JP2016501369A

JP2016501369A - フローサイトメトリーのための光学系、装置及び方法

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Publication number: JP2016501369A
Application number: JP2015544064A
Authority: JP
Inventors: シー，シャオレイ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2016-01-18
Also published as: US8994941B2; WO2014084957A1; CA2888058A1; EP2926186A1; US20140146316A1; EP2926186A4

Abstract

光学系は、光源と、光照射装置と、集光装置とを備えている。光源は、光を発するように構成される。光照射装置は、光源と光学的に結合していて、試料に対してその光軸に対して斜めに光を導いて集束させるように構成されている。集光装置は、試料から散乱し、空間的に放射ノイズから分離された後方散乱線を収集するように構成されている。関連する装置及び方法も記載されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、一般に、光学系、装置及び方法に関し、より具体的には、フローサイトメトリーを実施するための光学系、装置、及び方法に関するものである。

フローサイトメトリーを実施する装置は、一般的に、光照射された際の粒子の光学特性により、液体中の粒子をカウントし、測定し、識別する。粒子は、通常、１以上の蛍光マーカーで標識が付されることにより作製される。蛍光マーカーが光励起された場合、蛍光マーカーは、特性波長域の光を放出する。粒子の１以上の特性を得るために、照射された粒子から散乱した前方散乱線を検出するのが一般的である。したがって、粒子を照射するために、装置の光学素子の一部が、粒子の背面側に配置され、前方散乱線を収集するために、装置の光学素子の一部が、粒子の前側に配置される。光学素子は粒子の両側に配置されているので、装置の配置をコンパクトにすることができず、ポイントオブケア用途には適さない。

上記問題に対処する光学系、装置及び方法を提供することが求められている。

米国特許出願公開第２０１１／０２６１４４６号明細書

本明細書で開示される一実施形態によれば、光学系が提供される。この光学系は、光源と、光照射装置と、集光装置とを備えている。光源は、光を発するように構成される。光照射装置は、光源と光学的に結合していて、試料に対してその光軸に対して斜めに光を導いて集束させるように構成されている。集光装置は、試料から散乱し、空間的に放射ノイズから分離された後方散乱線を収集するように構成されている。

本明細書に開示した別の実施形態によれば、装置が提供される。この装置は、光学系と、検出器とを備えている。光学系は、光軸に対して斜めに試料を照射し、かつ試料から散乱した後方散乱線から、ノイズ放射を空間的に分離するように構成されている。検出器は、光学系からの後方散乱線を検出するために、光学系に光学的に結合されている。

本明細書に開示した別の実施形態によれば、方法が提供される。この方法は、光学系の光軸に対して傾斜している傾斜入射ビームによって試料を照射することを含む。この方法は、試料から散乱した後方散乱線から、ノイズ放射を空間的にフィルタリングして除去することをさらに含む。この方法は、後方散乱線を検出することをさらに含む。

本発明の、これら及び他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明を、添付図面を参照して読むとき、よりよく理解される。添付図面全体を通して、同様の符号が、同様の部分を表している。

例示的な実施形態に従って、フローサイトメトリーを実行するための装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る装置の集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。別の例示的な実施形態に係る集光装置の概略図である。例示的な実施形態に係る集光装置の空間フィルタの上面図である。例示的な実施形態に係る方法のフローチャートである。例示的な実施形態に係る図１２に示す方法の、照射するステップを示すフローチャートである。

別途言及しない限り、本明細書で用いる技術的及び科学的用語は、本開示が属する分野の当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有する。用語「第１」、「第２」等は、本明細書で使用される場合は、順序、数量、又は重要度のいずれも示しておらず、１つの要素を別の要素と区別するために使用される。また、単数の記載（「ａ」，「ａｎ」ａｎｄ「ｏｎｅ」）は、数量の限定を示すものではなく、参照されたものが少なくとも１つ存在することを示す。「含む」、「備える」又は「有する」、及びこれらの変形の使用は、列挙したもの、その均等物のみならず、別のものも包含することを意味する。「接続された」、及び「結合された」という用語は、物理的又は機械的な接続もしくは結合に限定されず、直接的か、間接的かを問わず、電気的又は光学的な、接続又は結合を含み得る。説明の目的のみのために、実際には幅を有する光を、光軸に沿った線で示している。

