JP2016024093A - フローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法 - Google Patents

フローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法 Download PDF

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Abstract

【課題】光源からの光を低収差で歪の少ない状態でフローセルに照射でき、照射光学系を小型化できるフローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法を提供する。
【解決手段】フローサイトメータ１００は、被検粒子を含む試料を流すフローセル１１０と、光源１２０と、光源１２０からの光をフローセル１１０の粒子の流れに照射する照射光学系１３０と、光の照射によって粒子の流れから生じた光を検出する検出部１４０と、を備える。照射光学系１３０は、一方の面が光軸対称非球面で他方の面がシリンドリカル面で構成された集光レンズ１３２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、フローサイトメータ、粒子分析装置およびフローサイトメトリー法に関する。
試料中の被検粒子を分析するためにフローサイトメータが用いられる。フローサイトメータでは、被検粒子を含む試料がフローセルに流され、光源からの光がフローセルの粒子の流れに照射される。
特許文献１では、光源からの光を集光するために、光源からの光を平行光に変換するコリメータレンズと、フローセルの流れに直交する方向に集光するシリンドリカルレンズと、フローセルに集光するコンデンサレンズが用いられる。
特開２００８−３２６５９号公報
特許文献１において、コンデンサレンズとしては球面レンズが用いられる。しかしながら、一枚の球面レンズのみで集光すると収差が大きいため、収差を低減するために、通常、複数の球面レンズを貼り合わせたコンデンサレンズが使用される。また、コンデンサレンズとシリンドリカルレンズは、通常、間隔をあけて配置される。コンデンサレンズの厚みと、コンデンサレンズとシリンドリカルレンズとの間隔がフローサイトメータの小型化の制約になっていた。
本発明の第１の態様に係るフローサイトメータは、被検粒子を含む試料を流すフローセルと、光源と、光源からの光をフローセルの粒子の流れに照射する照射光学系と、光の照射によって粒子の流れから生じた光を検出する検出部と、を備える。ここで、照射光学系は、一方の面が光軸対称非球面で他方の面がシリンドリカル面で構成された集光レンズを備える。
本発明の第２の態様に係る粒子分析装置は、上記第１の態様に係るフローサイトメータと、検出部からの出力を処理して試料中の被検粒子を分析する分析部と、を備える。
本発明の第３の態様に係るフローサイトメトリー法は、被検粒子を含む試料をフローセルに流し、光源からの光を、一方の面が光軸対称非球面で他方の面がシリンドリカル面のレンズで集光してフローセルの粒子の流れに照射し、フローセルの流れから生じた光を検出する。
本発明によれば、集光レンズの一方の面が光軸対称非球面で構成されるので、複数の球面レンズを用いることなく、光源からの光を低収差で歪の少ない状態でフローセルに照射できる。よって、集光レンズの厚みを低減できる。さらに、光軸対称非球面を用いたことで複数の球面レンズを用いる必要がなくなったため、シリンドリカル面と反対側の面を光軸対称非球面とすることができる。単一の集光レンズにより光の集光と整形の両方を実現できるため、照射光学系のレンズの点数を削減でき、照射光学系を小型化できる。その結果、フローサイトメータを小型化できる。
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施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、以下の実施形態により何ら制限されるものではない。
