DE4206281A1

DE4206281A1 - Erfassung von partikeln mit durchmessern im submikron-bereich unter verwendung eines feldes mit hoher dichte

Info

Publication number: DE4206281A1
Application number: DE4206281A
Authority: DE
Inventors: Robert G Knollenberg
Original assignee: Particle Measuring Systems Inc
Current assignee: Particle Measuring Systems Inc
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2012-02-29
Also published as: GB9204031D0; DE4206281B4; GB2253273A; JP3354954B2; JPH0626823A; GB2253273B; US5282151A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erfassung von Parti keln im Submikron-Bereich, genauer gesagt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Größenerfassung von Partikeln im Sub mikron-Bereich unter Verwendung eines Feldes mit hoher Dichte.

Die untere Grenze der Partikelgrößenbestimmung in einem Gas (einschließlich Luft) durch Streuung infolge von Bestrahlung (beispielsweise durch eine Laserquelle) wird durch das vom Hintergrundlicht erzeugte Rauschen, das durch die von Gasmo lekülen herrührende Streuung erzeugt wird, begrenzt. Insbe sondere dann, wenn das angestrahlte Volumen groß ist, wie dies beispielsweise bei einem hohen Volumenstrom erforder lich ist, wenn die Drücke hoch sind und somit zu einem An stieg der Molekulardichte führen oder wenn die Intensität der Bestrahlung selbst ausreichend hoch ist, kann die durch Moleküle verursachte Streuung innerhalb des "Sichtvolumens" die des kleinsten Partikels, dessen Größe bestimmt werden soll, übersteigen.

In entsprechender Weise begrenzt die durch Flüssigkeit ver ursachte Eigenstreuung die Fähigkeit, extrem kleine Partikel in der Flüssigkeit zu messen. Ferner beschränkt in bezug auf Oberflächen die von der Oberflächenrauhigkeit, der Textur oder dem morphologischen Materialzustand ausgehende Streuung die Größenbestimmung oder Fehlermessung von kleinen Verun reinigungen oder verunreinigenden Partikeln.

Um in der Praxis einsetzbare Aerosolinstrumente zu schaffen, mit denen Partikel im Submikron-Bereich mit hoher Sensitivi tät bei Vorhandensein einer Umgebung mit hoher Molekular streuung erfaßt werden können, wurde es als notwendig er achtet, Multielement-Detektoren in Verbindung mit Abbil dungssystemen mit hoher Lichtsammelleistung zu verwenden, um das angestrahlte Volumen ausreichend oft zu unterteilen, so daß der Molekularstreuhintergrund und dessen Rauschen die Streuung der interessierenden Partikel nicht abschirmen (siehe die US-PS 97 98 465 und 48 93 928, gemäß denen Gas als Strömungsmittel, Multielement-Linearfelder mit typischerweise zehn bis zwanzig Elementen, die ein Feld von 1×10 mm abdecken, als Detektor und eine Elektronik zum Verarbeiten eingesetzt werden, durch die die beschriebene Vorrichtung eine Partikelgrößenbestimmungssensivität von mindestens 0,1 µm im Durchmesser bei einem Volumenstrom von 1 cfm unter Verwendung eines Laserhohlraumes von 1 Watt er hält).

Je höher die Pixeldichte (d. h. die Zahl der verwende ten Elemente) ist, desto größer ist die Rauschreduzierung.

Durch die vorliegende Erfindung werden die Fähigkeiten der Vorrichtungen und Verfahren des Standes der Technik erwei tert, um die Erfassung wirksamer zu gestalten und/oder noch kleinere Partikelgrößen erfassen zu können, indem die bei derartigen Vorrichtungen auftretende Molekularstreuung auf ein solches niedriges Niveau herabgesetzt wird, daß sie im wesentlichen keinen Begrenzungsfaktor mehr darstellt. Dies wird durch die Verwendung eines Feldes mit hoher Dichte und/oder einer zugehörigen speziellen Bestrahlungsart und/oder Verarbeitungsart erreicht.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Detektion von Par tikeln im Submikron-Bereich geschaffen, die die folgenden Bestandteile umfaßt: Flächige Einrichtungen, auf denen Par tikel im Submikron-Bereich angeordnet werden können, Be leuchtungseinrichtungen, die einen Strahl vorsehen, der auf einen Abtastbereich an den flächigen Einrichtungen gerichtet ist, wobei die Partikel im Submikron-Bereich am Abtastbe reich eine Lichtstreuung verursachen, Detektionseinrichtun gen einschließlich eines Feldes mit hoher Dichte zum Empfan gen des von den am Abtastbereich befindlichen Partikeln im Submikron-Bereich gestreuten Lichtes und zum Abgeben von Ausgangssignalen, die dies anzeigen, und Verarbeitungsein richtungen zum Empfangen der Ausgangssignale der Detektions einrichtungen und zum Bearbeiten derselben in Abhängigkeit davon, um ein Ausgangssignal vorzusehen, das die Partikel im Submikron-Bereich kennzeichnet.

Das Verfahren zur Erfassung von Partikeln im Submikron-Be reich unter Ausnutzung der Lichtstreuung umfaßt die folgen den Schritte: Schaffen eines Abtastbereiches, Einführen ei nes Strömungsmittels, in dem sich Partikel im Submikron-Be reich befinden, in den Abtastbereich, Belichten des Abtast bereiches, um eine durch die Partikel im Submikron-Bereich hervorgerufene Lichtstreuung zu bewirken, Schaffen eines Feldes mit hoher Dichte, Nutzen des Feldes mit hoher Dichte, um das von den Partikeln am Abtastbereich gestreute Licht zu detektieren, und Verarbeiten des detektierten Streulichtes zur Schaffung eines Ausgangssignales, das die Partikel im Submikron-Bereich kennzeichnet.

Bei einer Ausführungsform dieser Erfindung findet ein zwei dimensionales (2D) Feld mit hoher Pixel-Dichte in Kombina tion mit einer Detektorspeicherung und Zwischen- Parallel- Reihen-Umformung Verwendung, um die Zahl der erforderlichen finalen Parallelverarbeitungskanäle zu beschränken, wobei die Belichtung der vom Feld erfaßten Streupartikel in bezug auf die Richtung des Auftreffens und/oder die Form modifi ziert wird.

