(57)【要約】      （修正有）【課題】均一の強度分布の光ビームを提供する。【解決手段】光ビームを操作し、フローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するように配置されたビーム整形光学系を含むフローサイトメーターシステムであり、ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に光を受光し、集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を受光し、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含む。派生光ビーム出力は、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。フローセルの調査領域で光ビームを整形する。【選択図】図１
2020073873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載された発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７８５，９２２号の利益を主張し、その出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００２】
本開示のいくつかの態様では、フローサイトメーターシステムが提供される。フローサイトメーターシステムは、流体力学的集束中核流を調査領域に貫流させるためのフローセルと、第１の光ビームを受光し、操作するように且つフローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するように配置されたビーム整形光学系とを含む。ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に光を受光し、集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を受光し、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含む。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。
【０００３】
本発明のいくつかの態様では、フローセルの調査領域で光ビームを整形する方法が提供される。本方法は、流体力学的集束中核流をフローセル内の調査領域に貫流させることと、フローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するためにビーム整形光学系を用いて第１の光ビームを受光し、操作することとを含む。ビーム整形光学系を用いて第１の光ビームを受光し、操作することは、非円筒レンズを用いて光伝搬方向に直交する第１の軸の方向で光を受光し、集束させることと、円筒レンズを用いて非円筒レンズから出力される光を受光し、集束させることとを含む。円筒レンズは、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させる。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本明細書に組み込まれている付属の図面は明細書の一部を成す。この記述と併せて、図面は、提示されるシステムおよび方法の原理を説明し、関連技術分野（複数可）の当業者がそのシステムおよび方法を作製し、使用するのを可能にするのにさらに役立つ。図面において、同様の参照の数字は同一のまたは機能的に類似した要素を示す。
【０００５】
【図１】一実施形態によるフローサイトメーターシステムを示す。
【図２】一実施形態による例となるビーム整形光学系およびフローセルの拡大斜視図を示す。
【図３】図２の平行化光の例となる強度分布を示す。
【図４】図２の非円筒形レンズを通過する光に対して生成される例となる強度分布を示す。
【図５】図２の非円筒レンズと円筒レンズとの両方を通過する光に対して生成される例となる強度分布を示す。
【図６】一実施形態による、一実施形態によるビーム整形光学系１０１により生成される平頂形の強度分布を示す。
【図７】図２の例となるフローセルの上面図を示す。
【図８】一実施形態による図２のフローセルの調査領域で集束された光ビームに対する強度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示の実施形態が記載される前に、本開示が、記載される特定の実施形態に限定されるものではなく、したがって当然のことながら異なり得ると理解すべきである。本開示の実施形態の範囲は付属の請求項によってのみ限定されることになるので、本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を記載する目的のためのみのものであり、限定することを意図するものではないとも理解されるべきである。
【０００７】
本開示は一般的に、均一の強度分布の光ビームを提供するビーム整形光学系に関する。ビーム整形光学系は、血液装置または分析器と併用されるようなフローサイトメーターに関し得る。ビーム整形光学系は、走査型顕微鏡、干渉造影法、光学バーコードスキャナ等のような、しかしそれらに限定されない、さまざまな技術とも関連し得る。
【０００８】
