JP2021519432A - フローサイトメータ、そのレーザ光学アセンブリ、およびレーザ光学アセンブリの組立方法 - Google Patents

フローサイトメータ、そのレーザ光学アセンブリ、およびレーザ光学アセンブリの組立方法 Download PDF

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Abstract

フローサイトメータ、そのレーザ光学アセンブリ、およびレーザ光学アセンブリの組立方法。フローサイトメータは、例えば、比較的広い温度範囲内の温度変化および／または比較的大きなランダム軸機械的振動のような不利な環境条件に晒されても、一貫した正確な結果をもたらすことができる。本開示のフローサイトメータは、追加的にまたは代替的に、実際のまたは見かけのコアストリームシフトの影響を比較的受けることはなく、コアストリームの流れに対して垂直な軸に沿ってゆっくりと収束するビームを利用し、飛行時間を正確に測定できるようにする。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、「ＦＬＯＷ ＣＹＴＯＭＥＴＥＲ，ＬＡＳＥＲ ＯＰＴＩＣＳ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＴＨＥＲＥＯＦ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＳＳＥＭＢＬＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題され、２０１８年３月３０日に出願された、米国仮特許出願第６２／６５０，７８３号の利益を主張するものである。
本開示は、フローサイトメトリーに関し、特に、フローサイトメータ、フローサイトメータ用のレーザ光学アセンブリ、およびレーザ光学アセンブリの組立方法に関する。
フローサイトメータでは、典型的には、試料コアストリームの中を流れる粒子がレーザビームによって照射されて、粒子の屈折率、サイズ、形状、および他の特性に従ってレーザ光を吸収し散乱するように、レーザビームが比較的狭い試料コアストリームを通過する必要がある。各粒子について、吸収され、散乱された光強度が測定される。吸収および散乱の測定値は、粒子の種類および粒子の特性を同定および定量化するために使用される。ごく最近では、飛行時間の測定値が、追加的にまたは代替的に、粒子の種類および／または特性を決定するために利用されている。
理解され得るように、正確な性能を維持するためには、フローサイトメータは、試験から試験まで一貫して実行されなければならない。一貫性を保証する１つの方法は、可能な限り多くの環境要因（例えば、温度変化、機械的振動など）を排除すること、および／または、環境要因ならびに／もしくは他の変数が確実に性能に影響を及ぼさないようにフローサイトメータを連続して較正することである。しかしながら、これは、精密測定実験室においては実用的な解決策であり得るが、例えば、医師の診察室または現場のような、多くの他の環境においては実用的ではない。
したがって、不利な環境条件に耐えることができ、比較的他の変数の影響を受けず、その結果、位置合わせおよび／または較正を繰り返す必要なしに、一貫した正確な結果をもたらす、フローサイトメータおよびそのレーザ光学アセンブリを提供することが望まれる。さらに、レーザ光学アセンブリの組立方法を提供することも望まれる。
本開示は、例えば、比較的広い温度範囲内の温度変化および／または比較的大きなランダム軸機械的振動のような不利な環境条件に晒されても、一貫した正確な結果をもたらすことができる、フローサイトメータおよびそのレーザ光学アセンブリを提供する。本開示のフローサイトメータはさらに、実際のまたは見かけのコアストリームシフトの影響を比較的受けず、ビームストッパを必要とせずに動作し、コアストリームの流れに対して垂直な軸に沿ってゆっくりと収束するビームを利用し、飛行時間を正確に測定できるようにする。さらに、フローサイトメータおよびレーザ光学アセンブリの組立方法も提供される。本開示のこれらおよび他の態様および特徴は、以下で詳述される。一貫して、本明細書内で詳述されている態様および特徴のいずれも、一緒にまたは別々に以下で説明されているかどうかに関係なく、本明細書で詳述されている他の態様および特徴のいずれかと共に利用される場合もあれば、そうでない場合もある。
本開示の態様に従って提供されるのは、バレルを画定するベースプレート、バレル内に少なくとも部分的に配置されるコリメーションアセンブリ、バレル内に少なくとも部分的に配置される第１のレンズ、バレル内に少なくとも部分的に配置される第２のレンズ、およびバレル内に少なくとも部分的に配置される第３のレンズを含むフローサイトメータのレーザ光学アセンブリである。コリメーションアセンブリ、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズは、ベースプレートに対するコリメーションアセンブリ、第１のレンズ、第２のレンズ、または第３のレンズの移動をもたらすことなく、少なくとも３０秒間、１０Ｇのランダム軸機械的振動に耐えるように、ベースプレートに対して固定される。
本開示の一態様では、少なくとも１つのカバープレートは、コリメートアセンブリ、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズをベースプレートに対して固定する。少なくとも１つのカバープレートは、ベースプレートにボルト留めされ得る。
本開示の別の態様では、別個のカバープレートが、コリメートアセンブリ、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズの各々をベースプレートに対して固定する。カバープレートの各々は、ベースプレートにボルト留めされ得る。
本開示のさらに別の態様では、コリメーションアセンブリは、レーザダイオードと、レーザダイオードと位置合わせして配置されたコリメートレンズとを含む。
本開示のさらに別の態様では、ベースプレートのバレルは、コリメーションアセンブリを少なくとも部分的に受容するように構成された第１のチャンバと、第１のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第２のチャンバと、第２のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第３のチャンバと、第３のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第４のチャンバとを画定する。
本開示のさらに別の態様では、第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズはそれぞれ、ベースプレートのバレルの第２のチャンバ、第３のチャンバ、および第４のチャンバ内に少なくとも部分的に配置された、それぞれの第１のレンズクレードル、第２のレンズクレードル、および第３のレンズクレードル内に固定される。
本開示の別の態様では、第１のレンズクレードル、第２のレンズクレードル、または第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に対応するチャンバ内のレンズクレードルの回転調整を可能にするように構成されたフィンガを含む。第１のレンズクレードル、第２のレンズクレードル、または第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に対応するチャンバ内のレンズクレードルの軸方向調整を可能にするように構成されたフィンガを含み得る。追加的または代替的に、第１のレンズクレードル、第２のレンズクレードル、または第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に対応するチャンバ内のレンズクレードルの回転調整および軸方向調整の両方を可能にするように構成されたフィンガを含み得る。
本開示のさらに別の態様では、第１のレンズは凸シリンドリカルレンズであり、第２のレンズは凹シリンドリカルレンズであり、第３のレンズはシリンドリカル対物レンズである。第１のレンズ、第２のレンズ、および第３のレンズは、そのような態様では、コリメーションアセンブリから延在するバレルに沿って順に配置され得る。
