(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子に光を照射することにより発生する散乱光のうち、異なる散乱角度のものを分離して検出することにより前記粒子の分類を行うようにした粒子分析装置において、
前記散乱光の光路を遮るようにして配置された、焦点位置の異なる複数のリング状のレンズ要素を同心円上に位置させるとともに、中央部に位置決め要素を設けた状態で一体化された複合レンズと、
前記複数のレンズ要素の焦点位置に応じた前記散乱光の結像位置にそれぞれ配置された各散乱角度検出用の検出器と、
前記位置決め要素を通過した光を検出可能な位置決め用検出器と、
前記複数の検出器の検出出力に基づいて、前記粒子の分類を行う分析手段とを備え、
かつ、前記位置決め要素は、少なくとも前記複合レンズの中心と光軸とが一致するとともに、その光軸に対して前記複合レンズが直交している時に、前方に設置した前記位置決め用検出器の所定位置に、所定の光量の光を受光させることができるものであることを特徴とする粒子分析装置。
【請求項２】
主軸が平行にずれている複数のレンズ要素を同心円状に配置し一体化し、
前記複数のレンズ要素が同心円状に配置された中央部に位置決め要素を設けたことを特徴とする複合レンズ。
【請求項３】
主軸が平行にずれている複数のレンズ要素を同心円状に配置し一体化し、
前記レンズ要素と前記位置決め要素の境界部分をマスク材で覆うようにしたことを特徴とする複合レンズ。
【請求項４】
前記複数のレンズ要素が同心円状に配置された中央部に位置決め要素を設けたことを特徴とする請求項３に記載の複合レンズ。
【請求項５】
焦点距離の異なる複数のレンズ要素を同心円状に配置し、
中央部に位置決め要素を設け、
前記レンズ要素と前記位置決め要素の境界部分をマスク材で覆うようにしたことを特徴とする複合レンズ。
【請求項６】
前記複数のレンズ要素の境界部分をマスク材で覆うようにしたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の複合レンズ。
【請求項７】
焦点距離の異なる複数のレンズ要素を同心円状に配置し、
中央部に位置決め要素を設け、
前記複数のレンズ要素の境界部分をマスク材で覆うようにしたことを特徴とする複合レンズ。
【請求項８】
前記位置決め要素が、凸レンズであることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の複合レンズ。
【請求項９】
前記位置決め要素が、ピンホールであることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか１項に記載の複合レンズ。
【請求項１０】
前記レンズ要素がフレネルレンズであることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１項に記載の複合レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フローサイトメータに代表される粒子分析装置及び複数の焦点位置を有するレンズ要素を一体化した複合レンズに関するもので、より具体的には前方散乱光の散乱角度情報に基づいて細胞や血球等の粒子（試料）を分類することのできる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フローサイトメータは、セルソータやセルアナライザ、及び、それらを内蔵する粒子分析装置（血液分析装置）等があり、フローセル内を流れる粒子や、フローセルから落下する粒子に対して光を照射させ、そのときに発生する前方散乱光や側方散乱光等を検出し、その検出した光情報に基づいて細胞や血球等の粒子を分類するようになっている。
【０００３】
ところで、前方散乱光の中でも、粒子の種類によって散乱角度が異なることが知られている。そこで、前方散乱光を散乱角度の異なる複数の領域に分けてそれぞれ集光して測定することにより粒子の分類を行う装置が提案されている。一例をあげると、特開平８−２７１５０９があり、これは、白血球に含まれる各細胞を光学的に検出して含有率の少ない細胞の分類を精度良く行うための装置である。この公報に開示された装置における散乱光を検出する構造を示すと、図１５及び図１６，図１７のようになっている。
【０００４】
図１６，図１７に示されるフローサイトメータに使用されるフローセルの断面図のように、フローセル２の内部は鞘状に流れるシース液２ａの中心部分に試料（粒子）の流入する試料管２ｃが位置し、その先端部分でシース液に包まれる様に粒子を含んだサンプル流２ｂとなって細管部分へ順次供給される構造となっている。その細管部分ではレーザー光線ａが照射されているため、そこを通過した粒子７が散乱源となって、前方散乱光ｂ，ｃ，ｄ、側方散乱光ｅ，ｆ，ｇ、（図の背面方向のため図示されていない）及び後方散乱光ｈ，ｊを生じさせる。
【０００５】
図１５で示されるように、光源１から出射されたレーザー光はフローセル２を透過後、移動不能に設置されたオブスキュレータ１１で遮光される。そして前方散乱光ｂ、ｃ、ｄ等は、フローセル２の前方に設置されたコリメータレンズ３により平行光束にされ、前方のミラー４に照射される。ミラー４には、中央に孔部４ａが形成されており、前方散乱光のうち散乱角度が小さい光は、その孔部４ａ内を通過し、第１集光レンズ５により第１検出器６に集光される。また、前方散乱光のうち散乱角度が大きい光は、ミラー４の周囲に照射されそこにおいて反射されて光路が９０度変更され、第２集光レンズ５′により第２検出器６′に集光される。それら第１，第２検出器６，６′は、フォトダイオード等の光電変換素子により構成され、受光した光の強度に応じた電気信号に変換し、分析装置９に送る。
【０００６】
つまり、第１検出器６は、散乱角度の小さい前方小角散乱光強度データを検出し、第２検出器６′は、散乱角度の大きい前方大角散乱光強度データを検出する。そして、分析装置９では、入力された各検出信号から前方小角散乱光強度データ及び前方大角散乱光強度データを算定して記憶し、かつ前方小角及び前方大角散乱光強度の２次元座標データを算定する。また、分析装置９は、算定された前方小角散乱光強度データと前方大角散乱光強度データを、順次外部の表示装置（図示せず）に出力し、画面上に２次元座標の光強度散乱分布図（スキャッタグラム）として表示させる。