Was die Form des Lichtstrahles anbetrifft, so kann dieser entweder eine elliptische oder kreisförmige Form, typischer weise fokussiert, besitzen, so daß der Strahl zu einem Brennpunkt konvergiert, der vorzugsweise innerhalb des Ab tastbereiches zentriert ist, um eine maximale Energiedichte (Sensitivität) zu erzielen, und dann vom Brennpunkt aus di vergiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung von Partikeln im Submikron-Bereich zu schaffen.

Des weiteren sollen erfindungsgemäß eine verbesserte Vor richtung und ein verbessertes Verfahren zum Erfassen von Partikeln im Submikron-Bereich zur Verfügung gestellt wer den, die von einem Feld mit hoher Dichte Gebrauch machen, um Streulicht zu erfassen.

Es sollen auch eine verbesserte Vorrichtung und ein verbes sertes Verfahren zur Verfügung gestellt werden, bei denen ein Lichtstrahl Verwendung findet, der in besonderer Art und Weise geformt und/oder gerichtet ist.

Auch sollen erfindungsgemäß eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Größenerfassung von Partikeln im Submikron-Bereich geschaffen werden, bei denen ein Feld mit hoher Dichte und ein Lichtstrahl, der entweder einen elliptischen oder einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, Verwendung finden.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu tert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B Darstellungen von Luftströmen, die von einem Laserstrahl durchschnitten werden (wie in der US-PS 47 98 465 beschrieben);

Fig. 2 den Einsatz einer Detektorreihe und eines zugehörigen Abbildungssystems zum Lokali sieren von kleinen Volumina innerhalb ei nes Laserstrahles (ebenfalls in der US-PS 47 98 465 beschrieben);

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, in der jedoch der Einsatz eines Detektorfeldes mit hoher Dichte in Verbindung mit einem zugehörigen Abbildungssystem gemäß der Erfindung dargestellt ist, um noch klei nere Volumina innerhalb eines Laser strahles zu orten;

Fig. 4A ein Blockdiagramm, das die Fokussierung eines durch den Abtastbereich gerichteten Laserstrahles zeigt;

Fig. 4B die Darstellung eines fokussierten Strahles, der am Abtastbereich eingesetzt wird, wobei der Strahl in Richtung auf einen im wesentlichen mittig angeordneten Brennpunkt innerhalb des Abtastbereiches konvergiert und dann vom Brennpunkt divergiert;

Fig. 5 den Einsatz eines Detektorfeldes mit hoher Dichte und eines zugehörigen mit Lichtbrechung arbeitenden Abbildungs systemes zusammen mit einer Strahlform optik, um den Strahl astigmatisch (elliptisch) zu formen, wenn er den Ab tastbereich passiert;

Fig. 6 das in Fig. 5 gezeigte System, das um 90° relativ zu dem System der Fig. 5 ge dreht worden ist;

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 6, wobei jedoch das Abbildungssystem als Reflek tionssystem ausgebildet ist;

Fig. 8 relative Abbildungsgrößen an verschie denen Stellen der den astigmatischen Strahl der Fig. 5, 6 und 7 passieren den Partikel;

Fig. 9 die Darstellung eines zweidimensionalen Detektorfeldes mit hoher Dichte unter Verwendung eines Blindspeichers;

Fig. 10 ein schematisches Blockdiagramm der Er findung, das eine von einem Mikrocomputer gesteuerte Parallelverarbeitung in Ver bindung mit einem Feld hoher Dichte und einer digitalen Speicherung zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit des Gesamtstreuquerschnittes vom Partikel durchmesser bei Verwendung der Vor richtung der Fig. 10 dargestellt ist; und

Fig. 12 ein Detektorfeld mit hoher Dichte, das einen einseitigen Ladungsspeicher auf weist (ein nicht gezeigter doppelseitiger Ladungsspeicher kann auch verwendet wer den), wobei die Vorrichtung insbesondere für einen Einsatz in Verbindung mit dem in Fig. 4 gezeigten fokussierten Licht strahl konzipiert ist.

Um die Erfassung von Partikeln mit einem Durchmesser von 0,1 µm und größer bei einem Durchsatz von 1 cfm zu er reichen, wurde ein Linearfeld mit niedriger Dichte wirksam eingesetzt, wie in der US-PS 47 98 465 beschrieben (die Lehre dieser Veröffentlichung wird hiermit durch Bezugnahme eingearbeitet).

Bei dieser Erfindung findet ein Feld (linear oder 2D) mit hoher Dichte Verwendung, um Partikel im Submikron-Bereich zu erfassen. Ein Detektor-Feld mit hoher Dichte, das in Verbin dung mit einem fokussierten oder nicht fokussierten Strahl verwendet wird, der entweder einen elliptischen oder einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, kann bei hohen Strömungs geschwindigkeiten Partikel detektieren, die viel kleiner sind als 0,1 µm.

Um einen elliptischen Strahl (der nunmehr bei Verwendung ei nes 2D-Detektorfeldes bevorzugt wird) einsetzen zu können, werden am Strömungssystem und optischen System fundamentale Änderungen durchgeführt. Zur Verdeutlichung wird auf ein Strömungssystem und eine Sammeloptik verwiesen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind (diese Figuren stammen aus der US-PS 47 98 465). Bei einem solchen System wird ein Laserstrahl 15 durch einen Abtastbereich 16 gerichtet, der ebenfalls ein Strömungsmittel, in dem Partikel angeordnet sind, durch eine Leitung 17 aufnimmt. Die Partikelabbildun gen am Abtastbereich 16 werden über ein Abbildungssystem 21 auf unabhängigen Elementen 18 eines Detektorfeldes 19 er zeugt, wobei ein Partikelbild während des Durchganges der Partikel durch den Laserstrahl eine vollständige Abtastung über ein spezielles Element durchführt.

Wenn die am Abtastbereich 16 abgetasteten Partikelbilder über das Abbildungssystem 21 einem Detektorfeld 23 mit hoher Dichte (wie in Fig. 3 gezeigt) zugeführt werden, wird die Energie des Streulichtes auf sämtliche Elemente 24 des Fel des in einer vertikalen Reihe aufgeteilt. Obwohl hierdurch der von einem zweidimensionalen Feld mit höherer Pixel- Dichte erreichte Vorteil einer vollständigen Rauschver nichtung zunichte gemacht wird, wird trotzdem eine wirksame Erfassung von Partikeln im Submikron-Bereich ermöglicht, die der der Vorrichtung der US-PS 47 98 465 entspricht.

