PL182105B1

PL182105B1 - Urzadzenie do optycznego badania czastek plynu gazowego lub cieklego, zwlaszcza w dziedzinie analizy hematologicznej PL PL

Info

Publication number: PL182105B1
Application number: PL96314418A
Authority: PL
Inventors: Didier Lefevre; Bernard Kress
Original assignee: X Ab
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR100416245B1; DE69631714D1; CN1114825C; KR960042050A; AR002076A1; DE69631714T2; MX9601927A; CZ293673B6; PL314418A1; EP0744613A1; TW333612B; US5730941A; CZ149296A3; FR2734637A1; IL118400A; JPH08327529A; FR2734637B1; CN1153300A; IL118400A0; EP0744613B1

Abstract

1. Urzadzenie do optycznego badania czastek plynu g azowego lub cieklego, zwlaszcza w dziedzinie analizy hematologicznej, zawierajace przestrzen pomiarowa m aja- ca przejscie wymuszone dla plynu, zródlo swiatla, pierw- sze elementy optyczne zbierajace wiazke wyjsciowa swiatla pochodzaca ze zródla i dostarczajace te zebrana wiazke swiatla na poziomie przejscia wymuszonego w postaci wiazki przetworzonej majacej znane cechy geometryczne i widmowe, pierwsze elementy czujnikowe wysylajace do procesora analizujacego pierwsze sygnaly reprezentatywne dla pierwszych danych przeniesionych przez wiazke przejsciowa, drugie elementy optyczne zbierajace co najm niej czesc wiazki przejsciowej uzyska- nej po przejsciu przez przejscie wymuszone i dostarczaja- ce te wiazke przejsciowa z przejscia wymuszonego do pierwszych elementów czujnikowych w postaci przetwo- rzonej wiazki swiatla o znanych cechach geometrycznych i widmowych, przy czym co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i z drugich elementów optycznych zawiera co najm niej jeden dyfrakcyjny element optyczny, znamienne tym, ze co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i drugich elementów optycznych zawiera co najm niej jeden pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu cyfrowego z modulacja wypuklosci, na którym zachodzi interakcja pomiedzy wiazka wyjscio- wa (FI) emitowana z diody laserowej (31) wiazka.......... Fig. 5 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do optycznego badania cząstek płynu gazowego lub ciekłego, zwłaszcza w dziedzinie analizy hematologicznej. Wynalazek w szczególności

182 105 dotyczy urządzenia do kształtowania wiązek świetlnych wykorzystywanych w aparatach zliczających cząstki, zwłaszcza w dziedzinie cytometrii strumieni, hematologii i w diagnostyce medycznej.

Niektóre znane aparaty odróżniają automatycznie cząstki płynu w zależności od ich grupy przynależności, a w pewnych przypadkach od przynależności do podrozmaitości takiej grupy. Takie odróżnienia wymagają albo kilku różnych urządzeń, z których każde ma możliwość wykonywać część żądanej analizy, albo jednego urządzenia wyposażonego w kilka stref lub komór analitycznych ustawionych szeregowo.

Urządzenie mogące wykonać część tego typu analizy opisane jest we francuskim opisie patentowym nr 89 14120 tego samego zgłaszającego. Urządzenie to zawiera przestrzeń pomiarową (lub zbiornik) mającą przejście wymuszone dla płynu, pierwsze elementy optyczne zdolne do zbierania światła wychodzącego ze źródła, i do dostarczania tego zebranego światła na poziomie przejścia wymuszonego zależnie od wybranych cech geometrycznych i widmowych oraz pierwsze elementy czujnikowe mające możliwość dostarczania do procesora analizującego sygnałów, jako pierwszych sygnałów reprezentujących dane, jako „pierwsze dane” przeniesione przez światło, o wybranych cechach geometrycznych i widmowych, zebrane przez pierwsze elementy optyczne po przejściu przez przejście wymuszone.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5,370,842 znane jest z kolei rozwiązanie urządzenia, w którym co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i drugich elementów optycznych zawiera co najmniej jeden pierwszy dyfrakcyjny element optyczny, ale kształt tego elementu jest całkowicie odmienny od kształtu, a zwłaszcza powierzchni, dyfrakcyjnego elementu optycznego według niniejszego wynalazku.

Przez cechy widmowe rozumie się zarówno natężenie jak i długość fali źródła światła lub światła otrzymanego po interakcji z płynem na poziomie przejścia wymuszonego, a przez cechy geometryczne rozumie się kształt ogólny i topologię strefy iluminowanej lub odpowiedniej strefy pomiarowej czujnika.

Ponadto, przez elementy optyczne rozumie się układy optyczne do zbierania światła przed lub za przejściem wymuszonym, na przykład, obiektyw mikroskopowy, a przez elementy czujnikowe rozumie się elektroniczne elementy detektorowe takie jak, diody, fotopowielacz lub inny podobny czujnik.

Jedna z trudności tych pomiarów polega na tym, że badane cząstki płynu, które przechodzą przez przejście wymuszone będąc oświetlone muszą otrzymywać to samo natężenie światła w tych samych odstępach czasu, co oznacza, że rozkład światła na całej powierzchni określonej przez przejście wymuszone musi być równomierny. Wymaga to, wstępnego kształtowania wiązki dostarczanej przez źródło światła, i przeznaczonej do oświetlania tego przejścia.

Ponadto, z racji cech geometrycznych i widmowych światła otrzymanego po interakcji między płynem i wiązką światła pochodzącego ze źródła, konieczne jest obecnie stosowanie licznych i zajmujących miejsce elementów optycznych.

W rezultacie, znane urządzenia posiadają szereg niedogodności jak, na przykład, znaczne gabaryty, złożoność, stosunkowo znaczna rozpiętość błędów, która szkodzi wynikom pomiarów, lub brak funkcji różnicowania podrozmaitości danej grupy. Te niedogodności zostaną omówione bardziej szczegółowo w dalszej części opisu.

Celem wynalazku jest wykonanie urządzenia do optycznego badania cząstek płynu, typu opisanego na wstępie, które nie miałoby wad znanych urządzeń, zwłaszcza w zakresie wydajności, znacznych gabarytów, złożoności i kosztu.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie do optycznego badania cząstek płynu gazowego lub ciekłego, zwłaszcza w dziedzinie analizy hematologicznej, zawierające przestrzeń pomiarową mającą przejście wymuszone dla płynu, źródło światła, pierwsze elementy optyczne zbierające wiązkę wyjściową światła pochodzącą ze źródła i dostarczające tę zebraną wiązkę światła na poziomie przejścia wymuszonego w postaci wiązki przetworzonej mającej znane cechy geometryczne i widmowe, pierwsze elementy czujnikowe wysyłające do procesora analizującego pierwsze sygnały reprezentatywne dla pierwszych danych przeniesionych przez wiązkę przejściową, drugie elementy optyczne zbierające co najmniej część wiązki przejściowej

182 105 uzyskanej po przejściu przez przejście wymuszone i dostarczające tę wiązkę przejściową z przejścia wymuszonego do pierwszych elementów czujnikowych w postaci przetworzonej wiązki światła o znanych cechach geometrycznych i widmowych, przy czym co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i z drugich elementów optycznych zawiera co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny, charakteryzuje się tym, że co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i drugich elementów optycznych zawiera co najmniej jeden pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu cyfrowego z modulacją wypukłości, na którym zachodzi interakcja pomiędzy wiązką wyjściową emitowaną z diody laserowej, wiązką przejściową wysyłaną z przestrzeni pomiarowej, jako wiązką światła zbieranego, a wiązką przetworzoną przetworzoną wiązką przejściową i, przetworzoną wiązką dyfrakcyjną jako wiązką światła wysyłanego oraz, że ponadto zawiera dodatkowe elementy czujnikowe połączone z analizującym procesorem.

