專(zhuān)利名稱(chēng)：微粒檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里討論的實(shí)施例涉及ー種用于光學(xué)地檢測(cè)空氣中漂浮的微粒(microparticle) 的微粒檢測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)增加了對(duì)大氣安全的關(guān)注。因此，正在研發(fā)公眾用來(lái)容易地實(shí)時(shí)監(jiān)視大氣狀態(tài)的微粒檢測(cè)技木?？衫脵z測(cè)通過(guò)將光照射到氣溶膠相(aerosol-phase)樣品所引起的光的散射的方法來(lái)檢測(cè)具有0. I到I ii m的尺寸的將被檢測(cè)的物體(例如，微粒)。微粒引起的散射在米氏散射范圍內(nèi)。米氏散射范圍內(nèi)的散射光的強(qiáng)度可具有如圖 I中所示的分布。如圖I中所示，沿與光(實(shí)線)照射到微粒所沿的方向基本相同的方向，散射光 (虛線)可具有最高的分布。因此，可沿與照射到微粒的光的前進(jìn)方向基本相同的方向有效地檢測(cè)散射光。然而，也可檢測(cè)到直接從光源發(fā)射而不被微粒散射的光(以下，稱(chēng)為直接光)，因此，對(duì)散射光的檢測(cè)可能是不準(zhǔn)確的。即，散射光檢測(cè)的信噪比(SNR)可能很低，從而減小微粒的檢測(cè)可靠性。除了與照射到微粒的光的前進(jìn)方向基本相同的方向以外，還可沿其他方向檢測(cè)到散射光。然而，當(dāng)直接光可能減弱時(shí)，檢測(cè)到的散射光的強(qiáng)度也會(huì)減小，結(jié)果，不會(huì)顯著提高散射光檢測(cè)的SNR。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例的一方面在于提供ー種微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，照射到微粒的光的焦點(diǎn)被調(diào)節(jié)成位于引入?yún)g元和光束阻擋單元之間，從而檢測(cè)來(lái)自微粒的雜散光被最大程度地排除的散射光。本發(fā)明的示例性實(shí)施例的其他方面將部分地在下面的描述中闡述，部分地將通過(guò)描述顯而易見(jiàn)，或者可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。根據(jù)本發(fā)明的不例性實(shí)施例的一方面，ー種微粒檢測(cè)設(shè)備包括發(fā)光的光學(xué)兀件; 會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置在從光學(xué)元件發(fā)射的光的前進(jìn)方向中，以會(huì)聚光；微粒路徑，定位在已經(jīng)經(jīng)過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的光的前進(jìn)方向中，以使微粒路徑與光交叉；光束阻擋單元，阻擋已經(jīng)經(jīng)過(guò)微粒路徑的直接光；會(huì)聚透鏡，設(shè)置在光束阻擋單元的后方；檢測(cè)器，設(shè)置在會(huì)聚透鏡的后方，以檢測(cè)被微粒散射的光，其中，由發(fā)光光學(xué)元件和會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)形成的光的焦點(diǎn)位于微粒路徑的后方。 光的焦點(diǎn)可位于微粒路徑和光束阻擋單元之間。在會(huì)聚透鏡的后方可設(shè)置光束阻擋單元的陰影帶，檢測(cè)器可位于陰影帶中?？烧{(diào)節(jié)光束阻擋單元的直徑，以使陰影帶具有預(yù)定的尺寸或者更大的尺寸。
微粒路徑可位于會(huì)聚透鏡的前焦面的前面，以使在微粒路徑的位置產(chǎn)生的散射光被會(huì)聚透鏡會(huì)聚到陰影帶中。光束阻擋單元可包括第一阻擋壁，被設(shè)置成垂直于光的前進(jìn)方向，以阻擋ー些直接光；第二阻擋壁，從第一阻擋壁突出。第二阻擋壁可從第一阻擋壁的邊緣突出。第二阻擋壁可與光的前進(jìn)方向平行地從第一阻擋壁突出。光束阻擋單元可部分地定位在會(huì)聚透鏡中。光束阻擋單元可包括相對(duì)于光的前進(jìn)方向以預(yù)定角度傾斜的反射鏡，以反射直接光。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種微粒檢測(cè)設(shè)備包括光學(xué)室；引入?yún)g元，微粒通過(guò)該引入?yún)g元引入到光學(xué)室中；光源単元，將光照射到被引入的微粒；檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，用于檢測(cè)由已被光照射的微粒散射的光；光束阻擋單元，設(shè)置在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的前面，以阻擋直接光，其中，照射到微粒的光的焦點(diǎn)位于由引入到光學(xué)室中的微粒限定的微粒路徑與光束阻擋單元之間。