JP2014190748A - 粒子分析装置、粒子分析装置用光学系および粒子分析装置用レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を低減させることが可能な粒子分析装置、粒子分析装置用光学系および粒子分析装置用レンズを提供する。
【解決手段】血球分析装置１は、光学検出器として、フローセルＤ１と、光照射光学系Ｄ３と、前方散乱光受光光学系Ｄ４を備える。前方散乱光受光光学系Ｄ４は、フローセルＤ１からの前方散乱光を集光する前方集光レンズ２０１と、集光された前方散乱光を受光するフォトダイオード２０３と、フローセルＤ１を透過した直接光を除去するビームストッパＳを備える。前方集光レンズ２０１は、非球面のレンズ面を備え、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるよう構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、粒子を含む流れに光を照射して粒子の分析を行う粒子分析装置、当該粒子分析装置に用いる光学系、および、粒子分析装置において粒子から発せられた光を受光部に集光させるために用いられるレンズに関する。

従来、光学式フローサイトメータを用いた粒子分析装置が知られている。この種の粒子分析装置では、血液等の被検粒子を含む試料がフローセルに流され、その流路に光源から出射された光が照射される。そして、受光光学系により、各粒子から発せられる光が検出され、検出された光に基づいて、粒子の分類および計数が行われる。

光源からフローセルに光が照射されると、フローセルを流れる粒子によって光が散乱される。こうして散乱された光のうち、前方に散乱する光（前方散乱光）が、集光レンズによって、光検出器の受光面に集光される。かかる前方散乱光は、粒子の大きさや形態情報等の特徴量を検出するために用いられる。

光検出器により前方散乱光を検出するためには、フローセルを透過する光源からの直接光を除去する必要がある。このため、受光光学系には、直接光を遮断するためのビームストッパが配置される。以下の特許文献１では、ビームストッパが、集光レンズと光検出器との間の光路中に配置されている。

特開平２−３０４３３２号公報

上記のようにビームストッパが配置されると、直接光の他、前方散乱光の一部も、ビームストッパによって除去される。このため、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量をなるべく低減させることが求められる。

このような課題に鑑み、本発明は、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を低減させることが可能な粒子分析装置、粒子分析装置用光学系および粒子分析装置用レンズを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、粒子分析装置に関する。この態様に係る粒子分析装置は、粒子含有試料が流されるフローセルと、光源からの光を前記フローセルの流路に照射する照射光学系と、前記フローセルからの光を受光する受光光学系と、を備える。ここで、受光光学系は、前記流路を流れる粒子からの前方散乱光を集光する、少なくとも１つの集光レンズを含む集光レンズ系と、前記集光レンズ系によって集光された前記前方散乱光を受光する受光部と、前記集光レンズ系と前記受光部との間の光路に配置され、前記光源からの直接光を遮断するビームストッパと、を備える。また、前記少なくとも１つの集光レンズは、非球面のレンズ面を備え、前記集光レンズ系は、光軸を含む中央領域を通る前方散乱光の焦点距離が、前記中央領域より外側の外周領域を通る前方散乱光の焦点距離よりも長くなるよう構成されている。

本態様に係る粒子分析装置によれば、光軸を含む中央領域を通る前方散乱光の焦点距離が、中央領域より外側の外周領域を通る前方散乱光の焦点距離よりも長くなるように集光レンズ系が構成されるため、中央領域を通る前方散乱光の焦点距離と外周領域を通る前方散乱光の焦点距離とが一致するように集光レンズ系が構成される場合に比べて、集光レンズ系の光軸付近を通過した後の光線（前方散乱光）の進行方向が光軸から離れる。このため、光軸付近を通過した光線（前方散乱光）がビームストッパに、より掛かりにくくなり、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を減らすことができる。

本態様に係る粒子分析装置において、前記集光レンズ系は、前記外周領域を通る前記前方散乱光を所定の焦点位置に収束させ、前記中央領域を通る前記前方散乱光を平行光または拡散光に変換するよう構成され得る。こうすると、光軸付近を通過した光線（前方散乱光）がビームストッパに一層掛かりにくくなり、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量をより効果的に減らすことができる。

本態様に係る粒子分析装置において、前記集光レンズ系は、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるように構成され、非球面のレンズ面を備えた１つの集光レンズであるように構成され得る。こうすると、１つの集光レンズで、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を減らすことができるため、コストを削減することができる。

本態様に係る粒子分析装置において、前記非球面のレンズ面は、前記外周領域においては外側に向かうにつれて次第に曲率が大きくなり、前記中央領域においては前記外周領域よりも曲率が小さくなるよう構成され得る。