【０００７】
なお、レーザー光照射時に散乱する散乱光には以下のような方向性が知られている。すなわち、粒子の大きさがレーザー光の波長に対して大きい場合は前方散乱光となり、粒子の大きさがレーザー光の波長と同程度の場合は前方及び側方散乱光となり、粒子の大きさがレーザー光の波長に対して小さい場合は前方、側方及び後方散乱光となることが知られている。
【０００８】
従って、実際の装置では粒子の分類をより正確に行うため、図１６，図１７に示すように前方散乱光ｂ，ｃ，ｄに対しては、コリメータレンズ３，孔部付きのミラー４，集光レンズ５をそれぞれ有する光学系８と各光強度を検出する検出器６を有している。また同様に側方散乱光ｅ，ｆ，ｇに対しても光学系８及び検出器６を有し、後方散乱光ｈ，ｉに対しても光学系８と検出器６を有している。
【０００９】
また、別の装置としては、図１８に示すようなものもある。図示する装置は、上記した孔部付きのミラー４により散乱角度の異なる複数の領域に分けるのではなく、光ファイバー１０を用いて分離するようにしている。つまり、フローセル２内の粒子から発せられる前方散乱光が、光ファイバー１０の受光面に照射されるようにしている。この受光面は、同図（Ｂ）に示すように、中心の前方小角散乱光受光用の光ファイバー群１０ａと、周囲の前方大角散乱光受光用の光ファイバー群１０ｂを配置する。そして、同図（Ａ）に示すように、光ファイバー群１０ａの出射側は、第１検出器６に接続し、光ファイバー群１０ｂの出射側は第２検出器８に接続する。これにより、光ファイバー１０の受光面に照射された散乱光は、散乱角度に応じて所定の光ファイバー群により、いずれかの検出器６，８に供給される。なお、第１，第２検出器６，８の出力は、図６と同様に分析装置に送られ、所定の信号処理が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の装置では、以下に示す問題があった。すなわち、図１５に示す装置では、各検出器６，６′に受光させるための光学系としてコリメータレンズ３、孔部付きミラー４並びに集光レンズ５が必要となり、部品点数が多いとともに、光学系の調整が高度で煩雑になる。さらに、専有面積も大きくなり、装置全体の小型化を阻害する。また、図１６，図１７のように分割する領域を増やし、さらに、側方散乱光及び後方散乱光を検出する装置では、「検出する散乱光の数−１」だけの孔部付きミラー、検出する散乱光の数と同じ集光レンズが必要となり、部品点数の増大を招き、上記した問題がより顕著となる。
【００１１】
一方、図１８に示す装置では、コリメータレンズや集光レンズが不要となり、部品点数としては光ファイバーだけでよい。しかも、分割する領域が増えても、ファイバー束の数が増えるだけで、図１５，図１６，図１７のように部品点数の増加や専有面積の増大もあまりない。しかし、各光ファイバー束の受光面を同心円上に配置するとともに、反対側の出射口では光ファイバー束単位で纏めなければならないので、光ファイバーの引き回し処理が煩雑で、分割数に限度がある。また、そもそも光ファイバーの場合には、ロスが大きい。つまり、光ファイバーを通過中のロスはもちろんのこと、クラッド部分に照射された光は伝送されないため、結局図２（Ｂ）に示す光ファイバー１０の受光面に照射された光のうち、最終的に検知器に到達する光は５０％以下となり、光の利用効率が悪い。
【００１２】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、簡単な構成で異なる散乱角度の光を分離することができ、光学系の調整も容易に行え、光の利用率も高く、しかも分割する領域数が増えても、光を分離する光学系の部品点数も増えず専有面積も大型化を招くことがなく検出器の増加に伴うスペースの増加にとどめることができ、しかも、本発明の要部の構成となる複合レンズの姿勢あわせを容易かつ正確に行うことができ、測定精度の高い粒子分析装置及びそれに用いるのに適した複数の焦点位置を有するレンズ要素を一体化した複合レンズを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、粒子に光を照射することにより発生する散乱光のうち、異なる散乱角度のものを分離して検出することにより前記粒子の分類を行うようにした粒子分析装置において、前記散乱光の光路を遮るようにして配置された、焦点位置の異なる複数のリング状のレンズ要素を同心円上に位置させるとともに、中央部に位置決め要素を設けた状態で一体化された複合レンズと、前記複数のレンズ要素の焦点位置に応じた前記散乱光の結像位置にそれぞれ配置された各散乱角度検出用の検出器（実施の形態では第２，第３検出器１７，１８）と、前記位置決め要素を通過した光を検出可能な位置決め用検出器（実施の形態では、第１検出器１６）と、前記複数の検出器の検出出力に基づいて、前記粒子の分類を行う分析手段とを備え、かつ、前記位置決め要素は、少なくとも前記複合レンズの中心と光軸とが一致するとともに、その光軸に対して前記複合レンズが直交している時に、前方に設置した前記位置決め用検出器の所定位置に、所定の光量の光を受光させることができるように構成した（請求項１）。
【００１５】
なお、各検出器を設置する焦点位置に応じた結像位置とは、必ずしも焦点位置ではない。すなわち、複合レンズに照射される散乱光は、平行光束ではないので、焦点位置に結像はしないからである。但し、散乱光の発生位置は、フローセル内を流れている粒子であったり、フローセルから落下する粒子であり、いずれにしても複合レンズとの相対位置関係が既知であるので、結像位置は一義的に決められる。
【００１６】
このようにすると、散乱光は、複合レンズの所定位置に照射される。すなわち、散乱角度の小さい前方小角散乱光は、複合レンズの中央側に位置するリング状のレンズ要素に照射され、散乱角度の大きい前方大角散乱光は、複合レンズの周囲に位置するレンズ要素に照射される。そして、各レンズ要素は、焦点位置が異なるので、各レンズ要素に照射された光は、それぞれ異なる位置に結像され、検出器で検出される。
【００１７】
さらに請求項１に記載の発明では、複合レンズの中心に位置決め要素を設けたため、複合レンズの姿勢が所望の状態になったか否かは、位置決め用検出器の出力を監視することにより、簡単に判別できる。よって、位置決め・姿勢制御も容易に行える。
