며, 예를 들어 입자들(60)의 회절 다이어그램(70) 및 그 크기 및 성질을 보다 잘 측정할 수 있다.
실제로, 문헌 "The Mie Theory: Basics and Applications"; Wolfram Hergert, Thomas Wriedt; Springer, 30 June 2012 - 259 pages, 및 "Light scattering and surface plasmons on small spherical particles", Xiaofeng Fan, Weitao Zheng and David J Singh, Light: Science & Applications(2014) 3 or J. R. Hodkinson and I. Greenleaves, "Computations of Light-Scattering and Extinction by Spheres According to Diffraction and Geometrical Optics, and Some Comparisons with the Mie Theory", Journal of the Optical Society of America 53, 577(1963)에 기초하여, 회절 다이어그램에 기초하여 입자의 크기를 결정하는 것은 당업자에게 공지되어 있으며, 이 다이어그램은 본 발명이 매우 정밀하게 측정할 수 있게 한다.
설명의 시작 부분에서 언급된 바와 같이, 본 발명은 전술한 제 1 실시예와 완전히 호환되는 제 2 실시예를 포함한다.
따라서, 제 1 실시예의 장점은 이하의 실시예에 적용될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 제 2 실시예는 전술한 제 1 실시예 중 하나와 동일한 제 1 기판(30), 및 발광 방사선에 실질적으로 불투과성일 수 있는 제 2 기판(40)의 사용에 기초한다.
본 실시예에 따르면, 발광 방사선에 대한 제 2 기판(40)의 투과 특성은 필요하지 않다.
도 7a 및 도 7b는 제 1 기판(30)과 제 2 기판(40)의 조립으로 인한 기판(100)을 나타낸다.
이 제 2 실시예에 따르면, 채널(50)은 제 1 및 제 2 기판들(30, 40)을 통과한다. 바람직하게는, 제 2 기판(40)은 제 2 기판(40)을 통과하는 채널(50)의 제 2 부분(50b)이, 제 1 기판(30)을 통과하는 채널(50)의 제 1 부분(50a)의 직경보다 큰 직경을 갖도록 구성된다.
또한, 채널(50)의 제 2 부분(50b)은 채널이 축 z를 따라 출구 오리피스(52)로 향함에 따라 감소하는 직경을 포함한다. 직경이 좁아짐에 따라 주 평면(x, y)에 대해 경사지는 벽을 형성하는 것이 가능하게 된다.
이들 벽(41a)은 바람직하게는 반사층(41)으로 덮이게 되며, 바람직하게는 제 1 실시예의 것과 유사하다.
이러한 반사 표면들의 이러한 특정 경사를 통해, 상기 벽(41)과 만나는 회절 광선(12)은 상기 벽(41a)에 대해 위치된 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 방향으로 직접 반사된다. 벽(41a)의 경사각 β가 도 8b 및 도 8c에 도시되어 있다.
따라서, 도 7a 및 도 7b는 추출 네트워크(10a)로부터 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)로의 추출된(11) 및 회절된(12) 광선의 광 경로를 나타낸다. 추출 네트워크(10a)로부터 나오는 추출된 광선(11) 및 회절된 광선(12)은 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 벽(41a)에서 반사되어, 광 검출기들(21)에 의해 측정될 수 있다.
벽들(41a)이 기울어짐에 따라, 반사된 추출된 광선들(13) 및 반사된 회절된 광선들(14)은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 표면에 준-법선의 입사각으로 도달하는 것을 보장할 수 있다.
이 형상은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20), 즉 입자들(60)의 회절 다이어그램(70)으로부터 투영되어 회절된 광의 정면을 변형시키지 않는 이점을 갖는다. 이 상황에서, 측정되는 회절 다이어그램(70)의 디지털 처리는 단순화될 것이다. 왜냐하면 기하학적 보정이 낮거나 존재하지 않기 때문이다.
채널(50)의 제 2 부분(50b)을 형성하는 방법에 비추어, 제 2 기판(40)을 통과하는 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 벽(41a)은 원통형 또는 평행 육면체 형상을 갖는다 점에 유의한다.
건식 에칭의 경우, 벽(41a)은 수직으로 압출된 형상을 가질 수 있다.
습식 에칭의 경우, 벽(41a)은 피라미드 형상을 가질 수 있다.
