KR20230014773A - 유체 내의 입자 크기의 검출을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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메디 바에즈-이라바니
토드 이건
궈헝 자오
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에 개시된 예들은 일반적으로 유체 내의 입자의 크기를 검출하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 일 예에서, 입자를 이미징하기 위한 시스템은 제1 이미징 디바이스를 포함한다. 제1 이미징 디바이스는 렌즈 및 디지털 검출기를 포함한다. 이 시스템은 레이저 소스를 더 포함한다. 레이저 소스는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된다. 디지털 검출기는 렌즈를 통과하는 누적된 광의 강도의 메트릭을 누적하도록 구성된다. 누적된 광은 입자로부터 산란된다. 누적된 광은 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로부터의 광을 포함한다.

Description

유체 내의 입자 크기의 검출을 위한 방법 및 장치
[0001] 본원에 개시된 예들은 일반적으로 유체 내의 입자의 크기를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 입자들의 검출은 반도체 제조를 포함하는 많은 기술 영역들에서 중요하다. 집적 회로 디바이스들에서 일상적으로 관찰되는 많은 결함들의 원인은 생산의 일부 단계에서 미세한 입자들의 존재에서 유래될 수 있다. 종종, 이러한 스퓨리어스 입자(spurious particle)들은 주변 대기 또는 심지어 초순수 물에서도 부유하고 있는 것으로 발견된다. 이러한 입자들은 생산 라인 내로 유입되고, 제조 프로세스 동안에 기판들을 오염시킬 수 있다. 입자들의 확산, 공기역학적, 광학적 또는 전기적 이동도(mobility)를 측정하는 방법들 및 디바이스들을 포함하여, 이러한 작은 입자들을 검출하기 위한 다양한 기술들이 사용되어 왔다. 그러한 방법들은 입자들의 존재에 관한 유용한 정보를 제공하지만, 대부분의 기존 방법들은 입자 크기를 결정함에 있어서 정확도 및 정밀도가 부족하여, 적절한 시정 조치들의 결정을 어렵고 힘들게 한다.
[0003] 입자 검출은 레이저 광에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 레이저 광의 단면 영역은 주변 구역 근처보다 중앙에서 큰 강도를 갖기 때문에, 레이저 광의 중앙을 통과하는 작은 입자와 레이저 광의 주변 구역을 통과하는 더 큰 입자를 구분하기 어렵다. 예를 들어, 레이저 광의 중앙을 통과하는 제1 크기를 갖는 더 작은 입자는 레이저 광의 주변 구역을 통과하는 더 큰 입자와 실질적으로 동일한 레벨의 광 산란을 가질 것이다.
[0004] 따라서, 유체 내의 입자의 크기를 검출하기 위한 보다 정확한 방법 및 장치에 대한 요구가 존재한다.
[0005] 유체 내의 입자의 크기를 검출하기 위한 시스템들 및 방법들이 본원에 개시된다. 입자를 이미징하기 위한 시스템은 제1 이미징 디바이스를 포함한다. 제1 이미징 디바이스는 렌즈 및 디지털 검출기를 포함한다. 이 시스템은 레이저 소스를 더 포함한다. 레이저 소스는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된다. 디지털 검출기는 렌즈를 통과하는 누적된 광의 강도의 메트릭을 누적하도록 구성된다. 누적된 광은 입자로부터 산란된다. 누적된 광은 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로부터의 광을 포함한다.
[0006] 다른 예에서, 입자 이미징 시스템은 제1 이미징 디바이스를 포함한다. 제1 이미징 디바이스는 렌즈 및 디지털 검출기를 포함한다. 입자 이미징 시스템은 캡슐화 섹션을 포함한다. 캡슐화 섹션은 입자를 수용하도록 구성된 입구 및 입자가 캡슐화 섹션을 빠져나갈 수 있게 하도록 구성된 출구를 포함한다. 레이저 소스는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된다. 디지털 검출기는 렌즈를 통과하는 누적된 광의 강도의 메트릭을 누적하도록 구성된다. 누적된 광은 입자로부터 산란되고, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔으로부터의 광을 포함한다.
[0007] 또 다른 예에서, 입자 크기를 결정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 레이저 소스로부터 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하는 단계를 포함한다. 이 방법은 제1 레이저 빔으로부터 제2 레이저 빔을 소정 거리만큼 분리하는 단계를 더 포함한다. 제1 레이저 빔은 캡슐화 섹션을 통과한다. 캡슐화 섹션은 입자가 캡슐화 섹션을 통해 유동할 수 있게 하도록 구성된다. 이 방법은 이미징 디바이스의 렌즈를 통과하는 제1 광의 제1 강도의 메트릭을 누적하는 것에 의해 계속된다. 제1 광은 제1 레이저 빔을 통과하는 입자로부터 산란된다. 이 방법은 이미징 디바이스의 렌즈를 통과하는 제2 광의 제2 강도의 메트릭을 누적하는 단계를 더 포함한다. 제2 광은 제2 레이저 빔을 통과하는 입자로부터 굴절된다. 입자 크기는 제1 강도 및 제2 강도에 기초하여 분류된다.
[0008] 본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 상기에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 특정한 설명이 본원의 예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이 예들의 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 첨부 도면들은 다른 균등하게 유효한 예들을 허용한다.
[0009] 도 1은 파장판을 갖는 입자 이미징 시스템의 평면도이다.
[0010] 도 2는 빔 변위기를 갖는 다른 입자 이미징 시스템의 평면도이다.
[0011] 도 3은 프리즘을 갖는 다른 예시적인 입자 이미징 시스템의 평면도이다.
[0012] 도 4는 도 1 내지 도 3의 입자 이미징 시스템들 중 임의의 입자 이미징 시스템에서 입자들을 유동시키기에 적합한 공기 유동 유닛의 3차원 평면도이다.
[0013] 도 5는 도 1 내지 도 3에 예시된 입자 이미징 시스템들 중 임의의 입자 이미징 시스템과 함께 사용하기에 적합한 2 개의 이미징 디바이스들을 갖는 입자 이미징 시스템의 평면도이다.
[0014] 도 6은 도 5의 이미징 디바이스에 의해 렌즈에 수집된 광의 3차원 개략도이다.
[0015] 도 7은 입자의 크기를 결정하는 방법의 흐름도이다.
[0016] 도 8은 도 1 내지 도 5의 입자 이미징 시스템으로부터 산란된 광을 측정하는 데 사용되는 이미징 디바이스의 평면도이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위해, 공통 피처들인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가의 언급없이 다른 예들에 유익하게 통합될 수 있는 것으로 고려된다.
[0018] 본원에 개시된 예들은 일반적으로 유체를 통해 이동하는 입자의 크기를 검출하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 본원에서 논의된 유체는 대기 공기이다. 그러나, 개시된 주제는 기체들 또는 액체들을 포함하는 유체들에 대해 유용성을 갖는다는 것이 주목되어야 한다.
