(57)【要約】粒子を検出する装置および方法。流量管（１６）は、８つの軸外れ楕円ミラー（２０）により囲まれ、すべてのミラーは、流量管（１６）の一部と一致する共通第１焦点を有し、それぞれのミラーは、別個の第２焦点を有する。一実施形態では、放射源（７５）は、ミラー内の出口ポートと一致するように配列され、出口ポートはまた、それぞれの別個の第２焦点と一致する。これらの放射源（７５）は、所定のシーケンスで時々刻々と（または、同時に）駆動され、光が対応する楕円ミラーを照明するようにさせる。この光は、流量管（１６）の一部の中の共通第１焦点に照らす。第１焦点内の任意の粒子は、その後、光を散乱することになり、光源波長および粒子に応じて、ある蛍光量も提供することできる。このエネルギーは、検出器によって捕捉され、第１焦点における粒子のタイプ、サイズ、および量を決定するために解析される。
2006518044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出粒子が通過して移動する通路と、
前記通路が通る検出器アセンブリと、
前記検出器アセンブリと通信する解析器とを備え、
前記検出器アセンブリは、少なくとも１つの励起源、ならびに、すべてが前記通路の一部と一致する共通第１焦点を有し、それぞれが別個の第２焦点を有する複数の軸外れ楕円ミラーを備え、前記ミラーのそれぞれは、前記ミラーが前記通路を囲むように、その中心が前記通路によって貫かれる円の周囲に沿って配列される、
粒子を検出する装置。
【請求項２】
前記通路は流量管を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検出器アセンブリは、別個の第２焦点とそれぞれ一致するように配列された出口ポートをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記検出器アセンブリは複数の出口ポートを備え、出口ポートの総数は、楕円ミラーの総数に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記励起源は、少なくとも１つのレーザおよび紫外発光ダイオードを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記励起源は、出口ポートと同じ位置に配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記励起源は、前記出口ポートの任意のポートと異なる位置に配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記解析器と通信するディスプレイをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記被検出粒子が通過するノズルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出器アセンブリは８つの楕円ミラーセクションを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出器アセンブリは、それぞれが２つの楕円ミラーセクションを備える、４つのミラー部品を備える請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも１つの非画像化検出器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの画像化検出器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記検出器アセンブリは４つの成形部品からなる、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
被検出粒子がそこを通って移動する流量管を囲む複数の楕円ミラーを備え、前記ミラーはすべて、前記流量管の一部と一致する共通第１焦点を有し、それぞれのミラーは、少なくとも１つの光学センサが配列される各出口ポート上に別個の第２焦点を有し、
少なくとも１つの励起源を備え、
前記励起源は、粒子が前記流量管内を移動する状態で、前記流量管の一部に放射すると、前記粒子によって生成された放射エネルギーは、前記流量管を囲む前記各出口ポート上に収束する、
蛍光放射を観察することによって粒子を検出する装置。
【請求項１６】
８つの楕円ミラーを備える請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの励起源は、出口ポートを通してエネルギーを伝達する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記励起源はＵＶ光を伝達する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの励起源は、出口ポート以外の位置から前記流量管へ向かってエネルギーを伝達する、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記励起源はレーザを備える、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
それぞれの出口ポートにおいて放射エネルギーを検出する少なくとも１つの検出器を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記被検出粒子の性質に関する情報をユーザに提供するためのディスプレイをさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２３】
