(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行な光ビームを出射する光源部と、
光電変換素子と、
被検粒子を含有する試料液をシース液に包んで流すフローセルと、
光源部からの光ビームをフローセルに集光する第１コンデンサレンズと、
光源部と第１コンデンサレンズとの間に設置され、フローセルの流れに直交する方向の光ビームの径と集光位置を調整するシリンドリカルレンズ系と、
フローセルを通過した光源からの光ビームを遮光するビームストッパと、
第１コンデンサレンズからの光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子へ集光する第２コンデンサレンズと、を備え、
シリンドリカルレンズ系が、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第１シリンドリカルレンズと、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第２シリンドリカルレンズとを含み、
第１コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第１焦点が、フローセル中の試料液上に、フローセルの流れ方向に短径を有し、フローセルの流れに直交する方向に長径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、
第１コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第２焦点が、ビームストッパ上に、フローセルの流れ方向に長径を有し、フローセルの流れに直交する方向に短径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、
ビームストッパが、フローセルの流れの方向に沿って延びる細長い遮光部材からなる、フローサイトメータ。
【請求項２】
第１シリンドリカルレンズおよび第２シリンドリカルレンズが、光源部とフローセルの間に配置されており、
第１シリンドリカルレンズが光源部側に配置され、第２シリンドリカルレンズがフローセル側に配置されている、請求項１記載のフローサイトメータ。
【請求項３】
第１シリンドリカルレンズおよび第２シリンドリカルレンズが、光源部とフローセルの間に配置されており、
第１シリンドリカルレンズがフローセル側に配置され、第２シリンドリカルレンズが光源部側に配置されている、請求項１記載のフローサイトメータ。
【請求項４】
フローセル中の試料液上に形成されるビームスポットはその長径がフローセルの流れの幅に実質的に等しい請求項１〜３のいずれか１項に記載のフローサイトメータ。
【請求項５】
光源部は、断面が楕円形のビームを放射するレーザダイオードと、放射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズとからなり、楕円形ビームの長軸がフローセルの流れに直交する方向になるようにレーザダイオードが配置されてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のフローサイトメータ。
【請求項６】
第１シリンドリカルレンズがシリンドリカル凸レンズからなり、第２シリンドリカルレンズがシリンドリカル凹レンズからなる請求項１〜５のいずれか１項に記載のフローサイトメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液中の血球や尿中の有形成分などの粒子を分析するのに用いられるフローサイトメータに関するものである。さらに詳しくは、被検粒子にレーザ光を照射して光学的情報の検出を行う光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなフローサイトメータの光学系においては、レーザ光源から出射されるレーザビームをレンズで集光してフローセルの試料流に照射し、光路中にレーザビームの一部を遮光するスリットを設け、試料流に直交する方向の照射ビーム幅をそのスリットによって調整するようにしたものが知られている（例えば特開２０００−２５８３３４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成の光学系では、レーザ光源から出射されるレーザビームの一部がスリットによって遮光されるため光源の利用効率が低下する。
また、上記のような構成の光学系では、フローセルの流れに直交する方向の焦点・フローセルの流れに平行な方向の焦点のいずれもフローセルの中心部に位置するため、直接光を遮光するためのビームストッパ（前記公報中の「オブスキュレータ」に相当）の位置においてはビームが広がり、ビームスポット径が大きくなる。そしてそれに応じてビームストッパの面積を大きくする必要が生じる。しかし、ビームストッパの面積を大きくすることは、被験粒子からの前方散乱光を受光する妨げとなるおそれがある。
