JPH07134093A

JPH07134093A - 粒子分析装置

Info

Publication number: JPH07134093A
Application number: JP6220001A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kusuzawa; 英夫楠澤
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1995-05-23
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3531654B2

Abstract

(57)【要約】【目的】粒子撮像用としてレーザ光源を用いる場合
に、レーザー光のコヒーレンスを低下させて粒子に照射
することにより、干渉縞や回折のない高画質の粒子画像
を得る。【構成】試料液中に存在する被検粒子を分離状態で流
動させる光透過性のフローセルと、フローセル内を流動
する被検粒子にレーザー光を照射するパルスレーザー照
射装置と、レーザー光のコヒーレンスを低下させる光位
相変調素子と、被検粒子からの光を受け、被検粒子の粒
子像を撮像するＣＣＤカメラと、撮像された被検粒子像
の画像処理を行う画像信号処理ユニットから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液体中に浮遊する粒
子の粒子画像を撮像する粒子分析装置に関し、さらに詳
しくは、例えば、血液や尿などを希釈した試料液をフロ
ーセル内に流し、血球や尿中細胞などの個々の粒子に対
し粒子画像を撮像して、粒子の分析を行う粒子分析装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の粒子分析装置としては、
フローサイトメータと呼ばれ、血球や細胞などの粒子を
整列させてフローセル内に流し、個々の粒子を測定する
装置や、血球や細胞などの粒子画像を撮像して粒子の分
析を行う各種の粒子分析装置が知られている。

【０００３】このようなフローサイトメータとしては、
例えば、光を常時発光させておき、高速ゲート機能付き
イメージインテンシファイアのシャッタを開けることに
より静止粒子画像を得るようにした、特開平５−１４２
１３７号公報（米国特許ＮＯ．５，２７２，３５４号公
報）に記載のイメージングフローサイトメータなどが知
られている。

【０００４】また、粒子分析装置としては、例えば、画
像撮像系以外に粒子検出用の光学系を設け、粒子を検出
して一定時間の遅延の後、パルスレーザを発光させて粒
子の静止画像を撮像するようにした、特開昭６３−９４
１５６号公報（米国特許ＮＯ．４，７８６，１６５号公
報）に記載の流体中の細胞分析方法および装置などが知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の粒子分析装置においては、フローセル内の血球
や細胞などの粒子画像を撮影する場合、光源にフラッシ
ュランプを用いると、試料液の流速が早いときには、鮮
明な画像が得られない、という問題があった。

【０００６】すなわち、フラッシュランプの発光時間は
μ（マイクロ）秒のオーダーであり、比較的長い時間で
ある。したがって、このように発光時間の長い光源を用
いた場合には、例えば、試料液の流速を５ｍ／秒とする
と、粒子は発光中に５μｍ以上動くことになり、画像に
ブレが生じ、鮮明な画像とはならない。

【０００７】つまり、フラッシュランプのような光源で
は、高速に流れる粒子に対し粒子画像がブレないような
ｎ（ナノ）秒オーダーの短い発光時間を達成することが
困難であり、鮮明な画像を得るためには、例えば、発光
時間の短い、パルスレーザーのようなパルス光源を使用
する必要がある。

【０００８】しかしながら、レーザーを使用する場合に
は、レーザーの空間的、時間的コヒーレンスにより干渉
縞・回折が発生し、鮮明な画像を得ることが難しい。ま
た、パルスレーザーではなくＣＷ（continuous wave：
連続発振）レーザーを用い、このＣＷレーザーと高速シ
ャッタ（ゲート）とを組み合わせて粒子を撮像するよう
にした粒子撮像システムにおいても、パルスレーザーと
同様に干渉縞等の問題が発生し、鮮明な画像を得ること
が困難である。

【０００９】このように、パルスレーザーでは、ｎ（ナ
ノ）秒オーダー以下の発光時間を有することが可能であ
る。また、レーザーであれば、単位面積当たりのエネル
ギー密度を向上させることが可能であり、短い発光時
間、または短いゲート時間において撮影に十分なエネル
ギーを発生させることができる。一方、レーザーでは、
空間的、時間的コヒーレンスにより干渉縞、フレネル回
折、フランホファー回折が発生し、撮像画質を低下させ
る。

【００１０】粒子分析装置においては、高速で試料液を
流す場合、粒子を鮮明に撮影するには、パルスレーザー
やＣＷレーザーのように高エネルギー密度の光を発する
光源を使用する必要があるが、このような高い光エネル
ギー密度を得るには、空間的、時間的コヒーレンスを必
要とする。しかしながら、このコヒーレンスは、撮影の
画質を低下させる。

【００１１】ここで、種々の回折と干渉縞が空間的、時
間的コヒーレンスにより発生する原因について、現在の
問題点から理論的に解説する。まず、光学的なフローセ
ル自身がＦＰ（ファブリ・ペロー）干渉計となって干渉
縞が発生する原因について説明する。

【００１２】通常、レーザーによる干渉距離は、２個の
反射物体の距離で測定・定義される（ただし、現実の干
渉縞は光学フローセルの特定２面の反射だけでなく、計
４面の多重反射に起因していると考えられる）。

【００１３】理論的には、レーザーによる干渉距離は発
振スペクトル幅で決定される。発振スペクトル幅を３０
ＧＨｚ（ＬＤ励起ＹＡＧレーザーのカタログデータ１ｃ
ｍ^-1に相当）とすると、レーザー発振準位間の平均寿命
時間差は、次のように発振スペクトル幅から概算でき
る。１／（3.0 ×10¹⁰）＝3.3 ×10^-11sec さらにレーザー干渉距離は（3.0 ×10⁸m/sec ）×（3.3 ×10^-11sec ）＝1.0 ×10
^-2m となる。

