(57)【要約】  本技術は、ナノ粒子を含むある量の空気を収集するように構成されたナノ粒子収集器、および光をある量の空気中を透過させるように構成された光源を含むナノ粒子検出器を提供する。ナノ粒子検出器は、透過した光の少なくとも一部分を受け、透過した光の散乱特性に基づいてある量の空気中のナノ粒子の特徴を検出するように構成された第１の受光素子をさらに含む。
2013542441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を光学的に検出するための方法であって、
空気をナノ粒子収集器内に収集することと、
光源を使用して光を前記空気中を透過させることと、
第１の受光素子において前記透過した光の少なくとも一部分を受けることと、
前記透過した光の散乱特性に基づいて前記空気中のナノ粒子の特徴を検出することと
を含む方法。
【請求項２】
前記空気中のナノ粒子の特徴を前記検出することは、前記透過した光から後方散乱された後方散乱光の量に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レンズを使用して前記後方散乱光の強度を上げることを含み、前記レンズは、前記ナノ粒子収集器と前記第１の受光素子との間に配置される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記空気中のナノ粒子の特徴を前記検出することは、前記透過した光の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を決定することを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第２の受光素子において後方散乱光を受けることと、
前記後方散乱光に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを決定することと、
前記透過した光の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を検出することと
をさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記透過した光を２つ以上のミラーから反射させることにより、前記透過した光を前記光源と前記第１の受光素子との間の導光経路を通過させることをさらに含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ナノ粒子を含むある量の空気を収集するように構成されたナノ粒子収集器と、
光を前記ある量の空気中を透過させるように構成された光源と、
前記透過した光の少なくとも一部分を受け、前記透過した光の散乱特性を検出するように構成された第１の受光素子と、
前記第１の受光素子において検出された前記透過した光の前記散乱特性に基づいて前記ある量の空気中の前記ナノ粒子の特徴を検出するように構成されたプロセッサと
を含むナノ粒子検出器。
【請求項８】
前記特徴の少なくとも１つは、１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズであり、前記プロセッサは、前記透過した光から後方散乱された後方散乱光の量に基づいて前記１つまたは複数の前記ナノ粒子の前記サイズを決定するようにさらに構成される、請求項７に記載のナノ粒子検出器。
【請求項９】
前記後方散乱光の前記強度を上げるように構成されたレンズをさらに含み、前記レンズは、前記ナノ粒子収集器と前記第１の受光素子との間に配置される、請求項７または８のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１０】
前記ナノ粒子検出器と前記第１の受光素子との間に配置された光ファイバをさらに含み、前記光ファイバは、前記後方散乱光をキャプチャし、前記後方散乱光を前記第１の受光素子に伝播するように構成される、請求項７から９のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のナノ粒子の前記サイズは、前記後方散乱光に基づく動的光散乱プロファイルによって決定される、請求項８から１０のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１２】
前記特徴の少なくとも１つは、前記ある量の空気中の前記ナノ粒子の濃度であり、前記濃度は、前記第１の受光素子によって検出された前記透過した光の減衰率に基づいて決定される、請求項７から１１のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１３】
前記光源は、半導体レーザであり、前記第１の受光素子は、アバランシェフォトダイオードまたは電荷結合デバイスである、請求項７から１２のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１４】