Um einen größeren Vorteil zu erreichen, muß die Energie so viel wie möglich auf ein einziges Pixel konzentriert werden. Eine solche Verbesserung kann bei Verwendung des in der US- PS 47 98 465 beschriebenen Strömungssystems und optischen Systems erreicht werden, indem man den von einem Laser 26, wie in Fig. 4A gezeigt, stammenden Strahl unter Verwendung einer Strahlformoptik 27 direkt auf den Abtastbereich 28 fokussiert (es versteht sich, daß auch der Laserhohlraum selbst einen Brennpunkt aufweisen kann, der im Probenbereich angeordnet werden kann, so daß die Notwendigkeit einer sepa raten Strahlformoptik entfallen kann). Durch das Fokussieren des Strahles kann der Strahl beim Passieren des Abtastbe reiches konvergieren oder divergieren und kann sowohl kon vergieren als auch divergieren, indem man bewirkt, daß der Strahl einen Brennpunkt 29 innerhalb des Abtastbereiches (vorzugsweise mittig innerhalb des Abtastbereiches, wie bei Verwendung eines kreisförmigen Strahles in Fig. 4B gezeigt) besitzt.

Um jedoch eine optimale Lokalisierung der Partikelstreuener gie zu erreichen, findet eine in den Fig. 5 und 6 (oder in Fig. 7) dargestellte Anordnung Verwendung.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Strahl durch eine Strahl formoptik 30 so geformt, daß der Laserstrahl 31 idealerweise stark astigmatisch (elliptisch) wird. Hierdurch wird das Volumen des Molekulargases, das belichtet werden muß, redu ziert. Ferner wird die erforderliche Tiefenschärfe durch Be grenzung der Abbildungstiefe reduziert, wodurch größere Sam melwinkel möglich sind.

Das Partikel enthaltende Strömungsmittel wird senkrecht zur Objektebene und nicht parallel hierzu, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, auf die Sammeloptik gerichtet. Des weiteren wird das Strömungsmittel parallel zur optischen Achse der Sammeloptik geführt. Um diese Anordnung zu ver wirklichen, richtet der Strömungsmitteleinlaß 230 das Strö mungsmittel durch den Laserstrahl 31 (am Abtastbereich 28) und den Kanal 34 (am oder benachbart zum Abbildungssystem 35) zum Auslaß 36 benachbart zum ersten Element 37 des Optiksystems 35 (obwohl dies nicht speziell gezeigt ist, kann das erste Element 37 so ausgebildet sein, daß sich der Kanal 34 durch das erste Element erstreckt, wobei der Auslaß 36 dann an der Seite des ersten Elementes angeordnet ist, die der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Seite gegenüber liegt).

Das Abbildungssystem 35 ist in den Fig. 5 und 6 als Brechungssystem dargestellt, wobei die optischen Bilder vom Abbildungssystem auf das Detektorfeld 23 mit hoher Dichte gerichtet werden. Wie in Fig. 7 gezeigt, kann auch ein reflektierendes System 38 Verwendung finden und, wie gezeigt, durch ein mittig angeordnetes Loch oder eine Öffnung 39 im ersten Element 40 realisiert werden, durch die Strömungsmittel vom Einlaß 33 nach dem Passieren des Laser strahles 31 zum Auslaß 42 strömt.

Unabhängig von der Wahl des optischen Systems besteht ein wesentliches Merkmal eines solchen Systems darin, daß sämt liche Partikel die Objektebene passieren, wo sie sich exakt im Brennpunkt befinden, und daß ihre Streuenergien bis zu dem theoretischen Ausmaß lokalisiert werden, das durch das Auflösungsvermögen der verwendeten Sammeloptik zur Verfügung gestellt wird. Ein wichtiges Merkmal des optischen Systems besteht darin, daß dieses als Planfeldsystem ausgebildet ist (um die Feldkrümmung zu minimieren). Für diffraktionsbe grenzte Objektive liegen die Abmessungen eines solchen Bil des eines Partikels im Submikron-Bereich in der Größenord nung der Wellenlänge des verwendeten Lichtes und sind unab hängig von der Partikelgröße.

Die kleinere Achse des Laserstrahles 31 wird so klein wie möglich gehalten, um die Abbildungstiefe so gering wie mög lich zu halten. Dies ist erforderlich, da das Bild, das beim Eindringen und Austreten des Partikels auf gegenüberliegen den Seiten der Objektebene erzeugt wird, viel größer ist als auf der Objektebene, wo der Partikel am besten fokussiert ist (dies kann beispielsweise bemerkt werden, wenn ein Mikroskop auf einen kleinen Fehler oder Partikel fokussiert wird). Fig. 8 zeigt den Kreis der geringsten Streuung (wirksame Bildgröße) eines kleinen (d. h. im Submikron- Bereich befindlichen) Partikels während des Laserstrahl durchganges. Der maximale Bilddurchmesser ist alleine eine Funktion der Abbildungstiefe (D_f≈Laserstrahlbreite) und der numerischen Apertur (N.A.) der Sammeloptik gemäß der Gleichung: Maximaler Bilddurchmesser ≅2 D_f×N.A. Wenn somit N.A. 0,5 und D_f±50 µm betragen, besitzt auch das Bild einen Durchmesser von 50 µm beim Eindringen in den Laserstrahl und beim Verlassen desselben.

Wenn die Pixel-Größe in einem zweidimensionalen Feld mit Belichtung in der vorstehend beschriebenen Weise optimiert wird, wird die Pixel-Größe an die maximale Bildgröße ange paßt, um den maximalen Signal/Rausch-Vorteil zu erzielen. Es versteht sich, daß bei Abdeckung eines 1×10 mm Feldes unter Verwendung von 50 µm Elementen eine enorme Pixel- Dichte erreicht wird, die um einen Faktor von 400× gegen über einem 10 Element-Feld mit 1×1 mm Elementen angestie gen ist. Eine Parallelverarbeitung von 4000 Elementen ist sowohl teuer als auch unpraktisch.