Korzystnie, dioda laserowa jest źródłem światła o promieniowaniu zasadniczo monochromatycznym, którego długość fali emisyjnej wywołuje fluorescencję co najmniej części płynu przechodzącego przez przejście wymuszone.

Korzystnie, dodatkowe elementy czujnikowe są drugim elementem czujnikowym w postaci fotopowielacza wysyłającego do analizującego procesora drugie sygnały reprezentatywne dla drugich danych przeniesionych przez fluorescencję emitowaną przez płyn podczas jego interakcji z wiązką przetworzoną na poziomie przejścia wymuszonego.

Korzystnie, jeden z dodatkowych elementów czujnikowych jest trzecim elementem czujnikowym w postaci detektora wysyłającego do analizującego procesora trzecie sygnały reprezentatywne dla trzecich danych przeniesionych przez przetworzoną wiązkę dyfrakcyjną odbitą przez płyn podczas jego interakcji ze światłem wiązki przetworzonej na poziomie przejścia wymuszonego.

Korzystnie, pierwsze elementy optyczne zawierają pierwszy dyfrakcyjny element optyczny, którego co najmniej jedna powierzchnia przednią która poddana jest interakcji z wiązką wyjściową wysłaną przez diodę laserową posiada pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym cechom geometrycznym i widmowym wiązki wysyłanej z diody laserowej i wiązki przetworzonej na poziomie przejścia wymuszonego.

Korzystnie, drugie elementy optyczne zawierają co najmniej jeden drugi dyfrakcyjny element optyczny, którego co najmniej jedna powierzchnia przednią która poddana jest interakcji z wiązką przejściową otrzymaną za przejściem wymuszonym, posiada drugi dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym funkcji przeniesienia częstotliwościowego i geometrycznego co najmniej jednego z pierwszych elementów czujnikowych w postaci fotodiody i trzecich elementów czujnikowych w postaci detektora.

Korzystnie, pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy i drugi dyfrakcyjny element trójwymiarowy stanowi odpowiednio pierwszą siatkę dyfrakcyjną i drugą siatkę dyfrakcyjną wygrawerowaną w przezroczystych podłożach na długości fali emisyjnej źródła światła i/lub długości fali fluorescencji.

Korzystnie, drugie elementy optyczne zawierają pierwszy dyfrakcyjny element optyczny, którego co najmniej jedna powierzchnia przednią która poddana jest interakcji z wiązką wyjściową wysłaną przez diodę laserową posiada pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym funkcji przeniesienia częstotliwościowego i geometrycznego między co najmniej jednym z pierwszych elementów czujnikowych w postaci fotodiody i trzecich elementów czujnikowych w postaci detektora.

Korzystnie, pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy stanowi pierwszą siatkę dyfrakcyjną wygrawerowaną w przezroczystym podłożu na długościach fali emisyjnej źródła światła i fluorescencji.

Korzystnie, że siatki dyfrakcyjne są typu cyfrowego z modulacją wypukłości, a ich funkcja dyfrakcyjna skojarzona jest z fazą i/lub amplitudą odpowiednio wiązki wyjściowej wysłanej przez diodę laserową i wiązki przejściowej otrzymanej za przejściem wymuszonym.

Korzystnie, siatki dyfrakcyjne posiadają modulację wypukłości co najmniej o dwóch poziomach, a korzystnie o szesnastu poziomach.

182 105

Korzystnie, kształt wiązki przetworzonej na poziomie przejścia wymuszonego ma postać zasadniczo płaskiej powierzchni zamkniętej o danej geometrii.

Korzystnie, płaska powierzchnia zamknięta jest prostokątna. Korzystnie, pierwszy dyfrakcyjny element optyczny jest typu Fresnela, a drugi dyfrakcyjny element optyczny jest typu Fouriera.

Korzystnie, pierwszy dyfrakcyjny element optyczny jest typu Fouriera, a drugi dyfrakcyjny element optyczny jest typu Fresnela.

Korzystnie, pierwszy dyfrakcyjny element optyczny zawiera jedną powierzchnię przednią mającą dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu Fresnela o szesnastu poziomach, a drugi dyfrakcyjny element optyczny zawiera jedną powierzchnię przednią mającą dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu Fouriera o szesnastu poziomach.

Korzystnie, co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny posiada dyfrakcyjny element trójwymiarowy rozdzielający szereg długości fal zawartych w wiązce wyjściowej.

Korzystnie, co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny posiada dyfrakcyjny element trójwymiarowy filtrujący długość fali i rozkład geometryczny fluorescencji i dostarczający światło przefiltrowanej fluorescencji do fotopowielacza.

Korzyścią proponowanego rozwiązania jest to, że żaden konwencjonalny geometryczny układ optyczny o małych gabarytach i o umiarkowanym koszcie nie umożliwia otrzymania iluminacji spełniającej podane cechy.

Podobnie, żadne konwencjonalne elementy optyczne o małych gabarytach i umiarkowanym koszcie nie umożliwiają zbierania światła powstającego z interakcji między płynem i światłem początkowym, z tak dużą skutecznością, umożliwiając przy tym filtrowanie geometryczne i /lub widmowe wiązki zbieranego światła. Zaletą rozwiązania jest i to, że badany płyn jest wstępnie obrabiany przez odpowiednie środki cytochemiczne, koloryzujące specyficznie niektóre podrozmaitości cząstek, które ten płyn zawiera, za pomocą barwnika fluorescencyjnego.

Zastępując źródło światła, znane ze stanu techniki jak, na przykład, lampę, przez źródło monochromatyczne w postaci diody laserowej, możliwe jest dostosowanie urządzenia do badanego płynu tak, aby długość fali emitowanej przez to źródło mogła powodować fluorescencję zabarwionych podrozmaitości.

Można przewidzieć zatem kilka przykładów wykonania urządzenia według wynalazku. Zgodnie z pierwszym przykładem, w którym stosuje się pojedynczy dyfrakcyjny element optyczny usytuowany przed przejściem wymuszonym do kształtowania wiązki wyjściowej światła, zbieranie światła pochodzącego z interakcji między płynem i światłem początkowym dokonuje się w sposób konwencjonalny przez refrakcyjne elementy optyczne. Zgodnie z drugim przykładem, w którym stosuje się jeden lub kilka dyfrakcyjnych elementów optycznych do zbierania wiązki światła pochodzącego z interakcji między płynem i światłem początkowym, kształtowanie światła początkowego dokonuje się w sposób konwencjonalny przez refrakcyjne elementy optyczne. Zgodnie z trzecim przykładem, stosuje się dyfrakcyjny element optyczny usytuowany przed przejściem wymuszonym w celu kształtowania światła początkowego, i jeden lub kilka dyfrakcyjnych elementów optycznych do zbierania światła pochodzącego z interakcji między płynem i światłem początkowym.