後方散乱光を受けるように構成された第２の受光素子をさらに含み、前記プロセッサは、前記後方散乱光に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを検出し、前記透過した光の前記少なくとも一部分の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を検出するようにさらに構成される、請求項７から１３のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【請求項１５】
前記ナノ粒子収集器は、前記透過した光を導光経路に沿って反射するように構成された２つ以上のミラーを含む、請求項７から１４のいずれかに記載のナノ粒子検出器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
以下の説明は、読者の理解を支援するために提供される。提供される情報または引用される参考文献はいずれも先行技術であると認められるものではない。
【０００２】
有害な粒子および汚染物質は、一般に、産業環境や研究室環境においてのみならず、公衆の日常生活空間においても、空気中に存在する。したがって、多くの国、自治体、および政府は、公衆の自覚および安全を向上させるために、詳細な監視および空気の質の報告を命じている。産業環境においては、大気汚染の監視および処理は、有害物質を生成する活動またはそのような有害物質に係わる活動に関与する作業者の安全のために必要とされる可能性がある。大気汚染の監視はまた、例えば、一酸化炭素の検出のために個人の家で、および化学的または生物学的テロリスト攻撃の場合には個人によって、事実上個人的に利用される。
【０００３】
そのような有害粒子および汚染物質のための従来の検出システムは、一般に、産業環境および研究室環境における使用のために設計されてきて、したがって、従来、非常に高価であり、サイズも大きかった。サイズが小さく、効率が向上して、より手頃な値段で購入できる大気監視装置は、サイズが大きく、効率が悪く、より高価な装置よりずっと有利である。コンパクトな装置のサイズは、大きな装置のサイズには不可能な用途における監視装置の使用を可能にする。例えば、小さな空間に監視装置を配置したり、限られた空間しかない個人用安全機器に監視装置を組み込んだりすることができる。効率の良い監視装置は、大気汚染物質のより速い分析を可能にし、汚染物質レベルのより速い通知につながる。しかし、小さな監視装置は、従来、精度および感度の点で従来の大きな監視機器より劣っていた。さらに、従来の監視機器は、たいていかなり高価であり、個人による使用の普及は実現不可能である。
【発明の概要】
【０００４】
本技術は、空気をナノ粒子収集器内に収集すること、および光源を使用して光を収集した空気中を透過させることを含む、ナノ粒子を光学的に検出するための例示的方法を提供する。本方法は、第１の受光素子において透過した光の少なくとも一部分を受けること、および透過した光の散乱特性に基づいて空気中の粒子の特徴を検出することをさらに含む。
【０００５】
本技術は、粒子を含むある量の空気を収集するように構成されたナノ粒子収集器、および光を、収集したある量の空気中を透過させるように構成された光源を含む例示的ナノ粒子検出器をさらに提供する。例示的ナノ粒子検出器は、透過した光の少なくとも一部分を受け、透過した光の散乱特性に基づいて、収集したある量の空気中の粒子の特徴を検出するように構成された第１の受光素子をさらに含む。
【０００６】
本技術はまた、空気を収集するための手段および光を、収集した空気中を透過させるための手段を含む別の例示的ナノ粒子検出器を含む。例示的ナノ粒子検出器は、透過した光を受ける手段および透過した光の散乱特性に基づいて収集した空気中の粒子の特徴を検出するための手段をさらに含む。
【０００７】
前述の概要は、例示的のみであり、決して限定的であることを意図するものではない。前述の例示的態様、実施形態、および特徴に加えて、添付の図面および以下の詳細な説明を参照することにより、さらなる態様、実施形態、および特徴が明らかになるであろう。
【０００８】
本開示の前述のおよび他の特徴は、添付の図面に関連して行われる以下の説明および添付の特許請求の範囲からより十分に明らかになるであろう。これらの図面は、本開示によるいくつかの実施形態を図示するだけであり、したがって、本開示の範囲を限定するとみなされるべきではないことを理解して、本開示は、添付の図面を使用することにより、さらに具体的かつ詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一例示的実施形態によるナノ粒子監視装置を示す図である。
【図２】一例示的実施形態による空気中の粒子を測定するための方法を示す図である。
【図３】一例示的実施形態によるナノ粒子監視装置を示す図である。
