JP2024056763A - フローサイトメータ及びそのレーザ光学アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】フローサイトメータにおいて、粒子に照射されるレーザビームのガウス強度プロファイルのローブを減少させ、粒子の検出精度を向上させる。【解決手段】横電界ＴＥレーザダイオード、フローセル、１／４波長板ＱＷＰ、複数のレンズ、及び側方散乱光検出器を含む、血液分析器のフローサイトメータであって、ＴＥレーザダイオードは、光軸に沿ってレーザビームを出力するように構成され、約１６度から約２５度までの速軸半値全幅ＦＷＨＭ発散を有する。ＱＷＰは、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間の光軸に沿って配置され、レーザビームを円偏光するように構成される。複数のレンズは、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間に配置され、レーザビームをフローセルに収束させるように構成される。【選択図】図１

Description

関連出願への相互参照
本出願は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる、２０２０年６月１７日に出願された米国特許仮出願第６３／０４０，０３５号の利益及び優先権を主張するものである。

本開示は、フローサイトメトリに関し、より具体的には、例えば血液学又は血液分析器の、フローサイトメータ及びフローサイトメータ用のレーザ光学アセンブリに関する。

フローサイトメータは、通常、サンプルコアストリームで流れている粒子にレーザビームが照射され、粒子の屈折率、サイズ、形状、及び他の特性に応じてレーザ光が吸収及び散乱されるように、レーザビームが比較的細いサンプルコアストリームを通過することを必要とする。各粒子について、吸収及び散乱された光の強度が測定される。吸収及び散乱の測定値は、粒子のタイプ及び粒子の特徴を識別及び定量化するために用いられる。より最近では、粒子のタイプ及び／又は特徴を判定するために、飛行時間（ＴＯＦ）測定がさらに又は代替的に用いられている。

フローサイトメータでは、コアストリームの流れに平行なビームの良質なガウス空間強度プロファイルを維持することが重要である。この場合、粒子がそのプロファイルを通過する際に、検出される散乱光もガウス強度プロファイルを一時的に有することになり、粒子がビームのガウス強度プロファイルに流入する際に、検出される散乱信号が増加し、ビームの空間強度の最大値で最大になり、次いで、粒子がビームのガウス強度プロファイルから流出する際に減少する。

プロファイル強度のローブ、例えば、ガウスピークのショルダ又はガウスピークの近くの比較的小さいピークは、大きい粒子がビームを通過するときに小さい粒子として誤認される可能性があるため望ましくない。ガウスピークの両側にある小さいピーク又はショルダを無視することでローブの影響を軽減することができるが、ローブと同時に発生する重要な情報が失われる可能性があるため、これは最適な方策ではない。

一部のフローサイトメータでの別の懸念は、一部の又はすべての粒子タイプで測定されるＴＯＦを信頼できる粒子識別に使用できるようにガウス強度プロファイルの幅を設定することである。幅が大きすぎると、より小さい粒子の分解能が失われる。

本開示は、プロファイル強度のローブを排除する又はローブを小さい又は無視できる強度に例えばメインガウスピークの強度の多くとも７％に減らす、良好な飛行時間（ＴＯＦ）機能を提供する、（レーザビームの光軸に対して）例えば３０度以下の比較的低い前方角度、及び（レーザビームの光軸に対して）例えば５０度乃至１２０度の比較的高い側方角度での散乱光の検出を可能にする、及び偏光解消散乱光と偏光散乱光との両方で前方散乱と側方散乱との両方に対して良好な感度を提供する、フローサイトメータ及びそのレーザ光学アセンブリを提供する。

本開示の上記の及び他の態様及び特徴を以下に詳述する。一貫性のある範囲で、本明細書で詳述する態様及び特徴のいずれも、そのような態様及び特徴が以下にまとめて記載されているか又は個別に記載されているかに関係なく、本明細書で詳述する他の態様及び特徴のいずれかと共に又はそれらなしに使用され得る。

本開示の態様に従って提供されるのは、横電界（ＴＥ）レーザダイオード、フローセル、１／４波長板（ＱＷＰ）、複数のレンズ、及び側方散乱光検出器を含む、血液分析器のフローサイトメータである。ＴＥレーザダイオードは、光軸に沿ってレーザビームを出力するように構成される。レーザビームは、約１６度から約２５度までの速軸半値全幅（ＦＷＨＭ）発散を有する。ＱＷＰは、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間の光軸に沿って配置され、レーザビームが通過する際にレーザビームを円偏光するように構成される。複数のレンズは、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間に配置される。レンズは、協働してレーザビームをフローセルに収束させる。側方散乱光検出器は、光軸に対して約５０度から約１２０度までの角度でフローセルからの側方散乱光を検出するように構成される。

本開示の一態様では、少なくとも１つの前方散乱光検出器が設けられる。一部の態様では、少なくとも２つの前方散乱光検出器、例えば、１つ以上の高角度前方散乱光検出器（ＦＳＨ）と、低角度前方散乱光検出器（ＦＳＬ）が設けられる。加えて又は代替的に、消光センサが設けられ得る。少なくとも１つの前方散乱光検出器、例えば１つ以上のＦＳＨは、光軸に対して約３０度未満の角度でフローセルからの前方散乱光を検出するように構成され得る。このような態様では、少なくとも１つの前方散乱光検出器は、光軸に対して約１１．５度から約１５．５度までの角度でフローセルからの前方散乱光を検出するように構成され得る。加えて又は代替的に、少なくとも１つの前方散乱光検出器、例えばＦＳＬは、光軸に対して約２．０度から約２．４度までの角度でフローセルからの前方散乱光を検出するように構成され得る。