W pierwszym przykładzie wykonania, współdziałanie monochromatycznego źródła światła z dyfrakcyjnym elementem optycznym, umieszczonym przed przejściem wymuszonym i mogącym pracować z tym określonym źródłem, wzmacnia znacznie jakość iluminacji na płaszczyźnie powierzchni iluminowanej, a zwłaszcza równomierność natężenia iluminacji na całym polu tej powierzchni.

W drugim przykładzie wykonania, urządzenie może łączyć wiele różnych technik i technik analiz nieniszczących, a zwłaszcza technik obejmujących analizę fluorescencji, analizę przez przeniesienie i analizę dyfrakcji przy różnych kątach, o gabarytach bardziej ograniczonych niż w urządzeniach znanych ze stanu techniki. Ponadto, analizy te mogą być wykonywane jednocześnie i na jednej próbce.

Można również zastosować separację między kilkoma długościami fali zawartymi w wiązce wejściowej, aby utworzyć kilka wiązek monochromatycznych niewspółliniowych,

182 105 i aby ogniskować każdą wiązkę w danym, wstępnie określonym miejscu o określonej geometrii. Można również dokonać filtrowania widmowego i/lub geometrycznego.

W trzecim przykładzie wykonania, można wykluczyć wszystkie lub część tradycyjnych elementów optycznych jak, na przykład, obiektyw mikroskopowy lub soczewkę skupiającą.

Siatki dyfrakcyjne można wykonać przez klasyczną holografię graficzną doprowadzając do ścinania się prążków interferencyjnych w emulsji fotoczułej. Ale takie siatki nie zawsze mają żądaną stabilność czasową, a ich wytwarzanie przemysłowe jest trudniejsze niż wytwarzanie grawerowanej siatki dyfrakcyjnej.

Takie grawerowane siatki dyfrakcyjne mogą być wykonane przez mikiolitografię, na przykład, przez wiązkę elektronów lub ablację laserową. Z kolei podłoże może być wybrane w funkcji długości fali emisyjnej i długości fali fluorescencji tak, aby było możliwie najmniej absorbujące, umożliwiając wzmocnienie skuteczności dyfrakcyjnej optycznego elementu dyfrakcyjnego.

Jak nadmieniono, pierwsza i druga siatka dyfrakcyjna jest typu cyfrowego z modulacją wypukłości reprezentującą wstępnie określoną funkcję mającą możliwość spójnego działania dyfrakcyjnego odpowiednio na fazę i/lub amplitudę światła wyemitowanego przez źródło i światła otrzymanego po przejściu przez przejście wymuszone.

Każda funkcja określona jest za pomocą kalkulatora uwzględniając cechy światła, które ma być zbadane (źródło lub wiązka przeniesiona i fluorescencja) i powierzchni, która ma być iluminowana (płyn lub powierzchnia wykrywająca jednego lub kilku detektorów). To światło jest następnie przetworzone cyfrowo w elementy bazowe, które tworzą siatkę dyfrakcyjną. Każdy element ma dane położenie i daną wysokość, co uzasadnia zastosowanie siatki dyfrakcyjnej z modulacją wypukłości.

Modulacja jest wykonana cyfrowo, a wysokość każdego elementu jest kodowana w sposób binarny. Można więc skojarzyć jeden poziom modulacji z każdą wysokością Ilość poziomów modulacji zmienia się przez to według potęgi 2. Ta liczba może mieć zatem w zasadzie tylko wartości 2,4, 8,16 ....

Skuteczność dyfrakcji każdej siatki zależy od stopnia podobieństwa między obliczoną funkcją dyfrakcyjną i wygrawerowanym dyfrakcyjnym elementem trójwymiarowym. Ten stopień podobieństwa zależy od rozpiętości między dwoma kolejnymi poziomami, lub inaczej mówiąc od ilości poziomów określających maksymalną amplitudę funkcji dyfrakcyjnej.

Im ilość poziomów modulacji jest większa, tym skuteczność dyfrakcji jest większa. Ale można wykazać, że skuteczność ta wzrasta szybko aź do około 95%, gdy natężenie maksymalne funkcji jest przetworzone na 16 poziomów, wówczas zmierza ona bardzo powoli w kierunku asymptoty odpowiadającej 100% skuteczności. Jednak, koszty wytwarzania siatki z modulacją wypukłości wzrastają zasadniczo w funkcji wykładniczej wraz z liczbą poziomów. W rezultacie, modulacja na więcej niż 16 poziomach pociąga za sobą znacznie dodatkowe koszty wytwarzania siatki, przy stosunkowo małej poprawie skuteczności.

Dyfrakcyjne elementy optyczne mogą być, jak podkreślono powyżej, typu Fouriera lub Fresnela. Oczywiście, jeden może być typu Fresnela, podczas gdy inny, lub drugi, typu Fouriera lub na odwrót.

Przez układ optyczny Fouriera rozumie się element, który podaje wiązkę falową, której rzędy +1 i -1 są rzeczywiste, a to umożliwia dwa warianty. Pierwszy wariant zwany jako „osiowy”, w którym dwa rzędy +1 i -1 pokrywają się na osi optycznej elementu. Drugi wariant zwany jako „mimoosiowy”, w którym dwa rzędy +1 i -1 rozmieszczone są symetrycznie z obydwu stron osi optycznej elementu, bez pokrywania się. Drugi wariant umożliwia z pewnością otrzymanie bardziej właściwego układu, ponieważ wybór jednego z osiowo przesuniętych rzędów +1 lub -1 uwalnia od szczątkowego rzędu środkowego 0, dzieląc wydajność dyfrakcji przez dwa, ponieważ energia dostarczona przez każdy rząd nie jest dalej sumowana. Ten typ elementu zapewnia obraz przedmiotu w odległym polu, co oznacza, że obraz przedmiotu jest wyraźny dla nieskończoności.

Przez układ optyczny Fresnela rozumie się element, który podaje wiązkę falową, której rząd +1 jest rzeczywisty, a rząd -1 jest pozorny, co stwarza tylko jedną możliwość. Taki układ

182 105 jest więc równoważny soczewce o konwencjonalnej optyce geometrycznej. Ten typ elementu dostarcza obraz przedmiotu w polu bliskim.

Korzystnie, dyfrakcyjny element optyczny kształtujący wiązkę przed przejściem wymuszonym, zawiera jedną powierzchnię zawierającą element dyfrakcyjny typu Fresnela o szesnastu poziomach. To rozwiązanie jest obecnie preferowane, jak to wskazano powyżej, gdyż układ optyczny typu Fresnela zapewnia obraz przedmiotu w polu bliskim. W rezultacie element dyfrakcyjny może sam wykonać jednocześnie równomierny rozkład energii zawartej w wiązce padającej i ogniskować tę energię w danym miejscu jak, na przykład, przed czołem obiektywu, lub bezpośrednio na poziomie przejścia wymuszonego, bez konieczności wstawiania soczewki ogniskującej, co ma miejsce w układach optycznych typu Fouriera. Umożliwia to więc jeszcze bardziej zmniejszenie gabarytów urządzenia do badania.