【０００４】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、フローセルの試料流に含まれる複数の粒子が同時に照射されることを抑制しつつ、最小寸法のビームストッパで光源部からの直接光を効果的に遮光することができ、それによって前方散乱光を含む粒子からの光学情報を精度よく検出することが可能なフローサイトメータを提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、平行な光ビームを出射する光源部と、光電変換素子と、被検粒子を含有する試料液をシース液に包んで流すフローセルと、光源部からの光ビームをフローセルに集光する第１コンデンサレンズと、光源部と第１コンデンサレンズとの間に設置され、フローセルの流れに直交する方向の光ビームの径と集光位置を調整するシリンドリカルレンズ系と、フローセルを通過した光源からの光ビームを遮光するビームストッパと、第１コンデンサレンズからの光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子へ集光する第２コンデンサレンズと、を備え、シリンドリカルレンズ系が、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第１シリンドリカルレンズと、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第２シリンドリカルレンズとを含み、第１コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第１焦点が、フローセル中の試料液上に、フローセルの流れ方向に短径を有し、フローセルの流れに直交する方向に長径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、第１コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第２焦点が、ビームストッパ上に、フローセルの流れ方向に長径を有し、フローセルの流れに直交する方向に短径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、ビームストッパが、フローセルの流れの方向に沿って延びる細長い遮光部材からなる、フローサイトメータを提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明において被検粒子とは、主に血液中に含まれる赤血球・白血球・血小板といった各種血球や、尿中に含まれる細菌・赤血球・白血球・上皮細胞・円柱などの有形成分などを指すが、工業分野におけるトナー・顔料など各種の粉体・粒子でもよい。例えば測定対象が血液や尿等の場合は、検体に対して希釈・染色等の処理が適宜施され、試料液が調製される。トナー・顔料などの場合には、適当な分散媒を用いるなどして試料液が調製される。
【０００７】
この発明のフローサイトメータは、粒子を含む試料液をシース液と共にフローセルに流し試料液をシース液で包んでシースフローを形成し、そのシースフローにレーザ光を照射し、各粒子からの散乱光や蛍光等を光検出信号として検出する。なお、シースフローとは、フローセル中を層流状態で流れるシース液によって試料流をほぼ粒子の外径まで絞り、粒子を一列に整列させる流れをいう。
【０００８】
フローセルは、その内部を通過する粒子から光学的情報を得るため、透明で表面が滑らかなものが好適であり、ガラス等の材質が用いられる。また光源としては、半導体レーザやアルゴンレーザ等が用いられる。光電変換素子には、粒子からの光学的情報を光電変換して光検出信号を得るために、フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトマルチプライヤチューブ等が用いられる。
【０００９】
光電変換素子により得られた各粒子毎の光検出信号は、その信号波形が処理され、ピークレベル、パルス幅等が粒子の特徴を表すパラメータとして算出される。ピークレベル、パルス幅等のパラメータは公知のピークホールド回路やカウンタ回路等によって算出できる。
【００１０】
この発明は、シリンドリカルレンズ系が、光源部の出射する光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第１シリンドリカルレンズと、第１シリンドリカルレンズからの光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第２シリンドリカルレンズであることが好ましい。この場合、第１シリンドリカルレンズにはシリンドリカルレンズ凸レンズを、第２シリンドリカルレンズにはシリンドリカル凹レンズを用いることができる。
【００１１】