この場合、前記非球面のレンズ面は、前記集光レンズ系の光軸から所定の距離までの領域において、曲率が略一定となるよう構成され得る。

また、本態様に係る粒子分析装置において、前記集光レンズは、プラスチックレンズとされ得る。こうすると、集光レンズの製造コストを削減することができる。

本発明の第２の態様は、粒子分析装置用光学系に関する。この態様に係る粒子分析装置用光学系は、粒子含有試料が流されるフローセルの流路に光源からの光を照射する照射系と、前記フローセルからの光を受光する受光系と、を備える。ここで、前記受光系は、前記流路を流れる粒子からの前方散乱光を集光する、少なくとも１つの集光レンズを含む集光レンズ系と、前記集光レンズ系によって集光された前記前方散乱光を受光する受光部と、前記集光レンズ系と前記受光部との間の光路に配置され、前記光源からの直接光を遮断するビームストッパと、を備える。また、前記少なくとも１つの集光レンズは、非球面のレンズ面を備え、前記集光レンズ系は、光軸を含む中央領域を通る前方散乱光の焦点距離が、中央領域より外側の外周領域を通る前方散乱光の焦点距離よりも長くなるよう構成されている。

本態様に係る粒子分析装置用光学系によれば、上記第１の態様と同様、光軸付近を通過した光線（前方散乱光）がビームストッパに、より掛かりにくくなり、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を減らすことができる。

本発明の第３の態様は、フローセルの流路に光が照射されることにより、前記流路を流れる粒子から生じる前方散乱光を、光検出器の受光面に集光する粒子分析装置用レンズに関する。この態様に係る粒子分析装置用レンズは、非球面のレンズ面を備え、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるよう構成されている。

本態様に係る粒子分析装置用レンズによれば、粒子分析装置または粒子分析装置用光学
系に用いることにより、上記第１の態様または第２の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明によれば、ビームストッパによって除去される前方散乱光の量を低減させることが可能な粒子分析装置、粒子分析装置用光学系および粒子分析装置用レンズを提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら制限されるものではない。

実施の形態に係る血球分析装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態に測定ユニットの構成を模式的に示す図である。 実施の形態に係る光学検出器の構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態に係る前方集光レンズの構成を示す図である。 実施例に係る光照射光学系と前方散乱光受光光学系の構成を示す図である。 実施例に係る前方集光レンズの入射面と出射面の曲率を示す図である。 実施例に係る前方散乱光受光光学系の受光状態を示す図である。 比較例に係る光照射光学系と前方散乱光受光光学系の構成を示す図である。 比較例に係る前方集光レンズの集光状態と出射面の曲率を示す図である。 実施例および比較例に係る前方集光レンズのバックフォーカスおよび実施例に係る前方集光レンズを用いた場合の遮光角を示す図である。 比較例および実施例に係る前方集光レンズを用いた場合のビームストッパによる前方散乱光の遮光状態を示す図である。 変更例に係る前方散乱光受光光学系の受光状態を示す図である。

本実施の形態は、血液に関する検査および分析を行うための血球分析装置とその光照射光学系に本発明を適用したものである。以下、本実施の形態に係る血球分析装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る血球分析装置１の外観を示す斜視図である。

血球分析装置１は、血液検体に含まれる白血球、赤血球、血小板等を検出し、各血球を計数する多項目血球分析装置である。血球分析装置１は、測定ユニット２と、測定ユニット２の前面側に配置された搬送ユニット３と、情報処理ユニット４とを備えている。患者から採取された末梢血である血液検体は、検体容器（採血管）Ｔに収容される。複数の検体容器ＴがサンプルラックＬに支持され、このサンプルラックＬが搬送ユニット３により搬送されて、血液検体が測定ユニット２へ供給される。

情報処理ユニット４は、表示部４１と入力部４２を備えており、測定ユニット２と、搬送ユニット３と、ホストコンピュータ５（図２参照）に対して、通信可能に接続されている。情報処理ユニット４は、測定ユニット２と搬送ユニット３の動作を制御し、測定ユニット２で行われた測定結果に基づいて解析を行い、解析結果をホストコンピュータ５（図２参照）に送信する。情報処理ユニット４は、パーソナルコンピュータからなっている。

図２は、測定ユニット２の構成を模式的に示す図である。

測定ユニット２は、ハンド部２１と、検体容器セット部２２と、バーコードユニット２
３と、検体吸引部２４と、試料調製部２５と、検出部２６とを備えている。検体吸引部２４は、ピアサ２４ａを備えており、検体容器Ｔから検体を吸引する。試料調製部２５は、混合チャンバＭＣとヒータＨを備えており、検体に試薬を混和することにより測定に用いられる測定試料を調製する。検出部２６は、光学検出器Ｄを備えており、測定試料から血球を検出する。測定ユニット２の各部は、情報処理ユニット４により制御される。

搬送ユニット３により位置Ｐ１に位置付けられた検体容器Ｔは、ハンド部２１により把持され、サンプルラックＬから上方向に抜き出される。そして、ハンド部２１が揺動されることにより、検体容器Ｔ内の検体が撹拌される。攪拌が終了した検体容器Ｔは、ハンド部２１により、位置Ｐ１に位置付けられた検体容器セット部２２にセットされる。しかる後、この検体容器Ｔは、検体容器セット部２２により位置Ｐ２まで搬送される。