本開示のいくつかの態様では、光伝搬方向に直交する一方の軸に沿ったガウス形であり、ガウス形分布の軸と光伝搬方向の両方に直交する他方の軸に沿った平頂形である強度分布を有する光ビームを提供するビーム整形光学系が提供される。ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に光を受光し、集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を受光し、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含む。
【０００９】
非円筒レンズは、一定半径を有していない曲線を有する曲面を有する。非円筒レンズの曲率半径は変化する。例えば、一実施形態では、その曲率半径は一定のものではなく、対称軸で最短半径を有し、その半径は対称軸を離れるにつれて増加する。一実施形態では、曲率半径は、偶数次の１２次以下の多項式であるがこれに限定されないような、偶数次の多項式であり且つ円錐寄与である多項等式に従う。例えば、多項等式は、以下の等式により表記され得る：
Ｒ＝ａｘ２＋ｂｘ４＋ｃｘ６＋ｄｘ８＋ｅｘ１０＋ｆｘ１２
式中、Ｒは、曲率半径であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、およびｆは、多項式の定数である。一実施形態では、非円筒レンズは、一方の側に平面と他方の側に凸曲面とを有する平凸非円筒レンズである。
【００１０】
円筒レンズは、変化しない一定半径を有する曲率を有する曲面を有する。一実施形態では、円筒レンズは、一方の側に平面と他方の側に凸曲面とを有する平凸円筒レンズである。円筒レンズは、非円筒レンズの対称軸に直交するその対称軸で配置される。このように、円筒レンズは、非円筒レンズから光ビームを受光し、非円筒レンズの集束軸および光の方向に直交する軸に沿ってその光ビームを集束させる。
【００１１】
実施形態および記述は「水平」および「垂直」軸または強度分布を指し示し得るが、用語は、相対的な軸方位を与え、理解しやすくするために用いられると理解されるべきである。本開示の基礎的な概念および原理は、例えば水平方向に流れる中核流を用いて、「垂直」ビーム分布が平頂分布であり「水平」ビーム分布がガウス曲線である、他の実施形態にも適用され得ると理解されるべきである。
【００１２】
本開示のいくつかの態様では、フローサイトメーターシステムが提供される。フローサイトメーターシステムは、流体力学的集束中核流を調査領域に貫流させるためのフローセルと、第１の光ビームを受光し、操作するように且つフローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するように配置されたビーム整形光学系とを含む。ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に光を受光し、集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を受光し、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含む。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。
【００１３】
平頂形の強度分布は、平らな頂上部分の各々の側に対する強度値を低くするように減少する、平らな頂上部分を一般的に有する階段状の形を含む。平らな頂上部分は、小さな横側の値よりも大きな強度量に対応する。平頂分布の平らな頂上部分は、ガウス形分布の対応する頂上部分よりも平らである（または一定水準の量を維持する）。平坦さの程度は、強度分布の頂上部分の変動係数により定義され得る。変動係数（ＣＶ）は、平均により除算された標準偏差として表記され得る。変動係数はさまざまな実施形態において変化し得る。一実施形態では、平頂分布の頂上部分は５％未満の変動係数を有する。別の実施形態では、平頂分布の頂上部分は３％未満の変動係数を有する。さらに別の実施形態では、平頂分布の頂上部分は１％未満の変動係数を有する。平頂な強度分布を有して存在するような、均一な強度分布を特徴とする小寸法の光ビームスポットを有することにより、検定中のさまざまな細胞成分の正確な特異性を確実にすることでフローサイトメトリーに対する多くの利便性が提供される。例えば、レーザ出力を浪費することなく平均および標準偏差が向上する。さらに、従来の方法で用いられるような同じレーザ出力に対してより大きな散乱信号が取得され得る。さらに、平頂な強度分布は、細胞からの散乱光の減極測定に対して有益であり得る正確な偏光を維持する。さらに、本明細書に記載されるような非円筒レンズを実装することにより、平頂な分布の生成をより良く制御することができる。非円筒レンズにより、分布全体に対する平頂部分を幅広くすることができる。さらに、非円筒レンズにより、２つの（例えば、非円筒および円筒）レンズの間の位置取りが小さくなり得る点でシステムをより小型にすることができる。例えば、一実施形態では、２つのレンズの間の距離は、１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内であり得る。一実施形態では、２つのレンズの間の距離は、約２３ｍｍのような２０〜２５ｍｍ内であり得る。距離は例となるものであり、他の距離が他の実施形態で実施されてもよい。２つのレンズの間の間隙は、どれくらい遠くに焦点が必要とされるのか、どれくらい小さなスポット寸法が必要とされるのか等のような、さまざまな要因に依存し得る。さらに、一実施形態では、使用可能な平頂範囲は約０．５ｍｍであり得る。これは例となるものであり、限定するものとして解釈されるべきではなく、使用可能な平頂範囲の他の寸法が他の実施形態で実施されてもよいと理解されるべきである。
【００１４】
