專利名稱：：具有改進(jìn)的圖像傳感器陣列的粒子計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般地涉及利用光散射原理對(duì)流體中尺寸小于一微米的不希望有的單個(gè)粒子進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)數(shù)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在本領(lǐng)域中通常稱為光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器(OPC)。更具體地，本發(fā)明涉及利用二維多單元檢測(cè)器陣列的這樣一種粒子計(jì)數(shù)器。
背景技術(shù)：
：光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器(OPC)用來(lái)檢測(cè)和測(cè)量流體中懸浮的單獨(dú)粒子的尺寸。一般而言，粒子計(jì)數(shù)器被設(shè)計(jì)用來(lái)檢測(cè)尺寸小于一微米的粒子。對(duì)檢測(cè)到的各粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且提供對(duì)通道內(nèi)粒子計(jì)數(shù)數(shù)目的指示，其中各通道對(duì)應(yīng)于特定的尺寸范圍。為了粒子計(jì)數(shù)器有效地工作，粒子在流體中的密度必須小到足以認(rèn)為粒子是流體中的污染物。也就是說(shuō)，重要的是將粒子計(jì)數(shù)科學(xué)與比如光度學(xué)和血細(xì)胞計(jì)數(shù)這樣的其它科學(xué)領(lǐng)域區(qū)分開，這些其它科學(xué)領(lǐng)域也利用散射光，但是在這些其它科學(xué)領(lǐng)域中粒子在流體中的密度如此之大以至于它們實(shí)質(zhì)上就是流體本身。后者的這些系統(tǒng)依賴于采集來(lái)自數(shù)以百萬(wàn)計(jì)、數(shù)以十億計(jì)以及更多粒子的散射光；因此，它們的工作原理與在粒子計(jì)數(shù)器中使用的原理有^艮大區(qū)別。粒子計(jì)數(shù)器普遍用于在高技術(shù)電子和制藥業(yè)中檢測(cè)在制造清潔室中使用的流體中的污染物粒子。一般而言，沒(méi)有可能檢測(cè)感興趣的流體中所有的粒子，因?yàn)榱黧w的量非常龐大。因此，將制造過(guò)程中所用流體的少量采樣轉(zhuǎn)移到粒子計(jì)數(shù)器，如果檢測(cè)到的粒子的數(shù)目和/或尺寸在預(yù)定閾值以上，則該粒子計(jì)數(shù)器發(fā)出報(bào)警聲。由于制造業(yè)流體的少量采樣通常沒(méi)有完全地代表制造業(yè)流體的整體，所以使用統(tǒng)計(jì)根據(jù)采樣推斷制造業(yè)流體的狀態(tài)。采樣越大，該釆樣就越具代表性，而對(duì)制造業(yè)流體中粒子的數(shù)目和尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確的確定就越快。希望有一種用以在盡可能大的采樣中盡可能快地檢測(cè)盡可能小的粒子的粒子計(jì)數(shù)器。圖1示出了常規(guī)流體OPC100的光學(xué)設(shè)計(jì)的示意表示圖。激光束110穿過(guò)采樣單元116的窗111和113并且聚焦到采樣單元116的流體流114中的狹窄腰部112。在這一單元中，流體沿紙面向外的方向流動(dòng)。激光束腰部112處的甚高激光輻照度(單位面積的功率)是能夠檢測(cè)直徑小于100納米的粒子的關(guān)鍵要素。各粒子所散射的激光輻射通過(guò)大數(shù)值孔徑復(fù)合成像系統(tǒng)150聚焦到檢測(cè)器140上。高功率照射的使用通常增強(qiáng)粒子檢測(cè)。具體而言，較高的功率電平通常比較低的功率系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)較小粒子的檢測(cè)。較高的功率電平通常還允許更快地檢測(cè)給定尺寸的粒子。因此，高功率激光器通常用作粒子計(jì)數(shù)器中的光源。在粒子計(jì)數(shù)中必須加以考慮的另一約束在于其中包含污染物粒子的流體的分子對(duì)光的散射所致的背景噪聲。盡管流體的各分子散射的光的量小，但是流體粒子的數(shù)目極為龐大。例如，在大氣壓下每立方亳米有約1016個(gè)空氣分子。無(wú)法消除流體分子所^t射的光。這種光產(chǎn)生了對(duì)來(lái)自污染物粒子的信號(hào)進(jìn)行掩蔽的分子散射噪聲背景。在1989年1月17日授予RobertG.Knoilenberg的美國(guó)專利第4,798,465號(hào)中說(shuō)明過(guò)能夠通過(guò)使用一維檢測(cè)器陣列來(lái)減少背景分子散射噪聲。當(dāng)采樣體成像到這樣的檢測(cè)器陣列上時(shí)，分子散射噪聲被多個(gè)單元分?jǐn)偂Ｈ欢?，如果適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)檢測(cè)器光學(xué)器件，則來(lái)自粒子的散射光信號(hào)被成像到一個(gè)檢測(cè)器單元上。自這一發(fā)明起，現(xiàn)有技術(shù)的OPC已經(jīng)通常利用二十個(gè)單元的陣列。最終結(jié)果是取代單個(gè)單元檢測(cè)器而使用二十個(gè)單元檢測(cè)器陣列產(chǎn)生了與二十倍地增加激光輻照度相同的信噪比受益。于1994年1月25日授予Dr.RobertKnollenberg的美國(guó)專利第5，282，151號(hào)提出了使用高密度二維CCD(電荷耦合器件)檢測(cè)器。Knollenberg提出在這一設(shè)計(jì)中，類似于一維陣列設(shè)計(jì)，信噪比的改*理論上應(yīng)當(dāng)與檢測(cè)器單元的數(shù)目成比例。由于CCD陣列通常包含多于1，000,000個(gè)單元，所以CCD陣列看來(lái)似乎會(huì)提供一種用于提升OPC性能的有前途的設(shè)計(jì)選擇。然而，該設(shè)計(jì)沒(méi)有成功并且也從未變成商品。就根本而言，如圖1中所示常規(guī)光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的幾何形狀并不允許對(duì)二維檢測(cè)器陣列的有效使用。因此，在過(guò)去十五年間，已經(jīng)通過(guò)使用更大功率、更昂貴的激光器實(shí)現(xiàn)了在小于100納米的粒子尺寸方面液體OPC性能的改進(jìn)。比如高技術(shù)電子設(shè)備制造商這樣的粒子計(jì)數(shù)器用戶持續(xù)地取得允許設(shè)備參數(shù)越來(lái)越少的進(jìn)步?，F(xiàn)代半導(dǎo)體芯片是晶體管和其它電子部件的復(fù)合三維結(jié)構(gòu)。去離子水(腿w)和其它工藝流體中的粒子會(huì)通過(guò)附著于晶片而造成缺陷,由此干擾光刻以及物理和化學(xué)氣相沉積工藝。由于在去往下一道工序之前的大多數(shù)制造工序中Diw被用作最終漂洗劑，所以mw的純度尤為重要。半導(dǎo)體工業(yè)中的盛行看法是D1W中粒子污染物的最大容許直徑等于半導(dǎo)體線寬的一半。在表A中給出了針對(duì)DIW中容許粒子污染的與這一方針相一致的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)規(guī)范，其中hp90和hp65分別地指代90納米和65納米線寬。在過(guò)去兩年間，已經(jīng)硬性施壓于常規(guī)光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器(OPC)設(shè)計(jì)以跟上ITRSDIW靈敏度規(guī)范的腳步，而常規(guī)"&計(jì)尚無(wú)望實(shí)現(xiàn)將來(lái)的目標(biāo)。針對(duì)DT水的ITRS粒子污染規(guī)范<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>因此，不存在能夠使用Knoilenberg在美國(guó)專利第4,798,465號(hào)中描述的陣列來(lái)提供相較于圖i中描繪的常規(guī)設(shè)計(jì)而言的顯著靈敏度提高的已知實(shí)用液體OPC設(shè)計(jì)。另外，這一常規(guī)液體OPC設(shè)計(jì)不能跟上表1中給出的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路標(biāo)的腳步。