Eine Lösung hierfür wird durch Detektionsvorrichtungen mit hoher Dichte angeboten, die Lichtsignale integrieren und speichern, so daß eine Lichtparallel-Reihen-Datenübertragung möglich wird. Solche Detektionsvorrichtungen mit hoher Dichte können mit einer oder mehreren Ladungsspeichereinhei ten (blind oder anders) eingesetzt werden. Die am meisten verwendeten Vorrichtungen in dieser Kategorie sind ladungs gekoppelte Vorrichtungen (CCD′s). Solche CCD′s werden momen tan mit über 1 Million Pixels hergestellt. Typische Pixels von CCD-Kameras mit einer hohen Auflösung besitzen eine Größe von 25 µm und können mit einer geringen Größe von 5 µm und einem hohen Wert von 200 µm hergestellt werden ohne große Einbußen in bezug auf das Betriebsvermögen.

Für den hier beschriebenen Anwendungsfall ist eine gebräuch liche Form des Feldes 23 mit hoher Dichte optimal. Ein solches Feld ist in Fig. 9 gezeigt. Dieses CCD-Feld besitzt einen lichtempfindlichen Bereich 44 mit 20×200 Pixel (1× 10 mm) mit dual 10×200 Ladungsspeicherbereichen 46 und 47.

Im Betrieb ist der lichtempfindliche Bereich ausgerichtet, um das 1×10 mm Wechselwirkungsfeld zwischen der Einlaß strömung der Probe und dem Laserstrahl abzudecken. Das von möglichen Partikeln und immer vorhandenen Luftmolekülen ge streute Licht wird über eine Zeitdauer integriert, die als Bildrahmenzeit bezeichnet wird. Das Bild wird auf die oberen und unteren Speicherfelder übetragen, indem jedes Halbbild in entgegengesetzte Richtungen verschoben wird. Dieser Über tragungsprozeß stellt einen Rahmenabwerfprozeß dar, der nur einige Mikrosekunden benötigt. Durch das Rahmenabwerfen wer den auch sämtliche Ladungen des aktiven Feldes gelöscht.

Nach einem Rahmenabwerfen beginnt der aktive lichtempfind liche Bereich eine neue integrierende Lichtsammmelperiode.

Die Sammelperiode ist allgemein lang im Vergleich zur durch schnittlichen Übergangszeit eines vorgegebenen Partikels oder der Rahmenabwurfzeit. Hierdurch wird Zeit für das Aus lesen der Speicherpuffer, eine Analyse in bezug auf mögliche Partikelstreuereignisse und eine Digitalisierung der betrof fenen Pixeldaten zur Partikelgrößenfeststellung gewonnen.

Ein typischer Datensammel- und Auslesezyklus kann in Verbin dung mit dem Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß Fig. 10 beschrieben werden. Das aktive 20×200 Pixel-Feld sammelt einen Rahmen von Ladungsdaten über 100 µsec. Diese Daten werden auf andere 10×200 Pixel-Speicherfelder (beispielsweise Blindspeicherfelder) in einigen wenigen Mi krosekunden übertragen, wobei sämtliche Ladungen des aktiven Feldes gelöscht und ein neuer Sammelzyklus begonnen wird. Die nunmehr im Ladungsspeicherfeld gespeicherten Daten wer den parallel auf eines von acht Reihenregistern 48 (vier in jeder Ladungsspeichereinheit) übertragen und dann seriell auf eine von acht Ausgangsklemmen (vier in jeder Ladungs speichereinheit) übertragen, wo sie auf einen hohen Pegel verstärkt werden. Natürlich kann auch ein einziger serieller Ausgang mit einer längeren Integrationsperiode Verwendung finden, um die erforderliche Datenverarbeitungselektronik zu minimieren.

Die acht Ausgangssignale (vier von jeder Speichereinheit) werden durch Parallelprozessoreinheiten 49 und 50 parallel verarbeitet. Jeder Parallelprozessor besitzt einen Schwel lendetektor für jeden Ausgang (die Schwellendetektoren 52 und 53 sind in Fig. 10 gezeigt). Bei jedem Schwellendetek tor handelt es sich um einen Spannungskomparator, der auf einen Signalpegel gesetzt ist, der der kleinsten interessie renden Partikelgröße entspricht oder gerade über den Piks des Hintergrundrauschens liegt, wenn eine maximale Sensiti vität gesucht wird. Die Ausgänge eines jeden Schwellendetek tors sind an frei laufende Analog/Digital (A/D)-Wandler 55 und 56 gekoppelt (die A/D-Wandler sind in Fig. 10 an die Schwellendetektoren 52 und 53 angeschlossen), und die A/D- Wandler wandeln den Analogdatenstrom konsequent in Digital daten um. Wenn ein Pixel Ladungswerte erreicht hat, die über der Schwelle liegen, gibt der Komparator an den A/D-Wandler ein Signal ab, eine Signalübertragung auf eine Digital speicheradresse durchzuführen, die von einem Adressenzähler in einer Mikroprozessor-Steuereinheit (MPC) 58, an die Digi talspeichereinheiten 60 und 62 angeschlossen sind, bestimmt wurde. Die MPC addiert dann sämtliche Ladungswerte, die für einen Datenrahmen gespeichert wurden, um die Partikelgröße zu bestimmen.

Bei den meisten Partikeln häufen nur wenige Pixel eine La dung über dem Schwellenwert an. Die normale Kapazität eines einzelnen Pixels liegt zwischen 100 000 und 1 Mill. e⁻(e⁻be deutet Elektronen). Wenn ein Pixel aufgefüllt ist, sammelt sich die überschüssige Ladung in den benachbarten Pixeln an. Es besteht ferner eine signifikante Wahrscheinlichkeit, daß ein Partikelbild 2-4 Elemente überlappt.