本開示の別の態様では、コアストリームの中心に頂点がある状態での、レーザビームの重心に対する側方散乱光検出角度は、強い側方散乱信号を提供するべく７８度を中心とする。散乱強度は、例えば、光軸に対して約６７度乃至約８９度の範囲を定める円形レンズ開口を通して検出可能である。約７８度で最大開口幅となり得る。加えて又は代替的に、フローセルからの側方散乱光強度は、光軸に対して約５０度から約１２０度までの角度範囲で側方散乱光検出器によって検出され得る。これは、例えば、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６１８，１４３号に詳述されているように、集光レンズ又は集束レンズなしに高開口数の検出器を使用することによって達成され得る。

本開示のさらに別の態様では、ＱＷＰは、ＱＷＰへのレーザビームの入射重心角が約７度以下になるようにＴＥレーザダイオードに対して配置される。

本開示のまた別の態様では、ＱＷＰの複屈折軸は、レーザビームを右回り又は左回りに円偏光するべく、レーザビームの偏光軸に対して光軸を中心として±４５度回転する。

本開示のさらにまた別の態様では、複数のレンズは、レーザダイオードとＱＷＰの間に配置されるコリメートレンズ、及び、ＱＷＰとフローセルとの間に配置される対物レンズを含む。このような態様では、複数のレンズは、コリメートレンズと対物レンズの間に配置される正の円筒レンズ及び負の円筒レンズをさらに含み得る。

本開示の別の態様では、レーザビームは、フローセルのコアストリームで、コアストリームの流れの方向に平行な方向に約６．７μｍから約９μｍまでのビームウエスト１／ｅ^２直径及び／又はフローセルの流れの方向に垂直な方向に約１４０μｍから約２１０μｍまでのビーム１／ｅ^２直径を画定する。

本開示の別の態様では、ＴＥレーザダイオードは、少なくとも１０ｍＷのパワーを出力するように構成される。加えて又は代替的に、ＴＥレーザダイオードは、少なくとも２０ｍＷのパワーを出力するように構成される。

本開示に従って提供される網赤血球及び顆粒球を検出する方法は、網赤血球又は顆粒球のうちの少なくとも１つを有する血液サンプルを、シース流体とともにフローセルに流すことと、横電界（ＴＥ）レーザダイオードから、約１６度から約２５度までの速軸半値全幅（ＦＷＨＭ）発散を有するレーザビームを光軸に沿って放出することと、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間の光軸に沿って配置された１／４波長板（ＱＷＰ）にレーザビームを通過させて、そこを通過する際にレーザビームを円偏光することと、ＴＥレーザダイオードとフローセルとの間に配置された複数のレンズにレーザビームを通過させて、レーザビームをフローセルに収束させることと、光軸に対して約５０度から約１２０度までの角度でフローセルからの側方散乱光を検出することとを含む。

本開示の一態様では、方法は、光軸に対して約３０度未満の角度でフローセルからの前方散乱光を検出することをさらに含む。このような態様では、フローセルからの前方散乱光は、光軸に対して約１１．５度から約１５．５度までの角度で検出され得る。上記の角度で検出するために、少なくとも１つの前方散乱光検出器、例えば１つ以上の高角度前方散乱光検出器（ＦＳＨ）が使用され得る。代替的に又は加えて、より低い角度で、例えば光軸に対して約２．０度から約２．４度までの角度で散乱された光を検出するために、低角度前方散乱光検出器（ＦＳＬ）が設けられ得る。加えて又は代替的に、消光センサが設けられ得る。

本開示の別の態様では、レーザビームの重心に対する側方散乱光検出角度は、強い側方散乱信号を提供するべく７８度を中心とする。散乱強度は、一部の態様では、光軸に対して約６７度乃至約８９度の範囲を定める円形レンズ開口を通して検出可能である。加えて又は代替的に、フローセルからの側方散乱光強度は、光軸に対して約５０度から約１２０度までの角度範囲で側方散乱光検出器によって検出される。これは、例えば、集光レンズ又は集束レンズなしに高開口数の検出器を使用することによって達成され得る。

本開示のまた別の態様では、ＱＷＰを通過するレーザビームは、約７度以下のＱＷＰへのレーザビームの入射重心角を画定する。

本開示のさらに別の態様では、ＱＷＰを通過するレーザビームは、ＱＷＰによって右回り又は左回りに円偏光される。

本開示のさらにまた別の態様では、複数のレンズは、レーザビームがＱＷＰの前にコリメートレンズを通過するように配置されたコリメートレンズを含む。このような態様では、複数のレンズは、レーザビームがＱＷＰの後に対物レンズを通過するように配置された対物レンズをさらに含み得る。

本開示の別の態様では、レーザビームは、フローセルで、流れに平行な方向に約６．７μｍ乃至約９μｍのビームウエスト１／ｅ^２直径及び／又は流れに垂直な方向に約１４０μｍ乃至約２１０μｍのビーム１／ｅ^２直径を画定する。