바람직하게는 벽(41a)은 광의 전면을 변형시키지 않는 방식으로 벽(41a) 상의 평면 표면을 유지하면서 입사 광선의 반사를 허용하도록 축 z 주위에 경사를 가질 수 있는 피라미드 형상을 가질것이다. 따라서, 습식 에칭은 바람직한 실시예이다.
바람직하게는, 이 벽(41a)의 일부 또는 전체 표면은 추출된(11) 및 회절된(12) 광선의 반사를 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 도 8a 및 도 8b를 통해 입자들(60)의 순환을 위해 채널(50) 주위에 위치될 수 있으며, 이것은 검출 구역을 회절된 광선(12 및 14) 및 후방 산란된 광선으로 연장시키는 방식으로 수행된다. 도 2a 및 도 2b를 통해 도시된 실시예와 동일하게, 이것은 더 큰 검출 표면적을 가질 수 있고 회절 다이어그램(70)을 전체적으로 측정하는 것을 가능하게 한다. 도 8b는 섹션 B-B를 따라 나타내며, 회절된 광선(12)은 채널(50)의 연장의 주요 방향(Z) 주위에서 여러방향으로 전파된다.
특히, 바람직하게는 채널(50)의 벽들(41a)이 주 평면(x, y)에 평행한 제 2 기판(40)의 표면과 형성되는 각도는 제조동안 완벽하게 제어될 수 있다. 실제로, 예를 들어 결정질 재료의 습식 에칭의 경우, 에칭 평면이 예측될 수 있고, 따라서 이 각도는 쉽게 알려지고 제어될 수 있다.
따라서, 예를 들어 실리콘으로 만들어진 제 2 기판(40)의 경우, KOH 베이스를 이용한 습식 에칭은 주 평면(x, y)에 대한 각도 β가 실질적으로 54.7°인 벽들(41a)의 형성을 야기한다. β는 도 8b 및 도 8c에 도시되어 있잇다.
또한, 벽들(41a)에 증착된 반사층(41) 상의 추출된 광선(11)의 입사각은 후자가 추출 네트워크(10a)의 구성에 의존하기 때문에 완벽하게 알려지고 마스터링된다.
따라서, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에서의 입사각은 또한 간단한 기하학적 구조에 의해 완벽하게 알려져있다. 따라서, 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 벽들(41a)의 경사를 통해, 반사된 추출된 광선(13) 및 반사된 회절된 광선(14)의 입사각은 주 평면(x, y)에 대해, 즉 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)의 평면에 대하여 법선(z)에 근접할 수 있다.
도 4e 내지 도 4h 및 도 9a 내지 도 9f를 참조하여, 이제 적어도 하나의 입자 검출기(60)를 제조하는 방법이 도 7a 내지 도 8c에 도시된 이 제 2 실시예에 따라 설명될 것이다.
앞의 도 4a 내지 도 4h에 설명된 단계들은 이 제 2 실시예에서 동일하며, 제 1 기판(30)의 구조화를 허용한다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(30)이 적절하게 형성되고 구조화되면, 채널(50)의 제 1 부분(50a)을 형성하는 방식으로, 즉 제 1 기판(30)을 통과하는 방식으로 오리피스가 만들어진다.
이 형성은 제 1 기판(30)의 에칭을 포함할 수 있다. 이 에칭은 바람직하게는 도파관의 원위 부분(10)과 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 사이에서 수행된다.
도 9c 내지 도 9e는 제 2 기판(40)을 통한 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 형성을 통한 제 2 기판(40)의 형성 및 구조화를 나타낸다. 이 제 2 부분(50b)은 바람직하게는 에칭에 의해, 바람직하게는 습식 에칭에 의해 수행된다. 실제로, 습식 에칭은 장점이 위에서 나타낸 경사진 표면들을 가질 수 있게 한다.
제 2 부분(50b)이 형성되면, 예를 들어 알루미늄 또는 구리 베이스를 갖는 금속 타입의 반사층(41)이 주로 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 벽들(41a) 상에 증착된다.