図１は、例示的な実施形態に従って、フローサイトメトリーを実施する装置１０の概略図を示している。装置１０は、試料２２から散乱した後方散乱線４０を収集して検出するように構成されている。本実施形態ではは、試料２２は、緩衝水等のバックグラウンドマトリクス２１中に存在する、蛍光ビーズ等の１以上の粒子２０を含む。透明なチップ２５内のフローセルのインテロゲーションゾーン（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎｚｏｎｅ）２３を通過する際に、粒子２０が照射される。装置１０は、光学系１２と、光学系１２に結合された検出器１４〜１７とを含む。

光学系１２は、試料２２を光軸３０に対して斜めから照射し、かつノイズ放射４２を後方散乱線４０から空間的に分離するように構成されている。ノイズ放射４２は、主に、チップ２５の外面と、チップ２５の基板（図示せず）同士の界面からの後方反射ノイズ光を含んでいる。光学系１２は、光源５０、５１と、光照射装置５２と、集光装置５４とを備えている。

光源５０、５１は、粒子２０を照射するために、光４４、４５を発生するように構成されている。光４４、４５は、１以上の波長成分を有し、より好ましくは、２以上の波長成分を有している。いくつかの波長成分を使用する場合、これらの波長の照射は、同時に、又は別々の時間間隔で行うことができる。図示された実施形態では、２つの別個の波長領域における光４４及び４５を生成するために、２つの光源５０及び５１が設けられている。本実施形態では、２つの光源５０及び５１は、それぞれ、波長が約６３７ｎｍの赤色光と、波長が約５３２ｎｍの緑色光とを発生させる。別の実施形態では、用いられる蛍光分子に応じて、他の波長の光が生成され、用いられてもよい。いくつかの実施形態では、単一の光源が、１以上の波長成分を有する光を発生させるために設けられていてもよい。光学系１２は、任意の数の光源を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源５０、５１はレーザであり、限定するものではないが、ガス、ダイオード、及び固体レーザを含み、例えばヘリウム−ネオンやアルゴンレーザ等であってもよい。他の実施形態では、光源５０、５１は、任意の他の適切な光源であってもよい。

光照射装置５２は、光学的に、光源５０、５１に連結され、かつ、光４４、４５を光軸３０に対して斜めに、粒子２０に向けて集束させるように構成されている。本実施形態では、光照射装置５２は、レンズ５６〜５８と、ミラー５９〜６２と、波長板６４及び６５と、ビームスプリッタ６７、６８と、第１ビームスプリッタ６９と、フィルタ７１と、対物レンズ７３とを備えている。本実施形態では、レンズ５６、及び５７は、それぞれ光源５０及び５１から放出された光４４及び４５を調整し、平行ビームを生成する。レンズ５６を通った光４４は、ミラー５９によって、波長板６４に向けられる。波長板６４は、続いて、光４４を通過させてビームスプリッタ６７に到達させる。波長板６４は、光４４の偏光を変化させ、ビームスプリッタ６７及び６８を通る伝送を最大にする。波長板６４は、本実施形態では、１／２波長板であってもよい。レンズ５７を通った光４５は、ミラー６０及び６１によってビームスプリッタ６７に到達するように方向付けられる。本実施形態では、光源５０、５１及びレンズ５６、５７を含む光学部品をコンパクトに配置できるようにするために、ミラー５９〜６１を使用して、光４４及び４５の伝搬方向をシフトする。

本実施形態ではは、ビームスプリッタ６７は、ダイクロックビームスプリッタであってもよい。ダイクロックビームスプリッタは、光４４を通過させるが、光４５を光４４の方向と実質的に共線方向に反射し、両方の光源５０及び５１からの波長成分を含む共伝搬ビームを発生させることができる。その後、光４４及び４５は、レンズ５８を通過し、フィルタ７１に伝達される。フィルタ７１は、光４４及び４５をフィルタリングするために、バックグラウンドに漏れる光を減少させ、光４４、４５の信号をよりクリアにする。本実施形態では、フィルタ７１は、バンドパスフィルタであってもよい。レンズ５８は、試料２２に線状焦点を形成するシリンドリカルレンズである。フィルタ７１を通過した光４４及び４５は、ビームスプリッタ６８に伝達される。本実施形態では、ビームスプリッタ６８は、偏光ビームスプリッタであってもよい。偏光ビームスプリッタは、光４４及び４５を通過させるが、後方散乱線４０及びノイズ放射４２を反射する。ビームスプリッタ６８からの光４４及び４５は、波長板６５を通って第１ビームスプリッタ６９に伝達される。波長板６５は、本実施形態では、１／４波長板であってもよい。波長板６４、６５、ビームスプリッタ６７、６８、レンズ５８、及びフィルタ７１は、光照射装置５２の光軸３２に沿って整列しており、ビームスプリッタ６７からの光４４、４５は、光軸３２に沿ってレンズ５８、フィルタ７１、ビームスプリッタ６８、及び波長板６５を通って伝達される。