【図４】一例示的実施形態による空気中の粒子を測定するための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照される。これらの図面では、文脈が別途指示しない限り、通常、同様の符号は同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載されている例示的実施形態は、限定的であることを意味するものではない。本明細書に提示されている主題の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。本開示の態様は、本明細書で全体的に説明され、諸図に例示されているように、そのすべてが明示的に企図され本開示の一部を成す多種多様な異なる構成で配列、置換、結合、および設計されてよいことが容易に理解されるであろう。
【００１１】
従来の大気汚染モニタに関連する様々な問題がある。これらは、そのようなモニタの従来の大きなサイズおよび複雑さ、ならびに従来の大気モニタの関連費用を含むがそれらに限定されない。さらに、従来の大気モニタの大きなサイズおよび非常な複雑さは、そのようなモニタの携帯性を制限してきた。より小さく、より携帯可能な大気モニタは、たいてい、より大きくより複雑なモニタより効率および感度が低い。本明細書では、費用効果が高く、コンパクトで、感度が高く、効率が良い監視装置を使用して、大気中の粒子を監視するための例示的システムが説明される。これらの監視装置は、様々な粒子を含む空気を収集し、収集した空気を通して光を放出し、放出した光の散乱特性に基づいて、収集した空気中の粒子のサイズおよび濃度を検出する。下記で説明される監視装置および方法は、感度および効率を向上させ、一方、関連する監視装置のサイズおよび費用を低減することを可能にする。
【００１２】
図１は、一例示的実施形態によるナノ粒子監視装置１００を示す図である。ナノ粒子監視装置１００は、入射光１６０を収集器１２０内に収集されたある量の空気中を透過させるように構成された光源１１０を含む。一例示的実施形態では、光源１１０は、６６０ｎｍ、５８９ｎｍ、４６８ｎｍ、４４０ｎｍ、または４５ｎｍの波長を有する光を出力する半導体レーザである。代替実施形態では、光源１１０は、代替波長で光を生成することができ、光源１１０は、その方向性を保持することができるいかなる種類の光をも生成することができる。１つの可能な実施形態では、可視光を放出することができるレーザを使用することができる。例えば、レーザは、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザ、ヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ、アルゴンイオンレーザ、または当業者に知られている任意の他の半導体レーザでよい。より短い波長は、散乱光のより優れた検出を実現することができるようにし、したがって、監視装置の感度および精度を高める。
【００１３】
任意のプロセス、またはポンプもしくはファンなどの当業者に知られている装置を介して、空気を収集器の中へおよび収集器から外へ移動させることができる。例えば、第１の実施形態によれば、ポンプまたはファンは、第１の受光素子１３０の近くに配置されてよく、空気を装置の中へおよび装置から外へ移動させるように構成されてよい。そのような実施形態によれば、ポンプまたはファンは、測定中収集器１２０の中に一定の数の粒子を維持するために、測定を実行するときに止めることができる。代替実施形態では、粒子の測定はポンプまたはファンを止めることなく行われ、したがってリアルタイムモニタリングを可能にする。
【００１４】
収集器１２０内の空気は、粒子１８０を含む。入射光１６０が収集器１２０内の収集した空気中を透過させられるとき、一部の光１７０は、粒子１８０に接触すると後方散乱される。入射光１６０の直径は、数ミクロンから１０ミリメートルまでとすることができる。一実施形態では、収集器１２０は、光が収集器１２０の表面に接触しないことを保証するために、透過した入射光１６０の直径より数倍大きい直径を有する。したがって、一実施形態によれば、収集器１２０は、入射光１６０の直径より大きい直径、および粒子１８０による散乱に起因する透過した光の減衰量の測定を可能にするのに十分な長さを有する。収集器１２０の適切な長さは、監視装置１００が検出するように構成された粒子の最小サイズに依存する。例えば、一実施形態では、収集器１２０は、５ｎｍの最小直径を有する粒子を検出するために１０ｃｍの直径および３５０ｃｍの長さを有する。
【００１５】
第１の受光素子１３０は、収集器１２０内に収集された空気を首尾よく通過した入射光１６０を受ける。一実施形態では、第１の受光素子１３０は、収集器１２０の表面上に配置される。一代替的実施形態では、第１の受光素子１３０は、収集器１２０の外側に配置されてよく、入射光１６０が収集器１２０を全体的に通過した後に、透過した入射光１６０を受けることができる。第２の受光素子１４０は、後方散乱光１７０を受ける。光ファイバ１５０は、後方散乱光１７０をキャプチャし、後方散乱光１７０が受光素子１４０へそれによって伝播される光経路を提供する。一代替実施形態では、第２の受光素子１４０は、収集器１２０の表面に配置され、ナノ粒子監視装置１００は、後方散乱光の光経路を変えてそれを第２の受光素子１４０に向けるプリズムを含む。そのような実施形態によれば、光ファイバ１５０は、ナノ粒子監視装置１００に含まれない。
