(57)【要約】【課題】【解決手段】流れる液体中にて懸濁した規制されていない粒子４１７を光学的に検出する粒子カウンタ２００、３００は、流体入口２８６及び流体出口２８７、２８８を有するサンプル室１７８、２４０、３４５と、レーザビーム２１２、３３２を発生させるレーザモジュール２０１、３３０と、サンプル室内にて図４に１８０で示した多数レーザビームパターンを提供するビーム整形光学システム１７０、２２８、３１０及び３１５と、粒子によって散乱された光を検出するようサンプル室内に配置されたＣＭＯＳ光学検出器２８２、３６３、４２３とを含み、検出器は粒子のパラメータの電気的信号特徴を発生させる。粒子カウンタは、少なくとも１０ワット／ｍｍ２の光の強度及び０．５平方ｍｍ以上の面積を有するサンプル室内の粒子感知領域４１６を備えている。検出器は、３０又はより多くの検出器アレー要素４２４を有する。レーザ光学システムは、レーザビームを反射し且つ再合焦して同一のレーザビームが感知領域を多数回通過するようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れる流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子（４１７）を光学的に検出する光学粒子カウンタ（２００、３００）において、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（１７８、２４０、３４５）と、
光源（２０１、３３０）と、
前記サンプル室を通して前記光を導く導光光学システム（１７０、２２８、３１０及び３１５）と、
前記サンプル室を通って流れる前記流体中の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムにより集められた光を検出するよう配置された検出システム（２８０、３６０、４４０）とを備え、前記検出システムは、検出された、１ミクロン以下の寸法の前記粒子の数の電気信号特徴を発生させる光検出器（２８２、３６３、４２３）を含み、
前記光検出器は、ＣＭＯＳ撮像装置を備える、光学粒子カウンタ（２００、３００）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記流体は液体である、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記光源はレーザを備える、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記流体は、前記サンプル室を通って第一の方向に流れ、また、前記検出器は、前記粒子から前記第一の方向に向けて散乱した光を検出する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記サンプル室は、フローセル壁を有し、前記集光システムは光軸線（２７７）を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のあるフローセル壁を有しない、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記光検出システムは、マイクロプロセッサを備える、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記光検出システムは、コンピュータを備える、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記導光光学システムは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して複数回、導き且つ再合焦する方向変更光学素子（１７２及び１７４、２３０及び２３２、３１０及び３１５）を備える、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記方向変更光学素子は、複数のミラーを備える、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記複数のミラーは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して１０回以上、導くよう配置される、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記複数のミラーは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して２５回以上、導くよう配置される、装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線を有し、また、前記複数のレーザビームは、前記光軸線に対して垂直な平面内に位置する前記サンプル室を通る、装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置において、前記光源は、前記複数のレーザビームを発生させる複数のレーザを備え、また、前記導光光学システムは、前記複数のレーザビームを前記サンプル室を通して導く光学システムを備える、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線を有し、前記流体の流れは、前記光軸線に対して実質的に平行な方向に向けられる、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、前記液体は水であり、前記フローセルは、フューズドシリカガラス窓又はレンズを備える、装置。
【請求項１６】
流れる流体中の１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を検出する方法において、
１ミクロン以下の寸法の前記規制されていない粒子を保持する前記流体を流動させるステップと、
レーザビームを前記流体の流れを通して導くステップと、
前記流体中の前記粒子によって散乱された光を集めるステップと、
前記集めた光をＣＭＯＳ撮像装置にて検出し且つ、前記粒子のパラメータの特徴である信号を前記ＣＭＯＳ撮像装置から出力するステップとを備える、流れる流体中の１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を検出する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、前記光を導くステップは、前記レーザビームを前記流体の流れを通じて通すステップと、複数回、ビームを再合焦するステップとを含む、装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の装置において、前記光を通すステップは、前記流体の流れ中の同一平面内にて３回以上、前記レーザビームを通すステップを備える、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、前記集光するステップは、前記散乱した光を前記平面に対して垂直な光軸線の回りにて集めるステップを含む、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置において、前記集光するステップは、前記光を光軸線の回りにて集めるステップを含み、また、前記流体を流動させるステップは、前記流体を前記光軸線の方向に流動させるステップを含む、装置。
【請求項２１】
流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する装置（２００、３００）において、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（１７８、２４０、３４５）と、
前記サンプル室内にて複数のレーザビームを提供する多数ビームレーザ光学システム（１７０、［２０１、２０９及び２２８］、３４０）と、
前記サンプル室を通って流動する流体中の１ミクロン以下の寸法の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムにより集められた光を検出し得るよう配置された、検出システム（２８０、３６０、４４０）であって、前記検出された粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器（２８２、３６３、４２３）を含む前記検出システムとを備え、
前記光検出器は３０以上の光検出器要素（４２４）を備える、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する装置（２００、３００）。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記多数ビームレーザ光学システムは、前記レーザビームを発生させるレーザ装置と、前記レーザビームを前記サンプル室を通して導き且つ、前記室を１回、通過した後、前記レーザビームを再合焦させる光方向変更装置とを備える、装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置において、前記光方向変更装置は、ミラーを備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記光方向変更装置は、複数のミラーを備える、装置。
【請求項２５】
請求項２１に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線を有し、前記レーザビームは光軸線に対して垂直な平面内に位置する、装置。
【請求項２６】
請求項２１に記載の装置において、前記サンプル室内の前記レーザビーム、前記集光光学素子及び前記検出器は、０．５平方ｍｍ以上である、前記レーザビームに対して平行な平面内にて断面積を有する前記感知領域を画成する、装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置において、前記面積は１平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の装置において、前記面積は２平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項２９】
請求項２６に記載の装置において、前記多数ビームレーザ光学システムは、前記レーザビームを提供する複数のレーザ装置を備える、装置。
