CN101061381A

CN101061381A - 利用配置的光引导装置的均匀照明光检查流体的装置

Info

Publication number: CN101061381A
Application number: CNA2005800395255A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·纳瑞; 保罗·莫伦诺; 迪迪尔·卡里梅恩
Original assignee: ABX SA
Current assignee: ABX SA
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-10-24
Also published as: FR2878032B1; EP1817569B1; US7724371B2; FR2878032A1; JP2008520989A; US20090161107A1; KR20070086088A; WO2006053960A1; BRPI0517723A; JP5134968B2; EP1817569A1

Abstract

本发明涉及一种用于检查流体的光学装置(D)，包括：测量空间(4)，它包含用于被检查流体的强制性通道(5)，至少一个光源(7)，用于传递被选取的光到光照明装置(21－25)，其作用是至少收集部分已穿过强制性通道(5)的光，并传递该光到分析装置(20)，用于分析被收集的光，为的是传递代表被收集的光携带的数据的信号。光照明装置(8－12)包括：第一光引导装置(8)，它包含与光源(7)相对的一端(9)，并配置成按照被选取的几何形状传递来自光源(7)的光，因此，它可以按照基本均匀的方式和基本恒定的强度照明强制性通道(5)。

Description

利用配置的光引导装置的均匀照明光检查流体的装置

技术领域

本发明涉及流体分析的领域，具体涉及利用光分析(或检查)流体所用的装置。

背景技术

在某些领域，例如，医学分析(血液计数或流动的血细胞计数)，利用基于流体和光的不同成份之间相互作用的流体检查装置。

这些装置通常包括：有用于被检查流体的强制性通道的测量空间；提供被选取的光到光照明装置的光源，利用这种光照明强制性通道；光学装置，它的作用是至少收集一些已经传输通过强制性通道的光，并把它传递到用于分析被收集的光的分析装置，为的是传递代表它携带的数据的信号。在法国专利FR 2653885中具体描述这种类型的装置。

例如，被收集的光携带的数据涉及被检查的流体中各种成份的形式和/或反射系数和/或衍射系数和/或吸收系数。例如，利用透射测定法得到这种数据在现有技术中是熟知的，此处不再描述。

例如，在血液分析的情况下，检查装置必须能够按照它们的分类(主要是血细胞(或白血细胞)和红细胞(或红血细胞))，以及在它们分类内的变种(例如，在白血细胞中的淋巴细胞，单细胞，中性白细胞和嗜曙红细胞，或在红血细胞中的网状细胞)自动地区分血液细胞。

为了使检查装置可以区分在被检查的流体中悬浮的不同成份，在传输通过测量空间中的强制性通道时，这些成份在相同的时间周期内必须接收基本相同强度的光。

为了在强制性通道限定的整个表面上得到基本均匀分布的光，人们建议使用非相干光源，例如，与光阑耦合的白炽灯光源和所谓的Kohler光学装置。这种装置是利用第一透镜在第二透镜的光瞳平面上形成光源的图像，而第二透镜的作用是在测量空间的强制性通道平面上形成光阑的图像。

这种Kohler光学装置的第一个缺点是，它有很弱的测光量，即，在测量区上仅集中非常少的光，因此，它使某些分析变得很困难，特别是在生物细胞分析的情况下。

为了增大光量，可以使用高功率的光源，通常是几十瓦的光源。然而，这种光源产生相当大的热量，它很容易干扰分析并造成昂贵的费用。

这种Kohler光学装置的第二个缺点是，它需要一组透镜，而把这些透镜放置在测量空间的邻近是不容易的。事实上，众所周知，流体喷嘴的尺寸越小，它可以使光束的数值孔径变得越大和光度测量的平衡越好。因此，对于给定直径的流体喷嘴，照明装置与强制性通道越接近，则光度测量的平衡就越好。

现有的已知检查装置不是完全令人满意的，本发明的目的是改进这种情况。

发明内容

为此目的，我们建议一种利用光学方法检查流体的装置，包括：测量空间，它包含用于被检查流体的强制性通道，至少一个光源，用于传递被选取的光到光照明装置，它的作用是利用这个光照明强制性通道，光学装置，用于至收集少一些已传输通过强制性通道的光，并把它传递到用于分析被收集光的分析装置，为的是传递代表被所述光携带的数据的信号。

这个装置的特征是，它的光照明装置包括：第一光引导装置，它有与光源相对的一端，并配置成按照被选取的几何形状传递从光源得到的光，因此，它可以按照基本均匀的方式和基本恒定的强度照明强制性通道。