微粒路徑可定位在從光源單元發(fā)射的光的前進(jìn)方向上，從而微粒路徑與光交叉。檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)可包括會(huì)聚透鏡，用于折射已經(jīng)經(jīng)過(guò)光束阻擋單元的光，以會(huì)聚光；檢測(cè)器，位于被會(huì)聚透鏡會(huì)聚的散射光的焦點(diǎn)上，以檢測(cè)散射光。可在會(huì)聚透鏡的后方設(shè)置光束阻擋單元的陰影帶，檢測(cè)器可位于陰影帶中?？烧{(diào)節(jié)光束阻擋單元的直徑，以使陰影帶具有預(yù)定的尺寸或者更大的尺寸。微粒路徑可位于會(huì)聚透鏡的前焦面的前面，以使在微粒路徑的位置產(chǎn)生的散射光可通過(guò)會(huì)聚透鏡會(huì)聚到陰影帶中。光束阻擋單元可包括第一阻擋壁，垂直于光的前進(jìn)方向而設(shè)置，以阻擋ー些直接光；第二阻擋壁，從第一阻擋壁突出。第二阻擋壁可從第一阻擋壁的邊緣突出。第二阻擋壁可與光的前進(jìn)方向平行地從第一阻擋壁突出。光束阻擋單元可局部地位于會(huì)聚透鏡中。光束阻擋單元可包括相對(duì)于光的前進(jìn)方向以預(yù)定角度傾斜的反射鏡，以反射直接光。會(huì)聚透鏡可包括具有非球面的透鏡，所述非球面形成在所述透鏡的ー側(cè)或者相對(duì)的兩側(cè)。會(huì)聚透鏡可包括用于會(huì)聚光的會(huì)聚透鏡。光源単元可包括發(fā)光光學(xué)元件和用于會(huì)聚從光學(xué)元件發(fā)射的光的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)元件可包括激光二極管(LD)或者發(fā)光二極管(LED)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種微粒檢測(cè)設(shè)備包括光學(xué)室；引入?yún)g元，微粒通過(guò)該引入?yún)g元引入到光學(xué)室中；光源単元，將光照射到被引入的微粒；檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，用于檢測(cè)由已被光照射的微粒散射的光；光束阻擋單元，設(shè)置在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的前面，以阻擋沒(méi)有被微粒散射的直接光，其中，光束阻擋單元包括第一阻擋壁，垂直于從光源單元發(fā)射的光的前進(jìn)方向而設(shè)置，以阻擋直接光；第二阻擋壁，從第一阻擋壁突出。第二阻擋壁可從第一阻擋壁的邊緣突出。
第二阻擋壁可與光的前進(jìn)方向平行地從第一阻擋壁突出。檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)可包括會(huì)聚透鏡，用于折射已經(jīng)經(jīng)過(guò)光束阻擋單元的光，以會(huì)聚光；檢測(cè)器，位于被會(huì)聚透鏡會(huì)聚的散射光的焦點(diǎn)上，以檢測(cè)散射光。光束阻擋單元可局部地位于會(huì)聚透鏡中?？稍跁?huì)聚透鏡的后方設(shè)置光束阻擋單元的陰影帶，檢測(cè)器可位于陰影帶中?？烧{(diào)節(jié)光束阻擋單元的直徑，以使陰影帶具有預(yù)定的尺寸或者更大的尺寸。由引入到光學(xué)室中的微粒限定的微粒路徑可位于會(huì)聚透鏡的前焦面的前面，以使在微粒路徑的位置產(chǎn)生的散射光可被會(huì)聚透鏡會(huì)聚到陰影帶中。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，ー種微粒檢測(cè)設(shè)備包括光學(xué)室；引入?yún)g元，微粒通過(guò)該引入?yún)g元引入到光學(xué)室中；光源単元，將光照射到被引入的微粒；檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，用于檢測(cè)由已被光照射的微粒散射的光；光束阻擋單元，設(shè)置在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的前面，以阻擋沒(méi)有被微粒散射的直接光，其中，光束阻擋單元包括反射鏡，所述反射鏡相對(duì)于從光源單元發(fā)射的光的前進(jìn)方向以預(yù)定角度傾斜，以反射入射到光束阻擋單元上的直接光。檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)可包括會(huì)聚透鏡，用于折射已經(jīng)經(jīng)過(guò)光束阻擋單元的光，以會(huì)聚光；檢測(cè)器，位于被會(huì)聚透鏡會(huì)聚的散射光的焦點(diǎn)上，以檢測(cè)散射光。可在會(huì)聚透鏡的后方設(shè)置光束阻擋單元的陰影帶，檢測(cè)器可位于陰影帶中。可調(diào)節(jié)光束阻擋單元的直徑，以使陰影帶具有預(yù)定的尺寸或者更大的尺寸。由引入到光學(xué)室中的微粒限定的微粒路徑可位于會(huì)聚透鏡的前焦面的前面，以使在微粒路徑的位置產(chǎn)生的散射光可被會(huì)聚透鏡會(huì)聚到陰影帶中。