【００１６】
一実施形態では、受光素子１３０および受光素子１４０は、アバランシェフォトダイオードまたは電荷結合デバイスを含む。ナノ粒子監視装置１００は、受光素子１４０において後方散乱光を受ける前に後方散乱光１７０の強度を上げるように構成されたレンズ１９０をさらに含む。
【００１７】
受光素子１３０および１４０において受けた入射光１６０および後方散乱光１７０の量は、後方散乱光１７０の量から決定された動的光散乱プロファイルに基づいて粒子１８０のサイズを決定し、入射光１６０の減衰率に基づいて粒子１８０の濃度を決定するために使用される。以下で示すようなレイリー散乱モデルが、動的光散乱プロファイルを構築し、粒子１８０のサイズおよび濃度を算出するために使用される。
【００１８】
【数１】
2013542441.tif 000003
【００１９】
【数２】
2013542441.tif 000004
ここで、Ｃｓｃａは、散乱横断面であり、ｎｍは、ホスト物質の屈折率であり、ｎｐは、包含物の屈折率であり、ｒは、包含物の半径であり、λは、伝播光の波長であり、αｓｃａは、消光係数であり、ηは、包含物の体積分率である。入射光１６０の透過率、すなわち、収集器１２０を通過した入射光の割合は、以下の等式によって決定される。
【００２０】
【数３】
2013542441.tif 000005
ここで、Ｔは、透過率であり、ｄは、収集器１２０の長さである。
【００２１】
一実施形態では、コンピューティングデバイスは、ナノ粒子監視装置１００からデータを受信し、上記の式１および２に基づいて計算を実行するためにナノ粒子監視装置１００に通信可能に結合される。例えば、コンピューティングデバイスは、受光素子１３０および１４０からデータを受信するために、受光素子１３０および１４０の少なくとも１つに通信可能に結合されてよい。次いで、コンピューティングデバイスは、受信したデータに基づいて式１および２に関連する変数の１つまたは複数のための値を決定するために上記の式１および２を実行することができる。例えば、一実施形態では、コンピューティングデバイスは、受光素子１３０および１４０から受信したデータに基づいて入射光１６０の透過率ならびに粒子１８０の濃度および／またはサイズを算出するように構成されてよい。
【００２２】
一実施形態では、コンピューティングデバイスは、当業者に知られているように、プロセッサ、通信インターフェース、およびプロセッサによって実行されるべき命令を記憶するように構成されたコンピュータ可読媒体を含む。プロセッサは、記憶されている命令を実行して、計算を実行し、計算に関連するデータを記憶および／または通信するように構成される。コンピューティングデバイスは、当業者に知られているように、表示装置にさらに結合されてよい。
【００２３】
下記に、表１、２、および３が提示される。表１、２、および３は、約３５０ｃｍの収集器長を有する様々な実施形態によるこれらの変数のための例示的値を示し、ｒは、ある量の空気から検出されるべき平均粒子の半径であり、ｄは、ある量の空気中で検出されるべき平均粒子の直径である。表１は、透過率が様々であり、粒子の平均サイズが一定に保持される場合の、いくつかの実施形態による変数の値を示す。表２は、粒子の平均サイズが様々な場合の、いくつかの実施形態による変数の値を示す。表３は、伝播光の波長が様々な場合の、いくつかの実施形態による変数の値を示す。
【００２４】
【表１】
2013542441.tif 000006
【００２５】
【表２】
2013542441.tif 000007
【００２６】
【表３】
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2013542441.tif 000009
【００２７】
図２は、一例示的実施形態による図１のナノ粒子監視装置１００を使用して空気中の粒子を測定するための方法を示す。動作２００において、様々な粒子を含む空気が粒子検出器の収集器内に収集される。動作２１０において、光源を使用して、光が、収集した空気中を透過させられる。動作２２０において、収集した空気を全体的に通過した入射光が第１の受光素子において受けられる。透過した光の少なくとも一部分は、収集した空気中の様々な粒子に接触した後に後方散乱される。動作２３０において、後方散乱光が第２の受光素子において受けられる。例示的実施形態では、レンズを使用して後方散乱光の強度を上げることができ、後方散乱光が第２の受光素子にそれを通して伝播される光ファイバによって後方散乱光をキャプチャすることができる。
【００２８】
