(57)【要約】【課題】　粒子カウンタシステム、ならびに、低ノイズ環境での高出力照射を提供し、かつ粒子測定データに容易に変換可能である散乱光エネルギースペクトルを生成する方法が必要とされる。【解決手段】　空気流を生成する流入口ジェットチップ、レーザビームを生成するストリップレーザダイオード、ならびに、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズ、シリンダレンズおよび一連のカスケード接続するアパーチャを含むビーム形成システムを備える。リターダは、ＴＥモードが流体フローの方向に沿うように偏光を回転させる。光学系は、流れ軸に沿って、レーザビームが単一モードである一方で、ストリップレーザが原因の多モードは、フローに対して直角の寸法に制約されるように設計される。ビームは、３５ミクロンのウエストに狭窄され、かつ流れ方向に沿うガウスプロファイルを有する。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　流れる流体内に浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、
　流体流入口および流体流出口を有するサンプルチャンバと、
　レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、
　該サンプルチャンバ内で該流れる流体に該レーザビームを方向付けるビーム形成システムと、
　該サンプルチャンバ内の該粒子によって散乱させられた光を検出するように配置された光検出器であって、該散乱光の電気信号特性を生成する、光検出器と、
　該検出器と通信して、該サンプルチャンバ内の該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスと
　を備える、デバイス。
【請求項２】
　前記流体は気体である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
　前記デバイスは、インサイチュでない粒子カウンタである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
　前記デバイスは、容量性粒子カウンタである、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
　前記ビーム形成システムは、レンズを備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
　前記レンズは、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズを含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
　前記レンズは、非球面コリメートレンズと２つのシリンダレンズとを含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
　前記流体は第１の方向に流れ、前記レーザビームは、実質的に、該第１の方向に沿う第１の寸法の単一モードである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
　前記流体は第１の方向に流れ、前記レーザビームは、実質的に、該第１の方向に対して直角の第２の方向に沿う第２の寸法の多モードを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、実質的に、該第１の軸に沿う前記レーザビームのエネルギー分布は、中心における強度と比較した場合の相対強度に対する該レーザビームの中心からの距離に関して、ガウス分布である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、実質的に前記ビームおよび該第１の軸に対して直角の第２の軸に沿う該レーザビームのエネルギー分布は、中心の強度と比較した場合の相対強度に対する該レーザビームの中心からの距離に関して、ガウス分布よりも均一である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、該第１の軸の方向の前記レーザビームの１／ｅ２の幅は、該流体フロー内の第１の点にて、７５ミクロン以下である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
　前記幅は、５０ミクロン以下である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
　前記幅は、４０ミクロン以下である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
　前記流体フローのエッジにおける第２の点にて、前記第１の軸と平行の方向の前記レーザビームの前記１／ｅ２の幅は、２００ミクロン以下である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１６】
　前記第２の点における前記幅は、１７５ミクロン以下である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
　前記第２の点における前記幅は、１５０ミクロン以下である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
　前記流体流入口は、前記流体が流れ出す流入口ジェットチップを備え、該流入口レットチップからの前記レーザビームの中心の分離距離は、７ｍｍ以下である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
　前記分離距離は、５ｍｍ以下である、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
　前記分離距離は、４ｍｍ以下である、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
　前記ストリップレーザダイオードは、１ワット以上の出力を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２２】
　前記ストリップダイオードは、２ワット以上の出力を有する、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
　前記出力は、前記流体の分子から散乱した光によって生成されるノイズよりも大きいノイズを実質的に有さない、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２４】
　流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、
　流体フローを生成する流体流入口と、
　レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、
　該レーザビームを該流体フローに方向付けるビーム形成システムと、
　流体フロー中の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、
　該コレクタと通信して、該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスと
　を備える、デバイス。
【請求項２５】
　流れる流体中に浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、
　流体流入口および流体流出口を有するサンプルチャンバと、
　レーザビームを生成するレーザダイオードであって、少なくとも１つの１０ミクロン以上の寸法を有する、レーザダイオードと、
　該レーザビームを該サンプルチャンバ内で流れる該流体に方向付けるビーム形成システムと、
　該サンプルチャンバ内の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、
　該コレクタと通信して、該サンプルチャンバ内の該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスと
　を備える、デバイス。
【請求項２６】
　前記寸法は、５０ミクロン以上である、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
　前記寸法は、１００ミクロン以上である、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２８】
　流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、
　該流体を第１の方向に流すための流体流入口と、
　多モードを有するレーザビームを生成するレーザと、
　該多モードレーザビームを該流れる流体に方向付けるビーム形成システムであって、該多モードは、該第１の方向に対して実質的に直角の第２の方向に沿う寸法に制約される、ビーム形成システムと、
　該流れる流体中の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、
　該コレクタと通信して、該流体フロー中で検出された該粒子の出力特性を提供する、出力デバイスと
　を備える、デバイス。
【請求項２９】
　前記ビーム形成システムは、半波長板を供える、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
　前記レーザは、ストリップレーザダイオードを備える、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３１】
　前記レーザは、レーザ共振器を含み、前記流体フローは該レーザ共振器の外側に配置される、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３２】
　流体中に浮遊する自由な粒子を光学的に検出する方法であって、
　自由な粒子を含む該流体を流す工程と、
　多モードを有するレーザビームを生成するストリップレーザダイオードを提供する工程と、
　該レーザビームを該流体フローに方向付ける工程と、
　該流体中の該粒子によって散乱させられた光を収集する工程と、
　該流れる流体中で検出された該粒子によって散乱させられた、該収集された光に基づいて出力を提供する工程と