実施形態１に係るフローサイトメータの構成をＹ軸負方向に見た場合の模式図である。 図２（ａ）は、実施形態１に係るフローサイトメータの構成をＸ軸正方向に見た場合の模式図であり、図２（ｂ）は、実施形態１に係るフローセルの構成を示す模式図であり、図２（ｃ）は、実施形態１に係る集光レンズの出射面とレーザ光の収束状態とを示す模式図である。 実施形態１に係る粒子分析装置の構成を示すブロック図である。 図４（ａ）は、球面レンズからなる従来例の集光レンズとレーザ光の収束状態とを示す模式図であり、図４（ｂ）は、球面レンズからなる従来例の集光レンズの場合のスポットダイアグラムを示す図である。 図５（ａ）は、非球面レンズからなる集光レンズとレーザ光の収束状態とを示す模式図であり、図５（ｂ）は、非球面レンズからなる集光レンズの場合のスポットダイアグラムを示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態１に係るＹ軸方向およびＸ軸方向のビーム強度を示す図である。 図７（ａ）は、実施形態２に係る集光レンズの出射面とレーザ光の収束状態とを示す模式図であり、図７（ｂ）は、実施形態３に係る集光レンズの出射面とレーザ光の収束状態とを示す模式図であり、図７（ｃ）は、実施形態４に係る集光レンズの出射面とレーザ光の収束状態とを示す模式図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態２に係るＹ軸方向およびＸ軸方向のビーム強度を示す図である。 図９（ａ）は、実施形態４に係る集光レンズとレーザ光の収束状態とを示す模式図であり、図９（ｂ）は、実施形態４に係る集光レンズの場合のスポットダイアグラムを示す図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態５に係るフローサイトメータの構成をＹ軸負方向およびＸ軸正方向に見た場合の模式図である。
以下に示す実施形態１〜５は、血液検体に含まれる白血球、赤血球、血小板等を検出し、各血球を計数することにより、血液に関する検査および分析を行うための装置に本発明を適用したものである。
＜実施形態１＞
図１に示すように、フローサイトメータ１００は、フローセル１１０と、光源１２０と、照射光学系１３０と、検出部１４０と、を備える。便宜上、図１には、互いに直交するＸＹＺ座標軸が示されている。
図２（ｂ）に示すように、フローセル１１０は、シース液供給口１１１と、試料ノズル１１２と、細孔部１１３と、廃液口１１４と、を備える。シース液供給口１１１は、シース液をフローセル１１０内に供給する。試料ノズル１１２は、フローセル１１０内において測定試料を上方向に噴射する。測定試料は、シース液に包まれた状態で、細孔部１１３に形成されている流路１１５を通って廃液口１１４へと進む。流路１１５は、Ｙ軸方向に延びている。測定試料は、血球などの粒子を含んでおり、各粒子は、一列に整列した状態で流路１１５を通る。
図１に戻り、光源１２０は、レーザ光２０１をＺ軸正方向に出射する。レーザ光２０１の波長は、約６４２ｎｍである。光源１２０の出射光軸は、照射光学系１３０の光軸２０２に一致している。
照射光学系１３０は、コリメータレンズ１３１と集光レンズ１３２を備える。コリメータレンズ１３１は、光源１２０から出射されたレーザ光２０１を平行光に変換する。集光レンズ１３２は、ガラスからなり、入射面１３２ａと出射面１３２ｂを備える。入射面１３２ａは、光軸対称非球面であり、出射面１３２ｂは、凸面形状かつ曲率一定のシリンドリカル面である。シリンドリカル面の母線１３２ｃは、図２（ｃ）に示すように、流路１１５に平行である。図２（ｃ）では、便宜上、集光レンズ１３２の入射面１３２ａの図示が省略されている。また、図２（ｃ）では、シリンドリカル面の効果を模式的に表すために、便宜上、集光レンズ１３２のＸＹ平面における外形を矩形で図示しているが、実際の外形は円形である。後述する図７（ａ）〜（ｃ）についても同様である。
図２（ａ）、（ｃ）に示すように、レーザ光２０１は、Ｙ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、位置２０３で合焦する。位置２０３は、フローセル１１０の流路１１５の位置と一致する。一方、図１と図２（ｃ）に示すように、レーザ光２０１は、Ｘ軸方向において、入射面１３２ａと出射面１３２ｂとにより収束され、位置２０４で合焦する。位置２０４は、フローセル１１０の流路１１５の位置よりもＺ軸負側にある。