【００１４】フローセルの形状が、例えば４×４ｍｍで
ある場合には、当然干渉縞が生じ、Ａｒレーザーの場合
には、レーザー干渉距離は数Ｋｍオーダーになる。この
発振スペクトル幅の狭さがレーザーの時間的コヒーレン
スの基準である。干渉縞をなくすためには、この発振ス
ペクトル幅を広げてやれば良い。

【００１５】次に、フレネル回折、フラウン・ホファ回
折が生じる原因について説明する。レーザー発振を起こ
すためには、励起されている各原子の波面位相が一定で
なければならない（空間的コヒーレンス）。フレネル回
折は平面波が細胞などの端面において回折するために生
じるものである。

【００１６】フラウン・ホファー回折は、上記の平面波
が点光源から生じているものではなく、光学的に、より
集光した場合には、平面波の各点からの距離が違うため
に、集光スポットにおいてリング状の縞が生じることで
ある。従って、これを低下させ、画質を向上させるため
には、空間伝搬がランダムになるような光学系を使用す
る必要がある。

【００１７】なお、現在の量子エレクトロニクス理論及
び手法によれば、空間的コヒーレンスと時間的コヒーレ
ンスとは相互に関係しており、どちらか一方を向上させ
る、または低下させることは、レーザー光源単体では不
可能である。

【００１８】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、撮像用としてレーザ光源を用いる場合
に、レーザー光のコヒーレンスを低下させて粒子に照射
することにより、干渉縞や回折のない高画質の粒子画像
が得られるようにした粒子分析装置を提供するものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、試料液中に
存在する被検粒子を分離状態で流動させる光透過性のフ
ローセルを有するフロー手段と、フローセル内を流動す
る被検粒子にレーザー光を照射するレーザー光照射手段
と、レーザー光のコヒーレンスを低下させる低コヒーレ
ント化手段と、被検粒子からの光を受け、被検粒子の粒
子像を撮像する撮像手段と、撮像された被検粒子像の画
像処理を行う画像処理手段を備えてなる粒子分析装置で
ある。

【００２０】この発明のフロー手段としては、光透過性
のフローセルを有し、そのフローセル内に被検粒子を含
む試料液を導入して被検粒子を分離状態で流動させるこ
とが可能な各種の装置を用いることができる。

【００２１】このフローセル内に導入される試料液とし
ては、どのような被検粒子を含む試料液であってもよい
が、主として、血液、尿、粉体などを任意に希釈した試
料液が適用される。また、用途によっては試料を海水、
湖水、河水などとすることもできる。

【００２２】光透過性のフローセルとしては、公知の、
流路が正方形のフローセルや偏平なフローセルが適用さ
れる。このフローセルの光透過性としては、フローセル
内を流動する被検粒子をフローセルの外側から撮像する
ことが可能な光透過度であればよく、フローセルの材質
は、ガラスやプラスチック、および、それらと同程度の
光透過度を有する合成樹脂性のものを用いることができ
る。

【００２３】レーザー光照射手段としては、常時あるい
は任意のタイミングで、連続あるいはパルス状のレーザ
ー光を対象物に向けて照射することの可能な、例えば、
Ａｒレーザーや、ＬＤ励起ＹＡＧ＋ＫＴＰレーザーやＬ
Ｄ（レーザーダイオード）のようなレーザーを用いるこ
とができる。

【００２４】このレーザー光照射手段の光照射期間は、
被検粒子の流速に対し、以下のように設定することがで
きる。すなわち、被検粒子の流速をｖ〔ｍ／ｓ〕、光照
射時間をｔ〔μｓ〕とすると、被検粒子の粒子像のブレ
Ｕは、Ｕ＝ｖｔである。したがって、このブレＵが撮像
手段の撮像分解能以下であれば、良好な被検粒子の静止
画像を得ることができる。例えば、被検粒子像のブレＵ
を０．３〔μｍ〕以下にするには、ｖ＝５〔ｍ／ｓ〕の
ときは、光照射時間ｔを、ｔ≦６０〔ｎｓ〕に設定すれ
ばよい。

【００２５】低コヒーレント化手段としては、光強度の
むらなくレーザー光のコヒーレンスを低下させることが
可能な各種の装置を用いることができる。撮像手段とし
ては、被検粒子から光を受け、被検粒子の粒子像を撮像
できるものであればどのようなものでも適用可能であ
る。例えば、ＣＣＤカメラや市販のビデオカメラを利用
することができる。

【００２６】画像処理手段としては、撮像された被検粒
子像の画像データをディジタルデータに変換して各種の
画像処理を行い、それを再びアナログデータに変換して
出力することが可能な画像処理装置を用いることができ
る。

【００２７】この発明の粒子分析装置においては、レー
ザー光照射手段から照射されるレーザー光は、パルスレ
ーザー光であってもよい。また、この発明の粒子分析装
置においては、粒子を検出する粒子検出手段と、粒子が
検出された後、レーザー光照射手段を制御してパルスレ
ーザー光を照射させる制御手段を、さらに備えた構成と
することができる。

【００２８】上記粒子検出手段としては、粒子を検出す
ることができるものであればよく、各種の検出装置を適
用することができる。例えば、この粒子検出手段は、試
料液流に向けて光を照射する発光手段と、試料液を介し
た光を受ける受光手段から構成されたものを用いること
ができる。この発光手段としては、対象物に向けて、常
時、光を照射可能な、例えばランプや、Ａｒレーザーの
ような光源を用いることができる。また、受光手段とし
ては、粒子の前方散乱光や蛍光を受け、それを電気信号
に変換することが可能な、各種のフォトセンサを用いる
ことができる。