　を包含する、方法。
【請求項３３】
　前記流体は、実質的に、第１の方向に流れ、前記提供する工程および方向付ける工程は、前記レーザビームを提供する工程と、前記多モードが該第１の方向および該レーザビームの方向に対して直角の第２の方向に沿う寸法で生じるように、該レーザビームを方向付ける工程とを包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
　前記提供する工程および前記方向付ける工程は、前記レーザビームを提供する工程と、該レーザビームが前記第１の方向に沿う第１の寸法の単一モードになるように、該レーザビームを方向付ける工程とを包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
　前記方向付ける工程は、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズからなる群より選択された、少なくとも２つのレンズを用いて、前記レーザビームを集束させる工程を包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
　前記方向付ける工程、収集する工程および出力を提供する工程は、該出力が、前記流体の分子から散乱させられた光によって生成されるノイズよりも大きいノイズを実質的に有さないように実行される、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　（１．発明の分野）
　本発明は、概して、流体中の所望でない単一粒子を検出および計数する光散乱原理を利用する、当該分野において、光散乱粒子カウンタと呼ばれるシステムに関し、より具体的には、レーザダイオード光源を利用する粒子カウンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
　（２．問題の説明）
　光散乱の原理は、流体中の、または流体の粒子を検出および解析するために広く用いられる。本発明は、流体中で浮遊する個々の粒子の大きさを検出および測定するために、光散乱の原理を利用するという科学分野に関する。検出された各粒子は計数され、チャネル内の粒子計数の数の表示（各チャネルは、特定の大きさの範囲に対応する）が提供される。粒子カウンタが有効に動作するように、流体中の粒子の密度は非常に小さくなければならない（実際、粒子は、通常、汚染物質である考えられる）。粒子計数の科学分野を、光度測定法および血球計算法といった、他の科学分野と区別することが重要である。これらの他の分野はまた、散乱光を利用するが、流体中の粒子の密度が比較的大きく、かつ検出および解析されるのは、流体それ自体の粒子であることが多い。これらのシステムは、数千、数百万、それどころか数十億の粒子から散乱した光を収集することに依拠し、従って、動作の原理は、粒子カウンタにおいて用いられる、これらの原理とは非常に異なっている。
【０００３】
　粒子カウンタは、通常、ハイテク工学および製薬産業において用いられるもののような、高純度な流体中の汚染物質を検出するために用いられる。通常、製造プロセスにおいて用いられる流体の少ないサンプルが、粒子カウンタに流用される。この粒子カウンタは、検出された粒子の数および／または大きさが所定の閾値を越えた場合にアラームを鳴らす。量産される流体の少ないサンプルは、通常、量産される流体の体積全体を完全に表すものではないため、量産される流体の状態をサンプルから外挿するために統計が用いられる。サンプルが多いほど、そのサンプルは、より代表的であり、製造流体中の粒子の数および大きさの正確な決定がより高速に行われ得る。従って、粒子カウンタが、可能な限り多いサンプルにおい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】
　物理的制約が、上述の目的の間に妥協を要求する。例えば、サンプル体積および速度は、通常、より小さい粒子を検出するために犠牲にされなければならない。これは、特定の流体中で粒子が検出される場合、流体は、粒子カウンタのモニタリング領域を通って流れるという制約を受けなければならないという事実の直接的な結果である。ノズルおよび流管といった物理的物体は、流体フローを粒子カウンタのモニタリング領域に方向付けるために用いられなければならない。サンプルフロー全体における粒子を検出することが所望される場合、サンプルフロー全体からの散乱光が収集されなければならない。これにより、通常、ノズルまたは流管といった物理的に制約する物体から光が散乱し、そして収集される。この光は、出力の際にノイズを生成する。このノイズは、極度に小さい粒子の検出を阻止する。このノイズは、サンプルフローのほんの一部のみにおける粒子を検出することによって回避され得る。流体サンプル中のすべての粒子を計数することを試みる粒子カウンタは、通常、容積式（ｖｏｌｕｍｅｔｏｒｉｃ）粒子カウンタと呼ばれ、流体フローのほんの一部のみにおける粒子を検出する粒子カウンタは、通常、インサイチュ粒子カウンタと呼ばれる。
【０００５】
　ラテン語のインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）という単語は、文字通りにとれば、自然状態である、ということを意味する。すなわち、理想的には、この単語は、計測機器による影響を受けない測定のことである。インサイチュシステムにおいて、制約素子からの影響を受けないようにするために、検出された粒子は、制約素子から遠くになければならず、サンプル流体フローのほんの一部の粒子のみが検出される。インサイチュシステムは、普通、サンプル流体の５％以下を処理する。インサイチュシングルパス粒子カウンタ（Ｉｎ−ｓｉｔｕ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐａｓｓ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｃｏｕｎｔｅｒ）が、特許文献１に記載される。この特許は、参考のため、本明細書中に援用される。しかしながら、流体フローの選択された一部分のみを測定する結果として、インサイチュシステムが流体の清浄度レベルまたは流体の質について統計上意味のある決定を行うために、より多くの時間がかかる。クリーンルーム環境における粒子汚染レベルを測定する場合、この測定時間の延長は、通常、空中浮揚または液体粒子の不適格な高レベルの濃度が、かなりの時間の間、検出されなくなり、これにより、製造された部分の多数が不適格に「汚れた」状態で生成されることを許すというリスクを招く。この状況は、関連設備において時間および生産材料が浪費されるために、かなりの経済的損失をもたらし得る。
【０００６】
　流れる流体によって運ばれる粒子を実際に１００％測定することは、ほとんど不可能であるので、本明細書中で、「容積式」という用語は、通常、測定デバイスを通って流れる粒子の９０％以上を測定するシステムに対応する。容積式粒子測定システムは、通常、液体か気体かに関わらず、固定された期間内により大きい体積の流体を測定するという利点を提供し、これにより、統計上意味のある流体の質の測定をより高速に決定することが可能になる。粒子濃度が所定の許容限度を越える場合、この、より高速な流体処理は、通常、欠陥のある製造プロセスが、インサイチュ測定システムを採用して可能であるよりも、速く停止され、かつより経済的であることを可能にする。しかしながら、上述のように、容量性測定システムは、通常、インサイチュシステムが経験するよりも多くのノイズを経験する。なぜなら、解析される流体の位置および流れ特性を制御するための努力は、インサイチュ測定におけるよりも大きい規模で、測定された特性を混乱させるからである。測定の完璧さと測定データに関する干渉との間の妥協の１例は、この妥協が、流体流入口ノズルの配置がレーザビームの近傍に設けられた場合に生じることである。通常、測定の完璧さ、すなわち、測定されたサンプルフローのパーセンテージ、および、この測定への干渉の両方が、レーザビームにノズルが近づくほど増大する。
【０００７】
　種々の状況において、インサイチュプロセスと容量性プロセスとの間の中間である特性を有する測定プロセスがあり得る。従って、インサイチュ測定が、通常、測定デバイスを通って搬送される流体の５％以内の粒子測定に対応し、かつ容量性測定が、通常、そのような流体の９０％以上の解析に対応する場合、測定プロセスは、インサイチュ動作および容量性動作に関連するレベルの中間の、１０％、３０％、５０％または他のパーセンテージで処理するように構成され得ることが理解される。従って、本明細書中で、「インサイチュでない（ｎｏｎ−ｉｎ−ｓｉｔｕ）」測定という用語は、通常、流体の比率が流体フロー全体の５％より多い測定に対応する。
【０００８】
　粒子計数の分野において、高出力の照射を用いることによって、通常、粒子の検出が向上される。特に、出力レベルがより高くなると、通常、低出力システムよりも小さい粒子の検出を可能にする。より高い出力レベルもまた、通常、所与の大きさの粒子がより速く検出されることを可能にする。従って、レーザは、通常、粒子カウンタにおける光源として用いられる。レーザ粒子カウンタには、２つのタイプがある。これらは、サンプル体積がレーザ共振器を通過する内部共振器粒子カウンタ（ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｃｏｕｎｔｅｒ）、およびサンプル体積がレーザ共振器の外側に位置する、普通、「シングルパス（ｓｉｎｇｌｅ　ｐａｓｓ）」と呼ばれる外部共振器（ｅｘｔｒａｃａｖｉｔｙ）粒子カウンタである。粒子を含む流体フローを、粒子を照射するレーザの内部共振器に配置すると、シングルパスレーザシステムにおいて利用可能であるよりも高い照射出力レベルが提供される。なぜなら、レーザ発光作用を維持するために、光エネルギーの限定された量のみが共振器を通って外に出ることを許されるからである。従来技術の内部共振器レーザ粒子測定システムは、特許文献２にて開示される。この出願は、参考のため、本明細書中に援用される。しかしながら、このような粒子カウンタにおいて、レーザ共振器を通るかなりの流体フローが、レーザ共振器の特性を変化させ、これにより、例えば、空気分子等の媒体が原因で、所望でないノイズを導入する傾向がある。この理由で、共振器変化に関連するノイズの導入を最小限にするために内部共振器システムを採用する場合、流体フロー速度は、通常、低減される。従来のレーザ励起共振器は、さらに、熱影響、空気密度の変化、およびレーザ共振器の粒子汚染といったようなものによって引き起こされる、短期では３０％、長期では５０％より共振器の大きい出力変動を有する。さらに、このような出力レベルの変化に対しての較正を維持することは難しい。なぜなら、すべてのノイズレベルが出力に対して直線的に追従するわけではないからである。これにより、出力レベルが低下すると、ほとんどのシステムにおいて較正エラーが生じるという結果になる。この理由で、共振器システムは、規則的にパージされることを必要とし、システムは、機械的に浄化するために、規則的に分解される必要がある。計数および測定するための粒子を含む流体フローを、個体レーザダイオードを利用する「シングルパス」レーザシステムにおけるレーザ共振器の外側に配置することによって、通常、これらの問題のすべてが回避され、かつより多い流体サンプルがモニタリングされることが可能になるが、利用可能なレーザ出力は、はるかに小さくてすむ。