本開示の態様に従って提供されるフローサイトメータは、軸に沿って配置された複数のレンズを含むレンズサブアセンブリと、レンズサブアセンブリから軸下方に配置されたフローセルと、レンズサブアセンブリから軸上方に位置決めされたコリメーションサブアセンブリとを含む。コリメーションサブアセンブリは、ビームを放射するように構成されたレーザダイオードと、ビームをコリメートするように構成されたコリメートレンズと、レーザダイオードとコリメートレンズとの間の所定の軸方向距離を維持するように構成された少なくとも２つの支持体とを含む。少なくとも２つの支持体は、所定の軸方向距離が最大で３０℃の温度変化を通して維持されるように、互いにバランスを取る熱膨張係数を有する材料から形成される。
本開示の一態様では、温度変化は、１０℃〜４０℃である。
本開示の別の態様では、第１の支持体はＰＥＥＫから形成され、第２の支持体は黄銅から形成される。
本開示のさらに別の態様では、所定の軸方向距離を維持するように構成された３つの支持体は、互いにバランスを取る熱膨張係数を有する材料から形成される。このような態様では、第１の支持体はＰＥＥＫから形成され得、第２の支持体は黄銅から形成され得、第３の支持体はアルミニウムから形成され得る。
本開示のさらに別の態様では、フローサイトメータは、レンズサブアセンブリと、コリメーションサブアセンブリと、取り付けられたフローセルを支持してフローセルとレンズサブアセンブリとの間の所定の軸方向距離を維持するハウジングとを有する取付プラットフォームをさらに含む。このような態様では、ハウジングおよび取付プラットフォームは、フローセルとレンズサブアセンブリとの間の所定の軸方向距離が最大で３０℃の温度変化を通して維持されるように、互いにバランスを取る熱膨張係数を有する材料から形成される。
本開示のさらに別の態様では、ハウジングはコポリエステルから形成され、取付プラットフォームはアルミニウムから形成される。
本開示の態様に従って提供されるフローサイトメータのレーザ光学アセンブリの組立方法は、ベースプレートのバレル内に少なくとも部分的にコリメーションアセンブリを固定するステップを含む。コリメーションアセンブリは、レーザダイオードと、軸に沿ってレーザビームを生成するように構成されたコリメートレンズとを含み、レーザビームは、第１の方向に第１のビームウエスト径を有し、第２の方向に第２のビームウエスト径を有する。該方法は、軸上でベースプレートのバレル内に少なくとも部分的に第３のレンズを位置決めするステップと、第１のビームウエスト径が最小になるように軸を中心として第３のレンズを回転可能に調整するステップと、第３のレンズをベースプレートに対して固定するステップと、軸上でベースプレートのバレル内に少なくとも部分的に第１のレンズを位置決めするステップと、第１のビームウエスト径が維持されるように軸を中心として第１のレンズを回転可能に調整するステップと、第１のレンズをベースプレートに対して固定するステップと、軸上でベースプレートのバレル内に少なくとも部分的に第２のレンズを位置決めするステップと、第１のビームウエスト径が維持されるように軸を中心として第２のレンズを回転可能に調整するステップと、第２のビーム径が所望の値で設定されるように軸に沿って第２のレンズを軸方向に調整するステップと、第２のレンズをベースプレートに対して固定するステップとを含む。
本開示の一態様では、第３のレンズはコリメーションアセンブリから最も遠くに位置決めされ、第１のレンズはコリメーションアセンブリの最も近くに位置決めされ、第２のレンズは第１のレンズと第３のレンズとの間に位置決めされる。
本開示のさらに別の態様では、第３のレンズはシリンドリカル対物レンズであり、第１のレンズは凸シリンドリカルレンズであり、第２のレンズは凹シリンドリカルレンズである。
本開示のさらに別の態様では、第３のレンズは、第３のレンズを軸方向に拘束し、第３のレンズを固定する前に第３のレンズの回転を可能にするように構成されたバレルの第３のチャンバ内に位置決めされ、第１のレンズは、第１のレンズを軸方向に拘束し、第１のレンズを固定する前に第１のレンズの回転を可能にするように構成されたバレルの第１のチャンバ内に位置決めされ、第２のレンズは、第２のレンズを固定する前に第２のレンズの回転および並進を可能にするように構成されたバレルの第２のチャンバ内に位置決めされる。
本発明のさらに別の態様では、第１のビームウエストは、６．７μｍ〜９μｍの１／ｅ２径を有する。
本発明のさらに別の態様では、第２のビームは、１９０μｍ〜２１０μｍの１／ｅ２径を有する。より具体的には、第２のビームは、２００μｍの１／ｅ２径を有し得る。
本開示の態様に従って提供されるフローサイトメータは、流れ方向を画定するフローセルと、レーザダイオードおよび軸に沿ってレーザビームを生成するように構成されたコリメートレンズを含むコリメーションアセンブリと、軸上に配置され、コリメーションアセンブリからレーザビームを受光するように構成された凸シリンドリカルレンズと、軸上に配置され、凸シリンドリカルレンズからレーザビームを受光するように構成された凹シリンドリカルレンズと、軸上に配置され、凹シリンドリカルレンズからレーザビームを受光し、フローセルに入射するレーザビームがフローセルの流れ方向に平行な方向に６．７μｍ〜９μｍの第１のビームウエスト１／ｅ２径およびフローセルの流れ方向に垂直な方向に１９０μｍ〜２１０μｍの第２のビーム１／ｅ２径を画定するようにレーザビームをフローセル上に投影するように構成されたシリンドリカル対物レンズと、を含む。
本開示の一態様では、第１のビームウエスト１／ｅ２径および第２のビーム１／ｅ２径は、最大で１５μｍのフローセル内の実際の半径方向のコアストリームシフトが発生しても、性能が低下しないように選択される。
本開示の別の態様では、第１のビームウエスト１／ｅ２径および第２のビーム１／ｅ２径は、最大で１５μｍのレーザビームの焦点のシフトによる見かけの半径方向のコアストリームシフトが発生しても、性能が低下しないように選択される。
本開示の別の態様では、第１のビームウエスト１／ｅ２径は、フローセルを通る流量の変化が２％以下であれば、飛行時間測定が粒子または細胞のサイズを１μｍ以下まで区別することができるように選択される。
本開示のフローサイトメータおよびそのレーザ光学アセンブリの様々な態様および特徴は、図面を参照しながら本明細書内で説明されており、図面において、同様の参照番号は類似または同一の要素を示すものとする。
本開示に従って提供されるフローサイトメータのレーザ光学系、フローセル、およびセンサモジュールの斜視図である。 図１のモジュールの長手方向断面図である。 図１のモジュールのレーザ光学アセンブリの正面斜視図および後面斜視図である。 図３および図４のレーザ光学アセンブリの斜視部分断面図である。 図３および図４のレーザ光学アセンブリのコリメーションサブアセンブリの正面斜視図および後面斜視図である。 図６および図７のコリメーションサブアセンブリの長手方向断面図である。 図６および図７のコリメーションサブアセンブリの斜視部分断面図である。 図３および図４のレーザ光学アセンブリのレンズサブアセンブリの斜視図である。 図１０のレンズサブアセンブリを示す、図３および図４のレーザ光学アセンブリの横断面図である。 レーザ光学アセンブリの凹シリンドリカルレンズの軸方向調整を示す、図１のモジュールの側面概略図である。 レーザ光学アセンブリの凹シリンドリカルレンズの軸方向調整を示す、図１のモジュールの上面概略図である。
図１および図２を参照すると、本開示は、全体が参照番号１０で示された、レーザ光学系、フローセル、およびセンサモジュールを含むフローサイトメータを提供する。図示されていないが、フローサイトメータは、例えば、フローサイトメータの内部の動作可能な構成要素を取り囲む外側ハウジングと、モジュール１０を制御し、そこから受け取った試験結果を処理するように構成された電子機器モジュールと、被験試料を受け取るように構成された試料受容モジュールと、試料およびシース液をフローセルアセンブリ３００内へ送り込むように構成されたポンプモジュールと、試験後の試料およびシース液の安全な収集を可能にするように構成された排出モジュールとをさらに含み得る。代替的または追加的に、本開示のフローサイトメータのモジュール１０と共に使用するための任意の他の適切なモジュール、構成要素、および／または特徴も企図される。
引き続き図１および図２を参照すると、モジュール１０は、取付プラットフォーム１００と、取付プラットフォーム１００に固定されたレーザ光学アセンブリ２００と、取付プラットフォーム１００に固定され、レーザ光学アセンブリ２００に対して動作可能に位置決めされたフローセルアセンブリ３００と、前方および側方の散乱検出のためにレーザ光学アセンブリ２００およびフローセルアセンブリ３００に対して動作可能に配置されたセンサアセンブリ４００とを含む。レーザ光学アセンブリ２００、フローセルアセンブリ３００、およびセンサアセンブリ４００は、これらのアセンブリ２００〜４００の相対位置を維持するために、ボルト１１０および／または任意の他の好適な締結構造を使用して、それぞれ独立して取付プラットフォーム１００上に締結される。