前記楕円ミラーは４つの成形部品で配列される、請求項１５に記載の装置。
【請求項２４】
複数の軸外れ楕円ミラーを通過して被検出粒子を含む流体を流すステップを含み、前記複数の軸外れ楕円ミラーは、前記流体が通過する通路をほぼ円形に囲み、前記楕円ミラーはすべて共通第１焦点を有し、それぞれの楕円ミラーは、それぞれの楕円ミラーを通して出口ポートに一致する別個の第２焦点を有し、
前記通路を囲む複数の励起源を時々刻々と駆動するステップであって、それによって、光が、対応する楕円ミラーを照明し、それによって、前記共通第１焦点において前記流体に放射するようにさせる、時々刻々と駆動するステップと、
前記粒子によって生成された散乱および蛍光エネルギーを検出するステップと、
前記散乱および蛍光エネルギーを処理し、前記共通第１焦点における、前記粒子のタイプ、サイズ、および量のうちの少なくとも１つを決定するステップと、
を含む粒子を検出する方法。
【請求項２５】
流量管を通して前記流体を流すステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２６】
前記励起源はレーザを備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記励起源はＵＶ光源を備える、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
それぞれの励起源は各出口ポートと一致する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記検出された散乱および蛍光エネルギーを記録するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
流体通路の周囲に複数の軸外れ楕円ミラーを配列するステップを含み、前記ミラーはすべて、前記流体通路の一部に一致する共通第１焦点を有し、それぞれのミラーは、別個の出口ポートと一致する別個の第２焦点を有し、
複数の放射源を前記出口ポートの少なくとも２つと同じ位置に配置するステップと、
流体が前記通路を通過するようにさせるステップと、
前記放射源を所定のシーケンスで時々刻々と駆動するステップであって、それによって、光が、対応するミラーを照明し、それによって、前記流体通路内の前記流体に放射するようにさせる、時々刻々と駆動するステップと、
前記流体および前記流体内の粒子のうちの少なくとも１つによって生成された散乱および蛍光エネルギーを検出するステップと、
前記散乱および蛍光エネルギーを処理し、前記流体によって搬送される粒子のタイプ、サイズ、および量のうちの少なくとも１つを決定するステップと、
を含む粒子を検出する方法。
【請求項３１】
８つのミラーは、前記流体通路を囲むように配列される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記放射源はレーザを備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記放射源はＵＶ光源を備える、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記検出された散乱および蛍光エネルギーを記録するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学手段を通して粒子を検出し、分類するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子のサイズ、量、および、粒子が生物学的か否かを正確に検出するシステムおよび方法を提供することは長年の望みであった。特に、生物学的粒子の検出および分類は、一般に、サイトメトリと呼ばれる。正確で、かつ、可搬型のサイトメトリ機器は、炭疽などの生物学的病原体、または、公衆衛生に影響を与える場合がある他の病原体を検出するのに、現在非常に重要である。
【０００３】
知られているサイトメトリ方法は、粒子を識別するのに、レーザ光によって開始されることが多い蛍光を利用する。この特定の方法では、レーザ波長は、粒子、微量気体、化合物、または化学元素における吸収共鳴の近傍またはそのピークになるように選択される。この吸収共鳴は、強い蛍光を生ずる吸収共鳴であるように選択される。Ｊａｖａｎに対する米国特許第４，６５１，０１０号に記載される、１つのこうした知られているサイトメトリシステムでは、レーザ光が、ダクトを通して吸い込まれた空気を照明し、空気は被検出粒子を含む場合があり、こうした光は、被検出微量気体または被検出化学元素における吸収共鳴の近傍またはそのピークの波長を有する。光検出器は、レーザ誘導生化学的蛍光によって生ずる結果としての蛍光放射に応答する。Ｊａｖａｎに対する特許で述べるように、照明用レーザビームをパルス化し、光検出器に結合した受信機をゲート制御して、受信機が、各レーザ照明パルスに続く短期間の間、遅延して応答させられるということもまた知られている。遅延は、誤った周囲照明を区別するために、被検出作用剤の蛍光減衰時間を利用するように作られる。
【０００４】
蛍光技法に加えて、粒子の幾何形状は、励起源によって粒子を照明し、散乱プロファイルを記録することによって特徴付けられる可能性がある。こうしたシステムは、Ｈａｉｒｓｔｏｎ他に対する米国特許第５，５６１，５１５号に記載される。