【請求項３０】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器はＣＣＤ画素アレーを備える、装置。
【請求項３１】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器はＣＭＯＳ画素アレーを備える、装置。
【請求項３２】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器は２次元的画素アレーを備える、装置。
【請求項３３】
請求項２１に記載の装置において、１０以上の前記レーザビームが存在する、装置。
【請求項３４】
請求項２１に記載の装置において、前記流体は、前記サンプル室を通って第一の方向に流れ、また、前記検出器は、前記粒子から前記第一の方向に向けて散乱した光を検出する、装置。
【請求項３５】
請求項２１に記載の装置において、前記フローセルは、フローセル壁を有し、前記集光システムは光軸線を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のあるフローセル壁を有しない、装置。
【請求項３６】
流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する方法において、
１ミクロン以下の寸法の前記規制されていない粒子を保持する前記流体を流動させるステップと、
複数のレーザビームを前記流体の流れを通して導くステップと、
前記流体中にて前記粒子により散乱された光を集めるステップと、
前記集められた光を検出するステップと、前記粒子のパラメータの信号特徴を出力するステップとを備える、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法において、前記光を導くステップは、レーザビームを発生させるステップと、前記レーザビームを前記流体の流れを通して通すステップと、前記レーザビームを方向変更するステップと、前記レーザビームを流体の流れを通して再合焦するステップとを備える、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記光を方向変更するステップは、前記レーザビームを反射するステップを含む、方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法において、前記光を反射するステップは、複数回、前記レーザビームを反射するステップを含む、方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法において、前記光を導くステップは、１０又はより多くのレーザビームを前記流体の流れを通して導くステップを含み、前記反射するステップは、前記レーザビームを９回又はより多数回反射するステップを含む、方法。
【請求項４１】
請求項３６に記載の方法において、前記複数のレーザビームは、１つの平面を画成し、前記集光するステップは、前記光を前記平面に対して垂直な光軸線の回りにて集めるステップを含む、方法。
【請求項４２】
請求項３６に記載の方法において、前記レーザビームは、１つの平面と、前記平面内にて０．５平方ｍｍ以上の断面積を有する感知領域とを画成する、方法。
【請求項４３】
請求項３６に記載の方法において、前記光を導くステップは、複数のレーザにて複数のレーザビームを発生させるステップと、前記複数のレーザビームを前記流体の流れに通すステップとを含む、方法。
【請求項４４】
流動する流体中に懸濁した規制されていない粒子（４１７）を光学的に検出する装置（２００、３００）において、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（１７８、２４０、３４５）と、
前記サンプル室内にて１つ以上の光ビームを提供する光源（［２０１、２０９及び２２８］、３４０）と、
前記サンプル室内にて前記光ビーム内の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムによって集められた光を検出するよう配置された検出システム（２８０、３６０、４４０）であって、前記検出された粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器（２８２、３２３、４２３）を含む前記検出システムとを備え、前記光検出器は、３０以上の光検出器要素（４２４）を有し、
前記１つ以上の光ビーム、前記集光システム、前記光検出器は、その内部にて光の強さが平方ミリメートル当たり少なくとも１０ワットである粒子の感知領域（４１６）を前記サンプル室内に画成し、前記感知領域は０．５平方ｍｍ以上の面積を有する、流動する流体中に懸濁した規制されていない粒子（４１７）を光学的に検出する装置（２００、３００）。
【請求項４５】
請求項４４に記載の装置において、前記感知領域は１平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項４６】
請求項４４に記載の装置において、前記感知領域は２平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項４７】
請求項４４に記載の装置において、前記光源はレーザ装置を備える、装置。
【請求項４８】
請求項４５に記載の装置において、前記光源は複数のミラーを含む、装置。
【請求項４９】
請求項４４に記載の装置において、前記光源は複数のレーザ装置を備える、装置。
【請求項５０】
請求項４４に記載の装置において、前記光検出器は、ＣＣＤ画素アレーを備えるものとする、装置。
【請求項５１】
請求項４４に記載の装置において、前記光検出器は、ＣＭＯＳ画素アレーを備える、装置。
【請求項５２】
請求項１４４に記載の装置において、前記光検出器は、２次元的画素アレーを備える、装置。
【請求項５３】
請求項４４に記載の装置において、前記流体は、前記サンプル室を通って第一の方向に流れ、また、前記検出器は、前記粒子から前記第一の方向に向けて散乱した光を検出する、装置。
【請求項５４】
請求項４４に記載の装置において、前記サンプル室は、フローセル壁を有し、前記集光システムは光軸線（２７７）を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のあるフローセル壁を有しない、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本発明は、全体として、光散乱原理を利用して流体中の１ミクロン以下の寸法である望ましくない単一の粒子を検出し且つカウントするシステムに関する。該システムは、当該技術にて全体として、光学粒子カウンタ（ＯＰＣ）と称されている。より具体的には、本発明は、２次元的な多数要素検出器アレーを利用するかかる粒子カウンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  流体中に懸濁した個々の粒子の寸法を検出し且つ測定するため光学粒子カウンタ（ＯＰＣ）が使用されている。一般に、粒子カウンタは、１ミクロン以下の寸法の粒子を検出する設計とされている。検出される粒子の各々は、カウントされ、また、特定の寸法範囲に相応する各チャンネル内の粒子のカウント数の表示が提供される。粒子カウンタが効果的に作用するためには、流体中の粒子の密度は、粒子が流体中の汚染物質であるとみなされるように十分、小さくなければならない。すなわち、同様に散乱光を利用するが、流体中の粒子の密度は極めて大きいため、粒子をカウントする科学は、粒子が実質的に流体自体である、測光法及び細胞測定法（ｃｙｔｏｍｅｔｒｙ）のようなその他の科学分野とを識別することが重要である。これらの後者のシステムは、数１００万、数１０億及びより多くの粒子から散乱された光を集めることに基づくものである。このため、その作動原理は、粒子カウンタにて使用される原理と極めて相違する。
【０００３】
［０００３］  粒子カウンタは、ハイテクエレクトロニクス及び製薬業の製造クリーンルーム内で使用される流体中の汚染物質の粒子を検出するため一般に使用されている。一般に、流体の量は極めて多量であるから、関心のある流体中の全ての粒子を検出することはできない。このため、製造工程にて使用される流体の少量のサンプルが粒子カウンタに向けられ、該粒子カウンタは、検出された粒子の数及び（又は）寸法が所定の閾値以上であるとき、警報を鳴らす。製造流体の少量のサンプルは、全体として、製造流体の全容積を完全に表現するものではないから、サンプルから製造流体の状態を補外するため統計学が使用される。サンプルが大きければ大きい程、サンプルはより良く表現することができ、また、製造流体中の粒子の数及び寸法をより迅速により正確に決定することができる。粒子カウンタは、可能な限り大きいサンプル中にて可能な限り小さい粒子を可能な限り速く検出することが望ましい。
【０００４】
［０００４］  図１には、従来の液体ＯＰＣ１００の光学設計の概略図が示されている。レーザビーム１１０は、サンプルセル１１６の窓部１１１、１１３を通過し且つ、サンプルセル１１６の液体流れ１１４内にて狭小なウエスト１１２に集束される。このセル中にて、液体は、紙面から出る方向に向けて流れる。レーザビームウエスト１１２における極めて強いレーザ放射照度（面積当たりのパワー）は、直径１００ｎｍ以下の粒子を検出することができる点にて中心的な要素である。各粒子によって散乱されたレーザ光線は、大きい開口数の複雑な画像システム１５０を通じて検出器１４０に集束される。高パワーの照明を使用することは、全体として粒子の検出効果を向上させることになる。特に、パワーレベルが高ければ、全体として、低パワーシステムよりも小さい粒子を検出することが可能である。高パワーレベルは、また、所定の寸法の粒子をより迅速に検出することも可能にする。このため、高パワーレーザは、一般に、粒子カウンタの光源として使用されている。
【０００５】
［０００５］  粒子をカウントするときに考慮すべき別の制約は、汚染物質粒子が保持された、流体の分子による光の散乱に起因する暗雑音である。流体の各分子によって散乱される光の量は少ないが、流体粒子の数は極めて多量である。例えば、雰囲気圧力にて、立方ｍｍ当たり約１０１６の空気分子が存在する。流体分子によって散乱される光は解消できない。光は、信号を汚染物質粒子から遮蔽する分子散乱の暗雑音を形成する。
