JP4763159B2 - フローサイトメータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液中の血球や尿中の有形成分などの粒子を分析するのに用いられるフローサイトメータに関するものである。さらに詳しくは、被検粒子にレーザ光を照射して光学的情報の検出を行う光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、このようなフローサイトメータの光学系においては、レーザ光源から出射されるレーザビームをレンズで集光してフローセルの試料流に照射し、光路中にレーザビームの一部を遮光するスリットを設け、試料流に直交する方向の照射ビーム幅をそのスリットによって調整するようにしたものが知られている(例えば特開2000−258334号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成の光学系では、レーザ光源から出射されるレーザビームの一部がスリットによって遮光されるため光源の利用効率が低下する。
また、上記のような構成の光学系では、フローセルの流れに直交する方向の焦点・フローセルの流れに平行な方向の焦点のいずれもフローセルの中心部に位置するため、直接光を遮光するためのビームストッパ(前記公報中の「オブスキュレータ」に相当)の位置においてはビームが広がり、ビームスポット径が大きくなる。そしてそれに応じてビームストッパの面積を大きくする必要が生じる。しかし、ビームストッパの面積を大きくすることは、被験粒子からの前方散乱光を受光する妨げとなるおそれがある。
【0004】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、フローセルの試料流に含まれる複数の粒子が同時に照射されることを抑制しつつ、最小寸法のビームストッパで光源部からの直接光を効果的に遮光することができ、それによって前方散乱光を含む粒子からの光学情報を精度よく検出することが可能なフローサイトメータを提供することを課題とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、平行な光ビームを出射する光源部と、光電変換素子と、被検粒子を含有する試料液をシース液に包んで流すフローセルと、光源部からの光ビームをフローセルに集光する第1コンデンサレンズと、光源部と第1コンデンサレンズとの間に設置され、フローセルの流れに直交する方向の光ビームの径と集光位置を調整するシリンドリカルレンズ系と、フローセルを通過した光源からの光ビームを遮光するビームストッパと、第1コンデンサレンズからの光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子へ集光する第2コンデンサレンズと、を備え、シリンドリカルレンズ系が、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第1シリンドリカルレンズと、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第2シリンドリカルレンズとを含み、第1コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第1焦点が、フローセル中の試料液上に、フローセルの流れ方向に短径を有し、フローセルの流れに直交する方向に長径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、第1コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第2焦点が、ビームストッパ上に、フローセルの流れ方向に長径を有し、フローセルの流れに直交する方向に短径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、ビームストッパが、フローセルの流れの方向に沿って延びる細長い遮光部材からなる、フローサイトメータを提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
この発明において被検粒子とは、主に血液中に含まれる赤血球・白血球・血小板といった各種血球や、尿中に含まれる細菌・赤血球・白血球・上皮細胞・円柱などの有形成分などを指すが、工業分野におけるトナー・顔料など各種の粉体・粒子でもよい。例えば測定対象が血液や尿等の場合は、検体に対して希釈・染色等の処理が適宜施され、試料液が調製される。トナー・顔料などの場合には、適当な分散媒を用いるなどして試料液が調製される。
【0007】
この発明のフローサイトメータは、粒子を含む試料液をシース液と共にフローセルに流し試料液をシース液で包んでシースフローを形成し、そのシースフローにレーザ光を照射し、各粒子からの散乱光や蛍光等を光検出信号として検出する。なお、シースフローとは、フローセル中を層流状態で流れるシース液によって試料流をほぼ粒子の外径まで絞り、粒子を一列に整列させる流れをいう。