[0019] 제1 레이저 빔은 입자로부터 반사된 광이 산란광의 p-편광된 광 조명에 의해 지배되도록 구성될 수 있다. 입자들로부터 산란된 산란광의 p-편광된 광 조명 및 s-편광된 광 조명의 수집은 단일 레이저 빔으로부터 수집된 산란광을 갖는 기존의 시스템들보다 높은 정확도를 제공한다. 직교 편광을 갖는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 통해 입자(들)를 통과시킴으로써, 2 개의 광 펄스들이 생성된다. 2 개의 광 펄스들 각각은 이미징 디바이스의 적어도 하나의 디지털 검출 어레이 형태의 디지털 광 검출기에서 상이한 신호 레벨들을 생성한다. 각각의 산란광 펄스는 입자로부터 수집된 산란광의 p-편광된 광 조명 및 s-편광된 광 조명을 포함할 수 있다. 더 작은 입자들의 경우, p-편광된 광 조명은 수집된 산란광 내의 s-편광된 광 조명보다 크다. 중간 크기 입자들의 경우, 산란광 내의 s-편광된 광 조명과 p-편광된 광 조명은 유사한 크기를 갖는다. 큰 입자들의 경우, 산란광 내의 s-편광된 광 조명은 수집된 산란광 내의 p-편광된 광 조명보다 크다. p-편광된 광 조명 및 s-편광된 광 조명의 강도를 분석함으로써, 입자의 크기가 결정될 수 있다.
[0020] 도 1은 파장판(waveplate)(148)을 갖는 입자 이미징 시스템(100)의 평면도이다. 일 예에서, 파장판(148)은 1/4 파장판이다. 입자 이미징 시스템(100)은 레이저 소스(128), 공기 유동 유닛(airflow unit)(104), 제1 반사기(140), 광학 흡수기(144) 및 이미징 렌즈(124)를 포함한다.
[0021] 공기 유동 유닛(104)은 레이저 소스(128)와 제1 반사기(140) 사이에 배치된다. 공기 유동 유닛(104)은 중공 프리즘(hollow prism)(120)을 포함한다. 중공 프리즘(120)은 6 개의 측벽들을 가질 수 있지만, 해당 기하형상에 제한되지 않는다. 유입부(112)는 중공 프리즘(120) 내로 공기를 도입한다. 공기는 유출부(116)를 통해 중공 프리즘(120)을 빠져나간다. 중공 프리즘(120)은 레이저 소스(128)와 제1 반사기(140) 사이에 배치된다. 유입부(112)는 중공 프리즘(120)의 6 개의 측벽들 중 하나에 수직으로 포지셔닝된다. 유출부(116)는 중공 프리즘(120)의 6 개의 측벽들 중 상이한 하나에 수직으로 포지셔닝된다. 용어들 상류 및 하류는 유입부(112) 또는 유출부(116)의 배향 또는 포지션을 제한하지 않는 상대적인 용어들이라는 것이 이해되어야 한다.
[0022] 유체 내에 배치된 입자(들)(108)는 유입부(112)를 통해 중공 프리즘(120)으로 도입되고, 유출부(116)를 통해 중공 프리즘(120)을 빠져나간다. 입자(108)는 공기 유동 유닛(104)을 통해 경로(156)를 따라 유동한다. 유입부(112)로부터 중공 프리즘(120)을 통해 유출부(116) 밖으로의 유체의 유동을 용이하게 하는 방식으로 펌프(도시되지 않음)가 공기 유동 유닛(104)에 결합될 수 있다.
[0023] 레이저 소스(128)는 제1 레이저 빔(132)을 방출하도록 구성된다. 제1 레이저 빔(132)은 중공 프리즘(120)에 의해 수광된다. 일 예에서, 제1 레이저 빔(132)은 중공 프리즘(120)을 통과한다. 파장판(148)은 중공 프리즘(120)의 내벽에 근접하게 중공 프리즘(120) 내에 포지셔닝된다. 그러나, 파장판(148)은 또한 중공 프리즘(120)의 외벽에 근접하게 중공 프리즘(120)의 외부에 포지셔닝될 수 있다. 제1 레이저 빔(132)은 λ의 파장을 갖는다. 제1 레이저 빔(132)의 편광은 원형으로 편광된 광으로 파장판(148)에 의해 변경된다.
[0024] 제1 반사기(140)는 중공 프리즘(120)의 측벽에 근접하게 포지셔닝된다. 제1 반사기(140)는 제1 레이저 빔(132)의 궤적을 반사하여 제1 레이저 빔(132)을 레이저 소스(128)의 방향으로 복귀시키는 반사면을 갖는다.
[0025] 제2 레이저 빔(136)은 제1 반사기(140)에서 유래한다. 반사된 제1 레이저 빔(132)이 두 번째로 파장판(148)을 통과하는 경우, 제1 레이저 빔(132)의 편광은 제1 레이저 빔(132)의 원래 방향에 대해 약 90 도 회전된다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 동일한 파장 λ 및 동일한 단면적 A를 가질 수 있다. 파장판(148)을 통한 제1 레이저 빔(132)의 이중 통과는 제2 레이저 빔(136)의 편광이 제1 레이저 빔(132)에 대해 약 90 도 회전되게 한다. 따라서, 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 직교 편광들을 갖는다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 동일한 파워(P) 또는 강도를 가질 수 있다. 대안적인 예에서, 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)의 파워는 상이한 파워(P) 또는 강도를 가질 수 있다.
[0026] 산란된 방사선의 강도 I는 방정식 1로 표현될 수 있다.
[0027]
Figure pct00001
[0028] 조명 강도는 I0으로 표현되고; n은 입자(108)의 굴절률이고; n0은 유체의 굴절률이며; λ는 진공에서 광의 파장이다. 여기서, 광은 제1 레이저 빔(132) 또는 제2 레이저 빔(136)으로부터의 광을 지칭한다. 파장 λ는 x-선과 원적외선 범위 사이의 임의의 범위일 수 있다. 입자(108)의 직경은 d로 표현된다. 방정식 1은 레이저 빔들(132, 136)의 파장 λ에 비해 작은 직경 d를 갖는 입자로 인한 산란 강도 I를 기술한다. 달리 말하면, 입자는 λ/4보다 작다. 조명 강도 I0은 제1 레이저 빔(132)의 파워(P)를 제1 레이저 빔(132)의 단면적(A)으로 나눈 것과 실질적으로 동일하다. 또한, 제2 레이저 빔(136)의 파워(P) 및 단면적(A)은 제1 레이저 빔(132)의 파워(P) 및 단면적(A)을 결정하는 것과 실질적으로 동일한 방식으로 표현된다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136) 각각은 실질적으로 가우시안 분포 단면적(A)을 갖는다.
[0029] 광 흡수기(optical absorber)(144)는 레이저 소스(128)에 근접하게 포지셔닝된다. 제2 반사기(152)는 제2 레이저 빔(136)을 광 흡수기(144)를 향해 편향시키도록 배향된다. 제2 레이저 빔(136)의 경로는 반사기(140)에서 시작된다. 제2 레이저 빔(136)의 경로는 광 흡수기(144)에서 종료된다. 이와 같이, 제1 레이저 빔(132)의 경로는 레이저 소스(128)에서 시작된다. 제1 레이저 빔(132)의 경로는 제1 반사기(140)에서 종료된다. 광 흡수기(144)는 레이저 소스(128)와 중공 프리즘(120) 사이에 포지셔닝될 수 있다. 그러나, 광 흡수기(144)는 제2 반사기(152)가 제2 레이저 빔(136)을 광 흡수기(144)로 지향시키게 할 수 있는 임의의 포지션에 포지셔닝될 수 있는 것으로 이해된다.
