KR20230021732A - 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출 - Google Patents
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Abstract
입자 검출 시스템 및 입자 검출 방법이 개시된다. 일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 입사 빔을 방출하는 입사 빔 광원, 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역, 입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기, 펌프 빔을 방출하기 위한 펌프 빔 광원을 포함하고, 펌프 빔은 입자 조사 구역에서 타겟팅되고, 입사 빔, 펌프 빔, 및 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔으로부터의 광, 입사 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광, 및 펌프 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구성되도록 배치된다.
Description
본 출원은 2020년 6월 9일에 출원된 미국 가특허출원 제63/036,930호 및 2020년 9월 16일에 출원된 미국 가특허출원 제63/079,382호의 이익 및 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 참조로서 포함된다.
클린룸 조건이 필요한 기술의 발전으로 인하여 점점 더 작은 입자의 검출 및 특성의 분석이 필요하게 되었다. 예를 들어, 마이크로일렉트로닉 파운드리는 크기가 20 nm 미만인 입자, 및 일부의 경우에는 크기가 10 nm 미만인 입자의 검출을 추구하며, 이는 이들이 점점 더 민감한 제조 공정 및 제품에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 유사하게, 의약품 및 생체 재료 제조를 위한 무균 처리 조건의 필요성은 건강 및 인간의 안전과 관련된 준수 표준을 해결하기 위하여 사용 가능한 및 사용 불가능한 입자의 정확한 특성 분석을 요구한다.
특히, 이와 같은 산업 분야는 작은 입자들의 검출 및 특성 분석을 위하여 광학 입자 계수기에 의존한다. 더 작은 입자를 검출하는 능력은 증가하는 레이저 출력, 더 짧은 여기 파장 및 응축 핵 계수와 같은 보다 복잡한 기술을 사용하는 시스템과 같은 광학 입자 계수를 위한 새로운 접근을 요구하고, 이는 나노미터 크기의 입자들을 검출할 수 있는 비요 및 전반적인 장비의 복잡성을 현저히 증가시킬 수 있다. 이와 같은 새로운 접근은 또한 신뢰성과 재현성을 제공하기 위하여 더 빈번한 교정 및 유지 보수가 필요할 수 있다.
다양한 광학 입자 계수기들이 당업계에 공지되어 있고, 예를 들어, 산란 광 광학 입자 계수기들은 US Patent No. 7,916,293에 개시되어 있고, 및 구조화된 빔 및/또는 간섭계를 사용하는 것들을 포함하는 투과/소광 입자 계수기들은 US 특허 제 7,746,469, 제 9.983,113, 제 10,416,069, US 공개특허 제 2019/0277745 및 US 20170176312, 및 PCT 국제공개특허 WO 2019/082186에 개시되어 있다. 이들 참조문헌들 각각은 여기서 천체로서 통합되며, 및 특히 작은 입자들의 검출 및 특성화를 위하여 유용한 입자 계수기 시스템 구성요소 및 구성을 설명하기 위하여 통합된다.
상기한 바로부터, 작은 크기의 치수를 갖는 입자의 향상된 광학적 감지를 제공하는 시스템 및 방법에 대한 당업계의 필요성이 있음을 알 수 있다.
본 발명은 입자의 검출과 관련되어 있다. 입자의 검출을 위한 시스템 및 방법이 개시되고, 시스템 및 방법은 개선된 신호 대 잡음 비율을 보이고, 열팽창에 대한 낮아진 민감도를 보이고, 및/또는 광학적 오정렬에 대한 낮아진 민감도를 보여준다. 여기 개시된 일부 구체예에 따른 이와 같은 개선은 적어도 부분적으로는 산란 광과 비산란된 입사 광의 광학적 조합 및 검출에 기인할 수 있다. 특히, 일부 구체예에서, 광 검출기는 레이저 빔(즉, 광 검출기 상에 입사되는 빔)의 광학적 경로 상에 배치될 수 있고, 그 사이에 입자 조사 구역이 있을 수 있다. 입사 빔은 편광될 수 있고, 예를 들어, 선형적으로 편광될 수 있다. 입자 조사 구역 내의 입자와 함께, 입사 빔/입자의 상호작용에 따른 전방-산란 광은 필연적으로 입사 빔과 일치하고 평행할 수 있다. 따라서, 광 검출기는 입사 빔으로부터의 직접적인 비산란 광과 조사 구역 내에서 입자에 의하여 전방 방향으로 산란된 광의 조합을 검출할 수 있다.
하지만, 특히 작은 입자의 경우, 입사 빔으로부터 직접적인 비산란 광의 강도는 전방-산란 광의 강도보다 훨씬 클 수 있고, 및 결과적인 신호 대 잡음 비율은 신호 해석에서 현저한 문제를 일으킬 수 있다. 제2 레이저 빔이 입자를 향할 수 있어서, 입자로부터의 추가적인 산란 광, 예를 들어 측면-산란 광이 입사 빔으로부터의 산란 광 및 비산란 광과 조합될 수 있음이 발견되었다. 제2 빔은 입사 빔 및 입사 빔으로부터의 전방 산란 광과 본질적으로 일치하고 평행한 산란 광을 생성하도록 구성될 수 잇다. 따라서, 일부 구체예에서, 간섭이 다음의 세가지 종류의 광 사이에서 발생할 수 있다: (i) 입사 빔으로부터의 비산란 광, (ii) 입사 빔으로부터의 전방 산란 광, 및 (iii) 제2 빔으로부터의 산란 광. 따라서, 여기서의 방법 및 장치는 일부의 경우에 "간섭계"로 언급될 수 있다.
3가지 종류의 광의 조합은 광 검출기로 향할 수 있다. 제2 빔은 입사 광 성분의 강도를 현저히 변화시키지 않으면서 광 검출기에서 검출된 광의 산란 광 성분을 "펌프"할 수 있다. 따라서, 입자 검출 시스템의 민감도 및/또는 신호 대 잡음 비율은 현저히 개선될 수 있다. 나아가, 유체의 샘플 체적 및/또는 유체 샘플링의 체적 비율이 현저히 개선될 수 있고, 이에 따라 특히 매우 낮은 입자 농도를 갖는 유체를 위한 더 빠른 샘플링 시간을 초래하게 된다. 추가로, 여기서 개시된 시스템 및 방법은 공지된 기술들과 비교하여 보다 많은 입자들을 검출할 수 있도록 하고(즉, 공지 시스템에서는 놓칠 수 있는 입자들의 검출을 가능하게 함), 이는 공지 기술의 시스템들이 종종 빔의 중심부로부터 너무 멀리 위치한 유동 셀을 통하여 유동하는 입자들이 검출되지 않은 상태로 통과하도록 허용하기 때문이다.
도 1은 산란 광 간섭 입자 검출 시스템의 제1 예의 개략도이다.
도2는 입자들이 빔을 통과할 때 입사 빔에서 관측되는 특징적인 간섭 패턴 신호들을 보여준다.
도 3은 듀얼-패스 펌프 빔 시스템 vs. 싱글-패스 펌프 빔 시스템 vs. 통상적인 (펌프 빔 없음) 시스템의 검출 신호들의 비교를 보여준다.
도 4는 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 일 구체예를 보여준다.
도 5a-5b는 페이지의 평면으로 가는 5 마이크론 신호 펌핑 빔(도 5a) 및 다크 빔(도 5b)을 갖는 2 마이크론 캐리어 빔(R에서 L로 이동)이다.
도 6은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제2 구체예의 개략적 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제3 구체예의 개략적 다이어그램이고, 입사 빔들의 어레이를 생성하기 위한 회절 요소들을 포함한다.
도 8은 회절 광학 요소를 통하여 광을 회절시키는 개략적 다이어그램이다.
도9는 도 8의 회절 광학 요소에 의하여 생성된 1차원 빔 어레이의 개략적 다이어그램이다.
도10은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제4 구체예의 개략적 다이어그램이고, 듀얼 패스 펌프 빔을 포함한다.
도 11은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제5 구체예의 개략적 다이어그램이고, 표면 입자 검출을 위한 평행 펌프 빔과 입사 빔들을 포함한다.
도 12는 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제6 구체예의 개략적 다이어그램이고, 듀얼-패스 입사 빔 구조를 포함한다.
도2는 입자들이 빔을 통과할 때 입사 빔에서 관측되는 특징적인 간섭 패턴 신호들을 보여준다.
도 3은 듀얼-패스 펌프 빔 시스템 vs. 싱글-패스 펌프 빔 시스템 vs. 통상적인 (펌프 빔 없음) 시스템의 검출 신호들의 비교를 보여준다.
도 4는 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 일 구체예를 보여준다.
도 5a-5b는 페이지의 평면으로 가는 5 마이크론 신호 펌핑 빔(도 5a) 및 다크 빔(도 5b)을 갖는 2 마이크론 캐리어 빔(R에서 L로 이동)이다.
도 6은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제2 구체예의 개략적 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제3 구체예의 개략적 다이어그램이고, 입사 빔들의 어레이를 생성하기 위한 회절 요소들을 포함한다.
도 8은 회절 광학 요소를 통하여 광을 회절시키는 개략적 다이어그램이다.
도9는 도 8의 회절 광학 요소에 의하여 생성된 1차원 빔 어레이의 개략적 다이어그램이다.
도10은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제4 구체예의 개략적 다이어그램이고, 듀얼 패스 펌프 빔을 포함한다.
도 11은 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제5 구체예의 개략적 다이어그램이고, 표면 입자 검출을 위한 평행 펌프 빔과 입사 빔들을 포함한다.
도 12는 본 개시의 입사 광과 조합된 산란 광을 통한 입자 검출을 위한 시스템의 제6 구체예의 개략적 다이어그램이고, 듀얼-패스 입사 빔 구조를 포함한다.
일부 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 직교하는 각도로 입자 조사 구역으로 배향될 수 있다. 일부 구체예에서, 직교 펌프 빔 구성은 광 검출기에서 검출되는 광 조합에 추가되는 측면-산란 광을 발생시킬 수 있다. 다른 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 비스듬한 각도로 입자 조사 구역으로 배향될 수 있고, 이는 광 검출기에 의하여 검출되는 광 조합에 추가되는 비스듬하게 산란되는 산란 광을 발생시킬 수 있다. 또 다른 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 180 도로 입자 조사 구역으로 배향될 수 있고, 이를 통하여 광 검출기에서 검출되는 광의 조합에 추가되는 후방-산란 광을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 시스템 및 방법은 유동 유체 내의 입자의 검출을 제공하고, 유체 유동부 내의 단일 입자들의 검출, 계수 및 측량을 포함한다. 일 구체예에서, 유체는 액체 또는 기체이다. 일 구체예에서, 시스템은 액상 화학물질 내의 입자들의 검출을 위한 것이다. 일 구체예에서, 시스템은 초순수 내의 입자들을 검출하기 위한 것이다. 일 구체예에서, 시스템은 고압 가스 내에서 입자들을 검출하기 위한 것이다. 일 구체예에서, 시스템은 공기 중 입자들을 검출하기 위한 것이다. 일 구체예에서, 시스템은 표면 상의 입자들을 검출하기 위한 것이다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원, 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역이되, 입자들을 포함하는 입자 조사 구역, 입자 조사 구역을 통과한 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기, 및 펌프 빔을 제공하는 펌프 빔 광원을 포함하고, 펌프 빔은 입자 조사 구역으로 배향된다. 입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔 또는 기준 빔으로부터의 광; 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광; 및 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 중 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배열될 수 있다.
일 구체예에서, 입사 빔이 조사 구역에서 펌프 빔과 교차한다.
일 구체예에서, 입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔으로부터의 광, 입자 조사 구역 내의 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광 및 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치된다.
일 구체예에서, 입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 기준 빔으로부터의 광, 입자 조사 구역 내의 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광 및 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치된다.