【００２９】制御手段としては、粒子が検出された後、
レーザー光照射手段を制御してパルスレーザー光を照射
させることができるものであればよく、この制御手段と
しては、ハードウェアまたはソフトウエアで制御手順が
組み込まれた、例えば、ゲート回路や、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏポートからなるマイクロコンピュー
タのような制御回路を用いることができる。

【００３０】この発明の粒子分析装置においては、レー
ザー光照射手段から照射されるレーザー光は、連続発振
レーザー光であってもよい。また、撮像手段に入る光を
制限するゲート手段を、フロー手段と撮像手段との間に
配置した構成とする。このゲート手段としては、例えば
イメージ・インテンシファイアや液晶スイッチのよう
な、ゲート機能を有する各種の光学素子を用いることが
できる。

【００３１】さらに、この発明の粒子分析装置において
は、試料液のレーザー光照射手段による照射領域中にお
ける粒子を検出する粒子検出手段と、粒子が検出された
後、ゲート手段を制御して撮像手段に被検粒子の粒子像
を撮像させる制御手段を、さらに備えた構成とすること
もできる。

【００３２】この制御手段としては、粒子が検出された
後、ゲート手段を制御して撮像手段に被検粒子の粒子像
を撮像させることができるものであればよく、この制御
手段としては、上記の制御手段と同じく、ハードウェア
またはソフトウエアで制御手順が組み込まれた、例え
ば、ゲート回路や、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏポ
ートからなるマイクロコンピュータのような制御回路を
用いることができる。

【００３３】また、この発明の粒子分析装置において
は、粒子検出手段が、検出した粒子を分析し、その分析
に基づいて粒子を撮像するのか否かの判定を行う判定手
段を有していることが好ましい。

【００３４】この発明の粒子分析装置においては、低コ
ヒーレント化手段を、光のスペクトル幅を広げる光位相
変調素子から構成することができる。

【００３５】この場合の光位相変調素子としては、マイ
クロ波共振器の中に、例えば、ＬｉＮｂＯ₃やＬｉＴａ
Ｏ₃やＴｅＯ₂等の電気光学結晶（非線形結晶とも呼ば
れる）を配置したものを用いることができる。光位相変
調素子としては、例えば、ＮＥＷＦＯＣＵＳ，Ｉｎ
ｃ．の“ＢｕｌｋＥｌｅｃｔｒｏ−ＯｐｔｉｃＭｏ
ｄｕｌａｔｏｒ４８４１”が使用できる。

【００３６】この光位相変調素子の使用方法としては、
電気光学結晶内にレーザーを透過させておき、マイクロ
波共振器に、外部から駆動手段によりマイクロ波を入力
することによって、電気光学結晶内を透過するレーザー
のスペクトル幅を広げ、時間的コヒーレンスを低下させ
る。なお、上記電気光学結晶を入手し、自ら光位相変調
素子を作製することも可能である。

【００３７】このとき、マイクロ波共振器の共振により
小さい入力パワーで大きな電界を作り出すことができ、
その電界方向と結晶の電気光学効果が有効に働く方向に
結晶を配置しておくと、効率良く光周波の位相変調を行
うことができる。ここで、光周波とは光の波長のことで
あり、例えば、０．５３２μｍの波長の光である場合に
は、光の速度は３×１０⁸ｍ／sec であるので、５６３
Ｔ（テラ）Ｈｚの周波数の光に相当する。

【００３８】また、この発明の粒子分析装置において
は、低コヒーレント化手段を、光の空間伝搬をランダム
にするシングルモードの光ファイバーから構成すること
ができる。さらに、低コヒーレント化手段を、光の空間
伝搬をランダムにするシングルモードの光ファイバーお
よび波面変換素子から構成することもできる。

【００３９】この場合の光ファイバーとしては、使用す
るレーザー光の波長に対してシングルモードで伝搬する
シングルモードの光ファイバーを用いることが好まし
い。シングルモード光ファイバーを使用すると、入射パ
ルス光の２次元的な光強度分布の変動を抑えるととも
に、伝搬するコア内において光エネルギー密度が高くな
るので、自己集束効果、自己位相変調効果を生じ、空間
的コヒーレンスを低下させるだけでなく、時間的コヒー
レンスを低下させることも可能である。

【００４０】波面変換素子としては、内面を光学研磨し
たステンレスシームレスパイプや、両端面と円周面を光
学研磨し、さらに円周外面には光を反射させるためのア
ルミ蒸着を施したガラス円柱、あるいは、大口径のマル
チモード光ファイバーを用いることができる。

【００４１】この波面変換素子は、長さ１０ｍｍ以上の
ものを用いるようにし、外径については、レーザー光を
集光レンズ４２で絞った後、図１０（ｃ）の光強度分布
におけるリップルＲが光学システムの分解能以下になる
ように選ぶ。すなわち、図１０（ｃ）の光強度分布にお
けるリップルＲの振幅Ａ₀が撮像系の光強度分解能以下
になるようにする。または、リップルＲの周期Ｔ₀が撮
像系の２次元分解能以下になるようにする。要するに、
リップルＲの影響が撮像画面に表れないようにする。

【００４２】その際、使用するパルスレーザー光源の特
性によりリップルＲの周期が変化するため、良好な画像
を得るためには、レーザー照明系の集光レンズを含む照
明光学系は、ケラー照明系を採用するのが好ましい。