検体容器Ｔが位置Ｐ２に位置付けられると、位置Ｐ２の近傍に設置されたバーコードユニット２３により、検体容器Ｔに貼付されたバーコードラベルから検体番号が読み取られる。しかる後、この検体容器Ｔは、検体容器セット部２２により位置Ｐ３まで搬送される。検体容器Ｔが位置Ｐ３に位置付けられると、検体吸引部２４によりピアサ２４ａを介して検体容器Ｔから所定量の検体が吸引される。検体の吸引が終了すると、この検体容器Ｔは、検体容器セット部２２により前方に搬送され、ハンド部２１により元のサンプルラックＬの支持位置に戻される。ピアサ２４ａを介して吸引された検体は、ピアサ２４ａが混合チャンバＭＣの位置へ移送された後、検体吸引部２４により混合チャンバＭＣに所定量だけ吐出される。

試料調製部２５は、第１試薬を収容する試薬容器２５１と、第２試薬を収容する試薬容器２５２と、シース液（希釈液）を収容する試薬容器２５３に、チューブを介して接続されている。また、試料調製部２５はコンプレッサ（図示せず）に接続されており、このコンプレッサにより発生される圧力により試薬容器２５１〜２５３から、それぞれの試薬を分取することが可能となっている。試料調製部２５は、混合チャンバＭＣ内で、血液検体と、試薬とを混合し、この混合液を所定時間だけヒータＨにより加温して、測定試料を調製する。試料調製部２５で調製された測定試料は、検出部２６の光学検出器Ｄに供給される。

検出部２６は、シース液（希釈液）を収容する試薬容器２５３に、チューブを介して接続されている。また、検出部２６はコンプレッサ（図示せず）に接続されており、このコンプレッサにより発生される圧力により試薬容器２５３からシース液（希釈液）を分取することが可能となっている。

図３（ａ）は、光学検出器Ｄの構成を模式的に示す図である。便宜上、図３（ａ）には、互いに直交するＸＹＺ座標軸が示されている。Ｘ軸方向は、紙面上下方向、Ｚ軸方向は紙面左右方向である。図３（ｂ）は、フローセルＤ１の構成を模式的に示す図である。また、図３（ｃ）は、ビームストッパＳの構成を模式的に示す図である。

図３（ａ）を参照して、光学検出器Ｄは、フローセルＤ１と、シースフロー系Ｄ２と、光照射光学系Ｄ３と、前方散乱光受光光学系Ｄ４と、側方散乱光受光光学系Ｄ５と、蛍光受光光学系Ｄ６を有している。

シースフロー系Ｄ２は、フローセルＤ１内に測定試料をシース液に包まれた状態で送り込み、フローセルＤ１中に液流を発生させるように構成されている。図３（ｂ）に示すように、フローセルＤ１は、測定試料を細孔部Ｄ１３に向かって上方へ噴射する試料ノズルＤ１１と、シース液供給口Ｄ１２と、廃液口Ｄ１４を備える。細孔部Ｄ１３内に、測定試料が流れる流路Ｄ１５が形成される。

光照射光学系Ｄ３は、半導体レーザ１０１と、コリメータレンズ１０２と、ビーム整形レンズ１０３を備えている。

半導体レーザ１０１は、発光部１０１ａ（図５（ａ）参照）の半導体層の積層方向がＸ軸方向に一致するよう配置される。したがって、半導体レーザ１０１から出射されるレーザ光の広がり角は、Ｘ軸方向において最大となり、Ｙ軸方向において最小となる。半導体レーザ１０１は、所定波長（本実施例では６４２ｎｍ）のレーザ光をＺ軸正方向に出射する。半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光の中心軸（光軸）は、光照射光学系Ｄ３および前方散乱光受光光学系Ｄ４からなる光学系の光軸Ｏに一致している。

コリメータレンズ１０２は、半導体レーザ１０１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。ビーム整形レンズ１０３は、コリメータレンズ１０２を透過したレーザ光を集光する。ビーム整形レンズ１０３は、入射面がＸ軸およびＹ軸の両方に曲率を持ち、出射面がＸ軸方向にのみ曲率を持っている。ビーム整形レンズ１０３は、レーザ光をＹ軸方向に収束させてフローセルＤ１の流路Ｄ１５（図３（ｂ）参照）の位置に合焦させ、また、レーザ光をＸ軸方向に収束させて流路Ｄ１５の手前（Ｚ軸負側）の位置に合焦させる。したがって、ビーム整形レンズ１０３によってＸ軸方向に収束された光は、合焦位置から流路Ｄ１５の位置に達するまでに、やや広がる。よって、流路Ｄ１５には、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に細長いビーム形状で、レーザ光が照射される。

前方散乱光受光光学系Ｄ４は、前方集光レンズ２０１と、ビームストッパＳと、ピンホール２０２と、フォトダイオード２０３を備える。フローセルＤ１から前方（Ｚ軸正方向）へと向かう散乱光（前方散乱光）は、前方集光レンズ２０１によってピンホール２０２の位置に集光され、その後、ピンホール２０２を通って、フォトダイオード２０３により受光される。フォトダイオード２０３は、受光した前方散乱光の強度に応じた電気信号（前方散乱光信号）を出力する。