도 9f에 도시된 바와 같이, 일단 채널(50)의 제 2 부분(50b)이 수행되고 그것의 벽들(14a)이 반사층(41)으로 덮이게 되면, 기판(100)은 채널(50)의 제 1 및 제 2 부분(50a 및 50b)의 결합에 의해 정의된 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)을 형성하는 방식으로 제 2 기판(40)을 제 1 기판(30)과 조립함으로써 형성된다. 상기한 바와 같이, 이 조립은 분자 결합에 의해 수행될 수 있다.
이 제 2 실시예는 제 1 실시예와 공통의 많은 장점을 갖는 것 외에도, 결정질 재료에 대해 습식 에칭을 현명하게 사용함으로써 채널(50)의 거칠기를 최소로 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 채널(50)의 거칠기의 거의 전체적인 부재는 KOH 베이스를 갖는 화학에의해 실리콘의 습식 에칭에 의해 실제로 가능하며, 이 에칭은 실리콘의 결정성 평면들에 따라 수행되기 때문에 거칠기가 없다.
또한, 이 제 2 실시예는 광 검출기들(21)의 표면, 즉 주 평면(x, y)에 대해 준-법선, 즉 실질적으로 축 z를 따르는 반사된 추출된 광선(13) 및 회절된 광선(14)의 전파 방향을 얻는 것을 가능하게 한다.
이러한 상황은 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에 의해 측정된 신호들의 처리에 의해 컴퓨터에 의해 및/또는 전자적으로 정정되어야 하는 돌출에 기인한 변형없이 입자들(60)의 회절 다이어그램(70)의 직접 이미지를 제공하는 이점을 갖는다.
또한, 후방 산란 광선의 경우, 입자들(60)이 발광 방사선의 파장에 대해 큰 크기인 경우, 추출된 광선(11)은 후방 산란될 수 있다. 이 경우에도, 추출 각도 α는 추출된 광선(11)이 실질적으로 방향 z에 평행한 주요 추출 방향을 가지며 채널(50)의 출구 오리피스(52)로 향하도록, 즉 실질적으로 90°인 각도 α를 갖도록 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 입자들(60)에 의해 후방 산란된 회절된 광선(12 및 14)만을 검출한다.
이제 도 10 및 도 1을 통해 전술한 이점에 더하여 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)이 완전히 또는 부분적으로 막힐 때에도 본 발명을 작동시킬 수 있는 이점을 갖는 2개의 실시예가 설명될 것이다.
실제로, 채널(50)은 매우 큰 입자들, 예를 들어 먼지 또는 곤충에 의해 시간이 지남에 따라 막히는 것으로 간주될 수 있다. 생산 방법이 채널에서 결함을 발생시켜 전체 또는 부분적인 방해를 야기할 수도 있다.
제시될 2개의 비제한적인 실시예는 이제 이 문제에 응답하는 것을 가능하게 한다.
또한, 도 10 및 도 11에 도시된 2개의 실시예는 바람직하게는 선행 실시예들과 함께 결합된다.
도 10 및 도 11은 입자들(60)의 순환을 위한 제 1 채널(50c) 및 제 2 채널(50d)을 포함하는 기판(100)을 나타낸다.
이들 2개의 실시예에 따르면, 제 1 채널(50c) 및 제 2 채널(50d) 중 하나의 채널이 막히는 경우, 막히지 않은 채널은 본 발명이 계속 작동하게 한다.
도 10 및 도 11에서, 예를 들어 발광 다이오드 형태의 단일 광원(1)이 도시된다. 이 광원(1)은 발광 방사선을 방출하도록 구성된다. 광학 장치(15)는 이 광원(1)을 포함하거나 그것에 연결하기에 적합하도록 바람직하게 구성된다. 광학 장치(15) 및 광원(1)은 이 발광 방사선이 도파관(2)으로 안내되는 방식으로 협력한다.
바람직하게는, 도파관(2)은 복수의 아암들(4b 및 4c)을 형성하는 방식으로 하나 이상의 접합부(3)를 가질 수 있다.
도 10 및 도 11은 도파관(2)의 제 1 아암(4b) 및 도파관(2) 제 2 아암(4c)을 형성할 수 있는 단일 접합부(3)의 경우를 나타낸다.
도 10 및 도 11의 경우, 도파관(2)의 제 1 아암(4b)의 원위 부분(10b) 및 제 2 아암(4c)의 원위 부분(10c)이 도시된다. 바람직하게는, 이들 원위 부분들(10b, 10c) 각각은 전술한 실시예들에서와 같이 추출 네트워크를 형성하거나 운반한다.
