JPS61165638A - 粒子解析装置 - 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、フローサイトメータ等において、測光用対物
レンズの合軸状態の判定を可能とした粒子解析装置に関
するものである。

［従来の技術］ フローサイトメータ等に用いられる従来の粒子解析装置
では、フローセルの中央部の例えば７０４ｍＸ　２０７
Ｌｍの微小な矩形断面を有する流通部内を、シース液に
包まれて通過する血球細胞などの検体に照射光を照射し
、その結果生ずる前方及び側方散乱光により、検体の形
状・大きさｅ屈折率等の粒子的性質を得ることが可能で
ある。また、蛍光剤により染色され得る検体に対しては
、照射光とほぼ直角方向の側方散乱光から検体の蛍光を
検出することにより、検体を解析するための重要な情報
を求めることができる。

フローサイトメータ等において正確な測定を行うために
は、検体粒子以外の物体からの疑似信号が混入しないよ
うに、測光用の対物レンズにより正確に検体粒子或いは
その極〈近傍のみを集光させると共に、検体粒子の流れ
の軸と光軸とを正確に一致させなければならない、その
ために、測光用対物レンズの光軸調整及び焦点調整を行
う必要があるが、従来装置においては測定前に標準サン
プルを流しながら、操作者が目視により手動で光軸調整
及び焦点調整を行っているので、操作が繁雑である上に
、操作者によって個人差が生じ、十分に正確な光軸調整
及び焦点調整を行うことが困難である。

また、測定中に光軸及び焦点の移動が生じた場合に、そ
の確認が不可能なため、測定途中で疑似信号が混入した
か否かを判別できず、データの信頼性についての不安が
ある。

更に、ノズルやフローセル等を交換するごとに光軸及び
焦点調整を必要とし、測定に手間が掛かる欠点がある。

また、蛍光測定を行う場合に微弱な蛍光信号を強化する
必要があるが、そのために蛍光を検出する光電検出器を
フォトマルにすること・蛍光剤の発光効率を向上させる
こと・照射光源のパワーを増大させること・対物レンズ
の集光効率を向上させること等が考えられている。蛍光
剤の発光効率は現在のところ盛んに研究されており、照
射光源のパワーの増大は製造コストを無視すれば相当に
増大させることができるが、反面で極端にパワーを増大
させ過ぎると検体粒子を傷付けることにもなり良い方法
とは云い難い。

測光用対物レンズの集光効率の向上は、対物レンズの開
口数を上げれば達成されるが、その代償として焦点深度
が浅くなるという逆効果を伴うことになる。焦点深度が
浅くなれば、流通部と対物レンズとの間の距離が僅かに
移動しただけでも。

検体粒子からの信号だけでなく他の物体からの信号が混
入してしまい、正確な測定を行うことができない、この
ように、従来装置では焦点調整が繁雑である上に、十分
な蛍光信号強度が得られず、解析精度が向上しないとい
う欠点がある。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、測光用対物レンズの検体粒子に対する
合軸状態を検出し、光軸調整を容易にしかも正確に行い
得ると共に、十分な蛍光信号強度を得ることによって測
定精度を向上させ得る粒子解析装置を提供することにあ
る。

［発明の概要１ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、フローセ
ル内の流通部を流れる検体粒子に光ビームを照射する照
射光学系と、光ビームが検体粒子によって散乱された散
乱光を測定する測光光学系とを備え、該測光光学系内に
、測光用対物レンズの合軸状態を検出する光軸検出手段
を設けたことを特徴とする粒子解析装置である。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は粒子解析装置の構成図であり、フローセル１の
中央部の紙面に垂直の流通部ｚ内を検体粒子Ｓが通過し
、この流れと直交する方向にレーザー光源３が配置され
ている。このレーザー光源３から出射されたレーザー光
りの光軸０上に、検体粒子Ｓに対してレーザー光源３側
に２組のシリンドリカルレンズを直交させて成る結像レ
ンズ４が配置されている。また、検体粒子Ｓに対してレ
ーザー光源３と反対側の光軸０上に、遮光板５、集光レ
ンズ６、光電検出器７が順次に配列されている。

また、レーザー光りの光軸０及び検体粒子Ｓの流れの中
心方向のそれぞれとほぼ直交する方向に、測光用対物レ
ンズ８を含むオートフォーカス及びオートアライメント
ユニット（以下ＡＦ＠ＡＡユニットと云う）９、集光レ
ンズ１０、絞り板１１．集光レンズ１２、グイクロイッ
クミラー等から成る波長選別手段１３．１４．１５が順
次に配列され、光路に対して斜設されたこれらの波長選
別手段１３．１４．１５により反射された方向の光軸上
に、バリヤフィルタ１６・光電検゛出器１７、バリヤフ
ィルタ１８・光電検出器１９、バリヤフィルタ２０・光
電検出器２１がそれぞれ配置されている。そして、これ
らの光電検出器１７．１９．２１には、例えば微弱光を
増強して検出することが可能なフォトマルが使用されて
いる。