また、フローセルＤ１に照射されたレーザ光のうち、粒子（血球、等）によって散乱されずにフローセルＤ１を透過したレーザ光（以下、「直接光」という）は、前方集光レンズ２０１によってビームストッパＳ上に集光される。ビームストッパＳは、光を透過しない薄板状の部材によって構成されている。図３（ｃ）に示すように、ビームストッパＳは、半円状の開口Ｓ１、Ｓ２と、これら開口Ｓ１、Ｓ２間に形成された遮光部Ｓ３とを備える。遮光部Ｓ３のＸ軸方向の幅Ｗ１は一定である。この遮光部Ｓ３上に、直接光が集光される。上記のように、ビーム整形レンズ１０３は、Ｘ軸方向におけるレーザ光の焦点位置がＹ軸方向におけるレーザ光の焦点位置よりも手前（Ｚ軸負側）となるようにレーザ光を収束させる。このため、直接光は、Ｘ軸方向の焦点位置がＹ軸方向の焦点位置よりも手前（Ｚ軸負側）となるように、前方集光レンズ２０１によって集光される。ビームストッパＳは、入射面が、直接光のＸ軸方向の焦点位置に位置付けられるように配置される。したがって、直接光は、図３（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向に長いビーム形状で、遮光部Ｓ３上に照射される。

フローセルＤ１からの前方散乱光は、大部分が、ビームストッパＳの開口Ｓ１、Ｓ２を通過し、一部が、遮光部Ｓ３によって遮光される。遮光部Ｓ３による前方散乱光の遮光量は、遮光部Ｓ３の幅Ｗ１によって決まる。このため、遮光部Ｓ３の幅Ｗ１は、なるべく小さいことが望ましい。しかしながら、遮光部Ｓ３により直接光を確実に遮光でき、且つ、遮光部Ｓ３の加工精度を適正に保つ必要がある。このため、遮光部Ｓ３幅Ｗ１の縮小には一定の限界がある。通常、幅Ｗ１は、直接光のＸ軸方向の幅の１０倍程度に設定される。

側方散乱光受光光学系Ｄ５は、側方集光レンズＤ５１と、ダイクロイックミラーＤ５２
と、フォトダイオードＤ５３を備える。フローセルＤ１から側方（Ｘ軸正方向）へと向かう散乱光（側方散乱光）は、側方集光レンズＤ５１にて集光され、さらにダイクロイックミラーＤ５２で反射されて、フォトダイオードＤ５３により受光される。フォトダイオードＤ５３は、受光した側方散乱光の強度に応じた電気信号（側方散乱光信号）を出力する。

蛍光受光光学系Ｄ６は、分光フィルタＤ６１と、アバランシェフォトダイオードＤ６２を備える。フローセルＤ１から側方（Ｘ軸正方向）へと向かう蛍光は、側方集光レンズＤ５１にて集光され、ダイクロイックミラーＤ５２を透過し、さらに分光フィルタＤ６１に通されて、アバランシェフォトダイオードＤ６２で受光される。アバランシェフォトダイオードＤ６２は、受光した蛍光の強度に応じた電気信号（蛍光信号）を出力する。

図２に戻り、光学検出器Ｄにより取得された前方散乱光信号と、側方散乱光信号と、蛍光信号は、情報処理ユニット４に送信される。情報処理ユニット４は、受信したこれら信号に基づいて解析を実行する。

図３（ａ）に示す光学系において、前方集光レンズ２０１は、中央部を通る前方散乱光を略平行光に変換し、外周部を通る前方散乱光を収束させる。より詳細には、前方集光レンズ２０１の光軸から所定の距離までの領域を通る前方散乱光を略平行光に変換し、この領域よりも外側の領域を通る前方散乱光を収束させるよう、前方集光レンズ２０１が構成されている。ピンホール２０２の孔の径は、中央部を通った略平行光の前方散乱光のビーム径よりもやや大きく設定されている。

このように前方集光レンズ２０１を構成することにより、ビームストッパＳによって除去される前方散乱光の量を減らすことができる。

以下、かかる構成を有する前方集光レンズ２０１を備えた光学系の具体的構成例（実施例）について説明し、さらに、その効果について説明する。

＜実施例＞
図４（ａ）〜（ｃ）は、前方集光レンズ２０１の構成を示す図である。図４（ａ）は、前方集光レンズ２０１を入射面ｒ１側から見た図、図４（ｂ）は、前方集光レンズ２０１の側面図、図４（ｃ）は、前方集光レンズ２０１を出射面ｒ２側から見た図である。

前方集光レンズ２０１の入射面ｒ１は、円形のレンズ部２０１ａを有し、さらに、レンズ部２０１ａの外側に平坦部２０１ｂを有している。また、前方集光レンズ２０１の出射面ｒ２は、円形のレンズ部２０１ｃを有し、さらに、レンズ部２０１ｃの外側に平坦部２０１ｄと傾斜部２０１ｅを有している。本実施例において、前方集光レンズ２０１は、プラスチック材料からなっている。

図５は、本実施例に係る光照射光学系Ｄ３と前方散乱光受光光学系Ｄ４の一部とを含む光学系の構成を示す図である。

本実施例では、フローセルＤ１に対するレーザ光の照射位置を調整するために、透明な光路調整部材１０４が配置されている。光路調整部材１０４は、Ｚ軸に垂直な入射面と出射面を有する。光路調整部材１０４を、Ｘ−Ｚ平面に平行な方向またはＹ−Ｚ平面に平行な方向に傾けることにより、フローセルＤ１に対するレーザ光の照射位置を、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に変化させることができる。なお、この光路調整部材１０４は適宜省略可能である。