本開示のまた別の態様では、レーザビームを放出するためのＴＥレーザダイオードのパワー出力は、少なくとも１０ｍＷであり、他の態様では少なくとも２０ｍＷである。

ここで開示されるフローサイトメータ及びそのレーザ光学アセンブリの様々な態様及び特徴は、同様の参照番号が類似の又は同一の要素を識別する図面を参照して本明細書で説明される。

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、及びセンサを備えるモジュールの斜視図である。 図１のモジュールの縦断面図である。 図１のモジュールのレーザ光学アセンブリの斜視部分断面図である。 選択された対物レンズ焦点距離でのビーム発散と集束ビーム直径１／ｅ^２ウエストとの間の関係性を例解する表である。 特定の焦点距離及び有効開口径を有する選択されたコリメートレンズについてのレンズの有効開口でのビーム発散と相対ビーム強度との間の関係性を例解する表である。

図１及び２に移ると、本開示は、概して参照番号１０で識別される、レーザ光学系、フローセル、及びセンサを備えるモジュールを含む、例えば血液学又は血液分析器の、フローサイトメータを提供する。モジュール１０は、一般に、取り付けプラットフォーム１００、取り付けプラットフォーム１００に固定されたレーザ光学アセンブリ２００、取り付けプラットフォーム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配置されたフローセルアセンブリ３００、及び取り付けプラットフォーム１００に固定され、前方散乱光と側方散乱光との両方を検出するべくレーザ光学アセンブリ２００及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を含む。本明細書で明示的に詳述されない又は矛盾しないモジュール１０のさらなる特徴は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる２０１９年３月２８日に出願された「ＦＬＯＷ ＣＹＴＯＭＥＴＥＲ， ＬＡＳＥＲ ＯＰＴＩＣＳ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＴＨＥＲＥＯＦ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＡＳＳＥＭＢＬＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題する米国特許出願公開第２０１９／０３０２３９１号で見ることができる。

図示していないが、フローサイトメータは、モジュール１０に加えて、例えば、フローサイトメータの動作可能な内部コンポーネントを取り囲む外側ハウジング、モジュール１０を制御し、モジュール１０から受信したテスト結果を処理するように構成された電子モジュール、テストするサンプルを受け入れるように構成されたサンプル受け入れモジュール、サンプル及びシース流体をフローセルアセンブリ３００に送り込むように構成されたポンプモジュール、テスト後のサンプル及びシース流体の安全な収集を可能にするように構成された廃液モジュール、及びユーザから入力情報を受信する及びユーザに情報を表示するためのユーザインターフェースモジュールを含み得る。代替的に又は加えて、本開示のフローサイトメータのモジュール１０と共に用いられる任意の他の適切なモジュール、コンポーネント、及び／又は特徴も企図される。

上述のように、モジュール１０の取り付けプラットフォーム１００は、例えばボルト及び／又は任意の他の適切な締結構造体を使用して、レーザ光学アセンブリ２００、フローセルアセンブリ３００、及びセンサアセンブリ４００をその上に取り付けることで、これらのアセンブリ２００～４００の相互の及び取り付けプラットフォーム１００との相対位置を維持することを可能にする。

レーザ光学アセンブリ２００を以下にさらに詳しく説明する。

引き続き図１及び２を参照すると、フローセルアセンブリ３００は、サンプル流体をノズル３２０に及びシース流体を入力部３１０に送達するためのハウジング３３０によって画定されるノズル３２０に結合された入力部３１０と、ノズル３２０からサンプル流体及びシース流体を受け取るためにノズル３２０の下流に接続されたフローセル３４０と、テスト後のサンプル流体及びシース流体を適切な収集リザーバに誘導するためにフローセル３４０の下流に配置された出力部３５０を含む。フローセルアセンブリ３００のハウジング３３０は、取り付けプラットフォーム１００に画定された孔１２０内に着座し、フローセル３４０とレーザ光学アセンブリ２００の円筒対物レンズ２９６との間の規定された距離を維持するべく、複数のボルトを使用して又は任意の他の適切な様態で取り付けプラットフォーム１００に固定される。

センサアセンブリ４００は、前方散乱光サブアセンブリ４１０と、側方散乱光サブアセンブリ４２０を含む。前方散乱光サブアセンブリ４１０は、ボード４１２と、消光センサ、前方散乱光低角度（ＦＳＬ）センサ、及び１つ以上の前方散乱光高角度（ＦＳＨ）センサ、例えば２つのＦＳＨセンサを含むセンサアレイ４１４とを含む。モジュール１０、より詳細には、以下で詳述するそのレーザ光学アセンブリ２００の構成により、前方散乱光サブアセンブリ４１０のセンサアレイ４１４は、レーザビームの光軸に対して比較的低い角度、例えば約３０度以下でフローセル３４０からの前方散乱光を検出することができる。一部の実施形態では、前方散乱光は、１つ以上のＦＳＨセンサを使用してレーザビームの光軸に対して約１１．５度乃至約１５．５度の範囲、ＦＳＬセンサを使用して約２．０度乃至約２．４度の範囲の角度で検出される。ＦＳＬセンサでの前方散乱強度は、血球のサイズにほぼ比例する。

