(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
光源のアレイ又は単一の移動可能な光源を含む光源（１１）と、
前記光源（１１）とフロー・チャネル（１６）中の目標（３８）との間に少なくとも部分的に位置する、軸（２８）を有するテレセントリック光学システム（１０）と、
前記フロー・チャネル（１６）に近接して前記軸（２８）上に位置する検出器（１２）と、
前記検出器（１２）及び前記光源（１１）に接続されたプロセッサ（２０）と
を備えており、
前記目標（３８）は、軸上の位置と軸外の位置との間で移動可能であり、
前記光源（１１）は、前記目標（３８）を軸上又は軸外で照明するために、前記光源のアレイのうちの光源（１７、１８、１９）を個々に選択するか又は前記移動可能な光源を移動させることにより、移動可能な少なくとも１つの光ビームを供給し、
光ビームからの散乱光は、前記光源が軸上にあるときに、前記検出器（１２）上の第１位置（４１、４２、４３）にマップされ、
光ビームからの散乱光は、前記光源が軸外にあるときに、前記検出器（１２）上の第２位置（４１、４２、４３）にマップされ、
前記第１位置及び第２位置は同一の位置（４１、４２、４３）にあり、
前記テレセントリック光学システムは、前記光源の軸外の位置についての前記フロー・チャネル（１６）における照明条件が前記光源の軸上の位置についての前記フロー・チャネル（１６）における照明条件と同様になるように構成され、
前記プロセッサ（２０）を介した前記検出器（１２）からの信号は、前記光ビームが前記検出器（１２）において最大の散乱信号を生成するように、前記光源のアレイ（１１）から選択されるべき光源（１７、１８、１９）又は前記移動可能な光源（１１）が移動すべき位置を示し、
前記テレセントリック光学システムは、
前記光源（１１）と前記フロー・チャネル（１６）との間にある第１レンズ（２１）と、
前記第１レンズと前記フロー・チャネル（１６）との間に位置する開口（２２）と、
前記開口（２２）と前記フロー・チャネル（１６）との間に位置する第２レンズ（２３）と、
前記フロー・チャネル（１６）と前記検出器（１２）との間に位置する第３レンズ（２４）と
を備え、
前記光源（１１）は、実質的に前記第１レンズ（２１）の焦点に位置し、
前記開口（２２）は、実質的に前記第１レンズ（２１）の焦点及び前記第２レンズ（２３）の焦点に位置し、
前記フロー・チャネル（１６）は、実質的に前記第２レンズ（２３）の焦点及び前記第３レンズ（２４）の焦点に位置し、
前記検出器（１２）は、実質的に前記第３レンズ（２４）の焦点に位置する
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、フロー・サイトメータ(flow cytometer)に関する。更に特定すれば、本発明は、フロー・ストリームにおける微小粒子又は構成要素の光学的特性を、光を用いて検知するフロー・サイトメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００２年８月２１日に出願され、"Optical Alignment Detection System"（光学的位置合わせ検出システム）と題する、Bernard Fritz et al.による米国特許第１０／２２５，３２５号（特許文献１）に関連がある。その内容は、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。また、本発明は、２００２年１１月２６に出願され、"Portable Scattering and Fluorescence Cytometer"（可搬型散乱及び蛍光サイトメータ）と題する、Aravind Padmanabhan 等による米国特許出願第１０／３０４，７７３号（特許文献２）に関連がある。その内容は、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。また、本発明は、２００３年４月１５日に発行され、"Optical Detection System for Flow Cytometry"（フロー・サイトメトリのための光学的検出システム）と題する、Cabuz et 等による米国特許第６，５４９，２７５号Ｂ１（特許文献３）、２００３年７月２２日に発行され、"Portable Flow Cytometer"（可搬型フロー・サイトメータ）と題する、Cabuz 等による米国特許第６，５９７，４３８号Ｂ１（特許文献４）、２００２年５月７日に発行され、"Fluid Driving System for Flow Cytometery"（フロー・サイトメトリのための流体駆動システム）と題する、Cabuz 等の米国特許第６，３８２，２２８号Ｂ１（特許文献５）、２００４年３月２日に発行され、"Optical Detection System for Flow Cytometry"（フロー・サイトメトリのための光学的検出システム）と題する、Cabuz等による米国特許第６，７００，１３０号Ｂ２（特許文献６）、及び２００１年６月５日に発行され、"Addressable Valve Arrays for Proportional Pressure or Flow Control"（比例圧力又は流量制御のためのアドレス可能なバルブ・アレイ）と題する、Ohnstein 等による米国特許第６，２４０，９４４号Ｂ１（特許文献７）に関連がある。