(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の２０μｍ未満のサイズを有する粒子の粒子密度を検出するための粒子検出器（２００）の動作条件を決定する方法であって、前記粒子検出器（２００）がレーザー（１１１）を備え、前記レーザーがマルチモード垂直共振器面発光レーザーであり、前記方法が、
レーザー光（１１２）が前記レーザーによって放射されるように、前記レーザー（１１１）に駆動電流を供給するステップと、
前記駆動電流を所定の駆動電流の範囲内で変化させるステップと、
前記駆動電流の関数として、前記レーザー（１１１）のレーザー空洞内の光波の強度信号を決定するステップと、
前記駆動電流の関数として、前記強度信号の雑音測度を決定するステップと、
前記雑音測度が所定の閾値を下回る駆動電流の範囲を決定するステップと、
前記決定された駆動電流の範囲から粒子検出のための駆動電流を選択することによって、前記粒子検出器（２００）の動作条件の少なくとも一部を決定するステップと、
前記粒子検出器（２００）の動作中にトリガーイベントを検出するステップと、
前記粒子検出器（２００）の動作中に前記レーザー（１１１）のレーザー空洞内の光波のレーザー空洞内の前記強度信号の前記雑音測度を決定するステップと、
前記粒子検出器（２００）の動作中の前記雑音測度が動作閾値を超える場合に駆動電流の新たな範囲を決定するステップと、
前記決定された新たな駆動電流の範囲から粒子検出のための新たな駆動電流を選択することによって、前記粒子検出器の動作条件の少なくとも一部を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記駆動電流の範囲が、周囲温度の関数として、さらに決定され、
前記粒子検出のための駆動電流が、粒子検出中の周囲温度に応じて選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記駆動電流の範囲が、前記粒子検出器（２００）の動作温度の関数として、さらに決定され、前記粒子検出のための駆動電流が、粒子検出中の動作温度に応じて選択される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記トリガーイベントが、前記粒子検出器（２００）の動作中の前記レーザー（１１１）のレーザー空洞内の光波のレーザー空洞内の自己混合干渉信号の信号対雑音比が信号対雑音比の閾値を下回ることを検出することである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トリガーイベントが、前記粒子検出器（２００）のスイッチを入れることである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記トリガーイベントが、所定期間の満了である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記新たな駆動電流で前記粒子検出器（２００）の較正手順を開始する、追加のステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
流体中の２０μｍ未満のサイズを有する粒子の粒子密度を検出するための粒子検出器（２００）であって、
前記粒子検出器（２００）が、レーザー（１１１）を備え、
前記粒子検出器（２００）が、前記レーザー（１１１）に駆動電流を供給するための電気駆動部（１３０）をさらに備え、
前記粒子検出器（２００）が、前記レーザー（１１１）のレーザー空洞内の光波の自己混合干渉信号を決定するために前記レーザー（１１１）に結合された検出器（１２１）をさらに備え、
前記粒子検出器（２００）が、コントローラ（１５０）をさらに備え、
前記レーザーが、マルチモード垂直共振器面発光レーザーであることを特徴とし、
前記粒子検出器（２００）が、トリガーイベントを決定するように構成されていることを特徴とし、
前記コントローラ（１５０）が、前記トリガーイベントの検出後に前記レーザー（１１１）の駆動電流を所定の駆動電流の範囲内で変化させるように前記電気駆動部（１３０）を制御する制御信号を供給するように構成されており、
前記コントローラ（１５０）が、前記検出器（１２１）によって供給された検出信号に基づいて、前記駆動電流の関数として、前記レーザー空洞内の強度信号の雑音測度を決定するようにさらに構成されており、