일 구체예에서, 기준 빔은 호모다인 간섭계 기준 빔이다.
일 구체예에서, 기준 빔은 헤테로다인 간섭계 기준 빔이다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 입사 빔을 방출하는 입사 빔 광원, 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역, 입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기, 펌프 빔을 방출하기 위한 펌프 빔 광원을 포함한다. 펌프 빔은 입자 조사 구역에서 타겟팅될 수 있다. 입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 입사 빔으로부터의 광, 입사 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광; 및 펌프 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치될 수 있다.
일 구체예에서, 입사 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광은 전방-산란 광일 수 있다. 일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 레이저 및 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 입사 빔 광원은 편광 빔 스플리터를 통하여 제1 광 경로로 조준되는 레이저로부터의 광을 포함할 수 있다. 펌프 빔 광원은 편광 빔 스플리터를 통하여 제2 광 경로로 조준되는 레이저로부터의 광을 포함할 수 있다.
일부 구체예에서, 입사 빔은 조사 구역에 들어가기 전에 편광된다. 일부 구체예에서, 펌프 빔은 조사 구역에 들어가기 전에 편광된다. 일 구체예에서, 입사 빔과 펌프 빔 모두는 단일 광원, 예를 들어 편광 빔 스플리터를 통하여 생성될 수 있다. 펌프 빔은 1/2 웨이브 플레이트를 통하여 변형될 수 있다. 입사 빔은 1/2 웨이브 플레이트를 통하여 변형될 수 있다. 편광된 입사 및 펌프 빔들은 조사 구역에서, 입사 빔이 펌프 빔의 편광 축과 필연적으로 동일한 편광 축을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 구체예에서, 입사 빔은 펌프 빔의 편광 축으로부터 5 도 이내의 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔은 펌프 빔의 편광 축으로부터 3 도 이내의 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔은 펌프 빔의 편광 축으로부터 2도 이내의 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔은 펌프 빔의 편광 축으로부터 1도 이내의 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔은 펌프 빔의 편광 축으로부터 0.1도 이내의 편광 축을 갖는다.
따라서, 일부 구체예에서, 광의 조합이 광 검출기에 도달할 때, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 필수적으로 동일한 편광 축을 갖는다. 예를 들어, 일 구체예에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 5 도인 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 3 도인 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 2 도인 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 1 도인 편광 축을 갖는다. 일 구체예에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 0.1 도인 편광 축을 갖는다.
일 구체예에서, 입자 검출기는 제1 레이저 및 제2 레이저를 포함할 수 있고, 입사 빔 광원은 제1 레이저로부터의 광을 포함하고, 및 펌프 빔 광원은 제2 레이저로부터의 광을 포함한다.
일 구체예에서, 광 검출기는 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 입자 검출 신호를 생성할 수 있고, 신호는 (i) 입사 빔으로부터의 광; (ii) 입사 빔으로 인한 산란 광; 및 (iii) 펌프 빔으로 인한 산란 광의 총 방사조도에 대응될 수 있다.
일 구체예에서, 입자 검출 신호는 펌프 빔이 부존재하는 경우 대비 적어도 두배 더 큰 크기를 갖는다. 일 구체예에서, 입자 검출 신호는 펌프 빔이 부존재하는 경우 대비 적어도 4 배 크기를 갖는다. 일 구체예에서, 입자 검출 신호는 펌프 빔이 부존재하는 경우 대비 적어도 10 배 크기를 갖는다.
일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 비스듬한 각도로 입자 조사 구역과 교차한다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 직교하는 각도로 입자 조사 구역과 교차한다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔과 반대 방향으로 입자 조사 구역과 교차한다. 일 구체예에서, 펌프 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광은 측면-산란 광이다. 일 구체예에서, 펌프 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광은 후방-산란 광이다.
일부 구체예에서, 입자 조사 구역은 이를 통하여 입자들을 유동시키도록 구비되는 유동 셀을 포함한다.
일부 구체예에서, 입자 조사 구역은 입자들의 존재 여부, 크기, 수, 등을 분석하기 위판 표면을 포함한다. 예를 들어, 일 구체예에서, 입자 조사 구역은 표면을 포함하고, 펌프 빔은 입사 빔에 대하여 비스듬한 각도로 입자 조사 구역으로 배향되어, 광 검출기에서 검출된 광의 조합에 추가되는 비스듬하게 산란된 산란 광을 생성한다.
일 구체예에서, 펌프 빔은 적어도 1의 방사조도 비를 갖고; 방사조도 비는 웨이스트에서의 입사 빔의 방사조도에 대한 웨이스트에서의 펌프 빔의 방사조도의 비로 정의된다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 적어도 2의 방사조도 비를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 적어도 10의 방사조도 비를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 적어도 100의 방사조도 비를 갖는다.
일부 구체예에서, 펌프 빔은 1 미만의 방사조도 비를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 1 내지 2의 방사조도 비를 갖는다.
일 구체예에서, 펌프 빔의 웨이스트는 입사 빔의 웨이스트 대비 크다. 예를 들어, 일 구체예에서, 펌프 빔의 웨이스트는 입사 빔의 웨이스트보다 적어도 1.5 배 더 크다. 일 구체예에서, 펌프 빔의 웨이스트는 입사 빔의 웨이스트보다 적어도 2 배 더 크다. 일 구체예에서, 펌프 빔의 웨이스트는 입사 빔의 웨이스트보다 적어도 3 배 더 크다. 일 구체예에서, 펌프 빔의 웨이스트는 입사 빔의 웨이스트보다 적어도 5 배 더 크다.
일 구체예에서, 입자 조사 구역으로 들어오는 펌프 빔은 입자 조사 구역으로 들어오는 입사 빔보다 적어도 두배 더 큰 평균 파워를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔보다 적어도 10 배 더 큰 평균 파워를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔보다 적어도 100 배 더 큰 평균 파워를 갖는다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔보다 적어도 1000 배 더 큰 평균 파워를 갖는다.
일 구체예에서, 펌프 빔은 멀티-패스 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 입사 빔은 멀티-패스 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 듀얼-패스 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 입사 빔은 듀얼-패스 빔으로 구비된다.
일 구체예에서, 펌프 빔은 구조화된 빔이다. 예를 들어, 일 구체예에서, 펌프 빔은 다크 빔이다.
일 구체예에서, 입사 빔은 구조화된 빔이다. 예를 들어, 일 구체예에서, 입사 빔은 다크 빔이다.
일 구체예에서, 입사 빔은 듀얼-패스 다크 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 듀얼-패스 다크 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 입사 빔은 멀티-패스 다크 빔으로 구비된다. 일 구체예에서, 펌프 빔은 멀티-패스 다크 빔으로 구비된다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 펌핑된 호모다인 간섭계 검출 시스템이다. 일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 펌핑된 셀프-호모다인 간섭계 검출 시스템이다. 일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 펌핑된 헤테로다인 간섭계 검출 시스템이다.
일 구체예에서, 입사 빔은 실린더 렌즈를 통하여 지나가고, 이에 의하여 통상적인 높은 종횡비 빔인 입사 빔을 생성한다.
일부 구체예에서, 펌프 빔은 듀얼-패스 빔일 수 있다. 예를 들어, 일 구체예에서, 조사 구역을 통하여 지나간 이후, 펌프 빔은 수집 렌즈 및 거울을 통하여 그 자체에 반사되어 돌아갈 수 있고, 및 그 후 조사 구역을 통하여 다시 지나갈 수 있다. 펌프 빔을 위한 듀얼-패스 구성은 향상된 민감도 및/또는 계수율을 제공할 수 있다.
일 구체예에서, 소광 광학 입자 계수기는 입자 검출 시스템을 포함한다. 소광 광학 입자 계수기의 일 구체예에서, 광 검출기는 제1 광 검출기이고, 및 소광 광학 입2자 계수기는 입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 펌프 빔을 검출하도록 배치되는 제2 광 검출기를 포함한다.
일부 구체예에서, 펌프 빔과 입사 빔 사이의 커플링은 펌프 빔 및/또는 입사 빔을 위하여 좁은 선폭의 레이저(들) 및/또는 단일 주파수 레이저(들)을 채용함에 의하여 개선될 수 있다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 차동 검출 시스템이다. 일 구체예에서, 차동 검출 시스템은 검출기에서 잡음을 감소시키기 위하여 사용된다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 입사 빔 광원과 입자 조사 구역사이의 입사 빔의 경로에 배치되는 회절 광학 요소를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 회절 광학 요소는 1차원 빔 어레이를 생성하도록 구성된다. 일 구체예에서, 회절 광학 요소는 복수의 가우시안 빔들을 생성하도록 구성된다.
일 구체예에서, 회절 광학 요소는 복수의 빔들을 생성하도록 구성되며, 복수의 빔들의 각각의 빔은 다른 빔들과 비교하였을 때 5 % 미만의 강도의 분산도를 갖는다.
일 구체예에서, 광 검출기는 상부 구역과 하부 구역을 포함한다. 일 구체예에서, 광 검출기는 차동 어레이 검출기이다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 다음을 포함한다: 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원; 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역이되, 입자 조사 구역은 입자들을 갖는 유체 유동부를 포함하기 위한 입자 조사 구역; 입사 빔 광원과 입자 조사 구역 사이의 입사 빔의 경로에 배치되는 회절 광학 요소; 및 입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기. 입사 빔과 광 검출기는 입사 빔으로부터의 광과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광을 검출하도록 배치될 수 있다.
일 구체예에서, 회절 광학 요소는 1차원 빔 어레이를 생성하도록 구성된다. 일 구체예에서, 회절 광학 요소는 복수의 가우시안 빔들을 생성하도록 구성된다.
일 구체예에서, 회절 광학 요소는 복수의 빔들을 생성하도록 구성되고, 복수의 빔들의 각각의 빔은 다른 빔들과 비교하였을 때, 20 % 미만의 강도의 분산도를 갖는다. 일 구체예에서, 광 검출기는 상부구역과 하부구역을 포함한다. 일 구체예에서, 광 검출기는 차동 어레이 검출기이다.
일 구체예에서, 입자 검출 시스템은 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원, 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역이되, 입자들을 포함하는 입자 조사 구역, 입자 조사 구역을 통과한 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기, 및 펌프 빔을 제공하는 펌프 빔 광원을 포함하고, 펌프 빔은 입자 조사 구역으로 배향된다. 입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔으로부터의 광; 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광; 및 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 중 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배열될 수 있다.
일 구체예에서, 입자 검출 방법은 입사 빔을 조사구역으로 및 광 검출기로 향하게 하는 단계, 펌프 빔을 입자 조사 구역으로 향하게 하는 단계, 입자 조사 구역에서 입사 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계, 입자 조사 구역에서 펌프 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계, 및 광 검출기를 통하여 입사 빔으로부터의 광, 입사 빔으로부터의 산란 광; 및 펌프 빔으로부터의 산란 광의 조합을 검출하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 입자 검출 방법은 입사 빔을 입자들을 갖는 유체 유동부를 포함하는 조사 구역 및 광 검출기로 향하게 하는 단계; 펌프 빔을 입자 조사 구역으로 향하게 하는 단계; 입사 빔과 입자 조사 구역 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계; 펌프 빔과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의한 산란 광을 생성하는 단계; 광 검출기를 통하여 입사 빔 또는 기준 빔으로부터의 광; 입사 빔으로부터의 산란 광; 및 펌프 빔으로부터의 산란 광의 조합을 검출하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 방법은 광 검출기를 통하여 입사 빔으로부터의 광; 입사 빔으로부터의 산란 광; 및 펌프 빔으로부터의 산란 광의 조합을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 방법은 광 검출기를 통하여 기준 빔으로부터의 광; 입사 빔으로부터의 산란 광; 및 펌프 빔으로부터의 산란 광의 조합을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 방법은 입자 포함 유체를 입자 조사 구역을 통하여 유동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 검출하는 단계는 입사 빔으로부터의 전방 산란 광을 검출하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 방법은 레이저로부터 레이저 빔을 방출하는 단계, 편광 빔 스플리터를 통하여 레이저 빔을 펌프 빔과 입사 빔으로 분할하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 방법은 제1 레이저를 통하여 입사 빔을 생성하고, 및 제2 레이저를 통하여 펌프 빔을 생성하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 방법은 광 검출기를 통하여 입자 검출 신호를 생성하는 단계를 포함하고, 신호는 입사 빔으로부터의 산란 광 및 펌프 빔으로부터 산란 광과 조합된 입사 빔으로부터의 광의 강도에 대응된다.