【０００６】
［０００６］  １９８９年１月２７日付けでロバート．Ｇ．ノーレンバーグ（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｇ．Ｋｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇ）に対し発行された米国特許明細書４，７９８，４６５号において、分子散乱の暗雑音は、１次元的検出器アレーを使用することにより減少させることができることが実証されている。サンプルの容積をかかる検出器アレーにて画像化するとき、分子散乱の雑音は要素の数によって分割される。しかし、検出器光学素子が正確に設計されているならば、粒子からの散乱光信号は１つの検出器要素上に画像化される。この発明以降、最新のＯＰＣは、典型的に、２０要素のアレーを採用している。その正味結果は、単一要素の検出器に代えて、２０要素の検出器アレーを使用することは、レーザ放射照度を２０倍増大させると等しい信号対雑音比の利点をもたらすことになる。
【０００７】
［０００７］１９９４年１月２５日付けでロバートノーレンバーグ博士に対し発行された米国特許明細書５,２８２,１５１号には、高密度の２次元的ＣＣＤ（電荷結合素子）検出器の使用が提案されている。ノーレンバーグは、この設計において、１次元的アレーの設計と同様に、信号対雑音比の有利な効果は、理論的に、検出器要素の数に比例するはずであると提案している。ＣＣＤアレーは、典型的に、１，０００，０００以上の要素を保持するから、ＣＣＤアレーは、ＯＰＣの性能を向上させる有望な設計上の選択肢を提供する。しかし、この設計は、成功せず且つ、商業的な製品となることはなかった。基本的に、図１に示したもののような、従来の光学粒子カウンタの幾何学的形態は、２次元的検出器アレーを効果的に使用することを許容しなかった。このため、最近１５年間にて、高パワーのより高価なレーザを使用することを通じて１００ｎｍ以下の粒子寸法にて、液体ＯＰＣの性能を改良することができた。
【０００８】
［０００８］  ハイテクエレクトロニクス製造メーカのような粒子カウンタのユーザは、益々、小型の装置のパラメータを許容する進歩をなすべく絶えず努力している。現代の半導体チップは、トランジスタ及びその他の電気的構成要素の複雑な３次元的構造体である。脱イオン水（ＤＩＷ）及びその他のプロセス流体中の粒子は、ウェハに固着することにより欠隔を生じさせ、これにより、フォトリソグラフィ、物理的及び化学的気相成長法を妨害することになる。ＤＩＷは、次の工程に進む前に、殆どの製造工程にて最終的な洗浄液として使用されるため、ＤＩＷの純度は特に重要である。半導体業界における優勢な意見は、ＤＩＷ中の粒子の許容可能な最大直径を半導体の線幅の１／２に等しくすることである。ＤＩＷにおける許容可能な微粒子汚染物質に対する、このガイドラインと適合する、国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）の仕様は、表Ａに掲げらており、ここで、ｈｐ９０及びｈｐ６５は、それぞれ９０ｎｍ及び６５ｎｍの線幅を意味する。過去２年間に渡って、従来の光学粒子カウンタ（ＯＰＣ）の設計は、ＩＴＲＳのＤＩＷ感度仕様との適合性を維持するため非常な困難を強いられており、従来の設計では、将来の目標を実現する希望はない。
［０００９］  ＤＩ水に対するＩＴＲＳ粒子汚染物質の仕様
【０００９】
【表１】
2008542761.tif 000003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
［００１０］  このため、ノーレンバーグが米国特許明細書４，７９８，４６５号に記載したアレーを使用して、図１に示した従来の設計に優る顕著な感度の向上を実現できる実際的な液体ＯＰＣの設計の既知のものは存在しない。更に、この従来の液体ＯＰＣの設計は、表１に掲げた国際半導体技術ロードマップとの適合性を維持することはできない。
【００１１】
［００１１］  従って、分子暗雑音をより効果的に処理して除き且つ、より小さい汚染物質粒子を検出することを許容することのできる粒子カウンタシステム及び方法が当該技術に必要とされている。特に、２０のアレー要素よりも大きい感知アレーを効果的に利用することができる粒子カウンタシステムが当該技術にて必要とされている。
【００１２】
［００１２］  本発明は、当該技術を進歩させ且つ、ＣＭＯＳ撮像装置アレーを含む光学粒子カウンタを提供することにより、上述した問題点を解決することを助けるものである。
【００１３】
［００１３］  本発明は、複数のレーザビームが流体流れ中に感知領域を画成する光学粒子カウンタを提供することにより、当該技術を進歩させ且つ、上述した問題点を解決することを助けるものである。本明細書において、「ビーム」という語及び同様の語は、単一のレーザが流れを通るレーザビームを発生させ、次にレーザビームが流れを通して、１回以上、方向変更されるアーキテクチャ、及び複数のビームが複数のレーザにより発生させるアーキテクチャの何れか、或いは２つのアーキテクチャの組み合わせを意味する。好ましくは、ビームは、光ファイバを通して１つ以上のミラーにて方向変更されるようにし、又は、その他の方向変更装置を使用することができる。
［００１４］
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、０．５平方ミリメートル（ｍｍ）以上の面積を有する感知領域内にて光の強さが少なくとも１０Ｗ／ｍｍ２（平方ｍｍ当たりのワット数）である粒子の感知領域を有する光学粒子カウンタを提供することにより、当該技術を進歩させ且つ、上述した問題点を解決するものを助けるものである。
【００１５】
［００１５］  本発明は、流れる流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する光学粒子カウンタであって、流体入口及び流体出口を有するサンプル室と、光源と、サンプル室を通して光を導く導光光学システムと、サンプル室を通って流れる流体中の粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システムと、集光システムにより集められた光を検出するよう配置された検出システムとを備え、該検出システムは、検出された、１ミクロン以下の寸法の粒子数の電気信号特徴を発生させる光検出器を含み、光検出器は、ＣＭＯＳ撮像装置である、上記光学粒子カウンタを提供するものである。好ましくは、流体は液体であり、光源はレーザであるものとする。好ましくは、流体は、サンプル室を通って第一の方向に流れ、また、検出器は、粒子から第一の方向に向けて散乱した光を検出するものとする。好ましくは、フローセルは、フローセル壁を有し、集光システムは光軸線を有し、サンプル室から検出器の方向に対して反対の光軸線に沿った方向に向けて、フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから検出器に入る可能性のあるフローセル壁を有しない。好ましくは、導光光学システムは、レーザビームをサンプル室を通して複数回、導き且つ再合焦する方向変更光学素子を備えるものとする。好ましくは、方向変更光学素子は、複数のミラーを備えるものとする。好ましくは、複数のミラーは、レーザビームをサンプル室を通して１０回以上、導くよう配置されている。より好ましくは、複数のミラーは、レーザビームをサンプル室を通して２５回以上導くよう配置されるものとする。好ましくは、集光システムは、光軸線を有し、また、複数のレーザビームは、光軸線に対して垂直な平面内に位置するサンプル室を通るものとする。１つの実施の形態において、光源は、複数のレーザビームを発生させる複数のレーザを備え、また、導光光学システムは、複数のレーザビームをサンプル室を通して導く光学システムを備えている。
【００１６】
［００１６］  本発明は、また、流れる流体中の１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を検出する方法であって、１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を保持する流体を流動させるステップと、レーザビームを流体の流れを通して導くステップと、流体中の粒子によって散乱された光を集めるステップと、集めた光をＣＭＯＳ撮像装置にて検出し且つ、粒子のパラメータの特徴である信号をＣＭＯＳ撮像装置から出力するステップとを備える、上記方法を提供するものである。好ましくは、光を導くステップは、レーザビームを流体の流れを通じて通すステップと、複数回、ビームを再合焦するステップを含むものとする。好ましくは、光を通すステップは、流体の流れ中にて同一平面内で３回以上、レーザビームを通すステップを備えるものとする。好ましくは、集光するステップは、散乱した光を平面に対して垂直な光軸線の回りにて集めるステップを含むものとする。好ましくは、集光するステップは、光を光軸線の回りにて集めるステップを備え、また、流体を流動させるステップは、流体を光軸線の方向に流動させるステップを備えるものとする。
【００１７】
［００１７］  別の特徴において、本発明は、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する装置であって、流体入口及び流体出口を有するサンプル室と、サンプル室内にて複数のレーザビームを提供する多数ビームレーザ光学システムと、サンプル室を通って流動する流体中の１ミクロン以下の寸法の粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システムと、集光システムにより集められた光を検出し得るよう配置された、検出システムであって、検出された粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器を含む上記検出システムとを備え、光検出器は３０以上の光検出器要素を有する、上記装置を提供する。好ましくは、多数ビームレーザ光学システムは、レーザビームを発生させるレーザ装置と、レーザビームをサンプル室を通して導き且つ、室を１回、通過した後、レーザビームを再合焦させる光方向変更装置とを備えるものとする。好ましくは、光方向変更装置は、ミラー、より好ましくは、複数のミラーを備えるものとする。好ましくは、集光システムは、光軸線を有し、レーザビームは光軸線に対して垂直な平面内に位置するものとする。好ましくは、サンプル室、集光光学素子及び検出器は、０．５平方ｍｍ以上である、レーザビームに対して平行な平面内にて断面積を有する感知領域を画成するものとする。より好ましくは、この面積は１平方ｍｍ以上であるものとする。最も好ましくは、この面積は２平方ｍｍ以上であるものとする。好ましくは、多数ビームレーザ光学システムは、レーザビームを提供する複数のレーザ装置を備えるものとする。好ましくは、光検出器はＣＣＤ画素アレー、より好ましくは、ＣＭＯＳ画素アレーを備えるものとする。好ましくは、光検出器は２次元的画素アレーを備えるものとする。