前記コントローラ（１５０）が、前記雑音測度が所定の閾値を下回る駆動電流の範囲を決定するようにさらに構成されており、
前記コントローラ（１５０）が、前記決定された駆動電流範囲から粒子検出のための駆動電流を選択するようにさらに構成されており、
前記コントローラ（１５０）が、前記粒子検出器（２００）の動作中に前記駆動電流を供給するように前記電気駆動部（１３０）を制御するようにさらに構成されている、
粒子検出器（２００）。
【請求項９】
前記コントローラ（１５０）が、前記粒子検出器（２００）の動作中に前記検出器（１２１）によって決定された前記自己混合干渉信号の信号対雑音比を決定するように構成されており、
前記コントローラ（１５０）が、前記粒子検出器（２００）の動作中の前記信号対雑音比が、信号対雑音比の閾値を下回る場合に前記レーザー（１１１）の前記駆動電流を変化させるように前記電気駆動部（１３０）を制御するための制御信号を供給するようにさらに構成されている、請求項８に記載の粒子検出器。
【請求項１０】
前記コントローラ（１５０）が、前記粒子検出器（２００）の動作中に前記駆動電流を供給するために前記電気駆動部を制御した後に較正手順を開始するようにさらに構成されている、請求項８または９に記載の粒子検出器。
【請求項１１】
前記垂直共振器面発光レーザーが、５μｍから７μｍの間の直径を有するアパーチャを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載の粒子検出器。
【請求項１２】
前記垂直共振器面発光レーザーの半導体面と蛍光取り出し面との間の界面が、前記レーザー（１１１）の定常波パターンの波腹から少なくとも２０ｎｍだけ離れている、請求項８から１１のいずれか一項に記載の粒子検出器。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか一項に記載の粒子検出器（２００）を備えるモバイル通信デバイス（３００）。
【請求項１４】
請求項８から１２のいずれか一項に記載の粒子検出器（２００）に含まれる少なくとも１つのメモリデバイス上または前記粒子検出器（２００）を備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイス上に記憶できるコード手段を含むコンピュータプログラム製品であって、
前記コード手段が、請求項１から７に記載の方法が前記粒子検出器（２００）に含まれる少なくとも１つの処理デバイスによって、または前記粒子検出器（２００）を備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスによって、実行され得るように構成されている、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーベースの粒子検出器の動作条件を決定する方法に関する。本発明はさらに、粒子検出器および、このような粒子検出器を備えるモバイルデバイスに関する。本発明は最後に、関連するコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２０１５２０７２８９号明細書は、粒子センサー装置を開示している。この粒子センサー装置は、光放射装置を備えており、この光放射装置は、光ビームを放射して、少なくとも１つの粒子を内部に有し得る体積体に少なくとも部分的に照射可能であるように構成され、粒子センサー装置はまた、少なくとも１つの検出面を有する光検出装置を備えており、この光検出装置は、少なくとも１つの検出面に上記少なくとも１つの粒子において散乱された光ビームの少なくとも一部分が当たり、上記少なくとも１つの検出面に当たる光ビームの強度および／または強度分布に関する少なくとも１つの情報信号を表示可能であり、粒子センサー装置はさらに、評価装置を備えており、この評価装置を用いて、粒子の有無、粒子の数、粒子密度および／または粒子の少なくとも１つの特性に関する情報を識別可能かつ表示可能である、粒子センサー装置であって、この粒子センサー装置は、少なくとも１つのレンズ素子を備えており、この少なくとも１つのレンズ素子は、放射された光ビームを上記体積体内の集束領域に集束可能であるように配置されている。
【０００３】