側方散乱光サブアセンブリ４２０は、レンズマウント４２２と、レンズマウント４２２内に支持されるレンズ４２４と、側方散乱光センサアレイ（図示せず）を含む。モジュール１０、より詳細には、同じく以下で詳述するそのレーザ光学アセンブリ２００の構成により、側方散乱光サブアセンブリ４２０の側方散乱光センサアレイ（図示せず）は、一部の実施形態ではレーザビームの光軸に対して約５０度から約１２０度まで、他の実施形態ではレーザビームの光軸に対して約６５度から約９１度までの角度でフローセル３４０からの側方散乱光を検出することができる。側方散乱光に対する最大感度は、光軸に対して約７８度であり得る。さらなる又は代替的な実施形態では、散乱強度は、光軸に対して約６７度乃至８９度の角度範囲を定める円形レンズ開口を通じて検出可能である。約７８度で最大開口幅となり、これにより、同じ開口が同じ距離に配置されるが９０度などのより高角度で最大幅となる場合よりも、側方散乱光に対する感度が高くなる。側方散乱強度は、血球の屈折率及び内部の複雑さにほぼ比例する。

図１～３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、コリメーションサブアセンブリ２３０、及び複数のレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０を含む。クランプサブアセンブリ２１０は、レーザ光学アセンブリ２００を取り付けプラットフォーム１００にしっかりとボルトで固定できるように孔が画定された少なくとも一対の脚２１４を両側部に沿って画定する、ベースプレート２１２を含む。ベースプレート２１２はさらに、脚２１４の間でベースプレート２１２に沿って延びる概して円筒形のバレル２１８を画定する。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、及び第４のチャンバ２２５を画定する。チャンバ２１９、２２１、２２３、及び２２５は、コリメーションサブアセンブリ２３０及びレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０をそれぞれ内部に受け入れるように構成される。クランプサブアセンブリ２１０はさらに、コリメーションサブアセンブリ２３０及びレンズサブアセンブリ２７０、２８０、２９０をチャンバ２１９、２２１、２２３、及び２２５内にそれぞれ取り囲む及び互いに対して固定するべく、ベースプレート２１２にボルトでしっかりと固定されるように構成された、カバープレート２２０、２２２、２２４、２２６を含む。

特に図２及び３を参照すると、コリメーションサブアセンブリ２３０は、支持ディスク２３２、支持ハブ２３４、インサート２３６、及びばね座金２３７を含み、これらは、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に対して定位置に保持するように構成される。

レーザダイオード２４０は、横電界（ＴＥ）レーザダイオードであり、したがって、放出されたレーザ光の偏光軸は、速軸又はより発散する軸に垂直である。速軸又はより発散する軸は、一部の実施形態では約１６度から約２５度まで、他の実施形態では約２０度から約２３度まで、さらに他の実施形態では約２１度から約２２度までの半値全幅（ＦＷＨＭ）発散を有する。

横磁界（ＴＭ）レーザダイオードは通常、より大きな速軸発散を有するので、ＴＭレーザダイオードの代わりに、横電界（ＴＥ）レーザダイオードが用いられることに注目される。これらのより大きな発散はいくつかの問題を引き起こす可能性がある。第１に、ビームクリッピングの可能性が高くなり、その結果、ローブがより大きくなる。また、２つの他のトレードオフが存在する、すなわち、より焦点距離が大きい対物レンズが必要になるため、レーザモジュールがより長くなり、温度変化の影響を受けにくくすることが難しくなる、又は、例えばより大きな白血球の場合に、光軸に沿った実際の又は見かけのコアストリームシフトの影響を受けない範囲がより小さくなることと、飛行時間に対する感度が低くなることとの両方を受け入れなければならない。

しかしながら、ＴＥレーザダイオードを補償なしに使用すると、偏光側方散乱検出に対する感度が下がるという欠点がある。偏光側方散乱に対する良好な感度は、網赤血球及び顆粒球の識別に特に関連する。以下で詳述するようにレーザ光学アセンブリ２００の他の構成特徴とともに１／４波長板２７７を使用することにより、ＴＥレーザダイオード２４０のこの欠点は、同じく以下で詳述するようにモジュール１０が偏光側方散乱光に対する良好な感度をもたらすように補償される。

レーザダイオード２４０は、一部の実施形態では少なくとも約１０ｍＷ、他の実施形態では少なくとも約２０ｍＷ、さらに他の実施形態では少なくとも約４０ｍＷのパワーを有する。１０ｍＷから４０ｍＷまで又は２０ｍＷから４０ｍＷまでのパワーも企図される。レーザダイオード２４０は、電力及び制御電子回路（図示せず）への接続を可能にする適切な電気コネクタを有する。レーザダイオード２４０は、一部の実施形態では約６３０～６６５ｎｍの範囲内、他の実施形態では約６３５～６５０ｎｍの範囲内の波長を有する赤色光を放出するように構成することができ、さらに他の実施形態では、レーザダイオード２４０は約６４０ｎｍの公称波長を有する。レーザダイオード２４０は、一部の実施形態では、ＵＳＨＩＯ ＯＰＴＯ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ， ＩＮＣ．，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎから入手可能なＨＬ６３６３ＭＧ－Ａレーザダイオードである。