按照本发明的装置可以有可以单独或集合的附加特征，具体是：

●它的第一光引导装置可以是光纤的形式，

●光纤的的配置端包括：在选取长度上微机械加工成被选取形状的芯，为了使光产生全反射并传递有被选取几何形状(例如，基本是矩形)截面的光束，

●光纤可以是多模光纤，任选地，它有折射率差，

●光源可以是多色型光源，

●光源可以是准单色型光源，

●在有多个(准)单色光源的情况下，可以提供一个复用装置，包括：输入端和输出端，输入端耦合到这些(准)单色光源中每个光源的输出端，而输出端耦合到与其配置端相对的第一光引导装置的供给端，

●校正装置可以安装在强制性通道的上游，其目的是校正光照明装置以外的其他部分引入的色差，

●光收集装置可以包括：第二光引导装置，它有朝向强制性通道的收集端，

●第二光引导装置的结构是光纤形式，

●每个光源的位置是在穿过第一光引导装置的配置端，强制性通道和第二光引导装置的收集端的轴之外。在这种情况下，每个光源和/或至少部分的分析装置可以被植入到电子卡上，

●每个光源可以是发光二极管，激光二极管，激光器，白炽灯或放电灯。

本发明特别适合于样本的医学分析，具体是流动的血细胞计数和血液计数，虽然这不是限制性的。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述，本发明的其他特征和优点是显而易见的，其中

图1是按照本发明实施例的光学流体检查装置的示意图，

图2A和2B分别表示称之为“圆柱形透镜”型的光照明光纤配置端的平面图和正视图，

图3表示借助于图2中的光纤在强制性通道上得到的光束截面形状的示意图，和

图4是利用按照本发明检查装置得到的血液分析结果的图像。

具体实施方式

这些附图不但可以作为本发明的补充，而且在某些情况下还可以说明它的定义。

现在参照图1和2，为的是描述按照本发明实施例的光学流体检查装置D。

在以下的描述中，我们假设装置D是用于检查(或分析)血液样本形式的流体，为的是实施血液计数。然而，本发明不局限于这种类型的流体或计数。事实上，它涉及各种类型的计数，以及各种类型的分析，特别是流动的血细胞计数。

如图1所示，按照本发明的检查装置D包括：测量器皿1，最好是称之为“流动套管”器皿类型，例如，在法国专利FR 2653885中所描述的器皿。

简单地说，这种类型的器皿1包含内壁，在内壁上放置会聚喷嘴2，它通常是由蓝宝石制成，并限定一个直径通常为60μm的定标喷嘴。该内壁限定一个内槽3，其中放置非常小的毛细管(未画出)，其直径通常为200μm，该端的位置是与喷嘴2相对，并与它有很短的距离。这个毛细管的作用是使被检查的流体到达喷嘴2的上游，为的是成为在围绕毛细管的所述内槽3中循环的二次缓冲流体携带的主通量的形式。

器皿1还包括在喷嘴2的下游的测量空间4，它包括强制性通道5(或测量区或测量窗口)，用于检查由喷嘴2传递的流体。

由于喷嘴2有很小的尺寸并利用流体动力学缓冲技术，(被检查流体的)血液细胞是在强制性通道5上是一个接一个出现的，因此，它至少可以接受以下描述的光学分析。

利用在图中画出的部分收集管道6，可以在器皿1的上部收集到被检查的流体。

以上描述的光学分析是借助于被检查流体的细胞(成份)与在测量空间4的强制性通道5上的光束之间相互作用实现的。

照明强制性通道5的光束是由光照明装置(以下称之为照明光学元件)传递的，该光束至少是由一个光源7提供的。

具体选取光源7所发射的光是根据被分析的细胞和/或染料，这种染料可用于给某些种类(或亚类)细胞染色。应当回想到在细胞分析中经常使用的荧光染料。事实上，当染色细胞中包含的染料吸收光源7的发射波长时，它几乎立刻(通常是10^-8s)和各向同性地再发射称之为荧光的辐射，其波长大于被吸收的光辐射波长。所以，可以在与光分析轴成90°或平行于这个轴上收集这种荧光(外荧光)。

取决于它的要求，可以选取发射准单色光的光源7或发射多色光的光源7。

可以使用准单色光源7，例如，发光二极管(或LED)。然而，也可以使用激光二极管或激光器，如果需要，它的发射波长和发射功率可以使被分析的染色成份发射荧光。

可以使用多色光光源7，例如，白炽灯或弧光灯或众多的(准)单色光源。

按照本发明，照明光学装置包括：至少第一光引导装置8，它有与光源7相对的第一端9，配置成按照选取的几何形状传递从光源7得到的光，因此，它可以按照基本均匀的方式和基本恒定的强度照明强制性通道5。