国際公開第２０１７／０１６８８８号は、粒子密度検出用レーザーセンサーモジュールを開示している。レーザーセンサーモジュールは、少なくとも１つの第１のレーザーと、少なくとも１つの第１の検出器と、少なくとも１つの電気駆動部とを備える。第１のレーザーは、少なくとも１つの電気駆動部によって供給される信号に反応して第１のレーザー光を放射するようになされている。少なくとも１つの第１の検出器は、第１のレーザーの第１のレーザー空洞内の光波の第１の自己混合干渉信号を検出するようになされている。第１の自己混合干渉信号は、第１のレーザー光の少なくとも一部を受け取る粒子によって反射された第１のレーザー空洞に再入射する第１の反射レーザー光によって引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１５２０７２８９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１７／０１６８８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、より確かな粒子検出を可能にするために粒子検出器の動作条件を決定する方法および対応する粒子検出器を提供することである。本発明は、独立請求項によって定義される。従属請求項は、有利な実施形態を定義する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズを有する粒子の粒子密度を検出するための、レーザーベースの粒子検出器の動作条件を決定する方法が提案される。粒子検出器は、レーザーを備える。レーザーは、マルチモード垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。本方法は、
レーザー光がレーザーによって放射されるように、レーザーに駆動電流を供給するステップと、
駆動電流を所定の駆動電流の範囲内で変化させるステップと、
駆動電流の関数として、レーザーのレーザー空洞内の光波の強度信号を決定するステップと、
駆動電流の関数として、強度信号の雑音測度を決定するステップと、
雑音測度が所定の閾値を下回る駆動電流の範囲を決定するステップと、
決定された駆動電流の範囲から粒子検出のための駆動電流を選択することによって、粒子検出器の動作条件の少なくとも一部を決定するステップと
を含む。
【０００７】
例えば、集積フォトダイオード（ＶｉＰ：integrated photodiodes）のような検出器を有するＶＣＳＥＬは、自己混合干渉（ＳＭＩ：self-mixing interference）の原理に基づいて、距離、変位、または速度を測定するためのセンサーとして一般に使用されている。この種の比較的新たな用途は、粒子検出、および特に粒子密度の測定であり、これにより、例えば大気質の測定が可能になる。この種のデバイスは、携帯電話に集積化されるのにさえ十分に単純で小型であり得る。
【０００８】
シングルモードＶＣＳＥＬは、シングルモードＶＣＳＥＬの信頼できる動作特性のために、自己混合干渉測定による粒子検出に使用され得る。しかし、シングルモードＶＣＳＥＬは、約２から３μｍの比較的小さな有効直径のＶＣＳＥＬを使用する必要があり、これは、有効直径に関する非常に厳しい製造公差、高電流密度に起因する制限された信頼性、およびマルチモードＶＣＳＥＬと比較して低い効率などのいくつかの問題および欠点につながる。マルチモードＶＣＳＥＬは、例えば、周囲温度、ＶＣＳＥＬの動作温度、ＶＣＳＥＬの経時変化、ＶＣＳＥＬの製造普及などに応じて動作特性が変化するかもしれないという欠点を有する。
【０００９】
提案された方法は、特に粒子検出のための連続波発振動作におけるマルチモードＶＣＳＥＬの使用を可能にする。マルチモードＶＣＳＥＬは、動作条件に応じて種々の支配的な光学モードがレーザー空洞内に存在するようにＶＣＳＥＬを駆動することができることを特徴とする。マルチモードＶＣＳＥＬの有効直径は、通常３μｍよりも大きく、特に４μｍよりも大きい。
【００１０】
検出器は、例えば、集積フォトダイオードまたはレーザー空洞にわたるインピーダンスを測定するように構成されたインピーダンス測定デバイスのような、レーザー空洞内の光学モードの強度信号を決定するのに適した任意の測定デバイスであり得る。
【００１１】