これら全ての内容は、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。以上に記した特許出願及び特許は、同一実体が所有する。「流体」という用語は、ここでは、主として気体及び流体を含む包括的な用語として用いることができる。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、光源を移動させ、光学システムの軸上又は軸外を移動する際に、その光が目標に衝突するように位置決めする機構ということができる。代表的な例として、テレセントリック光学システムによって、目標に衝突する光が軸上にあるか又は軸外にあるかには関係なく、検出器は同一位置で散乱光を受光することができる。更に、検出器に最大限散乱光が衝突するように、光を位置決めすることができる。出力をプロセッサに送り、プロセッサが光源に信号を送って、目標が軸上又は軸外で移動しても、連続的に目標に衝突するように、放出光を移動させることができる。移動光源に代わりに、光源のアレイを用いることもできる。光ビームを移動させるために、アレイにおける別の位置にある別の光を選択し、以前に選択した光源と置換することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図１ａは、フロー・サイトメータの光学的レイアウトにおいて、光学的テレセントリック条件の使用に備えることができるデバイスの模式図である。この条件は、フロー・チャネル(flow channel)における照明条件が軸上光源のそれと同様になるように、光源１１が軸外領域点(off-axis field point)を使用することを可能にする。これは、フロー・チャネルからの散乱光を収集する１つ又は複数の検出器１２にも適用することができる。この条件は、移動する光源又は光源のアレイを用いて、フロー・チャネルを照明し、検出器において、軸上光源位置と同様の光学的条件を維持することを可能にする。光源を移動可能にすることにより、フローの活動の位置、特に、サイトメータのフロー・ストリーム(flow stream)における粒子を追跡しつつ、検出器１２に衝突する光を同じ位置に保持することが可能となる。
【０００５】
テレセントリック条件とは、光学システム１０の開口絞り２２がレンズ２１の焦点(focal point)即ちフォーカス(focus)及びレンズ２３の焦点に位置している場合である。光学システムを、フロー・サイトメータの光源１１側及び検出器１２側双方においてこの条件を満たさせることにより、軸外領域点に光学システムの同等物を可能とすることができる。
【０００６】
図１ａの光学システム１０は、光源１１及び検出器１２双方の区間(leg)に対してテレセントリック条件に合うような設定として示されている。軸上の光源１１に対する場合は、実線の光路３３である。点線１４及び破線１５の光路は、光源１１の軸外光ビームを示すことができる。軸上光源１１から軸外光源１１に移る際、フロー・チャネルにおける合焦スポットを横方向に変位させるが、コーン傾斜角及び方位は、軸上の場合と同じままである。検出器アレイ１２において、光源１１の任意の位置の光の、同じ散乱角度、実線、点線、又は破線の経路も、検出器１２上の同じ位置４１、４２、及び４３にマップすることができる。
【０００７】
実線の光路１３に沿った光は、アレイ１１の光源１７から軸上を発出し、コリメート・レンズ２１を通過して進む。光源１７からの光は、開口絞り２２を通過してレンズ２３上まで進むことができる。光源１７からの光ビームは、実線の光路１３に沿って、フロー・チャネル１６及び検出器１２において合焦することができる。光路１３に沿ったビームによる散乱光は、レンズ２４を通過して、検出器１２の箇所４４及び４５において、検出器アレイ１２上で合焦することができる。
【０００８】
サイトメータ・チャネル１６におけるコア・ストリームを、軸外にチャネル１６の位置２５までずらすと、照明を軸外の点線光路１４までずらすことができる。光源１８からの光は、光路１４に沿って、レンズ２１、開口２２及びレンズ２３を通過してチャネル１６まで進むことができる。光路１４からの光は、チャネル１６において散乱し、検出器１２の位置４４及び４５において検出器アレイ１２上で合焦することができる。
【０００９】
サイトメータ・チャネル１６におけるコア・ストリーム３８が、チャネル１６の位置２６にあると、光のフォーカスをチャネルの位置２６までずらすことができる。アレイ１１の光源１９からの光は、破線の光路１５に沿って、レンズ２１、開口２２及びレンズ２３を通過し、チャネル１６の位置２６まで進むことができる。位置２６からの散乱光は、光路１５に沿ってレンズ２４を通過し、位置４４及び４５において検出器アレイ１２上で合焦することができる。
【００１０】
システム１０の光学要素同士は、同じ焦点距離だけ離れている。例えば、レンズ２１は、光源即ちアレイ１１から焦点距離（ｆ１）３１の位置にあり、開口絞り２２から焦点距離（ｆ１）３２の位置にある。焦点距離３１及び３２は、各々、レンズ２１の焦点距離（ｆ１）とすればよい。開口絞り２２及びチャネル１６それぞれからのレンズ２３の焦点距離３３及び３４は、各々、レンズ２３の焦点距離（ｆ２）とすればよい。チャネル１６からのレンズ２４の距離３５及び３６は各々、レンズ２４からの焦点距離（ｆ３）とすればよい。線４６は、光源及びチャネルにおける共役面１１及び１６を示す。線４７は、開口及び検出器それぞれにおける共役面２２及び１２を示す。
【００１１】