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面將會(huì)變得清楚和更加易于理解，其中圖I示出在米氏散射帶中的散射光的示例性的強(qiáng)度分布；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備；圖3示出微粒檢測(cè)設(shè)備的剖視圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備中的光路圖5示出散射光可被會(huì)聚到微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件圖6示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備中的光路圖7示出散射光可被會(huì)聚到圖6的微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備中的光路；圖9示出散射光被會(huì)聚到圖8的微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例做出詳細(xì)說(shuō)明，在附圖中示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的元件。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備100，圖3是微粒檢測(cè)設(shè)備100的剖視圖。參照?qǐng)D2和圖3，微粒檢測(cè)設(shè)備100包括光源單元110、引入單元120、光學(xué)室130、光束阻擋單元140和檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。將光照射到樣品微粒的光源單兀110包括發(fā)光的光學(xué)兀件111和用于會(huì)聚從光學(xué)元件111發(fā)射的光的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112。光學(xué)元件111可包括激光二極管(LD)(未示出)或者發(fā)光二極管(LED)(未示出)。包括多個(gè)透鏡和光譜濾波器的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112會(huì)聚從光學(xué)元件111發(fā)射的光， 以使光照射到光學(xué)室130中。S卩，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112可沿光前進(jìn)的方向定位，以會(huì)聚光。會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112可被設(shè)計(jì)成照射表現(xiàn)高光學(xué)密度和低數(shù)值孔徑(NA)的光。一側(cè)或者相對(duì)兩側(cè)是非球面的多個(gè)準(zhǔn)直透鏡可被用于使在焦點(diǎn)的光斑尺寸最小化。當(dāng)光學(xué)元件111是LED時(shí)，可能必須以増加的精度來(lái)設(shè)計(jì)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112。這是因?yàn)長(zhǎng)ED光源表現(xiàn)面光源而非點(diǎn)光源的特性，所以可需要高光學(xué)密度以引起足夠的來(lái)自微粒的散射光。引入?yún)g元120將氣溶膠相的液體微粒(以下稱(chēng)為微粒)或環(huán)境空氣引入到光學(xué)室 130 中。引入?yún)g元120包括微粒流動(dòng)到光學(xué)室130中所通過(guò)的管嘴。引入?yún)g元120可連接到泵121，以將被引入到光學(xué)室130中的微粒排放到外部。S卩，引入?yún)g元120的作為微粒的入口的一端連接到光學(xué)室130，以使被引入的微粒流入光學(xué)室130中。引入單元120的另一端可連接到泵121，從而從光學(xué)室130排放微粒。 因此，引入?yún)g元120可具有入口端和出口端，通過(guò)入口端將微粒引入到光學(xué)室130中，通過(guò)出ロ端從光學(xué)室130排放微粒。光學(xué)室130具有光入口端131a和光出ロ端131b，從光源単元110發(fā)射的光通過(guò)光入口端131a照射到光學(xué)室130中，被照射到光學(xué)室130中的光通過(guò)光出ロ端131b釋放到光學(xué)室外。光入口端131a和光出口端131b設(shè)置在光學(xué)室130的預(yù)定位置，從而光源單元 110照射的光以直線的形式通過(guò)光入口端131a被引入且通過(guò)光出口端131b釋放。光學(xué)室130反射被微粒散射的光并通過(guò)光出ロ端131b釋放光。入射到光學(xué)室130 的光照射到通過(guò)引入?yún)g元120引入到光學(xué)室130中的微粒，結(jié)果微粒引發(fā)散射光。散射光通過(guò)形成在光學(xué)室130的預(yù)定位置的光出ロ端131b釋放。