【００４３】なお、波面変換素子としてマルチモード光
ファイバーを用いる場合には、そのマルチモード光ファ
イバーを直線状に固定しておくことにより、２次元的光
強度分布を一層安定させることができる。

【００４４】光ファイバーと波面変換素子とを用いる場
合には、レーザーを、まず、光ファイバーに入射し、光
ファイバーからの出射光を直接波面変換素子に入射する
ようにする。

【００４５】また、この発明の粒子分析装置において
は、低コヒーレンス化手段を、光のスペクトル幅を広げ
る光位相変調素子と、光の空間伝搬をランダムにするシ
ングルモードの光ファイバーおよび波面変換素子とから
構成することができる。その場合、低コヒーレント化手
段は、光の進行方向に対して、光位相変調素子、シング
ルモードの光ファイバー、波面変換素子の順に配置する
ことが好ましい。

【００４６】

【作用】この発明によれば、フローセル内を流動する被
検粒子に対しては、レーザー光照射手段によりレーザー
光が照射されるのであるが、このレーザー光は、低コヒ
ーレント化手段によってコヒーレンスが低下される。そ
して、撮像手段により、被検粒子の粒子像が撮像され、
撮像された被検粒子像の画像処理が行われる。

【００４７】したがって、レーザー光のコヒーレンスを
低下させる低コヒーレント化手段を備えているので、明
るく、Ｓ／Ｎ比の良い、回折、干渉の無い、高画質の粒
子画像を得ることができる。

【００４８】また、判定手段を有する粒子検出手段を備
えている場合には、粒子を検出した後、その粒子を撮像
するのか否かを判定するので、異常粒子や不明確粒子、
あるいは重要粒子を選択して撮像することができ、その
粒子がどの様な粒子であるのかを画像で確認することが
できる。

【００４９】

【実施例】以下、図面に示す実施例１から実施例４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。以下の説明においては、
パルスレーザーで粒子を撮像した場合の例を実施例１、
実施例３及び実施例４として示し、ＣＷ（continuous w
ave：連続発振）レーザーで粒子を撮像した場合の例を
実施例２として示す。

【００５０】実施例１図１はこの発明による粒子分析装置の実施例１の構成を
示すブロック図である。

【００５１】この粒子分析装置は、血液や尿などを希釈
した試料液（サンプル液ともいう）を透明なフローセル
中に導いて安定な試料流（サンプル流ともいう）を形成
し、この試料流に対しレーザー光を照射して、血液中に
含まれる血球や尿中に含まれる細胞のような粒子（粒子
検査時にはこの粒子を被検粒子と称すこともある）をＣ
ＣＤカメラで撮像し、撮像した粒子像の画像処理を行う
装置である。

【００５２】図中、２はガラスやプラスチックからなる
光透過性のフローセルである。このフローセル２中に試
料液が導かれるときには、同時に、その試料液の周囲を
覆うようにしてシース（鞘）液が供給され、試料液とシ
ース液とが層流となったものがフローセル２内を流れる
ようになっている。

【００５３】４はフローセル２内を流動する試料流であ
り、試料流４内に存在する血球や細胞のような粒子６
は、フローセル２内を分離状態で流動している。８はフ
ローセル２内を流動する試料流４にＣＷレーザーである
Ａｒレーザーを照射するＡｒレーザー発光装置、１０は
集光レンズ、１２は対物レンズ、１４はフローセル２と
対物レンズ１２との間に設けられたビームストッパーで
ある。

【００５４】１６は波長選択フィルタ、１８は反射ミラ
ーである。２０は前方散乱光処理用検出系のＰＤ・増幅
器であり、このＰＤ・増幅器２０は、波長選択フィルタ
１６によって選択された前方散乱光（ＦＳｃ）を受け、
検出信号Ｓｓｃを出力する。２２は蛍光用検出系のＰＭ
Ｔ・増幅器であり、このＰＭＴ・増幅器２２は、波長選
択フィルタ１６によって選択されなかった蛍光（ＦＬ）
を受け、検出信号Ｓｆｌを出力する。

【００５５】２４は蛍光・散乱光信号処理ユニットであ
り、この蛍光・散乱光信号処理ユニット２４は、検出信
号Ｓｓｃと検出信号Ｓｆｌを受け、これらの信号処理を
行って粒子６の情報を得、その粒子６の画像が必要と判
断すれば判定信号Ｓｊを出力する。

【００５６】２６は蛍光・散乱光信号処理ユニット２４
から判定信号Ｓｊを受け、パルスレーザー電源２８に電
源供給の信号を、ＰＩＮデバイス３０にゲートオープン
の信号を、画像信号処理ユニット３２に画像取り込み開
始の信号を、それぞれ送るタイミングコントロール回路
である。

【００５７】３４はパルスレーザー電源２８から電源の
供給を受け、パルス状のレーザーをフローセル２に向け
て照射するＬＤ励起ＹＡＧ＋ＫＴＰパルスレーザー照射
装置である。

【００５８】３６はマイクロ波を常時発生する発振器で
あり、ＰＩＮデバイス３０は、タイミングコントロール
回路２６からゲートオープンの信号を受けると、この発
振器３６から供給されたマイクロ波にパルス変調をかけ
る。３８はパワーアンプである。

【００５９】４０は光位相変調素子であり、パワーアン
プ３８からパルス変調されたマイクロ波を受け、パルス
レーザー光のスペクトル幅を広げて、レーザー光の主と
して時間的コヒーレンスを低下させる。

【００６０】４２は集光レンズ、４４は対物レンズ、４
６は低コヒーレント光の照射された粒子６からレーザー
光を受け、粒子の粒子像を撮像するＣＣＤカメラであ
る。画像信号処理ユニット３２は、ＣＣＤカメラ４２か
ら得られた粒子画像の処理を行う。