こうして、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の幅がＸ軸方向の幅よりも小さい形状で、言い換えれば、流路１１５に平行な方向の幅が、流路１１５を横切る方向の幅よりも小さい形状で、レーザ光２０１が流路１１５に照射される。光軸対称非球面が、レーザ光２０１を位置２０３で合焦させるために用いられると、球面が用いられる場合に比べて、球面収差を効果的に抑制できる。球面収差の抑制については、追って図４（ａ）、（ｂ）と図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
ここで、光軸２０２と入射面１３２ａとの交点の接平面上において、交点からの距離をｒとし、接平面から入射面１３２ａまでの距離をｚとする。距離ｚは、入射面１３２ａの光軸対称非球面の形状を示す。入射面１３２ａの曲率をｃとし、ｉ次非球面係数をαｉとし、コーニック定数をｋとする。このとき、距離ｚは、以下の偶数次非球面式により規定される。
Figure 2016024093
たとえば、ｒの４次の項またはｒの６次の項までを用いて入射面１３２ａが設計される。これにより、入射面１３２ａを所望の光軸対称非球面に設計し規定することができる。実施形態１では、ｒの４次の項までを用いて入射面１３２ａの光軸対称非球面を規定し、ｒの２次の係数と、ｒの６次以降の係数とを０とする。実施形態１における各値は、たとえば以下の表１に示すように設定される。
Figure 2016024093
入射面１３２ａの焦点距離、すなわち、Ｙ軸方向における集光レンズ１３２の焦点距離は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下に設定される。入射面１３２ａの焦点距離は、好ましくは５ｍｍ以上７０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上３５ｍｍ以下に設定される。
図１に戻り、流路１１５の粒子にレーザ光２０１が照射されることにより、前方散乱光２１１と、側方散乱光２１２と、蛍光２１３と、が生じる。前方散乱光２１１は、主として、フローセル１１０からＺ軸正方向に向かう。側方散乱光２１２は、主として、フローセル１１０からＸ軸正方向とＸ軸負方向に向かう。蛍光２１３は、フローセル１１０の周囲に広がる。
検出部１４０は、集光レンズ１４１と、ビームストッパ１４２と、ピンホール１４３と、光検出器１４４と、集光レンズ１４５と、ダイクロイックミラー１４６と、光検出器１４７と、分光フィルタ１４８と、光検出器１４９と、を備える。
集光レンズ１４１は、前方散乱光２１１をピンホール１４３の位置に集光させる。また、集光レンズ１４１は、粒子に照射されずにフローセル１１０を透過したレーザ光２０１を、ビームストッパ１４２の位置に集光させる。ビームストッパ１４２は、前方散乱光２１１の大部分を通過させ、フローセル１１０を透過したレーザ光２０１を遮光する。光検出器１４４は、フォトダイオードである。光検出器１４４は、ピンホール１４３の孔を通過した前方散乱光２１１を受光して、前方散乱光２１１に基づく信号を出力する。
集光レンズ１４５は、側方散乱光２１２と蛍光２１３を集光させる。ダイクロイックミラー１４６は、側方散乱光２１２を反射し、蛍光２１３を透過する。光検出器１４７は、フォトダイオードである。光検出器１４７は、ダイクロイックミラー１４６により反射された側方散乱光２１２を受光して、側方散乱光２１２に基づく信号を出力する。分光フィルタ１４８は、蛍光２１３のみを透過する。光検出器１４９は、アバランシェフォトダイオードである。光検出器１４９は、蛍光２１３を受光して、蛍光２１３に基づく信号を出力する。
図３に示すように、粒子分析装置１０は、測定部２０と、分析部３０と、記憶部４０と、を備える。測定部２０は、上記フローサイトメータ１００を含む。
測定部２０は、患者から採取された末梢血である血液検体に試薬等を混和して、測定に用いる測定試料を調製する。測定部２０は、フローサイトメータ１００の光検出器１４４、１４７、１４９から出力された信号を、分析部３０に出力する。分析部３０は、入力された信号の波形から、複数の特徴パラメータを算出する処理を行う。分析部３０は、記憶部４０に記憶されているコンピュータプログラムを用いて、算出した特徴パラメータに基づく分析を行い、分析結果を記憶部４０に記憶させる。