第１ビームスプリッタ６９及びミラー６２の少なくとも一方は、光照射装置５２の光軸から光４４及び４５を平行移動させるために、光４４、４５をシフトし、光照射装置５２の光軸から離れた中心を有する光シフト要素とされる。図示された実施形態では、第１ビームスプリッタ６９は、光源５０及び５１に光学的に結合した光シフト要素である。第１ビームスプリッタ６９は、光４４及び４５を平行移動させ、後方散乱線４０及び蛍光放射４７を粒子２０から分離するように構成されている。第１ビームスプリッタ６９の中心６９１は、光照射装置５２の光軸３２から離れている。光軸３２に沿った波長板６５からの光４４及び４５は、第１ビームスプリッタ６９によってミラー６２へ反射される。光４４及び４５は、光照射装置５２の光軸３４から平行移動させられる。第１ビームスプリッタ６９は、本実施形態では、ダイクロイックビームスプリッタであってもよい。ダイクロイックビームスプリッタは、光４４及び４５を反射するが、粒子２０からの蛍光放射４７を通過させる。

ミラー６２の中心６２１は、光軸３０及び３４上にあるが、ミラー６２に投射された光４４及び４５からは離れている。ミラー６２は、第１ビームスプリッタ６９からの線４４及び４５を対物レンズ７３に向けて反射する。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタは、ミラー６２の代わりに、光４４、４５を反射するために使用され得る。対物レンズ７３は、レンズ軸７３１を有している。レンズ軸７３１は、本実施形態では、光照射装置５２の光軸３０と共線であり、対物レンズ７３に投射された光４４及び４５のビーム軸４４１から平行移動したものである。対物レンズ７３は、光４４、４５をレンズ軸７３１及び光軸３０に対して斜めに、粒子２０に集束させる一方、粒子２０はインテロゲーションゾーン２３を通過する。したがって、対物レンズ７３からの光４４及び４５のビーム軸４４３はレンズ軸７３１と光軸３０に対して斜めになっている。光４４及び４５は、それぞれ、光軸３０と実質的に一直線である、インテロゲーションゾーン２３の中心に集光される。

集光装置５４は、後方散乱線４０を収集するように構成されている。集光装置５４は、対物レンズ７３と、ミラー６２と、第１ビームスプリッタ６９と、波長板６５と、ビームスプリッタ６８と、ビームスプリッタ７５、７７と、フィルタ７９〜８２と、レンズ８３、８４と、放射制限素子８６とを含む。照射された粒子２０からの後方散乱線４０は、光４４及び４５の方向と実質的に共線方向に伝達される。後方散乱線４０は、光４４及び４５による散乱に関連する１以上の波長成分を有している。図示されている実施形態では、後方散乱線４０は、赤色光４４による散乱の波長に対応した波長の、赤色後方散乱線と、緑色光４５による散乱の波長に対応した別の波長の、緑色後方散乱線とを含む。

ノイズ放射４２は、光４４及び４５を反射するチップ２５の外面、及び界面によって生成され、後方散乱線４０から空間的に分離される。照射された粒子２０からの蛍光放射４７は、対物レンズ７３のレンズ軸７３１に沿って放出される。蛍光放射４７は、標識が付された粒子によって、より具体的には、光４４及び４５により励起された、粒子の蛍光標識によって放出される。蛍光放射４７は、光４４及び４５による励起に関連する１以上の波長成分を有している。

後方散乱線４０、ノイズ放射４２、及び蛍光放射４７は、互いに空間的に分離されており、対物レンズ７３に放出される。対物レンズ７３は、この後方散乱線４０、ノイズ放射４２、及び蛍光放射４７をミラー６２に向ける。後方散乱線４０、ノイズ放射４２及び蛍光放射４７は、その後、ミラー６２によって、第１ビームスプリッタ６９に向けられる。第１ビームスプリッタ６９は、蛍光放射４７を通過させ、後方散乱線４０、ノイズ放射４２を反射する。後方散乱線４０及びノイズ放射４２は、その後、波長板６５を通過して、ビームスプリッタ６８に到達する。ビームスプリッタ６８は、次に、後方散乱線４０及びノイズ放射４２をフィルタ７９に向けて反射する。