【００１８】
［００１８］  更なる特徴において、本発明は、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する方法であって、１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を保持する流体を流動させるステップと、複数のレーザビームを流体の流れを通して導くステップと、流体中にて粒子により散乱された光を集めるステップと、集められた光を検出するステップと、粒子のパラメータの信号特徴を出力するステップとを備える上記の方法を提供する。好ましくは、光を導くステップは、レーザビームを発生させるステップと、レーザビームを流体の流れを通して通すステップと、レーザビームを方向変更するステップと、レーザビームを流体の流れを通して再合焦するステップとを備えるものとする。
【００１９】
［００１９］  更なる特徴において、本発明は、流動する流体中に懸濁した規制されていない粒子を光学的に検出する装置であって、流体入口及び流体出口を有するサンプル室と、サンプル室内にて１つ以上の光ビームを提供する光源と、サンプル室内にて光ビーム内の粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システムと、集光システムによって集められた光を検出するよう配置された検出システムであって、検出された粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器を含む上記検出システムとを備え、光検出器は、３０以上の光検出器要素を有し、１つ以上の光ビーム、集光システム、光検出器は、その内部にて光の強さが平方ミリメートル当たり少なくとも１０ワットである粒子の感知領域をサンプル室内に画成し、該感知領域は０．５平方ｍｍ以上の面積を有する。好ましくは、感知領域は、１平方ｍｍ以上、より好ましくは、２平方ｍｍ以上であるものとする。好ましくは、光源はレーザ装置を備えるものとする。好ましくは、光源は複数のミラーを含むものとする。１つの実施の形態において、光源は複数のレーザ装置を備えるものとする。好ましくは、光検出器は、ＣＣＤ画素アレー、より好ましくは、ＣＭＯＳ画素アレーを備えるものとする。好ましくは、光検出器は、２次元的画素アレーを備えるものとする。好ましくは、流体は、サンプル室を通って第一の方向に向けて流れ、検出器は、粒子から第一の方向に向けて散乱した光を検出するものとする。好ましくは、フローセルはフローセル壁を含み、集光システムは光軸線を有し、また、サンプル室から検出器の方向に対して反対方向に光軸線に沿った方向に向けて、フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから検出器に入るフローセル壁を有しない。
【００２０】
［００２０］  本発明は、光学粒子カウンタにて可能な信号対雑音比を劇的に向上させる。このように、粒子を、より迅速にカウントすることができ且つ（又は）小さい粒子を検出することができる。本発明の上記及びその他の有利な効果は、添付図面に関する本発明の好ましい一例としての実施の形態に関する以下の説明を読むことによって一層良く理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［００３４］  本明細書において、「光」という語は、可視光線にのみ限定されず、赤外線、紫外線、超紫外線、及びＸ線を含む任意の電磁放射線を意味する広い意味にて使用するものである。「迷光」という語は、望ましくない全ての光、すなわち粒子から散乱された光ではなく、集光光学素子内に入り込む可能性のある光を含む。多数の反射光が先行技術の粒子カウンタにおける顕著な迷光源である。すなわち、望ましくない光の発生源は既知であるから、１回反射され、散乱源から散乱され又はレンズ或いは絞りによって回折された光は、通常、従来の粒子カウンタにおいてさえ、その他の絞り又は吸収性黒壁によって遮断することができる。しかし、多数回の反射は、光の方向を決定することを困難にし、これにより絞り又はその他の方法にて遮断することができないことが多々ある。以下に説明するように、本発明は、迷光が顕著に減少するように独創的なシステム及び方法を提供するものである。更に、本明細書にて開示された粒子カウンタは、流動する流体中の規制されない単一の粒子を検出し得る設計とされ、流体自体の粒子、流体中に懸濁した粒子集団又は光ビームを経て単一の線内を流れるよう規制されたような、流体中にて規制された粒子を検出し且つ分析するその他のシステムと相違するものとされていることを認識すべきである。当該技術の当業者は、流体中にて規制されずに流動する単一の粒子、特に、１ミクロン以下の寸法の粒子を検出し且つ寸法を測定することは、遥かに困難な作業であることが認識される。このため、粒子をカウントする技術は、これらのその他の粒子の検出及び分析システムと相違する技術を含む。
【００２２】
［００３５］  最高感度のＯＰＣは、全てのその他の雑音源を抑制することを通じて分子散乱雑音を制限する設計とされている。このクラスのＯＰＣは、理論上の性能限界にて作動し、また、その信号対雑音比（ＳＮＲ）は、１９９８年、環境科学及び技術協会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  Ｏｆ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）報告論文３４−３９頁のノウルトン  Ｄ．Ｋ．（Ｋｎｏｗｌｔｏｎ  Ｄ．Ｋ．）による１９９８「流体中の粒子を監視する非粘性ジェット技術（Ｉｎｖｉｓｃｉｄ  Ｊｅｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｉｎ  Ｆｌｕｉｄｓ）」、２００１年、クリーン技術（Ｃｌｅａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）１１巻６号１２−１４頁のセルニー  Ｔ．Ａ．（Ｃｅｒｎｉ  Ｔ．Ａ．）による「高感度、高サンプル量、エローゼル光学粒子カウンタ（Ｈｉｇｈ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，Ｈｉｇｈ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｒａｔｅ，Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）」から引用されたように、等式（１）により与えられる。
【００２３】
（１）  ＳＮＲ＝σＰ｛［ｃＰＮＥ］／［ＷＨＳＲ］｝０．５
ここで、
（２）  ｃ＝（ηＯηＤ）／（σＭρＭ）、
また、
σＰ＝粒子の散乱断面積（ｃｍ２）、
Ｐ＝レーザパワー（Ｗ）、
ＮＥ＝検出器要素の数、
Ｗ＝レーザビーム幅（ｃｍ）、
Ｈ＝レーザビーム高さ（ｃｍ）、
ＳＲ＝サンプル量（Ｌ／分）、
ηＯ＝光学システムの効率（ＳＲ）、
ηＤ＝検出器の応答性（フォトン／Ｊ）、
σＭ＝分子散乱の断面積（ｃｍ２）、
ρＭ＝分子密度（ｃｍ−３）。
【００２４】
［００３６］  等式（１）から、分子散乱雑音が制限された検出器要素の数が２０倍増加することは、レーザパワーが２０倍増大するのと等しい効果をもたらすことが理解できる。極めて大型の１次元的又は２次元的検出器アレーは、最新の技術である２０要素ＡＰＤ検出器アレーに優る極めて改良された性能を呈すると結論を出す気になるであろう。しかし、図１に示したように、レーザビーム１１０は極めて小さいレーザビームウエスト１１２の両側部にて急速に拡がり、このことは、レーザビームの有用な長さを典型的に、数ミリメートル（ｍｍ）に制限することになる。このビームの拡がりは、２つの望ましくない効果を生じる、すなわちこのビームの拡がりはレーザ放射照度を減少させ且つ、粒子の像の寸法を増大させる。前者は、小さい粒子を検出する能力を低下させることになる。後者によって像は、幾つかの検出器要素に渡って拡げられ又はより大型の検出器要素を必要とし、その双方は、ＳＮＲを減少させ且つ小さい粒子を検出する能力を低下させることになる。本明細書には、等式（１）の有利な効果を活用することができる、多岐に亙る可能なＯＰＣの設計を提供することにより、ＯＰＣ設計内にて大型の２次元的検出器アレーを最初に効果的に使用することが説明されている。
【００２５】
［００３７］  本発明に従ったＯＰＣ設計の１つの好ましい特徴が図２に示されている。この設計は、例えば、ＤＩＷ  ＯＰＣの場合、セルに入るレーザビームパワーが高い率にて、すなわち９９％、サンプルセルから出るということを活用するものである。図１に示した従来の設計の場合、レーザビームは、サンプルセルから出た後、ビームダンプにて吸収される。図２に示した本発明に従った好ましいＯＰＣ設計のもの１７０は、１対の凹型ミラー１７２、１７４を利用してレーザビーム１７６を反復的に反射し且つ再合焦し、レーザビームがサンプルセル１７８を多数回通過し、通過する毎に第一の極めて小さいウエストを２回形成する。好ましくは、全てのビームの通過は単一の平面内にあるようにする。レーザビーム１７６が方向変更される毎に、レーザビームは、再合焦されることも重要である。さもなければ、ビームはその強さが低下するような寸法まで拡がり、粒子をカウントし且つ寸法を測定するシステムの能力は、著しく不利益な影響を受けるであろう。
【００２６】