因而，在本領(lǐng)域中需要一種能夠更有效地處理掉分子背景噪聲并且允許檢測(cè)更小污染物粒子的粒子計(jì)數(shù)器系統(tǒng)和方法。具體而言,在本領(lǐng)域中需要一種能夠有效地利用多于二十個(gè)陣列單元的感測(cè)陣列的粒子計(jì)數(shù)器系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明推進(jìn)了本領(lǐng)域并且通過(guò)提供一種包括CMO成像器陣列的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器而有助于克服前述問(wèn)題。本發(fā)明推進(jìn)了本領(lǐng)域并且通過(guò)提供一種光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器而有助于克服前述問(wèn)題，在該光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器中多個(gè)激光束限定了流體流中的感測(cè)區(qū)域。在本^Hf中，術(shù)語(yǔ)"束"以及類似術(shù)語(yǔ)指代如下架構(gòu)，在該架構(gòu)中單個(gè)激光器產(chǎn)生穿過(guò)該流然后一次或者多次被重定向返回通過(guò)該流的激光束，或者指代如下架構(gòu),在該架構(gòu)中多個(gè)激光器產(chǎn)生多個(gè)束,或者指代這兩種架構(gòu)的組合。優(yōu)選地，通過(guò)光纖利用一個(gè)或者多個(gè)鏡對(duì)束進(jìn)行重定向或者可以使用其它重定向設(shè)備。本發(fā)明推進(jìn)了本領(lǐng)域并且通過(guò)提供一種具有粒子感測(cè)區(qū)域的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器而有助于克服前述問(wèn)題，在該光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器中光的強(qiáng)度在面積為0.5平方毫米(mm)或者更大的感測(cè)區(qū)域中為至少10瓦/毫米2(瓦每平方毫米)。本發(fā)明提供了一種光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一微米的不受約束的粒子，該光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器包括:采樣室，其具有流體入口和流體出口；光源；光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)，其引導(dǎo)光通過(guò)采樣室；光學(xué)采集系統(tǒng)，其被i殳置用以采集在流過(guò)采樣室的流體中的粒子嘲:射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)，其被設(shè)置用以檢測(cè)光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，該檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器，該光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的尺寸小于一微米的粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào)；其中光學(xué)檢測(cè)器包括CMOS成像器。優(yōu)選地，流體是液體，而光源包括激光器。優(yōu)選地，流體沿第一方向流過(guò)釆樣室，檢測(cè)器沿第一方向檢測(cè)從粒子所散射的光。優(yōu)選地，流單元包括流單元壁，光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，在與從采樣室的檢測(cè)器的方向相反的沿著光軸的方向上，流單元沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其ii^檢測(cè)器的流單元壁。優(yōu)選地，光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)包括用于多次引導(dǎo)和重聚焦激光束通過(guò)采樣室的重定向光學(xué)器件。優(yōu)選地，重定向光學(xué)器件包括多個(gè)鏡。優(yōu)選地，多個(gè)鏡4皮i殳置用以十次或者更多次地引導(dǎo)激光束通過(guò)采樣室。更優(yōu)選地，多個(gè)鏡^皮設(shè)置用以二十五次或者更多次地引導(dǎo)激光束通過(guò)釆樣室。優(yōu)選地，光采集系統(tǒng)具有光軸，穿過(guò)采樣室的多個(gè)束位于與光軸垂直的平面中。在一個(gè)實(shí)施例中，光源包括產(chǎn)生多個(gè)激光束的多個(gè)激光器，而光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)多個(gè)激光束通過(guò)采樣室的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種檢測(cè)在流動(dòng)流體中尺寸小于一微米的不受約束的粒子的方法，該方法包括:使包含尺寸小于一微米的不受約束的粒子的流體流動(dòng)；引導(dǎo)激光束通過(guò)流體流；釆集流體中的粒子嘞:射的光；以及利用CMOS成像器檢測(cè)所采集的光并且從CMOS成像器輸出以粒子的參數(shù)為特征的信號(hào)。優(yōu)選地，該引導(dǎo)包括多次使激光束穿過(guò)流體流并且重聚焦束。優(yōu)選地，該穿過(guò)包括在相同平面中三次或者更多次使激光束穿過(guò)流體流。優(yōu)選地，該采集包括繞著垂直于平面的光軸釆集散射的光。優(yōu)選地，該采集包括繞著光軸采集光，而該流動(dòng)包括使流體在光軸的方向上流動(dòng)。在另一方面中，本發(fā)明提供一種設(shè)備，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一微米的不受約束的粒子，該設(shè)備包括:釆樣室，其具有流體入口和流體出口；多束激光光學(xué)系統(tǒng)，用于在采樣室中提供多個(gè)激光束；光學(xué)采集系統(tǒng)，其被設(shè)置用以采集在流過(guò)采樣室的流體中尺寸小于一微米的粒子散射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)，其被設(shè)置用以檢測(cè)光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，該檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器，該光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào)；其中光學(xué)檢測(cè)器具有三十個(gè)或者更多個(gè)光學(xué)檢測(cè)器單元。優(yōu)選地，多束激光光學(xué)系統(tǒng)包括產(chǎn)生激光束的激光器和用于在激光束已經(jīng)穿過(guò)采樣室一次之后引導(dǎo)和重聚焦激光束返回通過(guò)采樣室的光學(xué)重定向器件。優(yōu)選地，光學(xué)重定向器件包括鏡以及更優(yōu)選地包括多個(gè)鏡。優(yōu)選地，光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，激光束位于與光軸垂直的平面中。優(yōu)選地，采樣室、采集光學(xué)器件和檢測(cè)器限定感測(cè)區(qū)域，該感測(cè)區(qū)域在平行于激光束的平面中具有0.5平方毫米或者更大的橫截面面積。更優(yōu)選地，該面積為1平方毫米或者更大。更優(yōu)選地，該面積為2平方毫米或者更大。優(yōu)選地，多束激光光學(xué)系統(tǒng)包括提供激光束的多個(gè)激光器。優(yōu)選地，光學(xué)檢測(cè)器包括CCD像素陣列以及更優(yōu)選地包括CMOS像素陣列。優(yōu)選地，光學(xué)檢測(cè)器包括二維像素陣列。在又一方面中，本發(fā)明提供一種用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一微米的不受約束的粒子的方法，該方法包括使流體包含尺寸小于一微米的不受約束的粒子的流體流動(dòng)；引導(dǎo)多個(gè)激光束經(jīng)過(guò)流體流；采集流體中的粒子散射的光；以及檢測(cè)所采集的光并且輸出以粒子的M為特征的信號(hào)。