フィルタ７９は、検出することができる波長域における後方散乱線４０を通過させるが、他の波長域における後方散乱線４０をほぼブロックする。図示された実施形態では、フィルタ７９は、バンドパスフィルタであってもよく、検出することができる赤色後方散乱線を通過させて粒子２０のプロファイルを得る。別の実施形態では、フィルタ７９は、緑色後方散乱線を通過させるが、赤色後方光を遮断してもよい。フィルタ７９は、ノイズ放射の一部も遮断する。

放射制限素子８６は、後方散乱線４０を通過させ、ノイズ放射４２をフィルタリングする。放射制限素子８６は、後方散乱線４０を通過させる開口８６１を有し、後方散乱線４０からノイズ放射４２を空間的にフィルタリングして除去する。開口８６１は、後方散乱線４０を通過させるために、配置され、寸法決めされる。開口８６１は、ピンホール、スリット、又は後方散乱線４０を通過させる任意の他の形状であってもよい。図示された実施形態では、放射制限素子８６は、フィルタ７９の下流側に配置される。別の実施形態では、放射制限素子８６は、フィルタ７９の上流側に配置されてもよい。放射制限素子８６は、後方散乱線４０からノイズ放射４２をフィルタリングし、次に放射制限素子８６からの後方散乱線４０が、フィルタ７９によってフィルタリングされる。

レンズ８３は、放射制限素子８６からの後方散乱線４０を検出器１４に集光する。検出器１４は、ビームの空間分布画像を提供する多素子検出器とすることができる。検出器１４は、光検出器、もしくは光検出器のアレイ、又はその他の何らかのデバイスとすることができる。いくつかの実施形態では、放射制限素子８６を省略する一方、後方散乱線４０を検出するために、検出器１４が、ノイズ放射４２を空間的にフィルタリングすることができる。

本実施形態では、第１ビームスプリッタ６９からの蛍光放射４７は、レンズ８４によってビームスプリッタ７５に集光され、ビームスプリッタ７５が、次に、ある波長域の蛍光放射４７を反射し、他の波長域の蛍光放射４７を通過させる。ビームスプリッタ７５は、ダイクロイックフィルタであってもよい。ビームスプリッタ７５により反射された蛍光放射４７は、フィルタ８０を通過して検出器１５に伝達される。フィルタ８０は、蛍光放射４７からノイズをフィルタリングして除去するバンドパスフィルタであってもよい。ビームスプリッタ７５を通過した蛍光放射４７は、ビームスプリッタ７７によって分離されてフィルタ８１及び８２にそれぞれ向けられ、フィルタ８１及び８２は、次に蛍光放射４７を通過させて検出器１６及び１７に向ける。ビームスプリッタ７７は、ダイクロイックフィルタであってもよい。フィルタ８１及び８２も、蛍光放射４７からノイズをフィルタリングして除去するバンドパスフィルタであってもよい。検出器１５〜１７は、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）又は他の適切な検出器とすることができる。検出器１４〜１７は、検出された信号を、分析モジュール（図示せず）に送信する。分析モジュールは、例えば、検出された信号のデータ分析のためのソフトウェアを有するコンピュータである。

図１に示す実施形態では、装置１０をコンパクトな構成とするために、光源５０、５１、光照射装置５２、集光装置５４、及び検出器１４〜１７は、チップ２５の一方の側に配置されている。光４４及び４５は、チップ２５の下側から試料２２を照射し、後方散乱線４０も、チップ２５の下側から収集される。したがって、本実施形態では、チップ２５の上側には光学要素はなく、その結果、上側からチップ２５を変更することが容易になる。いくつかの実施形態では、ミラー５９〜６１、レンズ５８、フィルタ７１、７９、放射制限素子８６等の図１に示す１以上の光学素子は、任意であってもよいし、同様の機能を有する任意の他の光学素子と置き換えてもよい。いくつかの実施形態では、ミラー、ビームスプリッタ等の１つ以上の他の光学要素が、装置１０において利用可能である。