전술한 실시예들과 동일하게, 제 1 채널(50c), 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 도파관(2)의 제 1 아암(4b)의 원위 부분(10b)은 도파관(2)의 제 1 아암(4b)의 원위 부분(10b)에서 방출된 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절됨으로써 제 1 채널(50c)을 통과한 다음 반사 표면(41)으로부터 반사되고, 광 검출기들(21)의 매트릭스에 도달하는 방식으로 배치된다.
유사하게, 제 2 채널(50d), 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 도파관(2)의 제 2 아암(4c)의 원위 부분(10c)은 도파관(2)의 제 2 아암(4c)의 원위 부분(10c)에서 방출되는 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절됨으로써 제 2 채널(50d)을 통과한 다음, 반사 표면(41)으로부터 반사된 후, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에 도달하는 방식으로 배치된다.
바람직하게는 광 검출기들(21)의 단일 매트릭스(20)는 모든 채널들(50c, 50d)을 통과한 발광 방사선을 수신한다. 바람직하게는 이 매트릭스(20)는 연속적이다. 도 11에서, 매트릭스(20)는 채널들(50c, 50d) 주위에서 모두 연장된다.
도 1 내지 도 9에 의해 도시된 전술한 실시예에 대해 설명된 모든 특성은 도 10 및 도 11의 실시예 및 그 대안에 적용될 수 있다.
도 12 및 도 13은 제 1 아암(4b) 및 제 2 아암(4c)을 형성하는 방식으로 광학 장치(15)의 도파관(2)의 2개의 실시예 및 특히 접합(3)의 2개의 실시예를 설명한다.
도 12는 도파관(2) 상의 단일 분리 접합부(3)를 통한 제 1 아암(4b) 및 제 2 아암(4c)의 형성을 나타낸다.
도 13은 접합부(3)가 간섭계(4a), 바람직하게는 다중 모드에 의해 수행되어, 이 광학 장치(15)에 기술적 부정확성에 대한 보다 우수한 견고성을 제공할 수 있는 바람직한 실시예를 나타낸다.
비제한적인 예로서, 다음의 수치 및 치수가 본 발명의 다양한 요소들에 적응될 수 있다:
- 기판(100)이 연장되는 주 평면(x, y)에 수직인 방향(z)을 따른 거리, 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)와 반사 표면(41) 사이의 거리는 10㎛ 내지 10mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 1mm, 유리하게는 500㎛ 내지 1mm이다.
이로써, 반사 표면의 방향 및 광 검출기들의 매트릭스의 방향으로 회절 광선의 플럭스를 최대화할 수 있다.
- 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)의 길이는 100㎛ 내지 10mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 5mm, 유리하게는 500㎛ 내지 2mm이다.
- 방향( y)에 따른 입자들(60)의 순환을 위한 채널(50)의 제 1 부분(50a)의 직경은 10㎛ 내지 10mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 5mm, 유리하게는 500㎛ 내지 2mm이다.
- 채널(50)은 상기 입자들(60)의 순환의 주요 방향(z)에 따라 연장되고, 광학 장치(15)의 출구에서 입자들(60)의 순환을 위한 주요 방향으로 0 내지 90°, 바람직하게는 10°내지 75°, 유리하게는 10°내지 45°의 각도 α)를 형성하는 주요 전파 방향을 갖는다.
회절된 광선의 수를 최적화하여 입자들의 검출을 향상시키는 방식으로 입자들과 발광 방사선 사이의 상호 작용의 부피를 최적화하는 것을 가능하게 한다.
또한, 도파관은 광 검출기들의 매트릭스와 동일한 수직 레벨에 있을 수도 있고 아닐 수도 있다.
본 발명의 제조 방법을 단순화하기 위해, 도파관은 광 검출기들의 매트릭스에 대하여 상승된 레벨에 위치된다.
- 바람직하게는, 발광 방사선은 400nm 내지 2㎛, 바람직하게는 500nm 내지1.6㎛, 유리하게는 600nm 내지 1㎛ 의 파장을 포함한다.
