JPH03140840A - 流動細胞分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流動細胞分析装置に係り、特に白血球の分類に
好適な流動細胞分析装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、懸濁液サンプル中の粒子を速く効率的に識別でき
る方法の１つに流動細胞測定法がある。

この方法では、粒子の懸濁液、典型的には血液サンプル
中の細胞がフローセルの微小断面の流路を通して流され
、そこで血液サンプル中の個々の粒子が一つもしくは複
数の光線によりその焦点中で照らされる。そして個々の
粒子に対する光線（群）の相互作用の結果が、一つもし
くは複数の光検出装置により検出される。通常、光検出
装置は特定の散乱角度における光の散乱または特定の波
長の蛍光を測定するように設計されている。こうして、
フローセルを流れる個々の粒子は、散乱光、蛍光もしく
は他の光学的または電気的特性について関連した一つ以
上の特性について特徴づけられる。

それらの特性によって、個々の粒子は検出器で測定され
る光の強さまたは他の特性を軸とする特徴空間の中に写
像される。理想的にはサンプル中の異なった種類の粒子
が特徴空間の中の重複しない領域に写像され、特徴空間
におけるその写像に基づいて個々の粒子の種類が推定で
きるとよい。粒子の分析精度を向上させるため、フロー
セル内の流れをつくる方法としてシースフロ一方式が採
用され、この方式によれば微小断面流路の中の中心部分
のみを血液サンプルが流れる。また、個々の粒子に照射
される光の量が−様になるようにフローセル内の流れに
垂直方向に幅を広げられた楕円形状の光線が用いられる
。更に特開昭６３−４７６３５号公報によると光の量が
−様な領域を広げるためにレーザ光をフローセル内の流
れに垂直方向に走査する手段を設けている。

〔発明が解決しようとする課題〕

サンプルの流量を大きくするとフローセルの中で個々の
粒子が通過する位置が一定でなくなる。

もし粒子の通過する領域内でレーザ光の光量が−様でな
いと粒子から放射する散乱光や蛍光の強度がレーザ光の
光量に影響されるために分析の精度が悪くなる。それを
防ぐために粒子の通過する領域内のレーザ光の光量は−
様である必要がある。

流動細胞分析装置に用いるレーザはガウスビームと呼ば
れるものであり、中心部の光量が大きく、周辺部の光量
が小さい。

上記従来技術では、レーザ光の幅を広げて楕円形状とし
、光量の−様な中心部分のみを利用する。。

そのため、レーザ光のエネルギの損失が大きく、大型の
レーザ装置を用いなければならなかった。

大型のレーザ装置を用いると、装置全体が大型に３ なリコストが増す、レーザ装置から熱や振動が発生して
信頼性を下げ寿命が短くなるなどの欠点があった。また
、光量の−様な部分は狭い範囲に限られているため、フ
ローセル中でサンプルの流れる断面積を小さくする必要
があり、サンプルの流量を大きくすることができず、分
析に長時間を要するという欠点もあった。

また、レーザ光をフローセル内の流れに垂直方向に走査
する場合には、レーザ光を走査する間に細胞が移動する
範囲を−様な光強度で照射する必要があるため、レーザ
光をフローセル内の流れ方向に広げなければならず、レ
ーザ光のエネルギ損失が大きくなるという欠点があった
。

本発明の目的は、光源でレーザ光の幅を広げずに、偏光
分岐素子を用いて光量の−様な領域を作ることにより分
析時間が短く、しかも小型のレーザ装置を使え、小型で
信頼性の高い流動細胞分析装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の流動細胞４− 分析装置は、フローセルに被検粒子の懸濁液を供給する
液供給手段と、該懸濁液中の被検粒子にレーザ光を照射
する光学手段と、該被検粒子の像を結像させる集光手段
と、該被検粒子の結像から発散する光を検出する光検出
手段と、該検出された光から前記被検粒子を分析する分
析手段とを備えた流動細胞分析装置において、前記光学
手段と前記フローセルの間のレーザ光の経路上に偏光分
岐素子と、該レーザ光の光軸に垂直な２方向に対して異
なる倍率をもつ収束レンズを配置したことを特徴として
いる。

偏光分岐素子がウォラストンプリズムまたはロッション
プリズムまたはセナルモンプリズムであることが望まし
い。また、偏光分岐素子が光軸上に複数個配置され、各
々の偏光分岐素子の間には偏光面回転素子を設けるのも
よく、この除用いる偏光分岐素子の直交する偏光の分岐
角は最小の分岐角の２倍、４倍、８倍、…、２ｎ倍とな
るものがよく、最小の分岐角を持つ偏光分岐素子を複数
個の偏光分岐素子の内で最もフローセルに近い側に配置
するのが望ましい。