動作２４０において、収集した空気中の粒子の様々な特徴が、第１の受光素子および第２の受光素子において受けた入射光および後方散乱光の量に基づいて決定される。これらの特徴は、収集した空気中の様々な粒子のサイズならびに粒子の濃度を含んでよい。様々な粒子のサイズは、第２の受光素子において受けた後方散乱光の量に基づいて算出され、粒子の濃度または体積分率は、透過した光の減衰率または透過率に基づいて決定される。これらの計算は、上記で式１および２に関連して説明されたレイリー散乱モデルによって実行される。一実施形態では、第１の受光素子および第２の受光素子から入力を受信するように構成されたプロセッサまたは他のコンピューティングデバイスによって計算を実行する。プロセッサまたはコンピューティングデバイスは、第１の受光素子および第２の受光素子からの入力を使用して、透過した光の後方散乱光の量および減衰率を決定し、この情報に基づいて、および上記で説明した式１および２に基づいて、粒子のサイズおよび濃度を算出するようにさらに構成される。
【００２９】
上記で論じられたように、監視装置の小型化によって、そのような装置はいっそう望ましく、適切になる。図１に関して上記で論じられたように、導光距離は、収集した空気中の粒子による散乱に起因する透過した光の減衰量の十分な測定を可能にするのに十分長くなければならない。検出される粒子が小さいほど、必要とされる導光距離は長い。導光距離を最大化し、一方、監視装置の全サイズを最小化する監視装置の例示的実施形態が以下で説明される。導光距離の最大化は、ミラーを使用して装置の内部で入射光を循環させることにより実現される。図３は、そのような例示的実施形態によるナノ粒子監視装置３００を示す。
【００３０】
装置３００は、入射光３７０を収集器３９０内に収集されたある量の空気中を透過させるように構成された光源３１０を含む。一例示的実施形態では、光源３１０は、６６０ｎｍ、５８９ｎｍ、４６８ｎｍ、４４０ｎｍ、または４０５ｎｍの波長を有する光を出力する半導体レーザである。代替実施形態では、光源３１０は、代替波長で光を生成することができ、光源３１０は、その方向性を保持することができるいかなる種類の光をも生成することができる。１つの可能な実施形態では、可視光を放出することができるレーザを使用することができる。例えば、レーザは、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）レーザ、ヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ、アルゴンイオンレーザ、または当業者に知られている任意の他の半導体レーザでよい。
【００３１】
任意のプロセス、またはポンプもしくはファンなどの当業者に知られている装置を介して、空気を収集器の中へおよび収集器から外へ移動させることができる。例えば、第１の実施形態によれば、ポンプまたはファンは、第１の受光素子１３０の近くに配置されてよく、空気を装置の中へおよび装置から外へ移動させるように構成されてよい。そのような実施形態によれば、ポンプまたはファンは、測定中収集器１２０の中に一定の数の粒子を維持するために、測定を実行するときに止めることができる。代替実施形態では、粒子の測定はポンプまたはファンを止めることなく行われ、したがってリアルタイムモニタリングを可能にする。
【００３２】
収集器３９０内の空気は、様々な粒子を含んでよい。入射光３７０が収集器３９０内の収集した空気中を透過させられるとき、一部の光３８０は、様々な粒子に接触すると後方散乱される。収集器３９０は、収集した空気中の様々な粒子による散乱に起因する透過した光の減衰量の測定を可能にするのに十分である導光距離を提供する。ミラー３２０は、入射光３７０を監視装置の中の導光経路に沿って反射することにより導光距離を増大する。ミラー３２０は、入射光３７０を導光経路に沿って導光経路の端部に配置された受光素子３３０に反射する。一実施形態では、ミラー３２０はまた、後方散乱光３８０を導光経路に沿って受光素子３４０に反射し戻すことができる。一実施形態では、８０ｃｍ３の容積を有する監視装置は、いくつかのミラーを使用して内側に向けて入射光経路を導くことにより約３メートルの導光距離を提供することができる。そのような実施形態は、およそ数ナノメートルの直径を有する粒子の検出を可能にする。代替実施形態は、必要に応じて導光距離を増大するためにより多くのまたはより少ないミラーを利用することができる。
【００３３】
受光素子３３０は、収集器３９０内の空気を全導光経路に沿って首尾よく通過した入射光３７０を受ける。上記で論じられたように、受光素子３４０は、後方散乱光３８０を受ける。光ファイバ３５０は、後方散乱光３８０をキャプチャし、後方散乱光３８０が受光素子３４０へそれによって伝播される光経路を提供することができる。一実施形態では、受光素子３３０および３４０は、アバランシェフォトダイオードまたは電荷結合デバイスを含む。ナノ粒子監視装置３００は、受光素子３４０において後方散乱光を受ける前に後方散乱光３８０の強度を上げるように構成されたレンズ３６０をさらに含む。