引き続き図２及び３を参照すると、レーザダイオード２４０は、支持ディスク２３２内に固定されるように構成される。支持ディスク２３２は、支持ハブ２３４に固定される、例えばボルトで固定されるように構成され、支持ハブ２３４は、インサート２３６をねじ込み係合で受け入れる。コリメートレンズ２３８が、支持ハブ２３４内に配置され、支持ディスク２３２と支持ハブ２３４との間、及び、インサート２３６と支持ハブ２３４との間の係合により、インサート２３６と支持ディスク２３２との間の固定位置に保持される。ばね座金２３７が、インサート２３６と支持ディスク２３２との間に配置され、それらの間の張力を維持し、したがって、様々な固定されるコンポーネント間の遊びをなくす。

コリメーションサブアセンブリ２３０の様々なコンポーネントの上記に詳述した係合により、レーザダイオード２４０から放出されたビームが支持ハブ２３４と同軸方向に良好にコリメートされる及び指向するように、コリメートレンズ２３８とレーザダイオード２４０の互いに対する水平方向、垂直方向、及び軸方向の位置合わせが固定される。コリメーションサブアセンブリ２３０は、コリメーションサブアセンブリ２３０の支持ハブ２３４を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内に着座させ、カバープレート２２０を支持ハブ２３４の周りに配置し、支持ハブ２３４のいずれかの側部でカバープレート２２０をベースプレート２１２と例えばボルトで係合させることで、クランプサブアセンブリ２１０上に組み立てられる。

図２及び３をさらに参照すると、上述のように、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、その中にそれぞれのレンズ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をそれぞれ含む。

レンズサブアセンブリ２７０のレンズクレードル２７２は、その中に１／４波長板（ＱＷＰ）２７７を固定して保持するさらなるレンズポケット２７５をさらに含む。さらなるレンズポケット２７５は、図２に示すようにレンズクレードル２７２内に画定された拡大端開口部２７８を介してアクセス可能であり、ポケット２７５へのＱＷＰ２７７の縦方向の挿入を可能にする及び／又は図３に示すようにレンズクレードル２７２内に画定されたスロット２７９を介してポケット２７５へのＱＷＰ２７７の横方向の挿入を可能にする。ＱＷＰ２７７をポケット２７５内に着座させるための他の構成も企図される。さらなるレンズポケット２７５の代替として、ＱＷＰ２７７は、レンズ２７６と一緒にレンズポケット２７４内に取り付けられてもよい。ＱＷＰ２７７は、コリメートレンズ２３８とは反対側のレンズ２７６の側部に配置されてもよく、又はレンズ２７６のコリメートレンズ側に配置されてもよい。別の代替として、ＱＷＰ２７７は、コリメーションサブアセンブリ２３０内に配置され、コリメートレンズ２３８の、レンズ２７６の方の側部（したがって、レーザダイオード２４０とは反対側）に存在してもよい。上記の構成のいずれにおいても、レーザ光学アセンブリ２００は、ＱＷＰ２７７へのレーザビームの入射重心角が約７度以下になるように構成され得る。

レンズ２７６は、正の円筒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内に配置されるように構成され、したがって、正の円筒レンズ２７６は、第２のチャンバ２２１内でコリメートレンズ２３８の最も近くに配置されるように第２のカバープレート２２２を介して固定される。第２のカバープレート２２２はまた、コリメートレンズ２３８に対して正の円筒レンズ２７６の反対側で、ベースプレート２１２のバレル２１８の第２のチャンバ２２１内に（又は上記の位置などの任意の他の適切な位置に）ＱＷＰ２７７を固定する。

ＱＷＰ２７７は、例解されている構成では、ベースプレート２１２のバレル２１８の第２のチャンバ２２１内に配置され、第２のチャンバ２２１内で正の円筒レンズ２７６とともに第２のカバープレート２２２を介して固定される複屈折ＱＷＰである。ＱＷＰ２７７は、その複屈折軸がレーザビームの（ＴＥ）偏光軸に対してレーザビーム軸を中心として±４５度回転するように配向される。ＱＷＰ２７７は、レーザビームが、ＱＷＰ２７７の平坦で平行な面を垂直に横切り、画定された遅軸に平行に偏光され、遅軸に垂直な画定された速軸に平行に偏光されたビームよりも約１／４波長遅くプレートを横断することを可能にし、したがって、ビームの円偏光をもたらす。ＱＷＰ２７７の遅軸及び速軸の位置に応じて、ＱＷＰ２７７から出る光ビームは、右回り又は左回りに円偏光される。右回り又は左回りの偏光のいずれかを用いることができる。

一部の構成では、ＱＷＰ２７７とレンズ２７６は、例えばＱＷＰ２７７がレンズ２７６の平坦面に結合される状態で一緒に結合され、レーザビームの（ＴＥ）偏光軸に対するＱＷＰ２７７の複屈折軸の上記に詳述した配向を維持するように配置される。この構成では、ＱＷＰ２７７の複屈折軸は、レンズ２７６の円柱軸に対して約±４５度に設定される。ＱＷＰ２７７とレンズ２７６の位置合わせは、ＱＷＰの遅軸及び速軸が正の平凸円筒レンズ２７６の湾曲軸に対して±４５度に配向されることを保証する測定値及び／又は基準を使用することで達成及び維持することができる。