また、図５（ａ）では、便宜上、フローセルＤ１の流路Ｄ１５がＸ軸方向に平行となるようにフローセルＤ１が図示されているが、実際は、フローセルＤ１の流路Ｄ１５は、Ｙ軸方向に平行となっている。さらに、図５では、半導体レーザ１０１の発光部１０１ａと出射窓１０１ｂが示されている。

図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、前方集光レンズ２０１の入射面ｒ１と出射面ｒ２の曲率を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）には、それぞれ、下段に曲率が示され、上段に示された前方集光レンズ２０１の領域と下段に示された曲率の領域とが互いに対応付けられている。図６（ａ）、（ｂ）の下段に示されたグラフの横軸は、前方集光レンズ２０１の光軸（中心）からのＸ軸方向の距離（ｍｍ）であり、Ｘ軸正方向の距離が正、Ｘ軸負方向の距離が負で示されている。また、図６（ａ）、（ｂ）の下段に示されたグラフの縦軸は曲率（曲率半径ｒの逆数）である。図６（ａ）では、入射面ｒ１の突出方向の曲率が正で示され、図６（ｂ）では、出射面ｒ２の突出方向の曲率が負で示される。したがって、図６（ｂ）では、負の値の絶対値が大きくなる程、突出方向の曲率が大きくなる。なお、図６（ａ）、（ｂ）の下段には、Ｘ軸方向の曲率が示されているが、光軸周りの他の方向の曲率も、図６（ａ）、（ｂ）の下段に示された曲率と同様である。

図６（ａ）において、Ａ１１は、入射面ｒ１の有効径、Ａ１２は、集光対象とされる前方散乱光の入射領域（以下、「集光領域」という）である。また、図６（ｂ）において、Ａ２１は、出射面ｒ２の有効径、Ａ２２は、集光対象とされる前方散乱光の入射領域（以下、「集光領域」という）である。

図６（ａ）を参照して、入射面ｒ１は、光軸（中心）位置において曲率が最も大きく、集光領域Ａ１２において、Ｘ軸方向の位置が光軸から離れるに従って、徐々に、曲率が減少している。入射面ｒ１は、Ｘ軸方向の位置が光軸から離れるに応じて曲率が単調に変化する非球面形状を有している。

図６（ｂ）を参照して、出射面ｒ２は、光軸付近の曲率が小さく、集光領域Ａ２２の外周部において、曲率が大きくなっている。また、出射面ｒ２は、光軸付近の領域Ａ２４において、曲率が変化せず、Ｘ軸方向の位置が領域Ａ２４を超えると、次第に曲率が大きくなっている。このように、入射面ｒ１は、Ｘ軸方向の位置に応じて曲率が多様に変化する非曲面形状を有している。

本実施例では、前方集光レンズ２０１の厚み（光軸上における入射面ｒ１から出射面ｒ２までの距離）は、２．４１０（ｍｍ）に設定される。また、前方集光レンズ２０１は、たとえば、ＡＰＥＬ５０１４ＤＰ（プラスチック）から形成され、屈折率は、１．５４である。

このような構成によると、図６（ａ）の集光領域Ａ１２に入射した前方散乱光のうち、図６（ｂ）の領域Ａ２３を通る前方散乱光は、平行光または拡散光の状態で出射面ｒ２から出射される。ここで、領域Ａ２３の境界は、光軸からの距離が略０．５ｍｍの位置にあり、この位置を通過する前方散乱光の光線は、光軸に対して平行（平行光）となる。領域Ａ２３の境界よりも内側の領域を通過する前方散乱光は、平行光よりもやや広がった拡散光となる。領域Ａ２３の境界よりも外側の領域を通過する前方散乱光は、収束光となる。

図７（ａ）は、前方集光レンズ２０１によって集光された前方散乱光の状態を示す図、図７（ｂ）は、フォトダイオード２０３付近の拡大図、図７（ｃ）は、フォトダイオード２０３をＺ軸正方向に見たときの、フォトダイオード２０３の受光面に対する前方散乱光の照射状態を示す図である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例では、上記のように前方集光レンズ２０１が設計されているため、前方集光レンズ２０１によって集光される前方散乱光は一点に収束せず、中央部を通った前方散乱光は略平行光となる。このため、前方散乱光は、所定のビーム幅を持った状態で、フォトダイオード２０３に入射する。ピンホール２０２の孔の径は、前方散乱光のビーム幅よりもやや大きく設定される。図７（ｃ）に示すように、前方散乱光は、フォトダイオード２０３の受光面上においてある程度広がった状態で、受光面に照射される。

本実施例によれば、このような前方集光レンズ２０１を採用することにより、ビームストッパＳによって除去される前方散乱光の量を減らすことができる。以下、本実施例により奏されるこの効果を、比較例と対比して説明する。