【特許文献１】米国特許第５，５６１，５１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＪａｖａｎおよびＨａｉｒｓｔｏｎ他に対する特許に記載されるものなどの、粒子検出および分類の分野における進歩した装置の利用可能性にもかかわらず、それでも、改良されたシステムおよび方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、流体を搬送する流量管は、検出器アセンブリを通過する。検出器アセンブリは、流量管が、８つの軸外れ楕円ミラーによって囲まれるように構成され、すべてのミラーが流量管の一部と一致する共通第１焦点を有し、それぞれのミラーが別個の第２焦点を有する。第２焦点の１つまたは複数において、１つまたは複数の放射源、さらに、１つまたは複数の高利得光学センサが第２焦点を通して結合される。一実施形態では、すべてのエネルギー源が同時に駆動され、他の実施形態では、選択された光源が駆動され、さらに他の実施形態では、各光源（またはそのグループ）が所定のシーケンスで時々刻々と駆動され、光が、その対応する楕円ミラーを照明する（ミラーの全面の一部を覆う）ようにさせる。各ミラーから反射した光は、流量管の一部の中の共通第１焦点に衝当することになる。流体内で懸濁し、かつ、第１焦点内の任意の粒子は、その後、光を散乱し、光源波長および粒子に応じて、ある量の蛍光（粒子に固有か、当技術分野で知られている蛍光染料染色を通してのいずれかの）を提供する場合がある。このエネルギーは、８つのミラーのそれぞれについての第２焦点のそれぞれに結合したセンサによって捕捉され、それによって、少なくともおおまかに、楕円ミラーのうちの１つからの入射光の方向に対して散乱プロファイルを画定する。第１焦点における粒子のタイプ、サイズ、および量を決定するために、記録されたエネルギー分布は、その後、ミラーすべてから処理される。本発明による装置および方法はまた、１つの粒子が別の粒子の影になるかどうかを判定するのに役立つ。
【０００７】
本発明の付随する利点と共に、本発明の上述のおよび他の特徴は、図面と共に以下の詳細な説明を読むことによって、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、パイプ１３によって既知の特性を有する流体がその中に供給されるノズル１２を含む、本発明による例示的な部品配置を示す。被検出粒子は、入力管１５を通してノズル１２へ送出される。流体および被検出粒子は、好ましくは、被検出粒子が流体全体にわたって一様に分布するように一緒に流れる。ノズル１２は好ましくは、得られた流体／粒子混合物の液滴を生成するように、または全体に懸濁して検出される粒子とともに流体の流れを生成するように構成される。ノズル１２は、検出器アセンブリ２０（以下で詳細に述べる）を通過するように配列された流量管１６に投入する。本明細書で後に述べる本発明の原理に従って、流量管１６（または、検出器アセンブリ２０を通過する流量管の少なくとも一部）は、好ましくは、光検出および反射を妨げないか、または、悪影響を及ぼさない光学特性を有する透明材料（例えば、ガラスまたはプラスチック）で構成される。
【０００９】
本発明の文脈で、パイプ１３を通して供給される「流体」は、液体および／または気体を共に含むことを、当業者は理解するであろう。同様に、パイプ１３を通した流体の付加が不必要である限りにおいて（例えば、被検出粒子がすでに気体中に懸濁しているか、または、検出されるものが気体自体である時）、ノズル１２およびパイプ１３を、共になくしてもよい。
【００１０】
検出器アセンブリ２０を通過した後、流量管１６内の材料は、流量管部１６ａを通して廃物１７として流されるか、または、ポンプ／ファンユニット１８（ポンプまたはファンの選択は、もちろん、流量管１６内部の材料によって決まる）を通り、流量管部１６ｂを通り、流量管１６の入力端に戻るように循環する。図１における例示的な装置を流れる流体の一般的な向きは矢印Ａで表される。
【００１１】
同様に、図１には、本発明の原理に従って機能するようにプログラムされる汎用コンピュータ（図示せず）に接続されると思われるものを含む、本明細書で後に述べることになる解析器３０、任意選択の表示デバイス３２が示される。ディスプレイ３２はまた、例えば、より単純なＬＥＤまたは液晶リードアウトまたはユーザに被検出粒子の性質を指示するために、ユーザに対して視覚出力を提供する任意の形態のデバイスであってよい。
【００１２】
一般的に言えば、被検出粒子は、検出器アセンブリ２０を通して流量管１６を介して流され、検出器アセンブリ２０において、被検出粒子は、放射エネルギー（通常、紫外放射の形態の）、レーザ光、および／または、非平行光または非コヒーレント光を採用するいくつかの技法の１つまたは複数を使用して解析される。
【００１３】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄは、本発明による例示的な検出器アセンブリ２０についての基本構造を示す。まったく異なる目的で使用されるが、同様な構造は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，４２８，１９８Ｂ１号に詳細に記載される。高いレベルにおいて、検出器アセンブリ２０は、流量管１６の方に送られた１つの（または複数の）放射エネルギー源を受け取るように設計され、流量管１６は、好ましくは、検出器アセンブリ２０のほぼ中心長手軸を通過する。結果としての反射光および蛍光作用は、その後、出口ポートに位置し、図１に示すように、光ファイバすなわち光導波路６１を介して解析器３０に接続される、複数の検出器を介して監視される。１つの好ましい実施態様では、検出器アセンブリ２０は、約７．６２ｃｍ（３”）、１０．１６ｃｍ（４”）、高さ９．１１４ｃｍ（３．６”）であり、複数の楕円ミラー１０を備える。