Zusätzlich zu der stark erhöhten Sensitivität, die durch die Rauschreduzierung zur Verfügung gestellt wird, bietet die Datenverarbeitung für ein solches System diverse Möglichkei ten, die durch andere bekannte Technologien nicht erzielbar sind: 1. Ungleichmäßigkeiten im Lichtfeld können kompensiert werden, indem man die D.C.-Molekularstreuung als Maß der Be leuchtungsintensität verwendet (man kann sich dann auf eine adressierte Eichungskarte beziehen, um sämtliche Daten zu normalisieren), 2. mögliche optische Koinzidenzfehler können zum größten Teil entfernt werden, indem man ein Angrenzen der beeinflußten Pixel fordert; 3. die Sensibilität kann zu einer Funktion des Durchsatzes gemacht werden, da die Durch gangszeit proportionaal zum angesammelten Signal ist; und 4. eine Strahldivergenz, die zu einer Intensitätsreduktion führt, wird automatisch in einer Richtung (Strömungsrichtung) kompensiert, da die Energie für den ge samten Durchgang integriert wird, und zwar unabhängig von der Strahlbreite in Strömungsrichtung.

Die Speicherpuffer 60 und 62 können über Einzel- oder Mehr fach-Ausgänge oder Abgriffsstellen ausgelesen werden. Je höher die Zahl der Ausgänge ist, desto kürzer ist die Analysezeit oder desto größer ist die mögliche Pixelzahl (acht solche Ausgänge sind in den Fig. 9 und 10 darge stellt). Diese Ausgänge umfassen rauscharme monolithische on-chip-Verstärker und können hochpegelige Ausgangssignale zur Verfügung stellen. Slow-Scan CCD′s des Standes der Technik sind heute in der Lage, rms-Rauchpegel von einigen Elektronen/Pixel bei Übertragungsfequenzen von 100 kHz zu erzeugen. Allgemein gesagt nimmt der Rauschpegel mit zunehmender Operationsgeschwindigkeit wie bei den meisten elektronischen Vorrichtungen zu, er beträgt jedoch dabei immer noch nur Zehnerbereiche von Elektronen pro Pixel bei Frequenzen von 10 MHz.

Bei dem hier beschriebenen Anwendungsfall ist der elektro nische Rauschpegel etwas höher als bei bekannten niedrigpe geligen CCD-Kameras mit niedriger Abtastung aufgrund des finiten Anteiles der Molekularstreuung und einer gewünschten erhöhten Betriebsgeschwindigkeit. Die Molekularstreuung kann nur reduziert werden, indem man die Zeitdauer zum Datensam meln oder die Pixel-Größe reduziert. Da dies eine erhöhte Betriebsgeschwindigkeit mit entsprechendem erhöhten elektronischen Rauschen erforderlich macht, erfordert eine geeignete Systemoptimierung in bezug auf den niedrigsten Rauschpegel die gemeinsame Betrachtung der elektronischen und Molekularstreu-Rauschquellen. Bei der Molekularstreuung handelt es sich um einen D.C.-Hintergrundlichtpegel, der über den Integrationszyklus integriert wird. Das diesem D.C.- Lichtpegel zugehörige Rauschen sowie sämtliche Lichtsignale, die Schrotrauschbegrenzungen unterliegen, sind proportional zur Quadratwurzel des D.C.-Lichtpegels.

Zur Auswertung des Betriebsverhaltens ist es einfacher, sämtliche Signale in integrierte Zahlen von umgewandelten Elektronen zu überführen und hieraus statistische Rausch schätzungen durchzuführen. Ein rms-Wert von 10 e⁻ kann als elektronisches Rauschen vorausgesetzt werden. Die Quanten ausbeute der CCD′s liegt üblicherweises bei mindestens 50% und kann bei optimierten Diffusionen 100% erreichen. Wenn daher die Gesamtzahl der während eines Integrationszyklus durch Molekularstreuung erzeugten Fotoelektronen 100 be trägt, beträgt dieser rms-Rauschpegel ≈≈±10e⁻. Ein System wäre optimal, wenn das aus der Molekularstreuung ent stehende Rauschen auf einen Wert verringert würde, der mit dem der Eigenfeldelektronik vergleichbar wäre, oder wenn die Quadratsumme sämtlicher Rauschquellen ein Minimum aufweisen würde. Wenn die Elektronik und die Molekularstreuung jeweils einen rms-Wert von ±10 e⁻ erzeugen würde, würde beispiels weise die Quadratsumme dieser beiden gleichen Quellen

betragen.

Die durch Molekularstreuung erzeugten Lichtsignale können durch Nutzung der Rayleigh-Theorie berechnet oder fotome trisch gemessen werden. Eine größere Vereinfachung bei der Berechnung kann für die Partikel erreicht werden, wenn diese im Vergleich zur Wellenlänge sehr klein sind. In solchen Fällen ist das Streumuster der Partikel identisch mit dem der Moleküle, und es finden die gleichen theoretischen Ver einfachungen Anwendung (siehe Knollenberg "The Measurement of Particle Sizes Below 0,1 Micrometers", Journal of Envi ronmental Sciences, Januar/Februar 1985, Seiten 32-51). Für größere Partikel muß die Mie-Theorie Anwendung finden.

Fig. 11 ist eine berechnete theoretische Kurve, die die ge samten Streuquerschnitte (C_SCA) der Partikel im Submikron- Bereich, die sich in den Molekularbereich hineinerstrecken, zeigt. Wie man erkennt, ist der Streuquerschnitt eines Luft moleküls mit einem Durchmesser von ≈4 Å≈10^-27 cm² groß. Durch Multiplikation des Streuquerschnittes mit der Beleuchtungsleistungsdichte (P/A in Watt/Flächeneinheit) wird die Streuleistung pro Partikel oder Molekül erhalten. Das vereinigte Lichtsignal entspricht nur derjenigen Fraktion, die vom Sammelwinkel zur Verfügung gestellt wird. Unter der Annahme, daß die gesammelte Fraktion 10 % beträgt und daß die entspechend streuenden Rayleigh-Partikel auf Moleküle beschränkt sind, wird die von einem Partikel (P_p) oder einem Molekül erzeugte Sammelleistung durch die fol gende Gleichung wiedergegeben: P_p=0,1×C_C _SA×P/A, wenn C_C _SA und A in den gleichen Einheiten (d. h. cm²) angegeben sind. Wenn ein Laser oder ein Laserhohlraum verwendet wird, der 0,5 W erzeugt und einen Querschnitt von 0,1×0,01 cm besitzt, wie in Fig. 8 gezeigt, beträgt die Leistungsdichte 0,5 W/10^-3 cm² = 500 W cm^-2.