[0030] 이미징 렌즈(124)는 중공 프리즘(120)에 근접하게 배치된다. 이미징 렌즈(124)는 제1 레이저 빔(132)의 경로 및 제2 레이저 빔(136)의 경로에 실질적으로 수직으로 포지셔닝된다. 이미징 렌즈(124)는 도 4 및 도 5와 관련하여 하기에서 논의되는 바와 같이, 입자(들)가 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)을 통과할 때 입자(들)(108)의 이미지들을 캡처하도록 구성된다.
[0031] 도 2는 빔 변위기(204)를 갖는 다른 입자 이미징 시스템(200)의 평면도이다. 입자 이미징 시스템(200)은 레이저 소스(128), 광 흡수기(144), 공기 유동 유닛(104), 이미징 렌즈(124) 및 빔 변위기(204)를 포함한다.
[0032] 공기 유동 유닛(104)은 레이저 소스(128)와 광 흡수기(144) 사이에 배치된다. 공기 유동 유닛(104)은 중공 프리즘(120)을 포함한다. 중공 프리즘(120)은 레이저 소스(128)와 제1 반사기(140) 사이에 배치된다. 상기에 언급된 바와 같이, 유입부(112)는 중공 프리즘(120)의 측벽에 수직으로 포지셔닝된다. 유출부(116)는 중공 프리즘(120)의 다른 표면에 수직으로 포지셔닝된다. 입자(들)(108)는 유입부(112)를 통해 중공 프리즘(120)으로 도입되고, 유출부(116)를 통해 중공 프리즘(120)을 빠져나간다.
[0033] 빔 변위기(204)는 레이저 소스(128)와 중공 프리즘(120) 사이에 배열된다. 제1 레이저 빔(132)은 레이저 소스(128)로부터 방출되고, 빔 변위기(204)로 지향된다. 빔 변위기(204)는 제1 레이저 빔(132)의 특성을 변경하여 제2 빔(136)을 생성한다. 보다 구체적으로, 제1 레이저 빔(132)의 편광이 수평면 또는 수직면에 대해 45 도가 되도록 배열되는 경우, 빔 변위기(204)는 제1 레이저 빔(132)을 2 개의 성분들로 분할할 것이다. 제1 레이저 빔(132)의 제1 성분은 방향이 변경되지 않은 상태로 빔 변위기(204)에서 나올 것이다. 제2 레이저 빔(136)은 제1 레이저 빔(132)과 상이한 궤적을 갖는 빔 변위기(204)로부터 나온다. 제1 레이저 빔(132)에 대해 90 도 편광된 제2 레이저 빔(136)은 제1 레이저 빔(132)에 대해 수직 방향으로 변위된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 방향은 입자(들)(108)가 전파되는 경로(156)에 실질적으로 평행하다.
[0034] 광학 흡수기(144)는 중공 프리즘(120)의 측벽의 외부면에 근접하게 포지셔닝된다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 광 흡수기(144)에 의해 흡수되어, 따라서 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)을 종단시킨다. 따라서, 광 흡수기(144)는 광 흡수기(144)가 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136) 각각의 경로 내에 직접 있도록 하는 방식으로 중공 프리즘(120) 옆에 포지셔닝된다. 광 흡수기(144)는 흡수된 광에 충돌하지 않고 대부분의 광을 흡수하는 광학 트랩(optical trap)이다. 광 흡수기(144)의 일 예는 레이저 빔들(132, 136) 중 하나의 광을 캡처하는 배플(baffle)이다. 광 흡수기(144)는 이미징 렌즈(124) 내로 미광(stray light)을 흡수하는 원치않는 배경을 감소시킨다.
[0035] 상기에 개시된 바와 같이, 이미징 렌즈(124)는 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)에 실질적으로 수직으로 포지셔닝된다. 이미징 렌즈(124)는 입자(들)가 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)을 통과할 때 입자(들)(108)의 이미지들을 캡처하도록 구성된다.
[0036] 도 3은 프리즘(304)을 갖는 다른 예시적인 입자 이미징 시스템(300)의 평면도이다. 입자 이미징 시스템(300)은 레이저 소스(128), 광 흡수기(144), 이미징 렌즈(124), 공기 유동 유닛(104), 프리즘(304) 및 포커싱 렌즈(312)를 포함한다.
[0037] 도 2의 구성과 유사하게, 공기 유동 유닛(104)은 레이저 소스(128)와 광 흡수기(144) 사이에 배치된다. 입자(108)는 상기에서 도 1 및 도 2와 관련하여 개시된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 공기 유동 유닛(104), 유입부(112), 유출부(116) 및 중공 프리즘(120)에 의해 핸들링된다.
[0038] 제1 레이저 빔(132)은 레이저 소스로부터 프리즘(304)을 향하는 방향(316)으로 방출된다. 방향(316)은 이미징 렌즈(124)에 실질적으로 직교한다. 프리즘(304)으로 진입할 때의 제1 레이저 빔(132)의 편광은 수평면에 대해 주어진 각도로 배열된다. 일 예에서, 주어진 각도는 약 45 도이다. 프리즘(304)은 레이저를 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136)으로 분할할 것이다. 프리즘(304)은 레이저 소스(128)와 중공 프리즘(120) 사이에 포지셔닝된다. 프리즘(304)은 경사면(308)을 포함한다. 경사면(308)은 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136)을 분리한다. 경사면(308)은 제1 레이저 빔(132)에 대해 소정 각도로 포지셔닝된다. 경사면(308)의 각도는 제1 레이저 빔(132)의 투사 각도(316)에 대해 0 도보다 크고 90 도보다 작다. 달리 말하면, 경사면(308)은 제1 레이저 빔(132)에 대해 수직도 아니고 평행도 아니다. 2 개의 출현 레이저 빔들(132, 136)은 서로에 대해 직각으로 편광된다. 예를 들어, 제1 레이저 빔(132)은 수평 방향으로 편광될 수 있는 반면, 제2 레이저 빔(136)은 수직 방향으로 편광된다. 일 예에서, 프리즘(304)은 월라스턴 프리즘(Wollaston prism)이다. 경사면(308)을 통과할 때, 제1 레이저 빔(132)의 궤적은 소정 크기만큼 변경된다. 제2 레이저 빔(136)의 궤적은 동일한 크기만큼 변경되며, 그에 따라 경사면(308)의 하류측에서 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136) 사이에 하류 각도(320)가 형성된다. 하류 각도(320)는 프리즘(304)의 파라미터들에 따라 변할 수 있다. 일 예에서, 하류 각도(320)는 약 20 도 내지 약 45 도일 수 있다. 다른 예에서, 하류 각도(320)는 약 20 도이다. 또 다른 예에서, 하류 각도(320)는 약 30 도이다. 다른 구성에서, 하류 각도(320)는 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136) 사이의 분리도(예를 들어, 거리(556)) 및 검출 어레이(512, 524)의 시야에 의해 결정된다.