光束阻擋單元140可設(shè)置在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的前面，以阻擋直接光。從微粒發(fā)出的執(zhí)行米氏散射的散射光的強(qiáng)度在散射光的前部最高。因此，可沿通過(guò)光出ロ端131b釋放的光的前進(jìn)方向設(shè)置用于檢測(cè)散射光的檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。通過(guò)光出ロ端131b釋放的光包括直接光和被微粒散射的前方光。因此，光束阻擋単元140可設(shè)置在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的前面，以阻擋直接光。結(jié)果，檢測(cè)到的散射光的強(qiáng)度變得比直接光高，從而改進(jìn)了散射光的檢測(cè)有效性，即，散射光的信噪比(SNR)。光束阻擋單元140可由黑色陽(yáng)極化招(anodized aluminum)材料制成，以吸收入射的直接光?？蛇x擇地，可在光束阻擋單元140的前方設(shè)置有反射直接光的反射鏡。檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150會(huì)聚從光學(xué)室130釋放的光并檢測(cè)來(lái)自會(huì)聚光的散射光，以確定微粒是否存在。設(shè)置在光出ロ端131b的后方的檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150包括會(huì)聚透鏡151和檢測(cè)器 152。會(huì)聚透鏡151可包括會(huì)聚凸透鏡。會(huì)聚透鏡的至少ー側(cè)可以是非球面的，以產(chǎn)生優(yōu)良的會(huì)聚光。雖然在這個(gè)實(shí)施例中會(huì)聚透鏡151包括ー個(gè)會(huì)聚透鏡，但是用于會(huì)聚光的多個(gè)透鏡被包括在本發(fā)明的范圍中。例如，會(huì)聚透鏡151可包括具有形成在其相對(duì)兩側(cè)的非球面的透鏡或者會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡的組合。檢測(cè)入射的散射光的檢測(cè)器152包括光接收元件，例如光電ニ極管(PD)(未示出) 或者光電倍增管(PMT)(未示出)。檢測(cè)器152可以是用于將光轉(zhuǎn)換成電的元件。檢測(cè)器152將由所述元件吸收的光子的能量轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的形式，以測(cè)量光子通量或光功率。可測(cè)量接收的散射光的強(qiáng)度，可以基于所測(cè)量的散射光的強(qiáng)度來(lái)確定在空氣中存在多少微粒。利用根據(jù)實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備100，可迅速地實(shí)時(shí)檢測(cè)在空氣中漂浮的微粒?？梢砸缘统杀緦⒏鶕?jù)示例性實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備100制造為具有小尺寸。因此，根據(jù)該實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備可被廣泛用于各種行業(yè)。例如，根據(jù)示例性實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備可被安裝在家用電器中，以使公眾可以容易地監(jiān)視室內(nèi)的微粒。當(dāng)光學(xué)元件是激光二極管吋，由于激光光源的強(qiáng)度具有高斯分布，所以可以在焦點(diǎn)形成具有數(shù)Pm或者更小的直徑的光斑，且可以減小光束阻擋單元的直徑。然而，當(dāng)光學(xué)元件是LED吋，由于LED光源表現(xiàn)面光源的特性，且除此之外，照射到所發(fā)射的光的外圍的光的量很大，所以可能難以在焦點(diǎn)形成與激光光源在焦點(diǎn)的光斑一樣小的光斑。因此，優(yōu)化光束阻擋單元的尺寸可能變得越來(lái)越重要。對(duì)于LED光源，光束阻擋單元可被設(shè)置為阻擋入射在光束阻擋單元上的光的大部分。然而，由于LED光源的性質(zhì)，使得非常小的量的光通過(guò)光束阻擋單元。如果增加光束阻擋單元的直徑以阻擋這樣的非常少的量的光，則也阻擋了前方散射光，結(jié)果，散射光的SNR 可能不增加。公開(kāi)了示例性實(shí)施例。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備中的光路。參照?qǐng)D4，微粒檢測(cè)設(shè)備100包括沿著從光源發(fā)射的光的前進(jìn)方向順序設(shè)置的光源単元110、引入?yún)g元120、光束阻擋單元140和檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。