図２は他の例示的な実施形態に係る集光装置２５４の概略図を示している。本実施形態における集光装置２５４は、図１の実施形態の集光装置５４と同様に動作することができる。図１の実施形態と比較して、図２の放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８と第１ビームスプリッタ６９との間に配置されている。本実施形態では、放射制限素子８６は、波長板６５と第１ビームスプリッタ６９との間に配置され得る。別の実施形態では、放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８と波長板６５との間、又は任意の他の適切な位置に配置される。図示された実施形態では、放射制限素子８６の開口８６１は、光４４及び４５と一直線上にあり、光４４、４５及び後方散乱線４０を通過させるように寸法決めされる。ノイズ放射４２は放射制限素子８６によって遮断される。

図３は、実施形態３に係る集光装置３５４の概略図を示す。本実施形態の集光装置３５４は、図１の実施形態の集光装置５４と同様に動作することができる。図１の実施形態と比較して、図３のミラー６２は照射光学素子である。照射光学素子の中心６２１は、光照射装置５２の光軸３４から離れている。本実施形態では、第１ビームスプリッタ６９の中心６９１は、光軸３２及び３４上にある。光４４及び４５は、第１ビームスプリッタ６９の中心６９１に伝達された後、第１ビームスプリッタ６９によって、光軸３４に沿って、ミラー６２へ向けられる。ミラー６２の中心６２１は、ミラー６２に投射された光４４及び４５から離れている。次に、ミラー６２は、光４４及び４５を反射して対物レンズ７３へ向ける。光４４及び４５は、対物レンズ７３の光軸３０とレンズ軸７３１から平行移動させられる。レンズ軸７３１は、本実施形態では、光軸３０と共線である。対物レンズ７３は、その後、光４４及び４５をレンズ軸７３１に対して斜めに、粒子２０に集束させる。後方散乱線４０及び蛍光放射４７は、図１の実施形態と同様に収集され、検出され、ノイズ放射４２も図１の実施形態と同様にフィルタリングされる。レンズ８４、及びビームスプリッタ７５、７７は、蛍光放射４７を収集するために、第１ビームスプリッタ６９からの蛍光放射４７と一直線上にある。

図４は、別の実施形態に係る集光装置４５４の概略図を示す。本実施形態の集光装置４５４は、図３の実施形態の集光装置３５４と同様に動作することができる。図３の実施形態と比較すると、図４の放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８と第１ビームスプリッタ６９との間に配置されている。図４の放射制限素子８６は、図２の実施形態と同様の位置に配置され得る。放射制限素子８６は、光４４、４５、及び後方散乱線４０を通過させ、ノイズ放射４２を遮断するように配置され、寸法決めされている。

図５は、別の例示的な実施形態に係る集光装置５５４の概略図を示している。本実施形態の集光装置５５４は、図３の実施形態の集光装置３５４と同様に動作することができる。図３の実施形態と比較すると、図５のミラー６２の中心６２１は、光４４及び４５を光軸３０から平行移動させるために、光軸３０から離れている。本実施形態では、ミラー６２の中心６２１は、第１ビームスプリッタ６９の中心６９１と一直線上にある。第１ビームスプリッタ６９からの光４４及び４５は、ミラー６２の中心６２１に伝達される。ミラー６２は、次に、光４４、４５を反射して対物レンズ７３に向ける。光４４及び４５は、光軸３０と共線である、対物レンズ７３のレンズ軸７３１から平行移動させられる。対物レンズ７３は、光４４及び４５を、レンズ軸７３１に対して斜めに、粒子２０に集束させる。後方散乱線４０及び蛍光放射４７は、図１の実施形態と同様に収集され、検出され、ノイズ放射４２も図１の実施形態と同様にフィルタリングされる。

図６は、他の例示的な実施形態に係る集光装置６５４の概略図を示している。本実施形態の集光装置６５４は、図５の実施形態の集光装置５５４と同様に動作することができる。図５の実施形態と比較して、図６の放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８と第１ビームスプリッタ６９との間に配置されている。図６における放射制限素子８６は、図２の実施形態と同様の位置に配置することができる。放射制限素子８６は、光４４、４５、及び後方散乱線４０を通過させ、ノイズ放射４２を遮断するように配置され、寸法決めされている。

いくつかの実施形態では、対物レンズ７３のレンズ軸７３１から光４４、４５を平行移動させるために、第１ビームスプリッタ６９とミラー６２は、いずれも、光学系１２の光軸の１以上から離れている。いくつかの実施形態では、第１ビームスプリッタ６９及びミラー６２の一方は、光学系の光軸の２つ以上と離れている。いくつかの実施形態では、第１ビームスプリッタ６９とミラー６２の一方のみが利用される。