[0039] 다른 예에서, 프리즘들(304)은 로션 프리즘(Rochon prism)이고, 이 경우에, 경사면(308) 이후의 출현 레이저 빔들(132, 136) 중 하나(예를 들어, 제1 레이저 빔(132))는 수평면에 대해 소정 각도를 이루고, 다른 레이저 빔(예를 들어, 제2 레이저 빔(136))은 수평 방향을 따라 계속될 것이다. 경사면(308)을 통과할 때, 제1 레이저 빔(132)의 궤적은 소정 크기만큼 변경된다. 제2 레이저 빔(136)의 궤적은 변경되지 않는다. 즉, 제2 레이저 빔(136)은 수평 방향을 따라 계속될 것이며, 그에 따라 경사면(308)의 하류측에서 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136) 사이에 하류 각도(320)가 형성된다.
[0040] 상기에서 언급된 바와 같이, 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 경사면(308)에 의해 분리된다. 포커싱 렌즈(312)를 통과할 때, 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 실질적으로 서로 평행하게 배향되고, 소정 거리만큼 분리된다(하기에서 상세하게 설명됨). 포커싱 렌즈(312)는 프리즘(304)과 중공 프리즘(120) 사이에 포지셔닝한다. 포커싱 렌즈(312)는 경사면(308)의 상류측에서 투사 각도 β에 평행하게 제1 레이저 빔(132)의 궤적을 변경하는 데 사용된다. 제2 레이저 빔(136)의 궤적도 또한 포커싱 렌즈(312)에 의해 변경된다. 포커싱 렌즈(312)의 하류측에서, 제1 레이저 빔(132)은 제2 레이저 빔(136)에 실질적으로 평행하다. 따라서, 포커싱 렌즈(312)의 하류측에서, 제1 레이저 빔(132)은 투사 각도(316)로 투사된다. 제2 레이저 빔(136)은 포커싱 렌즈(312)의 하류측에서 투사 각도(316)에 평행하다.
[0041] 도 2의 구성과 유사하게, 도 3의 광 흡수기(144)는 중공 프리즘(120)에 근접하게 포지셔닝된다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 광 흡수기(144)에 의해 흡수된다. 상기에 개시된 바와 같이, 입자(108)는 공기 유동 유닛(104), 유입부(112), 유출부(116) 및 중공 프리즘(120)에 의해 핸들링된다. 그리고, 이미징 렌즈(124)는 입자(들)(108)가 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)을 통과할 때 입자(들)(108)로부터 산란된 광을 수광하도록 구성된다.
[0042] 도 4는 도 1 내지 도 3의 입자 이미징 시스템들 중 임의의 입자 이미징 시스템에서 입자(들)(108)를 유동시키기에 적합한 공기 유동 유닛(104)의 3차원 평면도이다. 공기 유동 유닛(104)은 개구 부분(404)과 단부 부분(408) 사이에 배치된 캡슐화 섹션(400)을 포함한다.
[0043] 유입부(112)는 개구 부분(404) 내에 배치되고, 입자(들)(108)를 캡슐화 섹션(400) 내로 도입한다. 입자들(108)은 단부 부분(408) 내에 배치된 유출부(116)를 통해 캡슐화 섹션(400)으로부터 제거된다. 개구 부분(404) 및 단부 부분(408)이 실질적으로 평행사변형들로서 도시되어 있지만, 개구 부분(404) 및 단부 부분(408) 모두는 이러한 구성에 제한되지 않는다. 개구 부분(404) 및 단부 부분(408)은 캡슐화 섹션(400)을 통한 입자들(108)의 이동을 용이하게 하는 임의의 기하학적 형상일 수 있다.
[0044] 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136) 각각은 캡슐화 섹션(400)을 통과한다. 입자들(108)은 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)에 실질적으로 수직인 경로로 캡슐화 섹션(400)을 통과한다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 캡슐화 섹션(400)을 통해 투사되고, 입자(들)(108)가 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136) 모두를 통과하도록 하는 방식으로 경로에 입사한다.
[0045] 캡슐화 섹션(400)은 광이 캡슐화 섹션(400)을 통과할 수 있게 하는 유리, 석영, 플라스틱, 또는 다른 적합한 재료와 같은 실질적으로 투명한 재료로 제조될 수 있는 6 개의 측벽들에 의해 형성될 수 있다. 제1 레이저 빔(132)은 캡슐화 섹션(400)의 제1 측벽을 통과하고 제2 측벽을 통해 빠져나간다. 제2 측벽은 실질적으로 제1 측벽과 대향하여 있다. 제2 레이저 빔(136)은 또한 캡슐화 섹션(400)의 제1 측벽을 통과한다. 제2 레이저 빔(136)은 또한 캡슐화 섹션(400)의 제2 측벽을 통해 빠져나간다. 다른 예에서, 제2 레이저 빔(136)은 캡슐화 섹션(400)을 통해 다시 반사되고, 캡슐화 섹션(400)의 제2 측벽을 통과하고 이어서 제1 측벽을 통과한다.
[0046] 상기에서 언급된 바와 같이, 상이한 예에서, 펌프(도시되지 않음)는 공기 유동 유닛(104)에 결합될 수 있다. 펌프는 입자(들)(108)를 보유하는 유체가 캡슐화 섹션(400)을 통해 개구 부분(404) 내로 유동하고 단부 부분(408) 밖으로 유동하게 하도록 구성된다.
[0047] 여기서, 이미징 렌즈(124)에 대한 임의의 설명은 반드시 제1 이미징 렌즈(508) 또는 제2 이미징 렌즈(520) 중 어느 하나 또는 모두를 포함한다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 예시된 이미징 렌즈(124)는 도 4 및 도 5에 예시된 제1 이미징 렌즈(508) 또는 제2 이미징 렌즈(520) 중 어느 하나일 수 있다. 제1 이미징 렌즈(508)는 캡슐화 섹션(400)의 측벽들 중 하나에 실질적으로 직각으로 포지셔닝된다. 제2 이미징 렌즈(520)는 캡슐화 섹션(400)의 다른 측벽들 중 하나에 실질적으로 직각으로 포지셔닝된다. 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)은 각각 이미징 렌즈(들)(124)에 대해 실질적으로 직각 방향으로 배열된다. 이미징 렌즈(들)(124)는 입자(108)로부터 산란광(552)을 수집한다.
[0048] 도 5는, 다른 적합한 시스템 중에서, 도 1 내지 도 3에 예시된 입자 이미징 시스템들 중 임의의 입자 이미징 시스템으로서 사용하기에 적합한, 2 개의 이미징 디바이스들을 갖는 입자 이미징 시스템(500)의 평면도이다. 공기 유동 유닛(104)은 단순화를 위해 도 5에 도시되어 있지 않다. 입자 이미징 시스템(500)은 제1 이미징 디바이스(504) 및 제2 이미징 디바이스(516)를 포함한다.