一実施形態では、フローサイトメーターシステムは、ビーム整形光学系に光を供給する光源を含み得る。例えば、光源は、光源とフローセルとの間に配置されたビーム整形光学系に誘導されるレーザビームを生成するために光ファイバに結合されるレーザを含み得る。ビーム整形光学系は例えば、非円筒および円筒レンズにより操作される前に光を平行化するための平行化レンズを含み得る。いくつかの事例では、平行化レンズは非球面平行化レンズである。
【００１５】
フローセルは、ビーム整形光学系からの光がフローセル内の調査領域に誘導されるように配置される。フローセルは、フローセルの調査領域を貫流する中核流を含み、調査領域を通過する際に派生集束光により照射される。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、光伝搬方向に直交する第１の軸に沿った平頂形の強度分布と、第１の軸と光伝搬方向の両方に直交する第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。
【００１６】
中核流１２２は例えば、流体シース内で流体力学的に集束され（例えば、流体シースの中心内に注入され）且つフローセル内の調査領域に通して誘導される試料を含み得る。一実施形態では、試料は、一般的に単一の試料幅のみである試料流を有する中核流を生成するために、流体シース内に流体力学的に集束される。鞘流体は例えば、水、塩水、または他の希釈剤の単独であってもよく、さまざまな目的のためにいずれかのさまざまな化学薬品と組み合わせてもよい。同時発生の細胞（例えば、１超過の試料幅）が時々無作為に発生し得ると理解されるべきである。例示の試料として、白血球、赤血球、血小板、溶球、多分散油滴、血液対照薬剤等のような粒子または細胞が挙げられ得るが、これらに限定されない。試料の寸法は、例えば試料の特定寸法に応じて変化する。
【００１７】
円筒レンズが光を集束させるのと同じ方向に中核流が流れるとき、中核流はガウス形の強度分布と同じ方向に流れ、フローセルの調査領域を貫流する全ての試料は、ガウス形分布のために同量の光に突き当たる。例えば、中核流は垂直方向に流れ、調査領域を垂直方向に貫通するときに垂直方向のガウス形の強度分布に曝され得る。
【００１８】
しかしながら、試料の寸法が中核流の寸法よりも小さい場合、中核流内の試料の半径方向の位置が変化し得る。例えば中核流が垂直方向に流れている場合、中核流は、試料がその内部で水平方向に変化し得る、水平方向の幅を有する。平頂分布は、水平方向で異なる位置の試料に対して一定水準の強度を提供するために用いられ得る。例えば、平頂分布の平坦化頂上部分は、中核流にわたり水平方向で同量の光を提供するために中核流に等しくてもよく、それよりも幅広くてもよい。一実施形態では、平頂分布の平坦化頂上部分は、中核流にわたり水平方向で同量の光を提供するために中核流よりも幅広い。いくつかの事例では、中核流の移動に対する許容誤差も考慮され得る。このように、検出システムがさまざまなデータ（例えば、フローセルからの軸方向の光損失、散乱光等）を検出するとき、試料を調査する光量にあまり変動がないので、データが正確であるという高水準の確実性が達成される。ある状況では、水平方向の平頂なビーム分布は、例えばより幅広い中核流を実現するのを可能にするという利便性も提供する。
【００１９】
強度分布の寸法（例えば、平頂分布の平坦化頂上部分の幅）、中核流の寸法、試料の寸法、鞘流体の圧力および速度、調査領域の寸法等はそれぞれ、さまざまな実施形態において、望まれる特定パラメータに応じて変化し得ると理解されるべきである。さらに、上に選択された特定パラメータを考慮するために、互いのビーム整形光学系およびフローセルの距離および位置取りが変化し得る。例えば、試料がその内部で変化し得る中核流の水平方向の幅に等しいまたはその幅よりも大きな平坦化頂上部分を有することになる水平方向の平頂な強度分布を提供するために、非円筒形レンズおよび円筒レンズは、互いからのおよびフローセルからの対応距離で配置されるべきである。
図面に示される例示の実施形態
【００２０】
図１は、一実施形態によるフローサイトメーターシステムの上面図を示す。フローサイトメーターシステム１００は、ビーム整形光学系１０１と、フローセル１２０と、光源１４０と、検出システム１６０とを含んで示される。光源１４０は例えば、光源１４０とフローセル１２０との間に配置されたビーム整形光学系１０１に誘導されるレーザビームを生成するために、光ファイバに結合されたレーザを含み得る。レーザビームは、フローセル１２０の調査領域１２１に誘導される集束ビームを提供するためにビーム整形光学系１０１により操作される。フローセル１２０内の中核流は、フローセル１２０の調査領域を貫流するとき集束ビームにより照射される。中核流１２２および調査領域１２１は、図２および図７でより明確に示される。調査領域１２１では、ビーム整形光学系１０１は、レーザビーム伝搬方向に直交する軸に沿った特別形成の強度分布を有する集束ビームを生成する。
【００２１】
ビーム整形光学系１０１は、平行化レンズ１０２と、非円筒レンズ１０３と、円筒レンズ１０４とを含んで示される。平行化レンズ１０２は、光ビームを受光し、非円筒レンズ１０３に誘導される平行化光を生成するように配置される。非円筒レンズ１０３は、平行化光を受光し、光の方向に直交する単一の軸に沿ってその光を集束させるように配置される。例えば、非円筒レンズを出る光は垂直面内で収束し得る。円筒レンズ１０４は、その対照軸が非円筒レンズの対照軸に直交して配置される。このように、円筒レンズ１０４は、非円筒レンズ１０３から光ビームを受光し、非円筒レンズ１０３の集束軸および光の方向に直交する軸に沿ってその光ビームを集束させる。
【００２２】