일 구체예에서, 방법은 입사 빔을 입자로 향하게 하는 단계, 펌프 빔을 입자로 향하게 하는 단계, 입자를 통하여 입사 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계, 입자를 통하여 펌프 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계, 및 광 검출기를 통하여 입사 빔으로부터의 광, 입사 빔으로부터의 산란 광, 및 펌프 빔으로부터의 산란 광의 조합을 검출하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 방법은 입사 빔을 회절 광학 요소를 통하여 복수의 빔들로 회절시키는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 광 검출기는 상부 구역과 하부 구역을 포함하고, 방법은 상부 구역으로부터 신호를 하부 구역으로부터의 신호와 비교하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 방법은 회절시키는 단계를 통하여 유체 유동부의 체적 샘플링 속도를 증가시키는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 검출하는 단계는 입사 빔으로부터의 전방 산란 광을 검출하는 단계를 포함한다.
일 구체예에서, 입자 검출 방법은 다음을 포함한다: 입사 빔을 생성하는 단계; 입사 빔을 회절 광학 요소를 통하여 복수의 빔들로 회절시키는 단계; 복수의 빔들을 입자들을 갖는 유체 유동부를 포함하는 조사 구역을 통하여, 및 광 검출기로 향하게 하는 단계; 복수의 빔들과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계; 광 검출기를 통하여 복수의 빔들로부터의 산란 광을 검출하는 단계.
일 구체예에서, 광 검출기는 상부 구역과 하부 구역을 포함하고, 방법은 상부 구역으로부터의 신호를 하부 구역으로부터 신호와 비교하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 방법은 회절시키는 단계를 통하여 유체 유동부의 체적 샘플링 속도를 증가시키는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 검출하는 단계는 입사 빔으로부터의 전방 산란 광을 검출하는 단계를 포함한다.
임의의 특정 이론에 구속되고자 하지 않고, 여기에 개시된 장치 및 방법과 관련된 기본 원리들의 신념 또는 이해에 대한 논의가 여기에 있을 수 있다. 임의의 기계론적 설명 또는 가설의 궁극적인 정확성에 관계없이, 그럼에도 불구하고 본 발명의 실시예는 작동 가능하고, 유용할 수 있음이 인식된다.
화학적 화합물 및 명명법 관련 언급 사항들
이하의 설명에서, 본 발명의 정확한 특성에 대한 철저한 설명을 제공하기 위해 본 발명의 장치, 장치 구성요소 및 방법의 많은 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 본 발명이 이들 특정 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.
일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 및 구문은 당 분야에서 인식되는 의미를 가지며, 이는 당업자에게 공지된 표준 텍스트, 저널 참조 및 문맥을 참조하여 찾을 수 있다. 다음 정의는 본 발명의 내용에서 구체적인 사용을 명확히 하기 위해 제공된다.
"입자들"은 종종 오염 물질로 간주되는 작은 대상들을 의미한다. 입자는 마찰 행위에 의하여 생성된 임의의 물질일 수 있고, 예를 들어, 두개의 표면이 기계적인 접촉을 하게 되고, 기계적인 움직임이 있을 때 생성될 수 잇다. 입자들은 먼지, 오염물, 연기, 회분, 물, 그을음, 금속, 산화물, 세라믹, 광물, 또는 이들의 임의의 조합 또는 다른 물질 또는 오염물의 응집체로 구성될 수 있다. "입자들"은 또한 생물학적 입자, 예를 들어, 바이러스, 포자 및 박테리아, 진균, 고세균, 원생생물, 다른 단세포 미생물을 포함하는 미생물을 지칭할 수 있다. 일부 구체예에서, 예를 들어, 생물학적 입자들은 0.1-15 μm의 범위를 갖는 크기 치수(예를 들어, 유효 직경)로 특징지워지고, 선택적으로는 일부 적용분야에서는 0.5-5 μm의 범위를 갖는 크기 치수로 특징지워진다. 입자는 광을 흡수, 방출, 또는 산란시키는 작은 대상을 의미할 수 있고, 따라서 이는 광학 입자 계수기에 의하여 검출될 수 있다. 여기서 사용될 때, "입자"는 예를 들어, 물, 공기, 공정용 액상 화학물질, 공정 가스 등과 같은 캐리어 유체의 개별 원자 또는 분자를 배제하는 것으로 의도된다. 일부 구체예에서, 입자들은 초기에는 미세가공 설비 내의 도구 표면과 같은 표면 상에 존재할 수 있고, 표면으로부터 유리되어, 이어서 유체에서 분석될 수 있다. 일부 시스템들 및 방법들은 5 nm 이상, 10nm 이상, 20nm 이상, 30 nm 이상, 50 nm 이상, 100 nm 이상, 500 nm 이상, 1 μm 이상, 또는 10 μm 이상의 유효 직경과 같은 크기 치수를 갖는 물질의 응집체를 포함하는 입자들을 검출할 수 있다. 본 발명의 일부 구체예들은 10 nm 내지 150 μm의 범위, 선택적으로 일부 적용분야에서는 10 nm 내지 10 μm, 선택적으로 일부 적용분에서는 10 nm 내지 1 μm, 및 선택적으로 일부 적용분야에서는 10 nm 내지 0.5 μm 범위로부터 선택되는 유효 직경과 같은 크기 치수를 갖는 입자들을 검출할 수 있다.
"입자를 검출하다"라는 표현은 입자를 감지하고, 이의 존재를 식별하고, 이를 계수하고, 및/또는 입자를 유효 직경과 같이 크기 치수에 대하여 특징짓는 것과 같이 입자를 특징짓는 것을 넓게 의미한다. 일부 구체예에서, 입자를 검출하는 것은 입자들을 계수하는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자를 검출하는 것은 유효 직경, 단면 치수, 형태, 크기 유체역학적 크기, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 입자의 물리적 특징을 특징짓고 및/또는 측정하는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자를 검출하는 것은 0.05 CFM 내지 10 CFM, 선택적으로 일부 적용분야에서는 0.1 CFM 내지 5 CFM의 범위, 및 선택적으로 일부 적용분야에서는 0.5 CFM 내지 2 CFM의 범위에서 선택되는 체적 유속을 갖는 가스와 같은 유동 유체에서 수행된다. 일부 구체예에서, 입자를 검출하는 것은 1 내지 1000 mL/min의 범위에서 선택되는 체적 유속을 갖는 액체와 같은 유동 유체에서 수행된다.
"광학 입자 계수기" 또는 "입자 계수기"는 상호 교환적으로 사용되고, 및 특히 입자를 유체 유동부 내에서 분석합에 의하여 입자들을 검출하기 위한 광학 검출을 사용하는 입자 검출 시스템을 의미한다. 광학 입자 계수기는 예를 들어, 유체 유동부 내에서 개별 단일 입자들을 검출할 수 있는 시스템을 포함하는 액상 입자 계수기 및 에어로졸 입자 계수기를 포함한다. 광학 입자 계수기는 분석 영역으로 향하는 전자기파의 빔(예를 들어 레이저)을 제공하고, 여기서 빔은 임의의 임자들과 상호작용하고, 및 그 후, 유동 셀로부터의 산란 광, 방출된 광 또는 투과된 광에 기초하여 입자들을 검출한다. 검출은 입자(들)에 의하여 산란, 흡수, 가려진 및/또는 방출된 전자기파에 초점을 맞출 수 있다. 광학 입자 계수기를 위한 다양한 검출기들은 당업계에 알려졌고, 예를 들어, 단일 검출 요소(예를 들어, 포토다이오드, 포토멀티플라이어 튜브, 등), 검출기 어레이, 카메라, 다양한 검출기 배향기 등을 포함한다.
광학 입자 계수기는 응축 입자 계수기, 응축 핵 계수기, 분할 빔 차동 시스템 등을 포함한다. 응축 입자 계수기의 맥락에서 사용될 때, 입자 계수기 부분은 검출 시스템(예를 들어, 전자기 방사의 소스, 광학, 필터, 광학 수집, 검출기, 프로세서 등)을 지칭한다. 실시예에서, 예를 들어, 광학 입자 계수기는 유체 샘플이 유동하는 영역, 예를 들어 유동 셀을 통해 유동하는 액체 또는 기체로 빔을 향하고 집중시키기 위한 전자기 복사 빔, 빔 스티어링 및/또는 성형 광학기기의 빔을 생성하기 위한 소스를 포함한다. 전형적인 광학 입자 계수기는 상기 유동 셀과 광통신하는 광 검출기 어레이와 같은 광 검출기, 및 빔을 통과하는 입자에 의해 산란, 투과 또는 방출되는 전자기 복사를 수집하고 이미지화하기 위한 수집 광학기기로 구성된다. 입자 계수기는 전류-전압 변환기, 펄스 높이 분석기, 및 신호 필터링 및 증폭 전자 장치를 포함하여 광 검출기에 의해 생성된 전기 신호의 판독, 신호 처리 및 분석을 위한 전자 장치 및/또는 프로세서 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 광학 입자 계수기는 또한 유동 셀의 검출 영역을 통해 입자를 함유하는 유체 샘플을 수송하기 위한 유동을 생성하기 위한, 예를 들어 체적 유속으로 특징지워지는 유동을 생성하기 위한 유체 작동 시스템, 예컨대 펌프, 팬 또는 송풍기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 가스를 포함하는 샘플에 유용한 유속은 0.05 CFM 내지 10 CFM의 범위에 걸쳐 선택된 유속, 선택적으로 일부 용도에 대해 0.1 CFM 내지 5 CFM 및 선택적으로 일부 용도에 대해 0.5 CFM 내지 2 CFM의 범위에 걸쳐 선택된 유속을 포함한다. 하나 이상의 액체를 포함하는 샘플에 유용한 유속은 1 내지 1000 mL/분의 범위에 걸쳐 선택된 유속을 포함한다.
"입자의 간섭계 검출"이라는 표현은 하나 이상의 입자들을 검출하기 위하여 광학적인 간섭을 사용하는 시스템 및 방법을 의미한다. 일부 구체예에서, 전자기 방사에서의 간섭성 빔들은 중첩되어 전자기 방사선의 적어도 일부와 상호작용하는 입자들의 크기 특성을 감지, 계수 및/또는 결정하기 위한 광학적 간섭을 초래하게 된다.
여기서 사용될 때, "구조화된 빔 간섭계 검출"은 비-가우시안 강도 분포를 갖는 전자기 방사선의 구조화된 프로브 빔이 입자를 포함하는 유동 셀을 통하여 지나가고, 및 입자를 감지, 계수 및/또는 특징화하는 광 검출기 어레이를 사용하여 검출되는 간섭계 시스템 및 방법을 의미한다.
여기서 사용될 때, "호모다인 간섭계 검출"은 입사 빔이 입자와 상호작용하는 유동 셀을 통하여 지나가고, 이에 의하여 빛을 산란시키고, 광은 입사 빔에 대하여 주파수 쉬프트 되지 않은 기준 빔과 함께 수집되고 조합되고, 조합된 광은 검출기를 통하여 측정되는 간섭계 시스템 및 방법을 의미한다. 일부 구체예에서, 본 개시 내용의 시스템은 펌핑된 호모다인 간섭계 검출을 제공하도록 구성되고, 펌프 빔은 입자 조사 구역에서 입사 빔과 교차하고, 및 따라서, 입자는 양쪽 빔들과 상호작용할 수 있고, 및 양쪽 빔들로부터의 결과 산란 광은 주파수 쉬프트되지 않은 기준 빔과 조합될 수 있다. 따라서, 펌핑된 호모다인 간섭계 검출에서, 검출기에 의하여 측정되는 조합된 광의 산란 광 성분은 증가될 수 있다.