【００６１】光位相変調素子４０の概念的な構造を図２
に示す。この図に示すように、光位相変調素子４０は、
マイクロ波共振器５２の中に、電界により屈折率が変化
する結晶定数を持つ電気光学結晶（非線形結晶とも呼ば
れる）５４として、ＬｉＮｂＯ₃、あるいはＬｉＴａＯ
₃を配置したものであり、外部からマイクロ波５６を入
力することができるようになっている。

【００６２】このマイクロ波共振器５２にレーザー光Ｌ
を入射し、ＰＩＮデバイス３０とパワーアンプ３８を介
して発振器３６からマイクロ波共振器５２にマイクロ波
５６を与えて、レーザー光Ｌの位相変調を行い、位相変
調されたレーザー光Ｓを出力する。これにより、電気光
学結晶５４内を透過するレーザーのスペクトル幅を広
げ、時間的コヒーレンスを低下させる。

【００６３】このとき、マイクロ波共振器５２の共振に
より、小さい入力パワーで大きな電界を作り出すことが
できる。そして、その電界方向と電気光学結晶５４の電
気光学効果が有効に働く方向に電気光学結晶５４を配置
しておくと、効率良くレーザー光の位相変調を行うこと
ができる。

【００６４】この光位相変調素子４０による光スペクト
ルの変化を図３に示す。この図において、（ａ）は光位
相変調素子４０に入力される光の発振スペクトルを示
し、（ｂ）及び（ｃ）は光位相変調素子４０によって変
調された光の発振スペクトルを示している。この内、
（ｂ）は変調度が低い場合の発振スペクトルを、（ｃ）
は変調度が深い場合の発振スペクトルを、それぞれ示し
ている。このように、変調度が低い場合には、全体とし
て離散したスペクトル形状（ＦＭ，ＰＭ変調のスペクト
ルと同等）になり、変調度が深くなると、全体に広がっ
たようなスペクトル形状になる。（高分解能光スペクト
ルメータで測定すると、（ｃ）のスペクトルは離散した
発振スペクトルの集合体として観測される。）

【００６５】したがって、この実施例のような粒子分析
装置に限らず、各種のフローサイトメトリーシステムに
おいて、光源と光学的反射体（本実施例ではフローセル
２）の端面との間に光位相変調素子４０を配置し、干渉
縞を起こさない程度にまでレーザー光のスペクトル幅を
広げてやれば、鮮明な単色画像を撮影することが可能と
なる。光位相変調素子４０の代わりにシングルモードの
光ファイバーを使用しても、コヒーレンスを低下させる
ことができる。

【００６６】なお、この実施例においては、Ａｒレーザ
ー発光装置８によりフローセル２中の粒子６から前方散
乱光と蛍光を検出する光学系に対し、パルスレーザー照
射装置３４からＣＣＤカメラ４６に至る撮像系を直角に
配置している。

【００６７】以下、この粒子分析装置の動作について説
明する。まず、Ａｒレーザー発光装置８からフローセル
２中の粒子６にレーザー光が連続的に照射されると、粒
子６からの前方散乱光及び蛍光が、ＰＤ・増幅器２０及
びＰＭＴ・増幅器２２により検出される。

【００６８】ＰＤ・増幅器２０とＰＭＴ・増幅器２２か
ら出された検出信号Ｓｓｃ，Ｓｆｌは、蛍光・散乱光信
号処理ユニット２４によって処理されて、粒子６の細胞
情報が得られ、その粒子６の画像が必要と判断されれ
ば、蛍光・散乱光信号処理ユニット２４からタイミング
コントロール回路２６に対して判定信号Ｓｊが出力され
る。

【００６９】この判定信号Ｓｊにより、タイミングコン
トロール回路２６からパルスレーザー電源２８にトリガ
ー信号が送られて、パルスレーザー照射装置３４からパ
ルスレーザーが発光され、フローセル２中の粒子６にレ
ーザー光が照射される。

【００７０】この場合、蛍光・散乱光信号処理ユニット
２４における処理判断時間と、検出系からパルスレーザ
ー照射装置３４に至るまでの各電子システムのディレー
時間を含めた時間差が必要であるので、Ａｒレーザーの
照射位置とパルスレーザーの照射位置とは、少なくとも
上記の時間差を取れるだけ距離が離れている。

【００７１】上記パルスレーザー電源２８へのトリガー
信号と同期して、タイミングコントロール回路２６から
ＰＩＮデバイス３０に、ゲートオープンを指示するトリ
ガー信号が送られ、発振器３６で常時発生されているマ
イクロ波にパルス変調がかけられ、光位相変調素子４０
に供給される。これにより、パルスレーザー照射装置３
４から照射されたパルスレーザー光のスペクトル幅が広
げられて、粒子６に照射される。

【００７２】このようにして、光位相変調素子４０を使
用することにより、干渉縞・回折光の影響を除去し、フ
ローセル２中の粒子６を撮影することが可能となる。ま
た、前方散乱光と蛍光に基づいて、粒子６の解析を行う
ので、異常細胞を含む特異的な細胞のみを選択的に撮像
し、画像として提供することができる。

【００７３】なお、この場合の撮像能力（単位時間当り
の撮像数）は、画像信号処理ユニット３２の画像処理の
能力が低い場合には、画像信号処理ユニット３２側の能
力による制限を受け、画像信号処理ユニット３２の画像
処理の能力が高い場合には、パルスレーザー照射装置３
４によるパルスレーザーの発光可能時間（発光周期）の
制限を受ける。