優(yōu)選地，該引導(dǎo)包括產(chǎn)生激光束、使激光束穿過(guò)流體流并且引導(dǎo)和重聚焦激光束返回通過(guò)流體流。在更多一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種設(shè)備，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的不受約束的粒子，該設(shè)備包括采樣室，其具有流體入口和流體出口；光源，用于在采樣室中提供一個(gè)或者多個(gè)光束；光學(xué)采集系統(tǒng)，其被設(shè)置用以采集釆樣室中的光束中的粒子所散射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)，其被設(shè)置用以檢測(cè)光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，該檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器，該光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào);光學(xué)檢測(cè)器具有三十個(gè)或者更多個(gè)光學(xué)檢測(cè)器單元；以及一個(gè)或者多個(gè)光束、光學(xué)采集系統(tǒng)和光學(xué)檢測(cè)器在采樣室內(nèi)限定粒子感測(cè)區(qū)域，在該粒子感測(cè)區(qū)域中光的強(qiáng)度至少為每平方毫米10瓦，該感測(cè)區(qū)域具有0.5平方毫米或者更大的面積。優(yōu)選地，感測(cè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平方毫米或者更大以及更優(yōu)選地為兩個(gè)平方毫米或者更大。優(yōu)選地,光源包括激光器以及更優(yōu)選地包括多個(gè)鏡。在一個(gè)實(shí)施例中，光源包括多個(gè)激光器。優(yōu)選地，光學(xué)檢測(cè)器包括CCD像素陣列以及更優(yōu)選地包括CMOS像素陣列。優(yōu)選地，光學(xué)檢測(cè)器包括二維像素陣列。優(yōu)選地，流體沿第一方向流過(guò)采樣室，檢測(cè)器沿第一方向檢測(cè)從粒子散射的光。優(yōu)選地，流單元包括流單元壁，光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，在與從采樣室的檢測(cè)器的方向相反的沿著光軸的方向上，流單元沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其ii^檢測(cè)器的流單元壁。本發(fā)明顯著地增加了光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器中可能的信噪比。因此，能夠更快地對(duì)粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)和/或能夠檢測(cè)更小的粒子。可以從閱讀與附圖相結(jié)合的對(duì)本發(fā)明優(yōu)選示例性實(shí)施例的如下描述中更好地理解本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的常規(guī)液體光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明通過(guò)鏡對(duì)來(lái)反射和再聚焦激光束以產(chǎn)生多激光束圖案；圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明用于多束流單元的鏡和流單元的布置；圖4是根據(jù)本發(fā)明的多束陣列的照片描繪圖5是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器的優(yōu)選實(shí)施例的框圖6是示出了圖5的實(shí)施例中流單元、采集光學(xué)器件和圖像傳感器的關(guān)系的圖示；圖7是圖5的流單元的透視圖8是圖5的流單元的頂視平面圖9是經(jīng)過(guò)圖8的線9-9所得的圖5流單元的橫截面圖10是經(jīng)過(guò)圖5的線10-10所得的圖5流單元的橫截面圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的液體粒子計(jì)數(shù)器的另一實(shí)施例;圖12圖示了通過(guò)圖5或者圖11的粒子計(jì)數(shù)器如何根據(jù)本發(fā)明在二維CMOS陣列上對(duì)粒子成像；以及圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器和相關(guān)聯(lián)的電子器件的優(yōu)選實(shí)施例的電路框圖。具體實(shí)施例方式在;^/^開中，術(shù)語(yǔ)"光，，不限于可見光輻射而是加以廣義地使用，意味著任何電磁輻射，包括紅外線、紫外線、遠(yuǎn)紫外線和x射線輻射。術(shù)語(yǔ)"雜散光"包括任何不想要的光，即并非從粒子所散射的但是能夠ii^到采集光學(xué)器件中的光。多次反射光是現(xiàn)有技術(shù)的粒子計(jì)數(shù)器中重要的雜散光來(lái)源。也就是說(shuō)，一次反射的、從散射源散射的或者由透鏡或者孔徑衍射的光即使在常規(guī)粒子計(jì)數(shù)器中通常也能夠被其它孔徑或者吸收黑壁消除，因?yàn)椴幌胍墓獾膩?lái)源是已知的。然而，多次反射使得難以確定光的方向，因此常常無(wú)法被孔徑消除或者以別的方式消除。如下文將討論的，本發(fā)明提供一種獨(dú)特的系統(tǒng)和方法4吏得顯著地減少雜散光。另外應(yīng)當(dāng)注意，有別于對(duì)流體本身的粒子、流體中懸浮的粒子云或者流體中受約束(比如被約束在經(jīng)過(guò)光束的單線中流動(dòng))的粒子進(jìn)行檢測(cè)和分析的其它系統(tǒng)，如這里公開的粒子計(jì)數(shù)器被設(shè)計(jì)為能夠檢測(cè)流動(dòng)流體中不受約束的單個(gè)的粒子。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到對(duì)在流體中不受約束流動(dòng)的單個(gè)粒子、特別是尺寸小于一微米的粒子進(jìn)行檢測(cè)和尺寸測(cè)定是困難得多的任務(wù)；因此，粒子計(jì)數(shù)領(lǐng)域涉及到與這些其它粒子檢測(cè)和分析系統(tǒng)不同的技術(shù)。最高靈敏度的OPC通過(guò)抑制所有其它噪聲源而凈皮i殳計(jì)為受限于分子散射噪聲。這一類OPC在理論上的性能極限下工作，它們的信噪比(SNR)由等式(1)給出，等式(1)改寫自Knowlt,，D.K,，1998:"InvisddJetTechnologyForMonitoringPartidesInFluids",Prae^&igs/"幼'加e6/勘v/ra/簡(jiǎn)e/ito/iSWrac^J//J!^c/2腳/"^y，pp34-39和Cerni，T.A.，2001:"HighSensitivity,HighSampleRate，Aei'osolOpticalPaiiMeCounter",Ifec/2朋fo欲Vol.11，No.6,pp.12-14。(1)SNR=&{[cl〕Ny/[WHS,J}。.5其中(2)c=(H)/(。mPJ,以及ap-粒子散射橫截面(厘米2)，P-激光功率(瓦)，NE-檢測(cè)器單元的數(shù)目5W=激光束寬度(厘米)，H-激光束高度(厘米)；sR=采樣速率(升/分鐘)，Tlo-光學(xué)系統(tǒng)效率(SR)，T!d-檢測(cè)器響應(yīng)度(光子/J),c7M=分子散射橫截面(厘米2),以及Pm-分子密度(厘米—3)。從等式(1)可見，受分子散射噪聲限制的檢測(cè)器單元的數(shù)目的二十倍增加具有與激光功率的二十倍增加相同的效果。嘗試得出如下結(jié)論很大的一維或者二維檢測(cè)器陣列將產(chǎn)生較現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)前的二十個(gè)單元APD檢測(cè)器陣列而言明顯改進(jìn)的性能。然而，如圖1中所示，激光束110在很小的激光束腰部112的兩側(cè)上快速地發(fā)散，這通常將激光束的有用長(zhǎng)度限于幾毫米(mm)。這一束發(fā)散產(chǎn)生兩個(gè)所不希望的效果它減少激光輻照度并且增加粒子圖像的尺寸。前者降低檢測(cè)小粒子的能力。