レンズ２８６は、負の円筒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内に配置されるように構成され、したがって、負の円筒レンズ２８６は、第３のチャンバ２２３内でコリメーションサブアセンブリ２３０に対してその対向する側部で正の円筒レンズ２７６に次いで配置されるように第３のカバープレート２２４を介して固定される。レンズ２９６は、円筒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内に配置されるように構成され、したがって、円筒対物レンズ２９６は、第４のチャンバ２２５内で正の円筒レンズ２７６に対してその対向する側部で負の円筒レンズ２８６に次いで配置されるように第４のカバープレート２２６を介して固定される。

組み立て中に、コリメーションサブアセンブリ２３０が設置されると、レンズサブアセンブリ２９０が、チャンバ２２５に挿入され、回転方向に調整され、レンズ２９６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からの距離にレンズサブアセンブリ２９０が設置されるように圧迫下でレンズサブアセンブリ２９０をベースプレート２１２に対して定位置に固定するべく、カバープレート２２６を介して固定される。レンズサブアセンブリ２９０の設置中に、コアストリームがフローセル３４０を通って流れる方向に平行な方向に、ビームウエスト１／ｅ^２直径が最小になり、約６．７μｍ乃至約９μｍの範囲内にあることを保証するべく検証が行われる。

レンズサブアセンブリ２９０の組み立て及び検証後に、レンズサブアセンブリ２７０が、チャンバ２２１に挿入され、回転方向に調整され、圧迫下でレンズサブアセンブリ２７０をベースプレート２１２に対して定位置に固定するべく、カバープレート２２２を介して固定される。レンズサブアセンブリ２７０の正の円筒レンズ２７６は、その屈折力軸が円筒対物レンズ２９６の屈折力軸に垂直になるように回転方向に位置合わせされ、これはコアストリームの流れの方向に平行に約６．７μｍ乃至約９μｍのビームウエスト１／ｅ^２直径が維持されることを再度確認することで検証される。ＱＷＰ２７７は、上述のように、その複屈折軸がレーザビームの（ＴＥ）偏光軸に対してレーザビーム軸を中心として±４５度回転するように位置合わせされる。これは、レンズ２７６の位置合わせとは別に達成されても又はそれと一緒に達成されてもよい。レンズ２７６とＱＷＰ２７７がチャンバ２２１に設置される前に互いに対して固定される構成では、それらの相対配向は、一緒に互いに位置合わせして上記の位置合わせを達成できるように選択される。ＱＷＰ２７７に対するレンズ２７６の適切な配向は、２つのコンポーネントが一緒に結合されるときに達成され得る。このような状況では、ＱＷＰを適切に配向するのに前述のレンズ２７６の位置合わせで十分である。

次に、レンズサブアセンブリ２８０が、チャンバ２２３に挿入され、回転方向に及び／又は軸方向に調整され、負の円筒レンズ２８６の屈折力軸が円筒対物レンズ２９６の屈折力軸に垂直になり、正の円筒レンズ２７６の屈折力軸に平行になるように、圧迫下でレンズサブアセンブリ２８０をベースプレート２１２に対して定位置に固定するべく、カバープレート２２４を介して固定される。これは、コアストリームの流れの方向に平行に約６．７μｍ乃至約９μｍのビームウエスト１／ｅ^２直径が維持されることを再度確認することで検証される。負の円筒レンズ２８６の軸方向の間隔は、一部の実施形態ではコアストリームがフローセル３４０を通って流れる方向に垂直な方向に約１４０μｍ乃至約２１０μｍのビーム１／ｅ^２幅を達成するべく調整される。１つの組み立て方法を上記で詳述したが、同様の又は異なる順序の他の適切な組み立て方法も企図される。

先に参照により本明細書に組み込まれた米国特許出願公開第２０１９／０３０２３９１号は、ビーム１／ｅ^２幅を、コアストリームの流れとレーザビームの光軸との両方に垂直な方向に約２００μｍ（又は約１９０μｍから約２１０μｍまで）に設定することを詳述している。この幅は、コアストリームが実際に又は見かけ上、ビーム幅を測定する方向と同じ方向に沿って約±１５μｍの範囲内でシフトすることを許容し、その結果、レーザビームがコアストリームの中心にある場合に比べて、散乱信号の劣化は約５％以下になる。この構成は、少なくともフローセルに実質的に欠陥がない場合に有利である。より具体的には、この構成は、少なくともコアストリームの流れに垂直なフローセルのプロファイルが長方形であり、散乱光検出器への光を屈折及び／又は散乱させることがあるエクストルージョン、ピット、バルク欠陥などが実質的にない場合に有利である。

フローセルの欠陥の影響を軽減するために、コアストリームの流れとレーザビームの光軸との両方に垂直な方向のビーム１／ｅ^２幅を、一部の態様では約１４０μｍから約１６０μｍまで、他の態様では約１４５μｍから約１５５μｍまで、さらに他の態様では約１５０μｍに減らすことができる。約１５０μｍのビーム幅は、約２００μｍのビーム幅と比べて、フローセルの側壁でのビーム強度を、例えば約５ｘのオーダーで減少させる。約１５０μｍ（又は上記の範囲内）のビーム幅は、小さい粒子の検出に干渉する可能性がある、フローセルの縁及び／又は側壁からの断続的な散乱又は屈折を最小にする又はなくす。しかし、ビーム幅が減少すると実際の又は見かけのコアストリームシフトに対する敏感さが増加し、５％の最大信号減少での水平方向の実際の又は見かけのコアストリームシフト範囲が±１２μｍに低下するというトレードオフがある。±１５μｍでは、信号減少は８％に増加すると予想される。