次に、図４（ａ）、（ｂ）と図５（ａ）、（ｂ）を参照して、球面収差のシミュレーション結果について説明する。以下のシミュレーションでは、集光レンズ１３２の入射面１３２ａの性能を評価した。この評価のため、シミュレーションでは、集光レンズ１３２に代えて、非球面レンズからなる集光レンズ１３４を用いた。比較のため、さらに、従来例として球面レンズを貼り合わせた集光レンズ１３３の性能を評価した。シミュレーションでは、従来例の集光レンズ１３３を用いる場合と、集光レンズ１３４を用いる場合とで、スポットダイアグラムのサイズを取得して、球面収差の大きさを評価した。
図４（ａ）に示すように、従来例の集光レンズ１３３は、ガラスからなる２枚の球面レンズの貼り合わせにより構成した。入射面１３３ａと出射面１３３ｂは、何れも光軸対称球面とし、２枚のレンズが貼り合わせられた面１３３ｃも、光軸対称球面とした。シミュレーションでは、平行光を入射面１３３ａに入射させ、従来例の集光レンズ１３３により最も集光された位置で、スポットダイアグラムを取得した。この場合のシミュレーションの条件は、以下の表２に示すとおりであった。
Figure 2016024093
図４（ｂ）に示すように、従来例の集光レンズ１３３で平行光を集光した場合、スポットダイアグラムの半径は０．００１１６１ｍｍとなった。
図５（ａ）に示すように、集光レンズ１３４は、ガラスからなる１枚の非球面レンズにより構成した。入射面１３４ａは、実施形態１の入射面１３２ａと同様の光軸対称非球面であり、表１の（１）〜（５）、（７）に示すように構成した。出射面１３４ｂは、Ｘ−Ｙ平面に平行な面とした。シミュレーションでは、平行光を入射面１３４ａに入射させ、集光レンズ１３４により最も集光された位置で、スポットダイアグラムを取得した。この場合のシミュレーション条件は、表２の（６）、（７）と同じであった。
図５（ｂ）に示すように、集光レンズ１３４で平行光を集光した場合、スポットダイアグラムの半径は４．５６１×１０−７ｍｍとなった。
上記シミュレーションの結果によれば、非球面レンズからなる集光レンズ１３４の場合、球面レンズからなる従来例の集光レンズ１３３の場合に比べて、スポットダイアグラムのサイズが小さく、球面収差を抑制してレーザ光を集光できることが分かる。このことから、図１に示すフローサイトメータ１００において、レーザ光２０１をフローセル１１０の流路１１５に集光させるために、光軸対称非球面の入射面１３２ａを用いる方が、球面レンズからなる従来の集光レンズを用いる場合に比べて、より効果的にレーザ光２０１の球面収差を抑制できると言える。
次に、集光レンズ１３２を用いた場合の、フローセル１１０の流路１１５の位置におけるビーム強度のシミュレーション結果について説明する。
シミュレーションでは、平行光を入射面１３２ａから入射させ、フローセル１１０の流路１１５の位置において、Ｙ軸方向とＸ軸方向のビーム強度を取得した。この場合のシミュレーション条件は、表１の（１）〜（７）と、表２の（６）、（７）と、同じとした。流路１１５の直径は２５μｍとした。
図６（ａ）、（ｂ）において、横軸は、光軸２０２と流路１１５との交点からの距離を示しており、縦軸は、最大値で正規化したビーム強度を示している。図６（ｂ）に示すＸ軸方向のビーム強度の形状は、図６（ａ）に示すＹ軸方向のビーム強度の形状に比べて、光軸から離れる方向に緩やかな傾きを有する形状となった。Ｘ軸方向の位置が１２．５μｍおよび−１２．５μｍである位置において、ビーム強度は、図６（ｂ）に示すように最大値の９７．４％となった。したがって、流路１１５に対して略均一な光が照射された。このように、集光レンズ１３２によれば、流路１１５を流れる測定試料中の粒子を検出できるように、流路１１５におけるＹ軸方向とＸ軸方向のビーム強度の形状を、適切に設定できる。