光アレイ１１は、複数の光源１７、１８及び１９を有し、これらは、チャネル１６におけるコア・ストリームの位置に応じて、一度に１つずつオンになる。チャネル１６に衝突する光ビームの位置の調節精度を高めるには、アレイにおける光源を増やしてもよい。アレイ１１は二次元とするとよい。
【００１２】
その代わりに、検出器アレイ１１は、１つの光源、例えば、光源１７を有してもよい。光源１７は、アレイ構造全域にわたってｘ及び／又はｙ方向に移動し、チャネル１６に衝突する光の場所を調節する。光源は、機構３７のようなステッパ・モータによってアレイ全域に横方向に一定の刻み幅で移動させ(increment)、チャネル１６において光が衝突する場所を横方向に移動させるようにするとよい。
【００１３】
光路１３、１４及び１５に沿った光ビームは、チャネル１６における粒子によって散乱し、検出器１２の部分４４及び４５に達することができる。検出器１２は、部分４４及び４５、ならびに位置４１、４２及び４３において検出した光を電気信号に変換することができ、これらをプロセッサ１０に送ることができる。プロセッサ１０は、電気信号を処理して、チャネル１６におけるフロー・ストリーム３８の粒子に関する情報を得ることができる。
【００１４】
図１ｂは、光路１３、１４及び１５にそれぞれ沿った、光源１７、１８及び１９からの光を、光円錐を除いて、示す。円錐５１、５２、５３で示すように、チャネル１６における粒子によって光ビームを散乱させることができる。散乱光は、検出器１２上の場所４８及び４９に衝突することができる。
【００１５】
図２は、光源１１の制御のためのコンピュータ／プロセッサ２０を備えた光学システム１０を示す図である。制御の一形式では、光源アレイ１１から１つの光源を選択し、サイトメータのチャネル１６における光の衝突位置を判定する。別の形式では、光源を有し、これを移動させて、コア・ストリームが光学システム１０及びチャネル１６の軸２８（図２の紙面に対して垂直）から外れていても、コア・ストリーム３８と一直線状に光ビームを衝突させる。ステッパ・モータ３７は、コア・ストリーム３８と一直線状のままとなっているように、光源、例えば、光源１７を左右に移動させることができる。
【００１６】
光センサをコア・ストリーム３８と一直線状にすると、コア・ストリーム３８内の粒子に衝突する光ビームを、粒子によって散乱させることができる。検出器１２は、線形アレイ又は環状検出器アレイのような、散乱光検出器及び直接光検出器とすることができる。検出器１２は、散乱光の種々の角度及び非散乱光に対して、独立した検出器部分を有するとよい。環状アレイは、テレセントリック・システムに対して種々の部分による３６０度の検出を行うことができる。検出器１２は、検出器に衝突する散乱光を表す電気信号を供給することができる。アセンブリ１１の光源からの光ビームがコア・ストリーム３８の粒子に衝突していない場合、検出器１２が検出する散乱光は殆どなく、この検出器からの電気信号は殆どない可能性があるが、非散乱光がある。検出器１２は、順方向角度光散乱（ＦＡＬＳ：forward-angle light scatter）、小角度光散乱（ＳＡＬＳ：small-angle light scatter）、及び大角度光散乱（ＬＡＬＳ：large-angle light scatter）を検出することができる。
【００１７】
検出器１２からの電気信号はコンピュータ／プロセッサ２０に達することができる。コンピュータ／プロセッサ２０は、信号を光源アレイ１１に送り、光ビームがチャネル１１内において衝突している位置をずらすために、別の光源の選択、又は単一光源の移動を指示する。位置を突き止め、検出器１２の出力において最大信号が得られるように、光ビームを移動させることができる。これは、光ビームが検出器１２において最大散乱信号を発生していることを意味すると考えればよい。コンピュータ２０は、アレイ１１の異なる光源を選択する、又は光源を移動させることによって、チャネル１６における光ビームの位置即ち場所を変化させる信号を送り、検出器１２からコンピュータ２０に最大散乱信号を追求することができる(seek out)。実際には、コンピュータ２０から光源１１までには、チャネル１６において散乱する光源からの光ビーム、散乱光の電気的表現をコンピュータに供給する検出器１２から成るフィードバック・ループがある。コンピュータ２０は、散乱信号を最大にするように、光源１１に信号を送ることができる。散乱信号は、軸上であるか否かには係わらず、コア・ストリーム３８上に光ビームを合焦し続けるのに資する。
【００１８】
以上、少なくとも１つの例示的実施形態に関して、本発明の説明を行ったが、本明細書を熟読すれば、多くの変形や修正が当業者には明白となろう。したがって、添付した特許請求の範囲は、従来技術に鑑み、このような変形及び修正全てを含むように、できるだけ広義に解釈するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】付随する光学素子と共に、サイトメータ又は同様の機構のチャネルのためのビーム位置調節器を示す図である。
【図１ｂ】付随する光学素子と共に、サイトメータ又は同様の機構のチャネルのためのビーム位置調節器を示す図である。
【図２】ビームによって照明すべきチャネルと関連付けて、コンピュータと共にビーム調節器を示す別の図である。
【図１ａ】
0004733136.tif 000002
【図１ｂ】
0004733136.tif 000003
【図２】
0004733136.tif 000004