【００１４】
楕円ミラー１０は、複数のＬ形状支持ブラケット１１５によって支持される。「Ｌ」の各翼は、約２．２８６ｃｍ（０．９”）幅で５．７１５ｃｍ（２．２５”）高さである。図２Ｄの等角図は、３つのＬ形状支持ブラケット１１５を示し、４番目のブラケットはその図では検出器アセンブリ２０の背後に隠れている。各ブラケット１１５は、好ましくは、導波路６１を接続することができる一対のクリアランススルーホール（「Ｌ」のそれぞれの面に１つ）１１７、および、蝶ねじクランプ１８によって各導波路６１をそれぞれの調節器１２０に固定するための一対のタップ付き穴１１９を有する。スルーホール１１７は、直径が約１１．４ｃｍ（０．３６”）であり、タップ付き穴１１９は、直径が約０．４８２６ｃｍ（０．１９”）である。楕円ミラー１０は、好ましくは、上部および底部ハブ板１１６、１１４によって支持され、ハブ板はそれぞれ、およそ７．６２ｃｍ（３”）×９．９０６ｃｍ（３．９”）×０．６３５ｃｍ（０．２５”）厚の寸法を有し、１２．５２２２ｃｍ（４．９３”）の直径を有する。上部ハブ板１１６の上面から底部ハブ板１１４の底面までの高さは、ミラー１０を支持する時に約６．９８５ｃｍ（２．７５”）である。
【００１５】
楕円ミラー１０、および、検出器アセンブリ２０用の出口ポート穴を形成するミラー縁部スロット１１２を適切に位置合わせすることを確実にするために、アセンブリの設計内に精密なデータム面の適したセットを構築することが（必須ではないが）望ましい。効率的な光透過および抽出は、こうした適切な位置合わせによって決まる可能性がある。可能性のあるデータム面の詳細は、米国特許第６，４２８，１９８Ｂ１号に詳細に記載され、望まれる限りにおいて採用されてもよい。
【００１６】
やはり図２Ａ〜２Ｄを参照すると、４つの楕円ミラー１０の上部および底部は、好ましくは、それぞれ、ハブ板１１６および１１４の円筒ハブと係合する円筒表面を有する。好ましい実施態様では、楕円ミラー１０は、ガータスプリング（図示しないが、米国特許第６，４２８，１９８Ｂ１号を参照されたい）によってハブ板１１４および１１６に対してしっかりと保持され、ガータスプリングは、楕円ミラー１０の背部内に研削された整合トロイド溝１２７に係合する。
【００１７】
ハブ軸を中心とする各楕円ミラー１０の精密な位置合わせは、各ミラーセクションの上部角縁部のノッチ１４０によって提供される。ノッチ１４０は、好ましくは、ハブ板１１６の底部面に垂直な精密基準面を有する。４つのＬ形状支持ブラケット１１５およびその８つのスルーホール１１７は、スルーホール１１７とミラー縁部スロット１１２との適切な位置合わせを確保するために、ハブ板１１６に対して正確に位置決めされる。そのため、図２Ａ〜２Ｄ（および他の図）から容易にわかるように、ミラー１０（および以下に述べるミラーセクション１１０）は、円の周囲に沿って配列され、円は、検出器アセンブリ２０と同軸であり、検出器アセンブリ２０の中心は、ミラー（１０、１１０）が流量管１６を囲むように流量管１６によって貫かれる。
【００１８】
作製に関して、精密なガラス表面を成形する単位コストは、ガラス表面を研削するコストより低い（また、もちろん、ガラス表面を研削し、研磨するコストより低い）。したがって、楕円ミラー１０の重要な表面は、好ましくは、成形される。
【００１９】
各楕円ミラー１０は、製造の容易さのために好ましい構成である、２つの楕円ミラーセクション１１０を備える。好ましい実施態様では、各楕円ミラーセクション１１０は、第１焦点を、８つすべてのミラーセクション１１０に共通になるように、すなわち、流量管１６のほぼ中心になるように位置決めされる。さらに、各楕円ミラーセクション１１０は、好ましくは、固有の第２焦点を有し、固有の第２焦点のそれぞれは、対応する円筒ロッド１３８（以下で詳細に述べられる）用の円筒出口ポート１２５を提供するそれぞれのミラー縁部スロット１１２上またはその近傍にほぼ中心を持つ。そのため、各楕円ミラーセクション１１０は、流量管１６からの反射光を、所与のミラーセクション１１０の第２焦点か、または、その近傍に配置された対応する出口ポート１２５上に収束させる。各ミラー縁部スロット１１２がそれぞれのＬブラケットポートスルーホール１１７と位置合わせされることに留意されたい。各出口ポート１２５は、直径が約４ｍｍ程度である。上述した寸法特性は、流量管１６が約１．５ｍｍの内径を有することに基づくことに留意されたい。
【００２０】
好ましくは、８つのミラー縁部スロット１１２（各楕円ミラーセクション１１０について１つ）、および、そのため、８つの対応するクリアランススルーホール１１７が存在する。各ミラー縁部スロット１１２がミラー縁部のハーフ穴によって形成されることに留意されたい。各楕円ミラーセクション１１０は、好ましくは、２つのハーフ穴（各面に１つ）を有し、したがって、円筒ロッド１３８用の４つの穴１１２および８つの位置を提供する。一部の実施態様では、より多くの反射光を捕捉するために、各円筒ロッド１３８の直径を拡張することが望ましい場合がある。しかし、こうした拡張は、通常、各ミラー縁部スロット１１２の対応する拡張を必要とし、その拡張は、楕円ミラーセクション１１０の表面のエリアを減少させ、次に、実際に、光収集効率を減少させる可能性がある。