S卩，引入?yún)g元120、光束阻擋單元140和檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150可順序地設(shè)置在光源単元110的后方。從光學(xué)元件111發(fā)射的光通過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)112，被照射到通過(guò)引入?yún)g元120引入的微粒，并在光軸X上形成焦點(diǎn)F。當(dāng)光照射到微粒時(shí)，從微粒產(chǎn)生的散射光在微粒路徑的位置A發(fā)射。通過(guò)引入單元引入的微粒限定微粒路徑。微粒路徑被形成為與從光源發(fā)射的光交叉。在微粒路徑的位置A發(fā)射的散射光經(jīng)過(guò)(bypass，從旁邊經(jīng)過(guò))光束阻擋單元 140，被會(huì)聚透鏡151會(huì)聚，并在光軸X上形成焦點(diǎn)。位于焦點(diǎn)上的檢測(cè)器152接收散射光。散射光的一部分可被光束阻擋單元140阻擋，入射到散射檢測(cè)帶上的散射光經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140并被檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150接收。散射檢測(cè)帶可由光束阻擋單元140的直徑和會(huì)聚透鏡151的直徑以及引入?yún)g元 120與光束阻擋單元140之間的距離來(lái)決定。如圖4中所示，散射檢測(cè)帶可被限定為與自光軸X起的0 i與自光軸X起的e f之間的角e S對(duì)應(yīng)的帯。S卩，在微粒路徑的位置A發(fā)射的散射光中，入射到與Gi和Qf之間的角0 s對(duì)應(yīng)的所述帶上的散射光經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140，被會(huì)聚透鏡151會(huì)聚，并在檢測(cè)器152的位置形成焦點(diǎn)。光束阻擋單元140阻擋ー些散射光以及沒(méi)有被微粒散射的直接光的大部分。雖然光束阻擋單元140對(duì)直接光進(jìn)行了阻擋，但是ー些直接光經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140，結(jié)果在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的所述散射檢測(cè)帶中形成雜散光?？烧{(diào)節(jié)光源単元110，從而從光源単元110發(fā)射的光的焦點(diǎn)F位于微粒路徑的位置 A和光束阻擋單元140之間，以改善散射光的檢測(cè)有效性。結(jié)果，在光束阻擋單元140的陰影帶D檢測(cè)到散射光。當(dāng)從光源単元110發(fā)射的光的焦點(diǎn)F形成在微粒路徑的位置A時(shí)，經(jīng)由散射檢測(cè)帶經(jīng)過(guò)光束阻擋單元的散射光和雜散光被會(huì)聚透鏡會(huì)聚到相同的帶中，這意味著檢測(cè)到含有雜散光的散射光，結(jié)果散射光的SNR降低，因此，可能沒(méi)有有效地檢測(cè)微粒。因此，在實(shí)施例中，可將光源的焦點(diǎn)F設(shè)計(jì)成形成在微粒路徑的位置A的后方，從而以分離的狀態(tài)會(huì)聚經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140的散射光和雜散光。如果光源的焦點(diǎn)F與微粒路徑的發(fā)射散射光所處的位置A不同，則經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140的雜散光被會(huì)聚透鏡151折射的角度與經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140的散射光被會(huì)聚透鏡151折射的角度彼此不同。因此，在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的帶中，雜散光會(huì)聚帶S和散射光會(huì)聚帶D可彼此分離。參照?qǐng)D4，作為光源的焦點(diǎn)F與散射光的發(fā)射位置A之間的分離的結(jié)果，在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150中阻擋的光束的陰影帶D中檢測(cè)到散射光，在陰影帶D的外圍帶S中檢測(cè)到經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140的雜散光?？稍诠馐钃鯁卧?40的陰影帶D中檢測(cè)散射光。因此，可將陰影帶D形成為具有合適的尺寸，并將散射光會(huì)聚到陰影帶D中。在圖5中示出示例性微粒檢測(cè)設(shè)備。圖5示出散射光被會(huì)聚到例如如圖4中所示的微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件。光束阻擋單元140具有預(yù)定的或更大的直徑，以形成具有合適的尺寸的陰影帶D。提供連接光束阻擋單元140的一端和其上入射有光的帶的一端的邊緣線，以設(shè)定光束阻擋單元140的直徑。