［００３８］  水サンプルセル１７８を２つの凹型ミラー１７２、１７４の間に配置する場合、反復された極めて小さいレーザウエストを有する多数ビームパターン１８０は、空気／ガラス及びガラス／水の境界面における屈折のため望ましくなく歪む。この歪みは、図３に示すように、サンプルセル窓部をヒューズドシリカ（ガラス）レンズ１９１、１９２にて置換することで完全に解消することができる。好ましくは、水は紙面に対して垂直に且つ、レーザビームの平面に対して垂直にサンプルセル１８０を通って流れるようにする。入射ビームは、参照番号１７６で示し、出射ビームは図２にて左上方に向かうビームである。次に、図１に示したものと同様の適宜な検出器合焦光学素子を通して大型の２次元的検出器アレーによって多数ビームパターンを見ることができる。ヒューズドシリカの屈折率は、水の屈折率に近いため、水／ヒューズドシリカの境界面における反射に起因する損失は極めて僅かである。可視レーザを使用する場合、水吸収による損失も極めて僅かである。６６０ｎｍにて作動するレーザ及びサンプルセルの水の経路長さが０．７ｃｍの場合、これらの２つの損失は、セルを１回通過する毎に０．９９４の透過率とする、すなわちセルを２７回通る毎に０．８２９の透過率となる。更に、２つのミラー及び２つの空気／ヒューズドシリカの境界面における追加的な光学損失は、薄膜高反射率及び反射防止光学被覆をそれぞれ施すことを通じて極めて小さくすることもできる。
【００２７】
［００３９］  図４には、図３に示した光学設計のものにより発生された水中のレーザビームパターンを示す実際の高解像度の写真が示されている。これは、レンズ分離距離１．３センチメートル（ｃｍ）及びミラー分離距離が１０ｃｍの赤可視（６６０ｎｍ）レーザダイオードにて実施したものである。この写真は、図面に転換されているから、実際の写真のネガと同様である。すなわち、図面の黒い部分は写真の最も明るい部分であり、図面の明るい部分は、写真の黒い部分である。上記の構造の結果、図示した２７のレーザビームの各々に対し、水サンプルセル１８０の中心にて直径５６μｍのビームウエストとなった。図４に示した写真は、ニコン（Ｎｉｋｏｎ）の６０ｍｍマイクロレンズ及び２ｘテレコンバーターを具備する６メガ画素のニコンＤ７０デジタルカメラにて記録したものである。カメラの解像度は、７μｍとした。図４に示したビームパターンの部分の測定値は２．７×７．０ｍｍである。これら寸法に渡るレーザビームの拡がりは僅かであり、それは、２つの凹型ミラーは、各反射後、ビームを再合焦し、第一のビームのレーザウエストを再現するからである。図４に示したレーザビームパターンは、２つの凹型ミラー及び水サンプルセルを正確に整合させることを必要とする。これは、５°の自由度を許容する堅固なマイクロ位置決め装置にて実現された。図３に示したものよりも小さいレンズ及びミラーの分離距離を使用して、３０レーザビーム以上にて２４μｍ以下の直径のレーザウエストを得ることができる。好ましい実施の形態において、ビームが図４にて拡がる領域は、垂直方向に向けて１．５ｍｍないし３ｍｍ、水平方向に向けて４ｍないし５ｍｍである。本明細書にて説明した型式の光学システムは、有効な分子散乱制限検出器要素の数を１０，０００以上に増加させ、これによりＯＰＣ感度を大幅に向上させることができる。
【００２８】
［００４０］  次に、図５を参照すると、本発明に従った光学粒子カウンタ２００のブロック線図が示されている。ＯＰＣ２００は、レーザモジュール２０１と、ビーム形態光学素子２０９と、フローセル光学素子２２８とを含む。レーザモジュール２０１は、レーザ装置２０２と、レーザエレクロトニクス２０４と、ヒートシンク２０６とを含む。ビーム形態光学素子２０９は、コリメートレンズシステム２１０と、アナモフィックプリズム２１６、２１８と、合焦レンズシステム２２０とを含む。フローセル光学素子２２８は、ミラー２３０、２３２と、ミラー位置決め装置２３４、２３６と、フローセルの容積２５０を取り囲む窓部／レンズ２４２、２４４を含むフローセル２４０とを有する。レーザ装置２０２は、非コリメートビーム２０８を発生させ、該ビームは、レンズシステム２１０によってコリメートされ、レーザビーム２１２を発生させる。アナモフィックプリズム２１６、２１８は、ビームの断面を楕円形の断面から円形の断面に変化させる。合焦システム２２０は、入射ビーム２２４を発生させ、この入射ビームは、上述したように、ミラー２３０、２３２により反射され且つ、合焦されて箇所２２６から出る。
【００２９】
［００４１］  ＯＰＣ２００の好ましい実施の形態において、その内部の粒子をカウントすべき流体は、図５の紙面から外れる方向に向けてフローセル容積２５０を通って流れる。粒子によって散乱された光も紙面から外れる方向に向けて集められる。このため、この光は、図５に図示されていないが、図６には示されている。集光光学素子のこの設計は、カリフォルニア州、サンタクララにおける１９９２年、第９２回マイクロ汚染会議報告書（Ｍａｉｃｒｏｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ９２  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）、７６４−７７６頁のキャノンコミュニケーションズ（Ｃａｎｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ノーレンバーグ  Ｒ．Ｇ．による「超清浄なＤＩ水用の高感度大型サンプル容積粒子カウンタの設計（Ｔｈｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｏｆ  Ａ  Ｈｉｇｈ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  Ｌａｒｇｅ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａ  Ｃｌｅａｎ  ＤＩ  Ｗａｔｅｒ）」に示されたものと同様である。本発明に従ったフローセル２４０は、全体として図６に示されており、また、図７ないし図１０に詳細に示されている。図６を参照すると、流体は、図５の紙面から外に出る方向である方向２６２に向けて入り、フローセル２４０の側部２６４、２６６から出る。窓部２６８は、当該技術にて既知であるように、複数のレンズ２７１、２７２を備えることが好ましい集光光学素子２７０からフローセルの容積を密封する。集光光学素子２７０は、散乱光を２次元的検出器要素アレー２８２と、検出器エレクトロニクス２８４とを含む、検出器２８０上にて合焦させる。
【００３０】
［００４２］  フローセル２４０のハウジング２９０の詳細な構造は、図７ないし図１０に示されている。図７は、フローセルハウジング２９０の斜視図、図８は、頂面図、図９は、図８の線９−９に沿った断面図、図１０は、図５の線１０−１０に沿った断面図である。ハウジング２９０は、光学素子ポート２９１と、窓開口部２９２、２９４と、流体入口ポート２８６と、流体出口ポート２８７、２８８とを有している。図９、図１０に最も良く示すように、流体は、流れ覗き容積２５１を通って上方に、次に、流体通路２９７、２９８を通って下方に流れ、それぞれ出口ポート２８７、２８８に達する。
【００３１】
［００４３］  図１１には、本発明に従った別の一例としての液体粒子カウンタ３００が示されている。図１１の実施の形態は、１９９８年３月１日付けにてロバート  ノーレンバーグに対して発行された、「流体中の粒子を光学的に検出する装置及び方法（Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｓｙｓｔｅｍ）」という名称の米国特許明細書４，７２８，１９０号に記載された液体粒子カウンタの改変例である。この改変例は、改変した照明システム３４０と、改変した集光システム３５０と、改変した検出器３６０とを含む。図１１の実施の形態において、照明システム３４０は、集光システム３５０及び検出器システム３６０と同一平面内にて示されている。しかし、この実施の形態の最も好ましい形態において、照明システム３４０は、流れ通路３４５を通って軸線の回りで９０°回転し、このため、集光システム３５０及び検出システム３６０は、照明システム３４０に対して直角である。照明システム３４０は、非コリメートレーザビーム３３２を発生させるレーザ３３０と、コリメートされたレーザビーム３３３を発生させるコリメート光学素子３３１と、流体通路３４５を有する液体キャピラリ管３３９と、入口レンズ（窓部）３４２と、出口レンズ３４１と、ミラー３１０、３１５と、ミラー支持バンド３４８とを含む。画像化システム３５０（集光光学素子）は、放物形ミラー３５５、３５６を有する。検出システム３６０は、検出器アレー３６３と、信号処理エレクトロニクス３６６とを有している。照明システム３４０が集光システム３５０及び検出システム３６０に対して直角である実施の形態とすることが好ましく、その理由は、ビームパターンの平面が集光光学素子に対して垂直であり、粒子が大型の２次元的アレー上にて検出される領域である、ビームパターンの領域における像を拡大することを容易にするからである。図１１の実施の形態は、図面の平面の寸法が図面の平面に対して垂直な寸法よりも長い、大型の１次元的アレー又は２次元的検出器アレーとなるようにする。別の可能な実施の形態は、照明光学要素及び集光光学素子が上述した米国特許明細書４，７２８，１９０号に記載されたものと同様であるが、検出光学素子は、以下に説明するように、２次元的検出器要素アレーである形態である。
【００３２】
［００４４］  粒子カウンタ１００、３００は、本発明の検出器アレー及び信号を処理回路と共に使用することができる粒子カウンタの一例を提供するための例であることを理解すべきである。しかし、本発明は、多くのその他の粒子カウンタにて実施することができ、また、開示された設計の多くの変更例を使用することができる。単なる幾つかの例として、レンズに代えてミラーを使用することができ、また、その逆としてもよく、また、光は粒子からあらゆる方向に向けて散乱されるから、集光光学素子は、任意の方向から集光することができる。検出器アレー及び信号処理回路は、当該技術にて既知の任意のその他の粒子カウンタシステムと共に使用することができる。
【００３３】