図７は、別の例示的な実施形態に係る集光装置７５４の概略図を示す。本実施形態では、ビームスプリッタ６８からの光４４及び４５は、波長板６５を通過して、対物レンズ７３に向かう。対物レンズ７３に投射された光４４及び４５のビーム軸４４１は、光軸３２と同一線上にある。対物レンズ７３のレンズ軸７３１は、ビーム軸４４１及び光軸３２から平行移動させられる。インテロゲーションゾーン２３の中心は、ほぼレンズ軸７３１上にある。対物レンズ７３は、光４４、４５を、斜めに、インテロゲーションゾーン２３の中心にある粒子２０に集束させる。後方散乱線４０及びノイズ放射４２は、空間的に互いに分離され、対物レンズ７３及び波長板６５を通ってビームスプリッタ６８に放出される。ビームスプリッタ６８は、次に、後方散乱線４０及びノイズ放射４２を反射する。後方散乱線４０は、図１の実施形態と同様に収集され、検出され、ノイズ放射４２は、図１の実施形態と同様にフィルタリングされる。本実施形態では、放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８より下流側に配置される。放射制限素子８６は、フィルタ７９より下流側又は上流側に配置され得る。本実施形態では、この光４４及び４５は、チップ２５の上面側から粒子２０を照射し、後方散乱線４０も、チップ２５の上面側から収集される。いくつかの実施形態では、この光４４及び４５は、上下方向に延びたチップ２５の側面から粒子２０を照射し、後方散乱線４０も側面から収集される。

図８は、別の例示的な実施形態に係る集光装置８５４の概略図を示す。本実施形態の集光装置８５４は、図７の実施形態の集光装置７５４と同様に動作することができる。図７の実施形態と比較すると、図７の放射制限素子８６は、ビームスプリッタ６８と対物レンズ７３との間に配置されている。放射制限素子８６は、光４４、４５、及び後方散乱線４０を通過させ、ノイズ放射４２を遮断するように配置され、寸法決めされている。

図９は、別の例示的な実施形態に係る集光装置９５４の概略図を示す。図１の実施形態と比較して、図９の集光装置９５４は、第２ビームスプリッタ９０と、検出器１８と、レンズ８５とをさらに含む。２以上の波長成分を有する後方散乱線４０は、第２ビームスプリッタ９０に向けられる。第２ビームスプリッタ９０は、後方散乱線４０を、異なる波長を有する後方散乱分岐ビーム４８、４９に分離する。後方散乱分岐ビーム４８、４９は、粒子２０の異なる情報を得るために、それぞれ、レンズ８３、及び８５によって集光され、検出器１４及び１８に集束させられる。第２ビームスプリッタ９０は、ダイクロイックビームスプリッタであってもよい。本実施形態では、後方散乱線４０は、検出器１４により検出された赤色後方散乱線と、検出器１８により検出された緑色後方散乱線とを含む。検出器１８は、光検出器、もしくは光検出器のアレイ、又はその他の何らかのデバイスとすることができる。第２ビームスプリッタ９０、検出器１８、及びレンズ８５が、図２〜図８の実施形態で利用され得る。

図１０は、別の例示的な実施形態に係る集光装置１０５４の概略図を示す。図１の実施形態と比較して、図１０の集光装置１０５４は、第３ビームスプリッタ９２と、検出器９３と、空間フィルタ９４と、レンズ９５とをさらに備えている。単一波長の後方散乱線４０は、第３ビームスプリッタ９２に向けられる。第３ビームスプリッタ９２は、後方散乱線４０を経路９７、９８に分ける。後方散乱線４０は２の経路９７及び９８間で、均等に分割され得る。空間フィルタ９４は、経路９７及び９８の一方に配置され、開口９４１を有し、開口９４１内の後方散乱線４０を通過させる。本実施形態では、空間フィルタ９４は、経路９８に配置されている。別の実施形態では、空間フィルタ９４は、経路９７に配置されてもよい。さらに別の実施形態では、２つの異なる空間フィルタが、経路９７及び９８にそれぞれ設けられている。