〔作用〕

本発明の流動細胞分析装置において、レーザ光は偏光分
岐素子により直交する２つの偏光成分が微小な角度で分
離される。それぞれの偏光成分が、レーザ光の光軸に垂
直な２方向に対して異なる倍率を持つ集光レンズにより
フローセル中に焦点を結ぶが、そのスポット位置は微小
な間隔で隔たっている。スポットの間隔は偏光分岐素子
の分岐角と集光レンズの焦点距離で決まるが、スポット
が一部分重なるように間隔を設定すれば隣り合うスポッ
トの間の領域は光量がほぼ−様になる。そのためサンプ
ルの流量を大きくすることができるので分析時間を短縮
できる。また、光源でレーザ光の幅を広げなくても光量
が−様な領域が作り出せるので、レーザ光のエネルギの
損失が小さくてすむ。そのため、出力の小さいレーザ装
置を光源に用いることができ、装置の小型化、高信頼性
化が達成できる。

また、偏光分岐素子を複数個用いて、等間隔に多数のス
ポットが並ぶようにすれば、更に光量の−様な領域が広
くなり、エネルギの損失が小さくなる。この場合、偏光
分岐素子を光軸上に並べ、隣り合う偏光分岐素子の間に
は偏光面回転素子が置かれる。偏光分岐素子に対する２
つの直交偏光成分が等しい割合を持つレーザ光を用いる
と、レーザ光は最初の偏光分岐素子で強度が等しい２本
のレーザ光に分けられる。２本に分かれたレーザ光は直
交偏光成分の片方のみ有しているが、偏光面回転素子に
よって再び偏光分岐素子に対する２つの直交偏光成分が
等しい割合を持つように変換される。次の偏光分岐素子
で２本のレーザ光は強度が等しい４本のレーザ光に分け
られる。この繰り返しで、強度の等しい多数のレーザ光
が得られる。また、各々の偏光分岐素子による直交偏光
成分の分岐角または最小の分岐角をｏ　＋１とすれば２
θｄｔ　４θｄ、・・・・・・となるものを用いる。こ
うすれば、例えば最初の偏光分岐素子の分岐角が２θｄ
、次の偏光分岐素子の分岐角がＯｄであるとすると、最
初の偏光分岐素子でレーザ光は２θｄ７− の角度をなして分けられ、次の偏光分岐素子で更にＯｄ
の分岐角を持たされるため、４本のレーザ光はｏｄずつ
等角度で分かれることになる。等角度間隔で等しい強度
を持つ多数のレーザ光が得られ、収束レンズでフローセ
ル中に結像することにより、等間隔に並んだ多数のスポ
ット列が得られる。複数の偏光分岐素子をどのような順
序で配置しても等角度間隔のしｉザ光が得られるが、最
小の分岐角を持つ偏光分岐素子を最もフローセルに近い
側に配置することにより、等間隔に並んだレーザスポッ
トのうち隣り合うスポットが直交する偏光成分をもつ。

直交する偏光成分は干渉しないので、隣り合ったスポッ
トが干渉して光量が不均一になる事がない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１実施例の細胞分析装置の主要部分
の構成を示す図である。レーザ光源１５から出射するレ
ーザ光３の光軸の延長上に１／２波長板７、ウォラスト
ンプリズム８、収束レンズ８− 系２、フローセル１、ビームトラップ１１、集光レンズ
系６、及び光検出器１０が配置されている。

フローセル１には、シース液供給器１９とサンプル液供
給器２０からそれぞれ供給されたシース液と被検粒子を
懸濁したサンプル液が送られる。光検出器１０には分析
器１７が接続され分析器１７には表示器１８が接続され
ている。また、制御器１７が分析器１７およびシース液
供給器１９、サンプル液供給器２０に接続されている。

レーザ光３は、１／２波長板７、ウォラストンプリズム
８、収束レンズ系２で構成されるビーム整形光学系を通
りフローセル１の軸上の観測点５に照射され、観測点５
前方に設けたビームトラップ１１で吸収される。フロー
セルｌの中を細胞を懸濁した液がシースフローを形成し
て流されると観測点５において細胞が光を発散する。観
測点５から発散する光は集光レンズ６により光検出器１
０の検出面上に結像し、光の強さを検出される。