【0008】
フローセルは、その内部を通過する粒子から光学的情報を得るため、透明で表面が滑らかなものが好適であり、ガラス等の材質が用いられる。また光源としては、半導体レーザやアルゴンレーザ等が用いられる。光電変換素子には、粒子からの光学的情報を光電変換して光検出信号を得るために、フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトマルチプライヤチューブ等が用いられる。
【0009】
光電変換素子により得られた各粒子毎の光検出信号は、その信号波形が処理され、ピークレベル、パルス幅等が粒子の特徴を表すパラメータとして算出される。ピークレベル、パルス幅等のパラメータは公知のピークホールド回路やカウンタ回路等によって算出できる。
【0010】
この発明は、シリンドリカルレンズ系が、光源部の出射する光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第1シリンドリカルレンズと、第1シリンドリカルレンズからの光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第2シリンドリカルレンズであることが好ましい。この場合、第1シリンドリカルレンズにはシリンドリカルレンズ凸レンズを、第2シリンドリカルレンズにはシリンドリカル凹レンズを用いることができる。
【0011】
また、シリンドリカルレンズ系が、光源部の出射する光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第1シリンドリカルレンズと、第1シリンドリカルレンズからの光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第2シリンドリカルレンズであるといった構成も可能である。この場合には、第1シリンドリカルレンズにシリンドリカル凹レンズを、第2シリンドリカルレンズにシリンドリカル凸レンズを用いることができる。これらのレンズの作用により、フローセルの流れの中に流れに直交する所望長さの長軸を有する楕円形のビームスポットを形成し、かつ、所望位置のビームストッパ上でビームスポットのサイズを最小にすることができる。従って、ビームストッパを、フローセルの流れの方向に沿って延びる最小幅の細長い遮光部材から構成できる。
【0012】
この発明では、フローセルの流れ中に形成される楕円形のビームスポットの長径をフローセルの流れの幅に実質的に等しくすることが好ましい。
この発明では、光源部が、断面が楕円形のビームを放射するレーザダイオードと、放射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズとからなり、楕円形ビームの長軸がフローセルの流れに直交する方向又は平行な方向になるようにレーザダイオードが配置されてもよい。
【0013】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによって、この発明が限定されるものではない。
図1はこの発明の実施例のフローサイトメータの構成を示すブロック図であり、本体100は、検出部200、信号処理部300、分析部400および出力部500からなる。
【0014】
図2と図3は検出部200の構成をそれぞれ示す側面図と平面図である。検出部200は、平行な光ビームを出射する光源部1と、被検粒子を含有する試料液を流すフローセル2と、光電変換素子3と、光源部1の出射する光をフローセル2の流れに直交する方向に集光するシリンドリカル凸レンズ4と、シリンドリカル凸レンズ4から出た光ビームをフローセル2の流れに直交する方向に発散させるシリンドリカル凹レンズ5と、シリンドリカル凹レンズ5から出た光ビームをフローセル2に集光する第1コンデンサレンズ6と、第1コンデンサレンズ6から出てフローセル2を透過した光ビームを遮光するビームストッパ7と、第1コンデンサレンズ6から出た光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子3へ集光する第2コンデンサレンズ8からなる。なお、ピンホール板9は外部迷光を遮光するために設けられている。
【0015】
光源部1はレーザダイオード20とコリメータレンズ22からなる。レーザダイオード20には赤色レーザダイオード(日立製作所製HL6312G型)を用いている。このレーザダイオードのレーザ光の波長は635nmであり、レーザ光は断面が楕円形で、レーザ光の広がり角度は、楕円形の長径方向には31度、短径方向には8度である。
【0016】
コリメータレンズ22は光照射強度を上げるため、できるだけ開口数の大きいものを用いる。