Für den Fall der Molekularstreuung müssen auch die Anteile aus einer Gruppe von Streuern addiert werden, da kein Volu men ausreichend klein gehalten werden kann, um einzelne Mo leküle durch ein optisches System bei Umgebungsdrücken zu isolieren. Bei einem Probestrahl, wie in Fig. 8 gezeigt, gehört ein Volumen von 2,5×10^-7 cm³ zu einem einzelnen Pixel, das 50×50×100 µm groß ist. Die Molekulardichte von Luft bei Standardtemperaturendruck beträgt ≈2,8×10¹⁹ Moleküle/cm³. Jedes Pixel sieht somit kontinuierlich 7× 10¹² Moleküle. Die von einem Laserstrahl erzeugte Gesamtmo lekularstreuleistung mit einer Leistungsdichte von 500 W cm^-2 beträgt somit

500 W cm² × 10^-27 cm²/Molekül × 7 × 10¹² Moleküle/Pixelvolumen = 3,5 10^-12 W/Pixelvolumen.

Mit einer 10%igen Sammelleistung ergibt sich ein Wert von 3,5×10^-13 W/Pixel.

Um die Ladung zu errechnen, ist es erforderlich, das Produkt aus dem Ansprechvermögen (A/W), der Sammelleistung und der Integrationszeit, die mit 10^-4 sec angesetzt wird, zu bil den. Bei einem Ansprechvermögen von 0,5 A/W ergeben sich 17,5×10^-18 A sec oder Coulomb. Wenn man die angesammelte Ladung in Coulomb durch die Ladung eines Elektrons (1,6× 10^-19 Coloumb) dividiert, erhält man die Anzahl der erzeug ten Fotoelektronen. Somit ergibt sich

und der rms-Rauschpegel beträgt; ≈ oder 10 e⁻.

Bei gleicher Beleuchtung beträgt der von einem einzigen 0,1 µm Polystyrol-Latex (PSL)-Eichungspartikel mit einem Streuquerschnitt von 2×10^-12 cm/² erzeugte Fotostrom

2 × 10^-12 cm² × 10% × 500 W cm^-2 × 0,5 A/W = 5 × 10^-11 A.

In diesem Fall ist jedoch die Integrationszeit die Partikel durchgangszeit.

Für einen Durchsatz von 1 cfm durch einen 1×10 mm großen Querschnitt des Laserstrahles in Fig. 8 erhält man 2 Mikrosekunden. Somit ergibt sich folgendes Signal:

2 × 10^-6 sec × 5 × 10^-11 A = 10^-16 c oder 680 e^-

woraus sich ein Signal/Rausch-Verhältnis von 68 : 1 unter Ver nachlässigung des elektronischen Rauschens ergibt. Ein solches System kann 0,05 µm bei 1 cfm mit einer geringeren Laserleistung erreichen als bei einem bisher verwendeten Li nearfeld zum Erzielen von 0,1 µm erforderlich. Nur etwa 10 mw sind tatsächlich für eine Sensitivität von 0,1 µm bei 1 cfm erforderlich. Dies ist eine um einhundert mal gerin gere Beleuchtungsleistung als von der in der US-PS 47 98 465 beschriebenen Vorrichtung bei einem Linearfeld von 10 Elementen gefordert.

Wenn der Durchsatz auf 1/50 cfm reduziert wird, wird die Partikelsignalintegrationszeit mit der Molekularstreuinte grationszeit gleich, wodurch ein maximaler Signal/Rausch- Vorteil erreicht wird. Ein Signal/rms-Rausch-Verhältnis von 50×68=3400 : 1 ist für ein 0,1 µm-Partikel vorhanden, wo durch eine Partikeldetektion in einem Bereich von 0,02 bis 0,03 µm ermöglicht wird.

Das Produkt aus der Sensitivität und dem Durchsatz kann als Güteziffer für ein beliebiges Detektionsszenario angesehen werden, d. h. in bezug auf den Durchsatz können offensicht lich für eine erhöhte Sensitivität Abstriche gemacht werden und umgekehrt. Die Fähigkeit, ein vorgegebenes Produkt aus der Sensitivität und dem Durchsatz bei einem niedrigeren Be leuchtungspegel zu erhalten, stellt einen zusätzlichen Vor teil dar.

Wenn ein Hohlraum von 10 W ausgewählt wird, wird eine Sensi tivität unter 0,05 µm bei 1 cfm bequem erreicht. In diesem Fall (und bei Aufrechterhaltung der gleichen Integrations zeit) wird das Rauschen durch die Molekularstreuung domi niert, da die Laserleistung um das 20fache erhöht wurde. Der S/N-Wert steigt um die Quadratwurzel aus dem Leistungs verhältnis oder um 20=4,6× an. Um das durch die Moleku larstreuung dominierte Rauschen zu reduzieren, sollte die Auslesezeit reduziert werden, bis das elektronische Rauschen und das durch Molekularstreuung verursachte Rauschen wieder ausgeglichen sind. Die optimale Integrationszeit hängt von den genauen Feldrauscheigenschaften der Vorrichtung und wie diese sich mit der Betriebsgeschwindigkeit ändern, ab. Durch Verlangsamung des Durchsatzes können noch geringere Größen erfaßt werden.

Ein weiterer Anwendungsfall der on-board Pixelspeicherung besteht bei Linearfeldern in Verbindung mit kreisförmigen Lichtstrahlen. Es wird hier der Fall betrachtet, bei dem bei maximal möglichem Durchsatz eine noch höhere Sensitivität angestrebt wird. In diesem Fall wird der Laserstrahl auf etwa 100 µm als kreisförmiger Strahl fokussiert (wie in Fig. 4B gezeigt). Der Strahl konvergiert und divergiert in beiden Dimensionen und passiert den Brennpunkt 29. Die Weglänge, über die die Laserintensität als konstant angese hen werden kann, ist eine etwas sprunghafte Angelegenheit. Bei Begrenzung auf Bereiche, in denen die Intensität mindestens 50% des Maximums am Brennpunkt beträgt, ist jedoch ein 15 mm langer Betriebsbereich möglich mit einem Feld von 0,1×15 mm (wie in Fig. 4B gezeigt). Bei Schall geschwindigkeit (340 m/sec) ist ein Durchsatz von 1 cfm mög lich. Die Durchgangszeit für einen Partikel beträgt 0,2 µm sec.