后者造成圖像展開于數(shù)個(gè)檢測(cè)器單元或者要求更多的檢測(cè)器單元，這二者既減少SNR又降低檢測(cè)小粒子的能力。4^>開通過(guò)提供能夠利用等式(1)的各種可能的OPC設(shè)計(jì)來(lái)描述大型二維檢測(cè)器陣列在OPC中的第一種有效使用。在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的OPC設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)選方面。這一設(shè)計(jì)利用如下事實(shí)例如對(duì)于DIWOPC，離開采樣單元的激光束功率可以高達(dá)i^7v該單元的功率的99%。對(duì)于圖1中描繪的常規(guī)設(shè)計(jì)，激光束在離開釆樣單元之后在束流收集器上被吸收。圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選OPC設(shè)計(jì)170利用一對(duì)凹鏡172、174來(lái)反復(fù)地反射和重聚焦激光束176，使得激光束多次穿過(guò)采樣單元178，每次穿過(guò)都重復(fù)第一很小腰部。優(yōu)選地，所有的束的穿過(guò)都落在單個(gè)平面中。重要的是，每當(dāng)激光束176重定向時(shí)，它也被重聚焦；否則，束將發(fā)散成這樣的尺寸，該尺寸使得強(qiáng)度會(huì)減少如此之多以至于系統(tǒng)對(duì)粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)和尺寸測(cè)定的能力將明顯不利地受到影響。當(dāng)在兩個(gè)凹鏡172、174之間放置水釆樣單元178時(shí)，具有反復(fù)的很小激光腰部的多束圖案180由于在空^/玻璃和玻璃/水界面處的折射而嚴(yán)重畸變。如果如圖3中所示用熔融石英(玻璃)透鏡191、192代替采樣單元窗則能夠完全地消除這一畸變。優(yōu)選地，水流過(guò)與紙面垂直并且與激光束的平面垂直的采樣單元180。在176示出進(jìn)入束而離開束是指向圖2中左上方的束。然后通過(guò)與圖1中所示相似的適當(dāng)檢測(cè)器聚焦光學(xué)器件由大型二維檢測(cè)器陣列觀察多束圖案。由于熔融石英的折射率接近于水的折射率，所以由于在7JC/熔融石英邊界處的反射所造成的損耗很小。如果使用可見激光，則水吸收損耗也很小。對(duì)于在660納米工作的激光以及0,7厘米的采樣單元7jC路徑長(zhǎng)度，這兩種損耗就單次穿過(guò)單元而言產(chǎn)生0.994的透射率或者就27次穿過(guò)單元而言產(chǎn)生0.829的透射率。另外，在兩個(gè)鏡和兩個(gè)空氣/熔融石英界面處的附加光學(xué)損耗也可以通過(guò)分別施加薄膜高反射和抗反射光學(xué)涂層而變得很小。圖4是通過(guò)圖3中所示光學(xué)設(shè)計(jì)在水中產(chǎn)生的激光束圖案的實(shí)際高分辨率照片的圖示，其中利用紅色可見光(660納未)激光二極管以及利用1.3厘米(cm)的透鏡間距和10厘米的鏡間距來(lái)實(shí)施該光學(xué)設(shè)計(jì)。由于照片已經(jīng)轉(zhuǎn)換成附圖，所以它類似于實(shí)際照片的底片。也就是i兌，附圖中的暗部分是照片的最亮部分，而附圖中的亮部分在照片中是暗的。前述結(jié)直徑的激光束腰部。圖4中圖示的照片是利用配備有Nikkon60亳米微透鏡和2x望遠(yuǎn)倍率鏡的6百萬(wàn)l象素NikonD70數(shù)字相機(jī)來(lái)記錄的。圖4中所示的束圖案部分測(cè)量為2.7x7.0毫米。在這些尺度之上的激光束發(fā)散小，因?yàn)閮蓚€(gè)凹鏡在每次反射之后重聚焦束并且重現(xiàn)第一束的激光腰部。圖4中所示激光束圖案要求對(duì)兩個(gè)凹鏡和水采樣單元的精確對(duì)準(zhǔn)。這利用允許5個(gè)自由度的剛性微定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)。比圖3中所示更小的透鏡和鏡間距能夠用來(lái)產(chǎn)生具有多于30個(gè)激光束、直徑小于24微米的激光腰部。在該優(yōu)選實(shí)施例中，束在圖4中展開的區(qū)域在垂直方向上為1.5毫米到3毫米而在水平方向上為4毫米到5毫米。在本公開中描述的這一類光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)⑹芊肿由⑸湎拗频臋z測(cè)器單元的有效數(shù)目增加到大于10,000，由此產(chǎn)生OPC靈敏度的大量增加?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5，示出了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器200的示意框圖。OPC200包括激光器組件201、束配置光學(xué)器件209和流單元光學(xué)器件228。激光器組件201包括激光器202、激光電子器件204和散熱器206。束配置光學(xué)器件209包括準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)210、變形棱鏡216和218以及聚焦透鏡系統(tǒng)220。流單元光學(xué)器件228包括鏡230和232、鏡定位器234和236以及流單元240，該流單元包括封閉流單元體250的窗/透鏡242和244。激光器202產(chǎn)生未校準(zhǔn)束208,該未校準(zhǔn)束208由透鏡系統(tǒng)210校準(zhǔn)以產(chǎn)生激光束212。變形棱鏡216和218將束橫截面從橢圓橫截面變?yōu)閳A形4黃截面。聚焦系統(tǒng)220產(chǎn)生進(jìn)7v束224，該ii^v束224由如上所述的鏡230和232反射和重聚焦并且在226離開。在OPC200的優(yōu)選實(shí)施例中，將對(duì)其中的粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)的流體在圖5中紙面向外的方向上流過(guò)流單元體250。也在紙面向外的方向上采集粒子所散射的光；因此它在圖5中未示出但是在圖6中示出。采集光學(xué)器件的這一設(shè)計(jì)類似于Knollenberg，R.G.于1992年在如下文章中示出的設(shè)計(jì)"The.DesignofAHighSensitivityLargeSampleVolumeParticleCounterForUltraCleanDIWater",Af/(、/wflw似附/w"f/》w92CV"^",""'Praceed/"^s，SantaClara，CA,pp.764-766，CanonCommunications。根據(jù)本發(fā)明的流單元240在圖6中大體地示出而在圖7-10中詳細(xì)地示出。參照?qǐng)D6，流體在方向262上ii^v,該方向是圖5中紙面向外的方向，而在264和266處于流單元240的側(cè)部離開。窗268從采集光學(xué)器件270側(cè)密封流單元體，該采集光學(xué)器件如本領(lǐng)域中已知的那樣優(yōu)選地包括多個(gè)透鏡271、272等。采集光學(xué)器件270在包括二維檢測(cè)器單元陣列282和檢測(cè)器電子器件284的檢測(cè)器280上聚焦散射光。流單元240的殼體290的詳細(xì)結(jié)構(gòu)在圖7-10中示出。圖7是流單元?dú)んw290的透視圖，圖8是頂視平面圖，圖9是經(jīng)過(guò)圖8的線9-9所得的橫截面圖，而圖IO是經(jīng)過(guò)圖5的線10-10所得的橫截面圖。殼體290具有光學(xué)器件端口291、窗開口292和294、流體入口286以及流體出口287和288。如在圖9和圖10中最佳地所見，流體向上流過(guò)流XC察體251、然后分別向下經(jīng)過(guò)流通道298和298流到出口287和288。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示例性液體粒子計(jì)數(shù)器300。圖11的實(shí)施例是如在1998年3月1日授予RobertKnoiknberg、發(fā)明名稱為專利第4，728，190號(hào)中描述的液體粒子計(jì)數(shù)器的改型。該改型包括改型的照射系統(tǒng)340、改型的采集系統(tǒng)350和改型的檢測(cè)器360。在圖11中的實(shí)施例中，照射系統(tǒng)340在與采集系統(tǒng)350和檢測(cè)器系統(tǒng)360相同的平面中示出。