由于光束阻擋單元140的直徑減小，所以邊緣線和光軸X之間的交叉點(diǎn)M向后移動(dòng)。在這個(gè)實(shí)施例中，交叉點(diǎn)M被設(shè)定成位于微粒路徑的位置A的前面，以形成具有合適尺寸的陰影帶D?？烧{(diào)節(jié)光束阻擋單元140的直徑，以合適地保持散射檢測(cè)帯，散射光在所述散射檢測(cè)帶中經(jīng)過(guò)光束阻擋單元140。發(fā)生這樣的情況是因?yàn)樯⑸錂z測(cè)帶的尺寸隨著光束阻擋単元140的直徑的増加而減小從而被引導(dǎo)到檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的散射光的量減小。在通過(guò)上述過(guò)程形成具有合適的尺寸的陰影帶D時(shí)，可以執(zhí)行調(diào)節(jié)，以將散射光會(huì)聚到陰影帶D中。定義了會(huì)聚透鏡151的前焦平面與光軸X之間的交叉點(diǎn)FF。前焦平面是垂直于光軸且通過(guò)前焦點(diǎn)的平面。當(dāng)在前焦平面與光軸X之間的交叉點(diǎn)FF發(fā)射散射光吋，已經(jīng)經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡151的散射光被準(zhǔn)直。當(dāng)散射光的發(fā)射點(diǎn)處于前焦平面和光軸X之間的交叉點(diǎn)FF后部且靠近會(huì)聚透鏡151吋，已經(jīng)過(guò)會(huì)聚透鏡151的散射光發(fā)散。微粒路徑的位置A可被設(shè)計(jì)成位于前焦平面和光軸X之間的交叉點(diǎn)FF的前面，從而散射光在前焦平面的前面發(fā)射，因此，散射光被會(huì)聚到陰影帶D中。圖5的微粒檢測(cè)設(shè)備可被設(shè)計(jì)成使得微粒路徑的位置A定位在邊緣線與光軸X之間的交叉點(diǎn)M的后方，前焦平面與光軸X之間的交叉點(diǎn)FF定位在微粒路徑的位置A的后方。 結(jié)果，散射光被會(huì)聚到具有合適的尺寸的陰影帶中。已經(jīng)公開(kāi)了用于提高散射光的SNR(即，微粒散射的光的檢測(cè)有效性)的微粒檢測(cè)設(shè)備。在圖6到圖9中示出光束阻擋單元可以以各種方式被修改的微粒檢測(cè)設(shè)備的實(shí)施例。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備100中的光路，圖I示出散射光可被會(huì)聚到圖6的微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件。參照?qǐng)D6，微粒檢測(cè)設(shè)備100包括順序布置的光源単元110、引入?yún)g元120、光束阻擋單元140以及包括會(huì)聚透鏡151和檢測(cè)器152的檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。將從光源単元110發(fā)射的光朝著引入?yún)g元120照射，使得微粒散射光。所照射的光在平行于光的前進(jìn)方向的光軸上形成焦點(diǎn)F并被光束阻擋單元140吸收。S卩，光束阻擋単元140阻擋沒(méi)有被微粒散射的直接光，以防止直接光前進(jìn)到檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。被微粒散射的散射光在微粒流動(dòng)所沿的微粒路徑的位置A發(fā)射。一些散射光被光束阻擋單元140阻擋，一些散射光經(jīng)由散射檢測(cè)帶入射到檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150上。散射檢測(cè)帶是散射光從散射光的發(fā)射點(diǎn)(微粒路徑的位置A)經(jīng)過(guò)光束阻擋單元 140的帶(e i和e f之間的角e s)。檢測(cè)器152檢測(cè)發(fā)射到散射檢測(cè)帶中的散射光。直接光的大部分被光束阻擋單元140阻擋；然而，ー些直接光沒(méi)有被光束阻擋單元140阻擋，而是在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的所述帶中形成雜散光。另外，被光束阻擋單元140 阻擋的ー些直接光被光束阻擋單元140反射，并入射到檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150上，從而形成雜散光。如果檢測(cè)器152檢測(cè)到雜散光和散射光，則散射光的SNR降低，結(jié)果，微粒檢測(cè)設(shè)備100的有效性降低。因此，例如在這個(gè)實(shí)施例中，從光源単元110發(fā)射的光的焦點(diǎn)F被調(diào)節(jié)成位于微粒路徑的位置A與光束阻擋單元140的位置之間，以在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的帶中將雜散光檢測(cè)帶和散射光檢測(cè)帶彼此分離?？梢砸悦睜畹男螤钚纬晒馐钃鯁卧?40，以最大化地防止雜散光的產(chǎn)生。