またフローセル2は、図4に示すように、内部流路31は断面が一辺L1=200μmの正方形、外壁は一辺L2=4mmの正方形となるよう構成されており、材質にはガラスが用いられている。
【0017】
図2に示すように、被検粒子を含む試料液がノズル11からフローセル2の流路に吐出され、図5に示すようにシースフロー、つまり、シース液Sに包まれた試料液流Tが形成される。図2においてレーザダイオード20から発せられた放射状のレーザ光はコリメータレンズ22を経て平行光に変換され、シリンドリカルレンズ4と5を屈折することなく通過して、コンデンサレンズ6によりフローセル2の試料液流の中心の第1集光点Rに集光されるた後、長さLのビームストッパ7に到達する。図2における第1集光点Rの位置はコンデンサレンズ6の焦点の位置又はその近傍である。
【0018】
一方、図3においては、レーザダイオード20から発せられ平行な光ビームに変換された光は、シリンドリカルレンズ4と5の屈折作用によりビーム径が調整された後、第1コンデンサレンズ6によりフローセル2と第2コンデンサレンズ8の間の幅Wのビームストッパ7上の第2集光点Qに集光される。
【0019】
このようにして、図5のように、フローセル2には試料流Tを横切って楕円形のビームスポットBが形成される(図5はフローセル2にビームスポットBが形成される様子を示すフローセル2の要部断面図であり、レーザ光の照射方向からフローセル2を見たものである)。
【0020】
ビームスポットBにおいては、試料液流Tの流れ方向に対してビームスポットBの短径方向を合わせることで複数の粒子が同時に照射されることを防ぎ、試料液流Tの流れ方向に対して垂直な方向にビームスポットBの長径方向を合わせることで試料液流Tを横切る方向にぶれて通過する粒子も十分に照射されるようにしている。図3において、集光点Qの位置とビームスポットBの長径長さは、シリンドリカル凸レンズ4とシリンドリカル凹レンズ5の焦点距離と設置位置により設定される。
【0021】
このようにして、レーザ光は、図5に示すようにフローセル2中の試料液流Tを横切る位置(すなわち第1集光点R)において長径が220μm、短径が10μmの楕円形ビームスポットを形成した後、レーザ光の直接光はビームストッパ7上において試料液流Tの流れ方向に長径を有する非常に細長い楕円形状のビームスポットとなるので、ビームストッパ7の幅Wもきわめて小さくすることができる。
【0022】
また、レーザ光の照射により、フローセル2の中を流れる被検粒子Pからは前方散乱光が発生する。この前方散乱光は第2コンデンサレンズ8によって集められ、光電変換素子3としてのフォトダイオードによって光電変換され、パルス状の電気信号として検出される。ここで、ビームストッパ8の幅が十分に小さく設定される。従って、光電変換素子3は、直接光はビームストッパ7により効果的に遮光され、粒子の発する低角の光まで受光することができる。
【0023】
図1に示すように、検出部200で検出された信号は信号処理部300に送られる。ここで信号波形が処理され、ピークレベル、パルス幅等のパラメータが算出される。
【0024】
信号処理部300によって算出された各種パラメータに関するデータは分析部400に送られ、統計解析される。ここでは前方散乱光信号のピークレベル、およびパルス幅、の二つのパラメータを組合わせてなるスキャッタグラム等が作成され、被検粒子の計数・分類がなされる。
【0025】
分析の結果は出力部500により出力される。この実施例では、出力部500はプリンタとLCDを備え、各種測定項目に関するデータがプリンタによりプリントアウトされる。また分析部400により作成されたスキャッタグラムがLCDによって表示される。なお、信号処理部300と分析部400は、パーソナルコンピュータで構成される。
【0026】
この実施例においては前方散乱光の検出のみならず、側方散乱光や蛍光の検出を行うよう構成することも当然に可能である。その場合は、側方散乱光や蛍光を検出するための光電変換素子、その他必要な光学系を付加すればよい。それらは公知のものを利用できる。例えば、光電変換素子としては、フォトマルチプライヤチューブなどが好適に用いられる。
【0027】
図6と図7は、検出部200の変形例の構成を示す図2と図3対応図である。検出部200aは、平行光を出射する光源部1aと、被検粒子を含有する試料液を流すフローセル2aと、光電変換素子3aと光源部1aの出射する光をフローセル2aの流れに直交する方向に集光するシリンドリカル凸レンズ4aと、シリンドリカル凸レンズ4aから出た光をフローセル2aの流れに直交する方向に発散させるシリンドリカル凹レンズ5aと、シリンドリカル凹レンズ5aから出た光をフローセル2aに集光する第1コンデンサレンズ6aと、第1コンデンサレンズ6aから出てフローセル2aを透過した光を遮光するビームストッパ7aと、第1コンデンサレンズから出た光によって粒子から生じた光を光電変換素子3aへ集光する第2コンデンサレンズ8aからなる。なお、ピンホール板9aは、外部迷光の光電変換素子3aへの入射を防止する。