【００７４】ＣＣＤカメラ４６については、市販品とし
て４０５００枚／秒の画像撮像能力を持つ製品が売り出
されており、これを本装置に採用した場合には、現在入
手可能なＱスイッチパルスレーザーではその高速繰り返
し撮像に対応できないので、次に示す実施例２の方法が
有用視される。

【００７５】実施例２図４はこの発明による粒子分析装置の実施例２の構成を
示すブロック図である。この図において、実施例１と同
じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明を省略す
る。

【００７６】この実施例２においては、基本的には実施
例１と同じであるが、先の実施例１と異なるところは、
実施例１では、粒子検出用のＡｒレーザー発光装置８と
粒子撮像用のパルスレーザー照射装置３４とを別途に設
けていたのに対し、この実施例２では、粒子検出用と粒
子撮像用とを兼用した、ＣＷレーザーであるＡｒレーザ
ー発光装置８だけを用いている点である。

【００７７】また、この実施例においては、検出系に向
かう光とＣＣＤカメラ４６に向かう光を分割するハーフ
ミラー６２を設け、ＣＣＤカメラ４６の前に、例えば、
イメージインテンシファイアや液晶スイッチのようなゲ
ート機能を有する光学素子６４を配置している。

【００７８】したがって、実施例１が、パルスレーザー
の発光周期によって、撮影可能な粒子分析量が決定され
るのに対し、この実施例２では、ＣＣＤカメラ４６の撮
影動作をゲート機能を有する光学素子６４によって電気
的に制御しているので、レーザー光の発光周期とは無関
係に、ゲート機能を有する光学素子６４のゲート開閉速
度に応じて、多くの粒子を撮影することができる。

【００７９】この実施例においては、以下のような動作
となる。まず、Ａｒレーザー発光装置８からフローセル
２中の粒子６にレーザー光が連続的に照射されると、粒
子６からの前方散乱光及び蛍光が、ＰＤ・増幅器２０及
びＰＭＴ・増幅器２２により検出される。この場合、レ
ーザー光は光位相変調素子４０を透過するが、パワーア
ンプ３８からの入力がないため、光位相変調素子４０は
作動していない。

【００８０】ＰＤ・増幅器２０とＰＭＴ・増幅器２２か
ら出された検出信号Ｓｓｃ，Ｓｆｌは、蛍光・散乱光信
号処理ユニット２４によって処理されて、粒子６の細胞
情報が得られ、その粒子６の画像が必要と判断されれ
ば、蛍光・散乱光信号処理ユニット２４からタイミング
コントロール回路２６に対して判定信号Ｓｊが出力され
る。

【００８１】この判定信号Ｓｊにより、タイミングコン
トロール回路２６からＰＩＮデバイス３０に、ゲートオ
ープンを指示するトリガー信号が送られ、発振器３６で
常時発生されているマイクロ波にパルス変調がかけら
れ、光位相変調素子４０に供給される。これにより、Ａ
ｒレーザー発光装置８から照射されたレーザー光のスペ
クトル幅が広げられて、粒子６に照射される。

【００８２】この場合、蛍光・散乱光信号処理ユニット
２４における処理判断時間と、検出系からゲート機能を
有する光学素子６４に至るまでの各電子システムのディ
レー時間を含めた時間中に、粒子６がＣＣＤカメラ４６
の撮像視野内に留まっていることが必要である。

【００８３】上記ＰＩＮデバイス３０へのトリガー信号
と同期して、タイミングコントロール回路２６からゲー
ト機能を有する光学素子６４に、画像撮影に必要な時間
だけゲートオープンのトリガー信号が送られる。

【００８４】粒子６に照射された低コヒーレント光は、
ハーフミラー６２によって反射されて、ゲート機能を有
する光学素子６４に至り、この時には光学素子６４のゲ
ートが開いているので、粒子像がＣＣＤカメラ４６に撮
像される。

【００８５】このようなゲート機能を有する光学素子６
４は、極めて高速のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能であるの
で、実施例１と比べて多量の画像を撮像することができ
る。このようにして、ＣＷレーザーであるＡｒレーザー
発光装置８に、前方散乱光及び蛍光の検出と画像撮影用
光源との両方の機能、つまり粒子検出用と粒子撮像用の
両方の機能を持たせて、粒子６の画像を撮像することが
できる。

【００８６】実施例３図５はこの発明による粒子分析装置の実施例３の構成を
示すブロック図である。この図において、実施例１と同
じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明を省略す
る。

【００８７】この実施例３においては、基本的には実施
例１と同じであるが、先の実施例１と異なるところは、
光位相変調素子４０のかわりに、光ファイバー６６と波
面変換素子６８を用いている点である。

【００８８】この光ファイバー６６と波面変換素子６８
に、パルスレーザー照射装置３４からレーザー光を入射
して、レーザー光の波面変換を行うことにより、光ファ
イバー６６と波面変換素子６８を透過するレーザー光の
空間伝搬をランダムにし、レーザー光の主として空間的
コヒーレンスを低下させる。

【００８９】光ファイバー６６と波面変換素子６８の詳
細な配置状態を図６に示す。この図に示すように、光フ
ァイバー６６と波面変換素子６８とは連続的に配置さ
れ、光ファイバー６６の前には、入射光を集光するファ
イバーコリメータ７０が、波面変換素子６８の後ろに
は、レーザー光を平行光束にするための光学レンズ７２
が配置されている。

【００９０】光ファイバー６６としては、図７に示すよ
うな、外径１２５μｍ、コア径２〜３μｍ、長さ１ｍ〜
６ｍのシングルモード光ファイバーを用いる。例えば、
住友電工の“ＰＭ−０４８”が使用できる。