여기서 사용될 때, "셀프-호모다인 간섭계 검출"은 입사 빔이 입자들과 상호작용하는 유동 셀을 통하여 지나가고, 이에 의하여 광을 산란시키고, 산란 광은 입사 빔과 조합되어 이를 생성하는 간섭계 시스템 및 방법을 의미한다. 일부 구체예에서, 본 개시 내용의 시스템은 펌핑된 셀프-호모다인 간섭계 검출을 제공하도록 구성되고, 여기서, 펌프 빔은 입자 조사 구역에서 입사 빔과 교차하고, 따라서, 입자는 양쪽 빔들과 상호작용할 수 있고, 및 양쪽 빔들로부터의 결과 산란 광은 입사 빔과 조합될 수 있다. 따라서, 펌핑된 셀프-호모다인 간섭계 검출에서, 검출기에 의하여 측정되는 조합된 광의 산란 광 성분은 증가될 수 있다.
여기서 사용될 때, "헤테로다인 간섭계 검출"이란 표현은 입사 빔이 입자와 상호작용하는 유동 셀을 통하여 지나가고, 이에 의하여 광을 산란시키고, 광은 입사 빔에 대하여 주파수 쉬프트된 기준 신호와 수집 및 조합되고, 조합된 광은 검출기를 통하여 측정되는 간섭계 시스템 및 방법을 의미한다. 일부 구체예에서, 본 개시 내용의 시스템은 펌핑된 헤테로다인 간섭계 검출을 제공하도록 구비되고, 펌프 빔은 입자 조사 구역에서 입사 빔과 교차하고, 및 따라서 입자는 양쪽 빔들과 상호작용할 수 있고, 및 양쪽 빔들로부터의 결과 산란 광은 주파수 쉬프트된 기준 신호와 조합될 수 있다. 따라서, 펌핑된 헤테로다인 간섭계 검출에서, 검출기에 의하여 측정된 조합된 광의 산란 광 성분은 증가될 수 있다.
는 여기서 기준 빔의 주파수가 쉬프트되고, 및 락인 증폭기가 주로 광 검출기와 함께 사용되며, 간섭성 전자기 방사선의 빔이 유동 셀을 통하여 지나가고, 분리된 기준 빔과 조합되고, 및 조합된 빔들은 입자를 감지하고, 계수하고, 및/또는 특정화하는 광 검출기 어레이를 사용하여 검출되는 간섭계 시스템 및 방법을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 계수기는 오프-엑시스 산란 광을 수집하고, 오프-엑시스 산란 광을 기준 빔과 조합하여 간섭계 신호를 생성함에 의하여 상기 입자들의 헤테로다인 간섭계 검출을 제공하도록 구비된다.
여기서 사용될 때, "차동 검출"이라는 표현은 입사 빔의 광학 축에 대하여 0도에서 0.5 도 이내의 산란 각으로, 선택적으로 일부 적용분야에서는 입사 빔의 광학 축에 대하여 0 도에서 0.1 도의 범위 내의 산란 각으로, 및 선택적으로 0 도 또는 0 도에 가까운 산란 각으로, 예를 들어 축 검출기 쌍(들) 상의 포워드 룩킹(forward looking)으로부터의 차동 신호를 사용하는 기술 및 시스템을 의미한다. 최소한의 두개의 픽셀이 사용되어 차동 신호(예를 들어, 하나는 상부(또는 최상부), 및 다른 하나는 하부(또는 최하부))를 생성하고, 이에 의하여 차동 검출을 위한 단일 픽셀 쌍을 생성한다. 대안으로, 복수의 픽셀들이 차동 검출기의 각 활성 검출 영역을 위하여 적용될 수 있고(예를 들어, 최상부 활성 영역 및 최하부 활성 영역), 예를 들어 분할된 차동 검출기는 하나 이상의 픽셀 쌍들을 포함하여, 예를 들어 복수의 픽셀 쌍들을 사용하고, 각 픽셀 쌍의 하나의 픽셀은 최상부 활성 검출 영역에 대응되고, 각 픽셀 쌍의 다른 픽셀은 최하부 활성 영역에 대응된다. 픽셀 쌍들의 수는 예를 들어, 1 내지 500 픽셀, 및 선택적으로 일부 적용분야에서는 50 내지 100 픽셀의 범위일 수 있다. 일부 구체예에서, 차동 신호는 최상부 절반 및 최하부 절반과 같이 구분된 검출기 어레이의 서로 다른 활성 영역에 대응되는 픽셀 쌍들로부터의 신호들을 차동적으로 더함에 의하여 생성될 수 있다. 차동 검출은 본 발명의 시스템 및 방법에서 사용되어, 잡음의 감소를 제공할 수 있고, 및 따라서 개선된 신호-대-잡음 비율을 제공할 수 있다. 일부 구체예에서, 예를 들어, 차동 검출은 상기 유동 셀을 통하여 전달되는 입사 전자기 방사선과 유동 셀 내의 유체 유동부 내에서 하나 이상의 입자에 의하여 전방 산란되는 전자기 방사선의 조합의 검출을 위하여 사용된다. 일부 구체예에서, 예를 들어, 광 입사의 분포는 차동 검출기의 제1 및 제2 활성 검출 영역(예를 들어, 상부 절반 및 하부 절반) 사이에서 균형화된 파워 분포를 갖고, 예를 들어, 제1 및 제2 활성 검출 영역은 10 % 내, 선택적으로 일부 적용분야에서는 5 %, 및 선택적으로 일부 적용분야에서는 1 % 내의 입사 방사 파워에 의하여 특징지워진다. 차동 검출은 예를 들어, 입자가 존재하지 않을 때(즉, 입자로부터의 산란이 없을 때) 차동 신호의 잡음 진폭의 평가에 기반하는 폐쇄 루프 컨트롤을 갖는 기술 및 시스템을 포함한다. 일부 구체예에서, 스티어링 미러는 검출기 상의 입사 빔을 조절하여, 빔 파워가 제1 및 제2 활성 검출기 요소들(예를 들어, 검출기의 상부 및 하부 요소) 사이에서 균일하게 분할될 때 발생할 수 있는 차동 신호의 잡음 수준을 감소 또는 최소화하는데 사용된다. 폐쇄 루프 컨트롤은 또한 검출기 위치를 이동하고, 검출기를 회전시켜 빔과 검출기의 축이 정렬되도록 함으로써 차동 신호의 잡음 수준을 감소 또는 최소화함에 의하여 달성될 수 있다.
통계적으로 유의미한 데이터를 제공하는 방법으로 청정 및 초 청정 유체 내에서 작음 입자들(예를 들어, 100 nm 미만의 유효 직경)을 검출하고 계수하는 것은 높은 신호-대-잡음 비율(S/N)을 요구한다. 높은 S/N 비율은 나노 입자들이 잡음 플로어 위로 명확하게 검출되도록 한다. 여기서 사용될 때, "통계적으로 유의미한 데이터"란 유체 내에서 오염의 수준을 정확하게 평가할 수 있도록, 단위 시간당 충분한 입자들을 검출하는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 높은 S/N은 정확도를 직접 수치화하는 것과 관련되지 않는다. 예를 들어, 일부 광학 입자 계수기에서, 빔 웨이스트는 유동 셀 채널의 작은 부분만을 차지하고, 따라서, 이와 같은 접근은 총 유동의 하위 집합을 모니터하게 되고, 입자가 방사조도가 중심보다 작은 빔의 모서리를 통하여 이동하는 것이 가능하게 된다. 만약, 50 nm 입자가 빔의 외측 모서리를 지나가는 경우, 10 nm 입자가 빔의 중심부로 이동하는 것과 유사한 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 일부 광학 입자 계수기가 높은 S/N을 갖고, 2 nm 입자를 검출할 수 있으면서도, 매우 우수한 크기 정확도를 갖지 못하는 것이 가능하다. 본 발명의 광학 입자 계수기들 및 방법들 중 일부에서, 목표는 가장 짧은 시간 내에 초고순도의 유체 내에서 오염 수준에 대한 정량적이고, 통계적으로 유의미한 평가를 제공할 수 있도록 충분한 입자들을 계수할 수 있는 것이다. 예를 들어, 현재 공지 기술의 입자 계수기는 공지의 초고순도 물 시스템을 모니터링할 때 통계적으로 적절한 농도(표준 편차에 대하여 수용 가능한)의 측정을 제공하기 위하여 충분한 입자를 계수하기 위하여 40분 까지의 시간이 필요할 수 있다. 본 발명의 시스템 및 방법을 통하여 높은 S/N을 개선하고 유치함에 의하여, 이와 같은 최소한의 통계적으로 수용 가능한 입자 수를 측정하기 위하여 필요한 시간 간격은 10X 또는 그 이상으로 감소될 수 있다. 이는 사용자가 고정 컨트롤 한계로부터의 편차를 보다 빨리 확인할 수 있도록 하기 때문에 가치를 제공한다.
"높은 신호-대-잡음 비율"이라는 표현은 작은 물리적인 치수(예를 들어, 유효 직경이 200 nm 이하, 선택적으로 일부 구체예에서는 100 nm 이하, 및 선택적으로 일부 구체예에서는 50 nm 이하)에 의하여 특징지워지는 입자를 포함하는 유체 유동부 내의 입자들의 정확하고 민감한 검출을 위하여 충분한 광학 입자 검출 시스템의 신호-대-잡음 비율을 의미한다. 일 구체예에서, "높은 신호-대-잡음 비율"은 유효 직경이 20 nm 만큼 작은, 선택적으로 일부 적용분야에서는 10 nm 만큼 작은, 및 선택적으로 일부 적용분야에서는 1 nm 만큼이나 작은 입자들과 같이 작은 물리적인 치수에 의하여 특징지워지는 입자들을 감지하기에 충분히 높은 신호-대-잡음 비율을 의미한다. 일 구체예에서, "높은 신호-대-잡음 비율"은 50 counts/L 이하의 검출 실패율을 갖고 입자를 정확하게 검출 및 계수하기에 충분히 높은 신호-대-잡음 비율을 의미하고, 이때 검출되는 입자는 1-10000 nm 범위에서 선택되는 유효 직경을 갖는다. 일 구체예에서, "높은 신호-대-잡음 비율"은 통상적인 광학 입자 계수기에서보다 적어도 10X 더 적은 시간 프레임에서 최소한의 통계적으로 수용가능한 입자 계수를 제공할 수 있도록 충분히 높은 신호-대-잡음 비율을 의미한다.
"입자 계수 공정의 현저한 성능 저하"라는 표현은 유동 유체 내에서 입자를 검출하고 계수하는 입자 검출 시스템의 성능이 저하되는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 계수 공정의 현저한 성능 저하는 가장 작은 크기의 채널에서의 검출 임계 전압에 있어서 20 % 이상의 쉬프트를 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 계수 공정의 현저한 성능 저하는 50 counts/L 이상으로 계수 실패율의 증가를 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 계수 공정의 현저한 성능 저하는 최소한의 통계적으로 수용 가능한 입자의 계수를 제공하기 위하여 요구되는 시간이 5 배, 선택적으로 일부 구체예에서, 10 배 또는 그 이상으로 증가하는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 계수 공정의 현저한 성능 저하는 예를 들어, 제대로 관리되지 않은 잡음 원의 결과로, S/N의 저하를 의미하고, 이에 따라 작은 입자들에 대한 낮은 검출 능력을 초래한다. 예를 들어, 저하된 S/N은 50 nm로부터 검출된 신호를 20 nm입자로부터의 신호와 유사하게 만들고, 및 20 nm 입자 신호를 잡음과 구분할 수 없게 만들어, 낮은 검출 능력을 초래하고, 단위 시간당 계수되는 입자 수를 낮추고, 및/또는 높아진 잡음 수준으로부터 계수 실패의 발생을 초래하게 된다.