Również jest korzystne, aby dyfrakcyjny element optyczny kształtujący światło za przejściem wymuszonym, zawierał jedną powierzchnię zawierającą element dyfrakcyjny typu Fouriera o szesnastu poziomach. To rozwiązanie jest szczególnie korzystne, gdyż jak to wykazano powyżej, układ optyczny Fouriera dostarcza obraz przedmiotu w polu odległym i może funkcjonować w układzie osiowym umożliwiając w ten sposób dostarczanie obrazu wyraźnego z wiązki przeniesionej i/lub z fluorescencji na stosunkowo oddaloną powierzchnię czujnikową, bez konieczności stosowania innych elementów optycznych, i przy minimalnej stracie sygnału świetlnego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pierwszy przykład wykonania urządzenia według wynalazku, fig. 2 przedstawia w powiększeniu część środkową strefy interakcji między cechowaną wiązką analityczną i płynem w urządzeniu z fig. 1, fig. 3A przedstawia część dyfrakcyjnego elementu optycznego do modulacji na dwóch poziomach, w przekroju poprzecznym, fig. 3B przedstawia część dyfrakcyjnego elementu optycznego do modulacji na szesnastu poziomach, w przekroju poprzecznym, fig. 4 ilustruje obraz siatki dyfrakcyjnej typu Fresnela o dwóch poziomach fazy, fig. 5 przedstawia schematycznie drugi przykład wykonania urządzenia według wynalazku, fig. 6 ilustruje obraz siatki dyfrakcyjnej typu Fouriera o dwóch poziomach fazy, fig. 7 przedstawia schematycznie wariant częściowy i uproszczony urządzenia z fig. 5, a fig. 8 przedstawia schematycznie trzeci przykład wykonania urządzenia według wynalazku.

Pierwszy przykład wykonania urządzenia według wynalazku przedstawiony jest na fig. 1 i 2. Urządzenie zawiera źródło światła monochromatycznego o bardzo małym zużyciu energii elektrycznej, którego długość fali emisyjnej jest dobrana w funkcji pasma widmowego wzbudzenia barwnika fluorescencyjnego wybranego do barwienia niektórych podrozmaitości cząstek analizowanego płynu. Korzystnie, źródłem światła jest dioda laserowa, ale może być nim także laser lub inne źródło, którego długość falowa i moc emisyjna wywołują fluorescencję analizowanych podrozmaitości barwnych.

Dioda laserowa 31 wysyła wiązkę wyjściową FI w przybliżeniu eliptyczną w przekroju poprzecznym, której energia ma rozkład normalny (Gaussa), w kierunku dyfrakcyjnego elementu optycznego 32, na który ona następnie pada. Ten element optyczny 32 ma powierzchnię przednią 33 usytuowaną na wprost diody czynnej, która to powierzchnia działa na wiązkę wyjściową FI wysyłaną przez diodę laserową 31 tak, że wiązka ta ma wybrane cechy geometryczne i widmowe, na poziomie przejścia wymuszonego 15 przestrzeni pomiarowej 8, która w omawianym przypadku utworzona jest przez zbiornik. Wiązka przetworzona przez dyfrakcyjny element optyczny 32 określona jest jako FC.

Cechy geometryczne odnoszą się do kształtu wiązki przetworzonej FC i do jej wymiarów w przejściu wymuszonym 15, w którym wymiary te muszą być zasadniczo równie poprzecznym wymiarom strumienia. W opisanym przykładzie, wiązka ma kształt prostokątny, na przykład, o wymiarach 100 pm x 30 pm. Oczywiście, w innych zastosowaniach, lub jeśli mierzona przestrzeń nie jest utworzona przez zbiornik, kształt wiązki przetworzonej FC na poziomie przejścia wymuszonego 15 może być inny niż prostokątny. Ta sama kwestia dotyczy wymiarów. Prawie wszystkie kształty wiązki mogą być tu zastosowane, ponieważ

182 105 element dyfrakcyjny wykonany jest w zależności od cech źródła i od cech, które musi posiadać wiązka na poziomie przejścia wymuszonego 15 w przestrzeni pomiarowej 8.

Ponadto, cechy widmowe mają wpływ na rozkład energii na poziomie przejścia wymuszonego, który musi być prawie jednakowy, korzystnie z odchyleniami mniejszymi niż 5%, na całym prostokącie opisanym powyżej, i na monochromatyczność wiązki, która jest zapewniona bezpośrednio przez źródło światła.

W przedstawionym przykładzie wykonania wynalazku, dyfrakcyjny element optyczny 32 dostarcza w rzeczywistości wiązkę przetworzoną FC o jednolitym i prostokątnym rozkładzie energii, ale o wymiarach większych od wymiarów opisanych poprzednio, na poziomie czoła pierwszego obiektywu 6 mikroskopu, powiększającego dwudziestokrotnie, który zmniejsza wymiary wiązki prostokątnej tak, że wymiary te są równe wymiarom wymaganym na poziomie przejścia wymuszonego 15, to jest 100 pm x 30 pm. Istnieje więc współdziałanie pomiędzy elementem dyfrakcyjnym i pierwszym obiektywem 6, w celu wytworzenia wiązki przetworzonej FC na poziomie przestrzeni pomiarowej. Ale jest zrozumiałe, że można pominąć takie współdziałanie, a wtedy element dyfrakcyjny wytwarza wiązkę o cechach wybranych bezpośrednio na poziomie przejścia wymuszonego 15 przestrzeni pomiarowej 8.

Ponadto, w przedstawionym przykładzie, wiązka wyjściowa FI utworzona przez diodę laserową 31, skierowana jest prostopadle do osi analizy optycznej. W rezultacie, aby dojść do pierwszego obiektywu 6, wiązka wyjściowa FI ulega odbiciu pod kątem 90° na dwubarwnej płytce 34 ustawionej w osi analizy optycznej.

Poza pierwszym obiektywem 6 mikroskopu, wiązka przetworzona FC przechodzi przez przejście wymuszone 15 przestrzeni pomiarowej 8. Wiązka ta jest wówczas przetworzona na wiązkę przejściową FT przez interakcję z płynem, a następnie przechodzi do drugiego obiektywu 18 mikroskopu, takiego samego jak pierwszy obiektyw 6, który ją formuje i kieruje do separatora sześciennego 19, który z kolei odbija wiązkę pod kątem prostym w kierunku zbiorczej fotodiody 20. Fotodioda 20 umieszczona jest w takiej odległości od przejścia wymuszonego 15, która jest równa odległości oddzielającej dyfrakcyjny element optyczny 32 od tego samego przejścia wymuszonego 15. Zatem, wymiary wiązki przejściowej FT na poziomie fotodiody 20 są zasadniczo równe wymiarom, które ma wiązka na wyjściu z dyfrakcyjnego elementu optycznego 32. Drugi obiektyw 18, separator sześcienny 19 i fotodioda 20 tworzą pierwsze elementy optoelektroniczne.