ミラーエリアのこの減少が原因である効率の損失は、例えば、ミラー縁部スロット１１２のエリアが、ミラーセクション１１０のエリアのかなりの割合になるように十分に大きい時に重要である。検出器アセンブリ２０は、流量管１６の所望の直径付近で所定のサイズにスケーリングされる可能性があることに留意されたい。スケーリングは、設計の光学的拡大率によって決まり、光学的拡大率は、図４に示す光線の長さの比によって視覚的に明らかな２．３程度である。したがって、より大きな直径の流量管は、第２焦点においてより大きなイメージを生成することになり、それによって、より大きなミラー縁部スロットを必要とする。流量管から散乱した光について高い収集効率を維持するために、スロットエリアは、楕円ミラー表面のエリアに対して小さくあるべきであり、その点で、流量管の直径に対して設計をスケーリングすることが望ましくなる。Ｓ／Ｎを最大にするための、こうした兼ね合いは、Ｂｒｅａｕｌｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｏｎ（アリゾナ州チューソン）によって製造されるＡＳＡＰなどの光学シミュレーションソフトウェアの使用によって、部分的に最適化される。
【００２１】
示した検出器アセンブリ２０の設計は、８つの楕円ミラーセクション１１０から形成された４つの楕円ミラー１０を備えるが、他の代替の設計構成が本発明によって考えられる。例えば、検出器アセンブリ２０は、流量管１６の周囲に配設された多いか、少ない数の楕円ミラーを備えることができ、楕円ミラーはすべて、共通第１焦点を有するであろう。示した構成と同様に、各ミラーの第２焦点は、好ましくは、固有であり、光が出て行くための対応する固有の出口ポートと対になるであろう。検出器アセンブリ２０のミラーの数が多くなればなるほど、流量管１６から、または、対応する出口ポートから見た時の各ミラーによって切り取られる立体角が小さくなるであろう。もちろん、これは、流量管１６を囲むミラーがすべて同じであると仮定する。
【００２２】
楕円ミラー１０は、金属、ガラス、またはプラスチックなどの材料から作製されてもよい。好ましいことには、バルク材料は蛍光を示さない。金属ミラーは、例えば、ダイヤモンド旋削したアルミニウムまたは電鋳されたニッケルから作製されてもよい。ガラスミラーは、ＳｃｈｏｔｔＢ２７０またはＤｕｒａｎ（ホウケイ酸塩）などの材料を採用する可能性がある。プラスチックミラーは、アクリル製品、ポリカーボネート、または、ＴｉｃｏｎａからのＴｏｐａｓなどのシクロオレフィン共重合体（ＣＯＣ）などの材料を採用する可能性がある。ミラーは、好ましくは、非蛍光の性質の、アルミニウム、誘電体薄膜、または、他の高反射性皮膜などの第１表面鏡面皮膜を使用する。皮膜は、好ましくは、ＬＥＤ／レーザ光（例えば、ＵＶ）と散乱光（ＵＶおよび蛍光）の両方を反射する。皮膜はまた、Ｓ／Ｎを増加させるために、所望であれば、ノッチフィルタ特性を備えてもよい。第１表面皮膜のさらなる利益は、光がバルク材料に入ることを防止することであり、仮に存在すれば、バルク材料における任意の残留蛍光作用の可能性が最小になる。もちろん、縁部スロット１２５の表面およびハブ板１１４および１１６の内部表面は、流量管１６からの光散乱にさらされ、同様に蛍光特性について考慮されなければならない。
【００２３】
固体コアファイバ導波路６１などの光ファイバは、対応する出口ポート１２５と連携するように接続される。これは、円筒ロッド１３８（以下で述べる）ありかまたはなしで達成される可能性がある。各ファイバ６１の位置は、出口ポート１２５との適切な位置合わせを確保するように、それぞれの調節器１２０によって調整されてもよい。各調節器１２０は、対応するファイバ調整スルーホール１１７と位置合わせされることに留意されたい。
【００２４】
円筒ロッド１３８は、高い屈折率を有する固体ガラス（例えば、ＬａＳＦＮ３１）または低い屈折率を有する溶融シリカから作製されてもよい。例示的な円筒ロッド１３８は、長さが１３ｍｍで、直径が４ｍｍである。こうしたロッド１３８は、光学的に透過性の要素または光パイプを提供し、対応するファイバ６１に対して空気で分離されるか、または、接合されることができる。
【００２５】
ミラーセクション１１０のそれぞれは、楕円主軸を中心とする回転楕円面であることに留意されたい。それに応じて、検出器アセンブリ２０は、アセンブリの空洞の中心に第１共通焦点、および、任意の他の楕円と共有されない第２の固有焦点を有する、８つの楕円ミラーセクション１１０を有し、第２の固有焦点は、それぞれの隣接する楕円ミラーセクション１１０の縁部近傍に配置された８つのミラー縁部スロット１１２のうちの１つのところにある。第２焦点は、やはり、Ｓ／Ｎを最大にする意図で、好ましくは、楕円ミラーから反射する光線が、流量管１６を横切ることを避けるように配置される。
【００２６】
ミラー縁部スロット１１２は、好ましくは、それぞれの透過性要素（例えば、図３の要素５１）、または、固体円筒ロッド１３８などの光学光パイプ、または、その長さにわたって円から多角形へ変形して、同等の形状の導波路（例えば、要素５１）に効率的に結合するロッドとインターフェースする可能性がある。楕円ミラーからの第２焦点は、その焦点がスロット１２５を越えたところにあるように設計される可能性があり、それによって、例えば、楕円ミラーから要素５１へ直接結合するロッド１３８に対する必要性がなくなることに留意されたい。しかしながら、このことは、縁部スロットを囲む楕円ミラーによって影ができないように、スロット径を少し大きくすることを必要とするであろう。