従って、レーザー光源３から出射されたレーザー光りは
、２組のシリンドリカルレンズを直交させた結像レンズ
４により任意の長径・短径の結像ビームに成形され、流
通部２内を流れる検体粒子Ｓに照射される。検体粒子Ｓ
に照射され散乱された散乱光のうち、前方散乱光は遮光
板５によって検体粒子Ｓが無い位置を通過した照射光が
取り除かれ、集光レンズ６を介して光電検出器７に集光
され、検体粒子Ｓの性状が測定される。

また、各種蛍光剤により染色された検体粒子Ｓについて
は、側方散乱光としてＡＦ−ＡＡユニット９内の対物レ
ンズ８を介して、集光レンズ１０により絞り板１１に集
光される。側方散乱光及び蛍光は、検体粒子Ｓに共役な
位置に設置されたこの絞り板ｌｌを通過させることによ
り、雑音の少ない測光信号を得ることができる。絞り板
１１を通過後の光束を集光レンズ１２により平行光束と
し、適当な分光特性を持たせた波長選別手段１３によっ
て側方散乱光と蛍光とに分光し、側方散乱光はバリヤフ
ィルタ１６及び光電検出器１７で検出され、検体粒子Ｓ
内部の顆粒性が観測できる。

一方、蛍光は波長選別手段１３を通過し、波長選別手段
１４によって例えば緑色蛍光と赤色蛍光とに分光され、
緑色蛍光はバリヤフィルタ１８を介して光電検出器１９
で検出され、赤色蛍光は波長選別手段１５とバリヤフィ
ルタ２ｏを介して光電検出器２１で検出され、検体粒子
の生化学的性質が観測される。

なお、蛍光を選別する波長選別手段１４．１５としては
緑赤二色のグイクロイックミラーが使用されているが、
例えば波長を連続的に分光できる分光プリズム或いは回
折格子等の波長選別手段を用いてもよい、また、光源３
と結像レンズ４との間に、ビームエキスパンダ又はビー
ムコンプレッサ等のビーム径可変手段を挿入することも
できる。

ここで微弱光の集光効率を上げ、なおかつ正確に合焦・
合軸状態を得ることのできるＡＦ・ＡＡユニット９につ
いて、第２図以下に説明する。第２図はフローセル１と
ＡＦ−ＡＡユニット９を側方から見た断面図、第３図は
フローセルｌの水平断面図であり、ＡＦ・ＡＡユニット
９内の中央には測光用対物レンズ８が設置され、下部に
は光源２２がフローセル１に光を照射するように設置さ
れ、光源２２の光軸上に開口２３、凸レンズ２４が順次
に配置されている。また、フローセルｌの流通部２の前
面２ａと後面２ｂとによって反射された光の光路上に、
凸レンズ２５、分割素子２６が順次に配置されている。

この場合に、対物レンズ８は流通部２の中心に焦点が合
う状態で、流通部２からの集光光束が対物レンズ８によ
って平行光束になるように配置されており、この状態の
とき合軸用光学系２２〜２６は、流通部２の前面２ａ及
び後面２ｂを検出するように配置されている。即ち、光
源２２により凸レンズ２４を介して、開口２３を通過し
た光束を前面２ａ及び後面２ｂに投影し、前面２ａ及び
後面２ｂでそれぞれ反射された開口２３の２つの開口像
が、凸レンズ２５を介して分割素子２６Ｌにそれぞれ結
像される。

分割素子２６としては４分割素子が使用されており、第
２図に示す状態では対物レンズ８は合焦しているため、
このときの開口２３の２つの開口像旧、Ｍ２が第４図（
ｂ）に示すように分割素子２６の４分割面の■及び■を
組み合わせた面と、Ｉ及び■を組み合わせた面とに同一
の大きさで結像される０分割素子２６の面■、■、Ｉ、
■の出力をそれぞれＰＩ、ρ２、Ｐ３、Ｐ４とすると、
合焦時にはＰｌ＋　Ｐ２＝　Ｐ３＋　Ｐ４の関係となる
ように分割素子２６が配置されている。従って、第４図
（ａ）　、　（Ｃ）に示すようにＰ１＋Ｐ２＃Ｐ３＋Ｐ
４となった場合には、対物レンズ８が合焦していないこ
とが判る。

このように、分割素子２６の出力からＰ１＋Ｐ２＝　Ｐ
３＋　Ｐ４を満足したときには、必ず対物レンズ８は流
通部２の中心に合焦し、常に対物レンズ８からは検体粒
子Ｓの像の平行光束が得られることになる。また、集光
レンズｌＯの集光位置に絞り板１１が配置されているの
で、ＡＦ・ＡＡユニット９の光軸に沿った移動によって
合焦したときには、流通部２は絞り板１１と共役関係に
なり、検体粒子Ｓによる散乱光が正確に絞り板ｉｔの位
置に集光される。