Fotodioda 20 mierzy natężenie wiązki przejściowej FT, która jest bardziej lub mniej pochłaniana przez różne podrozmaitości cząstek płynu, przy wzajemnym oddziaływaniu wiązki i tych cząstek. Zmiana w zakresie pochłaniania, która umożliwia różnicowanie podrozmaitości cząstek wynika nie tylko z ich różnych objętości, ale także z ich właściwości. Ten pomiar przetworzony jest w sygnały, które skierowane są do analizującego procesora 24, w którym sygnały te są ewentualnie korelowane z innymi sygnałami wysyłanymi z zespołu 23, w celu zliczenia podrozmaitości cząstek. Ten sposób, jak również inne, które umożliwiają dokonanie pomiarów przez rezystywność i przez przeniesienie są dobrze znane znawcom przedmiotu i są szczegółowo omówione w wyżej podanym francuskim opisie patentowym.

Można również zastosować sposób ustawienia obiektywów, zasadniczo w osi wiązki przejściowej FT. W tym sposobie tworzenie obrazu nakładanego na siebie z wiązki przetworzonej FC na poziomie przejścia wymuszonego 15 i z płynu umożliwia matówka, przy czym soczewka rozpraszająca umieszczona jest wtedy pomiędzy matówką i separatorem sześciennym 19 przeznaczonym do powiększania obrazu poprzednio nałożonego.

Stosowane urządzenie zawiera również dnigie elementy optoelektroniczne utworzone z elementów optycznych i czujników do zbierania innych danych w przestrzeni pomiarowej.

W rzeczywistości, długość fali emisyjnej diody laserowej 31 jest dobrana tak, aby wywołać fluorescencję niektórych podrozmaitości cząstek zawartych w analizowanym płynie i wstępnie zabarwionych przez odpowiedni barwnik fluorescencyjny. Barwnik zawarty w cząstkach zabarwionych, poddany określonemu i przypadkowemu promieniowaniu świetlnemu, pochłania to promieniowanie i prawie natychmiast, bo w czasie 10'⁸ sekund w sposób izotropowy, reemituje promieniowanie o długości fali większej od promieniowania przypadkowego. Ta reemisja jest zwana fluorescencją. Jest więc możliwe odzyskanie części fluore

182 105 scencji, albo przy kącie 90° względem osi analizy optycznej, albo przy ustawieniu równoległym do tej osi uzyskując epifluorescencję.

Urządzenie z fig. 1 przedstawia pomiar epifluorescencji przy kącie 0°, przy którym fluorescencja przebiega równolegle do osi optycznej w kierunku przeciwnym do wiązki wyjściowej FI wysłanej przez diodę laserową 31.

Fluorescencja zbierana jest przez pierwszy obiektyw 6, następnie przez dwubarwną płytkę 34, i kierowana jest do interferencyjnego filtra 35, który wybiera tylko długość fali fluorescencji cząstek fluorescencyjnych, co umożliwia odrzucenie wszystkich innych nieużytecznych długości fali jak, na przykład, długość fali diody laserowej. Następnie, po przefiltrowaniu fluorescencja zbierana jest przez fotopowielacz 36 połączony z analizującym procesorem 24. Natężenie mierzone przez fotopowielacz 36 w danych odstępach czasu, skorelowane jest z innymi pomiarami przez przeniesienie i przez rezystywność, co umożliwia otrzymanie danych o niektórych podrozmaitościach cząstek, a zwłaszcza o ich poszczególnych ilościach.

Jest zrozumiałe, że położenia fotopowielacza i diody laserowej sprzężonej z elementem dyfrakcyjnym można łatwo zmienić. Podobnie, można wykonać urządzenie według wynalazku umieszczając diodę laserową sprzężoną z elementem dyfrakcyjnym, równolegle do optycznej osi analizy, oraz umieszczając drugie elementy optoelektroniczne do zbierania fluorescencji, na przykład, fotopowielacz i filtr interferencyjny, na wprost przestrzeni pomiarowej 8, aby zbierać fluorescencję pod kątem 90° względem optycznej osi analizy.

Przedstawiony na fig. 3A, 3B i 4 dyfrakcyjny element optyczny 32 zawiera na swojej powierzchni przedniej 33, położonej na wprost diody laserowej 31, dyfrakcyjny element trójwymiarowy utworzony przez zestawienie elementów bazowych w przybliżeniu kwadratowych mających różną wysokość. Takie zestawienie tworzy siatkę dyfrakcyjną 38 z modulacją wypukłości. Wysokość każdego elementu bazowego otrzymana jest przez przekształcenie wartości analogowych na postać cyfrową funkcji w zakresie spójnego działania dyfrakcyjnego na fazę i/lub amplitudę światła emitowanego przez to źródło światła.

Niezbędne obliczenie przeprowadzane jest za pomocą oprogramowania koncepcyjnego systemów optycznych, wspomaganego przez komputer. Znając cechy fal wiązki wyjściowej FI dostarczonej przez diodę laserową 31 oraz cechy, które fale wiązki muszą posiadać na poziomie czoła obiektywu 6, możliwe jest, przystosowując dyfrakcyjny element optyczny 32 do macierzy łańcuchowej i stosując algorytm metody iteracyjnej mogący rozwiązywać równania Maxwell'a, obliczenie funkcji dyfrakcyjnej pozwalającej przetworzyć wiązkę wysyłaną przez diodę laserową na wiązkę analityczną. Oczywiście, chociaż algorytm opiera się na metodzie iteracyjnej, może być konieczne dokonywanie kolejnych przybliżeń, aby określić funkcję dyfrakcyjną.

Do obliczeń może być użyta pewna ilość algorytmów jak, na przykład, algorytmy znane pod nazwami: „algorytm odprężenia symulowanego”, „algorytm Gerchberg-Saxton'a w bliskim polu”, „algorytm dyfuzji błędów złożonych” lub „algorytm genetyczny oparty na teorii ewolucji Darwina”. Te algorytmy uwzględniają również właściwości podłoża, na którym wykonany jest element dyfrakcyjny, technologię wytwarzania siatki dyfrakcyjnej na tym elemencie, i typ siatki, na przykład, Fouriera lub Fresnela. Korzystniejsza jest siatka Fresnela, gdyż dostarczając obrazy w bliskim polu, nie wymaga stosowania soczewki skupiającej.

W przypadku obliczania funkcji dyfrakcyjnej, konieczne jest jej przekształcanie z postaci analogowej na postać cyfrową tak, aby można było przetworzyć tę funkcję w plik informatyczny reprezentatywny dla elementu trójwymiarowego w postaci cyfrowej tworzącego siatkę dyfrakcyjną. Ten plik jest na ogół w postaci macierzy mającej 1024 x 1024 elementów, z których każdy koduje jedną część elementu trójwymiarowego.

W tym celu kojarzy się wartość binarną lub jeden poziom z wartością funkcji w danym punkcie. Ponieważ kodowanie ma charakter binarny, to jego dokładność zależy od podziałki występującej pomiędzy dwiema kolejnymi wartościami. Aby otrzymać podziałkę bardzo małą, konieczne jest, aby maksymalna amplituda funkcji odpowiadała możliwie największej ilości poziomów.

182 105

Z racji materialnych nie jest możliwe określenie tu w sposób wyczerpujący, ponad 1024 x 1024 punktów siatki dyfrakcyjnej, na przykład, typu Fresnela o dwóch poziomach fazy. Obraz o dwóch poziomach, czarnym i białym, przykładu takiej siatki dyfrakcyjnej przedstawiony jest na fig. 4.