以上、実施形態１によれば、複数の球面レンズを用いることなく、光源からの光を低収差で歪の少ない状態でフローセル１１０に照射できる。これにより、レーザ光２０１を集光させるためのレンズの厚みを低減できる。光軸対称非球面を用いたことで複数の球面レンズを用いる必要がなくなったため、シリンドリカル面と反対側の面、すなわち入射面１３２ａを光軸対称非球面とすることができる。単一の集光レンズ１３２によりレーザ光２０１の集光と整形の両方を実現できるため、照射光学系１３０のレンズの点数を削減でき、照射光学系１３０を小型化できる。照射光学系１３０のレンズの点数を削減できるため、ホルダ等のレンズを保持および設置するための部材や構成が同様に削減される。これにより、照射光学系１３０を配置するためのスペースを大幅に削減でき、その結果、フローサイトメータ１００を効果的に小型化できる。
実施形態１によれば、集光レンズ１３２の入射面１３２ａと出射面１３２ｂとが、それぞれ、光軸対称非球面とシリンドリカル面とで構成される。これにより、光源１２０からのレーザ光２０１が、低収差かつ歪の少ない状態でフローセル１１０の流路１１５に照射されるように、集光レンズ１３２のレンズ面を設計できる。
実施形態１によれば、入射面１３２ａの光軸対称非球面は、入射したレーザ光２０１を位置２０３に集光する形状を有する。出射面１３２ｂのシリンドリカル面は、フローセル１１０の流路１１５に照射されるレーザ光２０１を、流路１１５に平行な方向の幅が、流路１１５を横切る方向の幅よりも小さくなるように整形する形状を有する。このように、集光レンズ１３２の面ごとに機能が分けられると、集光レンズ１３２の各面の設計および製作が容易になる。
実施形態１によれば、出射面１３２ｂのシリンドリカル面が凸面形状とされる。これにより、流路１１５を横切る方向におけるレーザ光２０１の焦点位置が、流路１１５よりも光源１２０側の位置２０３となる。よって、照射光学系１３０をさらに小型化できる。
実施形態１によれば、入射面１３２ａが光軸対称な形状であるため、入射面１３２ａと出射面１３２ｂとの間に、光軸周りの位置ずれが生じることがない。よって、入射面と出射面の回転位置を厳密に管理して集光レンズ１３２を作製しなくても、集光レンズ１３２に所期の性能が担保される。
＜実施形態２＞
実施形態２のフローサイトメータは、集光レンズ１３２の出射面の形状が異なる以外は、実施形態１のフローサイトメータと同じ構成を備えている。図７（ａ）に示すように、実施形態２では、実施形態１と比較して、集光レンズ１３２の出射面１３２ｂが、凹面形状かつ曲率一定のシリンドリカル面となっている。
この場合、レーザ光２０１は、Ｙ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、位置２０３で合焦する。位置２０３は、フローセル１１０の流路１１５の位置と一致する。一方、レーザ光２０１は、Ｘ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、出射面１３２ｂにより拡散され、位置２０４で合焦する。位置２０４は、フローセル１１０の流路１１５の位置よりもＺ軸正側にある。よって、実施形態２においても、実施形態１と同様、流路１１５に平行な方向の幅が、流路１１５を横切る方向の幅よりも小さい形状となるよう、レーザ光２０１を流路１１５に照射できる。
実施形態２において、入射面１３２ａは、上記実施形態１と同様、流路１１５に光を集光するように設計される。したがって、図５（ａ）、（ｂ）と同様、入射面１３２ａは、球面収差を顕著に抑制できる。実施形態２においても、低収差かつ歪の少ない状態でフローセル１１０の流路１１５に照射されるように、集光レンズ１３２のレンズ面を設計できる。
次に、実施形態２の集光レンズ１３２を用いた場合の、フローセル１１０の流路１１５の位置におけるビーム強度のシミュレーション結果について説明する。
シミュレーションでは、平行光を入射面１３２ａに入射させ、フローセル１１０の流路１１５の位置において、Ｙ軸方向とＸ軸方向のビーム強度を取得した。この場合のシミュレーション条件は、表１の（１）〜（５）、（７）と、表２の（６）、（７）と、同じであり、出射面１３２ｂの曲率半径は６５ｍｍとした。流路１１５の直径は２５μｍとした。
この場合も、図８（ｂ）に示すＸ軸方向のビーム強度の形状は、図８（ａ）に示すＹ軸方向のビーム強度の形状に比べて、光軸から離れる方向に緩やかな傾きを有する形状となった。Ｘ軸方向の位置が１２．５μｍおよび−１２．５μｍである位置において、ビーム強度は、図８（ｂ）に示すように最大値の９７．８％であった。したがって、流路１１５に対して略均一な光が照射された。このように、実施形態２の集光レンズ１３２によれば、実施形態１と同様、流路１１５を流れる測定試料中の粒子を検出できるように、流路１１５におけるＹ軸方向とＸ軸方向のビーム強度の形状を、適切に設定できる。