여기서 사용될 때, "구조화된 빔"은 비-가우시안 공간 강도 분포를 갖는 전자기 방사선(예를 들어 레이저)의 간섭성 빔을 의미한다. 구조화된 빔들은 다크 빔과 같은 감쇠 영역에 의하여 특징지워지는 빔들, 다크 라인 특이점을 갖는 라인 초점을 갖는 빔들, 2 이상의 개별 강도 로브로 특징지워지는 짐들, 등을 포함한다. 구조화된 빔들은 집중된, 합성된 레이저 빔들을 포함한다. 구조화된 빔들은 광학적 마스크, 레이저 캐비티의 변형, 복수 빔들의 조합, 공간 및/또는 편광 필터 및 간섭계 또는 편광 변형 방식에서와 같은 다른 변형들을 포함하는 공지된 기술에 의하여 생성될 수 있다.
여기서 사용될 때, "다크 빔"은 그렇지 않은 경우 전형적인 가우시안 엔빌로프를 갖는 빔의 중심에서 어두운 지점 또는 어두운 라인 특이성을 갖는 레이저 빔을 의미한다. PSA(Particle Size Analysis)의 목적을 위한 이와 같은 빔의 주된 장점은 어두운 중심 지점/선이 전통적인 가우시안 지점보다 더 좁다는 점에서 유래하고, 동일한 발산을 갖고, 농도 측정 및 더 큰 입자들 상호작용들을 위한 가우시안 빔의 충분한 부피를 유지하면서 방해 물질의 위치 및 구조에 대한 더 높은 민간도의 가능성을 초래한다. 다크 빔들은 통상적인 레이저 빔을 광학 요소(일반적으로 회절 요소)의 도움으로 변환시키거나, 또는 레이저 공진기가 다크 빔을 방출하도록 공진기를 특별히 디자인함에 의하여 생성될 수 있다. 다크 빔을 생성하기 위한 유용한 방법은 R. Piestun, and J. Shamir, "Synthesis of three-dimensional light-fields and applications" Proc. IEEE, Vol. 90(2), 220-244, (2002)에 의하여 기술된 것들을 포함한다. 이와 같은 레이저 모드들은 일반적으로 Gauss-Laguerre 및 Gauss-Hermit 모드로 불리는 세트의 구성부분들이다.
여기서 사용될 때, "듀얼-패스"는 빔이 처음에 조사 구역으로 향하고, 이후 그 자체로(예를 들어 거울을 통하여)반사되어 돌아오고, 및 이어서 두번째로 조사 구역으로 향하게 되는 구조를 의미한다. 조사가 유동 셀 또는 큐벳을 포함하는 경우, 듀얼-패스는 빔이 일단 유동 셀 또는 큐벳으로 지나가고, 및 그 후 유동 셀 또는 큐벳으로(예를 들어 거울을 통하여) 반사되어 돌아오는 구조를 의미한다. 조사 구역이 입자들을 위하여 조사되는 표면을 포함하는 경우에는, 듀얼-패스는 빔이 우선 표면을 향하고, 이는 표면으로부터 반사되어 나가고, 및 그 후 표면으로(예를 들어 거울을 통하여) 반사되어 돌아오는 구조를 의미한다. 듀얼 패스 구조를 사용함에 의하여, 광의 빔은 입자 조사 구역 내에서 동일 입자와 두번 상호작용할 것이다. 따라서, 듀얼-패스 구조는 입자에 의하여 산란되는 광의 양을 증가시키고, 따라서, 입자 검출 시스템의 민감도를 증가시킬 것이다.
여기서 사용될 때, "멀티-패스"는 빔이 우선 조사 구역으로 향하고, 그 후 그 자체로(예를 들어 거울을 통하여) 반사되어 돌아오고, 및 이어서 두번째로 조사 구역으로 향하고, 그 후 세번째로 조사 구역으로 다시 향하고(예를 들어, 반투명 거울을 이용하여), 등을 수행하는 구조를 의미한다. 조사가 유동 셀 또는 큐벳을 포함하는 경우, 멀티-패스는 빔이 일단 유동 셀 또는 큐벳을 통하여 지나가고, 및 그 후 유동 셀 또는 큐벳을 통하여 반사되어 돌아오고(예를 들어 거울을 통하여), 그 후 세번째로 조사 구역으로 다시 향하고(예를 들어, 반투명 거울을 통하여), 등을 수행하는 구조를 의미한다. 조사 구역이 입자들을 위하여 조사되는 표면을 포함하는 경우에는, 멀티-패스는 빔이 일단 표면으로 향하고, 표면으로부터 반사되고, 및 그 후 표면으로 반사되어 돌아오고(예를 들어, 거울을 통하여), 표면으로부터 두번째로 반사되고, 그 후, 세번째로 조사 구역으로 다시 향하고(예를 들어, 반투명 거울을 통하여), 등을 수행하는 구조를 의미한다. 멀티-패스 구조를 사용함에 의하여, 광의 빔은 입자 조사 구역 내의 동일 입자와 복수로 상호작용할 수 있다. 따라서, 멀티-패스 구조는 입자에 의하여 산란되는 광의 양을 증가시키고, 따라서, 입자 검출 시스템의 민간도를 증가시킬 수 있다.
여기서 사용될 때, "빔 전파 축"은 전자기 방사선의 빔의 이동 방향에 수평인 축을 의미한다.
여기서 사용될 때, "광학적 통신"은 광이 구성들 사이에서 전달되도록 하는 방식으로 배치된 구성들을 의미한다.
여기서 사용될 때, "광학 축"은 이를 따라 전자기 방사선이 시스템을 통하여 전파되는 방향을 의미한다.
여기서 사용될 때, "광 검출기 어레이"는 검출기의 활성 영역에 걸쳐 입력 신호들(예를 들어 전자기 방사선)을 2차원으로 공간적으로 분해할 수 있는 광 검출기를 의미한다. 광 검출기 어레이는 이미지, 예를 들어, 검출기의 활성 영역 상의 강도 패턴에 대응되는 이미지를 생성할 수 있다. 구체예에서, 광 검출기 어레이는 개별적인 검출기 요소, 또한 여기서 픽셀로 언급되는 요소의 어레이를 포함하고; 예를 들어, 광 검출기의 2차원 어레이, 전하-결합 디바이스(CCD) 검출기, 상보성 금속-산화물-반도체(CMOS) 검출기, 금속-산화물-반도체(MOS) 검출기, 활성 픽셀 센서, 미세 채널 플레이트 검출기, 또는 포토 다이오드의 2차원 어레이를 포함한다.
여기서 사용될 때, "광원"은 전자기 방사선을 샘플에 전달할 수 있는 장비 또는 장비 구성성분을 의미한다. 상기 용어는 가시광 빔과 같은 가시 방사선에 한정되는 것이 아니라, 가시 방사선을 포함하여, 자외 방사선 및/또는 적외 방사선과 같은 임의의 전자기 방사선을 포함하는 광의로 사용된다. 광 원은 레이저 또는 레이저 어레이로 구현될 수 있고, 예를 들어, 다이오드 레이저, 다이오드 레이저 어레이, 다이오드 레이저 펌핑된 고상 레이저, LED, LED 어레이, 기상 레이저, 고상 레이저 등이 있다.
여기서 사용될 때, "전자기 방사선" 및 "광"은 본 기술에서 동의어로 사용되고, 전기 및 자기장의 파를 의미한다. 본 발명의 방법을 위하여 유용한 전자기 방사선은 비제한적으로, 자외 광, 가시 광, 적외 광, 또는 약 100 나노미터에서 약 15 마이크론 사이의 파장을 갖는 이들 광들의 임의의 조합을 포함한다.
여기서 사용될 때, "입사 빔"이라는 용어는 광의 빔, 예를 들어 레이저 빔을 의미하고, 광 검출기에 입사되는 광의 빔을 의미한다.
여기서 사용될 때, "입자 조사 구역"이라는 용어는 하나 이상의 입자들이 입사 빔 및/또는 펌프 빔과 상호작용하여 광을 산란시키는 입자 검출 시스템의 구역을 의미한다. 일부 구체예에서, 입자 조사 구역은 큐벳 및/또는 유동 셀을 포함할 수 있고, 이를 통하여 입자를 포함하는 액체의 유동을 제한할 수 있다. 다른 구체예에서, 입자 포함 가스의 비제한된 제트는 입자 조사 구역을 통하여 유동할 수 있다. 일부 구체예에서, 입자 조사 구역은 입자를 위하여 조사되는 표면을 포함할 수 있다.
여기서 사용될 때, "펌프 빔"이라는 용어는 광 검출기에 의하여 검출되는 광의 산란 광 부분을 증가시키도록 구성되는 예를 들어 레이저 빔과 같은 광의 빔을 의미한다.
여기서 사용될 때, "기준 빔"이라는 용어는 검출시에 입자와 상호작용하지 않는 광의 빔을 의미하고, 및 선택적으로는 광학적 간섭을 생성하도록 전자기 방사선의 다른 소스와 위상 매칭된다.
이하의 설명에서, 본 발명의 장치, 장치 구성 및 방법의 다양한 구체적인 세부사항들이 본 발명의 정확한 성질에 대한 충분한 설명을 제공하기 위하여 제시된다. 하지만, 당업자에게는 본 발명이 이와 같은 특정 세부사항이 없어도 실시될 수 있음이 명확할 것이다.
입자가 집속 레이저 빔을 통하여 이동됨에 따라 측정되는 입자 검출 신호는 전방 산란 광이 입사(캐리어) 빔과 상호작용함에 따라 생성되는 간섭 패턴으로 발생하는 것으로 여겨진다. Van Cittert-Zernike 정리가 이 경우 수집된 산란 광에 적용되고, 입자가 수집 광학 장치의 블러 스팟 및 초점 심도에 있을 때 적용된다. 블러 스팟 내의 산란 필드의 다른 각도 값은 수집 광학장치의 한계로 인하여 해결될 수 없을 수 있다. 따라서, 산란 광은 입사 필드와 일치하고, 평행하며, 동일한 위상의 평면 파로 이미지화된다. 블러 스팟 내에서 수집된 산란 광은 일관적이다.
이는 산란 광과 입사 광 사이의 검출 가능한 간섭을 초래하고, 신호의 진폭은 산란 강도와 입사 강도의 곱에 비례한다.
두 개의 평면 파가 조합될 때, 검출기에서 관찰되는 전기장 Ed 는 다음과 같다:
Ed = Ec + Es
(여기서, Ec 는 캐리어의 전기장이고, 및 Es 는 캐리어와 일치하는 산란 광의 전기장임).
검출기에서의 강도는 다음과 같다:
Id = εcEd 2 = εc(Ec + Es)2 = εc(Ec 2 + Es 2 + 2EcEs).
여기서 ε은 매질의 투과도이고, c는 광속이다. Ec 2는 실질적으로 작은 입자 상호작용에서는 상수이다. Es 2는 작은 입자가 캐리어 빔과 상호작용함에 따라 변하지만, 이의 진폭은 매우 작다. 간섭 항이라고 언급되는 중요한 항은 2EcEs 이고, 작은 입자가 빔을 통하여 이동하면서 간섭을 생성함에 따라 검출기에서 강도의 상대적으로 큰 변화를 초래한다. 간섭 신호의 진폭은 2 EcEs cosδ이고, 여기서 δ는 두개의 파장 사이의 위상차이다. 위상차는 입자가 여기 빔을 통과할 때 산란 광과 입사(캐리어) 빔 사이의 서로 다른 경로 길이 때문에 변화한다.