Jak wytłumaczono na wstępie, powyżej szesnastu poziomów, sprawność dyfrakcyjna elementu optycznego wzrasta bardzo powoli, podczas gdy koszt jego wytwarzania rośnie bardzo szybko. W rezultacie, optyczny element dyfrakcyjny o 16 poziomach, który daje sprawność dyfrakcyjną około 95%, jest wystarczający dla uzyskania wiązki analizowanej o stałej jednorodności w zakresie około 5%.

Na fig. 3A i 3B można również zauważyć przekrój poprzeczny dyfrakcyjnego elementu optycznego 32, którego bazowe elementy 37 jego siatki dyfrakcyjnej 38 są odpowiednio binarne (A) lub na 16 poziomach (B).

Działanie dyfrakcyjnego elementu optycznego 32 określone jest przez prawa dyfrakcji, przy czym każdy element bazowy 37 ma wymiary zasadniczo równe lub mniejsze od długości fali emisyjnej diody laserowej 31. W rezultacie, w celu wykonania tych elementów bazowych, konieczne jest zastosowanie technologii, w której rozdzielczość jest rzędu dziesiątek nanometrów. Obecnie, najlepszą techno logią jest mikrolitografia, w szczególności mikrolitografia wykorzystująca maskę chromową o binarnych poziomach szarości. Maska chromowa wykonana jest w postaci poziomów szarości zakodowanych w sposób binarny, dokładnie jak w obrazie rozjaśnionej szarości, wytworzonym przez drukarkę laserową. Taka maska nakładana jest na warstwę ochronną która z kolei nakładana jest na podłoże. Maska oświetlona jest przez światło ultrafioletowe, które na skutek różnych poziomów tej maski powoduje naświetlenie warstwy ochronnej zmiennymi dawkami. Warstwa ochronną która zawiera obraz wypukłości podlegających przeniesieniu, jest wówczas wywoływaną przez co wypukłości te zostają ujawnione. Wywołane wypukłości warstwy ochronnej przenoszone są wówczas na podłoże przez obróbkę z jonowym odczynnikiem selektywnym, bardziej znaną w języku angielskim ze skrótu RIBE.

Każdy element bazowy 37 jest zatem wygrawerowany w przezroczystym podłożu 39 na długości fali emisyjnej diody laserowej 31. To podłoże wykonane jest z materiału typu kwarc lub BK7.

Oczywiście, można również zastosować inne rodzaje podłoża. Podobnie, technologie mogą być inne niż te opisane poprzednio. Można zastosować wszelkie sposoby umożliwiające wytworzenie siatki dyfrakcyjnej typu opisanego powyżej. Zatem, można stosować technologię wytłaczanią jak to ma miejsce w dziedzinie wytwarzania dźwiękowych płyt kompaktowych.

Korzystny przykład wykonania wynalazku, przedstawiony jest na fig. 5, zawierając ogół elementów urządzenia z fig. 1, z wyjątkiem obiektywu 18 zastąpionego przez drugi dyfrakcyjny element optyczny 42, który otrzymuje na swoją wejściową powierzchnię przednią 43 wiązkę przejściową FT pochodzącą z przestrzeni pomiarowej 8, i przekształca ją na przetworzoną wiązkę przejściową FTT i przetworzoną wiązkę dyfrakcyjną FDT.

Urządzenie zawiera więc pierwsze elementy optoelektroniczne w postaci separatora sześciennego 19 i fotodiody 20, umieszczone za przestrzenią pomiarową 8, i drugi dyfrakcyjny element optyczny 42 do dokonywania analiz przez przeniesienie stosując przetworzoną wiązkę przejściową FTT, jak również drugie elementy optoelektroniczne w postaci dwubarwnej płytki 34, filtra interferencyjnego 35 i fotopowielacza 36 do dokonywania analiz fluorescencji, przy czym te drugie elementy optyczne umieszczone są przed przejściem wymuszonym 15, aby zbierać epifluorescencję.

W tym przykładzie wykonania stosuje się również, umieszczone za przejściem wymuszonym 15 i za drugim dyfrakcyjnym elementem optycznym 42, trzecie elementy optoelektroniczne do dokonywania analiz dyfrakcyjnych pod różnymi kątami względem przetworzonej wiązki dyfrakcyjnej FDT. Ta technologia analizy, która jest dobrze znana specjalistom z tej dziedziny, umożliwia otrzymanie informacji o stanie powierzchni, morfologii (kształt) i zawartości niektórych cząstek, w zależności od kąta dyfrakcji, który tworzy wiązka dyfrakcyjna FD powstająca z interakcji między płynem i częścią wiązki wejściowej FI.

182 105

Te trzecie elementy optoelektroniczne zawierają detektor 40 umożliwiający dostarczenie do analizującego procesora 24, z którym jest połączony, sygnałów analogowych (które mogą być także cyfrowe) reprezentatywnych dla danych przenoszonych przez przetworzoną wiązkę dyfrakcyjną FDT. Detektor 40 zawiera, na przykład, jedną lub kilka cewek mikrokanalikowych, lub wiele mikrokomórek fotoelektrycznych umożliwiających dokładne określenie współrzędnych płaskich fotonu dyfrakcyjnego, który dochodzi do tego detektora.

Po przyjęciu sygnału wychodzącego z detektora 40, procesor 24 może dokładnie określić kąt dyfrakcji. Ten sygnał może być skorelowany z innymi sygnałami pochodzącymi z dróg analizy jak, na przykład, z fotodiody 20, fotopowielacza 36, czy z zespołu 23, aby w ten sposób określić dane dotyczące podrozmaitości cząstki, która spowodowała tę dyfrakcję.

Na fig. 3A, 3B i 6 przedstawiono drugi dyfrakcyjny element optyczny 42, który może być wykonany w ten sam sposób jak pierwszy dyfrakcyjny element optyczny 32, na przykład, przez grawerowanie. Jednak jego dyfrakcyjny element trójwymiarowy, a więc i jego siatka dyfrakcyjna 48 z modulacją wypukłości, jest całkowicie różna od pierwszego elementu. W rezultacie, poszczególne części tego elementu określone zostały przez analogiczne odnośniki liczbowe, po powiększeniu o 10.

Natomiast, w przykładzie wykonania innym od wymienionego, w którym fluorescencja byłaby zbierana za przestrzenią pomiarową pod kątem 0°, podłoże elementu dyfrakcyjnego może nie być takie same jak podłoże pierwszego elementu, zważywszy, że musi być przezroczyste, nie tylko przy długości fali światła wytwarzanego przez źródło światła, ale również przy długości fali fluorescencji. Element trójwymiarowy utworzony jest przez nałożenie na siebie elementów bazowych w przybliżeniu kwadratowych, i o zmiennej wysokości. To nałożenie na siebie elementów tworzy siatkę dyfrakcyjną 48 z modulacją wypukłości wygrawerowanej na powierzchni przedniej 43, na wprost przejścia wymuszonego 15.