【００１８】
なお、所定の光量とは、一定の基準以上の光量をいい、係る一定の基準とは、位置決め要素としてピンホールを用いたもののように、基準値自体が０より大きい所定の値の場合もあれば、検出器にピンホール付きのフォトダイオードを用い、かつ、位置決め要素として凸レンズを用いた場合のように、基準値が０となりその０よりも大きいか否か（受光があるか否か）を判断する場合も含む。
【００１９】
そして、上記した各粒子分析装置の各構成要素をより具体的に限定するとすれば、以下のようにすることができる。すなわち、まず、位置決め要素としては、請求項１の条件を満たすものであれば各種のものを用いることができるが、例えば凸レンズとしたり、ピンホールとすることができる。
【００２０】
そして、前記複合レンズは、通常のレンズでもよいが、フレネルレンズから構成するようにすると、設計並びに製造が容易に行え、取り扱いも簡便となるので好ましい。
【００２１】
また、焦点位置を異ならせるための構造としては、例えば焦点距離の異なる複数のレンズ要素を接合するようにしたり、主軸の異なる複数のレンズ要素を接合するようにしたり、それらを組み合わせるようにするなどの他、各種の構造を採ることができる。
【００２２】
さらに、前記複数のレンズ要素の境界部分及びまたは位置決め要素とレンズ要素の境界部分を環状のマスク材で覆うようにしてもよい。このようにマスク材で覆うと、安定した組成のレンズ要素の部分の光に基づいて集光されるので、検出器で検出した信号に雑音成分が乗りにくくなり、より高精度な測定が可能となる。
【００２３】
さらにまた、前記粒子が供給されるフローセルと、前記複合レンズの間の所定位置に、光源から出射した直接光を遮光する遮光部材を設け、かつ、前記遮光部材は、前記位置決め要素を用いて前記複合レンズの調整を行う際には待避可能としてもよい。つまり、測定時には光量の大きい光源からの直接光と前方散乱光が一緒に検出器に受光されると、前方散乱光の情報が打ち消されてしまう。そこで通常フローサイトメータでは、所定位置に遮光部材を設置し直接光が複合レンズに照射しないようにしている。一方、複合レンズの姿勢を調整している時には、複合レンズの中央の位置決め要素に光を照射しなければならないが、上記遮光部材を設置しておくと位置決め要素に光を照射できない。そこで、遮光部材を待避可能にし、複合レンズの調整時には、遮光部材を待避させ、位置決め要素に光を照射可能とすることにより、位置決めと測定をともに確実に行えるようにするとよい。
【００２４】
なお、この待避は、例えば遮光部材をスライドレールなどに取り付け、そのスライドレールに沿って移動させるようにしてもよい。この場合には、モータなどの駆動手段に連結し、自動的に行うことができる。また、手動により設置位置から取り外すようにしてもよい。この手動による取り外しの一例を示すと、例えば遮光部材を複合レンズの装着用のホルダに着脱自在に取り付け可能とし、位置決め時にはホルダから取り外し、測定時にはホルダに装着することにより対応できる。なお、本発明では、直接光の光路上には、位置決め要素が位置しているので、直接光の広がりが位置決め要素よりも小さい場合には、レンズ要素には直接光が照射されることなく前方散乱光が照射されることがないので、たとえ直接光の光強度が大きい場合であっても必ずしも遮光部材が必要となるわけではない。
【００２５】
また、本発明に係る複合レンズとしては、例えば、主軸が平行にずれている複数のレンズ要素を同心円状に配置し一体化することを前提とし、前記複数のレンズ要素が同心円状に配置された中央部に位置決め要素を設けるようにしたり（請求項２）、前記レンズ要素と前記位置決め要素の境界部分をマスク材で覆うようにしたり（請求項３）、それらを組み合わせて構成したり（請求項４）するとよい。
【００２６】
また、焦点距離の異なる複数のレンズ要素を同心円状に配置し、中央部に位置決め要素を設け、前記レンズ要素と前記位置決め要素の境界部分をマスク材で覆うように構成することもできる（請求項５）。
【００２７】
そして、上記いずれかの発明を前提とし、前記複数のレンズ要素の境界部分をマスク材で覆うようにしてもよい（請求項６）。さらには、焦点距離の異なる複数のレンズ要素を同心円状に配置し、中央部に位置決め要素を設け、前記複数のレンズ要素の境界部分をマスク材で覆うようにしてもよい（請求項７）。
【００２８】
また、前記位置決め要素は、凸レンズ（請求項８），ピンホール（請求項９）等により実現することができる。さらに、前記レンズ要素はフレネルレンズにより実現することができる（請求項１０）。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る複合レンズ１５の一例を示している。同図に示すように、本例では、中心に位置決め要素としての凸レンズ１５ａを有し、その周囲に同心円状に２つのリング上の第１，第２のレンズ要素１５ｂ，１５ｃを位置させた状態で接合し一体化することにより複合レンズ１５が形成されている。
【００３０】
本例では、両レンズ要素１５ｂ，１５ｃは、いずれもフレネルレンズを適宜形状に切断して形成している。そして、係る凸レンズ１５ａ並びに両レンズ要素１５ｂ，１５ｃを嵌め合わすとともに、接合面を接着一体化することにより、１枚の複合レンズ１５を形成するようにしている。さらに、凸レンズ１５ａと第１，第２レンズ要素１５ｂ，１５ｃは、それぞれ焦点位置が異なるようにしている。これにより、同一の物点から発せられた光は、凸レンズ１５ａ並びに第１，第２レンズ要素１５ｂ，１５ｃにて集光されるが、結像される位置は異なる。そして、焦点位置を異ならせる具体的な構造としては、各レンズ要素１５ａ〜１５ｃを異なる焦点距離のものを用いたり、主軸が異なるようにすることにより実現できる。
【００３１】
図２は、上記した複合レンズを用いた本発明に係る粒子分析装置（フローサイトメータ）の前方散乱光に関する一実施の形態を示している。同図に示すように、レーザー光源１から出射された光の光路上にフローセル２，複合レンズ１５の順に配置している。なお、図示省略するが、レーザー光源１の出射側には、集光レンズが配置され、フローセル２の設置位置で収束するようになっている。また、フローセル２内の粒子にレーザー光が照射されると、前方散乱光が発生する。そして、その前方散乱光の進路の中心（光軸）と複合レンズ１５の中心とを一致させている。しかも、その光軸と、複合レンズ１５とは直交するように配置する。