【0028】
検出部200aは、図2と図3に示す検出部200に対して光源部1aが円形断面の平行光を出射するアルゴンレーザ20aからなる点のみが異なり、その他の光学系は実質的に同等である。
【0029】
この変形例においても、レーザ光は、フローセル2aの試料流を横切る楕円形のビームスポットを形成すると共に最小のスポットサイズでビームストッパ7a上に集光することができる。
【0030】
【発明の効果】
この発明によれば、光源からの平行な光ビームをフローセルに集光するコンデンサレンズと光源との間にシリンドリカルレンズ系を設置したので、光源から出射されて光フローセルの試料流を横切る細長い楕円形のビームスポットの長径長さを任意に設定できると共に、最小寸法のビームストッパで光源からの直接光を効果的に遮光でき、前方散乱光を含む粒子からの光学情報を精度よく検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施例の検出部の側面図である。
【図3】この発明の実施例の検出部の平面図である。
【図4】この発明の実施例のフローセルを示す断面図である。
【図5】この発明の実施例のビームスポットを示す断面図である。
【図6】この発明の変形例の図2対応図である。
【図7】この発明の変形例の図3の対応図である。
【符号の説明】
1 光源部
2 フローセル
3 受光素子
4 シリンドリカル凸レンズ
5 シリンドリカル凹レンズ
6 第1コンデンサレンズ
7 ビームストッパ
8 第2コンデンサレンズ
100 フローサイトメータ
200 検出部
300 信号処理部
400 分析部
500 出力部
Claims (6)
- 平行な光ビームを出射する光源部と、
光電変換素子と、
被検粒子を含有する試料液をシース液に包んで流すフローセルと、
光源部からの光ビームをフローセルに集光する第1コンデンサレンズと、
光源部と第1コンデンサレンズとの間に設置され、フローセルの流れに直交する方向の光ビームの径と集光位置を調整するシリンドリカルレンズ系と、
フローセルを通過した光源からの光ビームを遮光するビームストッパと、
第1コンデンサレンズからの光ビームによって粒子から生じる光を光電変換素子へ集光する第2コンデンサレンズと、を備え、
シリンドリカルレンズ系が、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に集光する第1シリンドリカルレンズと、光ビームをフローセルの流れに直交する方向に発散させる第2シリンドリカルレンズとを含み、
第1コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第1焦点が、フローセル中の試料液上に、フローセルの流れ方向に短径を有し、フローセルの流れに直交する方向に長径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、
第1コンデンサレンズとシリンドリカルレンズ系によって、光源部が出射した光ビームの第2焦点が、ビームストッパ上に、フローセルの流れ方向に長径を有し、フローセルの流れに直交する方向に短径を有する楕円形のビームスポットとして形成され、
ビームストッパが、フローセルの流れの方向に沿って延びる細長い遮光部材からなる、フローサイトメータ。 - 第1シリンドリカルレンズおよび第2シリンドリカルレンズが、光源部とフローセルの間に配置されており、
第1シリンドリカルレンズが光源部側に配置され、第2シリンドリカルレンズがフローセル側に配置されている、請求項1記載のフローサイトメータ。 - 第1シリンドリカルレンズおよび第2シリンドリカルレンズが、光源部とフローセルの間に配置されており、
第1シリンドリカルレンズがフローセル側に配置され、第2シリンドリカルレンズが光源部側に配置されている、請求項1記載のフローサイトメータ。 - フローセル中の試料液上に形成されるビームスポットはその長径がフローセルの流れの幅に実質的に等しい請求項1〜3のいずれか1項に記載のフローサイトメータ。
- 光源部は、断面が楕円形のビームを放射するレーザダイオードと、放射されるビームを平行光に変換するコリメータレンズとからなり、楕円形ビームの長軸がフローセルの流れに直交する方向になるようにレーザダイオードが配置されてなる請求項1〜4のいずれか1項に記載のフローサイトメータ。
- 第1シリンドリカルレンズがシリンドリカル凸レンズからなり、第2シリンドリカルレンズがシリンドリカル凹レンズからなる請求項1〜5のいずれか1項に記載のフローサイトメータ。
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