光検出器１０で検出されるのは細胞から発散される散乱
光または蛍光であり細胞の種類や性質に密接に関連して
いる。個々の細胞からの散乱光、蛍光を検出、分析する
ことにより血液サンプル中に含まれる種々の細胞の個数
や比率を得ることができる。

第２図はフローセル１の軸直角断面図である。

フローセル１の中心の直径ｄの部分に被検粒子を懸濁し
たサンプル液２１が流れ、その周囲をシース液２２が流
れるシースフローを形成している。

分析に要する時間を短縮するためにはサンプル液の流量
を大きくする必要があるが、サンプル液の流量を大きく
するとサンプル液２１の直径ｄが大きくなる。分析を高
精度で行なうためにはサンプル液２１の領域内でレーザ
光の照射強度が一様であり、しかも一定のレベルより大
きいことが必要である。

第３図は第１図の実施例のビーム整形光学系の動作を説
明する図である。ビーム整形光学系の手前ではレーザ光
３の偏光面は通常垂直または水平であるが、１／２波長
板７によって偏光面は水平から４５°傾いた方向に変換
され、垂直及び水平の両方の偏光成分を持つ。続いてレ
ーザ光３はウォラストンプリズム８で互いに直交する２
つの偏光成分に分けられる。収束レンズ系２は円筒レン
ズの組合せで構成されており、２つに分かれたレーザ光
３は収束レンズ系２によって収束面１３上で隣接した点
に収束し、それぞれ楕円形のスポットを形成する。

第５図は従来の流動細胞分析装置における観測点でのレ
ーザ光の照射強度分布を示す。この場合は、サンプル液
２１の直径ｄの範囲で光強度分布が一様になるよう、レ
ーザ光のスポットは横に長い楕円形にしである。

第４図は第１図の実施例の観測点５におけるレーザ光３
の照射強度分布を示す。個々のスポットによる光強度が
破線で示され、合成された光強度が実線で示されている
。２つのスポットが重なった領域では光強度分布がほぼ
一様になっている。

そのため、個々のスポットの横幅が狭くても光強度分布
が一様になるので、第５図に比較してレーザ光のエネル
ギの大部分がサンプル液の直径ｄの１− 中に隼申しエネルギ密度が高くなる。従って、小出力の
レーザ光源を用いても、分析に必要なエネルギ密度を得
ることができる。

また、光強度が一様である範囲が広いため、細胞懸濁液
が流れる範囲の幅を広くとれるので、サンプル液の流量
を大きくでき、分析に要する時間を短縮できる。

また本実施例の場合は、収束レンズ系２で収束した個々
のスポットが縦に短い楕円形であるため観測点が縦に短
い形になり、細胞が観測点を横切るのに要する時間が短
くなり、分析に要する時間を更に短縮できる。スポット
の縦の長さは、収束レンズ系２を構成している円筒レン
ズの１枚の焦点距離を変えれば、横方向の光強度分布を
一定に保ったまま変えることができる。

第６図は本発明の別の実施例の細胞分析装置の主要部分
の構成を示す図である。第１図と異なる点は、収束レン
ズ系２は球面レンズであること、レーザ光３の光軸上に
整形プリズム系１２が設けられていることである。レー
ザ光３は整形プリズ１２ ム系１２で縦方向のみ拡大された楕円形ビームに変換さ
れる。そのあとで１／２波長板７、ウォラストンプリズ
ム８を通り、収束レンズ２で観測点５に収束すると第１
図の実施例の場合と同じように２つの縦に短い楕円スポ
ットとなる。この実施例の場合はコストの高い円筒面レ
ンズを使わないので装置の低価格化がはかれる。収束レ
ンズ２が球面レンズなので調整が容易であるなどの特徴
がある。

第７図は本発明のさらに別の実施例のビーム整形光学系
の動作を説明する図である。この場合はウォラストンプ
リズムを８８と８ｂの２つ用いており、その間に１／４
波長板１４が置かれている。

ビーム整形光学系の手前では、レーザ光３の偏光面は通
常垂直または水平であるが、１／２波長板７によって偏
光面は水平から４５°傾いた方向に変換され、垂直及び
水平の両方の偏光成分を持つ。