フローセル１２０は、ビーム整形光学系１０１からの光がフローセル１２０内の調査領域に誘導されるように配置される。フローセル１２０は、フローセル１２０の調査領域１２１に通して誘導される中核流１２２を含む。このように、フローセル１２０を貫流する中核流１２２は、調査領域１２１を貫通するときに集束光により照射される。中核流１２２は例えば、流体シース内で流体力学的に集束され（例えば、流体シースの中心内に注入され）且つフローセル１０２内の調査領域１２１に通して誘導される試料を含み得る。一実施形態では、試料は、一般的に単一の試料幅のみである試料流を有する中核流を生成するために流体シース内で流体力学的に集束される。
【００２３】
中核流の幅は、さまざまな実施形態で変化し得る。一実施形態では例えば、中核流の幅は、１５〜２５ミクロンのような１０〜３０ミクロン内の幅であるが、これに限定されない。中核流の圧力および速度はさまざまな実施形態で得る。例えば、中核流の圧力として、１平方インチ当たり１０〜１５ポンドのような１平方インチ当たり８〜２０ポンドの圧力が挙げられ得るが、これに限定されない。さらに、中核流の速度として、１秒当たり８〜１２メートルのような１秒当たり約５〜１５メートルの速度が挙げられ得るが、これに限定されない。
【００２４】
検出システム１６０は、フローセルから発光される光を検出するためにフローセルの次に配置される。例えば、検出システム１６０は、軸方向の光損失を検出するための１つ以上の検出器および／または中核流が調査領域で集束光ビームにより照射されるときから生じる散乱光の量を測定するための１つ以上の検出器を含み得る。例えば、検出システム１６０は、中間角散乱（ＩＡＳ）および／または前方散乱を検出するための１つ以上の検出器を含んでもよい。
【００２５】
検出システム１６０はその上、レンズと、燐光、偏光側方散乱、および／または偏光解消側方散乱を検出するための検出器とを含み得る。さらに、１つ以上の検出器が、フローセルの周りのさまざまな位置に、例えばフローセルから９０度に配置され得る。検出システム１６０は、図示されていないレンズ、反射器または鏡等のような他の部品を含み得る。例えば、検出システム１６０は、レンズ、反射器または鏡等のような部品を含み得る。
【００２６】
図２は、一実施形態による例となるビーム整形光学系および、図１に示されるフローサイトメーターシステム１００のフローセルの拡大斜視図を示す。ｘ、ｙ、およびｚは参照目的のために説明され、示されている。
【００２７】
非円筒レンズ１０３は、その対称軸がｙ軸に沿った垂直方向に配置される。図示される非円筒レンズは、平面と凸面とを有する平凸状のものである。凸面１３３の曲率半径は、変化し、一定ではない。図１に示される平行化レンズ１０２により生成されるような平行化光２１０は、ｚ方向に非円筒レンズ１０３の平面に向かって伝搬する。いくつかの実施形態では、レーザに結合される光ファイバからの出力は最初に拡大される。例えば、一実施形態では、レーザに結合される光ファイバからの出力は、ファイバ先端で約５ミクロンの円形スポット径を有することがあり、約１０００ミクロンの円形スポット径に拡大されることがある。
【００２８】
図３は、平行化光２１０に対する強度分布２１１を示す。図示される平行化光２１０は、ｚ軸に沿って紙内に伝搬する。ｘ−ｙ面では、平行化光２１０の強度分布２１１は、ｘ軸に沿って水平方向におよびｙ軸に沿って垂直方向にガウス形のものである。
【００２９】
図２に戻って、非円筒レンズ１０３の平面は、平行化光２１０を受光し、その光が非円筒レンズ１０３の凸面から出るときにｘ軸に沿って光を集束させる。例えば、ある距離に配置される非円筒レンズの長い焦点距離により、光は水平面内でフローセルの調査領域までの距離にわたり収束する。強度分布は、光が非円筒レンズ１０３からさらに離れて伝搬するにつれて徐々に変化する。図４に示されるように、非円筒レンズ１０３により生成される強度分布２１３は、幅が小さくなり、ｘ軸に沿って水平方向に一般的に平頂形である。強度分布２１３は、ｙ軸に沿って垂直方向にガウス形のままである。
【００３０】
円筒レンズ１０４は、非円筒レンズ１０３から出る集束光の経路内に配置される。円筒レンズ１０４は、ｙ軸に沿った非円筒レンズ１０３の対称軸に垂直であるｘ軸に沿ってその対称軸で配置される。ｘ軸とｙ軸の両方は、光伝搬方向に直交する。図示される円筒レンズ１０４は、非円筒レンズ１０３から集束光を受光するその凸面を有する平凸状のものである。円筒レンズ１０４の凸面１４４の曲率半径は一定である。
【００３１】
円筒レンズ１０４は、光が円筒レンズ１０４の平面を出るときにｙ軸に沿って光を集束させる。直交方位における円筒レンズのより短い焦点距離により、ビームは垂直方向に集束する。強度分布は、光が円筒レンズ１０４からさらに離れて伝搬するにつれて徐々に変化する。図５に示されるように、円筒レンズ１０３により生成される強度分布２１５は、幅がより小さくなり、ｙ軸に沿って垂直方向にガウス形のままである。強度分布２１５は、ｘ軸に沿って水平方向に平頂形のままである。ｙ軸に沿った光の集束は、平頂形の分布の頂上の平坦化にも寄与する。中核流で相互に独立して集束するという最終結果は、水平方向に平頂分布と、中核流を包含する短距離にわたり垂直方向にガウス分布とを有する。
【００３２】
図６は、実施形態による、ビーム整形光学系１０１により生成される平頂な強度分布を示す。グラフの垂直軸は光強度量（例えば、Ｗ／ｃｍ２）を表すのに対し、グラフの水平軸はｘ軸に沿った水平方向の距離（例えば、ミクロン）を表す。
【００３３】
強度分布６０１は、図２のフローセル１２０の調査領域１２１でビーム整形光学系１０１により生成される平頂形の水平方向の強度分布である。また、理想的な強度分布６０２も比較目的で示される。
【００３４】