【００３２】
さらに、複合レンズ１５を構成する各要素１５ａ〜１５ｃは、その焦点距離が中央の凸レンズ１５ａが最も短く、最外周の第２レンズ要素１５ｃが最も長くなるようにしている。但し、各要素１５ａ〜１５ｃの主軸は一致させている。これにより、同一の物点から出射された光は、各要素１５ａ〜１５ｃを通過することにより集光されるが、その結像位置は異なる。具体的には、いずれも複合レンズ１５の中心線（光軸）上に結像されるが、凸レンズ要素１５ａの結像位置が最も複合レンズ１５側になり、第２レンズ要素１５ｃが複合レンズ１５から最も離れた位置に結像される。
【００３３】
一方、複合レンズ１５の前方には、第１検出器１６，第２検出器１７，第３検出器１８の順に配置している。この時、各検出器１６〜１８並びに複合レンズ１５の中心が同一線上に位置するようになっている。つまり、レーザー光源１から出射された光の光路の中心軸上に、各検出器１６〜１８の受光面の光軸が一致するように配置されている。そして、第１検出器１６は、焦点距離が最も短い凸レンズ要素１５ａを通過した光の結像位置に配置される。第２検出器１７は、焦点距離が中間の第１レンズ要素１５ｂを通過した光の結像位置に配置される。第３検出器１８は、焦点距離が最も長い第２レンズ要素１５ｃを通過した光の結像位置に配置される。
【００３４】
さらに、各検出器１６〜１８は、フォトダイオード（ＰＤ）その他の光電変換素子により構成される。そして、各検出器１６〜１８の出力は、分析装置９に与えられ、そこにおいて粒子の分析が行われる。さらに、第１検出器１６は、受光面の中心に一致するようにピンホールを設け、中心からずれた光は検出しないようにしている。また、第２，第３検出器１７，１８の出力に基づく分析結果が、出力装置１９に出力される。なお、異なる散乱角度からの信号に基づいて行う分析・分類処理は従来と同様に行えるため、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、上記したフローサイトメータを用いた測定手順について説明する。測定に先立ち、複合レンズ１５の姿勢を調整する位置決め処理と、その位置決め処理が終了後に行う実際の分析・分類処理がある。そして、位置決め処理は、測定の都度行ってもよい。また、何回かに１回の割合で定期的あるいは不定期に調整を行うようにしてもよい。
【００３６】
＊位置決め処理
位置決めは処理は、フローセル２に散乱源となる試料を供給しない状態で行う。散乱源がないので、レーザー光源１から出射されるレーザー光は、フローセル２をそのまま通過し、その多くは複合レンズ１５の中央の位置決め要素たる凸レンズ１５ａに照射され、所定位置に結像する。この時の結像位置は、複合レンズ１５がフローセル２，レーザー光源１に対して前後方向にずれた位置にあると、第１検出器１６の受光面で結像しない。また、前後方向の位置があっていても、光が複合レンズ１５（凸レンズ１５ａ）の中心に照射されないと、第１検出器１６の設置位置では結像するものの、複合レンズ１５のずれ方向・距離に応じて第１検出器１６の受光面の中心から位置ずれをした位置に結像する。すると、本形態では、第１検出器１６の受光面の前面には、ピンホールが設けられており中心軸に一致する光のみが通過することができるので、上記のように位置ずれをした光はピンホールを通過できず、第１検出器１６に受光面には到達しない。同様に、光が複合レンズ１５（凸レンズ１５ａ）の中心に照射されたとしても、複合レンズ１５が傾いているとすると、光は凸レンズ１５ａの中心に斜めに照射されることになり、そこで屈折して第１検出器１６の受光面の中心からずれた位置に結像する。よって、ピンホールにより遮光され第１検出器１６の受光面に照射されない。
【００３７】
従って、複合レンズ１５が、その中心が光軸上にあり、かつ、直交するように設置されており、しかも、前後方向の位置が所望の状態になるように設置されると、凸レンズ１５ａで結像される光が、第１検出器１６の受光面に照射される。その結果、第１検出器１６の出力を監視しながら、複合レンズ１５の姿勢を調整する。そして、第１検出器１６の出力がＯＮ（受光あ）の時が、複合レンズ１５が正しい状態で設置されたことになるので、その状態に複合レンズ１５の姿勢を保持し、位置決め処理を終了する。
【００３８】
そして、図面を書く上での便宜上、凸レンズ１５ａの径を比較的大きく表示したが、位置決め処理を行うためには、第１検出器１６の中心軸上に光が結像するか否かを判断できればよいので、凸レンズ１５ａの径も小さくすることができる。そして、後述する実際の測定の際には、試料の吸光度を測定する場合を除き、その凸レンズ１５ａの部分に照射される光は使用されないので、測定時の光の有効利用の観点からも凸レンズ１５ａの径は小さい方が好ましい。
【００３９】
なお、実際には複合レンズ１５は、フローサイトメータ内の所定位置に設置されたホルダーなどに固定されるため、おおよその位置並びに姿勢はあっており、しかも、少なくとも１つの方向（例えば光軸に対する前後方向など）の位置決めはできている場合がある。係る場合に、残りの方向に対する調整を行うことになる。
【００４０】
また、上記した実施の形態では、第１検出器１６として、ピンホール付きのフォトダイオードを用いた例を説明したが、本発明はこれに限ることはなく、例えば、位置検出フォトダイオード（ＰＳＤ：ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等を用い、受光面の中心で結像されているか否かを判断するようにしてもよい。
【００４１】
なおまた、本形態では、試料を供給しなくても位置決めができるため、あえて試料を供給しないで行ったが、試料を供給しながら位置決めしてももちろんかまわない。なお、上記した説明の方法を用いた方が、散乱がないため、より多くの光を位置決め用として利用できるので好ましい。
【００４２】
＊分析・分類処理
分析処理をする際には、第２，第３検出器１７，１８の出力を用いて行う。つまり、図からも明らかなように、散乱角度の小さい前方小角散乱光（例えば１，５度から１０度）は、第１レンズ要素１５ｂに照射され、そこにおいて集光されて複合レンズ１５から２番目に位置する第２検出器１７に受光される。さらに、散乱角度の大きい前方大角散乱光（例えば１０度から１５度）は、最外周の第２レンズ要素１５ｃに照射され、そこにおいて集光されて複合レンズ１５に最も遠い第３検出器１８に受光される。