経路９７に沿って伝搬する後方散乱線４０は、レンズ８３により、検出器１４に集束させられる。経路９８に沿って伝搬する後方散乱線４０は、空間フィルタ９４によって空間的にフィルタリングされる。開口９４１内の後方散乱線４０は、通過してレンズ９５に向かう。レンズ９５は、次に後方散乱線４０を検出器９３に集光する。検出器９３は、光検出器、もしくは光検出器のアレイ、又は他の何らかのデバイスとすることができる。粒子２０の分布情報は、検出器１４及び９３によって取得され得る。第３ビームスプリッタ９２、検出器９３、空間フィルタ９４、及びレンズ８５は、図２〜８の実施形態ではも利用することができる。いくつかの実施形態では、粒子２０の、異なる情報を得るために、後方散乱線４０は、異なる検出器によりそれぞれ検出される。いくつかの実施形態では、後方散乱線４０は、個別に検出される２以上の経路に分離されてもよい。

図１１は、例示的な実施形態に係る空間フィルタ９４の上面図である。図示されている実施形態では、空間フィルタ９４は、リング状の開口９４２を有する。このリング状の開口９４２を通って、後方散乱線４０が検出器９３に投射される。いくつかの実施形態では、空間フィルタ９４の開口は、円形、リングの一部分、扇形、又は用途に応じた他の任意の形状であってもよい。

図１２は、例示的な実施形態に係る方法２００のフローチャートを示す。方法２００は、ステップ２０１〜２０３を含む。ステップ２０１において、試料は、光学系の光軸に対して傾斜している傾斜入射ビームで照射される。試料は、蛍光ビーズ等の図１〜１０に示す粒子を含んでいてもよい。傾斜入射ビームは、１以上の波長成分を含むことができる。ステップ２０２では、ノイズ放射が、後方散乱線から空間的に除去される。後方散乱線を、傾斜入射ビームによって照射された試料から後方に散乱させる。後方散乱線は、傾斜入射ビームに沿って方向付けし直される。後方散乱線の散乱波長は、入射ビームの励起波長と同じである。ノイズ放射は、主に、試料を保持するチップに起因している。図１〜１０におけるチップ２５等のチップは、傾斜入射ビームを外面、及び界面で反射し、その結果、ノイズ放射が後方散乱線から空間的に分離される。ノイズ放射は、図１〜１０の放射制限素子８６、フィルタを含む検出器、又はその他の、光をフィルタリングできる任意の他の要素によって空間的にフィルタリングされてもよい。

ステップ２０３では、後方散乱線が検出される。後方散乱線は、図１〜１０の検出器１４、１８、９３によって検出することができる。１以上の異なる波長で検出された後方散乱線の強度が分析されて、１以上の粒子タイプに関する選択された情報が導出される。このような情報は、例えば、試料中に存在する他の粒子に対する、ある粒子の区別、及びその粒子タイプの相対的な、又は絶対的なカウントを含み得る。いくつかの実施形態では、後方散乱線は、異なる波長を有する複数の後方散乱分岐ビームに分離され、後方散乱分岐ビームは、個別に検出される。粒子の、異なる情報を、異なる波長を有する後方散乱分岐ビームに関して求めることができる。いくつかの実施形態では、後方散乱線が複数の経路に分割され、これらの経路に沿った後方散乱線が、個別の空間領域内で、個別に検出される。異なる空間領域内の後方散乱線が、粒子の分布情報を取得するために分析され得る。

図１３は、例示的な実施形態に係るフローチャートのステップ２０１を示す。ステップ２０１は、サブステップ２０５及び２０６を含む。サブステップ２０５で、１以上の光源によって生成された光は、光軸から平行移動させられる。光は、１以上の波長成分を含むことができる。光源は、図１の光源５０、５１であってもよい。光は、図１〜８の光学系１２によって平行移動させられ得る。光は図１〜８における対物レンズ７３のレンズ軸７３１から平行移動させられる。サブステップ２０６において、傾斜入射ビームが生成するために、光を試料に集束させる。光を、光軸上にある粒子に集光させる。光は、図１〜１０の対物レンズ７３によって集束させることができ、また、傾斜入射ビームは、対物レンズ７３のレンズ軸７３１に対して傾斜している。

本発明の特定の特徴だけを本明細書で図示し説明してきたが、多くの修正形態及び変更形態が当業者に生じるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含まれるものとして、かかる修正形態及び変更形態のすべてを包含することを意図するものであることを理解されたい。