[0049] 제1 이미징 디바이스(504)는 제1 이미징 렌즈(508) 및 제1 검출 어레이(512)를 갖는다. 제2 이미징 디바이스(516)는 제2 이미징 렌즈(520) 및 제2 검출 어레이(524)를 갖는다. 제1 검출 어레이(512) 및 제2 검출 어레이(524) 각각은 n 개의 픽셀 행들 및 m 개의 픽셀 열들을 갖는 n×m 어레이이다. 제1 검출 어레이(512) 및/또는 제2 검출 어레이(524)는 CCD 또는 CMOS 이미징 어레이일 수 있다. n 또는 m에 대한 값은 작은 한 자리 숫자 내지 수천일 수 있다. 일 예에서, 디지털 검출기가 제1 검출 어레이(512)이다.
[0050] 감쇠기(attenuator)(528)는 입자(540)와 제2 검출 어레이(524) 사이에 배치될 수 있다. 감쇠기(528)는 제2 이미징 렌즈(520)와 제2 검출 어레이(524) 사이에 포지셔닝된다. 감쇠기(528)는 제2 검출 어레이(524)가 제2 검출 어레이(524)의 포화 전에 검출될 수 있는 입자(들)(108) 크기들의 범위를 증가시킬 수 있게 한다. 예를 들어, 감쇠기(528)가 이용되는 경우, 제2 검출 어레이(524)는 약 100 ㎚ 내지 약 900 ㎚ 범위 내의 입자들(108)을 검출할 수 있다. 이러한 범위 내에서, 제2 검출 어레이(524)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 입자(108)로부터의 산란광(552) 내의 p-편광된 광 조명 및 s-편광된 광 조명 모두로 인해 산란광을 검출할 수 있다. 감쇠기(528)는 유리, 플라스틱 또는 석영과 같은 유색(colored), 착색(stained) 및/또는 염색된(tinted) 투명 재료일 수 있다. 감쇠기(528)는 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)으로 인한 입자(108)로부터의 산란광의 크기를, 감쇠기(528)를 사용하지 않는 경우에 비해 약 100배만큼 감소시킬 수 있다. 다른 예에서, 디지털 검출기가 제2 검출 어레이(524)이다.
[0051] 산란광(552)은 제1 이미징 디바이스(504)의 제1 이미징 렌즈(508)에 의해 수집된다. 산란광(552)은 제1 이미징 디바이스(504) 내에 전압을 생성하고, 대응하는 신호가 제1 검출 어레이(512)에 저장된다. 별도로, 제2 이미징 디바이스(516)는 제2 이미징 렌즈(520)를 통해 산란광(552)을 캡처한다. 산란광(552)은 산란광(552)이 제2 검출 어레이에 충돌하여 어레이가 산란광(552)의 크기에 대응하는 전압을 발생시키기 전에 감쇠기(528)를 통과할 수 있다. 전압의 크기에 대응하는 메트릭은 제2 검출 어레이(524)의 n×m 픽셀의 대응하는 값 또는 메트릭과 함께 저장된다. 다른 예에서, 전류가 측정되고, 대응하는 값 또는 메트릭이 n×m 픽셀 이미지에 저장된다. 조명 강도 I0에 대응하는 수집된 광(552)은 검출 어레이(524)에서 신호를 생성한다. 수집된 산란광(552)의 양은 또한 제1 이미징 렌즈(508) 또는 제2 이미징 렌즈(520) 각각의 개구수(NA)의 함수일 수 있다.
[0052] 제1 레이저 빔(132)은 제1 평면(532)을 따라 투사된다. 제1 평면(532)은 제1 레이저 빔(132)의 전파 방향에 수직이다. p-편광된 광 조명은 입사 평면에 평행한 전기장 방향을 갖는 것으로 이해된다. 입사 평면은 제1 레이저 빔(132) 또는 제2 레이저 빔(136)의 전파 방향을 포함하는 평면이며, 이미징 렌즈(124)의 주 평면들과 평행하다(하기에서 상세하게 설명됨). 여기서, 레이저 빔은 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136) 모두를 지칭한다. s-편광된 광 조명의 전기장은 입사 평면에 수직으로 배향된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 평면(532)은 조명의 편광 방향(608)을 포함한다.
[0053] 입자(540)는 경로(548)를 따라 이동한다. 명확화를 위해, 입자(108)는 제1 포지션 p(t1)에서 입자(540)로서 예시되고, 제2 포지션 p(t2)에서 입자(544)로서 도시되며, 여기서 t는 시간이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 입자(540)는 제1 포지션 p(t1)에서 제1 레이저 빔(132)을 통과한다. 변위된 입자(544)는 제2 포지션 p(t2)에서 제2 레이저 빔(136)을 통과한다. 거리(556)는 제1 레이저 빔(132)을 제2 레이저 빔(136)으로부터 분리시킨다. 따라서, 입자(108)(도 1 내지 도 3에 도시됨)는 제1 포지션 p(t1)와 제2 포지션 p(t2) 사이의 거리(556)를 이동한다.
[0054] 거리(556)는 제1 레이저 빔(132) 또는 제2 레이저 빔(136)의 빔 폭(즉, 단면적 A)에 대해 측정된다. 거리(556)는 제1 레이저 빔(132)의 빔 폭의 2배 내지 3배일 수 있다. 대안적으로, 거리(556)는 제2 레이저 빔(136)에 대해 결정될 수 있다.
[0055] 포지션 p(t1)에서 제1 레이저 빔(132)을 통한 주어진 입자(540)의 통과는 산란광(552)의 p-편광된 광 조명에 의한 산란으로 인해 산란광(552) 펄스를 생성할 것이다. 광 펄스는 메트릭(예를 들어, 전압 또는 전류)으로 변환되고, 메트릭은 제1 검출 어레이(512)의 출력에서 신호 P1로서 저장된다. 제2 검출 어레이(524)는 광 펄스의 강도에 대응하는 메트릭을 신호 P2로서 저장한다.
[0056] 입자(544)가 포지션 p(t2)에서 제2 레이저 빔(136)을 통과할 때, 산란광(552) 펄스는 입자(544)로부터 산란된 산란광(552)의 s-편광된 광 조명을 포함한다. 광 펄스는 메트릭을 갖는 전압 또는 전류로 변환될 수 있고, 이어서, 메트릭은 제1 검출 어레이(512)의 출력에서 신호 S1로서 저장된다. 제2 검출 어레이(524)는 광 펄스를 신호 S2로서 저장한다. 2 개의 산란광(552) 펄스들은 제1 검출 어레이(512) 및 제2 검출 어레이(524) 각각에서 상이한 신호 레벨들을 생성할 것이다.
[0057] 도 6은 도 5에 도시된 이미징 디바이스들 중 어느 하나에 의해 수집된 광의 3차원 개략도이다. x-방향(601) 및 y-방향(603)이 도시되어 있으며; x-방향(601)은 y-방향(603)에 직교한다. z-방향은 x-방향(601) 및 y-방향(603) 모두에 수직이다.