平頂形の強度分布は、平らな頂上部分の各々の側に対する強度値をより低くするように減少する、平らな頂上部分を一般的に有する階段状の形を含む。より平らな頂上部分は、より小さな横側の値よりもより大きな強度量に対応する。平頂分布のより平らな頂上部分は、例えばガウス形分布の対応する頂上部分よりもより平らである（または一定水準の量を維持する）。平坦さの程度は、平頂な強度分布の頂上部分の変動係数により定義され得る。一実施形態では、分布６０１の頂上部分ＦＴは、５％未満の変動係数を有する。別の実施形態では、頂上部分は３％未満の変動係数を有する。さらに別の実施形態では、頂上部分は１％未満の変動係数を有する。
【００３５】
分布６０２は、一般的に平坦化された頂上部分を含む。頂上部分は完全には平らではないが、頂上部分がガウス形分布の対応する部分の曲がりに対して平坦化されているので、「一般的に平坦化された」と呼ぶ。
【００３６】
円筒レンズ１０４が実装され、ｙ軸に沿って垂直方向に光を集束させる場合、分布の頂上部分は、分布６０１により表されるようにさらに平坦化されている。さらに、側面上の傾斜の険しさは増加する。図６に示される一実施形態では、分布６０１の頂上部分ＦＴは、４０ミクロン領域付近で約４０ミクロン（例えば、ｚ軸にわたる４０ミクロンの上にｘ軸にわたる４０ミクロン）にわたり１％未満の変動係数を有する。例えば、４０ミクロンの幅にわたり平坦化された頂上部分ＦＴは、４０ミクロン以下の幅、例えば１０〜２５ミクロンの幅の中核流にわたりほぼ一定の光強度を提供することができる。
【００３７】
平頂な強度分布の平坦化頂上部分ＦＴの幅はさまざまな実施形態で変化し得る。一実施形態では、例えば平頂な強度分布の平坦化頂上部分ＦＴの幅は、４０〜６５ミクロンのような３０〜８０ミクロンの幅以内の幅を含むが、これに限定されない。
【００３８】
図２を参照して、フローセル１２０は、円筒レンズ１０４から出た集束光の経路内に配置される。フローセルは、集束光が調査領域１２１に誘導されるように配置され、ｙ軸に沿って調査領域１２１を貫通する中核流１２２を照射する。
【００３９】
ビーム整形光学系からの、フローセルは、距離はさまざまな実施形態で変化し得るが、ｙ軸に沿って垂直方向にガウス形であり、ｘ軸に沿って水平方向に平頂形である調査領域での強度分布を生成するべきである。例えば、一実施形態では、水平方向の位置における平頂形は、図６に示される強度分布６０１に類似する。平頂形の強度分布の頂上部分の幅は、さまざまな実施形態で異なり得る。調査領域１２１内の中核流１２２の水平方向の幅に等しいまたはそれよりも大きな平頂形の強度分布の頂上部分の水平方向の幅を有することにより、中核流１２２内の各々の試料が、中核流内の試料の水平方向の位置に関わりなくほぼ同量の光に曝されることを確保する。光量の差は、実施される平頂分布の変動係数（例えば、１％以下）により限定されるであろう。例えば、図７は、図２のフローセル１２０の上面図を示す。フローセル１２０は、ｙ軸に（例えば、紙から）流れる中核流１２２を含む。ビーム整形光学系１０１からの集束光は、ｚ方向にフローセル１２０に向かって伝搬している。フローセル１２０の調査領域１２１（図２により明確に示される）では、集束光は、平頂として形付けられるｘ軸方向に沿った水平方向の強度分布を有する。一実施形態では、水平方向の強度分布の平坦化頂上部分の幅は、図７に表されるような、点線による中核流の幅よりも大きい。このように、中核流内の試料の水平方向の位置にもかかわらず、同量の光が突き当てられる。例えば、一実施形態では、中核流はｘ軸に沿って１５〜２５ミクロンの幅であり、水平方向の強度分布の平坦化頂上部分は３５〜７０ミクロンの幅である。これらの寸法は例となるものであり、他の寸法が他の実施形態で実施されてもよいと理解されるべきである。
【００４０】
ｙ軸に沿った垂直方向の強度分布はガウス形であるが、各々の試料は、調査領域の垂直方向の距離全体を伝搬し、ガウス形の垂直方向の強度分布から同量の光に曝される。
【００４１】
図８は、一実施形態によるフローセルの調査領域での集束光ビームの強度分布を示す。強度分布８００は、ｙ軸に沿って垂直方向にガウス形を有して示され、ｘ軸に沿って水平方向に平頂形である。水平方向に平頂形の分布の平坦化頂上部分ＦＴは、試料が、ｘ軸に沿ったそれらの水平方向の位置とはかかわりなく同量の光に曝されることを確保する。
追加の例示の実施形態
【００４２】
本開示のいくつかの態様では、フローサイトメーターシステムが提供される。フローサイトメーターシステムは、流体力学的集束中核流を調査領域に貫流させるためのフローセルと、第１の光ビームを受光し、操作するように且つフローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するように配置されたビーム整形光学系とを含む。ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に光を受光し、集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を受光し、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含む。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布と有する。
【００４３】
一実施形態では、中核流は第２の軸の方向に流れ、第１の軸に沿った平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は、第２の軸に沿った中核流の幅に等しいまたはその幅よりも広い。
【００４４】