以下で詳述するように、モジュール１０は、フローサイトメータが、例えば、１０℃〜４０℃のような広い温度範囲にわたって動作することができ、性能を低下させずに、３０秒間、１０Ｇのランダム軸振動に耐えることができるように構成される。性能の低下は、本明細書では、５％を超える強度および／または感度の損失として定義される。
さらに、以下で詳述するように、モジュール１０は、フローサイトメータが、例えば、コアストリームの以前に位置合わせされた流れ軸に対する最大で１５μｍの半径方向シフトのような実際のまたは見かけのコアストリームシフトの影響を比較的受けず、非散乱レーザ光がセンサアセンブリ４００の前方散乱センサに到達するのを阻止するためのビームストッパを必要とせずに動作し、実施形態では、ビームをコアストリームの１／ｅ２幅に設定できるようにするコアストリームの流れに垂直な軸に沿ってゆっくりと収束するビームを使用するように構成される。
さらに、また、以下に詳述するように、モジュール１０は、コアストリームの流量が２％以内で安定しているときに、粒径が４ミクロン〜１６ミクロンの範囲の粒子について１μｍの精度で飛行時間を測定する能力を有するフローサイトメータを提供する。
図２〜図５を参照すると、レーザ光学アセンブリ２００は、クランプサブアセンブリ２１０と、コリメーションサブアセンブリ２３０と、複数のレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０とを含む。クランプサブアセンブリ２１０は、ベースプレート２１２を含み、ベースプレート２１２は、その両側に沿って、レーザ光学アセンブリ２００がボルト１１０を使用して取付プラットフォーム１００上にしっかりと取り付けられるように貫通して画定されるアパーチャ２１６を含む少なくとも一対の（例えば、２対の）脚部２１４を画定する。ベースプレート２１２は、脚部２１４間でベースプレート２１２に沿って延在する略円筒形のバレル２１８をさらに画定する。バレル２１８は、バレル２１８の長さに沿って位置合わせされた第１のチャンバ２１９、第２のチャンバ２２１、第３のチャンバ２２３、および第４のチャンバ２２５を画定する。チャンバ２１９、２２１、２２３、および２２５はそれぞれ、コリメーションサブアセンブリ２３０およびレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０を受容するように構成される。クランプサブアセンブリ２１０は、チャンバ２１９、２２１、２２３、２２５内にコリメーションサブアセンブリ２３０およびレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０をそれぞれ封入して固定するためにボルト２２８を使用してベースプレート２１２上にしっかりと取り付けられるように構成されたカバープレート２２０、２２２、２２４、２２６をさらに含む。クランプサブアセンブリ２１０内のコリメーションサブアセンブリ２３０およびレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０の組立およびそれらの位置合わせについて、以下で詳述する。
図６〜図９を参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０は、互いに動作可能に係合し、コリメーションサブアセンブリ２３０のコリメートレンズ２３８をコリメーションサブアセンブリ２３０のレーザダイオード２４０に対して所定位置で保持するように構成された、支持ディスク２３２、支持ハブ２３４、インサート２３６、およびスプリングワッシャ２３７を含む。
支持ディスク２３２は、より具体的には、外面２４２ａおよび内面２４２ｂを画定し、それぞれ外面２４２ａと内面２４２ｂとの間を貫通して画定される中央アパーチャ２４４および複数の半径方向アパーチャ２４６（図２）を含む。中央アパーチャ２４４は、支持ディスク２３２の外面側の外側開口部を画定し、外側開口部は、支持ディスク２３２の内面側に画定された中央アパーチャ２４４の内側開口部よりも大きく、したがって、レーザダイオード２４０は、外側開口部を通して中央アパーチャ２４４の中へ挿入され得るが、内側開口部を通過することはできない。したがって、レーザダイオード２４０は、中央アパーチャ２４４の内側開口部を通して挿入され、レーザダイオード２４０を支持ディスク２３２に対して固定するために中央アパーチャ２４４内に着座され得る。レーザダイオード２４０は、パワーエレクトロニクスおよび制御電子機器（図示せず）への接続を可能にする適切な電気コネクタ２４１を含む。レーザダイオード２４０は、６３０ｎｍ〜６６５ｎｍの範囲、または実施形態では、６３５ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲の波長を有する赤色光を放射するように構成され得る。
支持ハブ２３４は、支持ディスク２３２の内面２４２ａに当接するように位置決めされたディスク部分２４７と、ディスク部分２４７から支持ディスク２３２とは反対方向に延在する本体部分２４８とを含む、略Ｔ字形形状を画定する。中央ルーメン２５０は、ディスク部分２４７および本体部分２４８の両方を通って延在し、複数の半径方向ボア２５２（図２）はディスク部分２４７内に画定される。ねじ山２５４は、ルーメン２５０を画定する支持ハブ２３４の内表面の少なくとも一部に配置される。
インサート２３６は、内部通路２５６を画定する略円筒形形状を画定する。インサート２３６は、外面の少なくとも一部に配置されたねじ山２５８をさらに含み、ねじ山２５８は支持ハブ２３４のねじ山２５４と係合するように構成される。インサート２３６は、より具体的には、例えば接着剤を使用して、コリメートレンズ２３８をその通路２５６内で保持するように構成され、ねじ係合した状態で支持ハブ２３４の中心ルーメン２５０内に位置決めされるように構成される。スプリングワッシャ２３７は、インサート２３６と支持ディスク２３２との間の張力を維持するようにインサート２３６と支持ディスク２３２との間の中央ルーメン２５０内に位置決めされるように構成される。
引き続き図６〜図９を参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０を組み立てるために、レーザダイオード２４０は、支持ディスク２３２内に固定され、コリメートレンズ２３８は、インサート２３６内に固定される。次いで、インサート２３６は、支持ハブ２３４の中央ルーメン２５０内に係合するようにねじ込まれる。レーザダイオード２４０が支持ディスク２３２内に固定され、インサート２３６（コリメートレンズ２３８を中で固定する）が指示ハブ２３４内で係合された状態で、支持ディスク２３２および支持ハブ２３４は、支持ディスク２３２の内面２４２ａが支持ハブ２３４に当接し、支持ディスク２３２の中央アパーチャ２４４が支持ハブ２３４の中央ルーメン２５０と位置合わせされ、支持ディスク２３２の半径方向アパーチャ２４６が支持ハブ２３４の対応する半径方向ボア２５２（図２を参照）と位置合わせされるように、互いに対して位置決めされる。以下に詳述するように、支持ディスク２３２および支持ハブ２３４をこの位置で維持し、それらの位置合わせを容易にするために、固定具（図示せず）が利用され得る。
支持ディスク２３２および支持ハブ２３４が上記で詳述したように位置決めされた状態で、ボルト２６０は、半径方向アパーチャ２４６に挿通されて、（例えば、ねじ係合によって）半径方向ボア２５２内で係合して、支持ディスク２３２および支持ハブ２３４を互いに対して固定する（図２を参照）。支持ディスク２３２と支持ハブ２３４との間の位置調整（例えば、垂直方向および／または水平方向の調整）は、レーザダイオード２４０から放射されたビームが共に十分にコリメートされ、コリメートレンズ２３８の光軸と同軸の方向を向くようにレーザダイオード２４０をコリメートレンズ２３８に対して位置合わせするために、例えば、固定具に付属している調整ノブ（図示せず）を介して、各ボルト２６０の係合前または係合後に行われ得る。固定具に付属している反転ビームエキスパンダ（図示せず）が、この位置合わせを検証するために利用されてもよい。
コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の軸方向距離を調整するために、インサート２３６は、支持ハブ２３４の中央ルーメン２５０にねじ式に出し入れされることで、コリメートレンズ２３８をレーザダイオードに向かって、またはレーザダイオードから離れるように移動させる。コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離を確実に実現するために、この場合も反転ビームエキスパンダ（図示せず）が利用され得る。インサート２３６がコリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離に対応する適切な位置にねじ込まれた状態で、スプリングワッシャ２３７は、インサート２３６と支持ディスク２３２との間の張力を維持し、その結果、例えば、コリメーションサブアセンブリ２３０に機械的振動が加わっても、インサート２３６と支持ディスク２３２との間の遊びをなくし、コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離を維持する。
コリメートレンズ２３８およびレーザダイオード２４０のビームと光軸が互いに同軸になり、ビームがコリメートされると、ボルト２６０は、適切に締め付けられて支持ディスク２３２および支持ハブ２３４を互いに対して係止し、その結果、例えば、コリメーションサブアセンブリ２３０に機械的振動が加わっても、支持ディスク２３２と支持ハブ２３４との間の係合および位置決めを維持する。
上記で詳述した支持ディスク２３２および支持ハブ２３４の互いに対する係止は、上述の位置合わせを確実にするためにコリメートレンズ２３８およびレーザダイオード２４０の互いに対する水平方向、垂直方向、および軸方向の位置合わせを固定する。
さらに図６〜図９を参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０は、環境の温度変化に関係なく、コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離を維持するように構成される。より具体的には、コリメーションサブアセンブリ２３０は、性能を低下させずに、３０℃以下で、例えば、１０℃〜４０℃の範囲内で、コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離を十分に維持するように構成される。これは、１０℃〜４０℃の範囲にわたって動作するフローサイトメータのためにレーザダイオード２４０とコリメートレンズ２３８との間の所定の軸方向距離を維持し、ひいては、性能を低下させない異なる熱膨張係数を有する材料から、支持ハブ２３４およびインサート２３６、または実施形態では、支持ディスク２３２、支持ハブ２３４、およびインサート２３６を形成することによって達成される。実施形態では、これは、黄銅（１．８×１０−５の線熱膨張係数を有する）から支持ハブ２３４を形成し、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）（４．５×１０−５の線熱膨張係数を有する）からインサート２３６を形成することによって達成されるが、それに対し、１０℃〜４０℃の範囲の温度変動に対するフローサイトメータの応答のバランスを取る線熱膨張係数を有する他の適切な材料も企図される。このバランシングは、フローサイトメータの構成要素のいくつかの線熱膨張係数を補償することを含むだけでなく、フローサイトメータの光学要素の屈折率の温度依存変化も考慮に入れる。本明細書内で使用される場合、「所定の軸方向距離」は、例えば、コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の目標軸方向距離の温度依存変化を考慮に入れるために、距離の範囲を包含するものと理解される。この範囲は、０．０２５％以下、または実施形態では、０．０１２％以下のコリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０との間の所定の軸方向距離からの変動を含み得る。
図２〜図５をさらに参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０をクランプサブアセンブリ２１０と組み合わせるために、コリメーションサブアセンブリ２３０の支持ハブ２３４の本体部分２４８は、クランプサブアセンブリ２１０のベースプレート２１２のバレル２１８の第１のチャンバ２１９内に着座され、その後、カバープレート２２０は、支持ハブ２３４の本体部分２４８の周りに位置決めされ、ボルト２２８を介して支持ハブ２３４の両側でベースプレート２１２と係合されて、第１のチャンバ２１９内に支持ハブ２３４の本体部分２４８を封入し、圧縮下でベースプレート２１２に対する所定位置でコリメーションサブアセンブリ２３０を固定する。実施形態では、コリメーションサブアセンブリ２３０は、レンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０の組立前に、クランプサブアセンブリ２１０と組み合わせられる。ボルト２１８を締め付ける前に、コリメーションサブアセンブリ２３０は、必要に応じて回転されて、確実にレーザビームの高速軸がベースプレート２１２の底面に対して垂直に位置合わせされる。
図２〜図５と共に、図１０および図１１を参照すると、上述したように、レーザ光学アセンブリ２００は、３つのレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０を含む。各レンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０はそれぞれ、それぞれのレンズ２７６、２８６、２９６を固定して保持するように構成されたレンズポケット２７４、２８４、２９４をそれぞれ画定するレンズクレードル２７２、２８２、２９２を含む。レンズ２７６は、凸シリンドリカルレンズとして構成され、レンズサブアセンブリ２７０の一部として、ベースプレート２１２のバレル２１８の第２のチャンバ２２１内に位置決めされて、第２のカバープレート２２２を介して第２のチャンバ２２１内に固定されるように構成され、その結果、凸シリンドリカルレンズ２７６は、コリメートレンズ２３８の最も近くに位置決めされる。レンズ２８６は、凹シリンドリカルレンズとして構成され、レンズサブアセンブリ２８０の一部として、ベースプレート２１２のバレル２１８の第３のチャンバ２２３内に位置決めされて、第３のカバープレート２２４を介して第３のチャンバ２２３内に固定されるように構成され、その結果、凹シリンドリカルレンズ２８６は、コリメートサブアセンブリ２３０に対して凸シリンドリカルレンズ２７６の反対側で凸シリンドリカルレンズ２７６に隣接して位置決めされる。レンズ２９６は、シリンドリカル対物レンズとして構成され、レンズサブアセンブリ２９０の一部として、ベースプレート２１２のバレル２１８の第４のチャンバ２２５内に位置決めされて、第４のカバープレート２２６を介して第４のチャンバ２２５内に固定されるように構成され、その結果、シリンドリカルレンズ対物レンズ２９６は、凸シリンドリカルレンズ２７６に対して凹シリンドリカルレンズ２８６の反対側で凹シリンドリカルレンズ２８６に隣接して位置決めされる。
各レンズクレードル２７２、２８２、２９２は、そこから半径方向外向きに延在するフィンガ２７８、２８８、２９８を含む。フィンガ２７８、２８８、２９８は、ベースプレート２１２の底面でベースプレート２１２から延在するように、チャンバ２２１、２２３、２２５それぞれに隣接してベースプレート２１２内に画定されたスロット（明確に図示せず）を通って延在するように構成される。
クランプサブアセンブリ２１０内にレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０を組み合わせるために、レンズ２７６、２８６、２９６はそれぞれ、レンズクレードル２７２、２８２、２９２のポケット２７４、２８４、２９４内に係合され、レンズクレードル２７２、２８２、２９２はそれぞれ、チャンバ２２１、２２３、２２５内に位置決めされる。クレードル２７２、２９２はそれぞれ、チャンバ２２１、２２５の幅に概ね近似する厚さを画定し、および／または相補的な特徴を含み、クレードル２７２、２９２、ひいてはレンズ２７６、２９６それぞれを位置決めの際に、それぞれのチャンバ２２１、２２５内の一定の軸方向位置で維持する。しかしながら、レンズクレードル２７２、２９２のフィンガ２７８、２９８は、レンズクレードル２７２、２９２、ひいてはレンズ２７６、２９６をそれぞれベースプレート２１２に対して回転させるように操作され得る。一方、レンズクレードル２８２は、クレードル２８２、ひいてはレンズ２８６がレンズクレードル２８２のフィンガ２８８の対応する操作の際にバレル２１８に沿って軸方向に並進し得るように、チャンバ２２３の幅に対して薄い厚さを画定する。フィンガ２８８はさらに、レンズクレードル２８２、ひいてはレンズ２８６をベースプレート２１２に対して回転させるように操作され得る。レンズ２７６、２８６、２９６の回転位置合わせおよびレンズ２８６の軸方向の位置決めを可能にする上記で詳述した構成は、フローサイトメータの正確な性能を保証するための重要な位置合わせであることが分かっているので、有利である。