换句话说，第一端9配置成传递这样形式的光束，在被选取的几何形状表面上，该光束的截面有均匀的强度分布。

重要的是注意到，第一光引导装置8传递的光束截面形状不必与到达强制性通道5上的光束有相同的截面形状。事实上，如图1所示，照明光学装置可以包括：第一光引导装置8，和光学元件，它的作用是在强制性通道5上传输光束，和任选地，使该光束有强制性通道5的形式。因此，在第一光引导装置8的输出端上可以提供有平行表面的调整板10，这个调整板的作用是精确地控制光束相对于强制性通道5的横向位置，和相对于被检查流体的横向位置。还可以提供投影光学装置11，包括：一对变形光学型的透镜，它放置在调整板10与器皿1之间，其目的是聚焦光束到强制性通道5上。

如图2A和2B所示，第一光引导装置8最好是光纤的形式，而与第一配置端9相对的光纤第二端12耦合到光源7的输出端。

例如，光纤8的第一配置端9包括一个部分13，在它的一段被选取长度上已没有外皮14，而芯15的外表面最好是利用反射的金属材料覆盖(除了端部16以外)。芯15的端部16在一段被选取的长度上是利用微机械加工成被选取的形状，为的是可以产生光的全内反射，并传递有上述被选取形式(在它的截面上)的光束。通过微机械加工芯15的端部16，实际上可以仅仅保留它的中间部分，而在所谓的折射率差光波导中，它是光有均匀光场的区域。

在图2A和2B所示的实施例中，芯15的端部16是利用微机械加工的，为的是传递有基本矩形截面的光束。微机械加工的目的是为了在芯15中限定两个倾斜的表面17和18，这两个面的倾斜角约为50°至55°，并在它们相交之前终止，为的是形成一个基本矩形的端部。倾斜面17和18还可以有停止折射光的外涂层。

例如，这种类型微机械加工的第一端9是由日本公司Namiki制造的。更精确地说，所展示的实施例对应于称之为“圆柱形透镜”型光纤8(或CLF表示“圆柱形透镜光纤”)的一端，在互联网“www.namiki.co.jp/nqt/tp14.html”上可以找到它的具体技术细节。

由于这种类型的微机械加工，并利用以上给出类型的光学元件(调整板10和投影光学装置11)，光束的截面在强制性通道5上基本是矩型，如图3所示。例如，从利用微机械加工有矩形端部16的光纤8开始，测得的面积约为155μm×55μm，可以得到矩形照明表面，其长度X约等于105μm和宽度Y约等于33μm。

例如，光纤8可以是多模型光纤，任选地，它是有折射差的光纤。可以利用由3M，Lucent Technology和OPS公司制造的光纤。

利用光纤8，可以在电子卡19上移动光源7，参照以下所制作的，在电子卡19上还可以植入至少一些分析装置20。光源7被位移到测量器皿1的光轴(即，穿过第一光引导装置8的配置端9，强制性通道5和第二光引导装置23的收集端25的轴，以下描述)之外是特别有利的，因为它能够使热源远离器皿1的相邻周围。

此外，由于利用本发明，检查装置D在机械结构和光学结构方面比包括Kohler装置的相同装置简单得多，其中光纤8的第一端9可以替换Kohler装置中的一对非球面透镜，且不再需要使用聚光镜和漫射器。

此外，使用光纤8能够使测量器皿1小型化。

而且，由于微机械加工有非常高的精确度以及它的高度可重复性，对测量器皿1不需要使用一些微米级的调整装置，因此，它可以提高检查装置D提供的性能的可重复性。

重要的是注意到，在存在多色光源7的情况下，除了照明光学元件8-12以外，可以提供校正光学装置(未画出)，其目的是至少可以消除照明光学元件引入的一些色差。此外，可以设计这些相同的光学元件，为的是校正被器皿壁和流过的液体厚度引入的几何象差。可以利用一个或多个非球面屈光度的光学元件完成这种校正，其中的一个光学元件可以有衍射光栅，它用于校正色差。

此外，使用光纤8能够使检查装置D配备多个发射不同波长的(准)单色光源。在这种情况下，每个光源耦合到复用器的一个输入端，而复用器的输出端耦合到光纤8的输入端。

如上所述，以上描述的照明光学装置所传递的光束与被检查流体之间的相互作用发生在测量器皿1的强制性通道5上。这个相互作用的结果是利用普通的分析装置20进行分析的，例如，此处没有描述的一个或多个光电检测器，它借助于位于测量器皿1的下游的光收集装置21-25。

更精确地说，在图1所示的非限制性实施例中，光收集装置包括：一对透镜21，例如，变形光学透镜，用于收集已经传输通过测量空间4的光，在此之后的调整板22，例如，平行平面型调整板，用于精确地引导在第二光引导装置23中收集的光，它的输出端24耦合到用于分析的检测装置20。