＜実施形態３＞
実施形態３のフローサイトメータは、集光レンズ１３２の出射面の形状が異なる以外は、実施形態１のフローサイトメータと同じ構成を備えている。図７（ｂ）に示すように、実施形態３では、実施形態１と比較して、出射面１３２ｂのシリンドリカル面の母線１３２ｃが、Ｘ軸方向、すなわち、流路１１５を横切る方向となっている。
この場合、レーザ光２０１は、Ｘ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、位置２０４で合焦する。位置２０４は、フローセル１１０の流路１１５の位置よりもＺ軸正側にある。一方、レーザ光２０１は、Ｙ軸方向において、入射面１３２ａと出射面１３２ｂとにより収束され、位置２０３で合焦する。位置２０３は、フローセル１１０の流路１１５の位置と一致する。よって、実施形態３においても、実施形態１と同様、流路１１５に平行な方向の幅が、流路１１５を横切る方向の幅よりも小さい形状となるよう、レーザ光２０１を流路１１５に照射できる。
実施形態３において、入射面１３２ａは、上記実施形態１と異なり、流路１１５よりも遠い位置に光を集光するように設計される。Ｙ軸方向における集光は、入射面１３２ａの集光作用とともに球面である出射面１３２ｂの集光作用によって実現される。このため、実施形態３では、出射面１３２ｂの影響を考慮しながら、収差と歪が抑制されるように、入射面１３２ａが設計される。このように、実施形態３では、出射面１３２ｂによる影響があるものの、これを加味して入射面１３２ａを設計することにより、低収差かつ歪の少ない状態でフローセル１１０の流路１１５に光を照射できる。
＜実施形態４＞
実施形態４のフローサイトメータは、集光レンズ１３２の出射面の形状が異なる以外は、実施形態１のフローサイトメータと同じ構成を備えている。図７（ｃ）に示すように、実施形態４では、実施形態１と比較して、出射面１３２ｂが、凹面形状かつ曲率一定のシリンドリカル面となっている。出射面１３２ｂのシリンドリカル面の母線１３２ｃは、Ｘ軸方向、すなわち、流路１１５を横切る方向となっている。
この場合、レーザ光２０１は、Ｘ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、位置２０４で合焦する。位置２０４は、フローセル１１０の流路１１５の位置よりもＺ軸負側にある。一方、レーザ光２０１は、Ｙ軸方向において、入射面１３２ａにより収束され、出射面１３２ｂにより拡散され、位置２０３で合焦する。位置２０３は、フローセル１１０の流路１１５の位置と一致する。よって、実施形態４においても、実施形態１と同様、流路１１５に平行な方向の幅が、流路１１５を横切る方向の幅よりも小さい形状となるよう、レーザ光２０１を流路１１５に照射できる。
実施形態４において、入射面１３２ａは、上記実施形態１と異なり、流路１１５よりも近い位置に光を集光するように設計される。Ｙ軸方向における集光は、入射面１３２ａの集光作用とともに球面である出射面１３２ｂの拡散作用によって実現される。このため、実施形態４では、出射面１３２ｂの影響を考慮しながら、収差と歪が抑制されるように、入射面１３２ａが設計される。このように、実施形態４では、出射面１３２ｂによる影響があるものの、これを加味して入射面１３２ａを設計することにより、低収差かつ歪の少ない状態でフローセル１１０の流路１１５に光を照射できる。
次に、図９（ａ）、（ｂ）を参照して、実施形態４の球面収差のシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションでは、実施形態４における集光レンズ１３２の入射面１３２ａの性能を評価した。上記のように、集光レンズ１３２は、入射面１３２ａによる集光作用とともに出射面１３２ｂによる拡散作用によってＹ軸方向に光を集光する。シミュレーションでは、光を円形に集光した状態でスポットダイアグラムを取得して球面収差を評価できるように、集光レンズ１３２に代えて、入射面が光軸対称非球面で、出射面が光軸対称球面の集光レンズ１３５を用いた。