이것은 가시 광선 범위에서 발광 방사선을 가질수 있게 하며, 그 중에서도 그 구현 및 유지를 단순화시킨다.
또한, 추출된 광선의 회절은 주어진 입자 크기에서 발광 방사선의 파장이 낮을 때 훨씬 더 실질적이다.
- 도파관의 직경(w)은 100nm 내지 1㎛, 바람직하게는 200nm 내지 800nm, 유리하게는 300nm 내지 600nm이다.
- 도파관의 두께(h)는 100nm 내지 1㎛, 바람직하게는 200nm 내지 800nm, 유리하게는 300nm 내지 600nm이다.
- 도파관의 원위 부분(10)의 연장 길이(L)는 10㎛ 내지 10mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 5mm, 유리하게는 1mm 내지 3mm이다.
- 도파관의 원위 부분(10)의 치수(D)는 10㎛ 내지 10mm, 바람직하게는 100㎛ 내지 5mm, 유리하게는 1mm 내지 3mm이다.
- 하부 반사층(31)은 10nm 내지 10㎛, 바람직하게는 50nm 내지 1㎛, 유리하게는 100nm 내지 300nm의 두께를 갖는다.
- 제 1 산화물 층(32)은 10nm 내지 10㎛, 바람직하게는 50nm 내지 1㎛, 유리하게는 100nm 내지 300nm의 두께를 갖는다.
- 버퍼층(33)은 10nm 내지 10㎛, 바람직하게는 50nm 내지 5㎛, 유리하게는 100nm 내지1㎛의 두께를 가질 수 있다.
- 가이드 층(34)은 100nm 내지 1㎛, 바람직하게는 200nm 내지 800nm, 유리하게는 300nm 내지600nm의 두께를 갖는다.
- 제 2 산화물 층(35)은 0.1nm 내지 10㎛, 바람직하게는 1nm 내지 1㎛, 유리하게는 10nm 내지 500nm의 두께를 갖는다.
- 반사층(41)은 10nm 내지 10㎛, 바람직하게는 50nm 내지 1㎛, 유리하게는 100nm 내지 300nm의 두께를 갖는다.
- 채널(50)의 제 2 부분(50b)의 벽들(41a)은 수직 방향(z)과 5°와 75°사이, 바람직하게는 10°와 65°사이, 유리하게는 15°와 55°사이의 각도를 갖는다.
- 제 1 기판은 실리콘, III-V 재료, 예를 들어 GaN, InP로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하여, 광원을 기판 자체 내에 통합할 수 있게 한다.
- 제 2 기판은 유리, 실리콘으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다.
광학 장치(15)는 코어 및 시스를 포함하고, 코어는 실리콘 질화물(SiN), 이산화 티탄(TiO2)으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하고, 시스는 실리카, MgF2, Al2O3로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함한다.
반사 표면(41)은 알루미늄, 구리, 은, 금으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다.
본 발명의 구현은 광 검출기들의 측정치, 예를 들어 그 크기와 같은 입자들의 고유 파라미터들을 추출하기 위해 다양한 수학적 및 컴퓨터 도구의 사용을 포함할 수 있다.
당업자는 다음의 참고 문헌에서 그러한 툴을 찾을 수 있다:
"The Mie Theory: Basics and Applications"; Wolfram Hergert, Thomas Wriedt; Springer, 30 June 2012 - 259 pages, and "Light scattering and surface plasmons on small spherical particles", Xiaofeng Fan, Weitao Zheng and David J Singh, Light: Science & Applications(2014) 3.
본 발명은 설명된 실시예들로 제한되지 않고, 그 사상에 따라 임의의 실시예로 확장된다.
특히, 본 발명은 또한 입자들을 운반하는 액체 유체에 적용될 수 있음에 유의해야 한다. 따라서, 본 명세서에서, "유체"는 입자의 구성 성분이, 예를 들어 입자들에 부착력이 거의 없으며 액체의 경우 서로 자유롭게 미끄러지거나, 기체의 경우 서로 독립적으로 변위될 수있는 개체를 의미한다. 이 정의에 따르면, 물뿐만 아니라 공기도 유체이다. 유체는 예를 들어 공기에 의해 운반되는 마이크로 입자들 및 나노 입자들과 같은 입자들을 운반할 수 있다.