Claims

光を発するように構成された光源と、
光源と光学的に結合した光照射装置であって、試料に対してその光軸に対して斜めに光を導いて集束させるように構成された光照射装置と、
試料から散乱し、空間的にノイズ放射から分離された後方散乱線を収集するように構成された集光装置と
を備える光学系。
集光装置が、後方散乱線から、ノイズ放射を空間的にフィルタリングして除去するために、後方散乱線を通過させる開口を有する放射制限素子を含む、請求項１記載の光学系。
光照射装置が対物レンズを備え、対物レンズのレンズ軸が、光のビーム軸から平行移動しており、対物レンズが、光をレンズ軸に対して斜めに、試料に集束させるように構成されている、請求項１記載の光学系。
光照射装置が、
光源に光学的に結合した光シフト要素であって、光を光軸から平行移動させるために、光照射装置の光軸から離れた中心を有する光シフト要素と、
光シフト要素に光学的に結合した対物レンズであって、光シフト要素からの光を光軸に対して斜めに試料に集光させる対物レンズと
を備える、請求項１記載の光学装置。
光シフト要素が第１ビームスプリッタを備え、第１ビームスプリッタが、光を光軸から平行移動させ、かつ後方散乱線及び蛍光放射を試料から分離するように構成されており、光照射装置の光軸から離れた中心を有する、請求項４記載の光学系。
光シフト要素が、光照射装置の光軸から離れた中心を有するミラーを含む、請求項４記載の光学系。
集光装置が、後方散乱線を、異なる波長を有する複数の後方散乱分岐ビームに分割するように構成された第２ビームスプリッタを備える、請求項１記載の光学系。
集光装置が、
後方散乱線を複数の経路に分割するように構成された第３ビームスプリッタと、
複数の経路の内の１つに配置され、開口を有し、開口内の後方散乱線が通過することを許容する空間フィルタと
を備える、請求項１記載の光学系。
光軸に対して斜めに試料を照射し、かつ試料から散乱した後方散乱線から、ノイズ放射を空間的に分離するように構成された光学系と、
光学系からの後方散乱線を検出するために、光学系に光学的に結合した検出器と
を備える装置。
光学系が、
光を発するように構成された光源と、
光源と光学的に結合した光照射装置であって、光を光軸に対して斜めに向けて試料に集束させるように構成された光照射装置と、
後方散乱線を収集するように構成された集光装置と
を備える、請求項９記載の装置。
集光装置が、開口を有する放射制限素子であって、後方散乱線からノイズ放射を空間的にフィルタリングして除去するために、開口内の後方散乱線が通過することを許容する放射制限素子を備える、請求項１０記載の装置。
光照射装置が対物レンズを備え、対物レンズのレンズ軸が、対物レンズに投射された光のビーム軸から平行移動しており、対物レンズが、レンズ軸に対して斜めに、試料に光を集束させるように構成されている、請求項１０記載の装置。
光照射装置が、
光源に光学的に結合した光シフト要素であって、光を光軸から平行移動させるために、光照射装置の光軸から離れた中心を有する光シフト要素と、
光シフト要素に光学的に結合した対物レンズであって、光シフト要素からの光を光軸に対して斜めに試料に集光させる対物レンズと
を備える、請求項１０記載の光学装置。
光シフト要素が第１ビームスプリッタを備え、第１ビームスプリッタが、光を光軸から平行移動させ、後方散乱線及び蛍光放射を試料から分離するように構成されており、光照射装置の光軸から離れた中心を有している、請求項１３記載の装置。
光シフト要素が、光照射装置の光軸から離れた中心を有するミラーを含む、請求項１３記載の装置。
検出器が、多素子検出器である、請求項９記載の装置。
光学系の光軸に対して傾斜している傾斜入射ビームによって試料を照射することと、
試料から散乱した後方散乱線からノイズ放射を空間的にフィルタリングして除去することと、
後方散乱線を検出することと
を含む方法。
試料を照射することが、傾斜入射ビームを生成するために、１以上の光源によって生成された光を光軸から平行移動させて、光を試料に光を集束させることを含む、請求項１７記載の方法。
後方散乱線を検出することが、後方散乱線を、異なる波長を有する複数の後方散乱分岐ビームに分離することと、後方散乱分岐ビームを個別に検出することとを含む、請求項１７記載の方法。
後方散乱線を検出することが、後方散乱線を複数の経路に分割することと、個別空間領域内の複数の経路に沿って、後方散乱線を個々に検出することとを含む、請求項１７記載の方法。