フローセルの構成及び精度、テストするサンプル、結果処理アルゴリズム、システム全体の構成、及び／又は他の因子に応じて、上記のトレードオフを考慮して、コアストリームの流れとレーザビームの光軸との両方に垂直な方向のビーム１／ｅ^２幅は、約１４０μｍから約２１０μｍまで、又はより具体的には上記の範囲のいずれか又は任意の他の適切な範囲内であり得る。例えば、フローセルが欠陥なしに正確に形成された場合、１４０μｍ乃至約２１０μｍの範囲のビーム幅は、フローセルの縁及び／又は側壁からの散乱又は屈折をもたらさない。しかしながら、フローセルの内部の角に丸み、フィレット、又は他の不規則な特徴が加わる又は形成されると、より広いビーム幅からの散乱又は屈折が実質的に増加する可能性がある。この迷光を軽減するために、上記で詳述したように、例えば約１４０μｍから約１６０μｍ又は約１５０μｍまでのより細いビーム幅を用いることができる。

モジュール１０の動作に関して、概して図１～３を参照すると、レーザダイオード２４０は、光軸に沿ってレーザビームを生成する。レーザダイオード２４０から放出されたレーザビームは、コリメートレンズ２３８、正の円筒レンズ２７６、ＱＷＰ２７７、負の円筒レンズ２８６、及び円筒対物レンズ２９６を通り、フローセル３４０内のコアストリームの中心に入射するレーザビームが、フローセルの流れの方向に平行な方向に約６．７μｍ乃至約９μｍの第１のビームウエスト１／ｅ^２直径及びフローセルの流れの方向に垂直な方向に約１４０μｍ乃至約２１０μｍの第２のビーム１／ｅ^２直径（又は上記で詳述したような他の適切な範囲）を画定するようにフローセル３４０に投射される。

フローセル３４０のコアストリーム内の粒子に入射したレーザビームは、前方へ前方散乱光サブアセンブリ４１０に及び側方へ側方散乱光サブアセンブリ４２０に散乱される。上述のように、フローセル３４０からの前方散乱光は、例えば約３０度以下の角度で、又はより詳細には（ＦＳＨセンサで）約１１．５度乃至約１５．５度及び／又は（ＦＳＬセンサで）約２．０度乃至約２．４度の範囲の角度で検出される。消光センサが、（粒子による吸光又は粒子からの散乱のために）失われた光量に比例する応答を提供する。同じく上述のように、側方散乱光は、一部の実施形態では約５０度から約１２０度まで、又はより詳細には約６５度から約９１度までの角度で、及び／又は光軸に対して約６７度乃至約８９度の範囲を定める円形レンズ開口を通して検出可能な散乱強度で検出される。側方散乱光に対する最大感度は約７８度であり得る。

さらに、ＴＥレーザダイオード２４０とＱＷＰ２７７の存在により、例えば、染色された網赤血球及び有核白血球中の染色されていない（又は染色された）核酸物質に存在するような散乱発色団での可能性のある電気双極子遷移と相互作用するように全範囲の直線偏光が保証される。これらの双極子の一部は、偏光保存散乱の場合であっても、実質的な垂直偏光（コアストリームの流れの方向に平行）を有することになる。これらの双極子から、測定可能な側方散乱強度を得ることができる。

完全偏光散乱は、散乱ビームにおいて入射レーザビームの偏光を維持するフローセル３４０からの散乱である。他方では、完全偏光解消散乱は、散乱ビームの偏光がランダムであるフローセル３４０からの散乱である。完全偏光解消側方散乱の検出を可能にするために、フローセル３４０を照射するレーザビームの偏光は重要ではなく、側方散乱信号は入力偏光に関係なく同じである。しかしながら、部分偏光散乱又は完全偏光散乱を検出するには、測定可能な垂直偏光強度を有する側方散乱強度のみを検出することができるため、散乱偏光の実質的な成分はフローセル３４０を通る流れの方向に平行であることが重要である。

ＴＥレーザダイオード２４０は、フローセル３４０を通る流れの方向に垂直に偏光されたレーザ光の横波を放出する。しかしながら、ＱＷＰ２７７が存在しない場合にＴＥレーザダイオード２４０が生成することになる、フローセル３４０を通る流れの方向に垂直に偏光された入力ビームの偏光を保持する側方散乱強度は、完全偏光散乱を検出することはできないことを意味するゼロでなければならない。したがって、フローセル３４０を通る流れの方向に平行な偏光成分をＴＥレーザダイオード２４０から生じるレーザビームに導入するためにＱＷＰ２７７が使用される。したがって、部分又は完全偏光側方散乱強度を測定することができる。部分又は完全偏光側方散乱信号の大きさは、所与の放射照度で、より大きなビーム放射照度、例えばパワー、及び／又は例えばＱＷＰ２７７によって提供されるような偏光のより大きな平行成分を提供することで増加する。