検出器は、強度雑音または例えば、レーザー空洞内の光学モードの変化（モードホッピング）に対応し得る強度信号を検出する。強度信号は、マルチモードＶＣＳＥＬの動作条件の信頼性を決定するために使用することができる雑音測度を提供する。雑音測度が所定の閾値を下回るとすぐに、ＶＣＳＥＬの信頼できる動作、したがって信頼できる粒子検出を可能にし得る。強度信号は、例えば、レーザー空洞内の自己混合干渉信号に対応し得る。雑音測度は、例えば、レーザー空洞内の自己混合干渉信号の信号対雑音比の逆数に対応し得る。粒子検出器に含まれるＶＣＳＥＬの駆動条件の信頼性を示す雑音測度を得るために、自己混合干渉信号の測定信号、したがって信号対雑音比は必要ないことを強調しなければならない。
【００１２】
駆動電流の範囲は、周囲温度の関数として決定されてもよい。粒子検出のための駆動電流は、粒子検出中の周囲温度に応じて選択される。周囲温度は、ＶＣＳＥＬの動作条件に関して影響を与え得る。したがって、駆動電流の範囲は、種々の周囲温度について決定され得、対応する測定データは記憶装置内に記憶され得る。したがって、ＶＣＳＥＬの駆動電流は、粒子検出中の周囲温度に適合し得る。周囲温度は、粒子検出器によって決定されてもよく、または例えば通信チャネルによって入手可能な所定の場所の温度データのような外部情報源から取得されてもよい。
【００１３】
駆動電流の範囲は、粒子検出器の動作温度の関数として、さらに決定されてもよい。粒子検出のための駆動電流は、粒子検出中の動作温度に応じて選択される。粒子検出器の動作温度、特に粒子検出器に含まれるＶＣＳＥＬの動作温度は、所定の駆動電流における雑音測度を決定し得る。したがって、駆動電流の範囲は、種々の動作温度について決定されてもよく、対応する測定データは粒子検出器の記憶装置内に記憶され得る。ＶＣＳＥＬの駆動電流は、粒子検出器の動作温度、そして特に粒子検出中または粒子検出直前のＶＣＳＥＬの動作温度に適合し得る。動作温度は、粒子検出器の温度センサーによって決定されてもよい。雑音測度の１つの依存性のみが任意に決定され得るように周囲温度と動作温度との間の既知の関係が使用されてもよい。駆動電流の範囲および粒子検出のための駆動電流は、工場で決定されてもよく、粒子検出器は、種々の周囲温度または動作温度についての種々の駆動電流の場合の、それぞれの駆動電流について較正されてもよい。較正は、動作温度が駆動電流に依存し得ることを考慮に入れることができる。
【００１４】
上記の本方法は、追加のステップとして、
粒子検出器の動作中にトリガーイベントを検出するステップと、
粒子検出器の動作中にレーザーのレーザー空洞内の光波のレーザー空洞内の強度信号の雑音測度を（任意にトリガーイベント検出後に）決定するステップと、
粒子検出器の動作中の雑音測度が動作閾値を超える場合に、駆動電流の新たな範囲を決定するステップと、
決定された新たな駆動電流の範囲から粒子検出のための新たな駆動電流を選択することによって、粒子検出器の動作条件の少なくとも一部を決定するステップと
を含み得る。
【００１５】
最適な動作条件、特に最適な駆動電流は、例えば粒子検出器の寿命の間に変化してもよい。したがって、上記のような動作条件を決定する本方法は、トリガーイベントの検出後に実行されてもよい。トリガーイベントは、粒子検出器の性能または信頼性に関連し得る。
【００１６】
トリガーイベントは、例えば、粒子検出器の動作中のレーザーのレーザー空洞内の光波のレーザー空洞内の自己混合干渉信号の信号対雑音比が信号対雑音比閾値を下回ることを検出することであってもよい。粒子、特に粒子密度を決定するために使用される自己混合干渉信号の信号対雑音比は、粒子検出器または粒子検出モジュールの性能および信頼性を決定するために連続的に監視されてもよい。
【００１７】
あるいは、粒子検出器、および特にＶＣＳＥＬの動作条件を決定する方法を開始するためのトリガーイベントを提供するために、強度信号および対応する雑音測度を粒子検出器の駆動電流で決定してもよい。この場合、トリガーイベントは、雑音測度を決定することと同一であってもよい。
【００１８】
トリガーイベントは、代替的に、または、これに加え、粒子検出器のスイッチを入れること、および／または所定の期間の満了であってもよい。これらの場合、トリガーイベントは、その後のステップで実行される雑音測度を決定することとは無関係である。
【００１９】
本方法は、新たな駆動電流で粒子検出器の較正手順を開始する追加のステップを含み得る。
【００２０】