【００４３】
このように、１つの複合レンズ１５により複数の異なる散乱角度の領域を分離して集光することができる。つまり、従来であれば、孔部付きのミラーやコリメートレンズや複数個の集光レンズにより構成された光学系が、１個の複合レンズで構成することができ、構成が簡略化されるとともに、占有面積も小さくてすみ、しかも調整も容易となる。しかも、分離する領域の数が増加しても、レンズ要素の数を増やすだけでよいので、大型化することもない。さらに、レンズで集光するだけであるので、前方散乱光のほぼ全部を各検出器に受光させることができ、光の利用率も高く、微小な光であっても確実に検出することができる。
【００４４】
図３は、本発明の第２の実施の形態を前方散乱光の場合について示している。本実施の形態では、上記した第１の実施の形態と相違して、各要素１５ａ〜１５ｃの主軸を異ならせている。これにより、各要素１５ａ〜１５ｃを通過して集光される光は、それぞれの主軸上の所定位置に結像されるので、異なる散乱角度の領域毎に分離できる。
【００４５】
もちろんこの場合も、複合レンズ１５の中央は、位置決め要素たる凸レンズ１５ａとなり、主軸Ａはレーザー光源１から照射される光の光軸と一致しており、その延長上に第１検出器１６が設置される。
【００４６】
また、散乱角度の小さい前方小角散乱光は、第１レンズ要素１５ｂに照射され、そこにおいて集光されて主軸Ａに対して図中下方に位置ずれした主軸Ｂ上の所定位置に配置された第２検出器１７に受光される。さらに、散乱角度の大きい前方大角散乱光は、最外周の第２レンズ要素１５ｃに照射され、そこにおいて集光されて主軸Ａに対して図中上方に位置ずれした主軸Ｃ上の所定位置に配置された第３検出器１８に受光される。
【００４７】
なお、図示省略するが、各検出器１６〜１８の出力は、図２と同様に分析装置に与えられる。そして、第１検出器１６の出力に基づいて複合レンズ１５の位置決めが行われる。また、第２，第３検出器１７，１８の出力に基づいてフローセル２内の粒子の分析・分類が行われる。
【００４８】
また、上記した例では、各要素１５ａ〜１５ｃの焦点距離を等しくしているので、図示したように各検出器１６〜１８は、複合レンズ１５から等距離だけ離れた位置に設置されるが、本発明はこれに限ることはなく、焦点距離を異ならせてももちろんよい。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した第１の実施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
図４は前方散乱光に加えて、側方散乱光及び後方散乱光を利用したフローサイトメータに本発明を実施した態様を示している。同図においてレーザー光源１から発せられた照射光ａは、後方散乱光を分離するための複合レンズの中心部分を通過してフローセル２の散乱源である粒子７に照射され、前方散乱光ｂ、ｃ、ｄ、側方散乱光ｅ、ｆ、ｇ及び後方散乱光ｈ、ｉを得ている。各散乱光は、それぞれの方向に１つずつ配置された複合レンズ１５により分離され、それぞれの検出器６により光の強度が検出される構造となっている。またレーザー光源１からフローセル２を通過した直接光は位置決めのための検出器６ａにて検出されるごとく構成されている。本実施の形態は、図１６，図１７に示したフローサイトメータの従来例に本発明の複合レンズ１５を適用した例である。前記従来例では検出すべき散乱光の数が増加するにつれてコリメータレンズ３、ミラー４及び集光レンズ５からなる光学系８の数が増加し、装置の小型化を阻害する要因となっていたが、本発明の複合レンズ１５を用いるならば、光学系８を１つの複合レンズに置き換えることが可能となり、小型で安価なフローサイトメータの供給を可能とすることができる。さらには従来はコリメータレンズ３、ミラー４及び集光レンズ５それぞれの光軸を調整する必要があったものが、複合レンズ１５単体の調整を行えばすみ、装置を用いた測定が極めて容易となるメリットを有している。さらには複合レンズをモールドで製作する場合には、１枚の複合レンズの中でのレンズ要素ごとの焦点位置のばらつきを本質的に無くすことができる。
【００５０】
図５は、上記した第２の実施の形態で用いられる複合レンズ１５の製造方法の一例を示している。第２の実施の形態では、第１，第２レンズ要素１５ｂ，１５ｃの焦点距離は等しくし、主軸のみが異なるようにしている。従って、図中二点鎖線で示すように、大きなフレネルレンズからなる母レンズ２０を用意し、その母レンズ２０の主軸から所定距離ずらした位置に中径のリング状に繰り抜くことにより、第１レンズ要素１５ｂを形成する。この第１レンズ要素１５ｂの主軸は、母レンズ２０の主軸であるので、リングの中心Ｏ1 に対して図中左側にずれた位置となる。また母レンズ２０の主軸から上記第１レンズ要素１５ｂと反対側に所定距離ずらした位置に大径のリング状に繰り抜くことにより、第２レンズ要素１５ｃを形成する。この第２レンズ要素１５ｃの主軸は、母レンズ２０の主軸であるので、リングの中心Ｏ2 に対して図中右側にずれた位置となる。従って、第１レンズ要素１５ｂと第２レンズ要素１５ｃの主軸はそれぞれ中心から所定距離だけ離れた位置となり、しかも両レンズ要素１５ｂ，１５ｃのずれ方向は逆になる。このように１枚の大きなフレネルレンズの適宜位置を繰り抜くことにより、複数のレンズ要素を製造することができ、それらを接合することにより容易に複合レンズを製造できる。そして、係る製造プロセスは、接合するレンズ要素の数が増加するにつれて、同一の焦点距離のレンズ要素を作る上で効果的となる。なお、このように必ずしも１枚のフレネルレンズから各レンズ要素を製造する必要がないのはもちろんである。
【００５１】
すなわち、このレンズは所定の面積を有する複数の領域に照射された光をそれぞれその領域ごとに焦点させる機能を持たせることを目的とするため、フレネルレンズなど、装置の設計に合った焦点距離を有する複数のレンズを複数枚用意し、それらのレンズから所定の形状・面積を有するように複数枚切断またはくり抜いてレンズ要素を成形し、それらのレンズ要素を一体的に、平面状に接合させることで製造することができる。用意した複数のレンズの焦点距離はそれぞれ異なる距離であってもよく、レンズ要素の主軸は、一致させる設計としても、ずらした設計であってもよい。このような成形により、限られたスペースにおいてコンパクトに光学系ユニットを製造することができる。