따라서, 검출 신호는 검출기 상에서 입사 빔의 강도를 증가시킴에 의하여, 및/또는 산란 광 강도를 증가시킴에 의하여 증가될 수 있다. 입사 빔 강도는 검출기/전자장치의 포화점의 상한을 갖는다. 높은 입사 파워를 갖고 신호 진폭을 증가시키는 것에 더하여, 검출기 샷 잡음 또한 증가할 것이다. 하지만, 산란된 강도는 과도적인 검출 신호의 크기에는 영향을 주나 검출기 상의 전체 빔 파워에는 어의 영향이 없기 때문에, 수용 가능한 산란 강도는 실질적으로 상한이 없다. 산란 강도를 증가시키는 것은 측정 가능한 잡음의 증가 없이 검출 신호를 증가시킨다. 산란 강도는 예를 들어 입사 빔에 직교(도 1 참조)할 수 있는 제2 빔에 의하여 펌핑될 수 있다. 산란 강도는 전방 또는 측방 산란을 통하여 펌핑될 수 있다. 위상이 실질적으로 동일(최대 신호에 대하여; 이는 실제로는 변화하고, 및 DC 백그라운드 상에 AC 신호를 생성함)하고, 산란 현상이 블러 스팟 내에서 발생하는 한, 수집된 산란 강도는 일관적일 것이고, 입사하는 낮은 파워의 빔에 평행할 것이다. 따라서, 간섭이 발생할 수 있고, 및 검출기에서 검출될 수 있다는 것이 확인되었다.
이와 같은 산란 강도 펌핑의 사용성 및 장점은 잡음을 증가시킴 없이 입자 검출 신호를 증가시키는 능력을 포함한다. 이와 같은 방법론을 채용하는 시스템은 다른 시스템들보다 더 확장 가능성이 높을 수 있다. 나아가, 신호는 입사 빔에 직접 통합되어 현장에서 생성된다. 일부 구체예에서, 여기서 개시된 시스템 및 방법은 안정된 간섭계 신호를 생성하기 위하여 잡음 및/또는 열 팽창 문제뿐만 아니라, z-축 정렬의 문제도 감소시키거나 또는 제거할 수 있다.
나아가, 여기 개시된 시스템 및 방법은 차동 광 검출기를 통하여 레이저 잡음 감소에 따른 장점을 가질 수 있다. 여기 개시된 시스템 및 방법이 사용되어 액체, 기체 내, 및 표면 상의 입자를 측정할 수 있다.
본 발명은 다음의 비제한적 실시예에 의하여 더 이해될 수 있다.
실시예 1: 싱글-패스 펌프 빔 나노 입자 검출
도 1로 가서, 싱글 패스 펌프 빔 입자 검출 시스템의 예가 도시되었다. 도시된 시스템은 광원 1, 아이솔레이터 2, 위상 마스트 3, 복수의 1/2 웨이브 플레이트 4, 2개의 편광 빔 스플리터, 복수의 미러 6, 한 쌍의 현미경 대물렌즈 7, 유동 셀 9, 디지털 현미경 10, 및 광 검출기 11를 포함한다. 보여지는 바와 같이, 광원 1은 아이솔레이터 2를 통하여 지나가는 광의 빔을 생성하고, 그 후, 위상 마스크 3 및 1/2 웨이브 플레이트 4를 지나간다. 빔은 그 후 평관 빔 스플리터 5를 통하여 입사 빔(캐리어 빔으로 표시됨)과 직교 신호 펌핑 빔으로 분할된다. 입사 빔은 다른 1/2 웨이브 플레이트 4, 제1 현미경 대물렌즈 7 및 그 후 조사 구역(유동 셀 9)을 통하여 라우팅된다. 유동 셀 9을 지난 후, 입사 빔은 그 후 제2 현미경 대물렌즈 7을 통하여 지나가고, 및 마지막으로 광 검출기를 향하게 된다. 제1 편광 빔 스플리터를 통하여 입사 빔으로부터 분할된 이후에, 펌프 빔은 1/2 웨이브 플레이트 4, 편광 빔 스플리터 5, 다른 1/2 웨이브 플레이트 4, 현미경 대물렌즈 8, 및 입사 빔에 대하여 직교하는 각도에서 유동 셀 9를 통하여 라우팅된다. 유동 셀 9를 지난 이후에, 펌프 빔은 전자 현미경으로 향하게 된다. 부유하는 입자를 포함하고 있는 공기나 물과 같은 유체는 유동 셀 9을 통하여 유동된다. 입자가 유동 셀 9를 지남에 따라, 입사 빔과 펌프 빔 양쪽에서 온 광은 입자에 의하여 산란될 수 있다. 따라서, 입사 빔으로부터의 광은 입사 빔/입자 상호작용으로 인한 전방-산란 광과 펌프 빔/입자 상호작용으로 인한 측면-산란 광과 조합될 수 있다. 특히, 1/2 웨이브 플레이트 및 편광 플레이트와 같은 광학적 구조에 의하여, 이와 같은 세가지 소스로부터의 광은 조합되기에 충분히 위상이 일치하고, 및 광 검출기 11에 의하여 검출될 수 있다.
도시된 예에서, 50x 현미경 대물렌즈 7는 약 2 um의 웨이스트와 대략 7 um의 심도를 갖는 싱글 패스 입사 빔을 생성하기 위하여 사용된다. 제2 50x 대물렌즈 7은 수집 광학기구로서 사용되고, 및 입자/빔 상호작용이 신호를 생성하는 블러 스팟을 정의한다. 낮은 파워(검출기에서 30 mW) 빔은 싱글 패스 검출 셋업에서 사용되고, 반면, 제2, 높은 파워, 펌프 빔(싱글 레이저 원)은 검출기로 가는 낮은 파워 빔의 전파에 수직인 배향에서 유동 셀로 도입된다. 높은 파워 빔(~3.5 W)은 빔 웨이스트 직경이 ~10-12 um이고, 및 심도가 대략 300 um(높은 종횡비의 낮은 파워 빔과 상호작용할 좋은 가능성)로 생성되는 10x 대물렌즈를 사용하여 초점을 맞춘다. 대안으로, 20x 대물렌즈가 사용되어 높은 파워 빔의 초점을 맞추고, 및 빔 웨이스트 직경이 ~5-6 um이고, 심도는 대략 45 마이크론을 생성한다.
실시예 2: 조사 구역에서 입사 빔과 반대 방향에 배치되는 펌프 빔
도 6으로 가면, 일 구체예에서, 펌프 빔은 입사 빔과 반대 방향에서 조사 구역에서 교차될 수 있다. 도시된 바와 같이, 편광 빔 스플리터는 빔을 입사 빔과 펌프 빔으로 분할하기 위하여 사용될 수 있다. 입사 빔은 미러(M1, M2)를 사용하여 1/4 웨이브 플레이트로, 유동 셀로, 및 다른 1/4 웨이브 플레이트로 향해질 수 있다. 펌프 빔은 M3을 사용하여, 유동 셀을 감싸고 있는 동일한 두개의 1/4 웨이브 플레이트로, 그러나 입사 빔과는 반대 방향으로 향해질 수 있다. 따라서, 입사 빔, 입사 빔으로부터의 전방 산란 광, 및 펌프 빔으로부터의 후방-산란 광은 모두 조합되어 광 검출기 어레이에서 수집될 수 있다.
실시예 3: 빔들의 어레이
이제, 도 7-9로 가면, 일 구체예에서, 회절 광학 요소는 입자 모니터링 시스템의 체적 샘플링 속도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 도7은 하나의 예를 보여준다. 도시된 바와 같이, 입자 모니터링 시스템은 광학적 입사 빔의 경로 상에 회절 광학 요소 12를 포함한다. 회절 광학 요소 12는 빔들의 어레이를 생성하는 기능을 한다. 도 8은 광의 빔에 대한 회절 광학 요소의 효과를 개략적 다이어그램으로 보여준다. 광이 좌측에서 우측으로 이동할 때, 개략도의 좌측 모서리에 위치하는 회절 광학 요소는 광을 이 경우에 실질적으로 동일한 강도의 5개의 빔들로 회절시킨다.
복수의 빔들은 입자들을 포함하는 유체 유동부로 향한다. 각각의 빔의 웨이스트는 검출기 요소의 상부 및 하부 쌍에 이미지화된다. 도 9는 회절 광학 요소로부터 생성된 빔들의 1차원 어레이를 보여준다. 빔들의 어레이를 빔들에 의하여 샘플링되는 유체 유동부로 향하게 함으로써, 샘플링될 수 있는 유체 유동부의 체적이 단지 싱글 빔인 경우와 비교하여 증가된다.
본 실시예에서, 구성들의 2x100 어레이가 사용되나, 상부 부분 및 하부 부분이 존재하는 한, 복수 요소들의 임의의 어레이가 사용될 수 있다. 상부 및 하부 검출기 요소로부터의 신호들은 차동 검출을 위하여 비교되고 분석될 수 있다.
나아가, 회절 광학 요소는 가우시안 빔과 함께 사용되어 가우시안 빔들의 어레이를 생성할 수 있거나, 또는 다크 빔과 같은 구조화된 빔과 함께 사용되어 다크 빔들의 어레이를 생성할 수 있다.
실시예 4: 듀얼-패스 펌프 빔을 이용한 입자 검출
이제 도 10으로 가면, 일 구체예에서, 펌프 빔이 듀얼-패스 구조에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 펌프 빔은 유동 셀 9을 통하여 지나하고, 그 후, 현미경 대물렌즈 8을 통하여 지나가며, 그 이후에, 빔은 미러 6로부터 반사되어 나가고, 및 현미경 대물렌즈 8을 통하여 다시 반사되고, 및 유동 셀 9를 통하여 반사되어 돌아간다. 따라서, 유동 셀을 통하여 지나가는 입자는 펌프 빔이 처음에 유동 셀을 통하여 지나갈 때 펌프 빔으로부터의 광을 한번 산란할 수 있고, 및 그 후, 다시 펌프가 반사되어 유동 셀을 통하여 두번째 지나갈 때 다시 펌프 빔으로부터의 광을 산란시킬 수 있다. 따라서, 입자 조사 구역을 통하여 지나는 입자에 대응하여 광 검출기에 의하여 생성되는 신호의 진폭은 싱글 패스 펌프 빔 구조와 비교하여 현저하게 증가될 수 있다.
듀얼-패스 펌프 빔에 대한 대안으로 또는 추가적으로, 입사 빔이 듀얼 패스 빔으로 구성될 수도 있음이 주목되어야 한다.
실시예 5: 듀얼-패스 펌프 빔 vs. 싱글-패스 펌프 빔 vs. 통상적인 경우(펌프 빔이 없는 경우)의 비교
펌핑된 간섭계를 통하여 얻어지는 나노 입자 검출에 대한 개선의 순 효과는 두가지이다. 검출된 신호의 진폭은 도 3의 진폭 축을 따라 펌핑된 및 비-펌핑된 데이터의 범위를 비교함에 의하여 입증되는 것과 같이 현저하게 증가한다. 도 3의 실험에서, 입자들의 단분산이 듀얼 패스 펌프 빔 입자 검출기(도 10과 유사), 싱글 패스 펌프 빔 입자 검출기(도 1과 유사), 및 빔 펌핑이 없는 통상적인 입자 검출기를 통하여 공급되었다. 각 커브 하부의 영역은 분당 검출된 입자의 수를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 싱글 펌프와 듀얼 펌프 구조는 비-펌핑된 측정보다 시간 당 더 많은 나노입자를 검출할 수 있다. 이는 향상된 검출 민감도, 및 입사 빔 근처를 지나지만, 입사 빔을 통하여 지나지는 않는 입자들의 검출 때문이다. 입사 빔의 근처에서 더 큰 크기의 펌프 빔을 통하여 지나는 입자들은 산란 광을 생성할 수 있고, 이는 입사 빔 내에서 신호 생성을 초래하게 된다. 이는 비-펌핑된 입사 빔 대비, 효과적으로 단위 시간당 감지되는 유체의 체적을 증가시킨다.