【００２７】
被検出粒子からの所望の蛍光反応を達成するために、流量管１６を流れる物質を照射するための２つの主な方法が存在する。第１の方法は、出口ポート１２５のそれぞれ（または、少なくともサブセット）を、入力ポートと出力ポートの組合せとして機能させることである。図３は、紫外（ＵＶ）ＬＥＤ（レーザダイオード、または、遠隔ＵＶ源からのＵＶ搬送ファイバ）４９が、出口ポート１２５の少なくとも１つに隣接して配置されたＵＶ透過ミラー５０の１つの面に位置決めされている配置構成を示す。ＬＥＤからのＵＶの発散は、好ましくは、対向する楕円ミラー１０の前面のほんの一部を覆うように選択される。楕円ミラー１０の幾何形状は、ＵＶ光のすべてを、流量管１６の内径にわたってほぼ集中するように設計される。そのため、図示するように、ＵＶ  ＬＥＤ４９によって放出される放射は、ＵＶ透過要素５０を透過し、流量管１６内の被検出粒子が「照明される」。この照明によって、被検出粒子は、ＵＶ放射を吸収することができ、それによって、蛍光が生成される。その後、検出器アセンブリ２０内の流量管１６の周囲に配設された、いくつかの楕円ミラーセクション１１０の固有の焦点位置の結果として、出口ポート１２５の１つまたは複数において、この蛍光が受け取られる。好ましい実施形態では、生成した（非ＵＶ）蛍光は、その後、ＵＶ透過要素５０に入射し、ＵＶ吸収ガラス（非蛍光）台形導波路５１を通して上に反射される。好ましくは、１つまたは複数の光検出器５３ａ、５３ｂ（この場合、アバランシェ光検出器、ＡＰＤ）が適切な放射帯域を検出できるように、１つまたは複数のバンドパスフィルタ５２ａ、５２ｂが導波路５１と一直線に設置される。こうして、流量管１６を流れる物質を照射するための第１の主な方法によれば、出口ポート１２５は、ＵＶ放射および戻りの蛍光放射がそこを介して通る入力チャネルと出力チャネルの組合せとして利用される可能性がある。この実施形態は、出口ポート１２５に配列された非画像化光学部品と共に述べられていることに留意すべきである。しかし、所望であれば、１つまたは複数の出口ポート１２５において、画像化光学部品が利用されるであろう。
【００２８】
先の配置構成の利点は、楕円ミラーが拡張するＵＶビームを流量管１６上のある点（図３に示す）に収束させることになるため、光源は、付加的な光学部品を収容する必要がないことである。同様に、この配置構成は、特に、ＵＶ源が２つ以上のポートに設置される場合に、影にある粒子の検出を可能にする。一方、この構成の１つの欠点は、各出口ポート１２５においてアセンブリを複雑にすることである。
【００２９】
流量管１６を流れる物質を照射するための第２の主な方法によれば、レーザ６０（図４に示す）が採用される。このレーザは、各出口ポート１２５において配列された個々の検出装置と同じ位置に配置されるように配列されることが考えられるが、１つまたは複数のミラーセクション１１０内に設置された個別に設けられた開口にレーザ（または、小さなビーム幅を有し、平行光にされる他の励起源）を配置することも可能である。この後者の構成は図４に示される。本明細書で述べる本発明の８つのミラーバージョンにおいて、光源および検出器の異なる組合せが採用される可能性があることを、当業者は理解するであろう。
【００３０】
この第２の実施態様の利点は、励起源のために８つのポート位置の任意の位置を消費すること、および、各出口ポート１２５が同じ検出器の構成（例えば、台形導波路または画像化光学部品）を有することを可能にすることを含む。
【００３１】
こうした配置構成の一部の考えられる欠点は、光源が、ビームを平行光にするために、おそらく、付加的な光学部品を有する必要があり、光源が流量管１６を確実に照射するために、適切な位置合わせ構造を必要とする場合があることを含む。同様に、ビームサイズは、楕円ミラー表面（複数可）の大きな割合を消費することを避けるために十分に小さい必要があり、小さくなることによって、その関連するミラーが内部に穴を有するポートについて感度の低下がもたらされるであろう。また、ビームが照明する粒子の数を最小にするためにビームがただ流量管１６の狭い部分を照射するように小さいビームが望ましい。同様に、単一レーザは、他の粒子によって影になる一部の粒子を照明することができない場合がある。
【００３２】
図４および図５は、それぞれ、本発明の実施形態の平面図および立面図を示す。これらの図は、流量管１６内の粒子によって散乱する光が、選択された画像化および／または非画像化検出器７５においてどのように収集されるかを、いくつかのレイトレースを示すことによって示す。画像化検出器は、例えば、輝度増倍型ＣＣＤなどのピクセル化されたアレイであってよく、一方、非画像化検出器は、図３に示すようなフォトダイオード、または、台形導波路５１などの単なる透過性デバイスなどのデバイスを含むことを意図される。
【００３３】
図４の場合、角度α（アルファ）が提示され、図５の場合、角度θ（シータ）が提示される。これらの角度は、これらの図の断面図について、方位角（アルファ）および仰角（θ）の収集半値角を表わす。照射後に粒子が蛍光を発すると仮定し、さらに、蛍光が等方性である（立体角当たり等しいエネルギーが照射する）と仮定する場合、各楕円ミラーセクション１１０の第２焦点に設置された検出器は、ミラーのすべての点から光を受け取るであろう。ミラーが非対称であるため、収束ビームもまた非対称であり、アルファおよびシータの最大収集半値角で（大雑把に）表わされる可能性がある。実際には、図２Ｂに示すように、各ミラーセクション１１０の境界は多少複雑であるため、例えば、ミラーの最も上の角および最も下の角でミラーセクション１１０を照らす蛍光は、アルファおよびシータを超えるであろう。図３に示す台形光学部品５１は、シータを＋／−２５°から、＋／−１２．５°のアルファに等しくなるように収束するのに使用され、アルファは変わらないままであることに留意されたい。