感度および計数率は、レーザーベースの粒子検出器、および特に粒子検出器に含まれるＶＣＳＥＬの動作条件に依存し得る。したがって、決定された駆動電流の範囲から駆動電流を選択した後に粒子検出器を較正することが好ましい場合がある。動作条件が、上記のようにトリガーイベントの検出後の粒子検出器の動作中に決定される場合、後者は特に重要であり得る。
【００２１】
潜在的な較正手順は、粒子測定を実行して基準値を入力することであってもよい。基準値は、例えば、公に入手可能な情報から、例えば所定の場所についての他のセンサー（特に業務用機器）の測定結果として取得し得る。別の選択肢は、例えば参照粒子密度の測定であってもよい。参照粒子密度は、容器を粒子検出器の対応する界面に結合するための界面を任意に含み得る密閉容器内に提供されてもよい。
【００２２】
さらなる態様によれば、流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズを有する粒子の粒子密度を検出するための、レーザーベースの粒子検出器が提供される。粒子検出器は、レーザーを備える。レーザーは、マルチモード垂直共振器面発光レーザーである。粒子検出器は、レーザーに駆動電流を供給するための電気駆動部をさらに備える。粒子検出器は、レーザーのレーザー空洞内の光波の自己混合干渉信号を決定するためにレーザーに結合された検出器をさらに備える。粒子検出器は、さらにコントローラを備える。コントローラは、電気駆動部を制御してレーザーの駆動電流を所定の駆動電流の範囲内で変化させるための制御信号を供給するように構成されている。コントローラは、検出器によって供給された測定信号に基づいて、駆動電流の関数として、レーザー空洞内の強度（雑音）信号の雑音測度を決定するようにさらに構成されている。コントローラは、雑音測度が所定の閾値（低雑音範囲）を下回る駆動電流の範囲を決定するようにさらに構成されている。コントローラは、決定された駆動電流の範囲から粒子検出のための新たな駆動電流を選択するようにさらに構成されている。コントローラは、粒子検出器の動作中に新たな駆動電流を供給するために電気駆動部を制御するようにさらに構成されている。
【００２３】
コントローラは、粒子検出器の動作中に検出器によって決定された自己混合干渉信号の信号対雑音比を決定するように構成されてもよい。コントローラは、粒子検出器の動作中の信号対雑音比が信号対雑音比の閾値を下回る場合に、レーザーの駆動電流を変化させるために電気駆動部を制御するための制御信号を供給するようにさらに構成されている。
【００２４】
コントローラは、粒子検出器の動作中に新たな駆動電流を供給するために電気駆動部を制御した後に、上記のように較正手順を開始するようにさらに構成されてもよい。
【００２５】
粒子検出器のＶＣＳＥＬは、好ましくは実質的な雑音測度に関連する高強度信号なく、または本質的になく広範囲の駆動電流を供給するために、弱い導光を特徴としてもよい。ＶＣＳＥＬは、例えば、５μｍから７μｍの間の（有効な）アパーチャ直径を特徴としてもよい。ＶＣＳＥＬは、代替的に、または、これに加え、ＶＣＳＥＬの半導体面と蛍光取り出し面との間の界面が、ＶＣＳＥＬの定常波パターンの波腹から少なくとも２０ｎｍだけ離れていることを特徴としてもよい。
【００２６】
空気清浄機、排気フード、自動車、センサーボックス、またはモバイル通信デバイスのような装着型デバイスなどは、上記のような任意の実施形態による粒子検出器を含んでもよい。
【００２７】
さらなる態様によれば、コンピュータプログラム製品が提示される。コンピュータプログラム製品は、粒子検出器の少なくとも１つのメモリデバイス上または粒子検出器を備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイス上に記憶できるコード手段を含む。コード手段は、粒子検出器の少なくとも１つの処理デバイスによって、または粒子検出器を備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスによって、上記の任意の実施形態による方法を実行できるように構成されている。
【００２８】
メモリデバイスまたは処理デバイスは、粒子検出器（例えば、電気駆動部、コントローラなど）または粒子検出器を備えるデバイスに含まれてもよい。粒子検出器を備えるデバイスの第１のメモリデバイスおよび／または第１の処理デバイスは、粒子検出器に含まれる第２のメモリデバイスおよび／または第２の処理デバイスと相互作用することができる。
【００２９】