Obliczenie dyfrakcyjnego elementu trójwymiarowego jest również wykonane za pomocą oprogramowania koncepcyjnego systemów optycznych, wspomaganego przez komputer. Element optyczny przystosowany jest do funkcji przenoszenia między dwoma wejściami utworzonymi z wiązki przejściowej FT i wiązki dyfrakcyjnej FD pochodzących z przestrzeni pomiarowej 8, i wyjściami stanowiącymi drogi analizy przez przeniesienie i przez dyfrakcję. W rzeczywistości funkcja przeniesienia musi zapewnić ogniskowanie, bez straty danych, wiązki przekazywanej na powierzchnię detekcyjną fotodiody 20 i wiązki dyfrakcyjnej przekazywanej na powierzchnię detekcyjną detektora 40 tak, że kąt danej dyfrakcji na wyjściu przestrzeni pomiarowej 8 odpowiada elementowi dyfrakcyjnemu na detektorze 40. Parametrami obliczeniowymi są więc, na wejściu, długość fali lub częstotliwość źródła światłą geometria wiązki przejściowej FT i geometria wiązek dyfrakcyjnych FD, a na wyjściu, geometria przetworzonej wiązki przejściowej FTT na poziomie powierzchni detekcyjnej fotodiody 20 i geometria przejściowej wiązki dyfrakcyjnej FDT na poziomie powierzchni detekcyjnej detektora 40.

Oczywiście, jeśli drugi dyfrakcyjny element optyczny musiałby również przetwarzać fluorescencję, jego funkcja przenoszenia musiałaby także uwzględnić, na wejściu, długość fali i rozkład geometryczny fluorescencji, a na wyjściu, geometrię „wiązki” fluorescencyjnej przekazywanej na poziomie filtra interferencyjnego 35. Dla drugiego dyfrakcyjnego elementu optycznego 42 korzystna jest siatka Fouriera ponieważ, z jednej strony, umożliwią gdy jest w ustawieniu osiowym, ograniczenie do minimum strat danych, a z drugiej strony, poprzez dostarczanie obrazów w polu odległym, umożliwia bezpośrednie ogniskowanie wiązek na oddalonych detektorach bez konieczności stosowania soczewki skupiającej. Oczywiście, można również zastosować grawerowanie siatki Fresnelą ale wówczas trzeba doprowadzić do sprzęgnięcia tego drugiego elementu z soczewką skupiającą.

Korzystnie, modulacja wypukłości drugiej siatki jest typu, który występuje na 16 poziomach, co umożliwia uzyskanie sprawności dyfrakcji około 95%. Taka wydajność jest konieczną na przykład, ze względu na bardzo małą ilość fotonów dyfrakcyjnych.

Z powodów materialnych, nie jest możliwe określenie tu w sposób wyczerpujący, ponad 1024 x 1024 punktów, siatki dyfrakcyjnej, na przykład, typu Fouriera o dwóch poziomach

182 105 fazy. Obraz o dwóch poziomach, czarnym i białym, przykładu takiej siatki dyfrakcyjnej przedstawiony jest na fig. 6.

Chociaż wynalazek został opisany w nawiązaniu do analizy hematologicznej, może on także służyć do innych porównywalnych zastosowań, z lub bez fluorescencji, mieszcząc się w ramach podanego zakresu ochrony.

Taki przypadek przedstawia urządzenie częściowo zilustrowane na fig. 7, które stanowi uproszczony wariant urządzenia przedstawionego na fig. 5. Ten wariant wykorzystuje elementy opisane w nawiązaniu do fig. 5, z wyjątkiem drugich elementów optoelektronicznych jak, dwubarwna płytka 34, filtr interferencyjny 35 i fotopowielacz 36, które stanowią drogę zbierania fluorescencji, ogniskującego obiektywu 6 i detektora 40 do zbierania światła dyfrakcyjnego.

Dyfrakcyjny element optyczny 42 ogniskuje na powierzchni detekcyjnej fotodiody 20 obraz bliskiego pola światła na poziomie przejścia wymuszonego 15. W tym celu, dyfrakcyjny element optyczny 42 zawiera na swojej zbierającej powierzchni przedniej 43 element dyfrakcyjny typu Fresnela. Ponadto, z uwagi na usunięcie drogi dla zbierania fluorescencji, dioda laserowa 31, jako źródło światła, może być umieszczona w osi drogi analizy. Obydwa dyfrakcyjne elementy optyczne 32 i 42 mogą być przyklejone na ściankach przestrzeni pomiarowej 8. W tym przypadku jest korzystne, aby element dyfrakcyjny powierzchni przedniej 33 dyfrakcyjnego elementu optycznego 32 był również typu Fresnela. W ten sposób produkuje się urządzenia o bardzo małych gabarytach, szczególnie proste do wykonania i mało kosztowne.

Ponadto, w opisanych przykładach wykonania urządzenie zawiera albo tylko jeden dyfrakcyjny element optyczny do kształtowania światła początkowego, albo dyfrakcyjny element optyczny do kształtowania światła początkowego i dyfrakcyjny element optyczny do zbierania światła powstałego w wyniku interakcji między płynem i źródłem światła. Ale oczywiście, mogą być również stosowane inne przykłady wykonania jak, na przykład, rozwiązanie, w którym stosuje się tylko jeden lub kilka dyfrakcyjnych elementów optycznych, w celu zbierania światła powstałego przez interakcję między płynem i źródłem światła. Taki przykład wykonania przedstawiony jest na fig. 8. Zawiera on elementy opisane w nawiązaniu do fig. 5, z wyjątkiem dyfrakcyjnego elementu optycznego 32, który jest zastąpiony przez zespół kolimacyjny 50 wiązki wyjściowej FI, wysyłanej przez źródło światła, i przez przysłonę 51, korzystnie o przekroju prostokątnym. Źródłem światła jest, na przykład, dioda laserowa 31, która dostarcza wiązkę wyjściową FI o przekroju eliptycznym, rozbieżną i o rozkładzie normalnym. Przysłona 51 wybiera część środkową rozkładu normalnego, aby zapewnić równomierny rozkład mocy świetlnej wytwarzanej na poziomie przejścia wymuszonego 15. Takie urządzenie łączy więc układ optyczny typu refrakcyjnego, kształtujący wiązkę, z układem optycznym typu dyfrakcyjnego do zbierania światła pochodzącego z interakcji między płynem i źródłem światła.

Mogą być również stosowane inne rozwiązania jak, na przykład, rozwiązanie, w którym stosuje się dyfrakcyjny element optyczny do kształtowania wiązki światła, i kilka dyfrakcyjnych elementów optycznych do zbierania światła powstałego z interakcji między płynem i źródłem światła. Takie rozwiązania mogą być zastosowane wówczas, gdy urządzenie przeznaczone jest zwłaszcza do rozdzielania wiązek światła o różnych długościach fali. W tym celu, można ustawić równolegle na wyjściu siatki rozpraszającej lub pryzmatu rozpraszającego, któiy jest umieszczony na wyjściu przestrzeni pomiarowej, którą może być przestrzeń prawie zamknięta jak w opisanym przykładzie lub strefa otwarta, różne dyfrakcyjne elementy optyczne przeznaczone do przetworzenia danej długości fali. Każdy dyfrakcyjny element optyczny ma wówczas dyfrakcyjny element trójwymiarowy, który jest z nim ściśle związany tak, że zapewnia filtrowanie długości fali i/lub geometrycznego rozkładu odpowiedniego strumienia światła, a następnie dostarcza tak przefiltrowane światło za pomocą odpowiedniego czujnika, według cech geometrycznych i widmowych wybranych w funkcji cech tego czujnika.