광 검출기들의 매트릭스는 바람직하게는 주기적이거나 비주기적일 수 있으며, 다각형 또는 원형을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 길이 방향에 따라 개방될 수 있는 입자들의 순환을 위한 하나 이상의 채널의 경우에 적용될 수 있다. 따라서 채널들의 윤곽이 닫히지 않는다.
또한, 평면(x, y)에서 채널의 섹션은 반드시 원형일 필요는 없다. 바람직하게는, 다각형, 예를 들어 직사각형 또는 정사각형일 수 있다.
1. 광원
2. 도파관
3. 접합부
4a. 간섭계
4b. 도파관의 제 1 아암
4c. 도파관의 제 2 아암
10. 도파관의 원위 부분
10a. 추출 네트워크
10b. 도파관의 제 1 아암의 원위 부분
10c. 도파관의 제 2 아암의 원위 부분
11. 추출된 광선
12. 회절된 광선
13. 반사 추출 광선
14. 반사 회절 광선
15. 광학 장치
20. 광 검출기들의 매트릭스
21. 광 검출기(들)
30. 제 1 기판
31. 하부 반사층
32. 실리콘산화물의 제 1 층
33. 버퍼층
34. 가이드층
35. 실리콘산화물의 제 2 층
36. 수지층
37. 채널의 제 1 부분의 형성 개방
40. 제 2 기판
41. 반사층
41a. 반사층으로 덮인 벽
42. 제 2 부분의 형성의 개방
50. 입자들의 순환을 위한 채널
50a. 채널의 제 1 부분
50b. 채널의 제 2 부분
50c. 제 1 순환 채널
50d. 제 2 순환 채널
51. 채널의 입구 오리피스
52. 채널의 출구 오리피스
60. 입자(들)
70. 회절 다이어그램
2. 도파관
3. 접합부
4a. 간섭계
4b. 도파관의 제 1 아암
4c. 도파관의 제 2 아암
10. 도파관의 원위 부분
10a. 추출 네트워크
10b. 도파관의 제 1 아암의 원위 부분
10c. 도파관의 제 2 아암의 원위 부분
11. 추출된 광선
12. 회절된 광선
13. 반사 추출 광선
14. 반사 회절 광선
15. 광학 장치
20. 광 검출기들의 매트릭스
21. 광 검출기(들)
30. 제 1 기판
31. 하부 반사층
32. 실리콘산화물의 제 1 층
33. 버퍼층
34. 가이드층
35. 실리콘산화물의 제 2 층
36. 수지층
37. 채널의 제 1 부분의 형성 개방
40. 제 2 기판
41. 반사층
41a. 반사층으로 덮인 벽
42. 제 2 부분의 형성의 개방
50. 입자들의 순환을 위한 채널
50a. 채널의 제 1 부분
50b. 채널의 제 2 부분
50c. 제 1 순환 채널
50d. 제 2 순환 채널
51. 채널의 입구 오리피스
52. 채널의 출구 오리피스
60. 입자(들)
70. 회절 다이어그램
Claims (20)
- ㅇ 적어도 하나의 광원(1)에 연결될 수 있고 상기 광원(1)에 의해 생성되는 적어도 하나의 발광 방사선을 방출하도록 구성되는 광학 장치(15); 및
ㅇ 주 평면(x, y)에서 연장되고 입자들(60)을 포함하는 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 적어도 일 부분을 형성하는 기판(100)으로서, 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)은 주 평면(x, y)에 수직한 방향(z)으로 연장되고, 상기 기판(100)의 적어도 일 부분은 상기 광학 장치(15)에 의해 방출되는 발광 방사선의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는, 상기 기판(100);을 포함하는, 입자 검출기(60)에 있어서,
상기 입자 검출기는 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 적어도 하나의 반사 표면(41)을 더 포함하고,
상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 제 1 평면을 따라 배열되고, 상기 반사 표면(41)은 제 2 평면에서 상기 광 검출기들(21)을 향하도록 지향되며, 상기 제 1 평면 및 제 2 평면은 상기 주 평면(x, y)에 평행하고 상기 기판(100)의 일 부분의 양측에 위치됨으로써, 상기 광학 장치(15)에 의해 방출되는 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자에 의해 회절되는 것에 의하여 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)을 통과한 후에, 상기 반사 표면(41)으로부터 반사된 다음, 상기 광 검출기(21)들의 매트릭스(20)에 도달하도록 하는 것을 특징으로 하는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15)는 상기 제 1 평면과 제 2 평면 사이에 적어도 부분적으로 위치되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(100)은 상기 반사 표면(41)과 마주 보거나 접촉하도록 배열된 제 1 면을 가지고, 상기 기판(100)은 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)와 마주 보거나 접촉하도록 배열된, 상기 제 1 면의 반대편에 있는 제 2 면을 갖는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 상기 반사 표면(41)은 상기 수직 방향(z)을 따라 적어도 부분적으로 