組立時に、コリメーションサブアセンブリ２３０が設置されると、次に、レンズサブアセンブリ２９０は、チャンバ２２５に挿入され、フィンガ２９８を使用して回転可能に調整され、カバープレート２２６およびボルト２２８を使用して固定されて、圧縮下のベースプレート２１２に対する定位置でレンズサブアセンブリ２９０が固定される。ベースプレート２１２は、レンズサブアセンブリ２９０が、レンズ２９６の焦点距離とコリメートレンズ２３８の焦点距離の合計にほぼ等しいコリメートレンズ２３８からの距離に設置されるように構成される。上記で詳述したように、レンズサブアセンブリ２９０が設置されると、フローセル３４０（図２を参照）を通るコアストリームの流れ方向に平行な方向に、６．７μｍ〜９μｍのビームウエスト１／ｅ２径が実現されたことを確認するための検証が行われる。
レンズサブアセンブリ２９０の組立および検証の後、レンズサブアセンブリ２７０は、チャンバ２２１に挿入され、フィンガ２７８を使用して回転可能に調整され、カバープレート２２２およびボルト２２８を使用して固定されて、圧縮下のベースプレート２１２に対する定位置でレンズサブアセンブリ２７０が固定される。レンズサブアセンブリ２７０の凸シリンドリカルレンズ２７６は、その屈折力の軸がシリンドリカル対物レンズ２９６の屈折力の軸に対して垂直となるように回転可能に位置合わせされ、これは、コアストリームの流れ方向に対して平行な６．７μｍ〜９μｍのビームウエスト１／ｅ２径が維持されることを再び確認することによって検証される。
次に、レンズサブアセンブリ２８０が、チャンバ２２３に挿入され、フィンガ２８８を使用して回転可能におよび／または軸方向に調整され、カバープレート２２４およびボルト２２８を使用して固定されて、圧縮下のベースプレート２１２に対して定位置でレンズサブアセンブリ２８０が固定される。レンズサブアセンブリ２８０の凹シリンドリカルレンズ２８６は、その屈折度の軸がシリンドリカル対物レンズ２９６の屈折度の軸に垂直かつ凸シリンドリカルレンズ２７６の屈折度の軸に対して平行となるように回転可能に位置合わせされ、これは、コアストリームの流れ方向に対して平行な６．７μｍ〜９μｍのビームウエスト１／ｅ２径が維持されることを再び確認することによって検証される。凹シリンドリカルレンズ２８６の軸方向の間隔は、フローセル３４０（図２を参照）を通るコアストリームの流れ方向に垂直な方向に、実施形態では１９０μｍ〜２１０μｍ、または実施形態では２００μｍのビーム１／ｅ２幅を実現するように調整される。
上述の検証時にビーム幅を測定するための任意の適切な試験機器が利用され得るように、組立時に調整を可能にするために様々な構成要素を保持し、フィンガ２７８、２８８、２９８の操作を容易にするための適切な固定具（図示せず）が利用され得る。上記で詳述したように、完全に組み立てられて検証された時点で、レーザ光学アセンブリ２００は、平行方向に６．７μｍ〜９μｍのビームウエスト１／ｅ２径、および垂直方向に１９０μｍ〜２１０μｍ（または２００μｍ）の１／ｅ２ビーム幅を生成する。
図１２〜図１７を参照すると、図１２〜図１４は、レーザダイオード２４０の高速（大きく発散する）軸に対する異なるレーザダイオードの発散範囲を示し、この軸は、フローセル３４０内のコアストリームに対して平行に、かつ、前述したようにベースプレート２１２の底面に対して垂直に、設定される。図１５〜図１７は、レーザダイオード２４０の低速（小さく発散する）軸に対する異なるレーザダイオードの発散範囲を示し、この軸は、フローセル３４０内のコアストリームに対して垂直に、かつベースプレート２１２の底面に対して平行に、設定される。一実施形態では、レーザダイオード２４０（例えば、Ｕｓｈｉｏ ＨＬ６３６３ＭＧ−Ａレーザダイオード）は、低速軸発散よりも大きい高速軸発散を有するが、これらの２つの発散は、それ以外では互いに独立している。
レーザダイオード２４０の高速軸発散（フローセル３４０内のコアストリームに平行）は、十分に位置合わせされたシステム内のフローセルコアストリームのビームウエストに影響を与える。レーザダイオードからの最大発散ビーム（図１２に示されている）は、コアストリームにおける最小ビームウエスト６．７μｍを生成し、最小発散ビーム（図１４に示されている）のレーザダイオードは、コアストリームにおける最大ビームウエスト９．０μｍを生成する。さらに、十分に位置合わせされたシステムでは、その調整範囲内の凹シリンドリカルレンズ２８６の軸方向配置に関係なく、コアストリームに平行なビームウエストが維持される。
しかしながら、凹シリンドリカルレンズ２８６の軸方向位置のわずかな変化により、フローセル３４０内の（コアストリームの流れに垂直な）レーザダイオードビームの１／ｅ２幅を１９０μｍ〜２１０μｍに、実施形態では、２００μｍに調整することが可能になる。数１００ミクロンのこれらの軸方向位置の変化は、図１５〜図１７では認められないが、これらの３つの図面全てにおいて、コアストリーム中心線に対して垂直であり、コアストリーム中心線におけるレーザビーム１／ｅ２幅は、２００μｍである。図１５は、最大発散低速軸レーザビームを示し、図１７は、最小発散低速軸レーザビームを示す。図１５では、凹シリンドリカルレンズ２８６は、レーザダイオード２４０から最も遠くに位置するが、図１７では、凹シリンドリカルレンズ２８６は、レーザダイオード２４０の最も近くに位置している。低速軸の軸方向焦点位置は、異なる低速軸発散および凹シリンドリカルレンズ２８６の配置によって変化することにも留意されたい。低速軸焦点は、図１５では、レーザダイオード２４０に最も近く、図１７では、レーザダイオード２４０から最も離れている。
以下に詳述するように、フローセル３４０（図２）を通るコアストリームの流れに対して垂直な方向にビーム１／ｅ２径を有するレーザ光学アセンブリ２００は、有利には、１５μｍの半径内の半径方向のコアストリームシフト（実際のまたは見かけの）の影響を受けず、したがって、１５μｍの半径内の半径方向のコアストリームシフト（実際のまたは見かけの）は、性能の低下をもたらさない。
図１〜図５に戻ると、レーザ光学アセンブリ２００の上記で詳述したアセンブリは、組立および位置合わせを容易にするだけでなく、コリメーションサブアセンブリ２３０およびレンズサブアセンブリ２７０〜２９０が個々にかつ独立してベースプレート２１２に固定される構成を提供する。レーザ光学アセンブリ２００のこの構成は、レーザ光学アセンブリ２００のビームウエスト１／ｅ２径の５％以上の変化を伴わずに、３０秒間、１０Ｇのランダム軸振動に耐えることができることを示している。より具体的には、ＥＳＰＥＣ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ社（米国、コロラド州デンバー）から入手可能なＱｕａｌｍａｒｋ ＯＶＴＴ（登録商標）１８ Ｏｍｎｉ−Ａｘｉａｌ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ Ｔｏｐ Ｓｙｓｔｅｍを用いて振動試験が行われた。振動試験は、レーザ光学アセンブリ２００を振動テーブル上に固定し、テーブルを少なくとも３０秒間、１０Ｇのランダム軸機械的振動に設定することによって実施された。加速度は、Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社（米国、コネチカット州ノーウォーク）から入手可能なＯｍｅｇａ（登録商標）ＨＨＶＢ８２ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒを用いて検証された。
図１および図２を参照すると、上述したように、フローセルアセンブリ３００は、取付プラットフォーム１００上に取り付けられる。フローセルアセンブリ３００は、より具体的には、試料およびシース液をノズル３２０に送達するためにハウジング３３０によって画定されるノズル３２０に結合された投入部３１０と、ノズル３２０から試料およびシース（図示せず）液を受容するためにノズル３２０の下流側に接続されたフローセル３４０と、試験後に試料およびシース液を適切な収集リザーバに案内するためにフローセル３４０の下流側に配置された排出部３５０とを含む。フローセルアセンブリ３００のハウジング３３０は、取付プラットフォーム１００を貫通して画定されたアパーチャ１２０内に着座され、フローセル３４０とシリンドリカル対物レンズ２９６との間の所定距離（フローサイトメータの精度を確保できるよう制御するための重要な距離である）を維持するために複数のボルト１１０を用いて取付プラットフォーム１００に固着される。