図４を参照すると、選択された対物レンズ焦点距離におけるビーム発散と集束ビーム直径１／ｅ^２ウエストとの間の関係性が表形式で示されている。集束ビーム直径１／ｅ^２ウエスト、（マイクロメートルにおける）ω_０は、パラメータ：λ＝０．６４μｍ（赤色レーザダイオード）、Ｍ^２＝１．３（レーザダイオード光学系の典型的な値）、θ_ＦＷＨＭ＝度におけるビーム発散ＦＷＨＭの見出し行からラジアンに変換された半値全幅（ＦＷＨＭ）ビーム発散、ｆ_ｃｏｌｌ＝コリメートレンズの焦点距離、及びｆ_ｏｂｊ＝対物レンズの焦点距離、を使用する以下の式によって求められる。

係数０．８５は、ＦＷＨＭを（１／２最大ビーム強度の代わりに）１／ｅ^２最大ビーム強度での半値幅に変換する。図４に示す表について、コリメートレンズの焦点距離は５．５ｍｍと仮定され、これはコリメートレンズ２３８（図２及び３）の焦点距離であり得る。しかしながら、表のエントリは、用いられる焦点距離５．５ｍｍと所望の異なる焦点距離との比を表のエントリに乗算することで、コリメートレンズの様々な焦点距離に合わせて変更することができる。同様に、様々な対物レンズ焦点距離について、所与の列での表のエントリに、所望の異なる焦点距離と表の見出し値、例えば、第４の列で提供される３７ｍｍ、との比を乗算することができる。所望のビーム幅範囲を提供することに関連する発散は、フローセルを通る流れの方向に平行な発散である。

引き続き図４を参照すると、表は、低いビームＦＷＨＭ発散、例えば約１０度未満では、好ましい対物レンズ焦点距離に対してビームが望ましくないほど広くなることを示している。このような場合、より小さい血球の飛行時間の正確な測定は、不可能ではないにしても損なわれる。同様に、ビームの発散が大きくなると、コアストリームシフトに対する過敏性を回避するのに十分なだけ大きい直径のビームウエストを提供するのに必要な対物レンズ焦点距離が大きくなる。図４の表中の陰影なしのセルは、適切なパラメータセット、例えばビーム発散と対物レンズ焦点距離、したがって、レーザ光学アセンブリ２００（図１～３）での実装に適したレンズ及びレーザダイオード構成を示すが、同じことを実現する他の適切なパラメータ及びコンポーネントも企図される。

図５を参照すると、図４のようなθ_ＦＷＨＭに対するコリメートレンズの制限有効開口での相対（仮定した中央ビーム強度最大値に対する）ビーム強度が、ビーム発散、開口径、及びコリメートレンズの焦点距離の関数として例解されている。エントリは以下の式によって決定される：

ここで、開口径は、変数ａで示され、係数１．７は、ＦＷＨＭを１／ｅ^２最大ビーム強度での全幅に変換する。

列挙されたｆ_ｃｏｌｌ及び開口径値について、いくつかのレンズ（例えば、米国フロリダ州オーランドのＬｉｇｈｔＰａｔｈから入手可能なレンズ）のクリッピング強度が考慮される。ビームのクリッピングを回避するために、レンズは、比較的大きい開口数を有するように選択される。図５に示すように、ビームが高度に発散する場合、標準的な比較的高い開口数のレンズでさえもレーザビームをクリップする。このクリッピングは、（コアストリームに収束されるビーム断面に小さいローブが現れ始めるという点で）約２５度を超えるＦＷＨＭ発散で顕著になる。３０度を超えるとクリッピングはより一層深刻になり、それに応じてローブの強度が一般に増加する。

図５の表中の陰影なしのセルは、適切なパラメータセット、例えば、ビーム発散、開口径、及びコリメートレンズの焦点距離、したがって、レーザ光学アセンブリ２００（図１～３）での実装に適したレンズ及びレーザダイオード構成を示すが、同じことを実現する他の適切なパラメータ及びコンポーネントも企図される。図４及び５の適切なパラメータセット（例えば陰影なしのセル）を合わせて考慮すると、プロファイル強度のローブをなくす又はローブを小さい又は無視できる強度に例えばメインガウスピークの強度の多くとも７％に減らす、良好なＴＯＦ機能を提供する、比較的低い前方角度及び比較的高い側方角度での散乱光の検出を可能にする、及び偏光解消散乱光と偏光散乱光との両方について前方散乱と側方散乱との両方に対して良好な感度を提供する、レーザ光学アセンブリ２００（図１～３）のための適切なレンズ及びレーザダイオード構成を達成することができる。

本明細書でのどの特定の数値への言及も、当技術分野で一般に受け入れられている材料及び製造公差及び／又は当技術分野で一般に受け入れられている測定機器の誤差範囲を考慮に入れた値の範囲を包含することが理解される。

上記から、及び種々の図面を参照すると、本開示の範囲から逸脱することなく本開示に特定の修正を加えることもできることが当業者には分かるであろう。本開示のいくつかの実施形態が図面に示されているが、本開示は当技術分野で許容される範囲内で広く、本明細書も同様に読まれることを意図しているため、本開示はそれに限定されることを意図していない。したがって、上記の説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、特定の実施形態の単なる例示として解釈されるべきである。当業者は、本明細書に付属の請求項の範囲及び精神内で他の修正を思いつくであろう。

Claims (1)

1. 明細書及び／又は図面に記載の発明。

Images