【００３４】
光３７０が、収集した空気中を透過させられるときに、光の一部分は、収集した空気中の粒子に接触すると後方散乱される（すなわち、後方散乱光３７０）。光３７０の一部分（すなわち、入射光３７０ａ）は、受光素子３３０まで収集した空気を首尾よく通過することになる。受光素子３３０および３４０において受けた入射光３７０ａおよび後方散乱光３８０の量は、後方散乱光３８０の量から決定された動的光散乱プロファイルに基づいて、収集した空気の中の様々な粒子のサイズを決定し、入射光３７０ａの減衰率に基づいて様々な粒子の濃度を決定するために使用される。上記で式１および２に関連して説明されたレイリー散乱モデルがそのような計算を実行するために使用される。
【００３５】
図４は、一例示的実施形態による図３の粒子検出器３００を使用して空気中の粒子を測定するための方法を示す。動作４００において、様々な粒子を含む空気が粒子検出器３００の収集器内に収集される。動作４１０において、光源を使用して光が、収集した空気中を透過させられる。動作４２０において、光が様々なミラーを使用して導光経路に沿って反射される。
【００３６】
動作４３０において、導光経路を通過し収集した空気を全体的に通過した入射光が、第１の受光素子において受けられる。透過した光の少なくとも一部分は、収集した空気中の様々な粒子に接触した後に後方散乱される。動作４４０において、後方散乱光が第２の受光素子において受けられる。例示的実施形態では、レンズを使用して後方散乱光の強度を上げることができ、後方散乱光が第２の受光素子にそれを通して伝播される光ファイバによって後方散乱光をキャプチャすることができる。
【００３７】
動作４５０において、収集した空気中の粒子の様々な特徴が、第１の受光素子および第２の受光素子において受けた入射光および後方散乱光の量に基づいて決定される。これらの特徴は、収集した空気中の様々な粒子のサイズ、ならびに粒子の濃度を含んでよい。様々な粒子のサイズは、第２の受光素子において受けた後方散乱光の量に基づいて算出され、粒子の濃度は、透過した光の減衰率に基づいて決定される。これらの計算は、上記で式１および２に関連して説明されたレイリー散乱モデルによって実行される。
【００３８】
本明細書では、１つまたは複数の流れ図が使用されている。流れ図の使用は、実行される動作の順序に関して限定的であることを意味するものではない。本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００３９】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４０】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステ���を含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４１】
例示的実施形態の前述の説明は、例示および説明のために提示されてきた。例示的実施形態の前述の説明は、開示された厳密な形態に関して網羅的または限定的であることを意図するものではなく、修正および変更が、前述の教示を考慮して可能であり、または開示された実施形態の実施から得られる可能性がある。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲の請求項およびそれらの同等物によって定義されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月17日(2013.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を光学的に検出するための方法であって、
空気をナノ粒子収集器内に収集することと、
光源を使用して光を前記空気中を透過させることと、
第１の受光素子において前記透過した光の少なくとも一部分を受けることと、
後方散乱光を第２の受光素子において受けることと、
前記後方散乱光に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを検出することと、
前記透過した光の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を検出することと
を含む方法。
【請求項２】
レンズを使用して前記後方散乱光の強度を上げることを含み、前記レンズは、前記ナノ粒子収集器と前記第１の受光素子との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透過した光を２つ以上のミラーから反射させることにより、前記透過した光を前記光源と前記第１の受光素子との間の導光経路を通過させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ナノ粒子を含むある量の空気を収集するように構成されたナノ粒子収集器と、