【００５２】
なお、複合レンズ１５の製造方法としては、上述の方法のほか、予め各レンズ要素ごとあるいはそれらを組み合わせて一体にした金型の表面を作成し、その金型を用いて圧縮成型、ＩＣＭ成形（インジェクション・コンプレッション・モールド）あるいは射出成形などの技法で製造することもできる。図６〜図８により、その製造の一例を次に示す。
【００５３】
すなわち、フレネルレンズＡを成型できるモールドＡから円状に切断またはくり抜いてモールドＡ’を成型する（図６参照）。また、モールドＡ’を組み入れることができる程度の孔が設けられた環状のモールドＢ’を、フレネルレンズＢを成型できるモールドＢから切断またはくり抜いて成形する（図７参照）。さらに、モールドＡ’をモールドＢ’に組み入れることにより、モールド表面を成形することができる（図８参照）。モールドＡとモールドＢは同一のものであってもよいし、異なる焦点距離または異なる主軸を有するフレネルレンズを成形するためのモールドであってもよい。
【００５４】
図９は、本発明の別の実施の形態であり、複合レンズ１５の改良を図ったものである。すなわち、この形態でも第１，第２レンズ要素１５ｂ，１５ｃの２つの領域を分離検出するものである。そして、隣接するレンズ要素間の接合領域並びに凸レンズ１５ａと第１レンズ要素１５ｂ間の接合領域を、リング状のマスク材２２で覆うようにしている。このマスク材２２は、各要素１５ａ〜１５ｃを接合した後、その接合部位を光学的に不透明な材質を装着することにより形成される。そして、具体的には、所定の薄膜を蒸着・スパッタした後パターニングしたり、所定のインク等を塗布したり、テープ材等を張り付けることにより実現できる。
【００５５】
つまり、マスク材２２がないと、接合部分では、光が乱反射などして所定の検出器に正しく集光できなかったりして雑音成分となるおそれがある。しかし、本形態のように、マスク材２２を設けることにより、正常なレンズ要素部分のみを光が透過するので、所望の状態で検出器に受光させることができる。そして、係るマスク材２２を設けた複合レンズ１５は、上記したいずれの実施の形態にも適用できる。
【００５６】
なお、上記した各実施の形態では、位置決め要素として凸レンズ１５ａを用いた例を説明したが、本発明はこれに限ることはなく、例えば複合レンズ１５の中心にピンホールを設け、そのピンホールを位置決め要素として使用するようにしてもよい。
【００５７】
すなわち、ピンホールにすると、例えば複合レンズ１５の中心とレーザー光源１から出射される光の光軸とが一致しないと、係る光はピンホールを通過できず、第１検出器の受光面に照射されない。また、複合レンズ１５が斜めに配置されると、ピンホールを通過する光の光量が減少し、第１検出器１６の出力が小さくなったり、さらには傾斜角度が大きくなると、ピンホールを通過できなくなる。よって、第１検出器の出力を監視することにより、複合レンズ１５の姿勢制御が行える。具体的には、光量が一定の値以上となった時や、光量が最大になった時に位置決めが行われたと判定することができる。但し、このピンホールを用いた場合には、光軸方向に沿った前後方向の位置ずれには対応できない。よって、係る前後方向の位置決めが不要な場合には、複合レンズの中央にピンホールを設けるといった簡単な構成で形成できるというメリットが生じる。
【００５８】
また、上記した実施の形態では、いずれも２個のレンズ要素を組み合わせて複合レンズを構成したが、使用するレンズ要素は３個以上でもよい。また、レンズ要素ひいては複合レンズは、上記した各実施の形態では、フレネルレンズを用いて構成したが、本発明はこれに限ることはなく、凸レンズなどの通常のレンズを用いて構成することもできる。
【００５９】
さらにまた、図示省略するが、上記した各実施の形態において、フローセルと複合レンズの間の所定位置に、遮光部材たるオブスキュレータ（図１５に示した符合１１と同様の機能のもの）を設置し、レーザー光源１から出射した直接光をそこにおいて遮光するようにしてもよい。但し、そのオブスキュレータは、移動可能となっており、通常の測定の際には、直接光の光路上に位置するが、複合レンズの姿勢の調整を行う際には、その光路上から待避させ、レーザー光源１からの直接光が、位置決め要素１５ａに入射可能としている。また、遮光部材としては、従来のオブスキュレータのようなものに限らず、複合レンズ１５に直接または間接的に取り付けるものであってもよく、その構造は任意である。
【００６０】
また、上記実施の形態とは逆に、複合レンズの姿勢調整を行った後の実際の測定中にも直接光をオブスキュレータで遮断することなく、フローセルと前記複合レンズ間の適当な位置に集光レンズを配置し第１検出器１６の出力を検出するならば、フローセル内を流れている粒子の吸光度が測定可能となる。
【００６１】
図１０は、本発明に係る複合レンズ３５の別の実施の形態を示している。図１に示す実施の形態との相違は、位置決め機構を設けていない点である。そして、具体的には以下の通りである。同図に示すように、本例では、同心円状に３つのレンズ要素３５ａ，３５ｂ，３５ｃを位置させた状態で接合し一体化することにより複合レンズ３５が形成されている。すなわち、中央の第１レンズ要素３５ａは、円板状であり、その周囲には２つのリング状の第２，第３レンズ要素３５ｂ，３５ｃが位置されている。
【００６２】
本例では、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃは、いずれもフレネルレンズを適宜形状に切断して形成している。そして、係るレンズ要素３５ａ〜３５ｃを嵌め合わすとともに、接合面を接着一体化することにより、１枚の複合レンズ３５を形成するようにしている。さらに、第１〜第３レンズ要素３５ａ〜３５ｃは、それぞれ焦点位置が異なるようにしている。これにより、同一の物点から発せられた光は、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃにて集光されるが、結像される位置は異なる。そして、焦点位置を異ならせる具体的な構造としては、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃを異なる焦点距離のものを用いたり、主軸が異なるようにすることにより実現できる。