然而，在本實(shí)施例的最優(yōu)選形式中，照射系統(tǒng)340繞著經(jīng)過(guò)流通路345的軸旋轉(zhuǎn)九十度，使得采集系統(tǒng)350和檢測(cè)系統(tǒng)360與照射系統(tǒng)340成直角。照射系統(tǒng)340包括產(chǎn)生未校準(zhǔn)激光束332的激光器33(K產(chǎn)生校準(zhǔn)激光束333的校準(zhǔn)光學(xué)器件331、具有流體通路345的液體毛細(xì)管339、進(jìn)入透鏡(窗)342、離開透鏡341、鏡310和315以及鏡支持帶348。成像系統(tǒng)350(采集光學(xué)器件)包括拋物面鏡355和356。檢測(cè)系統(tǒng)360包括檢測(cè)器陣列363和信號(hào)處理電子器件366。照射系統(tǒng)340與采集系統(tǒng)350和檢測(cè)系統(tǒng)360成直角的實(shí)施例之所以優(yōu)選是因?yàn)槭鴪D案的平面垂直于采集光學(xué)器件，這使得更易于將束圖案區(qū)域的圖像(該區(qū)域是將對(duì)粒子進(jìn)行檢測(cè)的區(qū)域)展開到大型二維陣列上。圖11的實(shí)施例借用到大型一維陣列或者二維檢測(cè)器陣列，其中圖平面中的尺度比垂直于圖平面的尺度更長(zhǎng)。另一可能實(shí)施例是如下實(shí)施例，在該實(shí)施例中照射和釆集光學(xué)器件類似于上文引用的美國(guó)專利第4,728,190號(hào)中的照射和采集光學(xué)器件，但是檢測(cè)器件是如下所述的二維檢測(cè)器單元陣列。應(yīng)當(dāng)理解，粒子計(jì)數(shù)器100、300是示例性地提供與本發(fā)明的檢測(cè)器陣列和信號(hào)處理電路一起使用的粒子計(jì)數(shù)器的例子。然而，本發(fā)明可以并入到許多其它粒子計(jì)數(shù)器中，并且可以使用對(duì)公開的設(shè)計(jì)的許多變形。聊舉數(shù)例，鏡可以取代透鏡并且反之亦然，而采集光學(xué)器件可以從任何方向釆集，因?yàn)樵谒蟹较蛏蠌牧Ｗ由⑸涔狻z測(cè)器陣列和信號(hào)處理電路可以與本領(lǐng)域中已知的任何其它粒子計(jì)數(shù)器系統(tǒng)一起使用。CCD(電荷耦合器件)或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)檢測(cè)器陣列對(duì)于檢測(cè)器陣列282、363、423而言是優(yōu)選的。已知這兩類陣列有十年以上。在美國(guó)專利第5，282，151號(hào)中，RobertKiioilenberg7>開了將高密度CCD(電荷耦合器件)檢測(cè)器陣列用于OPC應(yīng)用。CCD和CMOS陣列在卸載數(shù)據(jù)和為下一幀啟動(dòng)信號(hào)積分之前對(duì)輻射信號(hào)積分一段時(shí)間。另外，這兩個(gè)系統(tǒng)各具有它們自己的特定優(yōu)點(diǎn)。例如，CCD陣列提供更好的圖像質(zhì)量、量子效率、占空因數(shù)和像素尺寸、具有更低噪聲和暗電流，并且就某些方面而言總體上更經(jīng)濟(jì)。CMOS陣列能夠在檢測(cè)器芯片上實(shí)施100%的模擬信號(hào)處理，這能夠減少總的系統(tǒng)成本和儀器開發(fā)時(shí)間。CMOS也是成本更低的半導(dǎo)體制作工藝，因?yàn)镃MOS架構(gòu)在所有芯片的90%的芯片中使用。然而已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器而言CMOS具有迄今為止不為人所知的數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，OPC設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使用與粒子途經(jīng)激光束所花費(fèi)的時(shí)間相匹配的積分時(shí)間。對(duì)于在本公開中討論的OPC設(shè)計(jì)，這轉(zhuǎn)變成一毫秒級(jí)的積分時(shí)間。CCD陣列將并行到串行電荷移位寄存器用于數(shù)據(jù)下載，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這對(duì)于OPC而言過(guò)于緩慢。然而，CMOS陣列在各像素實(shí)現(xiàn)電荷到電壓轉(zhuǎn)換，使得能夠以任何次序下載數(shù)據(jù)，這在OPC應(yīng)用特別是針對(duì)部分幀的OPC應(yīng)用中產(chǎn)生了顯著的速度優(yōu)點(diǎn)。另外，CMOS陣列沒(méi)有受困于CCD陣列所普遍有的圖像污點(diǎn)或者光暈。這對(duì)于許多應(yīng)用而言不是問(wèn)題，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它在OPC中導(dǎo)致更低SNR。因此，雖然也可以使用CCD陣列，但是CMOS陣列對(duì)于OPC應(yīng)用、特別是對(duì)于實(shí)施在本公開中描述的新穎多光束光學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)較CCD陣列而言是優(yōu)選的。圖12圖示了才艮據(jù)本發(fā)明如何在二維CMOS或者CCD陣列上對(duì)粒子進(jìn)行成1象。如虛線所示，引導(dǎo)激光束415通過(guò)感測(cè)區(qū)域416。比如417這樣的粒子所散射的光被成像系統(tǒng)421成像和被檢測(cè)器440檢測(cè)。檢測(cè)器440包括^f象素陣列423和相關(guān)聯(lián)的電子器件425。在粒子途經(jīng)激光束415過(guò)程中在陣列423上的418處對(duì)感測(cè)區(qū)域416中的粒子417進(jìn)行成像并且粒子圖像完全地掃描經(jīng)過(guò)比如424這樣的特定單元。粒子在特定時(shí)間的能量通過(guò)成像系統(tǒng)421盡可能多地局限于單個(gè)陣列像素424。在這里描述的優(yōu)選實(shí)施例中，粒子幼.l微米，而下文討論的MicronCMOS陣列423的各《象素X見察流體中12x12微米的面積。上文引用的Knollenberg(1992)一文為與聚焦到檢測(cè)器上的來(lái)自粒子的散射光相對(duì)應(yīng)的有效圖像尺寸給出了公式。這一散射光光斑尺寸等于采集光學(xué)器件的數(shù)值孔徑的激光束深度倍數(shù)(場(chǎng)深度)；該優(yōu)選設(shè)計(jì)利用了采集光學(xué)器件NA為0.5的24微米激光束腰部以與MicronCMOS的12微米像素尺寸匹配。成像系統(tǒng)421可以是圖1的成像系統(tǒng)150、圖5的成像系統(tǒng)270、圖11的成像系統(tǒng)350或者任何其它適當(dāng)?shù)某上裣到y(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道如何基于這里的公開來(lái)設(shè)計(jì)這樣的成像系統(tǒng)。圖13圖示了包括像素陣列423和相關(guān)聯(lián)的電子器件425的優(yōu)選傳感器電子器件實(shí)施例500。傳感器電子器件500包括傳感器控制器510、CMOS傳感器525、孩￡處理器530、存儲(chǔ)器536、通信鏈路540、通信網(wǎng)絡(luò)550和計(jì)算機(jī)560。在該優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器525是來(lái)自MkronTechnologies公司(8000SouthFederalWay，P.O,Box6，Boise,Idaho83707-006)的MT9M413C36STM1.3百萬(wàn)像素CMOS有源寸象素?cái)?shù)字圖像傳感器?？梢詮娜缦骆溄酉螺d對(duì)這一檢測(cè)器的描述http:〃www.micron.com/products/imaging/products/MT9M413.Iitml，^亥描述為Micron文檔第MT9M43C365TC.fm號(hào)-2004年1月第3版EN。這一傳感器之所以優(yōu)選是因?yàn)樗浅Ｖ臁⒛軌蛎棵?冊(cè)幀并且允許對(duì)整個(gè)像素陣列的同時(shí)曝光。如在上述Micron參考文獻(xiàn)中更完全描述的，傳感器芯片525包括片上控制電子器件522、像素陣列423、1280模數(shù)轉(zhuǎn)換器524、片上存儲(chǔ)器526和十個(gè)十位寬的輸出端口528。