【００９１】波面変換素子６８としては、図８に示すよ
うな、長さ１０ｍｍ以上の、内面を光学研磨したステン
レスシームレスパイプ（例えば、内径１ｍｍ）や、図９
に示すような、入射端面Ａ及び出射端面Ｃと、円周面Ｂ
を光学研磨し、さらに円周面Ｂには光を反射させるため
のアルミ蒸着を施したガラス円柱、あるいは、長さ１０
０ｍｍの大口径マルチモード光ファイバー（例えば、住
友電工の“ＳＰＣ−１０”）を用いる。

【００９２】この光ファイバー６６と波面変換素子６８
を用いた場合の光強度分布を図１０に示す。この図にお
いて、（ａ）は図６で示したファイバーコリメータ７０
への入射光Ｉ₁ の強度分布を示し、（ｂ）は図６で示し
た光ファイバー６６からの出射光Ｉ₂の強度分布を示
し、（ｃ）は図６で示したレーザー光を平行光束にする
ための光学レンズ７２からの出射光Ｉ₃ の強度分布を示
している。

【００９３】これらの図に示すように、（ａ）において
は、入射光Ｉ₁ の強度分布は、入射レーザー光のビーム
直径l₁〜l₂に応じた分布となっており、（ｂ）において
は、光ファイバー６６からの出射光Ｉ₂の強度分布は、
光ファイバー６６のコア径l₃〜l₄に応じた分布となって
いる。ただし、出射角は入射角より広くなっている。そ
して、（ｃ）においては、光学レンズ７２からの出射光
Ｉ₃ の強度分布は、波面変換素子６８の直径l₅〜l₆と波
面変換素子６８への入射角に応じた分布となっている。
波面変換素子６８からの出射角は波面変換素子６８への
入射角よりも広くなっている。

【００９４】この場合、波面変換素子６８の外径につい
ては、レーザー光を集光レンズ４２で絞った後、図１０
（ｃ）の光強度分布におけるリップルＲが光学システム
の分解能以下になるような大きさのものを用いる。すな
わち、図１０（ｃ）の光強度分布におけるリップルＲの
振幅Ａ₀が撮像系の光強度分解能以下になるようにす
る。または、リップルＲの周期Ｔ₀が撮像系の２次元分
解能以下になるようにする。要するに、リップルＲの影
響が撮像画面に表れないようにする。

【００９５】なお、波面変換素子６８としてマルチモー
ド光ファイバーを用いる場合には、そのマルチモード光
ファイバーを直線状に固定しておくことにより、２次元
的光強度分布を一層安定させることができる。

【００９６】実施例４図１１はこの発明による粒子分析装置の実施例４の構成
を示すブロック図である。この図において、実施例１お
よび実施例３と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、
その説明を省略する。

【００９７】この実施例４は、実施例１の構成と実施例
３の構成を組み合わせたものであり、実施例１で用いた
光位相変調素子４０と、実施例３で用いた光ファイバー
６６及び波面変換素子６８との両方を組み合わせて用い
ている。

【００９８】したがって、まず、光位相変調素子４０に
パルスレーザー光を入射して、パルスレーザー光の位相
変調を行い、次に、この光を光ファイバー６６と波面変
換素子６８に入射して、パルスレーザー光の波面変換を
行う。これにより、光位相変調素子４０によって、主と
してレーザー光の時間的コヒーレンスを低下させ、さら
に、光ファイバー６６と波面変換素子６８によって、主
としてレーザー光の空間的コヒーレンスを低下させる。

【００９９】これにより、レーザー光の時間的コヒーレ
ンスと空間的コヒーレンスを同時に低下させることがで
きる。ところで、レーザー光源と光位相変調素子とを用
いる代わりに、光位相変調素子を組み込んだレーザー光
源を使用することも可能である。

【０１００】本発明のような低コヒーレント化手段を用
いた粒子分析装置による撮像結果と、本発明のような低
コヒーレント化手段を用いていない粒子分析装置による
撮像結果との比較、という観点から述べれば、特開昭６
３−９４１５６号公報に記載されているような光ファイ
バー、つまり、単にマルチモードの光ファイバーだけを
使用したのでは、照射有効面上に伝搬モードによる輝点
（スペックルパターン：Speckle Pattern ）が発生して
しまい、画質を低下させてしまう。

【０１０１】図１２はマルチモードの光ファイバーだけ
を使用した場合の光照射面の光強度分布を示す説明図で
あり、この図に示すように、単にマルチモードの光ファ
イバーだけを使用した場合には、光強度分布にむらが生
じる。また、特開平５−１４２１３７号公報に記載され
ているようなスリガラスを使用しても、同様に、有効照
射面上にスペックルパターンが発生してしまう。理由は
以下の通りである。

【０１０２】スリガラスを作製する場合、研磨砂を吹き
付けて作製するために波長オーダーの微小なすじが形成
されてしまう。このすじによりフレネル回折等を生じ、
光強度の均一な照射面が形成されない。事実、スリガラ
スを使用してＣＷレーザーによる撮影を行う場合にはス
リガラスを高速回転させて使用することが知られてい
る。しかしながら、この方法は高速で流れている細胞等
を撮像する場合には採用できない。このような点を解決
して、画質を向上させるために、本発明においては、光
位相変調素子４０やシングルモードタイプの光ファイバ
ー６６を使用している。