[0058] 입자(108)가 도 5에 도시된 입자 이미징 시스템(500)을 통과할 때, 방사선 프로파일(604)이 생성된다. 단순화를 위해, 입자(108)는 도 6에 도시되어 있지 않다. 그러나, 입자(108)는 방사선 프로파일(604)의 중앙에 포지셔닝되는 것으로 이해된다. 입자(108)가 제1 레이저 빔(132) 또는 제2 레이저 빔(136) 중 어느 하나를 통해 이동함에 따라, 방사선 프로파일(604)은 산란광(552)에 의해 생성된다. 방사선 프로파일(604)은 실질적으로 토로이드(toroid) 형상, 즉 도넛(donut) 형상이다. 따라서, 방사선 프로파일(604)은 x-방향(601), y-방향(603) 및 z-방향(602) 중 각각 하나의 방향으로 연장된다. 여기서, 입자(108)로부터 산란된 산란광(552)은 입자(108)가 작은 직경 d(예를 들어, d < λ/4)를 갖는 미 이론(Mie theory)에 의해 지배되며, 여기서 λ는 광의 파장이다. 광은 제1 레이저 빔(132) 또는 제2 레이저 빔(136)이다. 입자(108)의 직경(d)이 작은 경우, 예를 들어 직경 d가 λ/4보다 작은 경우(즉, d < λ/4), 레일리 산란(Rayleigh scattering)이 산란광(552)의 이론을 지배한다.
[0059] 일 예에서, 조명의 편광 방향(608)은 제1 레이저 빔(132)의 편광을 지칭한다. 조명의 편광 방향(608)은 또한 전기장의 방향이다. 조명의 편광 방향(608)은 제1 평면(532)과 동일 평면상에 있다. p-편광된 광 조명의 경우, 조명의 편광 방향(608)은 제1 레이저 빔(132)의 전파 방향(620)에 수직이다. 조명의 편광 방향(608)은 입자(108)가 캡슐화 섹션(400)(도 4에 도시됨)을 통과할 때 입자(108)의 경로(548)에 평행하다. 다른 예에서, 조명의 편광 방향(608)은 제2 레이저 빔(136)의 편광을 지칭한다.
[0060] 입자(108)의 산란광의 양은 입자(108)의 크기, 산란광(552) 내의 p-편광된 광 조명의 강도 Ip 및 s-편광된 광 조명의 강도 Is에 따라 달라진다. 일부 예들에서, 산란광(552) 내의 p-편광된 광 조명의 강도 Ip는 s-편광된 광 조명의 강도 Is와 실질적으로 동일할 수 있다.
[0061] 도 6a에서, 제1 레이저 빔(132)은 전파 방향(620)을 따라 이동한다. 전파 방향(620)은 x-방향(601)에 평행하다. 제1 레이저 빔(132)으로부터의 레이저 광의 조명의 편광 방향(608)은 경로(548)에 평행한 z-방향(602)을 따른다. 언급된 바와 같이, 입자(들)(108)는 경로(548)를 따라 이동한다. 제1 레이저 빔(132)의 조명의 편광 방향(608) 및 전파 방향(620)은 입사 평면(532)을 한정한다. 입사 평면(532)은 x-방향(601) 및 z-방향(602)에 의해 한정된 평면과 동일 평면상에 있다. 작은 입자(108)의 경우, 입자(108)로부터의 산란된 필드의 형상은 토로이드(604)의 형태이다. 산란된 필드의 일부는 광추(cone of light)(즉, 산란광(552))의 형태로 제1 이미징 렌즈(508)에 의해 수집된다. 도 6a에서, 조명의 편광은 p-편광된 광으로 지칭된다.
[0062] 도 6b에서, 제2 레이저 빔(136)은 전파 방향(620)을 따라 이동한다. 제2 레이저 빔(136)으로부터의 레이저 광의 조명의 편광 방향(608)은 이제 입사 평면(532)에 수직이다. 입자(들)(108)에 대한 산란 방사선은, 입사광이 90 도 회전된다는 점을 제외하고는, 도 6a에 도시된 것과 동일한 토로이드(604) 형상을 갖는다. 따라서, 도 6b의 토로이드(604)는 도 6a에 예시된 토로이드(604)로부터 90 도만큼 회전된다. 도 6b에 도시된 조명의 편광은 s-편광된 광으로 지칭된다.
[0063] 도 7은 입자(108)의 크기를 결정하는 방법(700)의 흐름도이다. 블록(704)에서, 제1 레이저 빔(132)으로부터의 산란광(552)의 제1 강도에 대응하는 메트릭이 제1 이미징 디바이스(504)에 의해 누적된다. 산란광(552)은 제1 이미징 디바이스(504)의 제1 이미징 렌즈(508)를 통과했다. 입자(108)는 제1 레이저 빔(132)을 통과하여 광이 입자(108)로부터 산란되게 한다. 블록(708)에서, 입자(108)가 제2 레이저 빔(136)을 통과할 때 산란광(552)의 제2 강도에 대응하는 메트릭이 제1 이미징 디바이스(504)에 의해 누적된다. 대안적으로, 제2 이미징 디바이스(516)는 입자(108)의 산란광(552)의 강도에 대응하는 메트릭을 누적한다. 제1 레이저 빔(132)은 블록(712)에서 레이저 소스(128)로부터 방출된다. 제2 레이저 빔(136)은 파장판(148)을 통해 제1 레이저 빔(132)을 통과시킨 후의 제1 레이저 빔(132)으로부터 생성된다. 제2 레이저 빔(136)의 편광은 제1 레이저 빔(132)으로부터 약 90 도만큼 회전된다. 따라서, 제2 레이저 빔(136)은 제1 레이저 빔(132)과 상이한 특성들을 갖는다. 대안적으로, 제1 레이저 빔(132)은 빔 변위기(204)를 통과한다. 다른 예에서, 제1 레이저 빔(132)은 프리즘(304)을 통과한다.
[0064] 블록(716)에서, 제1 레이저 빔(132)은 캡슐화 섹션(400)을 통과한다. 캡슐화 섹션(400)은 캡슐화 섹션(400)을 통해 입자(108)를 유동시키도록 구성된다.
[0065] 블록(720)에서, 제2 레이저 빔(136)은 제1 레이저 빔(132)으로부터 약 90 도만큼 편광된다. 제2 레이저 빔(136)은 파장판(148)을 통과할 때 편광된다. 대안적으로, 제2 레이저 빔(136)은 빔 변위기(204)에 의해 편광된다. 다른 예에서, 프리즘(304)은 제1 레이저 빔(132)에 대해 약 90 도로 제2 레이저 빔(136)을 편광시킨다.