【０００９】
　流体中の粒子を検出するレーザダイオードを利用する粒子カウンタにおいて利用可能な出力は、さらに、大型のレーザダイオードにおいて必然的に生じる多モード効果（ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ　ｅｆｆｅｃｔ）によって制限される。レーザビームエネルギースペクトルにおける多モードの存在は、ビームを形成することを著しく困難にさせる。さらに、多モードの光源において、自然放出に起因する光ノイズが生じ、排除が困難である。従って、流体中の粒子を検出および測定するためにレーザダイオードを利用する、すべての公知の市販される粒子カウンタは、これまで、典型的には、ＴＥＭ００モードと呼ばれる、基本横電磁モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｍｏｄｅ）である、単一モードシステムに限定されてきた。当該分野において公知であるように、レーザダイオードからの光は、その大きさを制限することによって単一モードに制限され得る。しかしながら、レーザダイオードの大きさを制限することは、その出力もまた制限する。
【特許文献１】米国特許第５，４５９，５６９号
【特許文献２】米国特許第５，８８９，５８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　従って、当該分野において、粒子カウンタシステム、ならびに、低ノイズ環境での高出力照射を提供し、かつ粒子測定データに容易に変換可能である散乱光エネルギースペクトルを生成する方法が必要とされる。さらに、これをインサイチュでないシステムで達成することは、非常に有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
　（発明の要旨）
　本発明は、技術を進歩させ、かつ、シングルパスにおける高出力ビーム、高速検出のための低ノイズシステムおよび少ない粒子の測定を提供するレーザダイオードを利用する粒子カウンタを提供することによって、上述の問題を克服することを支援する。
【００１２】
　本発明は、ストリップレーザダイオード（ｓｔｒｉｐ　ｌａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ）を利用する粒子カウンタを提供する。これらの大型ダイオードを採用する際のいくつかの進展が遂げられた。１つには、このようなダイオードに関して本来生じる多モードは、流体フローに対して直角の寸法に制約される。これは、流体フローに沿うビームが、非常に小さい幅に集束されることを可能にする。別の進展において、ビームを制御する際にいくつかの異なったレンズの組み合わせが有効であることが見出された。１つには、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズが組み合わされて用いられる。別の実施形態において、非球面コリメートレンズおよび２つのシリンダレンズが組み合わされて用いられる。別の進展は、自然放出に起因する光ノイズが本質的に除去されることを可能にする。
【００１３】
　本発明は、流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するためのデバイスを提供する。このデバイスは、流体流入口および流体流出口を有するサンプルチャンバと、レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、サンプルチャンバ内で流れる流体にレーザビームを方向付けるビーム形成システムと、サンプルチャンバ内で粒子によって散乱させられた光を収集するように配置される光コレクタであって、散乱光の電気信号特性を生成するコレクタと、サンプルチャンバ内の流体中で検出された粒子の出力特性を提供するコレクタと通信する出力デバイスとを備える。好適には、流体は気体である。好適には、サンプルチャンバを通過する流体中で浮遊する粒子の１０％以上が検出され、より好適には、サンプルチャンバを通過する流体中で浮遊する粒子の３０％以上が検出される。より好適には、サンプルチャンバを通過する流体中で浮遊する粒子の５０％以上が検出され、最も好適には、サンプルチャンバを通過する流体中で浮遊する粒子の８０％以上が検出される。好適な実施形態において、デバイスは、容量性粒子カウンタである。好適には、ビーム形成システムはレンズを備える。好適には、レンズは、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズを備える。別の実施形態において、レンズは、非球面コリメートレンズおよび２つのシリンダレンズを備える。好適には、流体は第１の方向で流れ、レーザビームは、実質的に第１の方向に沿う寸法の単一モードである。好適には、流体は、第１の方向で流れ、レーザビームは、第１の方向に対して実質的に直角の方向の寸法の多モードを含む。好適には、流体は、第１の軸に沿って流れ、実質的に第１の軸に沿うレーザビームのエネルギー分布は、中心の強度と比較した場合の相対強度に対するレーザビーム中心からの距離に関しての、ガウス分布である。好適には、流体は、第１の軸に沿って流れ、実質的に、ビームおよび第１の軸に対して直角の第２の軸に沿うレーザビームのエネルギー分布は、中心の強度と比較した場合の、相対強度に対するレーザビームの中心からの距離に関して、ガウス分布よりも均一である。好適には、流体は、第１の軸に沿って流れ、第１の軸の方向のレーザビームの１／ｅ２の幅は、流体フロー内の第１の点において、７５ミクロン以下である。より好適には、幅は、５０ミクロン以下である。より好適には、幅は、４０ミクロン以下である。好適には、流体フローのエッジにおける第２の点にて、第１の軸と平行のレーザビームの１／ｅ２の幅は、２００ミクロン以下である。より好適には、第２の点における幅は、１７５ミクロン以下である。最も好適には、第２の点における幅は、１５０ミクロン以下である。好適には、流体流入口は、流体が流れ出す流入口ジェットチップを備え、この流入口ジェットチップからのレーザビームの中心の分離間隔は７ｍｍ以下である。より好適には、分離間隔は、５ｍｍ以下である。最も好適には、分離間隔は４ｍｍ以下である。好適には、ストリップレーザダイオードは、１ワット以上の出力を有する。より好適には、ストリップレーザダイオードは、２ワット以上の出力を有する。好適には、出力は、流体の分子から散乱した光によって生成されるノイズよりも大きいノイズを実質的に有しない。
【００１４】
　別の局面において、本発明は、流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するためのデバイスを提供する。このデバイスは、流体フローを生成するための流体流入口と、レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、レーザビームを流体フローに方向付けるビーム形成システムと、流体フロー中の粒子によって散乱する光を収集するように配置される光コレクタであって、散乱光の電気信号特性を生成するコレクタと、流体中で検出された粒子の出力特性を提供するためのコレクタと通信する出力デバイスとを備える。
【００１５】
　さらなる局面において、本発明は、流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するためのデバイスを提供する。このデバイスは、流体流入口と流体流出口とを有するサンプルチャンバと、レーザビームを生成するレーザダイオードであって、少なくとも１つの寸法が１０ミクロン以上のレーザダイオードと、レーザビームをサンプルチャンバ内の流れる流体に方向付けるビーム形成システムと、サンプルチャンバ内の粒子によって散乱する光を収集するように配置される光コレクタであって、散乱光の電気信号特性を生成するコレクタと、サンプルチャンバ内の流体内で検出される粒子の出力特性を提供するコレクタとを通信する出力デバイスを備える。好適には、寸法は、５０ミクロン以上である。より好適には、寸法は、１００ミクロン以上である。
【００１６】
　さらに別の局面において、本発明は、流れる流体内で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するためのデバイスを提供する。このデバイスは、流体を第１の方向に流すための流体流入口と、多モードを有するレーザビームを生成するレーザと、第１の方向に対して実質的に直角の第２の方向に沿う方向に制約される多モードを用いて多モードレーザビームを流れる流体に方向付けるビーム形成システムと、流れる流体中の粒子によって散乱する光を収集するように配置される光コレクタであって、散乱光の電気信号特性を生成する光コレクタと、流体フロー中で検出された粒子の出力特性を提供するコレクタと通信する出力デバイスとを備える。
【００１７】