182 105

ο OJ

Fig. 7

182 105

FIG. 6

182 105

FIG. 4

182 105

Fig. 3Α 39 J Fig.3B

182 105 co co

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do optycznego badania cząstek płynu gazowego lub ciekłego, zwłaszcza w dziedzinie analizy hematologicznej, zawierające przestrzeń pomiarową mającą przejście wymuszone dla płynu, źródło światła, pierwsze elementy optyczne zbierające wiązkę wyjściową światła pochodzącą ze źródła i dostarczające tę zebraną wiązkę światła na poziomie przejścia wymuszonego w postaci wiązki przetworzonej mającej znane cechy geometryczne i widmowe, pierwsze elementy czujnikowe wysyłające do procesora analizującego pierwsze sygnały reprezentatywne dla pierwszych danych przeniesionych przez wiązkę przejściową, drugie elementy optyczne zbierające co najmniej część wiązki przejściowej uzyskanej po przejściu przez przejście wymuszone i dostarczające tę wiązkę przejściową z przejścia wymuszonego do pierwszych elementów czujnikowych w postaci przetworzonej wiązki światła o znanych cechach geometrycznych i widmowych, przy czym co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i z drugich elementów optycznych zawiera co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny, znamienne tym, że co najmniej jeden z pierwszych elementów optycznych i drugich elementów optycznych zawiera co najmniej jeden pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu cyfrowego z modulacją wypukłości, na którym zachodzi interakcja pomiędzy wiązką wyjściową (FI) emitowaną z diody laserowej (31) wiązką przejściową (FT) wysyłaną z przestrzeni pomiarowej (8), jako wiązką światła zbieranego, a wiązką przetworzoną (FC), przetworzoną wiązką przejściową (FTT) i przetworzoną wiązką dyfrakcyjną (FDT), jako wiązką światła wysyłanego oraz, że ponadto zawiera dodatkowe elementy czujnikowe połączone z analizującym procesorem (24).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dioda laserowa (31) jest źródłem światła o promieniowaniu zasadniczo monochromatycznym, którego długość fali emisyjnej wywołuje fluorescencję co najmniej części płynu przechodzącego przez przejście wymuszone (15).
3. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że dodatkowe elementy czujnikowe są drugim elementem czujnikowym w postaci fotopowielacza (40) wysyłającego do analizującego procesora (24) drugie sygnały reprezentatywne dla drugich danych przeniesionych przez fluorescencję emitowaną przez płyn podczas jego interakcji z wiązką przetworzoną (FC) na poziomie przejścia wymuszonego (15).
4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jeden z dodatkowych elementów czujnikowych jest trzecim elementem czujnikowym w postaci detektora (40) wysyłającego do analizującego procesora (24) trzecie sygnały reprezentatywne dla trzecich danych przeniesionych przez przetworzoną wiązkę dyfrakcyjną (FDT) odbitą przez płyn podczas jego interakcji ze światłem wiązki przetworzonej (FC) na poziomie przejścia wymuszonego (15).
5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsze elementy optyczne zawierają pierwszy dyfrakcyjny element optyczny (32), którego co najmniej jedna powierzchnia przednia (33), która poddana jest interakcji z wiązką wyjściową (FI) wysłaną przez diodę laserową (31), posiada pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym cechom geometrycznym i widmowym wiązki (FI) wysyłanej z diody laserowej (31) i wiązki przetworzonej (FC) na poziomie przejścia wymuszonego (15).
6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że drugie elementy optyczne zawierają co najmniej jeden drugi dyfrakcyjny element optyczny (42), którego co najmniej jedna powierzchnia przednia (43), która poddana jest interakcji z wiązką przejściową (FT) otrzymaną za przejściem wymuszonym (15), posiada drugi dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym funkcji przeniesienia częstotliwościowego i geometrycznego co najmniej jednego z pierwszych elementów czujnikowych w postaci fotodiody (20) i trzecich elementów czujnikowych w postaci detektora (40).

182 105
7. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy i drugi dyfrakcyjny element trójwymiarowy stanowi odpowiednio pierwszą siatkę dyfrakcyjną (38) i drugą siatkę dyfrakcyjną (48) wygrawerowaną w przezroczystych podłożach (39, 49) na długości fali emisyjnej źródła światła i/lub długości fali fluorescencji.
8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że drugie elementy optyczne zawierają pierwszy dyfrakcyjny element optyczny (42), którego co najmniej jedna powierzchnia przednia (43), która poddana jest interakcji z wiązką wyjściową (FI) wysłaną przez diodę laserową (31), posiada pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy o kształcie odpowiadającym funkcji przeniesienia częstotliwościowego i geometrycznego między co najmniej jednym z pierwszych elementów czujnikowych w postaci fotodiody (20) i trzecich elementów czujnikowych w postaci detektora (40).
9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że pierwszy dyfrakcyjny element trójwymiarowy stanowi pierwszą siatkę dyfrakcyjną (48) wygrawerowaną w przezroczystym podłożu (49) na długościach fali emisyjnej źródła światła i fluorescencji.
10. Urządzenie według zastrz. 7 albo 9, znamienne tym, że siatki dyfrakcyjne (38, 48) są typu cyfrowego z modulacją wypukłości, a ich funkcja dyfrakcyjna skojarzona jest z fazą i/lub amplitudą odpowiednio wiązki wyjściowej (FI) wysłanej przez diodę laserową (31) i wiązki przejściowej (FT) otrzymanej za przejściem wymuszonym (15).
11. Urządzenie według zastrz. 10, znamienne tym, że siatki dyfrakcyjne (38, 48) posiadają, modulację wypukłości co najmniej o dwóch poziomach, a korzystnie o szesnastu poziomach.
12. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że kształt wiązki przetworzonej (FC) na poziomie przejścia wymuszonego (15) ma postać zasadniczo płaskiej powierzchni zamkniętej o danej geometrii.
13. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że płaska powierzchnia zamknięta jest prostokątna
14. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że pierwszy dyfrakcyjny element optyczny (32) jest typu Fresnela.
15. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że drugi dyfrakcyjny element optyczny (42) jest typu Fouriera.
16. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że pierwszy dyfrakcyjny element optyczny (32) jest typu Fouriera.
17. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że drugi dyfrakcyjny element optyczny (42) jest typu Fresnela.
18. Urządzenie według zastrz. 14, znamienne tym, że pierwszy dyfrakcyjny element optyczny (32) zawiera jedną powierzchnię przednią (33) mającą dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu Fresnela o szesnastu poziomach.
19. Urządzenie według zastrz. 15, znamienny tym, że drugi dyfrakcyjny element optyczny (42) zawiera jedną powierzchnię przednią (43) mającą dyfrakcyjny element trójwymiarowy typu Fouriera o szesnastu poziomach.
20. Urządzenie według zastrz. 18 albo 19, znamienne tym, że co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny posiada dyfrakcyjny element trójwymiarowy rozdzielający szereg długości fal zawartych w wiązce wyjściowej (FI).
21. Urządzenie według zastrz. 18 albo 19, znamienne tym, że co najmniej jeden dyfrakcyjny element optyczny posiada dyfrakcyjny element trójwymiarowy filtrujący długość fali i rozkład geometryczny fluorescencji i dostarczający światło przefiltrowanej fluorescencji do fotopowielacza (36).

* * *