［００４５］  ＣＣＤ（電荷結合素子）又はＣＭＯＳ（相補形金属酸化膜半導体）検出器アレーの何れも検出器アレー２８２、３６３、４２３に対して好ましい。双方の型式のアレーは、１０年以上に亙って既知である。ロバート  ノーレンバーグは、ＯＰＣ用途の高密度ＣＣＤ（電荷結合素子）検出器アレーの使用を開示している。ＣＣＤ及びＣＭＯＳアレーの双方は、データをアンロードし且つ次のフレームに対する信号積分（ｓｉｇｎａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を開始する前に、ある時間、光線信号を積分する。更に、２つのシステムの各々は、それら自体の特定の有利な効果を有する。例えば、ＣＣＤアレーは、一層優れた像の質、量子効率、充填ファクタ及び画素寸法を提供し、また、低雑音で且つ暗電流が少なく、一部の人の意見では、全体としてより経済的である。ＣＭＯＳアレーは、検出器チップにおける１００％のアナログ信号の処理を実施することができ、このことは、システム全体のコスト及び計測器の現像時間を減少させることができる。ＣＭＯＳアーキテクチャは、全てのチップの９０％にて使用されているから、ＣＭＯＳは、より低コストの半導体製造過程でもある。しかし、我々は、光学粒子カウンタの場合、ＣＭＯＳは、今まで知られていない幾つかの有利な効果を有することを知見した。例えば、ＯＰＣ設計は、粒子がレーザビームを横断する時間に適合した積分時間を使用しなければならない。本明細書にて説明したＯＰＣ設計の場合、このことは、１ミリ秒程度の積分時間に相当する。ＣＣＤアレーは、データのダウンロードのため、ＯＰＣにとって遅すぎることが分かっている、並列対直列電荷シフトレジスタを利用する。しかし、ＣＭＯＳアレーは、各画素にて電荷対電圧の変換を実現し、データは、任意の順序にてダウンロードし、ＯＰＣの用途、特に部分フレームに対して顕著な速度上の有利な効果を提供する。更に、ＣＭＯＳアレーは、ＣＣＤアレーに共通する像のスミア（ｓｍｅａｒ）又はブルーミング（ｂｌｏｏｍｉｎｇ）という欠点がない。このことは、多くの用途にとって問題とはならないが、ＯＰＣｓにて低ＳＮＲとなることが分かっている。このため、ＣＭＯＳアレーは、ＯＰＣの用途、特に本明細書に記載した新規な多数レーザビームの光学設計の実施例の場合、ＣＣＤアレーよりも好ましいが、ＣＣＤアレーを使用することも可能である。
【００３４】
［００４６］  図１２には、本発明に従った２次元的ＣＭＯＳ又はＣＣＤアレーにて粒子が画像化される様子が示されている。レーザビーム４１５は、点線で示した感知領域４１６を通して向けられる。参照番号４１７で示したような粒子によって散乱された光は、画像化システム４２１により画像化され且つ検出器４４０により検出される。検出器４４０は、画素アレー４２３と、関係したエレクトロニクス４２５とを含む。感知領域４１６内の粒子４１７は、アレー４２３の箇所４１８にて画像が現れ、粒子の像は、粒子がレーザビーム４１５を横断する間、参照番号４２４で示したような特定の要素を完全に横切って走査する。特定の時点における粒子のエネルギは、可能な限り、画像化システム４２１により単一アレー画素４２４に局所的に集められるものとする。本明細書にて説明した好ましい実施の形態において、粒子は＜０．１μｍである一方、以下に説明するミクロン（Ｍｉｃｒｏｎ）ＣＭＯＳアレー４２３の画素の各々は、流体中にて１２×１２μｍの領域を観察する。上記したノーレンバーグ（１９９２）の文献は、検出器に合焦された粒子から散乱された光に相応する有効な像寸法に対する等式を示している。この散乱した光のスポット寸法は、集光光学素子の開口数×レーザビームの深さ（フィールドの深さ）に等しい。好ましい設計は、ミクロンＣＭＯＳ１２μｍの画素寸法に適合するよう集光光学素子ＮＡ０．５を有する２４μｍのレーザビームウエストを利用するものである。画像化システム４２１は、図１の画像化システム１５０、図６の画像化システム２７０、図１１の画像化システム３５０又は任意のその他の適した画像化システムとすることができる。当該技術の当業者は、本明細書に記載した開示に基づいて、かかる画像化システムを設計する方法が認識されよう。
【００３５】
［００４７］  図１３には、画素アレー４２３と、関係したエレクトロニクス４２５とを含む、好ましいセンサエレクトロニクスの実施の形態５００が示されている。センサエレクトロニクス５００は、センサコントローラ５１０と、ＣＭＯＳセンサ５２５と、マイクロプロセッサ５３０と、メモリ５３６と、通信リンク５４０と、通信ネットワーク５５０と、コンピュータ５６０とを含む。好ましい実施の形態において、センサ５２５は、アイダホ州８３７０７−００６、私書箱６、南連邦通り８０００のミクロン・テクノロジーズ，Ｉｎｃ．（Ｍｉｃｒｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ）から入手可能なＭＴ９Ｍ４１３Ｃ３６ＳＴＭ１．３メガ画素ＣＭＯＳ活性画素デジタル像センサである。この検出器の説明は、２００４年１月のミクロン文献（Ｍｉｃｒｏｎ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ）Ｎｏ．ＭＴ９Ｍ４３Ｃ３６５ＴＣｆｍ−３．０版、ＥＮの説明である、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｉｍａｇｉｎｇ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ＭＴ９Ｍ４１３．ｈｔｍｌからダウンロードすることができる。このセンサは、極めて高速度であり、秒当たり５００フレーム処理が可能であり、また、画素アレーの全体を同時に露出することを許容する点にて好ましい。上記のミクロン文献により詳細に説明されているように、センサチップ５２５は、オン−チップコントロールエレクトロニクス５２２と、画素アレー４２３と、１２８０アナログ対デジタル変換器５２４と、オン−チップメモリ５２６と、１０個の１０ビット幅出力ポート５２８とを含む。ミクロン文献により詳細に示されているように、コントローラ５１０は、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ、ＡＳＩＣ又は線５１２にてシステムのクロック信号及び線５１４にてその他のタイミング信号をチップ５２５に提供するその他のプログラム化可能な装置であることが好ましい。タイミング合わせは、ミクロン文献に記載されている。マイクロプロセッサ５３０は、インテルコーポレーション（Ｉｎｔｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なペンティアム（Ｐｅｎｔｉｕｍ）（登録商標名）のような高速度マイクロプロセッサであることが好ましく、また、メモリ５３６は、ＲＡＭ及び非揮発性メモリとの組み合わせであることが好ましい。マイクロプロセッサ５３０は、ポート５２８から線５２９を介して出力を受け取り且つ、線５３２を介してメモリ５３６と通信している。メモリ５３６に記憶させたソフトウェアの指令に従い、マイクロプロセッサ５３０は、チップ５２５からのデータを処理して粒子４１７を表す出力信号にし、通信リンク５４０を介してネットワーク５５０と通信する。好ましくは、通信リンク５４０は、イーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）シリアルポートとし、通信ネットワーク５５０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）又は任意のその他の適したネットワークとする。コンピュータ５６０は、１つ又はより多くの入力装置５６４と、ディスプレイ５６２とを含むことが好ましい。コンピュータ５６０は、ＰＣ、ワークステーション、又は任意のその他の適したコンピュータとすることができる。コンピュータ５６０は、通信線５５５を介してネットワーク５５０と通信���る一方、該ネットワーク通信線５４４を介して通信リンク５４０と通信する。通信線５５５、５４４は、データ線、電話ケーブル、無線又は任意のその他の従来の通信システムとすることができる。好ましい実施の形態において、メモリ５３６内に記憶させたデータ処理ソフトウェアは、線５２９にて受信したデータから粒子の寸法及び濃度を誘導し得る設計とされたアルゴリズムを備えている。好ましくは、像データを使用して、複数の粒子寸法チャネル及びかかるチャネルの各々にてカウントされた粒子の数を規定し、これらがディスプレイ５６２にデータ５６８として表示されるものとする。
【００３６】
［００４８］  本発明の重要な特徴は、本発明は、集光光学素子の光軸線に対して垂直な平面内にて図４のレーザビームの中心を通る断面領域である、大きい感知断面積を渡って高強度の光を提供することである。好ましい実施の形態において、各々が２４ミクロンのウエストを有する２７のレーザビームがあり、レーザは６６０ｎｍ波長にて約７０ミリワットのパワーを有し、ビームは、図４の垂直方向に向けた１．５ｍｍないし３ｍｍの領域に渡って水平方向に向けて２ｍｍないし４ｍｍまで拡がる。このように、感知断面は、ウエストからのビームの拡がりを考慮しないとき、約２７×２４ミクロン又は約０．６４８ｍｍ×４ｍｍ、すなわち約２．６平方ｍｍである。ビームの円形の断面にて割ったレーザパワーは、１５５Ｗ／ｍｍ２のビームウエストを提供することになる。最新の先行技術のＯＰＣにおいて、相応する光強度を有する最大の感知領域は、約０．０５平方ｍｍである。本発明によれば、感知領域は、０．５平方ｍｍ以上、より好ましくは１平方ｍｍ以上、最も好ましくは、２平方ｍｍ以上である。この領域を渡る光強度は、少なくとも１０Ｗ／ｍｍ２以上、より好ましくは２０Ｗ／ｍｍ２以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｍｍ２以上であることが好ましい。このように、本発明は、感知領域を少なくとも１０倍、増大させる。大きい感知領域は、多量の流体を検査することを許容し、所定の寸法の粒子を検出するのに必要な時間を大幅に短縮し、又は検出可能である粒子の最小寸法を大幅に小さくし又はその双方が可能である。本発明に従ったシステムは、現在の最新のＯＰＣｓと比較したとき、信号対雑音比を１００倍以上、向上させ且つ、これに従って、寸法測定の下限値を拡大することを許容する。
【００３７】