フローセルアセンブリ３００のハウジング３３０および取付プラットフォーム１００は、フローセル３４０とシリンドリカル対物レンズ２９６との間の所定距離を、性能を低下させずに３０℃の範囲内（例えば、１０℃〜４０℃）で十分に維持するように構成される。これは、フローセルアセンブリ３００のハウジング３３０および取付プラットフォーム１００を、対物レンズ２９６とフローセル３４０との間の所定の軸方向距離を１０℃〜４０℃にわたって維持するように構成された異なる線熱膨張係数を有する材料から形成することによって達成される。実施形態では、これは、試料（例えば、血液）およびシース液と直接接触するハウジング３３０であり、したがって、そのような目的にも適する必要があるハウジング３３０をＥａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社（米国、テネシー州キングスポート）から入手可能なＥａｓｔｍａｎ Ｔｒｉｔａｎ（登録商標）Ｃｏｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ＭＸ８１１（８．０×１０−５の線熱膨張係数を有する）から形成することによって、および取付プラットフォーム１００をアルミニウム（２．３８×１０−５の線熱膨張係数を有する）から形成することによって達成されるが、それに対し、１０℃〜４０℃の温度変動に対するフローサイトメータの応答のバランスを取る他の好適な材料の組み合わせも企図される。このバランシングは、フローサイトメータの構成要素のいくつかの線熱膨張係数を補償することを含むだけでなく、フローサイトメータ１０の光学要素の屈折率の温度依存変化も考慮に入れる。上述したように、「所定の軸方向距離」は、例えば、対物レンズ２９６とフローセル３４０との間の目標軸方向距離の温度依存変化を考慮に入れるために、距離の範囲を包含するものと理解される。この範囲は、対物レンズ２９６とフローセル３４０との間の所定の軸方向距離から０．０１％以下、または、実施形態では、０．００５％以下の変動を含み得る。
フローセルアセンブリ３００が取付プラットフォーム１００上に取り付けられた状態では、フローセル３４０の面は、シリンドリカル対物レンズ２９６の平面に対して平行に配向されず、確実にシリンドリカル対物レンズ２９６からの鏡面反射がレーザ光学系に戻って結合することがないように、５°の角度だけオフセットされる。フローセル３４０はさらに、同様の目的のために反射防止コーティングでコーティングされる。
引き続き図１および図２を参照すると、センサアセンブリ４００は、前方散乱サブアセンブリ４１０および側方散乱サブアセンブリ４２０を含む。前方散乱サブアセンブリ４１０は、ボード４１２と、減光センサ、前方散乱低角度センサ、および前方散乱高角度センサを含むセンサアレイ４１４とを含む。側方散乱サブアセンブリ４２０は、レンズマウント４２２（図２）と、レンズマウント４２２（図２）内で支持されたレンズ４２４（図２）と、側方散乱センサ（図示せず）とを含む。側方散乱サブアセンブリ４２０の中心捕捉角度は、側方散乱信号増大させるために、レーザビーム方向から、直角（すなわち、９０°）ではなく、７８°である。
全体的に図１〜図２を参照しながら、上述した１５μｍ半径内の半径方向のコアストリームシフト（実際のまたは見かけの）に対するモジュール１０の無反応について、より詳細に後述する。従来のように、コアストリームが正のｙ軸方向に流れ、レーザビーム束が正のｚ軸方向に向いている、デカルト座標系が定義される。ビームウエスト１／ｅ２径をｙ軸に沿って、さらにビーム１／ｅ２径をｘ軸に沿って制御することによって、レーザビームの最大強度が規定量を超えて減少しない楕円領域を設定することが可能である。以下で詳述するように、モジュール１０は、１５μｍ半径内の半径方向のコアストリームシフト（実際のまたは見かけの）の影響を受けない状態を維持するように構成され、したがって、そのような半径方向コアストリームシフトが発生しても、性能（５％以下の強度の低下）を維持する。
レーザ光学アセンブリ２００からのレーザビームは、フローセルアセンブリ３００のフローセル３４０の中を流れるコアストリームに位置合わせされ、その一方で、コアストリーム内を流れる粒子からの散乱レーザ光が監視され、電気信号に変換される。レーザ光学アセンブリ２００およびフローセル３４０の相対位置は、これらの信号を最大化するために、ｘ方向およびｚ方向に調整される。このｘ軸およびｚ軸の位置合わせが完了する前に、センサアセンブリ４００のセンサは、レーザビームに対して水平に位置合わせされ、したがって、さらにｙ方向の位置合わせは必要でない。
本開示のフローサイトメータは、散乱信号のプロファイルにおける最大散乱信号または最大面積のいずれかに基づいて測定を行い、したがって、ｙ方向ビームウエストは、ｚ軸に沿った距離の関数としてのレーザビームの強度に対する影響を除いて、考慮される必要がない。ｚ方向において、相対強度は、数式（１）のように定義される。
Figure 2021519432
 ここで、Ｉ０，ｚは、ｚ＝０（コアストリームの中心に位置合わせされたビームウエストの位置）における強度であり、ｚ位置およびレイリー範囲ｚＲは、マイクロメートル（μｍ）で定義される。定義によれば、次に、数式（２）が得られる。
Figure 2021519432
 ｙ方向ビームウエスト１／ｅ２径は、μｍで定義されたω０，ｙであり、公称レーザ波長についてλ＝０．６４μｍであり、ビーム品質因子、Ｍ２＝１．２である。
比較的大きい（例えば、１９０μｍ〜２１０μｍ）ｘ方向ビーム１／ｅ２径は、ｚ軸に沿った距離の関数としてのレーザビーム強度に対する影響を最小限に抑える。しかしながら、コアストリームがｘ軸に沿ってその整列位置からシフトする場合、ｘ方向ビーム径は、どの程度のビーム強度が散乱可能であるかに影響を及ぼす。ｘ方向において、相対強度は、数式（３）で定義される。
Figure 2021519432
 ここで、数式（１）および数式（２）と同様に、Ｉ０，ｘは、ｘ＝０（同様に、コアストリームの中心に位置合わせされたビーム径の中心）における強度であり、ｘ位置およびｘ方向のビーム１／ｅ２径、ωｘは、μｍで定義される。
所与のビームウエスト１／ｅ２径ω０，ｙおよびビーム１／ｅ２径ωｘについて、数式（１）と数式（３）との積は、５％などの考慮される値のビーム強度減少のぎりぎりの限界を示すｘ位置およびｚ位置の組み合わせのために解かれる。例えば、数式（４）：
Figure 2021519432
ビーム径は、座標軸と同じ直交軸に沿って定義されるので、数式（５）は、以下のように成り立つ。
Figure 2021519432
上記によれば、ビーム径は、ｙ軸に対して最大で１５μｍの半径方向コアストリームシフトにおいて、そのシフトした中心の強度が、システムが位置合わせされた元の中心の５％以内に確実に維持されるように選択される。これらのコアストリームシフトは、実際のシフト（コアストリームが、その元の中心から半径方向に移動する場合）か、または見かけのシフト（レーザ光学系の焦点が１つまたは複数の構成要素のシフトに起因して変化する場合）であり得る。
上記を考慮して、またビーム１／ｅ２径のｘ方向の広がりがフローセル３４０の内縁部からの反射を軽減するように制限され得ることを考慮して、１９０μｍ〜２１０μｍ（または２００μｍ）のｘ方向のビーム１／ｅ２径が選択される。上記のことを考慮して、またビームウエスト１／ｅ２径のｙ方向の広がりが、以下に詳述するように、関連する飛行時間（ＴＯＦ）を測定する能力を高めるために制限され得ることを考慮して、６．７μｍ〜９μｍのｙ方向のビームウエスト１／ｅ２径が選択される。
ビーム径成分（ｘ軸およびｙ軸）の両方についての別の考慮すべき重要事項は、ビーム径が広いほど、より大きい面積にわたってレーザ出力を拡散させるということである。実際に、所与の軸に沿ったビーム強度は、その同じ軸に沿ったそのビーム径に反比例する。モジュール１０は、１９０μｍ〜２１０μｍ（または２００μｍ）のｘ方向のビーム１／ｅ２径および６．７μｍ〜９μｍのｙ方向のビームウエスト１／ｅ２径を形成することによって、上記で詳述した制約のバランスを取る。したがって、コアストリームが実際にまたは見かけ上シフトし得る範囲の広い面積が実現され、その一方で、フローセル３４０の側壁からの迷光散乱の寄与が軽減される。加えて、これらのバランスの取れた制約は、以下に詳述するように、正確なＴＯＦ測定を可能にし、モジュール１０のレーザ出力要件を最小限に抑える。