このようにして焦点調整が可能であるが、４分割素子２
６を使用しているため、同一の光学系により同時に光軸
調整を実行することが可能となる。流通部２の中心と光
軸とが一致しているときの流通部２における照射光Ｎの
位置が、第５図（ｂ）となるようにＡ　Ｆ　−ＡＡユニ
ット９を配しておけば、第５図（ａ）及び（Ｃ）に示す
ように照射光Ｎがずれて、斜線のように流通部２からは
み出した場合には合軸していないことが判る。

第５図（ａ）〜（Ｃ）の状態はそれぞれ第６図における
（ａ）〜（Ｃ）の分割素子２６の面上の光像分布に相当
し、分割素子２６の出力の関係は合軸している場合には
Ｐ１＋Ｐ４＝Ｐ２＋ρ３となり１合軸していない場合に
はＰ１＋Ｐ４＃Ｐ２＋Ｐ３となる。第６図（ｂ）は合焦
・合軸が同時に満された場合の分割素子２６の面上での
開口像Ｍ１．　Ｍ２の分布を示している。このときには
分割素子２６の出力は、Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐ３＋Ｐ４である
と同時にＰ１＋　Ｐ４＝　Ｐ２＋　Ｐ３であるから、（
ｂ）からも直ちに判るようにＰ１＝　Ｐ２＝　Ｐ３＝　
Ｐ４となる。

第６図（ａ）及び（Ｃ）は合焦でありながら、第５図（
ａ）及び（Ｃ）に示すように合軸していない場合であり
、これらの場合には斜線で示した流通部２からはみ出し
た部分からは光が反射されないので、分割素子２６の出
力は、Ｐ２＋Ｐ３＜Ｐ１＋Ｐ４又はＰ１＋　Ｐ４＜　Ｐ
２＋　Ｐ３となり、合焦・合軸条件Ｐｌ＝Ｐ２＝　Ｐ３
＝　Ｐ４が成立しない、従って、４分割素子２６からの
出力を比較し、それらが全て等しいか否かにより合焦・
合軸状態を同時に判別できることになる。

ここで、対物レンズ８と集光レンズｌＯとは、その間が
平行光束になるように組み合わされているため、フロー
セル１等の交換時等にフローセルｌの中心軸の位置が光
軸上及び光軸から若干ずれて移動しても、ＡＦ−ＡＡユ
ニット９を移動させて、分割素子２６の合焦・合軸位置
に開口２３の開口像旧、Ｍ２を結像させるだけで焦点及
び光軸炙合わせることができる。

このように、実施例では容易にしかも正確に合焦・合軸
を検出し、更に調整ができるので、精度の良い測定が可
能であると共に、正確なピントを保持させたまま測光用
対物レンズ８の開口数をとげ、光学系の集光効率を向上
させて、信号強度を増大させることができることになる
。

なお、合焦・合軸用光源２２から出力する光の波長は、
フローセルｌ内での散乱等により測定に影響を及ぼさな
いように、レーザー光源３の波長や蛍光の波長と分離し
ている方が好ましいので、赤外光源を使用することが好
適である。

また、分割素子２６の出力信号によって駆動されるａ構
を設け、分割素子２６の所定位置に開口２３の開口像Ｍ
１、Ｍ２が結像されるまで、ＡＦ−ＡＡユニット９を駆
動機構により光軸上を探索移動させ、合軸及び合焦した
信号により駆動機構を停止させるようにすれば、自動的
に合軸及び合焦状態が得られる。即ち、焦点調整につい
てはＡＦ・ＡＡユニット９を光軸に沿って、光軸調整に
ついてはＡＦ−ＡＡユニット９を光軸の左右に移動すれ
ばよいことになる。

また、ＡＦ　−ＡＡユニット９の駆動機構が停止した状
態の信号、或いは合焦・合軸時の分割素子２６の出力信
号により、粒子解析装置の測定開始信号を発するように
すれば、対物レンズ８が合焦及び合軸していないときに
は、不正確な測定が行われないで済む、更に１分割素子
２６の所定位置に開口２３の開口像が結像したことを知
らせる合焦・合軸信号を表示する手段を設けることもで
き、手動でＡＦ−ＡＡユニット９を操作する場合には、
合焦Φ合軸信号が出力した時点で測定を始めるようにす
ればよい。

