先进的用于干涉测量颗粒检测和具有小大小尺寸的颗粒的检测的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及颗粒的干涉测量检测和具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。提供了表现出增强的对准和稳定性的、用于颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统和方法。提供了包括用于经由光学方法减轻可以使颗粒检测的灵敏度和可靠性退化的内部刺激和外部刺激以及操作条件的改变的影响的补偿手段的系统和方法，包括基于干涉测量的、用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的技术和/或系统。和/或系统。和/或系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】先进的用于干涉测量颗粒检测和具有小大小尺寸的颗粒的检测的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2019年11月22日提交的第62/939,232号美国临时专利申请的权益和优先权，该美国临时专利申请据此通过引用并入。

技术介绍

[0003]要求洁净室条件的技术和行业的进步已经导致对越来越小的颗粒的检测和表征的需要。例如，微电子代工厂追求对大小小于20nm并且在一些情况下大小小于10nm的颗粒的检测，因为这些尺寸的颗粒可能影响越来越灵敏的制造工艺和产品。类似地，对用于药物和生物材料的制造的无菌加工条件的需要要求对可存活颗粒和不可存活颗粒的准确表征以解决与健康和人类安全相关的合规标准。
[0004]通常，这些行业依靠用于检测和表征小颗粒的光学颗粒计数器。检测较小的颗粒的能力要求用于光学颗粒计数的新方法，诸如采用增加的激光功率、较短的激发波长和诸如冷凝核计数的更复杂的技术的系统，这进而可以大幅地增加能够检测纳米级颗粒的装置的成本和总体复杂度。这些新方法还会要求更频繁的校准和维护以提供必要的可靠性和再现性。
[0005]各种光学颗粒计数器是本领域已知的，例如，在第7,916,293号美国专利中提供了散射光光学颗粒计数器以及在第7,746,469号、第9.983,113号、第10,416,069号美国专利、公布号为2019/0277745和US 20170176312的美国专利以及PCT国际公布WO 2019/082186中提供了透射/消光颗粒计数器，包括利用结构化的束和/或干涉测量法(interferometry)的那些。这些参考文献中的每个的全部内容据此并入并且具体地以例示对于检测和表征小颗粒有用的颗粒计数器系统部件和配置。
[0006]从上文可以看出，在本领域中需要提供具有小大小尺寸的颗粒的增强光学感测的系统和方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及颗粒的干涉测量(interferometric)检测和具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。提供了表现出增强的对准和稳定性的、用于颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统和方法。提供了包括用于经由光学方法减轻可以使颗粒检测的灵敏度和可靠性退化的内部刺激和外部刺激以及操作条件的改变的影响的补偿手段的系统和方法，包括基于干涉测量的、用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的技术和/或系统。在实施方案中，例如，系统和方法设置有主动部件和/或被动部件，诸如增强光学颗粒检测系统或方法——包括干涉测量颗粒检测系统或方法和/或用于具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测的系统——的操作容限的控制器、隔离器和/或补偿器。本系统例如对于减轻用于测量具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学颗粒计数器和/或干涉测量颗粒计数器(诸如涉及
结构化的束或外差干涉测量检测)的关于操作状态或操作条件的各方面(诸如内部或外部振动源、声波、热能等)或周围条件和/或操作条件(诸如温度、压力等)的改变的性能退化是有用的。
[0008]在一个方面，一种颗粒检测系统包括：流动室(flow cell，流动池)，用于使含有颗粒的流体流动；光源，用于生成一个或多个电磁辐射束，诸如一个或多个相干电磁辐射束；束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的至少一个大小尺寸以及可选地具有所有大小尺寸的颗粒的光学检测；以及其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度(extent of vibrations，振动的范围)以及声波的程度(extent of acoustic waves，声波的范围)中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比，诸如通过颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于10nm的大小尺寸的颗粒的光学检测。
[0009]在一些实施方案中，所述系统和方法用于检测小于或等于100nm的颗粒并且采用基于散射的方法或系统、基于荧光的方法或系统、基于消光的方法或系统、基于干涉测量的方法或系统、基于凝结核计数(CNC)的方法或系统、和/或这些的任何组合。
[0010]在一个实施方案中，所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过使相干电磁辐射的结构化的探测束传递通过所述流动室来提供所述颗粒的结构化的束干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供包括公共路径或差分路径干涉测量方法的对颗粒的单次或多次束干涉测量检测。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供颗粒的结构化的暗束干涉测量检测，诸如以具有衰减强度的区域(诸如强度的中心线减小)的空间强度分布为特征的结构化的暗束。在一个实施方案中，所述光源和光学检测器阵列被配置为提供颗粒的高斯或非高斯束干涉测量检测，例如通过检测透射通过所述流动室的电磁辐射和由颗粒散射的电磁辐射二者，这在一些示例中提供了自校正干涉测量几何结构，提供了对可能改变束路径长度的热效应较不敏感的益处。
[0011]在一个实施方案中，所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射，例如，其中由所述颗粒散射的电磁辐射包括前向散射电磁辐射。在一个实施方案中，透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉，例如，从而生成一个或多个衍射图案。在一个实施方案中，以相对于所述入射束的光轴的零度的5度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的1度内的散射角、可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角、以及可选地对于一些应用以相对于所述入射束的光轴的零度的0.1度内的散射角设置所述光学检测器阵列。在一个实施方案中，所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。在一个实施方案中，所述
光学检测器阵列被设置为允许差分检测。