［００４９］  多重反射からの迷光を含んで、フローセル壁からの迷光が顕著に減少することが本発明の１つの特徴である。図４に示した水中の多数レーザビームパターンの写真にて、ビームからの実質的に１つの分子散乱状態のみが見える。この図にて示唆したように、像は、ビームの間にて極めて黒い。その理由は、検出器によって見たように、フローセルの後壁をサンプル容積の上流にて任意の距離に配置することができるという独創的な特徴のためである。このため、後部からの迷光は無視できる。実際上、図７ないし図１０のフローセルの実施の形態において、検出器は、中空の入口管２５１を見下ろすため、中実な後壁は存在しない。図６及び図７ないし図１０を参照すると、流体はサンプル室を通って第一の方向２６２（図６）に向けて流れ、検出器２８２は上記粒子から同一の第一の方向に向けて散乱した光を検出する。集光システム２７０は光軸線２７７を有する。フローセル壁をサンプル容積２５０の上流にて任意の距離だけ動かすことが可能であることは、サンプル室２４０から検出器２８２の方向に対して反対方向の光軸線２７７に沿った方向に向けて、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光が検出器に入るためのフローセル壁が存在しないことを意味する。
【００３８】
［００５０］  これで３０以上の検出器要素を有する検出器アレーを効果的に利用することができる方法及び装置について開示したので、当該技術分野の当業者は、本発明を利用する多くのその他のＯＰＣｓを設計することが可能である。例えば、現在、従来の最高級の（ｈｉｇｈ−ｅｎｄ）ＯＰＣにおける単一の細いウエストのレーザビームの幾何学的形態は、問題点に対する解決策ではなくて、小粒子を検出するという問題点の一部であることが分かり、当該技術分野の当業者は、より大きい粒子感知領域を使用する設計を大型のアレーと組み合わせて有益に採用することが可能であることが認識されよう。例えば、上述した米国特許明細書４，７２８，１９０号に開示されたような粒子カウンタの設計は、その他の液体粒子カウンタと比較して比較的大きい感知領域を有するから、ＣＣＤ又はＣＭＯＳアレーのような、より大型のアレーと共に使用することができる。同様に、感知領域内にて多数ビームパターンを提供するため、本明細書に開示された単一のレーザビームを反射することに代えて、複数のレーザを使用することができる。特に、本発明により、単一の高価な高パワーレーザに代えて、比較的経済的な低パワーの複数のレーザダイオードを使用することができる。更に、今や、ＣＭＯＳアレーがＯＰＣにて有する特別な利点は既知であり、当該技術の当業者は、多くのその他の粒子カウンタの設計にＣＭＯＳアレーを利用することができる。
【００３９】
［００５１］  ＣＣＤアレー又はＣＭＯＳアレーのような、３０又はより多くの要素を有する検出アレーを利用する新規な粒子カウンタシステムについて説明した。図面に図示し且つ本明細書にて説明した特定の実施の形態は、一例であり、本発明を限定するものと解釈すべきではないことが理解され、本発明は、特許請求の範囲に記載するものである。更に、当該技術の当業者は、本発明の着想から逸脱せずに、説明した特定の実施の形態の多数の用途及び改変を具体化することができる。記載した方法は、多くの場合、異なる順序にて実行することが可能であることも明らかである。記述した色々な構造及び過程に代えて、等価的な構造及び過程を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従った従来の液体光学粒子カウンタの図である。
【図２】多数のレーザビームパターンを発生させるべく本発明に従って１対のミラーによってレーザビームを反射し且つ再合焦する状態を示す図である。
【図３】本発明に従って多数ビームフローセル用のミラー及びフローセルの配置を示す図である。
【図４】本発明に従った多数ビームアレーの写真の図である。
【図５】本発明に従った光学粒子カウンタの好ましい実施の形態を示すブロック図である。
【図６】図５の実施の形態におけるフローセル、集光光学素子及び像センサの関係を示す図である。
【図７】図５のフローセルの斜視図である。
【図８】図５のフローセルの頂面図である。
【図９】図８の線９−９に沿った図５のフローセルの断面図である。
【図１０】図５の線１０−１０に沿った図５のフローセルの断面図である。
【図１１】本発明に従った液体粒子カウンタの別の実施の形態を示す図である。
【図１２】図５又は図１１の何れかの粒子カウンタにより本発明に従って粒子を２次元的ＣＭＯＳアレー上に作像する方法を示す図である。
【図１３】本発明に従ったセンサ及び関係したエレクトロニクスの好ましい実施の形態を示すブロック回路図である。
【図１】
2008542761.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月26日(2007.12.26)
【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】
流れる流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子（４１７）を光学的に検出する光学粒子カウンタ装置（２００、３００）であって、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（２４０、３４５）と、
光源（２０１、３３０）と、
前記サンプル室を通して前記光を導く導光光学システム（２０９、２２８、３４０）と、
前記サンプル室を通って流れる前記流体中の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムにより集められた光を検出するよう配置された検出システム（２８０、３６０）とを備え、前記検出システムは、検出された、１ミクロン以下の寸法の前記粒子の数の電気信号特徴を発生させる光検出器（２８２、３６３、４２３）とを備えた光学粒子カウンタ装置において、
前記光検出器は、ＣＭＯＳ撮像装置（５２５）を備えたことを特徴とする、光学粒子カウンタ（２００、３００）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記流体は液体である、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記光源はレーザ（２０２、３３０）を備える、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記流体は、前記サンプル室を通って第一の方向（２６２）に流れ、また、前記検出器は、前記粒子から前記第一の方向に向けて散乱した光を検出する、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記集光システムは光軸線（２７７）を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記サンプル室は、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のある壁を有しない、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記光検出システムは、マイクロプロセッサ（５３０）を備える、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記光検出システムは、コンピュータ（５６０）を備える、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記導光光学システムは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して複数回、導き且つ再合焦する方向変更光学素子（１７０、２２８）を備える、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記方向変更光学素子は、複数のミラー（１７２、１７４、２３０、２３２）を備える、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記複数のミラーは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して１０回以上、導くよう配置される、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記複数のミラーは、前記レーザビームを前記サンプル室を通して２５回以上、導くよう配置される、装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線（２７７）を有し、また、前記複数のレーザビームは、前記光軸線に対して垂直な平面内に位置する前記サンプル室を通る、装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の装置において、前記光源は、前記複数のレーザビームを発生させる複数のレーザを備え、また、前記導光光学システムは、前記複数のレーザビームを前記サンプル室を通して導く光学システムを備える、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線（２７７）を有し、前記流体の流れは、前記光軸線に対して実質的に平行な方向に向けられる、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、前記液体は水であり、前記サンプル室は、フューズドシリカガラス窓又はレンズ（１９１、１９２）を備える、装置。
【請求項１６】
流れる流体中の１ミクロン以下の寸法の規制されていない単独の粒子を検出する方法であって、
１ミクロン以下の寸法の前記規制されていない粒子を保持する前記流体を流動させるステップと、
レーザビーム（２２２、２２４）を前記流体の流れを通して導くステップと、
前記流体中の前記粒子によって散乱された光を集めるステップと
を備えた方法において、
前記集めた光をＣＭＯＳ撮像装置（５２５）にて検出し且つ、前記粒子のパラメータの特徴である信号を前記ＣＭＯＳ撮像装置から出力するステップを備えたことを特徴とする、流れる流体中の１ミクロン以下の寸法の規制されていない単独の粒子を検出する方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、前記光を導くステップは、前記レーザビームを前記流体の流れを通じて通すステップと、複数回、ビームを再合焦するステップとを含む、装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の装置において、前記光を通すステップは、前記流体の流れ中の同一平面内にて３回以上、前記レーザビームを通すステップを備える、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、前記集光するステップは、前記散乱した光を前記平面に対して垂直な光軸線の回りにて集めるステップを含む、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置において、前記集光するステップは、前記光を光軸線の回りにて集めるステップを含み、また、前記流体を流動させるステップは、前記流体を前記光軸線の方向に流動させるステップを含む、装置。