ＴＯＦ測定に関して、細胞または粒子がフローセル３４０の中を流れるにつれて、細胞または粒子は、最初に、最大レーザ強度と一致するまで、増大するレーザ強度を受け、その後、粒子は低下するレーザ強度を受ける。したがって、一般的な近似として、所与の粒子または細胞からの散乱強度は、増分レーザビーム強度と粒子断面の増分容積との間のオーバーラップ容積に比例する。したがって、ある範囲の粒径の球状粒子がレーザビームとどのように重なり合うかを考慮することによって、異なる粒子のオーバーラップの相対的なスケーリング幅を比較することができる。そして、細胞の流量の一貫性が保たれている限り、ＴＯＦはそれに応じてスケーリングされることになる。
上記に基づいて、所与の粒子または細胞について、散乱強度曲線幅の最大比例変化として推定される半値全幅（ＦＷＨＭ）の変化を利用して、どんなｙ軸ビーム幅であれば、その粒子または細胞の径をその実際の径の±１μｍの範囲内で、およそ９５％の信頼水準まで、変わらずに分類可能であるかを決定することができる。しかしながら、流量変動性は粒子または細胞の径を正確に決定する能力を制限するので、流量変動性を考慮に入れなければならない。
本開示のフローサイトメータによって実現されるように、６．７μｍ〜９μｍのｙ方向のビームウエスト１／ｅ２径を利用し、平均から約２％以内の流量変動性を制御することにより、少なくとも±１μｍだけ異なる径を有する（４μｍ〜１６μｍの径の）粒子または細胞間のＴＯＦ弁別が可能になる。さらに、周期的な流量変動性は、例えば、流量変動性を検出するための圧力センサを用いて、およびこれに基づいて、（フローセル３４０を通る試料およびシース液を送出するポンプモジュールからの）脈動流の変化を補正することによって、補償され得る。
本明細書内の任意の特定の数値の言及は、当技術分野で一般に受け入れられている材料ならびに製造公差、および／または当技術分野において一般に受け入れられている測定機器の誤差を考慮に入れるために値の範囲を包含することを理解されたい。
上述の説明から、および様々な図面を参照すれば、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示に対して特定の修正を行うこともできることを理解するであろう。本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示の範囲が当技術分野で許容されるような広範囲であり、本明細書が同様に読み取られることを意図しているので、本開示はそれらの実施形態に限定されることを意図するものではない。したがって、上記の説明は、限定的なものと解釈すべきではなく、単に特定の実施形態の例示として解釈すべきである。当業者であれば、本明細書に添付された請求項の範囲および精神に該当する他の修正を想定するであろう。
支持ハブ２３４は、支持ディスク２３２の内面２４２ｂに当接するように位置決めされたディスク部分２４７と、ディスク部分２４７から支持ディスク２３２とは反対方向に延在する本体部分２４８とを含む、略Ｔ字形形状を画定する。中央ルーメン２５０は、ディスク部分２４７および本体部分２４８の両方を通って延在し、複数の半径方向ボア２５２（図２）はディスク部分２４７内に画定される。ねじ山２５４は、ルーメン２５０を画定する支持ハブ２３４の内表面の少なくとも一部に配置される。
引き続き図６〜図９を参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０を組み立てるために、レーザダイオード２４０は、支持ディスク２３２内に固定され、コリメートレンズ２３８は、インサート２３６内に固定される。次いで、インサート２３６は、支持ハブ２３４の中央ルーメン２５０内に係合するようにねじ込まれる。レーザダイオード２４０が支持ディスク２３２内に固定され、インサート２３６（コリメートレンズ２３８を中で固定する）が指示ハブ２３４内で係合された状態で、支持ディスク２３２および支持ハブ２３４は、支持ディスク２３２の内面２４２ｂが支持ハブ２３４に当接し、支持ディスク２３２の中央アパーチャ２４４が支持ハブ２３４の中央ルーメン２５０と位置合わせされ、支持ディスク２３２の半径方向アパーチャ２４６が支持ハブ２３４の対応する半径方向ボア２５２（図２を参照）と位置合わせされるように、互いに対して位置決めされる。以下に詳述するように、支持ディスク２３２および支持ハブ２３４をこの位置で維持し、それらの位置合わせを容易にするために、固定具（図示せず）が利用され得る。
レーザ光学アセンブリ２００からのレーザビームは、フローセルアセンブリ３００のフローセル３４０の中を流れるコアストリームに位置合わせされ、その一方で、コアストリーム内を流れる粒子からの散乱レーザ光が監視され、電気信号に変換される。レーザ光学アセンブリ２００およびフローセル３４０の相対位置は、これらの信号を最大化するために、ｘ方向およびｚ方向に調整される。このｘ軸およびｚ軸の位置合わせが完了する前に、センサアセンブリ４００のセンサは、レーザビームに対して水平に位置合わせされ、さらなるｙ方向の位置合わせは必要でない。

Claims (29)

  1. バレルを画定するベースプレートと、
    前記バレル内に少なくとも部分的に配置されたコリメーションアセンブリと、
    前記バレル内に少なくとも部分的に配置された第１のレンズと、
    前記バレル内に少なくとも部分的に配置された第２のレンズと、
    前記バレル内に少なくとも部分的に配置された第３のレンズと
    を備える、フローサイトメータのレーザ光学アセンブリであって、
    前記コリメーションアセンブリ、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズは、前記レーザ光学アセンブリのレーザビーム１／ｅ２ウエスト径の５％を超えるシフトを生じることなく、少なくとも３０秒間、１０Ｇのランダム軸機械的振動に耐えるように、前記ベースプレートに対して固定される、レーザ光学アセンブリ。
  2. 少なくとも１つのカバープレートが、前記コリメーションアセンブリ、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズを前記ベースプレートに対して固定する、請求項１に記載のレーザ光学アセンブリ。
  3. 別個のカバープレートが、前記コリメーションアセンブリ、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズの各々を前記ベースプレートに対して固定する、請求項２に記載のレーザ光学系アセンブリ。
  4. 前記少なくとも１つのカバープレートは、前記ベースプレートにボルト留めされる、請求項２に記載のレーザ光学アセンブリ。
  5. 前記コリメーションアセンブリは、レーザダイオードと、前記レーザダイオードと位置合わせして配置されたコリメートレンズとを含む、請求項１に記載のレーザ光学アセンブリ。
  6. 前記ベースプレートの前記バレルは、前記コリメーションアセンブリを少なくとも部分的に受容するように構成された第１のチャンバと、前記第１のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第２のチャンバと、前記第２のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第３のチャンバと、前記第３のレンズを少なくとも部分的に受容するように構成された第４のチャンバとを画定する、請求項１に記載のレーザ光学アセンブリ。
  7. 前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズはそれぞれ、第１のレンズクレードル、第２のレンズクレードル、および第３のレンズクレードル内に固定され、前記第１のレンズクレードル、前記第２のレンズクレードル、および前記第３のレンズクレードルは、前記ベースプレートの前記バレルの前記第２のチャンバ、前記第３のチャンバ、および前記第４のチャンバ内に少なくとも部分的に配置される、請求項６に記載のレーザ光学アセンブリ。
  8. 前記第１のレンズクレードル、前記第２のレンズクレードル、または前記第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に前記対応するチャンバ内の前記レンズクレードルの回転調整を可能にするように構成されたフィンガを含む、請求項７に記載のレーザ光学アセンブリ。