[0066] 거리(556)는 블록(724)에서 제1 레이저 빔(132)으로부터 제2 레이저 빔(136)을 분리하도록 설정된다. 블록(728)에서, 제1 레이저 빔(132)은 빔 변위기(204)를 통과한다. 빔 변위기(204)는 캡슐화 섹션(400)과 레이저 소스(128) 사이에 배치될 수 있다. 제1 레이저 빔(132)은 도 2에 도시된 빔 변위기(204)를 통과할 때 제2 레이저 빔(136)으로부터 변위된다. 다른 예에서, 약간의 비법선 각도(off-normal angle)로 유지된 제1 반사기(140)로부터의 제1 레이저 빔(132)의 반사는 도 1에 나타낸 바와 같이 제1 레이저 빔(132)을 제2 레이저 빔(136)으로부터 거리(556)만큼 분리한다. 제1 레이저 빔(132)과 제2 레이저 빔(136) 사이의 거리(556)는 또한 도 3에 예시된 프리즘(304)에 의해 설정될 수 있다.
[0067] 블록(732)에서, 입자(108)는 산란광(552)에 기초하여 분류된다. 입자(들)(108)를 크기에 의해 분류하는 것은 각각의 입자를 나타내는 정보를 빈(bin)들 또는 카테고리들로 선별하는 것을 포함한다. 이러한 예에서, 감쇠기(528)는 제2 이미징 렌즈(520)와 제2 검출 어레이(524) 사이에 포지셔닝된다. 상기에서 언급된 바와 같이, p-편광된 광으로부터 입자(108)에 의해 산란된 광의 강도에 대응하는 메트릭을 지칭하는 P1은 제1 검출 어레이(512)에 신호로서 저장된다. 제2 검출 어레이(524)는 동일한 p-편광된 광 레이저 광 빔으로부터의 신호 P2로서 광 펄스의 강도에 대응하는 메트릭을 저장한다. 광 펄스는, 제1 검출 어레이(512)의 신호 S1로서, 제2 s-편광된 광 레이저 광 빔으로부터 산란된 광 펄스의 강도에 대응하는 메트릭으로서 저장된다. 제2 검출 어레이(524)는, 또한 제2 레이저 광 빔으로부터의 산란광으로 인해, 신호 S2로서 광 펄스에 대응하는 메트릭을 저장한다. 도 8에 도시된 제어기(800)는 입자들(108)을 나타내는 정보를 입자(108)의 크기에 따라 빈(bin)들로 분류할 수 있다. 표 1은 입자(108)의 크기를 분류하기 위해 신호들 P1, S1, P2 및 S2가 어떻게 사용되는지를 예시하는 논리표이다. 표 1은 제어기(800)의 메모리(808)에 저장된다.
[0068] 예를 들어, 입자(108)는 제1 레이저 빔(132) 및 제2 레이저 빔(136)을 통과하여 2 개의 펄스들을 생성한다. 펄스들의 강도에 대응하는 메트릭들은 제1 검출 어레이(512) 및 제2 검출 어레이(524) 각각에 신호들로서 저장된다. 약 50 ㎚ 내지 100 ㎚의 크기를 갖는 입자(108)에 대해, 광(552)으로서 산란된 p-편광된 광 조명의 강도 Ip는 s-편광된 광 조명의 강도 Is보다 크다. 따라서, 제1 검출 어레이(512)는 신호 P1을 검출하지만, 신호 S1은 무시할 수 있다. 제2 검출 어레이(524)는 신호 P2 또는 신호 S2를 검출하지 않는다.
[0069] 약 110 ㎚보다 크고 약 200 ㎚보다 작은 입자들에 대해, s-편광된 광 조명 산란광(552)은 제1 검출 어레이(512)에 의해 검출 가능하게 된다. p-편광된 광 조명 산란광(552)의 강도 Ip는 약 110 ㎚보다 크고 약 200 ㎚보다 작은 입자에 대해 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. s-편광된 광 조명으로 인한 산란광(552)은 약 200 ㎚까지의 크기를 갖는 입자(들)(108)에 대해 검출 가능한 상태로 유지된다. 이와 같이, 신호 P1은 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. 신호 S1은 제1 검출 어레이(512)에서 검출 가능하다. 제2 검출 어레이(524)는 신호 P2를 검출할 수 있다. 그러나, 신호 S2는 제2 검출 어레이(524)에서 검출 가능하지 않다.
[0070] 200 ㎚ 초과의 크기를 갖는 입자(들)(108)에 대해, 산란광(552)으로서 산란된 p-편광된 광 조명은 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. 추가적으로, 산란광(552)으로서 산란된 s-편광된 광 조명은 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. 제2 검출 어레이(524) 내에서, p-편광된 광 조명으로 인해 산란된 광의 강도 Ip가 검출 가능하다. s-편광된 광 조명으로 인해 산란된 광의 강도 Is는 또한 제2 검출 어레이(524)에서 검출 가능하다. 따라서, 신호 P1은 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. 신호 S1은 제1 검출 어레이(512)를 포화시킨다. 제2 검출 어레이(524)는 신호 P2를 검출할 수 있다. 신호 S2는 제2 검출 어레이(524)에서 검출 가능하다.
[0071] 일 예에서, p-편광된 광 조명으로 인한 산란광(552)의 강도 Ip는 s-편광된 광 조명으로 인한 산란광(552)의 강도 Is보다 적어도 10배만큼 크다. 달리 말하면, p-편광된 광 조명의 강도 Ip는 s-편광된 광 조명의 강도 Is의 크기의 최대 10배일 수 있다. 입자(108)의 크기는 200 ㎚보다 작을 수 있다. 다른 예에서, s-편광된 광 조명으로 인한 산란광(552)의 강도 Is의 크기가 p-편광된 광 조명으로 인한 산란광(552)의 강도 Ip보다 큰 경우, 입자(108)의 크기는 약 200 ㎚보다 클 수 있다.
Figure pct00002
[0072] 도 8은 도 5의 입자 이미징 시스템으로부터 산란된 광을 측정하는 데 사용되는 제1 이미징 디바이스(504)의 평면도이다. 일부 예들에서, 제1 이미징 디바이스(504)는 제어기(800)에 결합된 카메라(801)이다. 제어기(800)는 프로세서(804), 메모리(808) 및 서로 결합된 지원 회로들(812)을 포함한다. 제어기(800)는 카메라(801)에 내장될 수 있거나, 대안적인 예에서, 제어기(800)는 카메라(801)로부터 이미지들을 수신하는 원격 디바이스(도시되지 않음)에 내장될 수 있다. 카메라(801)는 본원에 개시된 입자 이미징 시스템(100)의 이미지들을 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미징 렌즈(124)를 갖는다.
[0073] 제1 이미징 디바이스(504)는 제1 이미징 디바이스(504)의 제어를 용이하게 하기 위해 제1 이미징 디바이스(504)의 다양한 구성요소들에 결합된 전원 공급장치들, 클록(clock)들, 캐시, 입력/출력(I/O) 회로들과 같은 입력 제어 유닛을 포함한다. 선택적으로, 제1 이미징 디바이스(504)는 디스플레이 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 프로세서(804)는 범용 마이크로프로세서 또는 범용 중앙 프로세싱 유닛(CPU)의 임의의 형태 중 하나일 수 있으며, 이들 각각은 프로그램가능 논리 제어기(programmable logic controller; PLC)와 같은 산업 환경에서 사용될 수 있다. 제어기(800)는 또한 제1 이미징 디바이스(504)와 실질적으로 동일한 방식으로 제2 이미징 디바이스(516)에 결합될 수 있는 것으로 이해된다.