図８は、比較例に係る光学系の構成を示す図である。

比較例では、前方集光レンズ２０１’が、前方散乱光を一点に収束させる非球面レンズとされている。

図９（ａ）は、比較例に係る前方集光レンズ２０１’を用いた場合の前方散乱光の集光状態を示す図、図９（ｂ）は、前方集光レンズ２０１’の出射面ｒ０の曲率を示す図である。図９（ｂ）においても、図６（ｂ）と同様、縦軸に示された曲率は、負の値の絶対値が大きくなる程、突出方向の曲率が大きくなる。

図９（ｂ）に示すように、比較例に係る前方集光レンズ２０１’の出射面ｒ０は、光軸（中心）位置において曲率が最も大きく、Ｘ軸方向の位置が光軸から離れるに従って、徐々に、曲率が減少している。すなわち、出射面ｒ０は、Ｘ軸方向の位置が光軸から離れるに応じて曲率が単調に変化する非球面形状を有している。

また、図９（ａ）に示すように、比較例に係る前方集光レンズ２０１’を用いた場合には、光軸付近を通過する前方散乱光も収束される。

図１０（ａ）、（ｂ）は、実施例に係る前方集光レンズ２０１と比較例に係る前方集光レンズ２０１’のバックフォーカスを示す図である。

図１０（ａ）を参照して、本実施例に係る前方集光レンズ２０１では、入射面ｒ１と出射面ｒ２が上記のように構成されているため、光軸付近を進む低角の光線（近軸光線）Ｌ１のバックフォーカスＢｆ１が、最外周付近を進む広角の光線（マージナル光線）Ｌ２のバックフォーカスＢｆ２よりも長くなる。これに対して、比較例に係る前方集光レンズ２０１’では、光軸付近を進む低角の近軸光線Ｌ１と最外周付近を進む広角のマージナル光線Ｌ２は略同じ位置に収束し、バックフォーカスＢｆ０は、全光線について略同じとなる。

図１１（ａ）は、比較例に係る前方集光レンズ２０１’が用いられた場合の、ビームストッパＳの遮光部Ｓ３のエッジ付近を通る光線の様子を示す図、図１１（ｂ）は、本実施例に係る前方集光レンズ２０１が用いられた場合の、ビームストッパＳの遮光部Ｓ３のエッジ付近を通る光線の様子を示す図である。

図１１（ａ）に示すように、比較例に係る前方集光レンズ２０１’では、上記のように、光軸付近を通る前方散乱光が収束されるため、光軸付近を通る光線は、遮光部Ｓ３のエッジ部分に掛かり易くなる。これに対し、本実施例に係る前方集光レンズ２０１では、上記のように、光軸付近を通る前方散乱光が平行光または発散光となるため、図１１（ｂ）
に示すように、光軸付近を通る光線は、遮光部Ｓ３のエッジ部分に掛かりにくくなる。本願発明者のシミュレーションによれば、比較例の場合、遮光部Ｓ３のエッジ付近を通る光線の収束角（光軸Ｏに対する傾き角）は、数度程度であった。他方、実施例の場合、遮光部Ｓ３のエッジ付近を通る光線の発散角（光軸Ｏに対する傾き角）は、０．１度程度であった。

このように、本実施例に係る前方集光レンズ２０１を用いる場合には、光軸付近を通る前方散乱光が平行光または拡散光となるため、比較例の場合に比べて、遮光部Ｓ３のエッジ部分によって遮光される前方散乱光の光線の量が減少する。

図１０（ｃ）は、遮光部Ｓ３によって遮光される前方散乱光の範囲を、光軸Ｏに対する前方散乱光のＸ軸方向の傾き角（以下、「遮光角」という）θｓで表した図である。

遮光角θｓは、遮光部Ｓ３のＸ軸方向のエッジ（最端縁）を通る光線Ｌｓと光軸Ｏとのなす角として定義される。遮光部Ｓ３の中心を光軸Ｏが貫く場合、流路Ｄ１５から生じた前方散乱光の光線うち、光軸Ｏに対するＸ軸正負の方向の傾き角が遮光角θｓの範囲内にある光線は、遮光部Ｓ３に入射し、遮光部Ｓ３によって遮光される。よって、遮光角θｓは、遮光部Ｓ３によって遮光される前方散乱光の光量を評価する指標として用いられ得る。本願発明者は、本実施例に係る前方集光レンズ２０１を用いた場合の遮光角θｓと、比較例に係る前方集光レンズ２０１を用いた場合の遮光角θｓを、シミュレーションにより求めた。このシミュレーションでは、遮光部Ｓ３のＸ軸方向の幅Ｗ１（図３（ｃ）参照）が、０．２ｍｍに設定された。シミュレーション結果は、以下のとおりである。

このシミュレーション結果から分かるとおり、本実施例に係る前方集光レンズ２０１を用いた場合には、比較例に係る前方集光レンズ２０１を用いた場合に比べて、遮光角θｓが数段小さくなることが分かる。よって、本実施例によれば、比較例に比べて、遮光部Ｓ３によって遮光される前方散乱光の量を大きく減らすことができる。