Fig. 12 zeigt eine Lineardetektoranordnung 64, die an ein derartiges beleuchtetes Volumen angepaßt ist. In diesem Fall besteht kein Vorteil in einer Orientierung des Stromes in Richtung auf die Linse, da jedes Detektorpixel (Element) die gesamte Strahlbreite abdeckt. Ein Feld mit hoher Dichte bie tet jedoch immer noch Vorteile in bezug auf eine Rausch herabsetzung. Durch die Fähigkeit zur Übertragung und Speicherung wird ein Umwandlungsprozeß von parallel auf seriell zur Verfügung gestellt, der die Zahl der erfor derlichen Parallelverarbeitungskanäle minimiert.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Feld findet ein aktiver Be reich 66, der aus 300 50 µm×150 µm Elementen besteht, Verwendung, wobei dieser Rahmen in einen 300 Pixel Speicher puffer abgegeben wird. Vier Zapfstellen oder Ausgänge über führen jeweils 75 Pixel aus dem Speicherpuffer 68. Mit einer Frequenz von 7,5 MHz werden die seriellen Datenströme jede 10 µm sec ausgegeben. Hier ist die Molekularstreuung pro Pixel 20mal größer als bei den in Fig. 9 gezeigten Anord nungen, da jede Spalte eine Einzelspalte ist und nicht 20 Pixel hoch ist. Die Zeit zwischen den Rahmen ist jedoch nur 1/10 so lang, was zu einem Nettoanstieg der integrierten Molekularstreuung um einen Faktor von nur 2 führt. Das Signal wurde um einen Faktor von 10× erhöht, da der Quer schnittsbereich des Strahles um 10× reduziert wurde, was insgesamt zu einer S/N-Verbesserung von 10/ oder ≈7× führt.

Aufgrund der Strömungsdivergenz bei Schallgeschwindigkeiten liegt der Hauptvorteil eines solchen Linearsystems bei nie drigen Strömungsgeschwindigkeiten (Durchsätzen), wodurch die Partikeldurchgangszeit zur Integration einer größeren Summe von Photonen verlangsamt wird. Bei einem Wert von 0,1 cfm führt eine Durchgangszeit von 2 µm sec zu einem 70fachen Anstieg der Sensitivität gegenüber der in Fig. 9 gezeigten Anordnung bei 1 cfm. Bei 0,02 cfm erreicht der S/N-Wert sein Maximum, und es können Sensitivitäten von 0,02 µm ohne wei teres erreicht werden.

Schließlich kann auch ein fokussierter kreisförmiger Strahl mit einem Durchmesser von 10 µm verwendet werden (anstelle des in Fig. 4B gezeigten 100 µm Strahles), und zwar zusam men mit einem Abbildungssystem mit 10facher Vergrößerung, um den Strahl in 300 5 µm×10 µm Pixelsichtsegmente zu unterteilen, die eine Strahllänge von 1,5 mm abdecken. Ein von einem Laserhohlraum mit 10 W erzeugter Strahlmittelteil wird eine Leistungsdichte von 10 MW/cm² erreichen. Ein 0,01 µm Partikel mit einem Streuquerschnitt von 10^-18 cm² wird eine Streuung von 10^-11 W besitzen, wovon ein optisches System 10% sammeln würde und somit 10^-12 W Signalleistung erzeugen würde. Die Molekularstreusignalleistung für ein Vo lumen von 5×10×10 µm beträgt etwa 10-11 W. Integrations zeiten <10 µm sec bewirken, daß 0,01 µm Partikel bei 0,0001 cfm ohne weiteres detektierbar sind.

Wie aus dem vorstehenden hervorgeht, wird somit erfindungs gemäß eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Ver fahren zur Erfassung von Partikeln mit Durchmessern im Sub mikron-Bereich unter Verwendung eines Detektor-Feldes mit hoher Dichte geschaffen.