集光レンズ１３５の入射面１３５ａは、表３の（１）〜（４）に従って設計された光軸対称非球面とした。集光レンズ１３５の出射面１３５ｂは、表３の（５）に示す曲率半径を有する光軸対称球面であった。集光レンズ１３５の屈折率は、表３の（６）に示すとおりとした。シミュレーションでは、このように設計された集光レンズ１３５によって平行光を集光したときのスポットダイアグラムのサイズを取得して、球面収差の大きさを評価した。平行光の波長と半径は、表３の（７）、（８）に示すとおりとした。
Figure 2016024093
図９（ｂ）に示すように、集光レンズ１３５で平行光を集光した場合、スポットダイアグラムの半径は３．５４８×１０−５ｍｍとなった。
このシミュレーション結果では、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明した実施形態１のシミュレーション結果に比べて、スポットダイアグラムのサイズはやや大きくなった。しかしながら、このシミュレーション結果によるスポットダイアグラムのサイズは、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明した球面レンズからなる従来例の集光レンズ１３３のシミュレーション結果に比べて、数段小さい値であった。よって、実施形態４の集光レンズ１３２においても、球面レンズからなる従来例の集光レンズに比べて、効果的に球面収差を抑制できる。
実施形態３では、実施形態４と同じく、集光レンズ１３２の入射面１３２ａと出射面１３２ｂの両方の光学作用によってＹ軸方向に光が集光される。したがって、入射面１３２ａの設計を調整することにより、実施形態４と同等の球面収差の抑制効果が得られる。
＜実施形態５＞
実施形態５のフローサイトメータは、集光レンズ１３２の入射面と出射面の形状が異なる以外は、実施形態１のフローサイトメータと同じ構成を備えている。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、実施形態５では、実施形態１と比較して、集光レンズ１３２の入射面１３２ａが、凸面形状かつ曲率一定のシリンドリカル面となり、出射面１３２ｂが、光軸対称非球面となっている。シリンドリカル面の母線は、流路１１５に平行である。実施形態５では、実施形態１に比べて、集光レンズ１３２の入射面と出射面の機能が置き換えられている。図１０（ａ）、（ｂ）では、便宜上、フローセル１１０以降の構成の図示が省略されている。
次に、実施形態５の球面収差のシミュレーション結果について説明する。以下のシミュレーションでは、実施形態５の集光レンズ１３２を用いる場合のスポットダイアグラムのサイズを取得して、球面収差の大きさを評価した。
シミュレーションでは、平行光が入射面１３２ａから入射され、図１０（ｂ）に示す位置２０３でスポットダイアグラムを取得した。この場合のシミュレーション条件は以下の表４に示すとおりとした。なお、シミュレーションでは、位置２０３、すなわち、フローセル１１０の流路１１５の位置における球面収差の大きさを評価するために、入射面１３２ａをＸ−Ｙ平面に平行な面とした。
Figure 2016024093
実施形態５の集光レンズ１３２で平行光を集光した場合、スポットダイアグラムの半径は５．９５５×１０−５ｍｍとなった。
このシミュレーション結果では、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明した実施形態１のシミュレーション結果に比べて、スポットダイアグラムのサイズはやや大きくなった。しかしながら、このシミュレーション結果によるスポットダイアグラムのサイズは、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明した球面レンズからなる従来例の集光レンズ１３３のシミュレーション結果に比べて、数段小さい値であった。よって、実施形態５の集光レンズ１３２においても、球面レンズからなる従来例の集光レンズに比べて、効果的に球面収差を抑制できる。
＜変更例＞
実施形態１〜５において、コリメータレンズ１３１が省略されても良い。この場合、レーザ光２０１が、実施形態１〜５と同様の形状でフローセル１１０の流路１１５に照射されるよう、集光レンズ１３２の設定値が変更される。