[0012]本专利技术的系统和方法提供关于内部刺激或外部刺激以及周围条件和/或操作条件的改变具有改善的容限的对具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的干涉测量检测和/或光学检测。在一个实施方案中，当遭受以下条件中的一个或多个时，所述系统提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：以小于1℃/小时的速率的多达5℃的温度(T)的改变；多达300毫巴的压力(P)的改变；多达10mm的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种颗粒检测系统，包括：流动室，用于使含有颗粒的流体流动；光源，用于生成一个或多个电磁辐射束；束整形光学系统，用于使所述一个或多个电磁辐射束传递通过所述流动室，从而生成由所述颗粒散射的电磁辐射；至少一个光学检测器阵列，用于从所述流动室接收电磁辐射，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为允许所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测；以及其中所述系统被配置为使得温度、压力、振动的程度以及声波的程度中的至少一个或这些的任何组合各自被独立地维持在选择的容限内，以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过使相干电磁辐射的结构化的探测束传递通过所述流动室来提供所述颗粒的结构化的束干涉测量检测。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源、束整形光学系统和光学检测器阵列被配置为通过收集离轴散射光并且将所述离轴散射光散射光与参考束组合以产生干涉测量信号来提供所述颗粒的外差干涉测量检测。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的单次或多次束干涉测量检测。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源和光学检测器阵列被配置为提供所述颗粒的结构化的暗束干涉测量检测。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的系统，其中所述光学检测器阵列被定位成与所述流动室光学连通，以用于接收透射通过所述流动室的入射电磁辐射和由所述颗粒散射的电磁辐射。7.根据权利要求6所述的系统，其中由所述颗粒散射的所述电磁辐射包括前向散射电磁辐射。8.根据权利要求6
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7中任一项所述的系统，其中透射通过所述流动室的所述入射电磁辐射和由所述颗粒散射的所述电磁辐射经受相长和/或相消光学干涉。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的系统，其中以相对于入射束的光轴的零度的0.5度内的散射角设置所述光学检测器阵列。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的系统，其中所述光学检测器阵列被设置为与所述流动室光学连通，以用于检测所述颗粒和由所述颗粒散射的电磁辐射与照明波前的相互作用。12.根据权利要求1
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11中任一项所述的系统，其中当遭受以下条件中的一个或多个时，所述系统提供所述颗粒的干涉测量检测和/或具有小于或等于100nm的大小尺寸的颗粒的光学检测，而没有内部颗粒计数过程的显著性能退化：i.以小于1℃/小时的速率的多达5℃的T的改变；
ii.多达300毫巴的P的改变；iii.多达10mm的束路径长度的改变；iv.多达2mm的束聚焦位置的改变；v.多达20％的束功率的改变；vi.多达200微米/秒的振动水平I；vii.多达+/
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5度的束角度的改变；viii.直到＜2％(RMS)的激光器噪声的条件；ix.直到＜1.3的激光器的M2的改变；x.直到＜100MHz的激光器的线宽的改变；xi.直到＜50％的RH的改变；xii.控制电子(线路功率)稳定性和噪声；以及xiii.这些的任何组合。13.根据权利要求1
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12中任一项所述的系统，其中所述系统还包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合，所述控制器用于响应于周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合而补偿所述系统参数的改变。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述周围条件、内部刺激或外部刺激选自由温度的改变、压力的改变、振动、声波或这些的任何组合组成的组。15.根据权利要求13
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14中任一项所述的系统，其中所述控制器是束对准系统，用于监测所述一个或多个电磁辐射束的位置并且主动地控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准以在所述颗粒的所述检测期间维持高信噪比。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述束对准系统允许用于热膨胀光学漂移的补偿。17.根据权利要求15
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16中任一项所述的系统，其中所述束对准系统允许低频率振动补偿。18.根据权利要求15
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17中任一项所述的系统，其中所述束对准系统以250Hz或更大的频率提供所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的定位和/或对准的实时控制以在5微弧度或更小微弧度内。19.根据权利要求15
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18中任一项所述的系统，其中所述束对准系统是闭环系统。20.根据权利要求15
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19中任一项所述的系统，其中所述束对准系统包括一个或多个光电传感器以及一致动器系统。21.根据权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个光电传感器是所述系统的定位的正交光电传感器并且所述致动器系统包括一个或多个压电驱动的纳米定位器。22.根据权利要求20
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21中任一项所述的系统，其中所述光电传感器向闭环系统提供输入并且所述致动器系统向所述闭环系统提供输出。23.根据权利要求13
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22中任一项所述的系统，其中所述控制器是一个隔离器或多个隔离器，用于将所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列与操作环境的周围条件、内部刺激、外部刺激或这些的任何组合的改变隔离。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止振动从外部操作环境到所述系统的传输的阻尼部件。25.根据权利要求23
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24中任一项所述的系统，其中所述隔离器是能够至少部分地防止源自所述系统本身内的振动的传输的阻尼部件。26.根据权利要求24
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25中任一项所述的系统，其中所述阻尼部件被设计成将具有60Hz以及以上的基本频率的振动的传输减少到小于1％。27.根据权利要求24
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26中任一项所述的系统，其中所述阻尼部件包括阻尼弹簧机构、至少两个质量阻尼器或这些的任何组合。28.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器是能够控制所述流动室、光源、束整形光学系统、光学检测器阵列或这些的任何组合的温度的主动冷却部件。29.根据权利要求28所述的系统，其中所述主动冷却部件经由导热链...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：粒子监测系统有限公司，
类型：发明
国别省市：