メモリデバイスは、情報、特にデジタル情報を記憶するように構成されている任意の物理デバイスであってもよい。メモリデバイスは、ソリッドステートメモリまたは光メモリの群から特に選択されてもよい。
【００３０】
処理デバイスは、データ処理、特にデジタルデータの処理を実行するように構成されている任意の物理的デバイスであってもよい。処理デバイスは、プロセッサー、マイクロプロセッサーまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の群から特に選択されてもよい。
【００３１】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法および請求項９から１３のいずれか一項に記載の粒子検出器は、特に従属請求項に定義されるように、類似および／または同一の実施形態を有することを理解されたい。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項と、それぞれの独立請求項との任意の組合せであり得ることを理解されたい。
【００３３】
さらなる有利な実施形態を以下に定義する。
【００３４】
本発明の、これらおよび他の態様は、以下に記載の実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】粒子検出器の主な略図を示す図である。
【図２】マルチモードＶＣＳＥＬのレーザー電流に対する雑音の測度を示す図である。
【図３】粒子検出器を備えるモバイルデバイスの主な略図を示す図である。
【図４】粒子検出器の動作条件を決定する方法の主な略図を示す図である。
【００３６】
図において、全体を通して同じ番号は同じ対象を指す。図中の対象は、必ずしも正寸ではない。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の種々の実施形態を、図を用いて説明する。
【００３８】
自己混合干渉は、対象の動き、および対象までの距離を検出するために使用される。自己混合干渉についての背景情報は、参照により組み込まれる「Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｇｉｕｌｉａｎｉ，Ｇ．、Ｎｏｒｇｉａ，Ｍ．、Ｄｏｎａｔｉ，Ｓ．およびＢｏｓｃｈ，Ｔ．、センシング用途のためのレーザーダイオード自己混合技術、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、２００２年、４号、Ｓ．２８３頁からＳ．２９４頁に記載されている。光入力デバイス内のセンサーに対する指先の動きの検出は、参照により組み込まれる国際公開第０２／３７４１０号に詳細に記載されている。自己混合干渉の原理は、国際公開第０２／３７４１０号に提示された例に基づいて論じられている。レーザー空洞を有するダイオードレーザーは、レーザーまたは測定光を放射するために提供される。デバイスは、その上面に、横切って対象、例えば人間の指が動かされる透明窓が設けられている。レンズは、ダイオードレーザーと窓との間に配置されている。このレンズは、透明窓の上面または近くにレーザー光の焦点を合わせる。この位置に対象が存在すると、測定光は散乱する。測定光の放射の一部は照明光の方向に散乱し、この部分は、レンズによってレーザーダイオードの放射面上に集束され、このレーザーの空洞に再入射する。ダイオードレーザーの空洞に再入射する放射線は、レーザーのゲイン、したがってレーザーによって放射された放射線の強度の変動を誘導し、そして、この現象は、ダイオードレーザーの自己混合効果と呼ばれる。
【００３９】
レーザーによって放射された放射線またはレーザー空洞内の光波の強度の変化は、レーザー空洞にわたるインピーダンス変動を決定するように構成されたフォトダイオードまたは検出器によって検出することができる。ダイオードまたはインピーダンス検出器は放射線変動を電気信号に変換し、そして、この電気信号を処理するために電子回路が設けられている。
【００４０】