및 서로 일렬로 위치되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 방사선의 적어도 일부가, 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절되기 위해서 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)을 통과하기 전에, 상기 반사 표면(41)의 적어도 일 부분에 의해 반사되도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(100)은, 상기 발광 방사선의 50% 이상이 통과할 수 있는 적어도 하나의 재료로 형성되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15)는 상기 발광 방사선이 방출되는 원위 부분(10, 10b, 10c)을 갖고, 상기 원위 부분(10, 10b, 10c) 및 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 상기 수직 방향(z)에 대하여 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 일 편에 위치되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15) 및 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 상기 기판(100)에 배열되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15) 및 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 입자들(60)을 포함하는 유체와의 직접 접촉으로부터 보호되도록 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c)의 외측에 배열되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는, 적어도 180°의 원호를 덮도록 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d) 주위에서 연장되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(100)은 적어도 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)을 포함하고, 상기 제 1 기판(30)은 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 상기 광학 장치(15)의 적어도 일 부분을 지지하고, 상기 제 2 기판(40)은 적어도 상기 반사 표면(41)을 갖는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판(100)은 적어도 제 1 기판(30) 및 제 2 기판(40)을 포함하고, 상기 제 1 기판(30)은 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 적어도 제 1 부분(50a)을 지지하고, 상기 제 2 기판(40)은 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 적어도 제 2 부분(50b)을 지지하며, 각각의 부분(50a 및 50b)은 상기 수직 방향(z)으로 연장되고, 상기 제 1 부분(50a)의 섹션의 평균 표면적은 상기 제 2 부분(50b)의 섹션의 평균 표면적보다 실질적으로 작거나 같고, 일 부분의 섹션의 평균 표면적은 상기 방향(z)을 따라 전체 높이에 걸쳐 취해지는 일 부분의 표면적의 평균에 대응하는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15)는, 상기 광학 장치(15)의 출구에서, 추출된 광선들(11)의 세트를 생성하도록 구성되는 추출 네트워크(10a)를 형성하도록 형상화된 적어도 하나의 원위 부분(10, 10b, 10c)을 포함하며, 상기 추출 네트워크(10a)는 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 방향으로 주 평면(x, y)에서 플레어(flare)되는 형상을 갖는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15)는 원위 부분(10, 10b, 10c)을 갖는 코어 및 상기 코어를 덮는 시스(sheath)를 포함하는 적어도 하나의 도파관(2)을 포함하며, 상기 코어는, 상기 원위 부분(10, 10b, 10c) 상에, 피치 P에 따라 주기적으로 배열된 복수의 그루브(groov)들을 가지며, 상기 P는 다음의 식을 만족하고:
여기서, λ는 발광 방사선의 파장이고;
neff는 발광 방사선의 기본 모드의 유효 굴절률이고;
nc는 도파관(2)의 코어의 굴절률이고;
ng는 도파관(2)의 시스의 굴절률이고;
neff는 nc와 ng 사이에 있는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 장치(15)는 코어 및 시스를 포함하는 적어도 하나의 도파관(2)을 포함하고, 상기 수직 방향(z)을 따라 측정된 도파관의 두께 h는 다음의 식을 만족하고:
여기서, λ는 발광 방사선의 파장이고;
nc는 도파관(2)의 코어의 굴절률이고;
ng은 도파관(2)의 시스의 굴절률인, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