　本発明は、流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するための方法をさらに提供する。この方法は、自由な粒子を含む流体を流す工程と、多モードを有するレーザビームを生成するストリップレーザダイオードを提供する工程と、レーザビームを流体フローに方向付ける工程と、流体中の粒子によって散乱した光を収集する工程と、流れる流体中で検出された粒子によって散乱した収集された光に基づいて出力を提供する工程とを包含する。好適には、流体は、実質的に第１の方向に沿って流れ、提供する工程および方向付ける工程は、レーザビームを制御して、多モードが、第１の方向およびレーザビームの方向に対して直角の第２の方向に沿う寸法で生じるようにする工程を包含する。好適には、この提供する工程および方向付ける工程は、レーザビームを提供および方向付けは、このレーザビームが第１の寸法に沿う第１の方向の単一モードになるようにこれを方向づける工程を包含する。好適には、方向付ける工程は、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズからなる群より選択された、少なくとも２つのレンズを用いてレーザビームを集束させる工程を包含する。好適には、方向付ける工程、収集する工程および出力を提供する工程は、出力が、流体の分子から散乱した光によって生成されたノイズよりも大きいノイズを実質的に有しないように実行される。
【００１８】
　本発明は、はるかに大きく、従って、より強力なレーザダイオードが、流体粒子カウンタにおいて効果的に用いられることを可能にする。以下においてさらに詳細に見出されるように、本発明は、自然放出からのノイズを制御する一方で、流体フローの大部分を試験する方法を教示する。このシステムは、これまで不可能であった高出力、低ノイズの容量性システムを可能にするが、本発明は、容量性システムに限定されないことが理解されるべきである。本発明は、インサイチュでないシステムおよびインサイチュシステムを含む、任意の粒子カウンタにおいて有利に用いられ得る。本発明の上述の、および他の有利な点は、本発明の好適な例示的実施形態についての以下の記載を、図面と関連付けて読むことによって、より良好に理解され得る。
【００１９】
　本発明によるデバイスは、流れる流体内に浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、流体流入口および流体流出口を有するサンプルチャンバと、レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、該サンプルチャンバ内で該流れる流体に該レーザビームを方向付けるビーム形成システムと、該サンプルチャンバ内の該粒子によって散乱させられた光を検出するように配置された光検出器であって、該散乱光の電気信号特性を生成する、光検出器と、該検出器と通信して、該サンプルチャンバ内の該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスとを備え、これにより上記目的を達成する。
【００２０】
　前記流体は気体であってもよい。
【００２１】
　前記デバイスは、インサイチュでない粒子カウンタであってもよい。
【００２２】
　前記デバイスは、容量性粒子カウンタであってもよい。
【００２３】
　前記ビーム形成システムは、レンズを備えてもよい。
【００２４】
　前記レンズは、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズを含んでもよい。
【００２５】
　前記レンズは、非球面コリメートレンズと２つのシリンダレンズとを含んでもよい。
【００２６】
　前記流体は第１の方向に流れ、前記レーザビームは、実質的に、該第１の方向に沿う第１の寸法の単一モードであってもよい。
【００２７】
　前記流体は第１の方向に流れ、前記レーザビームは、実質的に、該第１の方向に対して直角の第２の方向に沿う第２の寸法の多モードを備えてもよい。
【００２８】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、実質的に、該第１の軸に沿う前記レーザビームのエネルギー分布は、中心における強度と比較した場合の相対強度に対する該レーザビームの中心からの距離に関して、ガウス分布であってもよい。
【００２９】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、実質的に前記ビームおよび該第１の軸に対して直角の第２の軸に沿う該レーザビームのエネルギー分布は、中心の強度と比較した場合の相対強度に対する該レーザビームの中心からの距離に関して、ガウス分布よりも均一であってもよい。
【００３０】
　前記流体は第１の軸に沿って流れ、該第１の軸の方向の前記レーザビームの１／ｅ２の幅は、該流体フロー内の第１の点にて、７５ミクロン以下であってもよい。
【００３１】
　前記幅は、５０ミクロン以下であってもよい。
【００３２】
　前記幅は、４０ミクロン以下であってもよい。
【００３３】
　前記流体フローのエッジにおける第２の点にて、前記第１の軸と平行の方向の前記レーザビームの前記１／ｅ２の幅は、２００ミクロン以下であってもよい。
【００３４】
　前記第２の点における前記幅は、１７５ミクロン以下であってもよい。
【００３５】
　前記第２の点における前記幅は、１５０ミクロン以下であってもよい。
【００３６】
　前記流体流入口は、前記流体が流れ出す流入口ジェットチップを備え、該流入口レットチップからの前記レーザビームの中心の分離距離は、７ｍｍ以下であってもよい。
【００３７】
　前記分離距離は、５ｍｍ以下であってもよい。
【００３８】
　前記分離距離は、４ｍｍ以下であってもよい。
【００３９】
　前記ストリップレーザダイオードは、１ワット以上の出力を有してもよい。
【００４０】
　前記ストリップダイオードは、２ワット以上の出力を有してもよい。
【００４１】
　前記出力は、前記流体の分子から散乱した光によって生成されるノイズよりも大きいノイズを実質的に有さなくてもよい。
【００４２】
　本発明によるデバイスは、流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、流体フローを生成する流体流入口と、レーザビームを生成するストリップレーザダイオードと、該レーザビームを該流体フローに方向付けるビーム形成システムと、流体フロー中の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、該コレクタと通信して、該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスとを備え、これにより上記目的を達成する。
【００４３】
　本発明によるデバイスは、流れる流体中に浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、流体流入口および流体流出口を有するサンプルチャンバと、レーザビームを生成するレーザダイオードであって、少なくとも１つの１０ミクロン以上の寸法を有する、レーザダイオードと、該レーザビームを該サンプルチャンバ内で流れる該流体に方向付けるビーム形成システムと、該サンプルチャンバ内の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、該コレクタと通信して、該サンプルチャンバ内の該流体中で検出された該粒子の出力特性を提供する出力デバイスとを備え、これにより上記目的を達成する。
【００４４】
　前記寸法は、５０ミクロン以上であってもよい。
【００４５】
　前記寸法は、１００ミクロン以上であってもよい。
【００４６】
　本発明によるデバイスは、流れる流体中で浮遊する自由な粒子を光学的に検出するデバイスであって、該流体を第１の方向に流すための流体流入口と、多モードを有するレーザビームを生成するレーザと、該多モードレーザビームを該流れる流体に方向付けるビーム形成システムであって、該多モードは、該第１の方向に対して実質的に直角の第２の方向に沿う寸法に制約される、ビーム形成システムと、該流れる流体中の該粒子によって散乱させられた光を収集するように配置された光コレクタであって、該散乱光の電気信号特性を生成する、コレクタと、該コレクタと通信して、該流体フロー中で検出された該粒子の出力特性を提供する、出力デバイスとを備え、これにより上記目的を達成する。
【００４７】
　前記ビーム形成システムは、半波長板を供えてもよい。
【００４８】
　前記レーザは、ストリップレーザダイオードを備えてもよい。
【００４９】
　前記レーザは、レーザ共振器を含み、前記流体フローは該レーザ共振器の外側に配置されてもよい。
【００５０】
　本発明による方法は、流体中に浮遊する自由な粒子を光学的に検出する方法であって、自由な粒子を含む該流体を流す工程と、多モードを有するレーザビームを生成するストリップレーザダイオードを提供する工程と、該レーザビームを該流体フローに方向付ける工程と、該流体中の該粒子によって散乱させられた光を収集する工程と、該流れる流体中で検出された該粒子によって散乱させられた、該収集された光に基づいて出力を提供する工程とを包含し、これにより上記目的を達成する。
【００５１】
　前記流体は、実質的に、第１の方向に流れ、前記提供する工程および方向付ける工程は、前記レーザビームを提供する工程と、前記多モードが該第１の方向および該レーザビームの方向に対して直角の第２の方向に沿う寸法で生じるように、該レーザビームを方向付ける工程とを包含してもよい。
【００５２】
　前記提供する工程および前記方向付ける工程は、前記レーザビームを提供する工程と、該レーザビームが前記第１の方向に沿う第１の寸法の単一モードになるように、該レーザビームを方向付ける工程とを包含してもよい。
【００５３】
　前記方向付ける工程は、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズおよびシリンダレンズからなる群より選択された、少なくとも２つのレンズを用いて、前記レーザビームを集束させる工程を包含してもよい。
【００５４】
　前記方向付ける工程、収集する工程および出力を提供する工程は、該出力が、前記流体の分子から散乱させられた光によって生成されるノイズよりも大きいノイズを実質的に有さないように実行されてもよい。
【発明の効果】
【００５５】
　粒子カウンタシステム、ならびに、低ノイズ環境での高出力照射を提供し、かつ粒子測定データに容易に変換可能である散乱光エネルギースペクトルを生成する方法を提供することができる。さらに、これをインサイチュでないシステムで達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