続いてレーザ光３はウォラストンプリズム８ａで直交す
る２つの偏光成分に分けられる。それぞれの偏光成分は
１／４波長板１４によって円偏光に変換される。続いて
ウォラストンプリズム８ｂで直交する偏光成分に分けら
九、４本のビームになる。４本に分かれたレーザ光３は
収束レンズ系２によって収束面１３に１列に並んで収束
し、それぞれ円形のスポットを形成する。この場合はウ
ォラストンプリズム８ｂの分岐角Ｏｄに対してウォラス
トンプリズム８ａの分岐角が２０ｄに設定しであるため
、ウォラストンプリズム８ｂを出た４本のビームはｏｄ
づつ等角度で分かれており、収束面１３におけるスポッ
ト位置は等間隔になる。

また、ウォラストンプリズム８ｂで分離されたビームは
直交する偏光成分を持つため、４本のビームのうち隣り
合うビームどうしは偏光成分が直交して干渉しない。

第８図は第７図の実施例の収束面１３における光の照射
強度分布である。スポットが重なりあっている領域では
光の強度がほぼ−様になっているので、その範囲内で細
胞がどこを通過しても細胞から発散する散乱光や蛍光の
強度は変化しないため、精度よく分析が行なえる。この
実施例の場合には光強度が−様な範囲が広いためエネル
ギ効率は一段と高くなる。また１円筒レンズや整形プリ
ズムを用いないで横幅に対して縦幅の小さい照射領域を
得ることができるので、調整が容易になる。

ウォラストンプリズムの数を更に増やして重ね合わせる
スポットの数を更に増やすことも可能である。その際、
最もフローセルに近い側に最小の分岐角を持つ偏光分岐
素子を配置すれば、他の偏光分岐素子の順序は任意であ
る。また、この実施例では偏光面回転素子として１／４
波長板を用いたが、１／２波長板や偏光板を用いても同
様の効果が得られる。また、偏光分岐素子としてウォラ
ストンプリズムの他にロツションプリズムやセナルモン
プリズム等を用いることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、流動細胞分析装置のレーザ光を偏光分
岐素子で複数に分離し、複数のスポット列としてフロー
セル中の観測点に収束させるため、レーザ光源において
ビームの横幅を広げることな１５− く、光強度がほぼ−様な領域を作り出せるので、出力の
小さいレーザ装置を光源に使うことができ、安価で信頼
性の高い流動細胞分析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す流動細胞分析装置の
構成図、第２図はフローセル内の流れの断面図、第３図
は第１実施例の作用を説明する図、第４図は第１実施例
の観測点におけるレーザ光の強度分布を説明する図、第
５図は従来装置の観」１点におけるレーザ光の強度分布
を説明する図、第６図は本発明の第２実施例の構成図、
第７図は本発明の第３実施例の構成図、第８図は第３実
施例の観測点におけるレーザ光の強度分布を説明する図
である。 １・・・フローセル、　２・・・収束レンズ系、３・・
・レーザ光、　　　６・・集光レンズ、７・・・１／２
波長板、８・・・ウォラストンプリズム、１０・・・光
検出器、　　１１・・・ビーム１−ラップ、１２・・・
整形プリズム系、】４・・・１／４波長板。 １６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フローセルに被検粒子の懸濁液を供給する液供給手
   段と、該懸濁液中の被検粒子にレーザ光を照射する光学
   手段と、該被検粒子の像を結像させる集光手段と、該被
   検粒子の結像から発散する光を検出する光検出手段と、
   該検出された光から前記被検粒子を分析する分析手段と
   を備えた流動細胞分析装置において、前記光学手段と前
   記フローセルの間のレーザ光の経路上に偏光分岐素子と
   、該レーザ光の光軸に垂直な２方向に対して異なる倍率
   をもつ収束レンズを配置したことを特徴とする流動細胞
   分析装置。 ２、前記偏光分岐素子がウォラストンプリズムまたはロ
   ッションプリズムまたはセナルモンプリズムであること
   を特徴とする請求項１記載の流動細胞分析装置。 ３、前記偏光分岐素子が光軸上に複数個配置され、各々
   の偏光分岐素子の間には偏光面回転素子が配置され、各
   々の偏光分岐素子による直交する偏光の分岐角は最小の
   分岐角の２倍、４倍、８倍、…、２＾ｎ倍となるよう設
   定されることを特徴とする請求項１記載の流動細胞分析
   装置。 ４、前記複数個の偏光分岐素子のうち、最も前記フロー
   セルに近い側に配置された偏光分岐素子が最小の分岐角
   をもつことを特徴とする請求項３記載の流動細胞分析装
   置。