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図面 (9)

課題

流体粒子光学検査のための装置で、体積の小さい、簡単な構造の装置を提供する。

解決手段

本装置は、流体の制約通路15を備えた計測空間8と、光源の特性と幾何学的およびスペクトル的特性との関数として予め定められ、流体に蛍光を発生させる回折格子38を有する第1の回折光学エレメント32を含む光学手段光線F1を送り出す単色光源31と、それぞれ透過光線、蛍光および回折光線を集めることを意図し、また、分析ユニット24に光線の内容に関する信号を送り出す第1、第2および第3のオプトエレクトロニクス手段とを含む。前記光線は、オプトエレクトロニクス手段の周波数的および幾何学的伝達関数として予め定められた第2の回折格子を有する第2の回折光学エレメント42から放射される。

概要

背景

現行の装置のあるものは、流体粒子をそれが属するグループに従って、またある場合には、グループの下位グループに従って自動的に分類することができる。それらの分類には、所望の分析のそれぞれ一部を実行する幾つかの異なる装置を必要としたり、そうでなければ、連続して配列された幾つかの分析ゾーン(あるいはチャンバ)を備えた装置を必要とする。

このタイプの分析を実行することのできる装置は本出願人のフランス特許第89 14120号に記載されている。その装置は、流体用制約通路を有する計測空間(あるいはタンク)と、光源から放射された光を集め、その集めた光を選択された幾何学的およびスペクトル的特性に応じて制約通路のレベル送り出すのに適した上流側の光学手段と、選択された幾何学的およびスペクトル的特性を有し、制約通路を通過した後に第1の下流側の光学手段により集められた光により伝達されるデータ(第1のデータ)を表す信号(第1の信号)を分析ユニットに送り出すのに適した第1のセンサ手段とを含んでいる。

前記“スペクトル的特性”とは、光源光について、あるいは制約通路のレベルにおける流体との相互作用の後に得られる光について、強度および波長の両方を意味するものとして理解されたい。また、“幾何学的特性”とは、光で照射された領域の、あるいは関連するセンサの計測領域の一般的な形状およびトポロジーを意味するものとして理解されたい。

更に、“光学手段”とは、制約通路の上流側あるいは下流側で光を集めるための光学ステム(例えば、顕微鏡対物レンズ)を意味するものとして、また、“センサ手段”とは、ダイオード光電子増倍管、あるいは他の同様のセンサのタイプの電子検出エレメントを意味するものとして理解されたい。

概要

流体の粒子の光学検査のための装置で、体積の小さい、簡単な構造の装置を提供する。

本装置は、流体の制約通路15を備えた計測空間8と、光源の特性と幾何学的およびスペクトル的特性との関数として予め定められ、流体に蛍光を発生させる回折格子38を有する第1の回折光学エレメント32を含む光学手段に光線F1を送り出す単色光源31と、それぞれ透過光線、蛍光および回折光線を集めることを意図し、また、分析ユニット24に光線の内容に関する信号を送り出す第1、第2および第3のオプトエレクトロニクス手段とを含む。前記光線は、オプトエレクトロニクス手段の周波数的および幾何学的伝達関数として予め定められた第2の回折格子を有する第2の回折光学エレメント42から放射される。

目的

そこで、本発明の1つの目的は、流体の粒子の光学検査のための前述したタイプの装置であって、特に出力、大きさ、複雑さ、および費用に関して、先行技術の装置の欠点を持たない装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

流体光学検査のための装置であって、該流体のための制約通路(15)を含む計測空間(8)と、光源(31)と、前記光源(31)から放射された光(F1)を集めるのに適した、また、該集められた光(F1)を、選択された幾何学的およびスペクトル的特性を有する上流側に送り出された光(FC)の形態で、前記制約通路(15)のレベルに送り出すのに適した上流側の光学手段(6,32,34)と、集められた光(FT)により伝達される第1のデータを表す第1の信号を分析ユニット(24)に送り出すのに適した第1のセンサ手段(20)と、前記制約通路(15)を通過した後に得られる光(FT)の少なくとも一部を集めるのに適した、また、集められた該光(FT)を、選択された幾何学的およびスペクトル的特性を有する下流側に送り出された光(FTT,FTD)の形態で、前記第1のセンサ手段(20)に送り出すのに適した第1の下流側の光学手段(18,19,42)とを有するタイプの装置であって、前記上流側の光学手段(32)の少なくとも1つおよび前記第1の下流側の光学手段(42)の少なくとも1つは第1の回折光学エレメント(32,42)を含み、該第1の回折光学エレメントが集める光と相互作用する該第1の回折光学エレメントの面(33,43)の少なくとも1つは、それが集める光(F1,FT)とそれが送り出す光(F1,FT)との間でそれら2つの光のそれぞれの特性を考慮した所定の相互作用を実行するのに適した第1の所定の3次元模様を有していることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項2