如在Micron參考文獻(xiàn)中更完全指出的，控制器510優(yōu)選為FPGA、CPLD、ASIC或者能夠向芯片525提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)接通線512和其它時(shí)序信號(hào)接通線514的其它可編程器件。該時(shí)序在Micron參考文獻(xiàn)中有描述。微處理器530優(yōu)選為高速微處理器，比如來(lái)自Intel公司的PentiumM，而存儲(chǔ)器536優(yōu)選為RAM和非易失性存儲(chǔ)器的組合。微處理器530經(jīng)由線529從端口528接收輸出而經(jīng)由線532與存儲(chǔ)器536通信。按照存儲(chǔ)器536中存儲(chǔ)的軟件指令，微處理器530將來(lái)自芯片525的數(shù)據(jù)處理成經(jīng)由通信鏈路540去往通信網(wǎng)絡(luò)550的代表粒子417的輸出信號(hào)。優(yōu)選地，通信鏈路540是以太網(wǎng)串行端口，而通信網(wǎng)絡(luò)550是局域網(wǎng)(LAN)、因特網(wǎng)或者任何其它適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)560優(yōu)選地包括一個(gè)或者多個(gè)輸入設(shè)備564和顯示器562。計(jì)算機(jī)560可以是PC、工作站或者任何其它適當(dāng)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)560經(jīng)由通信線555與網(wǎng)絡(luò)550通信，該網(wǎng)絡(luò)又經(jīng)由通信線544與通信鏈路540通信。通信線555和544可以是數(shù)據(jù)線、電話線纜、無(wú)線或者任何其它常規(guī)通信系統(tǒng)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，存儲(chǔ)器S36中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理軟件包括設(shè)計(jì)用來(lái)根據(jù)線529上接收的數(shù)據(jù)導(dǎo)出粒子尺寸和濃度的算法。優(yōu)選地，圖像數(shù)據(jù)用來(lái)限定作為數(shù)據(jù)568顯示在顯示器562上的多個(gè)粒子尺寸通道以及在這樣的各通道中計(jì)數(shù)的粒子的數(shù)目。本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵方面在于它在大的感測(cè)橫截面之上提供高強(qiáng)度光，其中感測(cè)橫截面是在與釆集光學(xué)器件的光軸垂直的平面中通過(guò)圖4中光束中央的橫截面區(qū)域。在該優(yōu)選實(shí)施例中有27個(gè)激光束，各激光束具有24微米的腰部，其中激光具有約70亳瓦的功率、660納米的波長(zhǎng)，并且這些束在圖4中在垂直方向上的1。5亳米到3毫米和水平方向上的2亳米到4毫米的區(qū)域之上展開。因此，感測(cè)橫截面約為27x24，i米或者約0,648亳米乘以4毫米或者約2.6平方毫米，其中沒(méi)有考慮離開腰部的束發(fā)散。由束的圓形橫截面劃分的激光功率在束腰部為155瓦/毫米2。在現(xiàn)有技術(shù)的OPC中，具有對(duì)應(yīng)光強(qiáng)度的最大感測(cè)區(qū)域約為0，05平方毫米。根據(jù)本發(fā)明，感測(cè)區(qū)域?yàn)?.5平方毫米或者更大以及更優(yōu)選為1平方毫米或者更大以及更優(yōu)選為2平方毫米或者更大。在這一區(qū)域之上的光強(qiáng)度優(yōu)選地至少為10瓦/毫米2或者更大、更優(yōu)選為20瓦/毫米2或者更大以及更優(yōu)選為30瓦/毫米2或者更大。因此，本發(fā)明按照至少為十的因子來(lái)增加感測(cè)區(qū)域。大的感測(cè)區(qū)域允許檢查大量流體，這大大地減少檢測(cè)給定尺寸的粒子所花費(fèi)的時(shí)間或者大大地減少能夠檢測(cè)的粒子的更小尺寸或者兼而有之。才艮據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)的OPC相比按照為一百或者更大的因子來(lái)增加信噪比并且相應(yīng)地允許擴(kuò)^寸測(cè)定的下限。本發(fā)明的一個(gè)特征在于顯著地減少來(lái)自流單元壁的雜散光，包括來(lái)自多次^^射的雜散光。注意在圖4中所示水中多激光束圖案的照片中，基本上只有來(lái)自束的分子散射是可見的;如圖示所暗示的，圖像在束之間很黑。這歸因于如下獨(dú)特的特征如檢測(cè)器所觀察的流單元的背壁能夠放置于采樣體上游的任意距離;因此，來(lái)自背部的雜散光可忽略。亊實(shí)上，在圖7-10的流單元的實(shí)施例中，沒(méi)有實(shí)心背壁，因?yàn)闄z測(cè)器俯視中空入口管251。參照?qǐng)D6和7-10，流體在第一方向262上流過(guò)釆樣室(圖6)而檢測(cè)器282在相同的第一方向上檢測(cè)從所述粒子散射的光。光學(xué)采集系統(tǒng)270具有光軸277。在采樣體250上游的任意距離移動(dòng)流單元壁的能力意味著在與從采樣室240的檢測(cè)器288的方向相反的沿著光軸277的方向上沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其ii^檢測(cè)器的流單元壁。由于已經(jīng)公開一種能夠有效地利用具有三十個(gè)或者更多檢測(cè)器單元的檢測(cè)器陣列的方法和裝置，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)利用本發(fā)明的許多其它OPC。例如，由于已知常規(guī)高端OPC中的單個(gè)薄腰狀激光束幾何形狀是檢測(cè)較小粒子這一問(wèn)題的一部分而不是對(duì)該問(wèn)題的解決方案，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到對(duì)較大粒子感測(cè)區(qū)域進(jìn)行使用的設(shè)計(jì)可以與較大陣列相組合有利地加以運(yùn)用。例如，如在上文引用的美國(guó)專利第4,728,190號(hào)中公開的粒子計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)能夠與比如CCD或者CMOS陣列這樣的較大陣列一起使用，因?yàn)樗哂休^其它流體粒子計(jì)數(shù)器而言相對(duì)大的感測(cè)區(qū)域。類似地，取代了如這里公開用來(lái)在感測(cè)區(qū)域中提供多束圖案的單激光束反射，可以使用多個(gè)激光器。具體而言，利用本發(fā)明，可以取代單個(gè)昂貴的高功率激光器而使用多個(gè)相對(duì)廉價(jià)的低功率激光二極管。另外，由于CMOS陣列在OPC中具有的特定優(yōu)點(diǎn)是已知的，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在許多其它粒子計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)中利用CMOS陣列。已經(jīng)描述一種新穎粒子計(jì)數(shù)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用比如CCD陣列或者CMOS陣列這樣的具有三十個(gè)或者更多單元的檢測(cè)陣列。應(yīng)當(dāng)理解，在附圖中示出的以及在這一說(shuō)明書中描述的特定實(shí)施例的目的在于舉例而不應(yīng)當(dāng)限制將在所附權(quán)利要求中描述的本發(fā)明。另外不言而喻，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下對(duì)所述具體實(shí)施例進(jìn)行許多運(yùn)用和修改。同樣不言而喻，所記載的方法在許多實(shí)例中可以按不同次序來(lái)執(zhí)行；或者等效的結(jié)構(gòu)和過(guò)程可以取代所述各種結(jié)構(gòu)和過(guò)程。權(quán)利要求1.