【請求項２１】
流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない単独の粒子を光学的に検出する装置（２００、３００）であって、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（２４０、３４５）と、
前記サンプル室内にてレーザビーム（１７６）を提供するレーザビーム光学システム（２０９、２２８）と、
前記サンプル室を通って流動する流体中の１ミクロン以下の寸法の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムにより集められた光を検出し得るよう配置された、検出システム（２８０、３４０）であって、前記検出された単独の粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器（２８２、３６３、４２３）を含む前記検出システムとを備えた装置において、
前記レーザビーム光学システムは、前記サンプル室内に複数のレーザービーム（１８０）を提供し、
前記光検出器は３０以上の光検出器要素（４２４）を備え、
前記流体は、前記サンプル室内を第１の方向（２６２）に流れ、
前記検出器は、前記粒子から前記第１の方向に散乱された光を検出することを特徴とする、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない粒子を光学的に検出する装置（２００、３００）。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記多数ビームレーザ光学システムは、前記レーザビームを発生させるレーザ装置（３６２、３２０）と、前記レーザビームを前記サンプル室を通して導き且つ、前記室を１回、通過した後、前記レーザビームを再合焦させる光方向変更装置（１７０、２２８）とを備える、装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置において、前記光方向変更装置は、ミラー（１７２、２３０）を備える、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記光方向変更装置は、複数のミラー（１７２、１７４、２３０、２３２）を備える、装置。
【請求項２５】
請求項２１に記載の装置において、前記集光システムは、光軸線を有し、前記レーザビームは光軸線（２７７）に対して垂直な平面内に位置する、装置。
【請求項２６】
請求項２１に記載の装置において、前記サンプル室内の前記レーザビーム、前記集光光学素子及び前記検出器は、０．５平方ｍｍ以上である、前記レーザビームに対して平行な平面内にて断面積を有する前記感知領域（４１６）を画成する、装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置において、前記面積は１平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の装置において、前記面積は２平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項２９】
請求項２６に記載の装置において、前記多数ビームレーザ光学システムは、前記レーザビームを提供する複数のレーザ装置を備える、装置。
【請求項３０】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器はＣＣＤ画素アレーを備える、装置。
【請求項３１】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器はＣＭＯＳ画素アレーを備える、装置。
【請求項３２】
請求項２１に記載の装置において、前記光検出器は２次元的画素アレーを備える、装置。
【請求項３３】
請求項２１に記載の装置において、１０以上の前記レーザビームが存在する、装置。
【請求項３４】
請求項２１に記載の装置において、前記フローセルは、フローセル壁を有し、前記集光システムは光軸線を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記フローセルは、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のあるフローセル壁を有しない、装置。
【請求項３５】
流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない単独の粒子を光学的に検出する方法であって、
１ミクロン以下の寸法の前記規制されていない単独の粒子を保持する前記流体を流動させるステップと、
複数のレーザビーム（１８０）を前記流体の流れを通して導くステップと、
前記流体中にて前記粒子により散乱された光を集めるステップと、
前記集められた光を検出するステップと、
前記単独の粒子のパラメータの信号特徴を出力するステップとを備えた方法において、
前記複数のレーザビームは、各ビームが異なる位置を通過する平面を形成し、
前記光を集めるステップは、前記平面と垂直な光軸の周りで前記光を集めるステップを含むことを特徴とする、流動する流体中に懸濁した１ミクロン以下の寸法の規制されていない単独の粒子を光学的に検出する方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、前記光を導くステップは、レーザビームを発生させるステップと、前記レーザビームを前記流体の流れを通して通すステップと、前記レーザビームを方向変更するステップと、前記レーザビームを流体の流れを通して再合焦するステップとを備える、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法において、前記光を方向変更するステップは、前記レーザビームを反射するステップを含む、方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、前記レーザビームを反射するステップは、複数回、前記レーザビームを反射するステップを含む、方法。
【請求項３９】
請求項３８に記載の方法において、前記複数のレーザビーム（１８０）を前記流体の流れを通して導くステップは、１０以上のレーザビームを前記流体の流れを通して導くステップを含み、前記光を反射するステップは、９回以上、前記レーザビームを反射するステップを含む、方法。
【請求項４０】
請求項３５に記載の方法において、前記レーザビームは、１つの平面と、前記平面内にて０．５平方ｍｍ以上の断面積を有する感知領域とを画成する、方法。
【請求項４１】
請求項３５に記載の方法において、前記光を導くステップは、複数のレーザにて複数のレーザビームを発生させるステップと、前記複数のレーザビームを前記流体の流れに通すステップとを含む、方法。
【請求項４２】
流動する流体中に懸濁した規制されていない単独の粒子（４１７）を光学的に検出する装置（２００、３００）であって、
流体入口（２８６）及び流体出口（２８７、２８８）を有するサンプル室（２４０、３４５）と、
前記サンプル室内にて１つ以上の光ビーム（１８０、４１５）を提供する光源（２０１、３４０）と、
前記サンプル室内にて前記光ビーム内の前記粒子によって散乱された光を集めるよう配置された集光システム（２７０、３５０）と、
前記集光システムによって集められた光を検出するよう配置された検出システム（２８０、３６０）であって、前記検出された単独の粒子の数の電気的信号特徴を発生させる光検出器（２８２、２６３、４２３）を含む前記検出システムとを備えた方法において、
前記光検出器は、３０以上の光検出器要素（４２４）を有し、
前記１つ以上の光ビーム、前記集光システム、前記光検出器は、その内部にて光の強さが平方ミリメートル当たり少なくとも１０ワットである粒子の感知領域（４１６）を前記サンプル室内に画成し、前記感知領域は０．５平方ｍｍ以上の面積を有する、流動する流体中に懸濁した規制されていない粒子（４１７）を光学的に検出することを特徴とする、装置（２００、３００）。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置において、前記感知領域は１平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項４４】
請求項４２に記載の装置において、前記感知領域は２平方ｍｍ以上である、装置。
【請求項４５】
請求項４２に記載の装置において、前記光源は、レーザ装置を備える、装置。
【請求項４６】
請求項４３に記載の装置において、前記光源は複数のミラーを含む、装置
【請求項４７】
請求項４２に記載の装置において、前記光源は、複数のレーザ装置を備える、装置。
【請求項４８】
請求項４２に記載の装置において、前記光検出器は、ＣＣＤ画素アレーを備える、装置。
【請求項４９】
請求項４２に記載の装置において、前記光検出器は、ＣＭＯＳ画素アレーを備える、装置。
【請求項５０】
請求項４２に記載の装置において、前記光検出器は、２次元画素アレーを備える、装置。
【請求項５１】
請求項４２に記載の装置において、前記流体は、前記サンプル室を第１の方向（２６２）に流れ、前記検出器は、前記粒子により前記第１の方向に散乱された光を検出する、装置。
【請求項５２】
請求項４２に記載の装置において、前記集光システムは光軸線（２７７）を有し、前記サンプル室から前記検出器の方向に対して反対の前記光軸線に沿った方向に向けて、前記サンプル室は、光学的雑音を発生させるのに十分な迷光がそこから前記検出器に入る可能性のある壁を有しない、装置。
【国際調査報告】
2008542761.tif 000017
2008542761.tif 000018
2008542761.tif 000019