請求項1記載の流体の光学検査のための装置であって、前記光源(31)が実質的に単色性放射光源であり、その放射波長は前記制約通路(15)を通過する流体の少なくとも一部の蛍光を発生させるものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項3

請求項2記載の流体の光学検査のための装置であって、前記制約通路(15)のレベルにおいて前記流体と前記光(FC)との相互作用の際に該流体により放射される蛍光により伝達される第2のデータを表す第2の信号を前記分析ユニット(24)に送り出すのに適した第2のセンサ手段(36)を含むことを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項4

請求項1ないし3のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記制約通路(15)のレベルにおいて前記流体と前記光(FC)との相互作用の際に該流体により回折される光(FTD)により伝達される第3のデータを表す第3の信号を前記分析ユニット(24)に送り出すのに適した第3のセンサ手段(40)を含むことを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項5

請求項1ないし4のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記上流側の光学手段が第1の回折光学エレメント(32)を含み、前記光源(31)により送り出される前記光(F1)と相互作用する該第1の回折光学エレメントの面(33)の少なくとも1つの面が、前記光源(31)の特性と前記制約通路(15)の照射(FC)のために要求される選択された特性との関数として予め定められた第1の3次元模様を有していることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項6

請求項4および5のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1の下流側の光学エレメントが、少なくとも1つの第2の回折光学エレメント(42)を含み、前記制約通路(15)を通過した後に得られる光(FT)と相互作用する面(43)の少なくとも1つの面が、前記第1および第3のセンサ手段(20,40)の少なくとも1つの周波数的および幾何学的伝達関数として予め定められた第2の3次元模様を有していることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項7

請求項5および6のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1および第2の3次元模様が、それぞれ、放射される光源の波長および/または蛍光の波長に対する、透明な基板(39,49)に溝を刻まれた第1および第2の回折格子(38,48)であることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項8

請求項1ないし4のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記下流側の光学手段が第1の回折光学エレメント(42)を含み、前記光源(31)により送り出される前記光(F1)と相互作用する該第1の回折光学エレメントの面(43)の少なくとも1つの面が、前記第1および第3のセンサ手段(20,40)の少なくとも1つの周波数的および幾何学的伝達関数として予め定められた第1の3次元模様を有していることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項9

請求項8記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1の3次元模様が、透明な基板(49)に前記光源および蛍光の放射波長で溝を刻まれた第1の回折格子(48)であることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項10

請求項7ないし9のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1および第2の回折格子(38,48)がレリーフ変調デジタルタイプのものであって、該変調は、それぞれ前記光源(31)により送り出される光(F1)および前記制約通路(15)を通過した後に得られる光(FT)の位相および/あるいは振幅コヒーレントな回折を可能にする所定の関数を表すものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項11

請求項10記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1および第2の回折格子の各々が、少なくとも2レベルの、そして好ましくは16レベルのレリーフ変調を行うものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項12

請求項1ないし11のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記制約通路(15)を照射するのに必要とされる選択された幾何学的およびスペクトル的特性が、選択された波長で、実質的に平面の所定の幾何学的形状の閉じた面を均一に照射することを含むものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項13

請求項12記載の流体の光学検査のための装置であって、照射される前記面が矩形であることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項14

請求項1ないし13のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1の回折光学エレメント(32)がいわゆる“フレネル”タイプのものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項15

請求項6ないし14のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第2の回折光学エレメント(42)がいわゆる“フーリエ”タイプのものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項16

請求項1ないし13のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1の回折光学エレメント(32)がいわゆる“フーリエ”タイプのものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項17

請求項6ないし13、および16のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第2の回折光学エレメント(42)がいわゆる“フレネル”タイプのものであることを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項18

請求項5ないし7のいずれか1項と請求項10ないし15のいずれか1項との組合せに記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第1の回折光学エレメント(32)が、16レベルのフレネルタイプ回折模様を有する単一の面(33)を含むことを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項19

請求項6および7のいずれか1項と請求項10ないし15のいずれか1項との組合せに記載の流体の光学検査のための装置であって、前記第2の回折光学エレメント(42)が、16レベルのフーリエタイプの回折模様を有する単一の面(43)を含むことを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項20

請求項6ないし19のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記回折光学エレメントの少なくとも1つが、所定の波長の空間分離を確実に行うのに適した所定の3次元模様を有することを特徴とする流体の光学検査のための装置。

請求項21

請求項3ないし20のいずれか1項に記載の流体の光学検査のための装置であって、前記回折光学エレメントの少なくとも1つが、蛍光の波長および幾何学的分布フィルタ処理を確実に行うのに適し、また、選択された幾何学的およびスペクトル的特性を有する蛍光を前記第2のセンサ手段(36)に送り出すのに適した所定の3次元模様を有することを特徴とする流体の光学検査のための装置。