　（好適な実施形態の詳細な説明）
　本開示において、光という用語は、可視放射線に限定されないが、任意の電磁放射線を意味する広義にて用いられる。インサイチュおよび容量性という用語は、上述の本発明の背景において記載されたように用いられる。この開示が流体粒子カウンタ（技術用語である）に限定されることにも留意されたい。真空にて粒子計数を検出する粒子カウンタがある。流体が存在しないか、または、正常な流体と比較すると、むしろ存在する任意の流体が希薄（ｒａｒｉｆｉｅｄ）であるので、流体フロー、流体からの光の散乱、および流体フローを制御するために用いられる装置と関連する問題はなく、このような粒子カウンタの物理学は、流体粒子カウンタのものと著しく異なる。さらに、本明細書中に開示された粒子カウンタは、流体それ自体の粒子、流体中で浮遊する粒子の雲、または光ビームを通過する単線で流れることが強いられるような、流体中で制約される粒子を検出および解析する他のシステムとは区別され、流れる流体中で自由である単一粒子を検出することができるように設計されることに留意されたい。当業者は、流体中で自由に流れる単一粒子の検出および大きさを決めるということが、はるかに困難な課題であり、従って、粒子計数の技術は、これらの他の粒子検出および解析システムとは異なる技術を要することを理解する。
【００５７】
　図１は、本発明による粒子カウンタ１００の斜視図である。図２は、本発明の主要な素子をより明瞭に図示するために、簡略化された粒子カウンタ１００の平面図である。図１および図２の両方を考察して、粒子カウンタ１００は、光学素子アセンブリ１０１およびフローチャンバアセンブリ１０２を備える。光学素子アセンブリ１０１は、レーザヒートシンク１０３、ダイオードレーザ１０５とレーザ取付けアセンブリ１０６とビーム形成光学素子１１３とを含むレーザアセンブリ１０４を備える。ビーム形成光学素子１１３は、好適には、第１のレンズ１０９、第１および第２のレンズ取付けアセンブリ１１０、第２のレンズ１１１、リターダ取付けアセンブリ１１２、リターダ１１４、第３のレンズ１１６、第３のレンズ取付けアセンブリ１１８、およびレーザアパーチャアセンブリ１２２を備える。光学素子アセンブリ１０１は、光学素子レール１５０上に取付けられる。光学素子レール１５０およびフローチャンバアセンブリ１０２は、取付けプレート１５４上に取付けられる。光学素子レール１５０および取付けプレート１５４は、スペーサプレート１５２によって分離される。当該分野にて公知のように、ロッド１５７およびねじ１５８といった種々のハードウェアが、光学素子アセンブリ１０１のコンポーネントを支援し、かつパーツの相対位置を調整するために用いられるが、図面が複雑でわかりにくくならないように、いくつかのみが示さる。フローチャンバアセンブリ１０２は、フローチャンバハウジング１２０、ビームストップアセンブリ１２４、流体流入口アセンブリ１２６、流体流出口アセンブリ１３０、回路基板１６０、およびコレクタ電子ヒートシンク１７０を備える。矢印１２１は、レーザビームの方向および経路を示す。粒子検出器１００のすべてのハウジング部分、支持体、コネクタおよびアジャスタは、好適には、アルミニウムからなり、光にさらされ得る任意の表面は、黒色にアルマイト処理が施され、赤外線吸収塗料でコーティングされるが、任意の他の適切な材料が用いられ得る。
【００５８】
　本発明の主要な局面は、レーザ１０５が、流体中の粒子を計数するための従来技術の粒子カウンタにて用いられる任意のレーザダイオードよりもはるかに大きい出力を生成するストリップレーザダイオードである。図２において、レーザダイオード１０５は、「ストリップ」の長手側から見られ、その大きさは誇張される。そうでなければ、明瞭に描くことが困難である。好適には、図２における垂直方向の長さは、１００ミクロンである一方で、紙面に向かって中から外へ伸びる幅は、１ミクロンであるが、本発明は他のサイズのストリップレーザダイオードが用いられ得ることを考慮している。大きな出力を発生させるために、レーザダイオードの少なくとも１つの寸法が１０ミクロン以上、および、より好適には、５０ミクロン以上である。最も好適には、これは１００ミクロン以上である。本発明によるストリップレーザダイオードは、１ワット以上、および、より好適には、２ワット以上の出力を有する。用いられ得る典型的なストリップレーザダイオードは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｇｒｏｕｐ，５１００　Ｐａｔｒｉｃｋ　Ｈｅｎｒｙ　Ｄｒｉｖｅ，Ｓａｎｔａ　Ｃｌａｒａ，ＣＡ　９５０５４によって製作されるモデルＳ−７９シリーズである。１２００ミリワット（ｍＷ）の出力を生成する１２００Ｃ−１００−ｘまたは２０００ｍＷの出力を生成する２０００Ｃ−１５０−ｘが、現在、最も好適なストリップレーザダイオードである。これらのレーザは、７８０〜８００ナノメートルの中心波長を有するが、他の波長が用いられ得る。好適には、１ワット〜５ワット出力のレーザが、本発明によるレーザカウンタ１００において用いられる。
【００５９】
　この大きさが原因で、レーザ１０５は、図２において、垂直方向の多モードを有する。図２における紙面に向かって中へと伸びる方向で、レーザは単一モードを有する。本発明のさらなる重要な局面は、ビーム形成光学素子１１３、ならびにビーム形成光学素子がレーザビームを操作して、かなりのノイズを防止し、収集光学素子が粒子を正確に検出および測定することを可能にする方法である。第１のレンズ１０９は、好適には、非球面コリメートレンズであり、第２のレンズ１１１は、好適には、無色収差球面レンズであり、第３のレンズ１１６は、好適には、シリンダレンズである。第１のレンズ１０９および第２のレンズ１１１は、ともに、好適には、図２における紙面に向かって中から外へと伸びる軸に沿ってレーザビーム１２１を形成し、この軸は、図３および図７における垂直軸である。本明細書中で、この軸は「第１の軸」または「Ｘ軸」と呼ばれる。シリンドリカルレンズであり、好適には、光学素子の収差を修正する第３のレンズは、ビームの高さを集束させる。このビームの高さは、図２における垂直軸である。図３および図７における紙面に向かって中から外へと伸びる軸は、本明細書中で「Ｙ軸」と呼ばれ、流入口ジェット３０１の高さを整合させる（図３）。シリンダレンズは重要である。なぜなら、ストリップレーザダイオード１０５は、かなりの量の収差を有し、シリンダレンズがこれを修正してＹ軸ビーム形状を制御するからである。レンズの他の組み合わせもまた用いられ得る。さらに、当業者に公知のように、各レンズについて、同等に機能するミラーがある。従って、ミラーまたは他の同等の光学的構造が用いられ得る。例えば、無色収差レンズは、第２のシリンドリカルレンズと置き換えられ得る。しかしながら、好適な実施形態は、光学素子の位置合わせがあまり重要でないという利点を有する。２つのシリンドリカルレンズの使用は、通常、第１のレンズが、第２のレンズを集束および回転させる前に、回転させて面に配向されることを必要とする。好適な実施形態において、無色収差球面レンズ１１１に対して調整は必要とされず、シリンドリカルレンズは、回転するように位置合わせおよび集束され得る。さらに、無色収差レンズの使用は、球面収差の一部分をもまた修正し、これは、ビームのウエスト（ｂｅａｍ　ｗａｉｓｔ）、すなわち、Ｘ軸に沿うビームの最小寸法を低減する。これは図７における寸法「ａ」である。当該分野にて公知のように、ビーム形成光学素子の最適化された仕様は、上述の情報を、Ｆｏｃｕｓ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｉｎｃによって生産されるＺｅｍａｘＴＭ、またはＯｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって生産されるＣｏｄｅ−Ｖ等の光学素子設計ソフトウェアプログラムに挿入することによって取得され得る。このような態様で生産されるビーム形成光学素子の完全な仕様は、表１に示される。
【００６０】
【表１】
2004085573.tif 000002
2004085573.tif 000003
2004085573.tif 000004
2004085573.tif 000005
2004085573.tif 000006
2004085573.tif 000007
　ここで、ストリップダイオードからのビームが、いくつかの異なったセットのレンズを用いて、有効に集束かつ形成され得ることが開示された。当業者は、これと同じことを行い得る他のレンズセットを考案し得る。
【００６１】
　本発明は、流体分子のバックグラウンドノイズを除いて、実質的にすべてのノイズが除去される、１ワット以上のレーザ強度を有する粒子カウンタをもたらす。本発明による粒子カウンタは、通常、１立方フート／分（ＣＦＭ）の空気流中で、直径０．１ミクロンの汚染粒子を検出することを可能にする。
【００６２】
　レーザ、ビームの形成、および散乱の分析をさせるように選択されたシステムの他のパーツを管理可能に配向すると、レーザビームが最適でない方向に偏光される。レーザは、ＴＭ偏光を有するように、すなわち、磁界がＸ軸に沿うように配向される。最適な散乱のために、ＴＥ偏光モードは、Ｘ軸に沿う。従って、リターダ１１４は、ビーム形成光学素子１１３に含まれる。リターダ１１４は、好適には、ＴＥモードがＸ軸に沿うように、偏光を９０度回転させるレーザビーム１２１と、軸の方向に位置合わせされた半波長板である。
【００６３】