실시예 6: 표면 검출을 위한 평행한 빔들
이제 도 11로 가면, 일 구체예에서, 펌프 빔 104 및 입사 빔 105은 이들이 조사 구역, 이 경우 표면 101에 접근함에 따라 평행한 축들을 가질 것이다. 조사 구역 101에 도달하기 직전에, 양 빔들은 빔들 104, 105의 전파 축들에 평행한 축 103을 갖는 집광 렌즈 102를 통하여 지나갈 것이다. 표면 101은 두개의 빔들의 초점에 배치될 수 있다. 따라서, 표면 101 상의 입자는 양 빔들 104, 105로부터의 광을 산란시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 도 11의 수평 빔 구조를 채용하는 시스템은 1/4 웨이브 플레이트 및 편광 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 빔들은 편광 빔 스플리터를 통하여 지나갈 수 있고, 그 후, 1/4 웨이브 플레이트를 통하여 지나갈 수 있고, 그 후, 대물렌즈를 지나갈 수 있고, 그 후 처음으로 입자와 상호작용하고, 그 후, 표면으로부터 반사되어 나가고, 그 후, 입자와 두번째로 상호작용하고, 그 후, 대물렌즈를 통하여 다시 지나가고, 1/4 웨이브 플래이트로 지나가고, 및 입자 빔이 90 도로 재배향되는 편광 빔 스플리터로 다시 지나갈 수 있다. 따라서, 1/4 웨이브 플레이트를 통한 2번의 지나감을 통하여, 결과적으로, 리턴 빔의 편광이 소스 빔에 직교할 수 있다.
실시예 7: 간섭계 빔 펌핑
일 구체예에서, 반대 편광을 갖는 두개의 평행한 빔들이 방해석 빔을 통하여 생성될 수 있다. 제1 빔은 낮은 파워의 입사 빔일 수 있고, 및 제2 빔은 높은 파워의 펌프 빔일 수 있다. 빔들 중 하나는 1/2 웨이브 플레이트를 통하여 지나 표면상, 또는 유동 가스 또는 액상의 유체에 있을 수 있는 입자 조사 구역 상에서 빔들을 공유된 초점에 초점을 맞추는 포지티브 렌즈를 통하여 빔들이 지나가기 전에 편광을 일치시킬 수 있다. 빔들이 입자와 상호작용할 수 있는 초점을 통하여 지나간 이후, 두개의 빔들은 분기되고, 및 다른 렌즈에서 다시 시준될 수 있다. 펌프 빔은 이후 미러 또는 나이프-에지드 프리즘(빔 덤프로 보내어짐)을 사용하여 입사 빔으로부터 멀어지게 재배향되고, 및 입사 빔은 차동 광 검출기로 전송된다.
실시예 8: 낮은 파워 레이저 구체예.
일부 구체예에서, 시스템은 차동 광 검출기 기술을 사용함에 의하여 넓은 범위의 레이저 파워에 걸쳐 작동할 수 있다. 예를 들어, 일 구체예에서, 광 검출기는 실리콘 PIN 포토다이오드를 포함할 수 있고, 및 검출기에서의 레이저 파워는 입사 빔은 5-50 mW의 범위일 수 있고, 펌프 빔은 5000-10,000 mW일 수 있다. 대안적 구체예에서, 광 검출기는 더욱 민감한 에벌란치(avalanche) 포토다이오드를 포함할 수 있고, 및 검출기에서의 레이저 파워는 입사 빔의 경우 0.001-0.01 mW일 수 있고, 펌프 빔의 경우 0.1-200 mW일 수 있다. 일부 구체예에서, 레이저 파워는 포토멀티미터 튜브 검출기를 사용하여 더 감소될 수 있다. 낮은 파워 레이저를 사용하여 나노입자 검출을 수행하는 능력은 낮은 비용 및 더 간결한 장비를 가능하게 하고, 또한 능동적으로 냉각된 레이저의 필요성을 제거한다.
실시예 9: 듀얼-패스 입사 빔
이제 도 12로 가서, 듀얼-패스 입사 빔과 함께 구성되는 입자 검출 시스템의 일 구체예가 도시된다. 광의 입사 빔은 광원 51(예를 들어 레이저)에 의하여 생성될 수 있다. 입사 빔은 아이솔레이터 52를 통하여 지나갈 수 있고, 및 그 후 빔 확장기 53를 통해 지나갈 수 있다. 입사 빔은 그 후 미러 54로부터 반사되어 나올 수 있고, 및 (선택적으로) 위상 마스크 55를 통하여 지나간다. 입사 빔은 그 후 하프-웨이브 플레이트 56을 통하여 지나가고, 및 미러 57에서 반사된다. 입사 빔은 그 후 편광 빔 스플리터 62를 통하여 지나가고, 및 그 후 쿼터-웨이브 플레이트 64를 통하여 지나갈 수 있다. 입사 빔은 그 후 대물렌즈 58를 통하여 지나갈 수 있고, 및 그 후, 큐벳 59을 통하여 지나갈 수 있다. 입자를 포함하는 유체는 큐벳 59을 통하여 유동할 수 있다. 따라서, 입사 빔은 큐벳 59을 통하여 지나감에 따라 입자, 산란 광과 상호작용할 수 있다. 입자/빔 상호작용으로부터의 전방-산란 광과 함께 입사 빔은 그 후 수집 광학장치 60를 통하여 지나갈 수 있고, 및 미러 63에 의하여 광학장치 60으로 반사되어 돌아가고, 및 처음과는 반대 방향으로 두번째로 큐벳 59으로 돌아갈 수 있다. 따라서, 입사 빔은 입자와 두번 상호작용할 수 있다(큐벳을 통하여 지나가는 유체의 속도 대비 광속을 고려할 때, 첫번째 입자/빔 상호작용 중과 마찬가지로, 입자는 큐벳 내에서 실질적으로 동일한 위치에 여전히 존재할 수 있음). 펌프 빔(미도시)은 또한 큐벳 59을 통하여 지나갈 수 있고, 예를 들어 입사 빔(페이지로부터 나오는 방향)에 직교할 수 있다. 따라서, 입자/입사 빔 상호작용 모두로부터의 전방-산란 광과 함께 입사 빔은 입자와 펌프 빔의 상호작용에 따른 측면-산란 광과 조합될 수 있다. 이와 같은 광의 조합은 그 후 대물렌즈 58를 통하여 지나갈 수 있고, 쿼터-웨이브 플레이트 64를 통하여 지나갈 수 있고, 최종적으로는 편광 빔 스플리터 26를 통하여 검출기 61로 향해질 수 있다.
참조 및 변형에 의한 통합 관련 사항
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본 명세서에서 채용되는 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되는 것이지, 도시되고 기술된 특징 또는 이의 부분의 임의의 동등물을 제외하는 용어 및 표현의 사용을 의도하는 것은 아니고, 다양한 변경이 청구된 발명의 범위 내에서 가능하다. 따라서, 비록 본 발명이 바람직한 실시예에 의하여 구체적으로 개시되었지만, 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예 및 선택적인 특징들, 개념의 수정 및 변형은 당업자에 의하여 이용될 수 있으며, 이와 같은 수정 및 변형은 첨부된 청구항에 의하여 정의된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것을 이해해야 한다. 여기서 제공되는 특정 실시예는 본 발명의 유용한 구체예의 예이고, 본 발명의 명세서에 제시된 장치, 장치의 구성요소, 방법 단계의 많은 변형을 사용하여 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 방법에 유용한 방법 및 장치는 다수의 선택적인 조성 및 처리 요소 및 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태, "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 참조를 포함한다. 따라서, 예를 들어 "세포"에 대한 언급은 당업자에게 공지된 복수의 이러한 세포 및 이의 등가물을 포함한다. 또한, 용어 "a"(또는 "an"), "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 여기서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 또한, 용어 "포함하는", "포함된", "갖는"은 상호교환 가능하게 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 표현 "청구항 XX-YY 중 임의의"(여기서 XX 및 YY는 청구항 번호를 의미함)는 대안적인 형태로 다중 종속 청구항을 제공하기 위한 것이고, 일부 구체예들에서는 "청구항 XX-YY 중 임의의 하나에서와 같이"라는 표현과 상호교환이 가능하다.
여기서 기술되거나 예시된 모든 장치, 시스템, 제형, 성분들의 조합, 또는 방법은 달리 언급되지 않는 하, 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 온도 범위, 시간 범위, 또는 조성 또는 농도 범위와 같은 범위가 명세서에서 언급될 때마다, 주어진 범위에 포함된 모든 개별 값 뿐만 아니라, 모든 중간 범위, 및 하위 범위가 본 개시에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명의 설명에 포함되는 범위 또는 하위 범위 내의 임의의 하위 범위 또는 개별 값은 여기의 청구항들로부터 제외될 수 있음을 이해할 것이다.
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여기서 사용될 때, "포함하는"은 "포함하는", "함유하는", 또는 "특징지워지는"과 동의어이고, 포괄적이거나 개방적이고, 추가의 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 여기서 사용될 때, "으로 이루어진"은 청구항 요소에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. 여기서 사용될 때, "으로 본질적으로 이루어진"은 청구항의 기본 및 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 물질 또는 단계를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 각각의 예에서, 용어 "포함하는", "으로 본질적으로 이루어진", "으로 이루어진" 중 어느 하나는 다른 두 용어 중 하나로 대체될 수 있다. 본원에 적합하게 예시적으로 기술된 본 발명은 본원에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 또는 요소들, 제한 또는 제한들이 없는 경우에도 실시될 수 있다.
당업자는 출발 물질, 생물학적 물질, 시약, 합성 방법, 정제 방법, 분석 방법, 및 구체적으로 예시된 것 이외의 생물학적 방법이 과도한 실험에 의존하지 않고 본 발명의 실시에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 당업계에 공지된 모든 기능적 균등물, 임의의 그와 같은 물질 및 방법이 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다. 채용되어온 용어 및 표현은 설명의 용어로서 사용되는 것이지 한정되는 것이 아니며, 그와 같은 용어 및 표현의 사용에 있어서, 도시되고 설명된 특징들 또는 그 일부의 균등물을 배제하는 의도는 없으나, 청구하는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것이 인정된다. 따라서, 비록 본 발명이 바람직한 실시예 및 선택적인 특징에 의하여 구체적으로 개시되었지만, 본 명세서에 개시된 개념의 수정 및 변형은 당업자에 의하여 이용될 수 있으며, 이러한 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 의하여 정의된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것을 이해해야 한다.
Claims (68)
- 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원;
입자들을 포함하고, 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역;
입자 조사 구역을 통과한 이후의 입사 빔을 검출하기 위하여 배치되는 광 검출기;
입자 조사 구역으로 조준되는 펌프 빔을 제공하는 펌프 빔 광원을 포함하되;
입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 다음의 조합을 검출하기 위하여 구비되도록 배치되는 입자 검출 시스템:
입사 빔 또는 기준 빔으로부터의 광;
입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광; 및
입자 조사 구역 내의 유체 유동부 중 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광.
- 제1항에 있어서,
입사 빔이 조사 구역 내에서 펌프 빔과 교차하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔으로부터의 광, 입자 조사 구역 내의 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광 및 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치되는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔, 펌프 빔, 및 광 검출기는 광 검출기가 기준 빔으로부터의 광, 입자 조사 구역 내의 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광 및 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치되는 입자 검출 시스템.
- 제4항에 있어서,
기준 빔은 호모다인 간섭계 기준 빔인 입자 검출 시스템.