光束阻擋單元140可包括第一阻擋壁141和多個(gè)第二阻擋壁142，第一阻擋壁141 被設(shè)置成垂直于光軸X(即，與光的前進(jìn)方向垂直)，以阻擋ー些直接光，所述多個(gè)第二阻擋壁142從第一阻擋壁141突出。第一阻擋壁141可以由黑色陽(yáng)極化鋁材料制成，以吸收入射的直接光?？蛇x擇地， 第一阻擋壁141可包括反射直接光的反射鏡。第二阻擋壁142從第一阻擋壁141的邊緣突出，以防止被第一阻擋壁141阻擋的 ー些直接光被反射成為雜散光。例如，第二阻擋壁142與光的前進(jìn)方向平行地從第一阻擋壁141向物方突出。第二阻擋壁142將被第一阻擋壁141反射的直接光全部反射，從而所述直接光消失在光束阻擋單元140中。在光束阻擋單元140中可能發(fā)生數(shù)次全部反射。因此，各個(gè)第 ニ阻擋壁142可具有預(yù)定長(zhǎng)度，以使直接光消失在光束阻擋單元140中。因?yàn)樯⑸錂z測(cè)帶隨著各個(gè)第二阻擋壁142的長(zhǎng)度的増加而變窄，所以光束阻擋單元140可局部地位于會(huì)聚透鏡151中，以確保合適的散射檢測(cè)帯。根據(jù)該實(shí)施例的包括如上所述的光束阻擋單元140的微粒檢測(cè)設(shè)備100最大化地排除了被引導(dǎo)到檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的雜散光，從而提高了散射光的檢測(cè)有效性。在根據(jù)該實(shí)施例的具有如上所述的構(gòu)造的微粒檢測(cè)設(shè)備100中，如圖6中所示，光束阻擋單元140的陰影帶D與陰影帶D周?chē)碾s散光檢測(cè)帶S分離。另外，散射光可被會(huì)聚到陰影帶D中并被檢測(cè)器152檢測(cè)。可能有必要調(diào)節(jié)光束阻擋單元140的直徑，并調(diào)節(jié)微粒路徑的位置A和會(huì)聚透鏡
151的前焦平面的位置FF，以將陰影帶D形成為具有合適的尺寸，并將散射光會(huì)聚到陰影帶 D中。參照?qǐng)D7，連接光束阻擋單元140的一端與其上入射有光的所述帶的一端的邊緣線與光軸X之間的交叉點(diǎn)M被設(shè)定為位于微粒路徑的位置A的前面。隨著光束阻擋單元 140的直徑減小，在邊緣線與光軸X之間的交叉點(diǎn)M向后移動(dòng)。交叉點(diǎn)M可被設(shè)定為位于微粒路徑的位置A的前面，以使光束阻擋單元140是預(yù)定的直徑或更大，從而形成具有合適的尺寸或者更大的尺寸的陰影帶D。微粒路徑的發(fā)射散射光的位置A被調(diào)節(jié)成位于會(huì)聚透鏡151的前焦平面與光軸X 的交叉點(diǎn)FF的前面，從而將散射光會(huì)聚到具有合適的尺寸的陰影帶D中。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備100中的光路，圖9示出散射光被會(huì)聚到圖8的微粒檢測(cè)設(shè)備中的陰影帶中的條件。參照?qǐng)D8和圖9，微粒檢測(cè)設(shè)備100包括沿著從光源単元110發(fā)射的光的前進(jìn)方向順序布置的光源単元110、引入?yún)g元120、光束阻擋單元140以及包括會(huì)聚透鏡151和檢測(cè)器152的檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150。光束阻擋單元140可包括相對(duì)于平行于光的前進(jìn)方向的光軸X以預(yù)定角度傾斜的反射鏡，以反射入射到光束阻擋單元上的直接光。傾斜的光束阻擋單元140最大化地防止沒(méi)有被微粒散射的直接光在檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)150的帶中形成雜散光。形成在照射到樣品微粒的光的光軸X上的焦點(diǎn)F的位置、在微粒路徑的位置A與光束阻擋單元140之間的位置關(guān)系、光束阻擋單元140的直徑以及微粒路徑的位置A與會(huì)聚透鏡151的前焦平面之間的位置關(guān)系基本類(lèi)似于圖6和圖7中所示的那些類(lèi)似，因此將不給出對(duì)它們的詳細(xì)描述。根據(jù)如上所述的該實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備，照射到樣品微粒的光的焦點(diǎn)不同于樣品微粒的引入位置，從而檢測(cè)雜散光被最大程度地排除了的來(lái)自微粒的散射光。即，極大地提高了散射光的SNR，從而提高了微粒的檢測(cè)可靠性?？裳毓獾那斑M(jìn)方向在微粒檢測(cè)設(shè)備的后部檢測(cè)散射光。因此，可在微粒檢測(cè)設(shè)備的后部檢測(cè)從樣品微粒發(fā)射的偏振光或熒光，從而確定在光中是否含有其他成分。