【００６３】
図１１は、上記した複合レンズを用いた本発明に係る粒子分析装置（フローサイトメータ）の第４の実施の形態を示している。同図に示すように、レーザー光源１から出射された光の光路上にフローセル２，複合レンズ１５の順に配置している。フローセル２内の粒子にレーザー光が照射されると、前方散乱光が発生する。そして、その前方散乱光の進路の中心と複合レンズ３５の中心とを一致させている。
【００６４】
さらに、複合レンズ３５を構成する各レンズ要素３５ａ〜３５ｃは、その焦点距離が中央の第１レンズ要素３５ａが最も短く、最外周の第３レンズ要素３５ｃが最も長くなるようにしている。但し、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃの主軸は一致させている。これにより、同一の物点から出射された光は、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃを通過することにより集光されるが、その結像位置は異なる。具体的には、いずれも複合レンズ３５の中心線上に結像されるが、第１レンズ要素３５ａの結像位置が最も複合レンズ３５側になり、第３レンズ要素３５ｃが複合レンズ３５から最も離れた位置に結像される。
【００６５】
一方、複合レンズ３５の前方には、第１検出器３６，第２検出器３７，第３検出器３８の順に配置している。このとき、各検出器３６〜３８並びに複合レンズ３５の中心が同一線上に位置するようになっている。そして、第１検出器３６は、焦点距離が最も短い第１レンズ要素３５ａを通過した光の結像位置に配置される。第２検出器３７は、焦点距離が中間の第２レンズ要素３５ｂを通過した光の結像位置に配置される。第３検出器３８は、焦点距離が最も長い第３レンズ要素３５ｃを通過した光の結像位置に配置される。
【００６６】
さらに、各検出器３６〜３８は、光電変換素子により構成される。そして、各検出器３６〜３８の出力は、分析装置９に与えられ、そこにおいて粒子の分析が行われる。そして、分析結果が、出力装置３９に出力される。なお、異なる散乱角度からの信号に基づいて行う分析・分類処理は従来と同様に行えるため、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
上記した構成では、図からも明らかなように、散乱角度の小さい前方小角散乱光は、中央の第１レンズ要素３５ａに照射され、そこにおいて集光されて複合レンズ３５に最も近い第１検出器３６に受光される。また、散乱角度の中くらいの前方中角散乱光は、第２レンズ要素３５ｂに照射され、そこにおいて集光されて複合レンズ３５から２番目に位置する第２検出器３７に受光される。さらに、散乱角度の大きい前方大角散乱光は、最外周の第３レンズ要素３５ｃに照射され、そこにおいて集光されて複合レンズ３５に最も遠い第３検出器３８に受光される。
【００６８】
このように、１つの複合レンズ３５により複数の異なる散乱角度の領域を分離して集光することができる。つまり、従来であれば、孔部付きのミラーやコリメートレンズや複数個の集光レンズにより構成された光学系が、１個の複合レンズで構成することができ、構成が簡略化されるとともに、占有面積も小さくてすみ、しかも調整も容易となる。しかも、分離する領域の数が増加しても、レンズ要素の数を増やすだけでよいので、大型化することもない。さらに、レンズで集光するだけであるので、前方散乱光のほぼ全部を各検出器に受光させることができ、光の利用率も高く、微小な光であっても確実に検出することができる。
【００６９】
図１２は、本発明の第５の実施の形態を示している。本実施の形態では、上記した第４の実施の形態と相違して、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃの主軸を異ならせている。これにより、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃを通過して集光される光は、それぞれの主軸上の所定位置に結像されるので、異なる散乱角度の領域毎に分離できる。
【００７０】
具体的には、散乱角度の小さい前方小角散乱光は、中央の第１レンズ要素３５ａに照射され、そこにおいて集光されて主軸Ａ上の所定位置に配置された第１検出器３６に受光される。また、散乱角度の中くらいの前方中角散乱光は、第２レンズ要素３５ｂに照射され、そこにおいて集光されて主軸Ａに対して図中下方に位置ずれした主軸Ｂ上の所定位置に配置された第２検出器３７に受光される。さらに、散乱角度の大きい前方大角散乱光は、最外周の第３レンズ要素３５ｃに照射され、そこにおいて集光されて主軸Ａに対して図中上方に位置ずれした主軸Ｃ上の所定位置に配置された第３検出器３８に受光される。
【００７１】
なお、図示省略するが、各検出器３６〜３８の出力は、図１１と同様に分析装置に与えられ、フローセル２内の粒子の分離が行われる。また、上記した例では、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃの焦点距離を等しくしているので、図示したように各検出器３６〜３８は、複合レンズ３５から等距離だけ離れた位置に設置されるが、本発明はこれに限ることはなく、焦点距離を異ならせてももちろんよい。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した第４の実施の形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