  9. 前記第１のレンズクレードル、前記第２のレンズクレードル、または前記第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に前記対応するチャンバ内の前記レンズクレードルの軸方向調整を可能にするように構成されたフィンガを含む、請求項７に記載のレーザ光学アセンブリ。
  10. 前記第１のレンズクレードル、前記第２のレンズクレードル、または前記第３のレンズクレードルのうちの少なくとも１つは、そこから延びるフィンガであって、組立時に前記対応するチャンバ内の前記レンズクレードルの回転調整かつ軸方向調整を可能にするように構成されたフィンガを含む、請求項７に記載のレーザ光学アセンブリ。
  11. 前記第１のレンズは、凸シリンドリカルレンズであり、前記第２のレンズは、凹シリンドリカルレンズであり、前記第３のレンズは、シリンドリカル対物レンズであり、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記第３のレンズは、前記コリメーションアセンブリから延在する前記バレルに沿って順に配置される、請求項１に記載のレーザ光学アセンブリ。
  12. 軸に沿って配置された複数のレンズを含むレンズサブアセンブリと、
    前記レンズサブアセンブリから軸下方に位置決めされたフローセルと、
    前記レンズサブアセンブリから軸上方に位置決めされたコリメーションサブアセンブリであって、
    ビームを放射するように構成されたレーザダイオード、
    前記ビームをコリメートするように構成されたコリメートレンズ、
    前記レーザダイオードと前記コリメートレンズとの間の所定の軸方向距離を維持するように構成された少なくとも２つの支持体であって、前記レーザダイオードと前記コリメートレンズとの間の前記所定の軸方向距離を最大で３０℃の温度変化を通して維持する線熱膨張係数を有する材料から形成される少なくとも２つの支持体
    を含むコリメーションサブアセンブリと
    を備える、フローサイトメータ。
  13. 前記所定の軸方向距離は、１０℃〜４０℃の温度変化を通して維持される、請求項１２に記載のフローサイトメータ。
  14. 前記第１の支持体は、ＰＥＥＫから形成され、前記第２の支持体は、黄銅から形成される、請求項１２に記載のフローサイトメータ。
  15. 前記所定の軸方向距離を維持するように構成された３つの支持体は、互いにバランスを取る熱膨張係数を有する材料から形成される、請求項１２に記載のフローサイトメータ。
  16. 前記第１の支持体は、ＰＥＥＫから形成され、前記第２の支持体は、黄銅から形成され、前記第３の支持体は、アルミニウムから形成される、請求項１５に記載のフローサイトメータ。
  17. 前記レンズサブアセンブリと、前記コリメーションサブアセンブリと、取り付けられた前記フローセルを支持して前記フローセルと前記レンズサブアセンブリとの間の所定の軸方向距離を維持するハウジングとを有する取付プラットフォームをさらに備え、
    前記ハウジングおよび前記取付プラットフォームは、前記フローセルと前記レンズサブアセンブリとの間の前記所定の軸方向距離を最大で３０℃の温度変化を通して維持する熱膨張係数を有する材料から形成される、請求項１２に記載のフローサイトメータ。
  18. 前記フローセルを支持する前記ハウジングは、コポリエステルから形成され、前記取付プラットフォームは、アルミニウムから形成される、請求項１７に記載のフローサイトメータ。
  19. フローサイトメータのレーザ光学アセンブリの組立方法であって、
    レーザダイオードと、第１の方向に第１のビームウエスト径を有し第２の方向に第２のビーム径を有するレーザビームを軸に沿って生成するように構成されたコリメートレンズとを含むコリメーションアセンブリを、ベースプレートのバレル内に少なくとも部分的に固定するステップと、
    第３のレンズを前記軸上で前記ベースプレートの前記バレル内に少なくとも部分的に位置決めするステップと、
    前記第１のビームウエスト径が最小になるように、前記軸を中心として前記第３のレンズを回転可能に調整するステップと、
    前記第３のレンズを前記ベースプレートに対して固定するステップと、
    第１のレンズを前記軸上で前記ベースプレートの前記バレル内に少なくとも部分的に位置決めするステップと、
    前記第１のビームウエスト直径が維持されるように、前記軸を中心として前記第１のレンズを回転可能に調整するステップと、
    前記第１のレンズを前記ベースプレートに対して固定するステップと、
    第２のレンズを前記軸上で前記ベースプレートの前記バレル内に少なくとも部分的に位置決めするステップと、
    前記第１のビームウエスト径が維持されるように、前記軸を中心として前記第２のレンズを回転可能に調整するステップと、
    前記第２のビーム径が所望の値に設定されるように、前記第２のレンズを前記軸に沿って軸方向に調整するステップと、
    前記第２のレンズを前記ベースプレートに対して固定するステップと
    を含む、前記組立方法。
  20. 前記第３のレンズは、前記コリメーションアセンブリから最も遠くに位置決めされ、前記第１のレンズは、前記コリメーションアセンブリの最も近くに位置決めされ、前記第２のレンズは、前記第１のレンズと前記第３のレンズとの間に位置決めされる、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第３のレンズは、シリンドリカル対物レンズであり、前記第１のレンズは、凸シリンドリカルレンズであり、前記第２のレンズは、凹シリンドリカルレンズである、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記第３のレンズは、前記第３のレンズを軸方向に拘束し、前記第３のレンズを固定する前に前記第３のレンズの回転を可能にするように構成された前記バレルの第３のチャンバ内に位置決めされ、
    前記第１のレンズは、前記第１のレンズを軸方向に拘束し、前記第１のレンズを固定する前に前記第１のレンズの回転を可能にするように構成された前記バレルの第１のチャンバ内に位置決めされ、
    前記第２のレンズは、前記第２のレンズを固定する前に前記第２のレンズの回転および並進を可能にするように構成された前記バレルの第２のチャンバ内に位置決めされる、請求項１９に記載の方法。
  23. 前記第１のビームウエストは、６．７μｍ〜９μｍの１／ｅ２径を有する、請求項１９に記載の方法。
  24. 前記第２のビームは、１９０μｍ〜２１０μｍの１／ｅ２径を有する、請求項１９に記載の方法。
  25. 前記第２のビームは、２００μｍの１／ｅ２径を有する、請求項２４に記載の方法。
  26. 流れ方向を画定するフローセルと、
    レーザダイオード、および軸に沿ってレーザビームを生成するように構成されたコリメートレンズを含むコリメーションアセンブリと、
    前記軸上に配置され、前記コリメーションアセンブリから前記レーザビームを受光するように構成された凸シリンドリカルレンズと、
    前記軸上に配置され、前記凸シリンドリカルレンズから前記レーザビームを受光するように構成された凹シリンドリカルレンズと、
    前記軸上に配置され、前記凹シリンドリカルレンズから前記レーザビームを受光し、前記フローセルに入射する前記レーザビームが前記フローセルの流れ方向に平行な方向に６．７μｍ〜９μｍの第１のビームウエスト１／ｅ２径および前記フローセルの流れ方向に垂直な方向に１９０μｍ〜２１０μｍの第２のビーム１／ｅ２径を画定するように前記レーザビームを前記フローセル上に投影するように構成されたシリンドリカル対物レンズと
    を備える、フローサイトメータ。
  27. 前記第１のビームウエスト１／ｅ２径および前記第２のビーム１／ｅ２径は、最大で１５μｍの前記フローセル内の実際の半径方向のコアストリームシフトが発生しても、性能が低下しないように選択される、請求項２６に記載のフローサイトメータ。
  28. 前記第１のビームウエスト１／ｅ２径および前記第２のビーム１／ｅ２径は、最大で１５μｍの前記レーザビームの焦点のシフトによる見かけの半径方向のコアストリームシフトが発生しても、性能が低下しないように選択される、請求項２６に記載のフローサイトメータ。
  29. 前記第１のビームウエスト１／ｅ２径は、前記フローセルを通る流量の変化が２％以下であれば、飛行時間測定が粒子または細胞のサイズを１μｍ以下まで区別することができるように選択される、請求項２６に記載のフローサイトメータ。
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