입자들(60)의 순환을 위한 제 1 채널(50c) 및 제 2 채널(50d)을 적어도 포함하며, 각각의 채널(50c, 50d)은 입자들(60)을 포함하는 유체를 수용하고 상기 광학 장치(15)에 의해 방출된 발광 방사선의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 16 항에 있어서,
각각의 채널(50c, 50d)에 의해 수신되는 발광 방사선이 단일 광원(1)으로부터 들어오도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항에 있어서,
입자들(60)의 순환을 위한 적어도 하나의 제 1 채널(50c) 및 적어도 하나의 제 2 채널(50d)을 포함하고, 상기 광학 장치(15)는 도파관(2)의 적어도 하나의 제 1 아암(4b) 및 도파관의 적어도 하나의 제 2 아암(4c)을 형성하도록 구성되는 적어도 하나의 접합부(3, 4a)를 포함하는 적어도 하나의 도파관(2)을 포함하며,
상기 입자 검출기는,
ㅇ 상기 도파관(2)의 제 1 아암(4b)을 통해 상기 광학 장치(15)에 의해 방출된 발광 방사선 중의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절되는 것에 의하여 상기 제 1 채널(50c)을 통과한 후에, 상기 반사 표면(41)에서 반사된 다음, 상기 광 검출기(21)들의 매트릭스(20)에 도달하고;
ㅇ 상기 도파관(2)의 제 2 아암(4b)을 통해 상기 광학 장치(15)에 의해 방출된 발광 방사선 중의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절되는 것에 의하여 상기 제 2 채널(50d)을 통과한 후에, 상기 반사 표면(41)에서 반사된 다음, 상기 광 검출기(21)들의 매트릭스(20)에 도달하도록 구성되는, 입자 검출기. - 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 입자 검출기(60)를 제조하는 방법으로서,
ㅇ 적어도 하나의 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 적어도 하나의 발광 방사선을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광학 장치(15)의 일부를 포함하는 적어도 하나의 제 1 기판(30)을 공급하는 단계로서, 상기 제 1 기판(30)은 주 평면(x, y)에서 연장되고 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)는 상기 주 평면(x, y)에 평행한 제 1 평면을 따라 배열되는, 상기 제 1 기판(30)을 공급하는 단계;
ㅇ 적어도 하나의 반사층(41)을 포함하는 적어도 하나의 제 2 기판(40)을 공급하는 단계로서, 상기 제 2 기판(40)은 상기 주 평면(x, y)에서 적어도 부분적으로 연장되고 상기 반사층(41)은 상기 주 평면(x, y)에 평행한 제 2 평면에서 상기 광 검출기들(21)을 향하도록 지향되는, 상기 제 2 기판(40)을 공급하는 단계;
ㅇ 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20) 및 상기 반사 표면(41)이 상기 기판(100)의 적어도 일 부분의 양측에 배열되도록 상기 제 1 기판(30)과 제 2 기판(40)을 조립하여 제 3 기판(100)을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 제 3 기판(100)을 형성하는 단계 이전 및/또는 이후에, 상기 주 평면(x, y)에 수직인 방향(z)으로 연장되는 입자들(60)의 순환을 위한 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)을 형성하고, 광학 장치(15)에 의해 방출되는 발광 방사선의 적어도 일부가 적어도 하나의 입자(60)에 의해 회절되는 것에 의해 상기 채널(50, 50c, 50d)을 통과한 후에, 상기 반사 표면(41)에서 반사된 다음, 상기 광 검출기들(21)의 매트릭스(20)에 도달하도록 상기 제 3 기판(100)을 완전히 통과시키는 단계;를 포함하는, 제조 방법. - 제 19 항에 있어서,
적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)을 형성하는 단계가 상기 제 3 기판(100)을 형성하는 단계 이전에 수행되는 경우,
상기 방법은,
ㅇ 상기 수직 방향(z)에서, 상기 광학 장치(15)의 원위 부분(10, 10b, 10c) 근처에 위치된, 상기 제 1 기판(30)을 통해 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 적어도 제 1 부분(50a)을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 수직 방향(z)에서, 제 2 기판(40)을 통해 상기 채널(50, 50c, 50d)의 적어도 제 2 부분(50b)을 형성하는 단계;
ㅇ 상기 적어도 하나의 채널(50, 50c, 50d)의 제 2 부분(50b)의 적어도 일 부분 상에 적어도 하나의 추가 반사층(42)을 적층하는 단계;를 포함하는, 제조 방법.
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