　図３を参照して、図２の線３〜３を通って取得された、図１のシステムの簡略化および部分的に改変された断面図である。この図において、光学素子は図示されない。なぜなら、この図は、図１および図２に記載されたからである。この図は、粒子からの光の散乱が生じるフローチャンバアセンブリ１０２の内部素子に焦点を定める。従来技術であり、かつ本発明の一部分を形成しないフローチャンバアセンブリの素子は含まれず、種々の部分の大きさ、形状および位置は、種々の部分をより明確に、分離可能に、かつ理解可能にするために、純粋な断面図であるものからわずかに改変された。上述のコンポーネントに加えて、フローチャンバアセンブリ１０２は、流体サンプル流入口３０２、ジェットチップ３０１を有する流入口ジェット３０３、流体排出管３０４、排出管流入口３０６、流体サンプル排出流出口３０８、および、主要な散乱光コレクタアセンブリ３２０と広面積散乱光コレクタアセンブリ３３０とプリアンプアセンプリ３５０とを含む粒子カウンタ出力システム３１０を備える。主要コレクタ３２０は、主要光収集光学素子３１２、検出器３２６および検出器ソケット３１４を備える。主要光収集光学素子３１２は、好適には、放物面ミラー３１６および３１７、フィールドフラッティング（ｆｉｅｌｄ　ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ）光学素子アセンブリ３１８、アパーチャ３２３および光吸収リング３２４を備える。広面積散乱光検出器３３０は、検出器支持体３３１および広面積検出器３３２を備える。プリアンプアセンブリ３５０は、３５４といったチップを含む電子回路基板３５３、ヒートシンク素子１７０、および回路基板３５３とヒートシンク素子１７０との間の熱用複合物３５６を含む。流体ジェットチップ３０１の出口開口部は、好適には、Ｚ方向、すなわち、図３における水平方向に１０ミリメートル（ｍｍ）、およびＹ方向、すなわち、図３における紙面に向かって中から外へと伸びる方向に１ｍｍである。ジェット３０３は、アルミニウムからなる。これは、無光沢にするためにエッチングされ、その後、黒色にアルマイト処理が施され、赤外線吸収塗料でコーティングされる。
【００６４】
　図４は、図１のシステムのレーザアパーチャアセンブリ１２２の側面の断面図であり、図５は、図５の第５のアパーチャプレート４１２の平面図である。アパーチャアセンブリ１２２は、頭部４０３、第１の管部分４０５、好適には部分４０５よりも小さい直径の第２の管部分４０７、および好適には第２の部分４０７よりも小さい直径のカスケード接続されたアパーチャ管４１６を有するアパーチャハウジング４０１を備える。アセンブリ１２２は、第１のアパーチャプレート４０４、入口窓４０６、第２のアパーチャプレート４０８、第３のアパーチャプレート４０９、第４のアパーチャプレート４１０、第５のアパーチャプレート４１２、光止め（ｌｉｇｈｔ　ｓｔｏｐ）４１５およびカスケード接続されたアパーチャ４１１をさらに備える。好適な実施形態において、頭部４０３ならびに管４０５、４０７および４１６は円柱状であるが、これらは、矩形であるか、または種々の形状を有し得る。頭部４０３は、２つの構成部分４２２および４２３に形成される。頭部の２つの構成部分、および頭部および管は、好適には、接着剤で貼り合せられるが、これらは、他の方法で留められてもよい。カスケード接続されたアパーチャ管４１６は、好適には、第５のアパーチャプレート４１２に対して同一平面になるように適合される。頭部４０３は、好適には、アパーチャアセンブリ１２２をフローチャンバハウジング１２０に取付ける際に用いられる２つのねじ孔４３０を備える。Ｏリング４３２は接合部を封止する。当該分野で公知のように、Ｏリング４３２は、ここでは明瞭にするために図示されていないが、構成部分４２２における溝に位置する。入口窓４０６もまた、適切な位置に接着され、アセンブリ１２２の軸を通って直角に対して若干の程度のわずかな角度を有し、光が反射してレーザ共振器に戻ることを防ぐ。第１のアパーチャプレート４０４もまた、適切な位置に接着され、アパーチャプレート４０８、４０９、４１０および４１２は、ハウジング４０１におけるスロットの中に適合される。光止め４１５およびカスケード接続されたアパーチャ４１１は、好適には、管４０５および４１６の内部表面それぞれの中にねじを切ることによって形成される。アパーチャプレート４１２は、プレート４０８、４０９および４１０と同じようにこのプレートの形状を説明するために図５に示される。これらのアパーチャプレートの各々は、ハウジング４０１における対応するスロットの中に適合されるフランジの対５０６を有するディスク５０２を備える。各々は、４５２といった１つのアパーチャをプレートの中心に有する。好適には、アパーチャは矩形である。第１のアパーチャプレート４０４は、同じ形状であるが、フランジ５０６を有しない。図２に示されるように、レーザビーム１２１は、図４においてアパーチャアセンブリ１２２を右から左に、入口開口部４０２から第１のアパーチャ４４４、入口窓４０６を通り、その後、アパーチャ４４８、４４９、４５０、４５２およびカスケード接続されたアパーチャ管４１６を通過して開口部４１８から出る。
【００６５】
　アパーチャアセンブリハウジング４０１のすべての部分は、好適には、黒色にアルマイト処理が施され、他に留意しない場合、他の適切な金属、プラスチックまたは他の材料が用いられ得る。内部表面は、好適には、Ｃａｒｄｉｎａｌ　ＶｅｌｖｅｔｈａｎｅＴＭといった適切な赤外線吸収塗料で塗装される。アパーチャプレート４０４、４０８、４０９、４１０および４１２は、０．００５インチの厚さのアルミニウムからなり、黒色にアルマイト処理される前に艶消しされた表面を取得するためにエッチングされる。アパーチャは、好適には、以下の寸法（インチで）を有し、最初に、図５のａの寸法が求められ、次に、図５のｂの寸法が求められる。これらは、第１のアパーチャ４４４が０．１１８×０．０９８、第２のアパーチャ４４８が０．１０２×０．０９１、第３のアパーチャ４４９が０．０７９×０．０９１、第４のアパーチャ４５０が０．０５９×０．０７１、および第５のアパーチャ４５２が０．０５９×０．０７１である。好適には、管４０５は、０．３１６インチの内部孔直径を有し、光止め４１５のスレッド（ｔｈｒｅａｄ）はＵＮＳ−４０３Ｂである。好適には、管４１１は、０．１２８２インチの内部孔直径を有し、カスケード接続されたアパーチャ４１６のスレッドはＵＮ２８　６−４０である。好適な実施形態において、入口開口部４０２からのアパーチャの距離（インチで）は、第１のアパーチャ４４４が０．０５１、第２のアパーチャ４４８が０．６７０、第３のアパーチャ４４９が１．２３５、第４のアパーチャ４５０が１．４３５インチ、および第５のアパーチャ４５２が１．６１２インチである。
【００６６】
　図６は、図１のシステムのビームストップアセンブリ１２４の側面の断面図である。ビームストップアセンブリ１２４は、吸収チャンバハウジング６０１、およびレーザビーム入口６０３を有する光注入（ｆｕｎｎｅｌｉｎｇ）管６０２を備える。ハウジング６０１は、２つの構成部分６１２および６１４で作られる。再び、このハウジングは、アセンブリ１２４をフローチャンバハウジング１２０に取付けるためのねじ孔６１５、ならびにハウジング６０１とハウジング１２０との間の界面、および構成部分６１４と６１２との間の界面をそれぞれ封止するための、従来のＯリング用の溝（明瞭化するために図示されない）を有するＯリング６１７および６１９を備える。吸収チャンバハウジング６０１は、吸収チャンバ６０４を備え、この中に、ビームストップ６０６が表面６１３からの任意の反射が吸収チャンバの壁６１１に方向付けられるような角度で配置される。ハウジング６０１の部分は、好適には、アルミニウムからなり、外部は、好適には、黒色にアルマイト処理され、赤外線吸収塗料で塗装される。管６０２およびハウジング部分６１２は、好適には、接着剤で張り合わされる。漏斗６０２の内壁６０５は、好適には、研磨される一方で、吸収チャンバ６０４の壁は、好適には、エッチングされ、黒色にアルマイト処理され、赤外線吸収塗料で塗装される。ビームストップ６０６は、高赤外線吸収性ブラックショットＮＧ１　ＡＲでコーティングされたガラスからなるが、他の材料および／またはコーティングが用いられ得る。
【００６７】
　図２〜図７を参照して、本発明による粒子カウンタ１００は以下のように動作する。本発明による粒子カウンタにおいて、好適には、気体であるが、通常、空気である流体のソースは、流体サンプル流入口３０２と接続される。この流体は、流体流入口アセンブリ１２６および流体流入口ジェット３０３を通って慎重に導入されて、ジェットチップ３０１から排出管流入口３０６に流れる流体のジェット７２０（図７）を生成する。好適な実施形態において、フローは、大きいレイノルド数を有し、従って、層流というよりも乱流である。流体は、排出管３０４を通って、ポンプまたは他の真空源が取り付けられ得る排出流出口３０８に通過する。流入口３０２および流出口３０８における圧力が、チップ３０１から流入口３０６への流体の安定した流れを生成するように制御される。
【００６８】
　レーザダイオード１０５は、第１のレンズ１０９、第２のレンズ１１１、リターダ１１４、第３のレンズ１１６、アパーチャアセンブリ１２２を通って、流体フロー７２０へと通過するレーザビーム１２１を生成する。フロー７２０における任意の粒子は、わずかな量のレーザ光１２１を散乱させ、ビーム１２１の残り部分は、これが吸収されるビームストップ１２４へと通過する。レーザおよび光学素子１１３は、アジャスタ１０６、１１０、１１２および１１８を介してフォーカスビーム１２１に調整され得、フロー７２０におけるビーム１２１の形状および位置を最適化する。その特性については詳細に後述される。アパーチャアセンブリ１２２は、自然放出からのノイズといった、ビーム１２１からのノイズを除去する際に重要な役割を演じる。第１のアパーチャ４４４は、ビームを遮蔽して、ノイズのほとんどを除去するが、所望でない回析パターンを生成する。第２のアパーチャ４４８は、第１のアパーチャからの回析パターンを吸収するが、それ自体の所望でない回析パターンを生成し、これは、第１のアパーチャ４４４からの回析パターンよりもかなり小さい強度である。各々の次のアパーチャは、前のアパーチャからの回析を遮蔽して、それ固有の低減された回析パターンを生成する。最後に、カスケード接続されたアパーチャ管４１６のスレッド４１１は、各々が前の回析を除去する一連のアパーチャとして機能する。スレッド４１５は、アパーチャとして機能しないが、光止めとして、入口窓４０６、アパーチャプレート４０８、４０９、４１０および４１２または他の表面を起源とし得る任意の所望でない光を遮断する。アパーチャアセンブリ１２２は、自然放出ノイズの１％を除くすべて、およびレーザビーム１２１からの他の光ノイズを除去する。
【００６９】