自己混合干渉信号は、粒子検出の場合には、例えば、短い信号バーストまたはいくつかの信号バーストを特徴としてもよい。これらの信号で観察されるドップラー周波数は、光軸に沿った粒子速度の尺度である。したがって、信号検出および信号分析を単純化するために直流駆動電流を使用することが好ましい場合がある。例えば、より大きな粒子または攪乱物でのレーザー光の反射によって発生し得る自己混合干渉信号によって粒子の位置または速度を決定するために、変調された駆動電流を使用してもよい。距離（および任意に速度）は、１回の測定内または後続の測定ステップで決定することができる。したがって、光内の偽の対象を決定するために、意図された粒子数、速度および変調された駆動電流の粒子測度を第２の期間内に生成するために直流駆動電流を第１の期間内に使用することが可能であり、または有益でさえあり得る。信号の持続時間および強度は、粒子サイズを決定するために任意に使用されてもよい。
【００４１】
図１は、粒子検出器２００の主な略図を示す。粒子検出器２００は、レーザー１１１を備える。レーザー１１１は、マルチモードＶＣＳＥＬである。ＶＣＳＥＬは、電気駆動部１３０によって供給される駆動電流に反応してレーザー光１１２を放射するように構成されている。自己混合干渉信号は、例えば粒子検出器２００の表面と平行な粒子流に含まれる粒子によってレーザー光１１２を反射した後に発生し得る。自己混合干渉信号は、この場合、ＶＣＳＥＬの半導体層構造に集積されたフォトダイオードである検出器１２１によって検出される。集積フォトダイオードは、レーザー空洞内の光波とレーザー光１１２の反射光との自己混合干渉によって引き起こされるＶＣＳＥＬのレーザー空洞内の光波の変動を決定する。レーザー空洞内の自己混合干渉信号によって引き起こされる電気検出信号は、検出器１２１からコントローラ１５０に転送される。コントローラ１５０は、電気検出信号を評価し、レーザー光１１２を横切る粒子に関連する測定信号を供給する。測定信号は、粒子の粒子密度または粒子密度を決定するために使用することができる生データを含み得る。コントローラ１５０によって生成された測定信号は、インターフェース１３５によって交換することができる。測定信号は、例えば、測定信号に基づいてさらなるデータ分析を実行する外部計算デバイスに転送することができる。共通インターフェース１３５は、さらに、電力を粒子検出器２００に転送するために使用され得る。代替的に、電力および測定信号を交換するために種々のインターフェースが使用され得る。粒子検出器は、代替的に、または、これに加え、測定信号に基づいて生成される測定結果を提示するためのユーザーインターフェースを備えてもよい。レーザー光１１２は、例えば、粒子検出器２００に含まれる可動ミラー（図示せず）によって、静的または可動であり得る。粒子検出器２００は、レーザー光１１２を操作し、かつ特にレーザー光１１２の焦点を合わせるためのさらなる光学素子または光学デバイスを任意に備えてもよい。
【００４２】
コントローラ１５０は、プロセッサーまたはマイクロプロセッサーおよび対応するメモリを備える。コントローラ１５０は、粒子検出器２００の動作中に検出器１２１によって決定された自己混合干渉信号の信号対雑音比を決定するように構成されている。コントローラ１５０は、粒子検出器２００の動作中の信号対雑音比が信号対雑音比閾値を下回る場合、ＶＣＳＥＬの駆動電流を所定の駆動電流の範囲内で変化させるように電気駆動部１３０を制御するための制御信号を供給する。コントローラ１５０は、検出器１２１によって供給される電気検出信号に基づいて、駆動電流の関数として、レーザー空洞内の強度信号の雑音測度を決定する。コントローラ１５０は、雑音測度が所定の閾値（信号対雑音比閾値を上回る信号対雑音比）を下回る駆動電流の範囲を決定する。コントローラ１５０は、決定された駆動電流の範囲から粒子検出用の新たな駆動電流を選択する。コントローラ１５０は、粒子検出器２００の動作中に新たな駆動電流を供給するように電気駆動部１３０を制御する。したがって、粒子検出器２００は、電気駆動部１３０によって供給された駆動電流が、例えば、図２に関して論じたようにモードホップの範囲内でＶＣＳＥＬを駆動するかどうかを決定するようになされている。この場合、粒子検出器２００は、信頼性のある測定信号を供給するために代替の駆動条件を決定する。
【００４３】
図２は、マルチモードＶＣＳＥＬのレーザー駆動電流１２に対する雑音１１の測度を示す。マルチモードＶＣＳＥＬは、Δλ／ΔＩが約０．３ｎｍ／ｍＡの波長シフトを特徴とする。約１．２ｍＡにおいて測定された強度雑音１５の第１のピークは、最も損失が少ないモードでのレーザー動作の開始を示す。高電流（約２．４ｍＡおよび約３．３ｍＡ）におけるピークは、高次モードの閾値と一致する。ＳＭＩベースの粒子検出のための適切な範囲は、例えば１．５ｍＡから２．１ｍＡの間または２．６ｍＡから３．０ｍＡの間である。１．５ｍＡから２．１ｍＡの間の線および二重矢印によって示される駆動電流１７の好ましい範囲は、ＶＣＳＥＬが基本モードで駆動されるところである。