【００３４】
図６は、いくつかのレイトレースによって、検出器アセンブリ２０のさらに別の平断面図を示す。示すように、流量管１６は、８つすべての楕円ミラーセクション１１０の共通第１焦点に位置決めされる。各楕円ミラーセクション１１０はまた、主に出口ポート１２５の１つの上にある、別個の第２焦点を有する。その結果、反射した光ビームは、流量管１６からはずれ、それによって、出口ポート１２５において高い収集効率が達成される。
【００３５】
それは、当業者には明らかであるはずであるが、それでも、出口ポート１２５に隣接して取り付けられた各検出器７５は、対応する楕円ミラーセクション１１０の所定の１つから到来する光を検出することが留意される。
【００３６】
図３を参照すると、１つまたは複数のポート１２５がこれらのデバイスを装備する可能性があることが、当業者によって理解されるべきである。特に、台形非画像化光学部品５１（所望である場合には、適切なバンドパスフィルタを有する）が、出口ポート１２５の出力に設けられる。こうした光学デバイス（Ｍｉｎｄｒｕｍ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（カリフォルニア州ランチョクカモンガ（Ｒａｎｃｈｏ  Ｃｕｃａｍｏｎｇａ））によって作製される可能性がある）は、非対称角度出力（＋／−１２．５°、＋／−２５°）を先に説明したように対称にする可能性がある。別法として、非対称は、１つまたは複数のポートを通してレーザ光を検出器アセンブリ２０内に結合しようとする時に有利である可能性がある。その理由は、ほとんどのレーザダイオードが非対称角度拡散を有するからである（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｅｌｌｅｓｇｒｉｏｔ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｌａｓｅｒｓ／ｌｓｒｄｉｏｄｅ．ａｓｐを参照されたい）。粒子幾何形状が主な目的である場合（蛍光を介した生物学的検出ではない）、ＵＶ  ＬＥＤ４９（例えば、Ｒｏｉｔｈｎｅｒ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ（オーストリア、ウィーン（Ｖｉｅｎｎａ））から入手可能）は、非ＵＶ光源によって置き換えられる可能性があり、その光源についての、当業者に知られている多くの光源が存在することに留意することも重要である。さらに、当技術分野で知られるように、また、Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（光ダイオード増幅器）、Ｏｐ  Ａｍｐ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ（オペアンプ解法）、Ｊ．Ｇｒａｅｍｅ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ＩＳＢＮ０−０７−０２４２４７−Ｘに記載されるように、ＡＰＤ５３ｂは、光源と置き換えられる可能性があり、ＡＰＤ５３ａは、改善したＳ／Ｎを提供するために（例えば、ダークノイズを差し引くために）、同じデバイスにおいて２つ以上の検出器を採用する可能性がある。ＡＰＤは、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒｓからのカスタムアレイで入手可能である（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐａｃｉｆｉｃ−ｓｅｎｓｏｒ．ｃｏｍ／ｐａｇｅｓ／ｐｒｏ−ａｐ．ｈｔｍｌを参照されたい）。非常に高い透過率および消失比を有する、適したバンドパスフィルタ技術は、Ｏｍｅｇａ  Ｏｐｔｉｃａｌ，Ｉｎｃ．（バーモント州ブラトルボロー（Ｂｒａｔｔｌｌｅｂｏｒｏ））から得られる可能性がある。図３に示す要素のスペクトル透過率は、こうした設計における対象の波長に基づいてＳ／Ｎを改善するように選択されることに留意されたい。こうした材料は、例えば、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ペンシルバニア州デューヤ（Ｄｕｒｙｅａ））から得られる可能性がある。
【００３７】
好ましい実施態様では、輝度増倍型ＣＣＤ（例えば、Ｈａｍａｍａｔｓｕからの、ｈｔｔｐ：／／ｕｓａ．ｈａｍａｍａｔｓｕ．ｃｏｍ／ｓｙｓ−ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ．ｈｔｍｌを参照されたい）、または、同様な画像化デバイスは、楕円の第２焦点のまたは第２焦点から投射された光を受け取り、光は、ディスプレイ３２上に表示される、かつ／または、解析器３０、または、より一般的には、コンピュータによって、電子的にセーブされる、かつ／または、操作されるように電子的に捕捉されてもよい（従来技術でよく知られている）。
【００３８】
検出器アセンブリ２０の構成の観点から、本発明は、粒子検出の技術分野においていくつかの固有の利点を提供する。例えば、本発明による検出器アセンブリ２０の構成は、従来の粒子検出器に比べて、ずっと小型で、かつ、流量管を収集ミラーでほぼ（さらには、完全に）囲むことによって収集効率がずっと高い。さらに、円形の方式、すなわち、順次回転方式で粒子を照射する方法は、別の次元の機能性を提供する。