光を前記ある量の空気中を透過させるように構成された光源と、
前記透過した光の少なくとも一部分を受け、前記透過した光の散乱特性を検出するように構成された第１の受光素子と、
後方散乱光を受けるように構成された第２の受光素子と、
前記後方散乱光に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを検出し、前記第１の受光素子において受けた前記透過した光の前記少なくとも一部分の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を検出するように構成されたプロセッサと
を含むナノ粒子検出器。
【請求項５】
前記後方散乱光の前記強度を上げるように構成されたレンズをさらに含み、前記レンズは、前記ナノ粒子収集器と前記第１の受光素子との間に配置される、請求項４に記載のナノ粒子検出器。
【請求項６】
前記ナノ粒子検出器と前記第１の受光素子との間に配置された光ファイバをさらに含み、前記光ファイバは、前記後方散乱光をキャプチャし、前記後方散乱光を前記第１の受光素子に伝播するように構成される、請求項４に記載のナノ粒子検出器。
【請求項７】
前記１つまたは複数のナノ粒子の前記サイズは、前記後方散乱光に基づく動的光散乱プロファイルによって決定される、請求項４に記載のナノ粒子検出器。
【請求項８】
前記光源は、半導体レーザであり、前記第１の受光素子は、アバランシェフォトダイオードまたは電荷結合デバイスである、請求項４に記載のナノ粒子検出器。
【請求項９】
前記ナノ粒子収集器は、前記透過した光を導光経路に沿って反射するように構成された２つ以上のミラーを含む、請求項７に記載のナノ粒子検出器。
【請求項１０】
前記空気を、前記ナノ粒子収集器の外側の周囲環境から前記ナノ粒子収集器の中に送り込むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記後方散乱光を光ファイバにおいてキャプチャし、前記光ファイバを使用して前記後方散乱光を前記ナノ粒子検出器から前記第１の受光素子に送ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記減衰率は、前記ナノ粒子収集器の長さに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノ粒子収集器は、前記透過した光を導光経路に沿って反射するために２つ以上のミラーを含み、前記導光経路の方向が各ミラーにおいて変えられるようになっている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記導光経路は、中心点を１回または複数回周って伸びる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノ粒子収集器は、中心点を１回または複数回周って伸びるチャネルを含み、前記導光経路は、前記中心点を１回または複数回周って伸びながら前記ナノ粒子収集器を透過する、請求項９に記載のナノ粒子検出器。
【請求項１６】
前記減衰率は、前記ナノ粒子収集器の長さに少なくとも部分的に基づいて決定される、請求項１５に記載のナノ粒子検出器。
【請求項１７】
前記２つ以上のミラーは、前記導光経路の前記方向が各ミラーにおいて変えられるように前記透過した光を導光経路に沿って反射するように構成される、請求項２１に記載のナノ粒子検出器。
【請求項１８】
前記導光経路は、２．５メートルより長い長さを有し、前記ナノ粒子収集器内に全体的に伸び、前記ナノ粒子収集器は、８０立方センチメートルより小さい容積の中に配置される、請求項１５に記載のナノ粒子検出器。
【請求項１９】
前記空気を前記ナノ粒子検出器の外側の周囲環境から前記ナノ粒子収集器の中へ移動させるように構成された装置をさらに含む、請求項９に記載のナノ粒子検出器。
【請求項２０】
ナノ粒子を含むある量の空気を収集するように構成されたナノ粒子収集器であって、前記ナノ粒子収集器のチャネルが中心点の周りに１回または複数回巻きつくような螺旋構成を含み、前記ナノ粒子収集器の前記チャネルが第１の端部および第２の端部を有する、ナノ粒子収集器と、
光を前記ナノ粒子収集器の前記チャネルの前記第１の端部から前記ある量の空気中を透過させるように構成された光源と、
前記ナノ粒子収集器の前記チャネルの前記第２の端部に配置され、前記透過した光の少なくとも一部分を受け、前記透過した光の散乱特性を検出するように構成された第１の受光素子と、
後方散乱光を受けるように構成された第２の受光素子と、
レイリー散乱モデルに基づいて、前記後方散乱光に基づいて１つまたは複数の前記ナノ粒子のサイズを検出し、前記第１の受光素子において受けた前記透過した光の前記少なくとも一部分の減衰率に基づいて前記ナノ粒子の濃度を検出するように構成されたプロセッサと
を含むナノ粒子検出器。
【国際調査報告】
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