また、シリンドリカルレンズ系が、光源部の出射する光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第１シリンドリカルレンズと、第１シリンドリカルレンズからの光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第２シリンドリカルレンズであるといった構成も可能である。この場合には、第１シリンドリカルレンズにシリンドリカル凹レンズを、第２シリンドリカルレンズにシリンドリカル凸レンズを用いることができる。これらのレンズの作用により、フローセルの流れの中に流れに直交する所望長さの長軸を有する楕円形のビームスポットを形成し、かつ、所望位置のビームストッパ上でビームスポットのサイズを最小にすることができる。従って、ビームストッパを、フローセルの流れの方向に沿って延びる最小幅の細長い遮光部材から構成できる。
【００１２】
この発明では、フローセルの流れ中に形成される楕円形のビームスポットの長径をフローセルの流れの幅に実質的に等しくすることが好ましい。
この発明では、光源部が、断面が楕円形のビームを放射するレーザダイオードと、放射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズとからなり、楕円形ビームの長軸がフローセルの流れに直交する方向又は平行な方向になるようにレーザダイオードが配置されてもよい。
【００１３】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによって、この発明が限定されるものではない。
図１はこの発明の実施例のフローサイトメータの構成を示すブロック図であり、本体１００は、検出部２００、信号処理部３００、分析部４００および出力部５００からなる。
【００１４】
図２と図３は検出部２００の構成をそれぞれ示す側面図と平面図である。検出部２００は、平行な光ビームを出射する光源部１と、被検粒子を含有する試料液を流すフローセル２と、光電変換素子３と、光源部１の出射する光をフローセル２の流れに直交する方向に集光するシリンドリカル凸レンズ４と、シリンドリカル凸レンズ４から出た光ビームをフローセル２の流れに直交する方向に発散させるシリンドリカル凹レンズ５と、シリンドリカル凹レンズ５から出た光ビームをフローセル２に集光する第１コンデンサレンズ６と、第１コンデンサレンズ６から出てフローセル２を透過した光ビームを遮光するビームストッパ７と、第１コンデンサレンズ６から出た光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子３へ集光する第２コンデンサレンズ８からなる。なお、ピンホール板９は外部迷光を遮光するために設けられている。
【００１５】
光源部１はレーザダイオード２０とコリメータレンズ２２からなる。レーザダイオード２０には赤色レーザダイオード（日立製作所製ＨＬ６３１２Ｇ型）を用いている。このレーザダイオードのレーザ光の波長は６３５ｎｍであり、レーザ光は断面が楕円形で、レーザ光の広がり角度は、楕円形の長径方向には３１度、短径方向には８度である。
【００１６】
コリメータレンズ２２は光照射強度を上げるため、できるだけ開口数の大きいものを用いる。
またフローセル２は、図４に示すように、内部流路３１は断面が一辺Ｌ１＝２００μｍの正方形、外壁は一辺Ｌ２＝４ｍｍの正方形となるよう構成されており、材質にはガラスが用いられている。
【００１７】
図２に示すように、被検粒子を含む試料液がノズル１１からフローセル２の流路に吐出され、図５に示すようにシースフロー、つまり、シース液Ｓに包まれた試料液流Ｔが形成される。図２においてレーザダイオード２０から発せられた放射状のレーザ光はコリメータレンズ２２を経て平行光に変換され、シリンドリカルレンズ４と５を屈折することなく通過して、コンデンサレンズ６によりフローセル２の試料液流の中心の第１集光点Ｒに集光されるた後、長さＬのビームストッパ７に到達する。図２における第１集光点Ｒの位置はコンデンサレンズ６の焦点の位置又はその近傍である。
【００１８】
一方、図３においては、レーザダイオード２０から発せられ平行な光ビームに変換された光は、シリンドリカルレンズ４と５の屈折作用によりビーム径が調整された後、第１コンデンサレンズ６によりフローセル２と第２コンデンサレンズ８の間の幅Ｗのビームストッパ７上の第２集光点Ｑに集光される。
【００１９】
このようにして、図５のように、フローセル２には試料流Ｔを横切って楕円形のビームスポットＢが形成される（図５はフローセル２にビームスポットＢが形成される様子を示すフローセル２の要部断面図であり、レーザ光の照射方向からフローセル２を見たものである）。
【００２０】
ビームスポットＢにおいては、試料液流Ｔの流れ方向に対してビームスポットＢの短径方向を合わせることで複数の粒子が同時に照射されることを防ぎ、試料液流Ｔの流れ方向に対して垂直な方向にビームスポットＢの長径方向を合わせることで試料液流Ｔを横切る方向にぶれて通過する粒子も十分に照射されるようにしている。図３において、集光点Ｑの位置とビームスポットＢの長径長さは、シリンドリカル凸レンズ４とシリンドリカル凹レンズ５の焦点距離と設置位置により設定される。
【００２１】