実施形態１〜５では、集光レンズ１３２において、シリンドリカル面の曲率は一定であったが、これに限らず、シリンドリカル面の曲率は一定でなくても良い。この場合、フローセル１１０の流路１１５におけるレーザ光２０１の強度分布の形状を、頂上付近がより平坦に近い、いわゆるトップハット形状とすることができる。これにより、流路１１５を横切る方向の光の強度をより均一化でき、流路１１５に均一な光を照射できる。
実施形態１〜５において、レーザ光２０１と、レーザ光２０１とは異なる波長のレーザ光とを、フローセル１１０の流路１１５に照射するよう、フローサイトメータ１００が構成されても良い。この場合、他の光源が、フローサイトメータ１００に配置され、レーザ光２０１と異なる波長のレーザ光を出射する。
実施形態１〜５では、血液が測定対象とされたが、尿が測定対象であっても良い。本発明は、血液や尿等の生体試料中の粒子を測定する装置に適用できる。
１０ … 粒子分析装置
３０ … 分析部
１００ … フローサイトメータ
１１０ … フローセル
１２０ … 光源
１３０ … 照射光学系
１３１ … コリメータレンズ
１３２ … 集光レンズ
１３２ａ … 入射面
１３２ｂ … 出射面
１３２ｃ … 母線
１４０ … 検出部

Claims (12)

  1. 被検粒子を含む試料を流すフローセルと、
    光源と、
    前記光源からの光を前記フローセルの粒子の流れに照射する照射光学系と、
    前記光の照射によって前記粒子の流れから生じた光を検出する検出部と、を備え、
    前記照射光学系は、一方の面が光軸対称非球面で他方の面がシリンドリカル面で構成された集光レンズを備える、フローサイトメータ。
  2. 前記集光レンズは、前記シリンドリカル面の母線が前記フローセルの前記粒子の流れに平行となるように配置されている、請求項１に記載のフローサイトメータ。
  3. 前記光軸対称非球面は、入射した光を焦点に集光する形状を有し、
    前記シリンドリカル面は、前記流れ領域に照射される光を前記フローセルの粒子の流れに平行な方向の幅が前記粒子の流れを横切る方向の幅よりも小さくなるように整形する形状を有する、請求項２に記載のフローサイトメータ。
  4. 前記光軸対称非球面は、前記集光レンズの光の入射面に設けられ、
    前記シリンドリカル面は、前記集光レンズの光の出射面に設けられる、請求項３に記載のフローサイトメータ。
  5. 前記光軸対称非球面は、前記集光レンズの光の出射面に設けられ、
    前記シリンドリカル面は、前記集光レンズの光の入射面に設けられる、請求項３に記載のフローサイトメータ。
  6. 前記集光レンズは、前記粒子の流れに平行な方向における焦点距離が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下となるよう構成される、請求項３ないし５の何れか一項に記載のフローサイトメータ。
  7. 前記シリンドリカル面が凸面形状である、請求項３ないし６の何れか一項に記載のフローサイトメータ。
  8. 前記シリンドリカル面が凹面形状である、請求項３ないし６の何れか一項に記載のフローサイトメータ。
  9. 前記光源と前記集光レンズとの間にコリメータレンズが配置されている、請求項１ないし８の何れか一項に記載のフローサイトメータ。
  10. 前記光源と前記フローセルとの間には、前記照射光学系として２つのレンズが配置され、
    前記２つのレンズが、前記コリメータレンズと、前記集光レンズである、請求項９に記載のフローサイトメータ。
  11. 請求項１ないし１０の何れか一項に記載のフローサイトメータと、
    前記検出部からの出力を処理して前記試料中の被検粒子を分析する分析部と、を備える粒子分析装置。
  12. 被検粒子を含む試料をフローセルに流し、
    光源からの光を、一方の面が光軸対称非球面で他方の面がシリンドリカル面のレンズで集光して前記フローセルの粒子の流れに照射し、
    前記フローセルの流れから生じた光を検出する、フローサイトメトリー法。
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