一種光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器(200，300)，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一微米的不受約束的粒子(417)，所述光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器包括采樣室(178，240，345)，其具有流體入口(286)和流體出口(287，288)；光源(201，330)；光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)(170，228，310&amp;315)，其將所述光引導(dǎo)通過(guò)所述采樣室；光學(xué)采集系統(tǒng)(270，350)，其被設(shè)置用以采集在流過(guò)所述采樣室的所述流體中的所述粒子散射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)(280，360，440)，其被設(shè)置用以檢測(cè)所述光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器(282，363，423)，所述光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的尺寸小于一微米的所述粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào)；其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括CMOS成像器。2.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述流體是液體。3.如權(quán)利要求1所述的i殳備，其中所述光源包括激光器。4.如權(quán)利要求1所述的i殳備，其中所述流體沿第一方向流過(guò)所述采樣室，所述檢測(cè)器沿所述第一方向檢測(cè)從所ii^立子所散射的光。5.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述采樣室包括流單元壁，所述光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸(277)，在與從所述采樣室的所述檢測(cè)器的方向相反的沿著所述光學(xué)軸的方向上，所述流單元沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其進(jìn)入所述檢測(cè)器的流單元壁。6.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括微處理器。7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)。8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)包括用于多次引導(dǎo)和重聚焦所述激光束通過(guò)所述采樣室的重定向光學(xué)器件(172&174,230&232，310&315)。9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述重定向光學(xué)器件包括多個(gè)鏡。10.如權(quán)利要求9所述的i殳備，其中所述多個(gè)鏡被設(shè)置用以10次或者更多次地引導(dǎo)所述激光束通過(guò)所述采樣室。11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)鏡被設(shè)置用以25次或者更多次引導(dǎo)所述激光束通過(guò)所述采樣室。12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述光采集系統(tǒng)具有光軸，穿過(guò)所述采4f室的所述多個(gè)束位于與所述光軸垂直的平面中。13.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述光源包括產(chǎn)生多個(gè)所述激光束的多個(gè)激光器，所述光引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)包括用于引導(dǎo)所述多個(gè)激光束通過(guò)所述采樣室的光學(xué)系統(tǒng)。14.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，所述流體流是在與所述光軸大體平行的方向上。15.如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述液體是水，所述流單元包括熔融石英玻璃窗或者透鏡。16.—種檢測(cè)在流動(dòng)流體中尺寸小于一微米的不受約束的粒子的方法，所述方法包括使包含尺寸小于一微米的所述不受約束的粒子的所述流體流動(dòng)；引導(dǎo)激光束通過(guò)所述流體流;采集所述流體中的所ii^立子散射的光；以及利用CMOS成像器檢測(cè)所采集的光并且從所述CMOS成〗象器輸出以所述粒子的M為特征的信號(hào)。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述引導(dǎo)包括多次使所述激光束穿過(guò)所述流體流并且重聚焦所述束。18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述穿過(guò)包括在相同平面中三次或者更多次地使所述激光束穿過(guò)所述流體流。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述采集包括繞著垂直于所述平面的光軸采集所述散射的光。20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述采集包括繞著光軸采集所述光，所述流動(dòng)包括^f吏所述流體沿所述光軸的方向流動(dòng)。21.—種設(shè)備(200,300)，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一微米的不受約束的粒子，所述設(shè)備包括采樣室(178，240,345)，其具有流體入口(286)和流體出口(287,288);多束激光光學(xué)系統(tǒng)(170，[201，209&228],340)，其用于在所述采樣室中提供多個(gè)激光束；光學(xué)采集系統(tǒng)(270，350)，其被設(shè)置用以采集在流過(guò)所述采樣室的流體中尺寸小于一微米的所述粒子散射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)(280，360,440)，其被設(shè)置用以檢測(cè)所述光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器(282，363，423)，所述光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的所述粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào)；其中所述光學(xué)檢測(cè)器具有三十個(gè)或者更多個(gè)光學(xué)檢測(cè)器單元(424)。22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述多束激光光學(xué)系統(tǒng)包括產(chǎn)生所述激光束的激光器和用于在所述激光束已經(jīng)穿過(guò)所述采樣室一次之后引導(dǎo)和重聚焦所述激光束返回通過(guò)所述采樣室的光學(xué)重定向器件。23.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)重定向器件包括鏡。24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)重定向器件包括多個(gè)鏡。25.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，所述激光束位于與所述光軸垂直的平面中。26.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述采樣室中的所述激光束、所述采集光學(xué)器件和所述檢測(cè)器限定感測(cè)區(qū)域，所述感測(cè)區(qū)域在平行于所述激光束的平面中具有0.5平方毫米或者更大的橫截面面積。27.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述面積為1平方毫米或者更大。28.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述面積為2平方毫米或者更大。29.如權(quán)利要求26所述的設(shè)備,其中所述多束激光光學(xué)系統(tǒng)包括提供所述激光束的多個(gè)激光器。