通過(guò)上面的描述顯而易見(jiàn)的是，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微粒檢測(cè)設(shè)備中，雜散光檢測(cè)帶和散射光檢測(cè)帶彼此分離，從而檢測(cè)最大化地排除了雜散光的從微粒散射的光。 即，散射光的SNR極大地提高，從而改善了微粒的檢測(cè)可靠性。在微粒檢測(cè)設(shè)備的后部檢測(cè)散射光。因此，可在微粒檢測(cè)設(shè)備的后部檢測(cè)從樣品微粒發(fā)射的偏振光或突光，從而確定在光中是否含有其他成分。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和原理的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例做出修改，在權(quán)利要求及其等同物中限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種微粒檢測(cè)設(shè)備，包括發(fā)光的光學(xué)元件；會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，沿從光學(xué)元件發(fā)射的光的前進(jìn)方向設(shè)置，以會(huì)聚光；微粒路徑，沿已經(jīng)經(jīng)過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的光的前進(jìn)方向定位，從而微粒路徑與光交叉； 光束阻擋單元，阻擋已經(jīng)經(jīng)過(guò)微粒路徑的直接光；會(huì)聚透鏡，設(shè)置在光束阻擋單元的后方；檢測(cè)器，設(shè)置在會(huì)聚透鏡的后方，以檢測(cè)被微粒散射的光，其中，由光學(xué)兀件和會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)形成的光的焦點(diǎn)位于微粒路徑的后方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，所述光的焦點(diǎn)位于微粒路徑和光束阻擋單元之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，在會(huì)聚透鏡的后方設(shè)置光束阻擋單元的陰影帯，檢測(cè)器位于陰影帶中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，光束阻擋單元的直徑被調(diào)節(jié)為使陰影帶具有預(yù)定的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，微粒路徑位于會(huì)聚透鏡的前焦平面的前面，從而在微粒路徑的一定位置產(chǎn)生的散射光被會(huì)聚透鏡會(huì)聚到陰影帶中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，光束阻擋單元包括第一阻擋壁，被設(shè)置成與光的前進(jìn)方向垂直，以阻擋ー些直接光；第二阻擋壁，從第一阻擋壁突出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，第二阻擋壁從第一阻擋壁的邊緣突出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，第二阻擋壁與光的前進(jìn)方向平行地從第一阻擋壁突出。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，光束阻擋單元局部地位于會(huì)聚透鏡中。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微粒檢測(cè)設(shè)備，其中，光束阻擋單元包括相對(duì)于光的前進(jìn)方向以預(yù)定角度傾斜的反射鏡，以反射直接光。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微粒檢測(cè)設(shè)備。微粒檢測(cè)設(shè)備包括發(fā)光的光學(xué)元件；會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)，沿從光學(xué)元件發(fā)射的光的前進(jìn)方向設(shè)置，以會(huì)聚光；微粒路徑，沿已經(jīng)經(jīng)過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的光的前進(jìn)方向定位，以使微粒路徑與光交叉；光束阻擋單元，阻擋已經(jīng)經(jīng)過(guò)微粒路徑的直接光；會(huì)聚透鏡，設(shè)置在光束阻擋單元的后方；檢測(cè)器，設(shè)置在會(huì)聚透鏡的后方，以檢測(cè)被微粒散射的光。由光學(xué)元件和會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)形成的光的焦點(diǎn)可位于微粒路徑的后方。照射到微粒的光的焦點(diǎn)可以與微粒的引入位置不同。
文檔編號(hào)G01N21/49GK102608072SQ20111046136
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者盧禧烈, 尹斗燮, 權(quán)俊亨, 權(quán)元植, 李俠, 柳成潤(rùn), 金秀鉉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社, 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院