図１３は、上記した第５の実施の形態で用いられる複合レンズ３５の製造方法の一例を示している。第５の実施の形態では、各レンズ要素３５ａ〜３５ｃの焦点距離は等しくし、主軸のみが異なるようにしている。従って、図中二点鎖線で示すように、大きなフレネルレンズからなる母レンズ４０を用意し、その母レンズ４０の主軸を中心として小さな円板状に繰り抜くことにより第１レンズ要素３５ａを形成する。また母レンズ４０の主軸から所定距離ずらした位置に中径のリング状に繰り抜くことにより、第２レンズ要素３５ｂを形成する。この第２レンズ要素３５ｂの主軸は、母レンズ４０の主軸であるので、リングの中心Ｏ1 に対して図中左側にずれた位置となる。また母レンズ４０の主軸から上記第２レンズ要素３５ｂと反対側に所定距離ずらした位置に大径のリング状に繰り抜くことにより、第３レンズ要素３５ｃを形成する。この第３レンズ要素３５ｃの主軸は、母レンズ４０の主軸であるので、リングの中心Ｏ2 に対して図中右側にずれた位置となる。従って、第１レンズ要素３５ａの主軸は、円板の中心位置となり、第２レンズ要素３５ｂと第３レンズ要素３５ｃの主軸はそれぞれ中心から所定距離だけ離れた位置となり、しかも両レンズ要素３５ｂ，３５ｃのずれ方向は逆になる。このように１枚の大きなフレネルレンズの適宜位置を繰り抜くことにより、複数のレンズ要素を製造することができ、それらを接合することにより容易に複合レンズを製造できる。なお、このように必ずしも１枚のフレネルレンズから各レンズ要素を製造する必要がないのはもちろんである。
【００７３】
図１４は、本発明の第６の実施の形態であり、複合レンズ３５の改良を図ったものである。すなわち、この例でも第１〜第３レンズ要素３５ａ〜３５ｃの３つの領域を分離検出するものである。そして、隣接するレンズ要素間の接合領域を、リング状のマスク材４２で覆うようにしている。このマスク材４２は、レンズ要素３５ａ〜３５ｃを接合した後、その接合部位を光学的に不透明な材質を装着することにより形成される。そして、具体的には、所定の薄膜を蒸着・スパッタした後パターニングしたり、所定のインク等を塗布したり、テープ材等を張り付けることにより実現できる。このようすると、接合部分では、光が乱反射などして所定の検出器に正しく集光できなかったりして雑音成分となるおそれがあるが、マスク材４２を設けることにより、正常なレンズ要素部分のみを光が透過するので、所望の状態で検出器に受光させることができる。そして、係るマスク材４２を設けた複合レンズ３５は、上記したいずれの実施の形態にも適用できる。
【００７４】
また、上記した各実施の形態では、いずれも３個のレンズ要素を組み合わせて複合レンズを構成したが、使用するレンズ要素は２個でもよくあるいは４個以上でもよい。また、レンズ要素ひいては複合レンズは、上記した各実施の形態では、フレネルレンズを用いて構成したが、本発明はこれに限ることはなく、凸レンズなどの通常のレンズを用いて構成することもできる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では、焦点位置の異なる複数のレンズ要素を接合一体化して１個の複合レンズを製造し、その複合レンズによって散乱角度の異なる光を分離し、各検出器に振り分けることができる。しかも、１枚の複合レンズという単体で行えるので、部品点数の削減並びに光学系の調整も容易に行える。さらに、レンズで集光されるだけであるので、光の利用率も高くなる。さらにまた、分割する領域数が増えても、レンズ要素が増えるだけで、部品としては１個の複合レンズでよく、光を分離する光学系の部品点数も増えず専有面積も大型化を招くことがなく検出器の増加に伴うスペースの増加にとどめることができる。
【００７６】
しかも、複合レンズの中心に、凸レンズやピンホールなどの位置決め要素を設けた場合には、その位置決め要素を光が正常に通過するか否かにより、複合レンズが正しい位置・姿勢になっているか否かを判断でき、位置決め処理を簡単かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複合レンズの一例を示す図である。
【図２】本発明に係る粒子分析装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に係る粒子分析装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明に係る粒子分析装置の第３の実施の形態を示す図である。
【図５】複合レンズの製造方法の一例を示す図である。
【図６】複合レンズの製造方法の別の一例を示す図（その１）である。
【図７】複合レンズの製造方法の別の一例を示す図（その２）である。
【図８】複合レンズの製造方法の別の一例を示す図（その３）である。
【図９】本発明に係る複合レンズの他の例を示す図である。
【図１０】本発明に係る複合レンズの一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る粒子分析装置の第４の実施の形態を示す図である。
【図１２】本発明に係る粒子分析装置の第５の実施の形態を示す図である。
【図１３】複合レンズの製造方法の一例を示す図である。
【図１４】本発明に係る粒子分析装置の第６の実施の形態の要部を示す図である。
【図１５】従来例を示す図である。
【図１６】別の従来例を示す図である。
【図１７】別の従来例を示す図である。
【図１８】別の従来例を示す図である。
【符号の説明】
６，６’  検出器
９  分析装置
１５  複合レンズ
１５ａ  凸レンズ要素
１５ｂ  第１レンズ要素
１５ｃ  第２レンズ要素
１６  第１検出器
１７  第２検出器
１８  第３検出器
２２  マスク材
３５  複合レンズ
３５ａ  第１レンズ要素
３５ｂ  第２レンズ要素
３５ｃ  第３レンズ要素
３６  第１検出器
３７  第２検出器
３８  第３検出器
４２  マスク材
【図１】
0003679601.tif 000002
【図２】
0003679601.tif 000003
【図３】
0003679601.tif 000004
【図４】
0003679601.tif 000005
【図５】
0003679601.tif 000006
【図６】
0003679601.tif 000007
【図７】
0003679601.tif 000008
【図８】
0003679601.tif 000009
【図９】
0003679601.tif 000010
【図１０】
0003679601.tif 000011
【図１１】
0003679601.tif 000012
【図１２】
0003679601.tif 000013
【図１３】
0003679601.tif 000014
【図１４】
0003679601.tif 000015
【図１５】
0003679601.tif 000016
【図１６】
0003679601.tif 000017
【図１７】
0003679601.tif 000018
【図１８】
0003679601.tif 000019