以上、本実施例によれば、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるように前方集光レンズ２０１が構成されるため、比較例のように、中央部の焦点距離と外周部の焦点距離とが一致するように前方集光レンズ２０１’が構成される場合に比べて、前方集光レンズ２０１の光軸付近を通過した後の光線（前方散乱光）の進行方向が光軸Ｏから離れる。このため、比較例に比べて、光軸付近を通過した光線（前方散乱光）がビームストッパＳの遮光部Ｓ３に掛かりにくくなり、ビームストッパＳによって除去される前方散乱光の量を減らすことができる。そのため、従来受光できていなかった低角の散乱光まで受光することができる。低角の散乱光は高角の散乱光に比べて強度が強いため、このように低角の散乱光まで受光可能となることで、より高精度に粒子の分析を行うことができる。また、本実施例に係る前方集光レンズ２０１を用いることで、低角の散乱光を容易に受光することができるので、低角の散乱光を受光するための光学系を容易に調整することも可能である。さらに、ビームストッパＳの遮光部Ｓ３の幅を広げた場合であっても、遮光部
Ｓ３によって遮光される前方散乱光の量が大きくなることを抑制できる。そのため、遮光部Ｓ３の幅を広げることにより、ビームストッパＳの加工誤差を減らすことができ、寸法のばらつきを抑制することができる。また、遮光部Ｓ３の幅を広げることにより、光源からの直接光をより確実に遮光することができるとともに、レーザ光の光軸に対する位置調整も容易に行うことができる。

また、本実施例によれば、前方集光レンズ２０１がプラスチックレンズからなっているため、前方集光レンズ２０１の製造コストを削減できるとの効果も奏され得る。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。

たとえば、上記実施例では、図６（ｂ）の領域Ａ２３の境界付近を通る前方散乱光が平行光となり、領域Ａ２３の境界よりも内側を通る前方散乱光がやや拡散するように、前方集光レンズ２０１が設計されたが、前方集光レンズ２０１の設計は、これに限定されるものではない。たとえば、領域Ａ２３内を通る前方散乱光が全て平行光となるように前方集光レンズ２０１が設計されても良く、あるいは、光軸付近の前方散乱光が平行光からやや収束するように前方集光レンズ２０１が設計されても良い。前方散乱光を略平行光に変換する領域を、前方集光レンズ２０１においてどのように設定するか、並びに、その領域において、前方散乱光の状態をどのように設定するは、ビームストッパＳの遮光部Ｓ３に入射する前方散乱光の量を効果的に減らすことと、直接光を遮光部Ｓ３によって確実に除去できることの両方を考慮して、適宜、設定される得ものである。

また、上記実施例では、フローセルＤ１を流れる粒子からの前方散乱光を、一枚の前方集光レンズ２０１によりフォトダイオード２０３に集光する例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。複数の集光レンズを用いて、前方散乱光をフォトダイオード２０３に集光してもよい。たとえば、図１２の変形例に示すように、粒子からの前方散乱光を光軸と略平行な平行光に変換するように球面レンズ３０１をフローセル側に配置し、球面レンズ３０１を通過した前方散乱光のうち高角（外側）の前方散乱光を低角（内側）の前方散乱光よりも収束させるように非球面レンズ３０２をビームストッパＳ側に配置した集光レンズ系を用いてもよい。たとえば、非球面レンズ３０２は、低角（内側）の前方散乱光を略平行光のまま透過させ、高角（外側）の前方散乱光を収束させる。あるいは、非球面レンズ３０２は、低角（内側）の前方散乱光をやや収束させ、または、やや拡散させても良い。このように構成しても、粒子からの低角の前方散乱光がビームストッパＳにより遮光されることを抑制することができる。

また、この変更例に限らず、たとえば、粒子からの前方散乱光を光軸上の一点に収束させる第１の非球面レンズをフローセル側に配置し、この第１の非球面レンズを通った前方散乱光のうち低角の前方散乱光を光軸と略平行な平行光または拡散光に変換する第２の非球面レンズをビームストッパＳ側に配置した集光レンズ系を用いてもよい。また、前方集光レンズ２０１の入射面ｒ１と同様の曲率を有するレンズ面を備えた第１の非球面レンズをフローセル側に配置し、前方集光レンズ２０１の出射面ｒ２と同様の曲率を有するレンズ面を備えた第２の非球面レンズをビームストッパＳ側に配置した集光レンズ系を用いてもよい。なお、これらの変形例に係る集光レンズ系に含まれる各レンズはプラスチック材料により形成されてもよい。

また、上記実施例では、前方集光レンズ２０１がプラスチック材料により形成されたが、これに限らず、前方集光レンズ２０１がガラス材料等の他の材料から形成されても良い。

また、上記実施例では、直接光がＸ軸方向に合焦される位置にビームストッパＳが配置されたが、直接光がＹ軸方向に合焦される位置にビームストッパＳが配置されても良い。この場合、遮光部Ｓ３の長手方向がＹ軸方向に平行となるように、ビームストッパＳが配置される。