一実施形態では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は５％未満の変動係数を有する。いくつかの実施形態では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は３％未満の変動係数を有する。いくつかの実施形態では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は１％未満の変動係数を有する。
【００４５】
一実施形態では、非円筒レンズは平凸状であり、非円筒レンズの平面で光を受光し、非円筒レンズの凸面上に光を出力するように配置される。円筒レンズは平凸状であり、円筒レンズの凸面で光を受光し、円筒レンズの平面上に光を出力するように配置される。非円筒レンズは、円筒レンズの対称軸に直交する対称軸を有する。
【００４６】
一実施形態では、ビーム整形光学系は、平行化レンズと、平行化レンズと円筒レンズとの間の非円筒レンズとを含む。
【００４７】
一実施形態では、フローサイトメーターシステムは第１の光ビームを供給するための光源を含み、光源はレーザに結合されるファイバを含む。
【００４８】
一実施形態では、フローサイトメーターシステムはフローセルからの光を検出するための検出システムを含む。
【００４９】
一実施形態では、中核流は鞘流体内に配置される試料流を含み、試料流は一般的に単一の試料幅である。
【００５０】
本発明のいくつかの態様では、フローセルの調査領域で光ビームを整形する方法が提供される。本方法は、流体力学的集束中核流をフローセル内の調査領域に貫流させることと、フローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するためにビーム整形光学系を用いて第１の光ビームを受光し、操作することとを含む。ビーム整形光学系を用いて第１の光ビームを受光し、操作することは、非円筒レンズを用いて光伝搬方向に直交する第１の軸の方向で光を受光し、集束させることと、円筒レンズを用いて非円筒レンズから出力される光を受光し、集束させることとを含む。円筒レンズは、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させる。ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは、第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する。
【００５１】
一実施形態では、中核流が、第２の軸の方向に流れ、第１の軸に沿った平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は、第２の軸に沿った中核流の幅に等しいまたはその幅よりも広い。
【００５２】
一実施形態では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は５％未満の変動係数を有する。いくつかの事例では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は３％未満の変動係数を有する。いくつかの事例では、平頂形の強度分布の平坦化頂上部分は１％未満の変動係数を有する。
【００５３】
一実施形態では、非円筒レンズは平凸状であり、非円筒レンズの平面上で光を受光し、非円筒レンズの凸面上に光を出力するように配置される。円筒レンズは平凸状のものであり、円筒レンズの凸面上で光を受光し、円筒レンズの平面上に光を出力するように配置される。非円筒レンズは、円筒レンズの対称軸に直交する対称軸を有する。
【００５４】
一実施形態では、ビーム整形光学系は、平行化レンズと、平行化レンズと円筒レンズとの間に配置される非円筒レンズとを含む。
【００５５】
一実施形態では、本方法は光源を用いて第１の光ビームを提供することを含み、光源はレーザに結合されるファイバを含む。
【００５６】
一実施形態では、本方法は、検出システムを用いてフローセルから光を検出することを含む。本方法はその上、中核流内の１つ以上の試料のさまざまなパラメータ、特性等を提供するためにフローセルからの検出光を処理することを含み得る。例えば、検出器からのデータは、識別するべき試料に対するさまざまな散布図等を提供するまたは試料を区別し、試料を計数する等のために用いられ得る。データは、例えば検出システムに通信可能に接続されるコンピュータシステムの１つ以上のプロセッサにより処理され得る。
【００５７】
一実施形態では、中核流は鞘流体内に配置される試料流を含み、試料流は一般的に単一の試料幅である。
【００５８】
一実施形態では、中核流は鞘流体内に配置される試料流を含み、試料流は一般的に単一の試料幅である。
【００５９】
フローサイトメーターシステムに対する先の記述は、フローセルの調査領域で光ビームを整形する方法に同等に適用され得ると理解されるべきである。明確化および簡素化ために、共通の特徴については繰り返し詳しくは記述しない。
【００６０】
本開示の範囲内の他の実施形態および変更は当業者に明らかであろう。本開示の実施形態に適用され得るさまざまな改変、処理、ならびに数多くの構造は、本開示が対象とする当業者にとって、本明細書を検討した後に容易に明らかであろう。本開示のさまざまな態様および特徴は、本開示がいずれの特定の理解、確信、理論、基礎的な想定、および／または作業例もしくは予言的例に束縛されないと理解されるであろうが、理解、確信、理論、基礎的な想定、および／または作業例もしくは予言的例に関して説明または記述され得る。
【００６１】