Claims

1. Detektionsvorrichtung für Partikel im Submikron- Bereich, gekennzeichnet durch:
Flächige Einrichtungen, an denen Partikel im Submikron- Bereich angeordnet sein können;
Beleuchtungseinrichtungen, die einen auf einen Abtastbereich (16) an den flächigen Einrichtungen gerichteten Strahl vor sehen, wobei die Partikel im Submikron-Bereich am Abtastbe reich (16) eine Lichtstreuung verursachen;
Detektionseinrichtungen mit einem Detektorfeld (23) hoher Dichte zum Empfangen des von den Partikeln im Submikron-Be reich am Abtastbereich (16) gestreuten Lichtes und zur Ab gabe von dieses kennzeichnenden Ausgangssignalen; und
Verarbeitungseinrichtungen zum Empfangen der Ausgangssignale von den Detektionseinrichtungen und in Abhängigkeit davon zum Verarbeiten der Signale, um ein die Partikel im Sub mikron-Bereich kennzeichnendes Ausgangssignal zu erhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Einrichtungen in der Lage sind, ein Strö mungsmittel aufzunehmen, das entweder ein Gas, einschließ lich Luft, oder eine Flüssigkeit ist und in dem sich die Partikel im Submikron-Bereich befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die flächigen Einrichtungen eine Fläche auf weisen, auf der sich kontaminierende und terminierende Partikel im Submikron-Bereich befinden, die eine Licht streuung bewirken.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die flächigen Einrichtungen Lei tungseinrichtungen zum Hindurchleiten des Strömungsmittels durch den Abtastbereich (16) umfassen, die so ausgebildet sind, daß sie das Strömungsmittel durch den Abtastbereich (16) mit einem Volumenstrom strömen lassen, der ausreichend hoch ist, damit am Abtastbereich (16) ein hoher Molekular streuhintergrund vorhanden ist, und daß das Detektorfeld (23) mit hoher Dichte in Verbindung mit den Beleuchtungs einrichtungen und den Verarbeitungseinrichtungen ermöglicht, daß das Ausgangssignal trotz des Vorhandenseins des hohen Molekularstreuhintergrundes in bezug auf die Größe der Partikel im Submikron-Bereich höchst sensitiv ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtungen ein Ausgangssignal ab geben, das Partikel im Submikron-Bereich anzeigt, welche einen Durchmesser besitzen, der kleiner und größer ist als 0,1 µm.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtungen einen den Strahl vorsehenden Laser (26) umfassen und daß der Strahl einen Querschnitt innerhalb des Abtastbereiches (16) besitzt, der entweder elliptisch ist oder einen variierenden Durchmesser besitzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl einen elliptischen Querschnitt aufweist und daß das Strömungsmittel den Strahl im wesentlichen parallel zur kleineren Achse des Strahles durchdringt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie Abbildungseinrichtungen (21) zum Richten des am Abtastbereich (16) gestreuten Lichtes auf das Detektorfeld (23) mit hoher Dichte umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtungen (21) solche (35) zum Brechen des Lichtes aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtungen (21) solche (38) zum Reflek tieren des Lichtes aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtungen (21) min destens ein Abbildungselement umfassen und daß die Lei tungseinrichtungen (34) bewirken, daß das Strömungsmittel auf die Abbildungseinrichtungen gerichtet wird, und zwar im wesentlichen senkrecht zur Objektebene des Abbildungsele mentes und im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Abbildungselementes.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungselement eine mittige Öffnung (39) besitzt, daß das Strömungsmittel in die Öffnung (39) gerichtet wird und daß die Leitungseinrichtungen (34) Auslaßeinrichtungen (36) zur Aufnahme des durch die Öffnung (39) strömenden Strömungsmittels umfassen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl einen kreisförmigen Quer schnitt besitzt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl einen Brennpunkt besitzt und in Richtung auf den Brennpunkt konvergiert und dann vom Brennpunkt divergiert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt des Strahles im wesentlichen mittig im Abtastbereich (16) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorfeld (23) mit hoher Dichte eine ladungsgekoppelte Vorrichtung ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtungen La dungsspeichereinrichtungen zum Empfang eines jeden Daten rahmens, der am Detektorfeld (23) mit hoher Dichte empfangen wird, aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtungen einen Laser (26) umfas sen, der einen elliptischen Strahl vorsieht, daß das Strö mungsmittel den elliptischen Strahl im wesentlichen senk recht zum längsten Abschnitt des Strahles durchdringt, daß die Ladungsspeichereinrichtungen ein erstes und zweites Ladungsspeicherelement zum Empfangen von unterschiedlichen Abschnitten eines jeden Datenrahmens, der vom Detektorfeld (23) mit hoher Dichte übertragen wird, aufweisen und daß die Verarbeitungseinrichtungen eine erste und zweite Parallel verarbeitungseinrichtung besitzen, die an unterschiedliche Ladungsspeicherelemente angeschlossen sind, um die Ausgangs signale davon zu empfangen und zu verarbeiten.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtungen Parallelverarbeitungseinrichtungen umfassen, die Einrichtun gen zum Serialisieren aufweisen, so daß das Ausgangssignal einer jeden Ladungsspeichereinrichtung in einen oder mehrere serielle Ströme serialisiert wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelverarbeitungseinrichtungen Schwellendetek toreinrichtungen zum Setzen der Minimalgröße der zu erfas senden Partikel im Submikron-Bereich und A/D-Detektorein richtungen zum Vorsehen eines digitalen Ausgangssignales um fassen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtungen Digitalspeicherein richtungen zum Empfangen des digitalen Ausgangssignales vom A/D-Detektor und einen Mikrocomputer zum Steuern der Funk tionsweise der Vorrichtung und zum Abgeben des Ausgangssig nales, das die Größe der Partikel im Submikron-Bereich an zeigt, umfassen.

22. Verfahren zum Detektieren von Partikeln im Submikron- Bereich unter Ausnutzung der Lichtstreuung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorsehen eines Abtastbereiches;
Einführen eines Strömungsmittels in den Abtastbereich, in dem sich Partikel im Submikron-Bereich befinden;
Beleuchten des Abtastbereiches, um ein Streuen des Lichtes durch die Partikel im Submikron-Bereich zu verursachen;
Vorsehen eines Detektorfeldes mit hoher Dichte;
Nutzen des Detektorfeldes mit hoher Dichte, um das durch Partikel am Abtastbereich gestreute Licht zu detektieren;
und
Verarbeiten des detektierten Streulichtes zum Vorsehen eines Ausgangssignales, das die Partikel im Submikron-Bereich an zeigt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahl geformt wird, der einen Querschnitt besitzt, der entweder elliptisch oder derart fokussiert ist, daß der Strahl in Richtung auf den Brennpunkt konvergiert und vom Brennpunkt divergiert, und daß der Strahl verwendet wird, um den Abtastbereich zu beleuchten.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl derart fokussiert wird, daß der Brennpunkt des Strahles im wesentlichen mittig innerhalb des Abtastbe reiches angeordnet ist.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß Abbildungseinrichtungen zur Überführung des von den Partikeln im Submikron-Bereich am Abtastbereich gestreuten Lichtes zum Detektorfeld mit hoher Dichte vorge sehen werden und daß das Strömungsmittel in den Abtastbe reich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Objektebene der Abbildungseinrichtungen und im wesentlichen parallel zur optischen Achse der Abbildungseinrichtungen ge führt wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß Ladungsspeichereinrichtungen zum Empfang eines jeden Datenrahmens, der am Detektorfeld mit hoher Dichte empfangen wird, vorgesehen werden und daß das Aus gangssignal der Ladungsspeichereinrichtungen über die Seria lisierung von Daten zu einem oder mehreren Ausgangssignalen für die Verarbeitung genutzt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die serialisierten Daten mit den Parallelverarbeitungs einrichtungen parallel verarbeitet werden, wobei ein Schwellendetektor zum Setzen der Minimalgröße der Partikel im Submikron-Bereich, die zu detektieren sind, und ein A/D- Detektor zum Vorsehen eines digitalen Ausgangssignales ver wendet werden.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das verarbeitete Ausgangssignal Partikel im Submikron-Bereich anzeigt, die einen Durchmesser be sitzen, der mindestens so klein ist wie 0,01 µm und größer ist, und zwar bei Vorhandensein eines hohen Molekularstreu hintergrundes am Abtastbereich.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Blindspeichereinrichtungen vorgesehen wird, von denen jede eine Hälfte eines jeden Datenrahmens empfängt, der vom Detektorfeld mit hoher Dichte übertragen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Parallelverarbeitungseinrichtungen verwendet wird, von denen jede das Ausgangssignal einer unterschied lichen Blindspeichereinrichtung empfängt.