このようにして、レーザ光は、図５に示すようにフローセル２中の試料液流Ｔを横切る位置（すなわち第１集光点Ｒ）において長径が２２０μｍ、短径が１０μｍの楕円形ビームスポットを形成した後、レーザ光の直接光はビームストッパ７上において試料液流Ｔの流れ方向に長径を有する非常に細長い楕円形状のビームスポットとなるので、ビームストッパ７の幅Ｗもきわめて小さくすることができる。
【００２２】
また、レーザ光の照射により、フローセル２の中を流れる被検粒子Ｐからは前方散乱光が発生する。この前方散乱光は第２コンデンサレンズ８によって集められ、光電変換素子３としてのフォトダイオードによって光電変換され、パルス状の電気信号として検出される。ここで、ビームストッパ８の幅が十分に小さく設定される。従って、光電変換素子３は、直接光はビームストッパ７により効果的に遮光され、粒子の発する低角の光まで受光することができる。
【００２３】
図１に示すように、検出部２００で検出された信号は信号処理部３００に送られる。ここで信号波形が処理され、ピークレベル、パルス幅等のパラメータが算出される。
【００２４】
信号処理部３００によって算出された各種パラメータに関するデータは分析部４００に送られ、統計解析される。ここでは前方散乱光信号のピークレベル、およびパルス幅、の二つのパラメータを組合わせてなるスキャッタグラム等が作成され、被検粒子の計数・分類がなされる。
【００２５】
分析の結果は出力部５００により出力される。この実施例では、出力部５００はプリンタとＬＣＤを備え、各種測定項目に関するデータがプリンタによりプリントアウトされる。また分析部４００により作成されたスキャッタグラムがＬＣＤによって表示される。なお、信号処理部３００と分析部４００は、パーソナルコンピュータで構成される。
【００２６】
この実施例においては前方散乱光の検出のみならず、側方散乱光や蛍光の検出を行うよう構成することも当然に可能である。その場合は、側方散乱光や蛍光を検出するための光電変換素子、その他必要な光学系を付加すればよい。それらは公知のものを利用できる。例えば、光電変換素子としては、フォトマルチプライヤチューブなどが好適に用いられる。
【００２７】
図６と図７は、検出部２００の変形例の構成を示す図２と図３対応図である。検出部２００ａは、平行光を出射する光源部１ａと、被検粒子を含有する試料液を流すフローセル２ａと、光電変換素子３ａと光源部１ａの出射する光をフローセル２ａの流れに直交する方向に集光するシリンドリカル凸レンズ４ａと、シリンドリカル凸レンズ４ａから出た光をフローセル２ａの流れに直交する方向に発散させるシリンドリカル凹レンズ５ａと、シリンドリカル凹レンズ５ａから出た光をフローセル２ａに集光する第１コンデンサレンズ６ａと、第１コンデンサレンズ６ａから出てフローセル２ａを透過した光を遮光するビームストッパ７ａと、第１コンデンサレンズから出た光によって粒子から生じた光を光電変換素子３ａへ集光する第２コンデンサレンズ８ａからなる。なお、ピンホール板９ａは、外部迷光の光電変換素子３ａへの入射を防止する。
【００２８】
検出部２００ａは、図２と図３に示す検出部２００に対して光源部１ａが円形断面の平行光を出射するアルゴンレーザ２０ａからなる点のみが異なり、その他の光学系は実質的に同等である。
【００２９】
この変形例においても、レーザ光は、フローセル２ａの試料流を横切る楕円形のビームスポットを形成すると共に最小のスポットサイズでビームストッパ７ａ上に集光することができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、光源からの平行な光ビームをフローセルに集光するコンデンサレンズと光源との間にシリンドリカルレンズ系を設置したので、光源から出射されて光フローセルの試料流を横切る細長い楕円形のビームスポットの長径長さを任意に設定できると共に、最小寸法のビームストッパで光源からの直接光を効果的に遮光でき、前方散乱光を含む粒子からの光学情報を精度よく検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施例の検出部の側面図である。
【図３】この発明の実施例の検出部の平面図である。
【図４】この発明の実施例のフローセルを示す断面図である。
【図５】この発明の実施例のビームスポットを示す断面図である。
【図６】この発明の変形例の図２対応図である。
【図７】この発明の変形例の図３の対応図である。
【符号の説明】
１  光源部
２  フローセル
３  受光素子
４  シリンドリカル凸レンズ
５  シリンドリカル凹レンズ
６  第１コンデンサレンズ
７  ビームストッパ
８  第２コンデンサレンズ
１００  フローサイトメータ
２００  検出部
３００  信号処理部
４００  分析部
５００  出力部
【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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