フローサイトメトリーからのデータの検出および処理、光源の制御等のような上に紹介された技術のいくつかが、ソフトウェアおよび／またはファームウェアによりプログラムが組み込まれるまたは構成されるプログラム組込可能な回路により実施され得る、またはそれらの技術が、特定目的の「ハードウェアで実現される」回路、またはそのような形の組み合わせにより総括的に実施され得ると理解されるべきである。そのような特定目的の回路は（もしあれば）、例えば１つ以上の用途特定集積回路（ＡＳＩＣＳ）、プログラム組込可能なロジック装置（ＰＬＤ）、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の形であり得る。
【００６２】
本明細書に紹介された技術を実施するソフトウェアまたはファームウェアは、機械的に読取可能な保存媒体により保存されることもあり、１つ以上の汎用または特定目的のプログラム組込可能なマイクロプロセッサにより実行されることもある。「機械的に読取可能な媒体」は、その用語が本明細書に用いられる場合、機械によりアクセス可能な形式で情報を保存することができるいずれかの機構を含む（機械は例えば、コンピュータ、ネットワーク装置、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、製造工具、１つ以上のプロセッサを有するいずれかの装置等であり得る）。例えば、機械的にアクセス可能な媒体は、記録可能な／記録不可能な媒体（例えば、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク保存媒体、光学保存媒体、フラッシュメモリ等）等を含む。
【００６３】
先の例は、本発明の実施形態をどのように作製し、使用するのかという完全な開示および記述を当業者に提供するように説明されており、本発明者が彼らの発明とみなすものの範囲を限定することを意図しておらず、以下の実験が、実行された全ての実験またはたった１つの実験であることを表すことを意図していない。用いられた数字（例えば、量、温度等）に対する正確さを確保するための努力が成されているが、いくつかの実験的な誤差および逸脱が考慮されるべきである。特に指定のない限り、部は重量部であり、分子量は平均分子量であり、温度は摂氏であり、圧力は大気圧またはそれに近いものである。
【００６４】
値の範囲が提供される場所では、その範囲の上限と下限との間の、特に指示のない限り下限の単位の１０分の１までの、各々の介在値が具体的に開示されていると理解される。一定範囲内のいずれかの一定値または介在値と、その一定範囲内のいずれかの他の一定値または介在値との間の各々の小さな範囲は本開示内に包含される。これらの小さな範囲の上限および下限は、範囲内に独立して含まれても、排除されてもよく、いずれかの、いずれもまたは両方の限界が小さな範囲内に含まれる所の各々の範囲は本開示内にも包含され、一定範囲内のいずれかの具体的に排除された限界に従う。一定範囲が限界の１つまたは両方を含む所では、それらの含まれる限界のうちのいずれかまたは両方を排除する範囲は、本開示内にも含まれる。
【００６５】
本明細書の本開示の記述では、単数で現れる単語がその複数の相対物を包含し、複数で現れる単語がその単数の相対物を包含すると理解されるであろう。さらに、本明細書に記載されるいずれかの所定の部品に対して、その部品に対して挙げられる可能な候補または代替のうちのいずれかが、特に暗示的にまたは明示的に理解または記述されない限り、個別にまたは他のものとの組み合わせで一般的に用いられ得ると理解されるであろう。加えて、そのような候補または代替のうちのいずれかの列挙が、単なる説明のためのものであり、特に暗示的にまたは明示的に理解または記述されない限り、限定するものではないと理解されるであろう。
【００６６】
本開示を理解しやすくするためにさまざまな用語が以下に記載される。これらのさまざまな用語の対応する記述が、これらのさまざまな用語の対応する言語的または文法的変更または形式に適用されると理解されるであろう。本開示が、特定の実施形態の記述に対して、本明細書に用いられる用語、またはそれらの記述を限定するものではないとも理解されるであろう。本明細書に考察される刊行物は、本出願の出願日に先行するそれらの開示のためにのみ提供される。本明細書には、先願発明に基づいて本開示の実施形態がかかる刊行物に先行する権利がないことを認めるものとして解釈されるべきものは何もない。さらに、提供される刊行物の日付は、独立して確認する必要があり得る実際の公開日とは異なり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月25日(2019.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を調査する方法であって、
流体力学的集束中核流として試料をフローセル内の調査領域に貫流させること、
フローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するためにビーム整形光学系を用いて第１の光ビームを操作することであって、第１の光ビームを操作することは、非円筒レンズを用いて光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に第１の光ビームを集束させることと、円筒レンズを用いて非円筒レンズから出力される光を集束させることとを含み、円筒レンズは非円筒レンズから１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内に配置されており、円筒レンズは非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させ、ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する、第１の光ビームを操作すること、