光电检测的原理是众所周知的。应当注意的是，被检查流体中的每个成份(细胞或粒子)是被染色或没有染色的，它到达强制性通道5上，吸收和/或衍射和/或反射被照明光学装置(主要是第一光引导装置8)整形并在所述强制性通道5的整个表面上有基本恒定均匀性和强度的光。这些相互作用有助于减小光电信号的连续分量，该信号是由光电检测器传递(没有任何相互作用)，它是由电脉冲指出，脉冲的形状和脉冲宽度是已与照明光相互作用的各个分量的特征。

图4表示利用按照本发明检查装置D得到的一个图像的例子，它代表血液样本中白血细胞总体的分布矩阵。该图的右上部分表示嗜酸性细胞的总体，该图的中间部分表示中性白细胞的总体，该图的右下部分表示单细胞的总体，和图的中下部分表示淋巴细胞的总体。

最好是，第二光引导装置23是光纤的形式，它的第一端25有被收集的光(在这种情况下是由调整板22提供)，而第二端限定输出端24。

借助于这个收集光纤23，可以把光电检测器放置在测量器皿1的光轴之外，例如，它是在电子卡19上，从而在机械结构和光学结构方面进一步简化该装置。

本发明不局限于此处描述的光学流体检查装置的实施例，它仅仅作为例子，本发明可以包括专业人员在以下权利要求书范围内所想象的各种改进。

Claims

1.一种利用光学方法检查流体的装置(D)，包括：i)有用于被检查流体的强制性通道(5)的测量空间(4)，ii)至少一个适合于传递被选取光的光源(7)，iii)光照明装置(8-12)，它是由所述光源(7)供给光，并安排成按照被选取的几何特征，利用所述光照明所述强制性通道(5)，iv)光收集装置(21-24)，安排成至少收集一些已经传输通过所述强制性通道(5)的光，并传递它到被选取的位置，和v)分析装置(20)，它是由所述光收集装置(21-25)提供收集的光，并安排成分析所述被收集的光，为的是传递代表它携带的数据的信号，其特征是，所述光照明装置(8-12)包括：第一光引导装置(8)，它有与所述光源(7)相对的一端(9)，并配置成按照被选取的几何形状传递从光源(7)得到的所述光，因此，它可以按照基本均匀的方式和基本均匀的强度照明所述强制性通道(5)。

2.按照权利要求1的装置，其特征是，所述第一光引导装置(8)是光纤形式。

3.按照权利要求2的装置，其特征是，光纤(8)的所述配置端(9)包括：沿被选取的长度微机械加工成被选取形状的芯(15)，以便使所述光发生全内反射并传递有被选取几何形状截面的光束。

4.按照权利要求3的装置，其特征是，所述被选取的几何形状基本上是矩形。

5.按照权利要求2至4中任何一个的装置，其特征是，所述光纤(8)是多模型光纤。

6.按照权利要求5的装置，其特征是，所述多模光纤(8)有折射率差。

7.按照权利要求1至6中任何一个的装置，其特征是，所述光源(7)是多色型光源。

8.按照权利要求1至6中任何一个的装置，其特征是，所述光源(7)是准单色型光源。

9.按照权利要求1至6中任何一个的装置，其特征是，它包括：至少两个发射不同波长的准单色型光源(7)。

10.按照权利要求9的装置，其特征是，它包括：有输入端和输出端的复用装置，输入端耦合到每个所述准单色光源(7)的输出端，而输出端耦合到与所述配置端(9)相对的所述第一光引导装置(8)的供给端(12)。

11.按照权利要求7至10中任何一个的装置，其特征是，它包括：校正装置，安装在所述强制性通道(5)的上游，并适合于校正所述光照明装置(8-12)引入的色差。

12.按照权利要求1至11中任何一个的装置，其特征是，所述光收集装置(21-25)包括：第二光引导装置(23)，它有朝向所述强制性通道(5)的收集端(25)。

13.按照权利要求12的装置，其特征是，第二光引导装置(23)被制成光纤形式。

14.按照权利要求12和13中任何一个的装置，其特征是，所述光源(7)的位置是在穿过所述第一光引导装置(8)的所述配置端(9)、所述强制性通道(5)和所述第二光引导装置(23)的所述收集端(25)的轴之外。

15.按照权利要求1至14中任何一个的装置，其特征是，它包括：电子卡(19)，在电子卡(19)上植入每个光源(7)和/或至少一些所述分析装置(20)。

16.按照权利要求1至15中任何一个的装置，其特征是，每个光源(7)是从至少包括下列的一组中选取的：发光二极管，激光二极管，激光器，白炽灯和放电灯。

17.在医学分析样本的领域，具体是在流动的血细胞计数和血液计数中，以上权利要求之一所述的检查装置(D)的用途。