30.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括CCD像素陣列。31.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括CMOS像素陣列。32.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括二維像素陣列。33.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中有十個(gè)或者更多個(gè)所述激光束。34.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述流體沿第一方向流過(guò)所述釆樣室，而所述檢測(cè)器沿所述第一方向檢測(cè)從所ii^立子散射的光。35.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述流單元包括流單元壁，所述光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸，并且在與從所述采樣室的所述檢測(cè)器的方向相反的沿著所述光學(xué)軸的方向上，所述流單元沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其ii^所述檢測(cè)器的流單元壁。36.—種用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的尺寸小于一孩t米的不受約束的粒子的方法，所述方法包括使包含尺寸小于一孩i米的所述不受約束的粒子的所述流體流動(dòng)；引導(dǎo)多個(gè)激光束通過(guò)所述流體流；采集所述流體中的所述粒子散射的光；以及檢測(cè)所采集的光并且輸出以所述粒子的參數(shù)為特征的信號(hào)。37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述引導(dǎo)包括產(chǎn)生激光束、使所述激光束穿過(guò)所述流體流并且引導(dǎo)和重聚焦所述激光束返回通過(guò)所述流體流。38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述重定向包括反射所述激光束。39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述反射包括多次反射所述激光束。40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述引導(dǎo)包括引導(dǎo)十個(gè)或者更多個(gè)激光束通過(guò)所述流體流，所述反射包括九次或者更多次地反射所述激光束o41.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述多個(gè)激光束限定平面，所述采集包括繞著與所述平面垂直的光軸采集所述光。42.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述激光束限定平面和感測(cè)區(qū)域，所述感測(cè)區(qū)域在所述平面中具有0.5平方毫米或者更大的橫截面面積。43.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述引導(dǎo)包括利用多個(gè)激光器產(chǎn)生多個(gè)激光束并且4吏所述多個(gè)激光束穿過(guò)所述流體流。44.一種設(shè)備(200，300)，用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的不受約束的粒子(417),所述設(shè)備包括采樣室(178，240，345)，其具有流體入口(286)和流體出口(287,288);光源([201，209&228j，340)，用于在所述釆樣室中提供一個(gè)或者多個(gè)光束；光學(xué)釆集系統(tǒng)(270，350),其^皮設(shè)置用以采集所述采樣室中的所述光束中的所i^r立子散射的光；以及檢測(cè)系統(tǒng)(280，360,440),其凈皮設(shè)置用以檢測(cè)所述光學(xué)采集系統(tǒng)所采集的光，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括光學(xué)檢測(cè)器(282,363，423)，所述光學(xué)檢測(cè)器產(chǎn)生以檢測(cè)到的所述粒子的數(shù)目為特征的電信號(hào)；所述光學(xué)檢測(cè)器具有三十個(gè)或者更多個(gè)光學(xué)檢測(cè)器單元(424);以及所述一個(gè)或者多個(gè)光束、所述光學(xué)采集系統(tǒng)和所述光學(xué)檢測(cè)器在所述采樣室內(nèi)限定粒子感測(cè)區(qū)域(416),在所述粒子感測(cè)區(qū)域中光的強(qiáng)度至少為每平方毫米IO瓦，所述感測(cè)區(qū)域具有0.5平方亳米或者更大的面積。45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述感測(cè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平方毫米或者更大。46.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述感測(cè)區(qū)域?yàn)閮蓚€(gè)平方毫米或者更大。47.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述光源包括激光器。48.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，其中所述光源包括多個(gè)鏡。49.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述光源包括多個(gè)激光器。50.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備,其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括CCD像素陣列。51.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括CMOS像素陣列。52.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)檢測(cè)器包括二維像素陣列。53.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備,其中所述流體沿第一方向流過(guò)所述采樣室，所述檢測(cè)器沿所述第一方向檢測(cè)從所述粒子散射的光。54.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述采樣室包括流單元壁，所述光學(xué)采集系統(tǒng)具有光軸(277)，在與從所述采樣室的所述檢測(cè)器的方向相反的沿著所述光軸的方向上，所述流單元沒(méi)有足以產(chǎn)生光學(xué)噪聲的雜散光能夠從其^所述檢測(cè)器的流單元壁。全文摘要一種用于光學(xué)檢測(cè)在流動(dòng)流體中懸浮的不受約束的粒子的粒子計(jì)數(shù)器(200)，包括采樣室(240)，其具有流體入口和流體出口；產(chǎn)生激光束(212)的激光器組件(201)；束成形光學(xué)系統(tǒng)(228)，其在采樣室中提供多激光束圖案；以及CMOS光學(xué)檢測(cè)器，其被設(shè)置用以檢測(cè)采樣室中的粒子散射的光，該檢測(cè)器產(chǎn)生以粒子的參數(shù)為特征的電信號(hào)。粒子計(jì)數(shù)器在采樣室內(nèi)具有粒子感測(cè)區(qū)域，在該粒子感測(cè)區(qū)域中光的強(qiáng)度至少為10瓦/毫米2并且該粒子感測(cè)區(qū)域具有0.5平方毫米或者更大的面積。檢測(cè)器具有三十個(gè)或者更多個(gè)檢測(cè)器陣列單元。激光光學(xué)系統(tǒng)反射和重聚焦激光束以實(shí)現(xiàn)相同激光束多次穿過(guò)感測(cè)區(qū)域。文檔編號(hào)G01N15/02GK101189502SQ200680015201公開日2008年5月28日申請(qǐng)日期2006年6月2日優(yōu)先權(quán)日2005年6月6日發(fā)明者德懷特·A·細(xì)勒爾,托德·A·切爾尼申請(qǐng)人:粒子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有限公司