派生光ビーム出力を用いてフローセルの調査領域で中核流を照射すること、及び、
試料を調査するために照射された中核流から放出された光を検出すること、
を含む方法。
【請求項２】
中核流が第２の軸の方向に流れ、第１の軸に沿った平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が、第２の軸に沿った中核流の幅に等しいか又はその幅よりも広い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が５％未満の変動係数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が３％未満の変動係数を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が１％未満の変動係数を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
非円筒レンズは平凸状であり、非円筒レンズの平面側で光を受光し、非円筒レンズの凸面側に光を出力するように配置されており、
円筒レンズは平凸状であり、円筒レンズの凸面側で光を受光し、円筒レンズの平面側に光を出力するように配置されており、
非円筒レンズは円筒レンズの対称軸に直交する対称軸を有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ビーム整形光学系が平行化レンズを備えており、非円筒レンズは平行化レンズと円筒レンズとの間に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１の光ビームを提供する光源を備えており、光源はレーザに結合されたファイバを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
光を検出することが、１つ以上の検出器を用いて軸方向の光損失を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
中核流が鞘流体内に配置される試料流を含み、試料流は一般的に単一の試料幅である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
試料が、白血球、赤血球、血小板、血液対照薬剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
試料の流体力学的集束中核流を調査領域に貫流させるためのフローセルと、
第１の光ビームを操作し、フローセルの調査領域で中核流を照射する派生光ビームを生成するように配置されたビーム整形光学系であって、ビーム整形光学系は、光伝搬方向に直交する第１の軸の方向に第１の光ビームを集束させるように配置された非円筒レンズと、非円筒レンズから出力される光を第１の軸および光伝搬方向に直交する第２の軸の方向に集束させるように配置された円筒レンズとを含み、円筒レンズは非円筒レンズから１５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内に配置されており、ビーム整形光学系から出力される派生光ビームは第１の軸に沿った平頂形の強度分布と第２の軸に沿ったガウス形の強度分布とを有する、ビーム整形光学系と、
調査領域から放出された光を検出するように配置された検出システムと、
を有する、血液装置。
【請求項１３】
中核流が第２の軸の方向に流れ、第１の軸に沿った平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が、第２の軸に沿った中核流の幅に等しいか又はその幅よりも広い、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１４】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が５％未満の変動係数を有する、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１５】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が３％未満の変動係数を有する、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１６】
平頂形の強度分布の平坦化頂上部分が１％未満の変動係数を有する、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１７】
非円筒レンズは平凸状であり、非円筒レンズの平面側で光を受光し、非円筒レンズの凸面側に光を出力するように配置されており、
円筒レンズは平凸状であり、円筒レンズの凸面側で光を受光し、円筒レンズの平面側に光を出力するように配置されており、
非円筒レンズは円筒レンズの対称軸に直交する対称軸を有する、
請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１８】
ビーム整形光学系が平行化レンズを備えており、非円筒レンズは平行化レンズと円筒レンズとの間に配置されている、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項１９】
第１の光ビームを提供する光源を備えており、光源はレーザに結合されたファイバを含む、請求項１２に記載の血液装置。
【請求項２０】
中核流が鞘流体内に配置される試料流を含み、試料流は一般的に単一の試料幅である、請求項１２に記載の血液装置。