なお、ＡＦ−ＡＡユニット９内の合焦・合軸検知用光学
系の配置は実施例だけに限らず、例えば光源２２を対物
レンズ８の上方に配置してもよい、また実施例において
は、側方散乱光の測光光学系内にＡＦ−ＡＡユニット９
を設置した場合を説明したが、前方散乱光用の測光光学
系においても、遮光板５と集光レンズ６との間にＡＦ＠
ＡＡユニフトを配置し、同様の効果を得ることができる
。このようなＡＦ−ＡＡユニットを側方・前方の両側光
光学系に設置すれば、更に良好な結果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る粒子解析装置光学系は
、測光光学系内に光軸を検出できる光軸検出手段を設置
することによって、測光用対物レンズの光軸調整を容易
にかつ正確に行うことを可能として測定精度を向上させ
、対物レンズの開口数を増すこともでき、これによって
蛍光測光強彦を向上させ、高精度な解析を可能としてい
る。

また必要に応じて、光軸及び焦点検出手段を駆動する機
構を設けることにより、全自動的に光軸及び焦点調整を
行うことも可能である。更に、合焦・合軸信号表示機構
を設けることによって、手動でも容易に光軸及び焦点調
整を行うことを可能とし、また合焦・合軸状態において
のみ装置が可動する機構を設けこともできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る粒子解析装置の一実施例を示し、第
１図は光学系の構成図、第２図はＡＦ・ＡＡユニットを
側方から見た光学系配ｗ１．図、第３図はフローセルの
水平断面図、第４図（ａ）、Ｃｂ）　、　（Ｃ）は合焦
検出時の分割素子上の光像分布の説明図、第５図（ａ）
　、　（ｂ）　、　（ｃ）は合軸検出時の流通部におけ
る照射光の説明図、第６図（ａ）、（ｂ）　、　（ｃ）
は合焦−合軸検出時の分割素子上の光像分布の説明図で
ある。 符号１はフローセル、２は流通部、２ａは前面、２ｂは
後面、３はレーザー光源、４は結像レンズ、８は測光用
対物レンズ、９はＡＦ　−ＡＡユニット、１０．１２は
集光レンズ、１１は絞り板、１３．１４．１５は波長選
別手段、１６゜１８．２０はバリヤフィルタ、１７，１
９．２１・は光電検出器、２２は光源、２３は開口、２
４．２５は凸レンズ、２６は分割素子である。 特許出願人　　キャノン株式会社 ｉ１４図 ＬＱ）　　　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）１５図 （Ｇ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（Ｃ）纂６図 （Ｑ）（員　　　　　（Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フローセル内の流通部を流れる検体粒子に光ビーム
   を照射する照射光学系と、光ビームが検体粒子によって
   散乱された散乱光を測定する測光光学系とを備え、該測
   光光学系内に、測光用対物レンズの合軸状態を検出する
   光軸検出手段を設けたことを特徴とする粒子解析装置。 ２、前記光軸検出手段は測光用対物レンズの合焦状態を
   検出する焦点検出手段と共通の光学系を有するようにし
   た特許請求の範囲第１項に記載の粒子解析装置。 ３、前記光軸及び焦点検出手段は前記流通部の前後の２
   つの面の表面反射を光電検出器により検出するようにし
   た特許請求の範囲第２項に記載の粒子解析装置。 ４、前記流通部の２つの面に照射する光束を平行光束と
   した特許請求の範囲第３項に記載の粒子解析装置。 ５、前記流通部の２つの面からの反射光を検出する前記
   光電検出器を分割型素子とした特許請求の範囲第３項に
   記載の粒子解析装置。 ６、前記光電検出器を４分割型素子とした特許請求の範
   囲第５項に記載の粒子解析装置。 ７、前記対物レンズと前記光軸及び焦点検出手段とは、
   同一のユニット内の所定位置に分離して配置するように
   した特許請求の範囲第２項に記載の粒子解析装置。 ８、前記ユニットを前記測光光学系の光軸に沿って移動
   可能にした特許請求の範囲第７項に記載の粒子解析装置
   。 ９、前記ユニットを合軸及び合焦状態に至るまで自動的
   に探索移動する機構を設けた特許請求の範囲第８項に記
   載の粒子解析装置。 １０、前記測光光学系内に集光レンズを設け、前記対物
   レンズ及び該集光レンズに関して検体粒子と共役な位置
   に開口絞りを設置した特許請求の範囲第１項に記載の粒
   子解析装置。 １１、前記光軸及び焦点検出手段は測光に使用する波長
   領域外の波長域の光を使用するようにした特許請求の範
   囲第２項に記載の粒子解析装置。 １２、前記光軸及び焦点検出手段からの信号による合軸
   及び合焦状態表示手段を設けた特許請求の範囲第２項に
   記載の粒子解析装置。 １３、前記測光用対物レンズが合軸及び合焦状態にある
   ときにのみ、測定を行い得るようにした特許請求の範囲
   第２項に記載の粒子解析装置。