- 제4항에 있어서,
기준 빔은 헤테로다인 간섭계 기준 빔인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광은 전방-산란 광인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔은 조사 구역에 들어가기 전에 편광되고;
펌프 빔은 조사 구역에 들어가기 전에 편광되고; 및
입사 빔과 펌프 빔은 조사 구역 내에서, 입사 빔이 펌프 빔의 편광 축으로부터 5 도 내에 있는 편광 축을 갖도록 구성되는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출기에서, 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광, 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광, 및 입사 빔으로부터의 광 각각은 서로에 대하여 5 도인 편광 축을 갖는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 및 편광 빔 스플리터를 포함하고;
입사 빔 광원은 편광 빔 스플리터를 통하여 제1 광 경로로 조준되는 레이저로부터의 광을 포함하고; 및
펌프 빔 광원은 편광 빔 스플리터를 통하여 제2 광 경로로 조준되는 레이저로부터의 광을 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 레이저 및 제2 레이저를 포함하고,
입사 빔 광원은 제1 레이저로부터의 광을 포함하고; 및
펌프 빔 광원은 제2 레이저로부터의 광을 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출기는 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 입자 검출 신호를 생성하고, 및 신호는 다음의 총 방사조도에 대응하는 입자 검출 시스템:
(i) 입사 빔으로부터의 광
(ii) 입사 빔으로 인한 산란 광; 및
(iii) 펌프 빔으로 인한 산란 광.
- 제12항에 있어서,
입자 검출 신호는 펌프 빔이 부존재하는 경우와 비교하여 적어도 두배 더 큰 크기를 갖는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 입사 빔에 대하여 비스듬한 각도로 입자 조사 구역과 교차하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 입사 빔에 대하여 직교하는 각도로 입자 조사 구역과 교차하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 입사 빔과 반대 방향으로 입자 조사 구역과 교차하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔과 입사 빔은 입자 조사 구역에서 빔들을 공유도 초점에 집중시키는 포지티브 렌즈를 통하여 평행하게 배향되는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 조사 구역은 이를 통하여 입자들을 유동시키도록 구비되는 유동 셀을 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 적어도 1의 방사조도 비를 갖되; 방사조도 비는 웨이스트에서의 입사 빔의 방사조도에 대한 웨이스트에서의 펌프 빔의 방사조도의 비로 정의되는 입자 검출 시스템.
- 제19항에 있어서,
펌프 빔은 적어도 2의 방사조도 비를 갖는 입자 검출 시스템. - 제19항에 있어서,
펌프 빔은 적어도 10의 방사조도 비를 갖는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔 광원은 단일 모드 레이저를 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 조사 구역은 유동 셀인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 조사 구역은 에어로졸 제트인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 조사 구역은 표면인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 검출기는 다중-요소 광 검출기인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔 광원과 입자 조사 구역 사이의 입사 빔의 경로에 배치되는 회절 광학 요소를 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제27항에 있어서,
회절 광학 요소는 1차원 빔 어레이를 생성하도록 구성되는 입자 검출 시스템.
- 제27항에 있어서,
회절 광학 요소는 복수의 가우시안 빔들을 생성하도록 구성되는 입자 검출 시스템.
- 제27항에 있어서,
회절 광학 요소는 복수의 빔들을 생성하도록 구성되되, 복수의 빔들의 각각의 빔은 다른 빔들과 비교하여 20 % 미만의 강도의 분산도를 갖는 입자 검출 시스템.
- 제27항에 있어서,
광 검출기는 상부 구역 및 하부 구역을 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제27항에 있어서,
광 검출기는 차동 어레이 검출기인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔은 다크 빔인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 다크 빔인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
펌프 빔은 듀얼-패스 빔인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 검출 시스템은 펌핑된 호모다인 간섭계 검출 시스템인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 검출 시스템은 펌핑된 셀프-호모다인 간섭계 검출 시스템인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
입자 검출 시스템은 펌핑된 헤테로다인 간섭계 검출 시스템인 입자 검출 시스템.
- 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 따른 입자 검출 시스템을 포함하는 소광 광학 입자 계수기.
- 제39항에 있어서,
광 검출기는 제1 광 검출기이고, 소광 광학 입자 계수기는 입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 펌프 빔을 검출하도록 배치되는 제2 광 검출기를 포함하는 소광 광학 입자 계수기.
- 입사 빔을 방출하는 입사 빔 광원;
입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역;
입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기;
입자 좌 구역에서 타겟팅되는 펌프 빔을 방출하기 위한 펌프 빔 광원을 포함하되,
입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 다음의 조합을 검출하도록 구비되도록 배치되는 입자 검출 시스템:
입사 빔으로부터의 광;
입사 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 전방-산란 광; 및
펌프 빔의 입자 조사 구역 내에서의 산란으로 인한 산란 광;
(여기서 펌프 빔은 적어도 1의 방사조도 비를 가짐).
- 제41항에 있어서,
방사조도 비는 웨이스트에서의 입사 빔의 방사조도에 대한 웨이스트에서의 펌프 빔의 방사조도의 비율로 정의되는 입자 검출 시스템.
- 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원;
입자들을 갖는 유체 유동부를 수용하기 위하여 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역;
입사 빔 광원과 입자 조사 구역 사이의 입사 빔의 경로에 배치되는 회절 광학 요소;
입자 조사 구역을 통하여 지나간 이후의 입사 빔을 검출하기 위하여 배치되는 광 검출기를 포함하되,
입사 빔과 광 검출기는 광 검출기가 입사 빔으로부터의 광과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광을 검출하도록 구성되도록 배치되는 입자 검출 시스템.
- 제43항에 있어서,
회절 광학 요소는 1차원 빔 어레이를 생성하도록 구성되는 입자 검출 시스템.
- 제43항 또는 제44항에 있어서,
회절 광학 요소는 복수의 가우시안 빔들을 생성하도록 구성되는 입자 검출 시스템.
- 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
회절 광학 요소는 복수의 빔들을 생성하도록 구성되되, 복수의 빔들의 각각의 빔은 다른 빔들과 비교했을 때, 5 % 미만의 강도의 분산도를 갖는 입자 검출 시스템.
- 제43항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출기는 상부 구역 및 하부 구역을 포함하는 입자 검출 시스템.
- 제43항 내지 47항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출기는 차동 어레이 검출기인 입자 검출 시스템.
- 입사 빔을 제공하는 입사 빔 광원;
입자들을 포함하고 입사 빔의 경로에 배치되는 입자 조사 구역;
입자 조사 구역을 통과한 이후의 입사 빔을 검출하도록 배치되는 광 검출기;
입자 조사 구역으로 조준되는 펌프 빔을 제공하는 펌프 빔 광원을 포함하되,
입사 빔, 펌프 빔 및 광 검출기는 광 검출기가 다음의 조합을 검출하도록 구성되도록 배치되는 입자 검출 시스템:
입사 빔으로부터의 광;
입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내에서 입자들로부터의 입사 빔의 산란으로 인한 산란 광; 및
입자 조사 구역 내의 유체 유동부 중 입자들로부터의 펌프 빔의 산란으로 인한 산란 광.
- 입사 빔을 입자들을 갖는 유체 유동부를 포함하는 조사 구역으로, 및 광 검출기로 향하게 하는 단계;
펌프 빔을 입자 조사 구역으로 향하게 하는 단계;
입사 빔과 입자 조사 구역 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계;
펌프 빔과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계;
광 검출기를 통하여 다음의 조합을 검출하는 단계를 포함하는 입자 검출 방법:
입사 빔 또는 기준 빔으로부터의 광;
입사 빔으로부터의 산란 광; 및
펌프 빔으로부터의 산란 광.
- 제50항에 있어서,
광 검출기를 통하여 다음의 조합을 검출하는 단계를 포함하는 방법:
입사 빔으로부터의 광;
입사 빔으로부터의 산란 광; 및
펌프 빔으로부터의 산란 광.
- 제50항에 있어서,
광 검출기를 통하여 다음의 조합을 검출하는 단계를 포함하는 방법:
기준 빔으로부터의 광;
입사 빔으로부터의 산란 광; 및
펌프 빔으로부터의 산란 광.
- 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저로부터 레이저 빔을 방출하는 단계;
편광 빔 스플리터를 통하여 레이저 빔을 펌프 빔과 입사 빔으로 분할하는 단계를 포함하는 방법.
- 제50항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 레이저를 통하여 입사 빔을 제공하는 단계;
제2 레이저를 통하여 펌프 빔을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
- 제50항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출기를 통하여 입자 검출 신호를 생성하는 단계를 포함하되, 신호는 입사 빔으로부터의 산란 광 및 펌프 빔으로부터의 산란 광과 조합된 입사 빔으로부터의 광의 강도에 대응되는 방법.
- 제50항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사 빔 및 상기 펌프 빔은 상기 유체 유동부 내의 상기 입자들과 동시에 상호작용하도록 구성되는 방법.
- 제50항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산란 광은 상기 유체 유동부 내의 단일 입자와 상기 입사 빔 및 상기 펌프 빔 사이의 상호작용에 의하여 생성되는 방법.
- 제50항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
회절 광학 요소를 통하여 입사 빔을 복수의 빔들로 회절시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제58항에 있어서,
광 검출기는 상부 구역과 하부 구역을 포함하고, 상부 구역으로부터의 신호를 하부 구역으로부터의 신호와 비교하는 단계를 포함하는 방법.
- 제50항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
회절시키는 단계를 통하여 유체 유동부의 체적 샘플링 속도를 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제50항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
검출하는 단계는 입사 빔으로부터의 전방 산란 광을 검출하는 것을 포함하는 방법.
- 제50항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
입사 빔을 실린더 렌즈를 지나도록 조준하여 높은 종횡비 빔인 입사 빔을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
- 입사 빔을 입자로 향하게 하는 단계;
펌프 빔을 입자로 향하게 하는 단계;
입자를 통하여 입사 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계;
입자를 통하여 펌프 빔으로부터의 광을 산란시키는 단계;
광 검출기를 통하여 다음의 조합을 검출하는 단계를 포함하는 입자 검출 방법:
입사 빔으로부터의 광;
입사 빔으로부터의 산란 광; 및
펌프 빔으로부터의 산란 광.
- 입사 빔을 생성하는 단계;
입사 빔을 회절 광학 요소를 통하여 복수의 빔들로 회절시키는 단계;
복수의 빔들을 입자들을 포함하는 조사 구역으로 및 광 검출기로 향하게 하는 단계;
복수의 빔들과 입자 조사 구역 내의 하나 이상의 입자들 사이의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계;
광 검출기를 통하여 복수의 빔들로부터의 산란 광을 검출하는 단계를 포함하는 입자 검출 방법.
- 제64항에 있어서,
광 검출기는 상부 구역과 하부 구역을 포함하고, 상부 구역으로부터의 신호를 하부 구역으로부터의 신호와 비교하는 단계를 포함하는 방법.
- 제64항 또는 제65항에 있어서,
회절시키는 단계를 통하여 유체 유동부의 체적 샘플링 속도를 증가시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제64항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
검출하는 단계는 입사 빔으로부터의 전방 산란 광을 검출하는 것을 포함하는 방법.
- 입사 빔을 입자들을 갖는 유체 유동부를 포함하는 조사 구역으로, 및 광 검출기로 향하게 하는 단계;
펌프 빔을 입자 조사 구역으로 향하게 하는 단계;
입사 빔과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내의 하나 이상의 입자들의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계;
펌프 빔과 입자 조사 구역 내의 유체 유동부 내의 하나 이상의 입자들의 상호작용에 의하여 산란 광을 생성하는 단계;
광 검출기를 통하여 다음의 조합을 검출하는 단계를 포함하는 입자 검출 방법:
입사 빔으로부터의 광;
입사 빔으로부터의 산란 광; 및
펌프 빔으로부터의 산란 광.
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