　レーザビームの光がフロー７２０内の粒子に当たると、光は、すべての方向に散乱する。レーザ光の波長よりも大きい粒子、すなわち、ミクロン以上の粒子については、光の強度は、方向によって異なるが、本明細書中にて、目的の大きさの粒子、すなわち、約０．５〜０．１ミクロンの範囲の粒子については、散乱強度が、すべての方向において実質的に同じである。従って、粒子からの散乱光は、任意の方向から観察され得る。可能な限り多くの散乱光を収集することは有益であるが、光を生成するための光学素子の必要、流体ソース３０３の必要、および散乱しないレーザビームの部分を吸収する必要といった物理的制約が、光が収集され得る角度の範囲を制限する。本発明による粒子カウンタにおいて、散乱光は、１２０°の角度を通じて、すなわち、ジェットチップ３０１の中心と検出器３２６の中心とを接続する線を中心とする約６０°の円錐形で収集される。この円錐形で散乱する光は、放物面ミラー３１６における開口部３１９（図３）を通過し、放物面ミラー３１７から反射され、そこから、光を検出器３２６に向かって集束させるミラー３１６へと通過する。フィールドフラッティング光学素子３１８は、収集された散乱光のイメージを検出器３２６の形状に良好に適合させる。光吸収リング３２４は、好適には、ミラー３１６および３１７の周囲を囲んで配置されて、開口部３１９に入射し得る、粒子を起源としない任意の迷光（ｓｔｒａｙ　ｌｉｇｈｔ）を吸収する。当該分野にて公知のように、放物面ミラー系３１６および３１７は、検出器上に粒子を映し出して、可能な限り多くの粒子からの光が検出器３２６に当たるようにする。検出器３２６は、好適には、Ｒｏｂｅｒｔ　Ｇ．Ｋｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇによる米国特許第５，２８２，１５１号（１９９４年１月２５日出願）に記載されるような光検出器アレイである。この出願は、参考のため、本明細書中に完全に開示されるかのように、本明細書中に援用される。さらなる光は広面積検出器３３２によって収集される。当該分野にて公知のように、ミー散乱計算により、比較的大きい粒子について複数の値が求められる。広面積検出器３３２は、これらの複数の値を選別する際に用いられ、一般に、粒子カウンタのダイナミックレンジを増加させ、すなわち、粒子カウンタが大きい粒子も小さい粒子も検出することを可能にする。広面積検出器３３２は、好適には、１０ｍｍ×２０ｍｍの矩形のフォトダイオードである。検出器３２６および３３２に当たる光は、電気信号に変換されて、当該分野にて公知のように、回路基板３５３上のプリアンプエレクトロニクスによって処理される。当該分野にて公知のように、プリアンプ回路３５０の出力は、通常、コンピュータシステムに送られ、このシステムは信号を処理して、通常、音響アラーム、および当該分野にてチャネルと呼ばれる多数の大きさの範囲で計数された粒子の数を示す可視出力を提供する。チャネルの数、および各チャネルの大きさの範囲は、通常、ユーザによる選択が可能である。
【００７０】
　本発明の好適な実施形態は、収集光学素子における放物面ミラーの対を用いるが、多様な他の収集システムが用いられ得る。当該分野に公知のように、放物面ミラー３１６および３１７と実質的に同じ機能を実行するために、他のタイプのミラーおよびレンズが単独または組み合わせられて用いられ得る。異なった検出器もまた用いられ得る。流体の流れは、様々に方向付けられ得、レーザビームの方向は、異なり得る。
【００７１】
　ここで図７〜図１０を参照して、本発明によるシステムの種々の機能、特にレーザビーム１２１が示される。図７は、本発明の好適な実施形態による、流入口ジェットチップ３０１の隣に位置するレーザビーム１２１の一部分の側面図である。ビーム１２１は、レーザ１０５に起源を有し、ビーム形成光学素子１１３によって形成されて、チップ３０１を通過し、ビームの大部分である散乱しないビームの部分は、ビームストップアセンブリ１２４によって吸収される。ジェットフローからの流体フローは、矢印７２０によって図示される。７１０にて粒子が示され、粒子の周囲の矢印は、すべての方向に進む散乱光を図示する。収集光学素子は、レンズ７１２で図示され、検出器は、３２６で示される。図７の種々のパーツは、縮尺通りではない。なぜなら、図が縮尺通りである場合、レーザビームは、見出すには過度に小さく、光学素子は紙面と適合しないからである。さらに、収集光学素子７１２は、任意の特定のコレクタ光学素子を示すように意図されず、２つのミラー３１６および３１７ならびにレンズ３１８を用いる好適な実施形態のものを含んで、単に、用いられ得る任意のタイプのコレクタ光学素子を表す。当該分野において典型的であるように、レーザビーム１２１は、チップ３０１を通過する場合、砂時計形状を有する。なぜなら、レーザビームは、粒子がレーザビームを通過する場合、可能な限り薄く、すなわち高密度になるように集束させられているからである。寸法「ａ」は、Ｘ方向のウエスト７０３におけるレーザビーム１２１の厚さである。寸法「ｂ」は、ジェット３０１の端部７３０、７３１におけるレーザビーム１２１の厚さである。寸法「ｃ」は、ジェットチップ３０１のリーディングエッジ７３８からのレーザビーム１２１の軸７３６の距離である。点線７４２は、インサイチュ粒子カウンタの場合に生じるような、ジェットチップ３０１から遠い流体フロー７２０の中央における小さい体積からの光の収集を図示するように意図される。破線７４０は、容量性粒子カウンタの場合に生じるような、流体フロー７２０の体積全体を含む体積からの光の収集を図示するように意図される。これらの線は、収集光学素子における実際の光線を示すようには意図されない。なぜなら、これは、著しく複雑だからである。本発明の好適な実施形態は、１／ｅ２の照射された流体フロー７２０の全体積からの光を収集し、従って、これは容量性粒子カウンタである。モニタリング領域が、収集光学素子が光を収集する領域と１／ｅ２のレーザの照射領域との交差と定義される場合、本発明の好適な実施形態のモニタリング領域は、１／ｅ２のレーザの照射領域と流体フロー全体との交差である。しかしながら、本発明は、さらに、インサイチュ粒子カウンタ、および容量性粒子カウンタ以外のインサイチュでない粒子カウンタを大幅に改善する。
【００７２】
　図８は、レーザビームがチップ３０１を通過するときの５つの位置におけるレーザビームの正面図を図示する。５つの位置は、「ゼロ」位置で示されるウエスト７０３、ゼロ位置の５ｍｍ前であるチップ３０１のエッジ７３０、ゼロ位置の２．５ｍｍ前であるウエスト７０３とエッジ７３０との間の中間点、ゼロ位置を２．５ｍｍ過ぎたウエスト７０３とエッジ７３１との間の中間点、およびゼロ位置を５ｍｍ過ぎたエッジ７３１である。
【００７３】
　図９は、Ｚ軸７３６における強度と比較した場合の相対強度に対するＺ軸７３６からの距離に関して、Ｘ軸に沿うレーザビームのエネルギー分布９０５を示すグラフである。８０％の強度線９３０、５０％の強度線９２０、および１３．５％、すなわち、１／ｅ２の線９１０が示される。３つの線について測定された幅は、グラフの右側に示される。これらは、８０％の強度レベルでは、幅は１２ミクロン、５０％のレベルでは、幅は２１ミクロン、および１３．５％のレベルでは、幅は３５ミクロンである。従来は、粒子カウンタ分野において、レーザビームの幅は、１／ｅ２または１３．５％の幅として求められる。図１０は、中心の強度と比較した場合の、相対強度に対する、チップ３０１の中心と対応するレーザビームの中心からの距離に関して、Y軸に沿うビームのエネルギー分布１００５を示すグラフである。再び、８０％の強度線１０３０、５０％の強度線１０２０、および１３．５％、すなわち１／ｅ２の線１０１０が示される。３つの線について測定された幅は、グラフの右側に示される。これらは、８０％の強度レベルでは、幅は５８５ミクロン、５０％のレベルでは、幅は７８０ミクロン、および１３．５％のレベルでは、幅は１０２５ミクロンである。Ｙ方向、すなわち、図７において紙面に向かって中から外へと伸びる方向のジェットチップ３０１における開口部の高さは、１０００ミクロンと等しい１ｍｍであり、Ｙ方向のレーザビームの１／ｅ２の幅は、流体フロー７２０の厚さよりもわずかに大きいにすぎず、これは、すべてのフロー体積がモニタリングされることを可能にする。
【００７４】
　本発明の重要な特徴は、ビーム形成光学素子１１３が、ストリップレーザ１０５からレーザビーム１２１を形成して、このレーザビームが、粒子カウンタにて有効に用いられ得ることである。これが起こる態様をより良好に理解するために、発明の背景にて述べられたように、ジェット流入口３０１といった流れを生成する物理的物体から散乱した光が、出力にてノイズを生成し、このノイズが極めて小さい粒子の検出を阻止することを想起されたい。このノイズは、有限幅を有するレーザビームを生成することが不可能であるという事実から生じる。図７についての議論において、レーザビーム１２１の砂時計形状は、レーザビームの幅と定義されると述べられた。しかしながら、これは１／ｅ２の幅にすぎない。レーザビームは、実際、図９に示されるように、１／ｅ２の線９１０より下方へと引き続き減衰する。実際、レーザビームがゼロになることはないが、事実上、中心から一定の距離を越えて無限に続く。これは、測定するには過度に小さい。例えば、図９において、テール９１１は、レーザビームの中心９０７から７５ミクロン外側へ伸びる。しかしながら、１／ｅ２の距離と、レーザビーム強度が測定するには過度に小さい点との間の部分は、物理作用を有する。図７から見出され得るように、レーザビームは、ジェットチップ３０１に過度に近づいている場合、レーザビームのこの「テール」は、チップ３０１から散乱し、散乱光のいくらかは、収集光学素子７１２のモニタリング領域内に入る。これは、レーザビーム１２１をジェットチップ３０１から遠くに配置することによって低減または回避され得、しかしながら、ジェットチップ３０１からさらに遠くになると、フロー７２０が乱れ、そして測定された粒子がサンプル内の粒子を正確に表さないという見込みが増える。これは、インサイチュシステムでのように、ジェットチップ３０１から遠くのレーザビーム１２１の小さい領域に、収集光学素子からの光を集束させることによってもかなり低減され得るが、これは、所望でない汚染レベルを決定する時間を増加させる。より詳細に後述されるように、本発明は、この問題を、テール９１１が非常に小さくなるようにレーザビーム１２１を強度に集束させ、その後、残りの強度レベルをアパーチャアセンブリ１２２によって絞る（ａｐｅｒｔｕｒｅｉｎｇ）ことによって克服する。これは、レーザビーム１２１が、チップから著しい散乱を生成することなく、ジェットチップ３０１の非常に近くに配置されることを可能にする。