【０１０３】図１３および図１４は光ファイバーを用い
た本発明の粒子分析装置による撮像結果と光ファイバー
を用いていない粒子分析装置による撮像結果との比較を
示す写真図である。図１３は光ファイバー（シングルモ
ード）を用いて上皮細胞を撮像した例、図１４は光ファ
イバーを用いずに上皮細胞を撮像した例を示す。図１３
では、干渉縞のない高画質の上皮細胞の画像が得られて
おり、光ファイバーを用いていないものよりも明らかに
画質が改善されていることがわかる。

【０１０４】

【発明の効果】この発明によれば、レーザー光照射手段
から照射されたレーザー光のコヒーレンスを低下させる
低コヒーレント化手段を備えているので、明るく、Ｓ／
Ｎ比の良い、回折、干渉の無い、高画質の粒子画像を得
ることができる。また、粒子画像を経時的に撮像するこ
とができるので、粒子の凝集過程の観察に好都合であ
る。

【０１０５】そして、判定手段を有する粒子検出手段を
備えている場合には、粒子を検出した後、その粒子を撮
像するのか否かを判定するので、異常粒子や不明確粒
子、あるいは重要粒子のような特定の粒子のみを選択し
て撮像することができ、その粒子がどの様な粒子である
のかを画像で確認することができる。このようにして撮
像された粒子画像は、粒子分類結果の裏付け用として利
用価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】光位相変調素子の概念的な構造を示す説明図で
ある。

【図３】光位相変調素子による光スペクトルの変化を示
す説明図である。

【図４】この発明の実施例２の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】この発明の実施例３の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】光ファイバーと波面変換素子の詳細な配置状態
を示す説明図である。

【図７】光ファイバーの形状を示す説明図である。

【図８】波面変換素子の形状を示す説明図である。

【図９】波面変換素子の形状を示す説明図である。

【図１０】光ファイバーと波面変換素子を用いた場合の
光強度分布を示す説明図である。

【図１１】この発明の実施例４の構成を示すブロック図
である。

【図１２】マルチモードの光ファイバーだけを使用した
場合の光照射面の光強度分布を示す説明図である。

【図１３】光ファイバーを用いた本発明の粒子分析装置
による撮像結果を示す写真図である。

【図１４】光ファイバーを用いていない粒子分析装置に
よる撮像結果を示す写真図である。

【符号の説明】

２フローセル４試料流６粒子８Ａｒレーザー発光装置１０，４２集光レンズ１２，４４対物レンズ１４ビームストッパー１６波長選択フィルタ１８反射ミラー２０ＰＤ・増幅器２２ＰＭＴ・増幅器２４蛍光・散乱光信号処理ユニット２６タイミングコントロール回路２８パルスレーザー電源３０ＰＩＮデバイス３２画像信号処理ユニット３４パルスレーザー照射装置３６発振器３８パワーアンプ４０光位相変調素子４６ＣＣＤカメラ５２マイクロ波共振器５４電気光学結晶５６マイクロ波６２ハーフミラー６４ゲート機能を有する光学素子６６光ファイバー６８波面変換素子７０ファイバーコリメータ７２光学レンズＡ入射端面Ｂ円周面Ｃ出射端面Ｌレーザー光Ｓ位相変調されたレーザー光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料液中に存在する被検粒子を分離状態
で流動させる光透過性のフローセルを有するフロー手段
と、フローセル内を流動する被検粒子にレーザー光を照射す
るレーザー光照射手段と、レーザー光のコヒーレンスを低下させる低コヒーレント
化手段と、被検粒子からの光を受け、被検粒子の粒子像を撮像する
撮像手段と、撮像された被検粒子像の画像処理を行う画像処理手段を
備えてなる粒子分析装置。
【請求項２】低コヒーレント化手段が、光のスペクト
ル幅を広げる光位相変調素子を含むことを特徴とする請
求項１記載の粒子分析装置。
【請求項３】低コヒーレント化手段が、光の空間伝搬
をランダムにするシングルモードの光ファイバーを含む
ことを特徴とする請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項４】低コヒーレント化手段が、光の空間伝搬
をランダムにするシングルモードの光ファイバーおよび
波面変換素子を含むことを特徴とする請求項１記載の粒
子分析装置。
【請求項５】低コヒーレント化手段が、光のスペクト
ル幅を広げる光位相変調素子と、光の空間伝搬をランダ
ムにするシングルモードの光ファイバーおよび波面変換
素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の粒子分析
装置。
【請求項６】低コヒーレント化手段が、光の進行方向
に対して、光位相変調素子、シングルモードの光ファイ
バー、波面変換素子の順に配置されてなることを特徴と
する請求項５記載の粒子分析装置。
【請求項７】レーザー光照射手段から照射されるレー
ザー光が、パルスレーザー光である請求項１記載の粒子
分析装置。
【請求項８】試料液のレーザー光照射手段による照射
領域よりも上流側における粒子を検出する粒子検出手段
と、粒子が検出された後、レーザー光照射手段を制御してパ
ルスレーザー光を照射させる制御手段を、さらに備えて
なる請求項７記載の粒子分析装置。
【請求項９】レーザー光照射手段から照射されるレー
ザー光が、連続発振レーザー光であり、撮像手段に入る
光を制限するゲート手段が、フロー手段と撮像手段との
間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の粒
子分析装置。
【請求項１０】試料液のレーザー光照射手段による照
射領域中における粒子を検出する粒子検出手段と、粒子が検出された後、ゲート手段を制御して撮像手段に
被検粒子の粒子像を撮像させる制御手段を、さらに備え
てなる請求項９記載の粒子分析装置。
【請求項１１】粒子検出手段が、検出した粒子を分析
し、その分析に基づいて粒子を撮像するのか否かの判定
を行う判定手段を有していることを特徴とする請求項８
又は１０記載の粒子分析装置。