【００３９】
より具体的には、上述したように、流量管１６は、８つの軸外れ楕円ミラーによって囲まれ、すべてのミラーが流量管１６の一部と一致する共通第１焦点を有し、それぞれのミラーが別個の第２焦点を有する。第２焦点、すなわち、出口ポート１２５の一部またはすべてにおいて、１つまたは複数の放射源、さらに、１つまたは複数の高利得光学センサ、例えば、検出器７５が設置される。個別に配置されたレーザ源の実施形態では、放射源は、出口ポート１２５と同じ位置に配置されるか、または、独立して配置される。
【００４０】
各光源は、瞬間的に、かつ、同時に駆動される、グループで駆動される（例えば、直交方向からの照射のため）、または、所定のシーケンスで時々刻々と駆動され、光が対応する楕円ミラーセクション１１０を照明する（の前面の一部を覆う）ようにさせる。この光は、流量管１６の一部の中の共通第１焦点に衝当する。第１焦点内の任意の粒子は、その後、光を散乱することになり、光源波長および粒子に応じて、ある蛍光量も提供することができる。このエネルギーは、８つのミラーのそれぞれについて、第２焦点、出口ポート１２５のそれぞれにおいて検出器７５によって捕捉され、それによって、少なくともおおまかに、楕円ミラーのうちの１つからの入射光の方向に対して散乱プロファイルを画定する。第１焦点における粒子のタイプ、サイズ、および量を決定するために、記録されたエネルギー分布は、その後、ミラーすべてから処理される。「あらゆる角度からの」解析というこの方法はまた、１つの粒子が別の粒子の影になるかどうかを判定するのに役立つ。
【００４１】
十分に高速でない場合があるＵＶ  ＬＥＤ４９の場合、または、（流量管１６内の粒子速度と比較した時に）蛍光減衰時間が長い場合、流量管１６が、時間的に最も接近した直交視（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｖｉｅｗ）で照射されるようにパルス化シーケンスが構成されることができ、それによって、１つまたは複数の粒子が影になっているかどうかを区別するための最もよい機会が与えられるであろう。少なくとも１回の測定についてシグナル対ノイズ比を最大にするために、少なくともそれぞれの繰り返し測定サイクル時間中に、ＵＶ  ＬＥＤをすべて同じにパルス化することもまた望ましい場合がある。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態の先の開示は、例示および説明のために提示された。先の開示は、網羅的であること、または、開示したまさにその形態に本発明を限定することを意図しない。本明細書に述べた実施形態の多くの変形および変更は、先の開示に照らして、当業者に明らかになるであろう。本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求項、および、その等価物によってのみ規定される。例えば、励起源は、共通第１焦点に隣接する１つまたは複数の抽出特徴部を有する、光パイプのような管を使用して、粒子の流れの方向に沿って流量管内に結合される可能性がある。同様に、湾曲ミラーまたは多面体ミラーを含む光学幾何形状、分散アレイの種々の配置構成、ならびに、米国特許第６，４２８，１９８号に記載されるような配置構成を含む光学幾何形状などの、流量管を完全に囲む代替の収集光学幾何形状が採用される可能性がある。
【００４３】
さらに、本発明の代表的な実施形態を述べる時に、本明細書は、本発明の方法および／またはプロセスを特定のステップのシーケンスとして提示した可能性がある。しかし、方法またはプロセスが、本明細書で述べたステップの特定の順序に依存しない限りにおいて、方法またはプロセスは、述べた特定のステップのシーケンスに限定されるべきではない。当業者が理解するように、他のステップのシーケンスが可能である場合がある。したがって、本明細書に述べたステップの特定の順序は、特許請求項に対する制限と解釈されるべきではない。さらに、本発明の方法および／またはプロセスを対象とする特許請求項は、記された順序でのステップの性能に限定されるべきではなく、当業者は、シーケンスが、変わり、本発明の精神および範囲内にやはりとどまることができることを容易に理解する可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による例示的なシステムの略図である。
【図２Ａ】本発明による例示的な検出器アセンブリの組み立て図である。
【図２Ｂ】本発明による例示的な検出器アセンブリの等角図である。
【図２Ｃ】本発明による例示的な検出器アセンブリの等角図である。
【図２Ｄ】本発明による例示的な検出器アセンブリの側立面図である。
【図３】本発明による、サンプルを励起し、検出するＵＶ  ＬＥＤを含む配置構成を示す図である。
【図４】本発明による、レーザ励起源を有する検出器アセンブリを示す図である。
【図５】本発明の実施形態の立面図である。
【図６】本発明による、レイトレースを含む、検出器アセンブリの断面図である。
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【図１】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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