【００４４】
図３は、粒子検出器２００を備えるモバイル通信デバイス１９０の主な略図を示す。粒子検出器２００は、上記図１に関して論じたようにレーザー光１１２を放射するようになされている。モバイル通信デバイス１９０は、ユーザーインターフェース１９１、主処理デバイス１９２、および主メモリデバイス１９３を備える。主処理デバイス１９２は、主メモリデバイス１９３および粒子検出器２００に接続されている。主処理デバイス１９２は、コントローラ１５０によって供給された測定信号を評価する。主処理デバイス１９２は、粒子検出に関連するデータを主メモリデバイス１９３内に記憶する。主処理デバイス１９２および主メモリデバイス１９３は、この実施形態では、データがモバイル通信デバイス１９０のユーザーにユーザーインターフェース１９１によって提示され得るように粒子検出器２００によって供給されるデータを準備し、または適合させるためにのみ使用される。粒子検出器２００は、モバイル通信デバイス１９０の電源（図示せず）によって給電されてもよい。主処理デバイス１９２および主メモリデバイス１９３は、代替の実施形態では、コントローラ１５０の機能の一部を実行してもよい。
【００４５】
粒子検出器２００を備える他のデバイスにも同じ原理を使用してもよい。
【００４６】
図４は、粒子検出器２００の動作条件を決定する方法の主な略図を示す。ステップ３１０において、レーザー光がレーザーによって放射されるようにレーザー（ＶＣＳＥＬ）に駆動電流が供給される。駆動電流は、ステップ３２０において、所定の駆動電流の範囲で変化する。レーザーのレーザー空洞内の光波の強度信号は、ステップ３３０において、駆動電流の関数として決定され、強度信号の雑音測度は、ステップ３４０において、駆動電流の関数として決定される。ステップ３５０では、雑音測度が所定の閾値を下回る駆動電流の範囲が決定される。粒子検出器の動作条件の少なくとも一部は、ステップ３６０において、決定された駆動電流の範囲から粒子検出のための駆動電流を選択することによって決定される。
【００４７】
本発明を図面および前記の説明において詳細に例示および説明してきたが、このような例示および説明は例証または例示的であり、限定的ではないと考慮すべきである。
【００４８】
本開示の読取りから、他の変更が当業者には明らかであろう。このような変更は、当該技術分野において既に知られており、本明細書に既に記載した特徴の代わりに、または特徴に加えて使用することができる他の特徴を含み得る。
【００４９】
開示された実施形態に対する変形は、図面、本開示および添付の特許請求の範囲の検討から、当業者によって理解され達成され得る。請求項において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（ａ  ｏｒ  ａｎ）」という不定冠詞は複数ある場合を排除するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用することができないことを示すものではない。
【００５０】
請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００５１】
１１  強度雑音
１２  駆動電流
１５  測定された強度雑音
１７  駆動電流の好ましい範囲
１１１  レーザー
１１２  レーザー光
１２１  検出器
１３０  電気駆動部
１３５  インターフェース
１５０  コントローラ
１９０  モバイル通信デバイス
１９１  ユーザーインターフェース
１９２  主処理デバイス
１９３  主メモリデバイス
２００  粒子検出器
３１０  駆動電流を供給するステップ
３２０  駆動電流を変化させるステップ
３３０  強度信号を決定するステップ
３４０  雑音測度を決定するステップ
３５０  駆動電流の範囲を決定するステップ
３６０  駆動電流を選択するステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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