この他、光源として、半導体レーザ１０１以外の光源を用いることも可能である。また、本発明は、血球分析装置以外の粒子分析装置やその他の装置にも、適宜、適用可能である。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … 血球分析装置
２ … 測定ユニット
２６ … 検出部
Ｄ … 光学検出器
Ｄ１ … フローセル
Ｄ１５ … 流路
Ｄ３ … 光照射光学系
Ｄ４ … 前方散乱光受光光学系
１０１ … 半導体レーザ
２０１ … 前方集光レンズ
２０３ … フォトダイオード
Ｓ … ビームストッパ
ｒ１ … 入射面
ｒ２ … 出射面

Claims (16)

1. 粒子含有試料が流されるフローセルと、
   光源からの光を前記フローセルの流路に照射する照射光学系と、
   前記フローセルからの光を受光する受光光学系と、を備え、
   受光光学系は、
   前記流路を流れる粒子からの前方散乱光を集光する、少なくとも１つの集光レンズを含む集光レンズ系と、
   前記集光レンズ系によって集光された前記前方散乱光を受光する受光部と、
   前記集光レンズ系と前記受光部との間の光路に配置され、前記光源からの直接光を遮断するビームストッパと、を備え、
   前記少なくとも１つの集光レンズは、非球面のレンズ面を備え、前記集光レンズ系は、光軸を含む中央領域を通る前方散乱光の焦点距離が、前記中央領域より外側の外周領域を通る前方散乱光の焦点距離よりも長くなるよう構成されている、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
2. 請求項１に記載の粒子分析装置において、
   前記集光レンズ系は、前記外周領域を通る前記前方散乱光を所定の焦点位置に収束させ、前記中央領域を通る前記前方散乱光を平行光または拡散光に変換する、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
3. 請求項１または２に記載の粒子分析装置において、
   前記集光レンズ系は、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるよう構成され、非球面のレンズ面を備えた１つの集光レンズである、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項に記載の粒子分析装置において、
   前記非球面のレンズ面は、前記外周領域においては外側に向かうにつれて次第に曲率が大きくなり、前記中央領域においては前記外周領域よりも曲率が小さくなっている、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
5. 請求項４に記載の粒子分析装置において、
   前記非球面のレンズ面は、前記集光レンズ系の光軸から所定の距離までの領域において、曲率が略一定となっている、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
6. 請求項１ないし５の何れか一項に記載の粒子分析装置において、
   前記少なくとも１つの集光レンズは、プラスチックレンズである、
   ことを特徴とする粒子分析装置。
7. 粒子含有試料が流されるフローセルの流路に光源からの光を照射する照射系と、
   前記フローセルからの光を受光する受光系と、を備え、
   前記受光系は、
   前記流路を流れる粒子からの前方散乱光を集光する、少なくとも１つの集光レンズを含む集光レンズ系と、
   前記集光レンズ系によって集光された前記前方散乱光を受光する受光部と、
   前記集光レンズ系と前記受光部との間の光路に配置され、前記光源からの直接光を遮断するビームストッパと、を備え、
   前記少なくとも１つの集光レンズは、非球面のレンズ面を備え、前記集光レンズ系は、光軸を含む中央領域を通る前方散乱光の焦点距離が、中央領域より外側の外周領域を通る
   前方散乱光の焦点距離よりも長くなるよう構成されている、
   ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
8. 請求項７に記載の粒子分析装置用光学系において、
   前記集光レンズ系は、前記外周領域を通る前記前方散乱光を所定の焦点位置に収束させ、前記中央領域を通る前記前方散乱光を平行光または拡散光に変換する、
   ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
9. 請求項７または８に記載の粒子分析装置用光学系において、
   前記集光レンズ系は、中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるよう構成され、非球面のレンズ面を備えた１つの集光レンズである、
   ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
10. 請求項７ないし９の何れか一項に記載の粒子分析装置用光学系において、
    前記非球面のレンズ面は、前記外周領域においては外側に向かうにつれて次第に曲率が大きくなり、前記中央領域においては前記外周領域よりも曲率が小さくなっている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
11. 請求項１０に記載の粒子分析装置用光学系において、
    前記非球面のレンズ面は、前記集光レンズ系の光軸から所定の距離までの領域において、曲率が略一定となっている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
12. 請求項７ないし１１の何れか一項に記載の粒子分析装置用光学系において、
    前記少なくとも１つの集光レンズは、プラスチックレンズである、
    ことを特徴とする粒子分析装置用光学系。
13. フローセルの流路に光が照射されることにより、前記流路を流れる粒子から生じる前方散乱光を、光検出器の受光面に集光する、粒子分析装置用レンズであって、
    非球面のレンズ面を備え、
    中央部の焦点距離が外周部の焦点距離よりも長くなるよう構成されている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用レンズ。
14. 請求項１３に記載の粒子分析装置用レンズにおいて、
    前記非球面のレンズ面は、前記外周部において外側に向かうにつれて次第に曲率が大きくなり、前記中央部において前記外周部よりも曲率が小さくなっている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用レンズ。
15. 請求項１４に記載の粒子分析装置用レンズにおいて、
    前記非球面のレンズ面は、当該レンズの光軸から所定距離までの領域において、曲率が略一定となっている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用レンズ。
16. 請求項１３ないし１５の何れか一項に記載の粒子分析装置用レンズにおいて、
    前記レンズは、プラスチックレンズからなっている、
    ことを特徴とする粒子分析装置用レンズ。

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