[0074] 메모리(808)는 비일시적이며, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 또는 로컬 또는 원격의 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 쉽게 이용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 메모리(808)는 프로세서(804)에 의해 실행될 때 제1 이미징 디바이스(504)의 동작을 용이하게 하는 명령들을 포함한다. 메모리(808) 내의 명령들은 본 개시내용의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 제품의 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 어느 하나를 따를 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은, (i) 정보가 영구적으로 저장되는 기록 불가능 저장 매체들(예를 들어, CD-ROM 드라이브에 의해 판독 가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 솔리드-스테이트 비휘발성 반도체 메모리와 같은, 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스), 및 (ii) 변경 가능한 정보가 저장되는 기록 가능 저장 매체들(예를 들어, 디스켓 드라이브 또는 하드-디스크 드라이브 내의 플로피 디스크들, 또는 임의의 유형의 솔리드-스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 그러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은, 본원에 설명된 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독가능 명령들을 보유할 때, 본 개시내용의 예들이다.
[0075] 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템(도시되지 않음)과 함께 사용하기 위해 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(예를 들어, 808)에 저장된 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 본원에 설명된 본 개시내용의 기능들을 규정한다. 프로그램들/명령들은 도 1 내지 도 5에 도시된 입자 이미징 시스템들로부터 수집된 광을 프로세싱하도록 구성된 알고리즘들을 포함한다.
[0076] 본원에 개시된 예들은 일반적으로 유체를 통해 이동하는 입자의 크기를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 전술한 바는 특정 예들에 관한 것이지만, 다른 예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 그 범위는 하기의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 입자를 이미징하기 위한 시스템으로서,
    제1 이미징 디바이스 ― 상기 제1 이미징 디바이스는, 렌즈; 및 디지털 검출기를 포함함 ―; 및
    제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 레이저 소스를 포함하며,
    상기 디지털 검출기는 상기 렌즈를 통과하는 누적된 광의 강도의 메트릭을 누적하도록 구성되고, 상기 누적된 광은 상기 입자로부터 굴절되고, 상기 누적된 광은 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔으로부터의 광을 포함하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔의 경로 및 상기 제2 레이저 빔의 경로에 배치된 레이저 종단기(laser terminator)를 포함하며,
    상기 레이저 종단기는 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 경로들을 차단하도록 구성되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입자를 수용하기 위한 입구 및 출구를 갖는 캡슐화 섹션을 포함하며,
    상기 출구는 상기 입자가 상기 출구를 통해 상기 캡슐화 섹션을 빠져나갈 수 있게 하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 빔 변위기를 포함하며,
    상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 캡슐화 섹션 내부에 빔 변위기를 포함하며,
    상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 빔 변위기 ― 상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성됨 ―; 및
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 포커싱 렌즈를 포함하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포커싱 렌즈는 상기 제2 레이저 빔이 상기 제1 레이저 빔으로부터 약 90 도로 편광되게 하도록 구성되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔의 방향으로부터 변위되고, 상기 제2 레이저 빔은 빔 변위기에 의해 상기 제1 레이저 빔의 편광에 대해 약 90 도로 편광되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 수광하도록 구성된 캡슐화 섹션;
    상기 제1 레이저 빔을 반사시키도록 구성된 제1 반사기; 및
    상기 제2 레이저 빔의 경로를 차단하도록 구성된 레이저 종단기를 포함하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 수광하도록 구성된 캡슐화 섹션; 및
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 경로를 차단하도록 구성된 레이저 종단기를 포함하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔을 수광하도록 구성된 캡슐화 섹션;
    상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성된 빔 변위기; 및
    상기 제2 레이저 빔의 경로를 차단하도록 구성된 레이저 종단기를 포함하는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 빔을 생성하고 상기 제2 레이저 빔으로부터 변위시키도록 구성된 빔 변위기를 포함하며;
    상기 제2 레이저 빔의 편광은 상기 제1 레이저 빔의 변위기의 편광에 대해 약 90 도로 회전되는, 입자를 이미징하기 위한 시스템.
  13. 입자 이미징 시스템으로서,
    제1 이미징 디바이스 ― 상기 제1 이미징 디바이스는, 렌즈; 및 디지털 검출기를 포함함 ―;
    캡슐화 섹션 ― 상기 캡슐화 섹션은 입자들을 수용하도록 구성된 입구 및 입자들이 상기 캡슐화 섹션을 빠져나갈 수 있게 하도록 구성된 출구를 포함함 ―; 및
    제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하도록 구성된 레이저 소스를 포함하며,
    상기 디지털 검출기는 상기 렌즈를 통과하는 누적된 광의 강도의 메트릭을 누적하도록 구성되고, 상기 누적된 광은 입자로부터 산란되고, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔으로부터의 광을 포함하는, 입자 이미징 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 빔 변위기를 포함하며,
    상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성되는, 입자 이미징 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 캡슐화 섹션 내부에 배치된 빔 변위기를 포함하며,
    상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성되는, 입자 이미징 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 빔 변위기 ― 상기 빔 변위기는 상기 제2 레이저 빔으로부터 상기 제1 레이저 빔을 변위시키도록 구성됨 ―; 및
    상기 레이저 소스와 상기 캡슐화 섹션 사이에 배치된 포커싱 렌즈를 포함하는, 입자 이미징 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔으로부터 약 90 도로 편광되는, 입자 이미징 시스템.
  18. 입자 크기를 결정하는 방법으로서,
    레이저 소스로부터 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 방출하는 단계;
    상기 제1 레이저 빔으로부터 상기 제2 레이저 빔을 소정 거리만큼 분리하는 단계;
    캡슐화 섹션을 통해 상기 제1 레이저 빔을 통과시키는 단계 ― 상기 캡슐화 섹션은 입자가 상기 캡슐화 섹션을 통해 유동할 수 있게 하도록 구성됨 ―;
    이미징 디바이스의 렌즈를 통과하는 제1 광의 제1 강도의 제1 메트릭을 누적하는 단계 ― 상기 제1 광은 상기 제1 레이저 빔을 통과하는 입자로부터 산란됨 ―;
    상기 이미징 디바이스의 렌즈를 통과하는 제2 광의 제2 강도의 제2 메트릭을 누적하는 단계 ― 상기 제2 광은 상기 제2 레이저 빔을 통과하는 입자로부터 산란됨 ―; 및
    상기 제1 메트릭 및 상기 제2 메트릭에 기초하여 입자 크기를 분류하는 단계를 포함하는, 입자 크기를 결정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 레이저 빔을 상기 제1 레이저 빔으로부터 약 90 도로 편광시키는 단계를 더 포함하는, 입자 크기를 결정하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    빔 변위기를 통해 상기 제1 레이저 빔을 통과시킬 때 상기 제2 레이저 빔을 상기 제1 레이저 빔으로부터 소정 거리만큼 변위시키는 단계를 더 포함하는, 입자 크기를 결정하는 방법.
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