【００７５】
　レーザビームの強度プロファイルをＹ方向で、すなわち、フロー７２０の高さに沿って、可能な限り方形波に近くなるように有することが望ましい。レーザビームプロファイルが、ビームの高さに沿って方形波である場合、これは、強度が高さに沿ってすべて均一であることを意味する。その結果、ビームのエッジに近い粒子は、ビームの中心に近い粒子と同じだけの光を散乱させる。粒子カウンタは、散乱光の強度から粒子の大きさを決定するので、これは、すべての粒子の大きさが正確に決定されることを可能にする。従来技術の粒子カウンタにおいて、レーザビームの中心およびエッジにおける粒子による散乱の強度の差は、検出器アレイを用いることによって、ある程度相殺され得るが、可能な限り均一な光のビームをＹ方向に有することが、依然として重要である。
【００７６】
　上述のように、１つの重要な局面は、レーザ１０５、および光学素子アセンブリ１１３を形成するビームは、図７の表示におけるレーザビーム１２１の垂直軸、すなわち、Ｘ軸に沿って、ビームが単一モードになるように、かつ多モードがＹ軸、すなわち、図７における紙面に向かって中から外へと伸びる軸に限定されるように構成される。単一モードは、多モードよりもはるかに容易に制御および形成され得るので、これは、光学素子がＸ軸に沿うレーザビームを強力に狭窄することを可能にする。流体フロー７２０、従って、粒子フローは、Ｘ方向である。粒子を有効に検出するために、ビーム中の光の強度は、可能な限り大きくされる。従って、ビームは、Ｘ軸に沿って可能な限り狭い。本発明の特徴は、レーザビームのウエストにおけるビームの１／ｅ２の幅、すなわち、距離「ａ」は、７５ミクロン以下であり、好適には、５０ミクロン以下である。好適な実施形態において、これは３５ミクロンである。この幅は、粒子カウンタの１／ｅ２の幅と同じだけ良好か、またはこれよりも良好であり、従来の低出力レーザダイオードは、ＴＥＭ００モードのみを有する。本発明の別の特徴は、Ｙ軸に沿う、すなわち、ジェットチップ３０１の高さに沿うビームの中心、端部７３０および７３１におけるビームの１／ｅ２の幅は、２００ミクロン以下であり、より好適には、この幅は、１７５ミクロン以下であり、好適な実施形態において、これは約１５０ミクロンである。これは、ビームの最大開きであることに留意されたい。すなわち、図８から、Ｙ軸に沿うビームの上部および下部において、ビームの拡大が、ウエストからの距離ほどは大きく離れないことが見出され得る。粒子カウンタ分野の当業者でない者には、ウエスト７０３から７３０の部分および７３１の部分の両方へのビームの拡大は大きく見え得るが、これは、実際、粒子カウンタのレーザビームに典型的なことである。すなわち、はるかに強力なストリップレーザダイオードに関する性能は、従来の低出力ダイオードに関する性能と同じほど良好である。これらの特徴は、チップから著しい光の散乱を生成することなく、レーザビーム１２１をジェットチップ３０１の非常に近くに配置する能力において重要な役割を演じる。この特徴は、容量性機器において優れた感度を可能にする際に重要な役割を演じる。
【００７７】
　本発明の別の特徴は、図９のグラフがガウスであるということである。すなわち、レーザビームの強度は、ガウス曲線にて減衰する。当該分野にて公知のように、理想的には、図９のグラフは、方形波である。なぜなら、ビームの強度は、幅全体にわたって均一になり、そして急速にゼロへと降下するからである。ビームにわたって均一であるということは、散乱強度が、粒子がビームを通過するときに変化しないことを意味し、かつ急速な降下は、上述のように、チップ３０１からの光の散乱が回避され得ることを意味する。しかしながら、レーザビームの方形波強度プロファイルのようなものはない。本発明による粒子カウンタにおけるビーム１２１のガウスプロファイルは、急速に減衰するが、従って、レーザビームはチップからの散乱というリスクを有することなく、ジェットチップ３０１の近くに配置され得る。レーザビーム１２１の中心軸７３６のジェットチップ３０１からの分離距離「ｄ」は７ｍｍ以下であり、好適には、５ｍｍ以下である。最も好適には、これは４ｍｍ以下であり、好適な実施形態において、これは約３．５ミリメートル（ｍｍ）であることは、本発明の特徴である。しかしながら、異なったシステム構成のために異なった分離距離が用いられ得ること、およびすべてのこのような変形が、本発明の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。
【００７８】
　本発明のさらなる重要な特徴は、図１０のグラフが、ガウス分布よりも均一であり、すなわち、ガウス分布よりも方形波に近くさえある。この曲線は、実際、ＴＥＭ００モードレーザを用いてであっても、可能な限り理想的なエネルギー密度曲線であり、従って、強度レベルは、ビームの高さにわたって、可能な限りほぼ均一である。このような良好な結果が、多モードを含む軸に沿って取得されることは意外である。この均一性は、ビームの下部に近い粒子が、ビームの中心に近い粒子と同じ光の量を反射することを意味し、これは、粒子のより正確な大きさの決定を可能にする。
【００７９】
　本発明のさらなる重要な特徴は、本発明による粒子カウンタが、流体の分子から散乱した光によって生成されるノイズよりも大きい任意のノイズが実質的に存在しない出力を有することである。すなわち、粒子カウンタの感度は、流体それ自体によって生成されるノイズによってのみ制限される。これは、２，３の従来技術の内部共振器粒子カウンタにおいては達成されているが、これまで、このような高い出力を利用する外部共振器粒子カウンタにおいては達成されていない。特に、これは、レーザダイオードを利用して達成されていない。
【００８０】
　ストリップレーザダイオードを利用する斬新な粒子カウンタシステムが記載されてきた。図面に示され、かつ本明細書中に記載された特定の実施形態は、例示の目的であり、上記の請求項に記載される本発明を限定すると解釈されるべきでないことが理解されるべきである。さらに、当業者は、ここで、記載された特定の実施形態について、本発明の主旨から逸脱することなく、多数の使用および改変を行い得ることが明らかである。例えば、３２０といった光コレクタは、単一の光検出器といった単純なコレクタから、多数のレンズ、および／またはミラーおよび／または複数の検出器を用いる非常に複雑なシステムにわたる多様な他のコレクタと置き換えられ得る。記載された方法は、複数の例において、異なった順序で実行され得、あるいは、等価な構造およびプロセスが記載された種々の構造およびプロセスと置換され得ることもまた明らかである。従って、本発明は、本発明に存在するおよび／またはここで記載された本発明により所有される特徴の各々およびすべての斬新な特徴および特徴の斬新な組み合わせを含むと解釈され得る。
【００８１】
　空気流を生成する流入口ジェットチップ、レーザビームを生成するストリップレーザダイオード、ならびに、非球面コリメートレンズ、無色収差球面レンズ、シリンダレンズおよび一連のカスケード接続するアパーチャを含むビーム形成システムを備える。リターダは、ＴＥモードが流体フローの方向に沿うように偏光を回転させる。光学系は、流れ軸に沿って、レーザビームが単一モードである一方で、ストリップレーザが原因の多モードは、フローに対して直角の寸法に制約されるように設計される。ビームは、３５ミクロンのウエストに狭窄され、かつ流れ方向に沿うガウスプロファイルを有する。ガウスプロファイルは、ビームをフローチップの３．５ｍｍ内に配置させる一方で、迷光がチップから拡散することを防止することを可能にする。流れに対して直角の軸に沿うビームプロファイルは、ガウスプロファイルよりも方形波に近い。粒子カウンタ出力は、流体の分子から散乱する光によって生成されるノイズを除いて、容量性粒子カウンタの場合であっても、実質的に、すべてのノイズを有しない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、本発明の好適な実施形態による、粒子カウンタの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示されるシステムの平面図である。
【図３】図３は、図２の線３〜３を通って取得された、図１のシステムの簡略化および部分的に改変された断面である。
【図４】図４は、図１のシステムのレーザアパーチャアセンブリの側面の断面図である。
【図５】図５は、図４のアパーチャプレートの平面図である。
【図６】図６は、図１のシステムのビームストップアセンブリの側面の断面図である。
【図７】図７は、本発明の好適な実施形態による、流入口ジェットチップの隣に配置されたレーザビームの一部の位置の側面図である。
【図８】図８は、流入口ジェットチップを通過する、５つの位置におけるレーザビームの正面図である。
【図９】図９は、相対強度に対するレーザビームの中心からの距離に関して、Ｘ軸に沿うレーザビームのエネルギー分布をグラフで示す。
【図１０】図１０は、相対強度に対するレーザビームの中心からの距離に関して、Ｙ軸に沿うレーザビームのエネルギー分布をグラフで示す。
【符号の説明】
【００８３】
　１０５　レーザ
　１１３　ビーム形成光学素子
　１２１　レーザビーム
　３０１　ジェットチップ
　３２６　検出器
　７０３　ウエスト
　７１０　粒子
　７２０　フロー
　７３０　エッジ
　７３１　エッジ
　７３８　リーディングエッジ
　７４０　破線
　７４２　点線
【図１】
2004085573.tif 000008
【図２】
2004085573.tif 000009
【図３】
2004085573.tif 000010
【図４】
2004085573.tif 000011
【図５】
2004085573.tif 000012
【図６】
2004085573.tif 000013
【図７】
2004085573.tif 000014
【図８】
2004085573.tif 000015
【図９】
2004085573.tif 000016
【図１０】
2004085573.tif 000017