技術分野

0001

本発明は、流体すなわち気体あるいは液体粒子光学検査に関し、特に光束血球計算法血液学医学診断における粒子計数装置で利用される光線の調整に関するものである。

背景技術

0002

現行の装置のあるものは、流体の粒子をそれが属するグループに従って、またある場合には、グループの下位グループに従って自動的に分類することができる。それらの分類には、所望の分析のそれぞれ一部を実行する幾つかの異なる装置を必要としたり、そうでなければ、連続して配列された幾つかの分析ゾーン(あるいはチャンバ)を備えた装置を必要とする。

0003

このタイプの分析を実行することのできる装置は本出願人のフランス特許第89 14120号に記載されている。その装置は、流体用制約通路を有する計測空間(あるいはタンク)と、光源から放射された光を集め、その集めた光を選択された幾何学的およびスペクトル的特性に応じて制約通路のレベル送り出すのに適した上流側の光学手段と、選択された幾何学的およびスペクトル的特性を有し、制約通路を通過した後に第1の下流側の光学手段により集められた光により伝達されるデータ(第1のデータ)を表す信号(第1の信号)を分析ユニットに送り出すのに適した第1のセンサ手段とを含んでいる。

0004

前記“スペクトル的特性”とは、光源光について、あるいは制約通路のレベルにおける流体との相互作用の後に得られる光について、強度および波長の両方を意味するものとして理解されたい。また、“幾何学的特性”とは、光で照射された領域の、あるいは関連するセンサの計測領域の一般的な形状およびトポロジーを意味するものとして理解されたい。

0005

更に、“光学手段”とは、制約通路の上流側あるいは下流側で光を集めるための光学ステム(例えば、顕微鏡対物レンズ)を意味するものとして、また、“センサ手段”とは、ダイオード光電子増倍管、あるいは他の同様のセンサのタイプの電子検出エレメントを意味するものとして理解されたい。

発明が解決しようとする課題

0006

これらの計測操作の問題の1つに、光で照射された制約通路を通る検査流体の粒子は、同じ時間間隔において同じ光度を受けなければならないということが挙げられる。換言すれば、制約通路を定義する表面全体にわたって光の分布は均一でなければならない。このため、光源により送り出されて前記制約通路を照射する光線を予備的に調整しておく必要がある。

0007

更に、流体と光源から放射された光線との相互作用により得られる光の幾何学的およびスペクトル的特性のために、現在のところ、多くの大きな光学手段を利用する必要がある。

0008

要約すれば、現行の装置は、例えば体積が大きいことや、複雑なこと、計測操作の結果を損なう不確実性が比較的大きいこと、所定のグループの下位グループに分類することが不可能なことなど、多くの問題点を有している。これらの問題点について後に詳細に扱う。

0009

そこで、本発明の1つの目的は、流体の粒子の光学検査のための前述したタイプの装置であって、特に出力、大きさ、複雑さ、および費用に関して、先行技術の装置の欠点を持たない装置を提供することにある。

0010

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

課題を解決するための手段

0011

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

0012

すなわち、本発明によれば、上流側の光学手段の少なくとも1つおよび第1の下流側の光学手段の少なくとも1つが、少なくとも1つの第1の回折光学エレメントを含むものであり、その第1の回折光学エレメントは、制約通路に対する位置に依存して、光源から送り出された光線あるいは流体と光源光との相互作用の後に得られた光のどちらかの幾何学的および/あるいはスペクトル的な調整を行うためのものである。

0013

このエレメントは、それが集めた光と相互作用する少なくとも1つの面を有しており、その面は、その集めた光とそれが送り出す光との所定の相互作用を、これら2種類の光のそれぞれの特性を考慮して実行するのに適した第1の所定の3次元模様を備えている。

0014

“回折光学エレメント”とは、既知の特性を有する光源により放射される光子回折光学法則に従って建設的な仕方干渉させることができる構造を作り出す模様をその面の少なくとも1つが有している部品を意味するものとして理解されたい。

0015

このように、調整は流体と光源光との相互作用のための空間の上流側の光線に関し、および/またはその空間の下流側の光線に関するものである。

0016

本発明の1つの特徴によれば、制約通路の照射に必要とされる選択された幾何学的およびスペクトル的特性は、選択された波長で、実質的に平面の所定の幾何学的形状の閉じた面を均一に照射することを含む。

0017

光源により放射される光の調整を意図した先行技術の光学手段の少なくとも一部を、体積が非常に小さく、一方では光源に対して特に適合し、他方では分析される流体の照射に必要な幾何学的およびスペクトル的特性に対して特に適合した単一の回折光学エレメントに変更することにより、装置の体積をかなり減少させることができ、とりわけ、計測操作の精度および解像度を非常に大きく改善することができる。

0018

体積が小さく費用が中程度の従来の幾何学的光学システムでは、実際にそのような特性の照射を得ることは全くできない。

0019

同様に、体積が小さく費用が中程度の従来の光学手段では、流体と光源光との相互作用により放射される光を非常に効率的に集めると共に、集めた光の幾何学的および/またはスペクトル的なフィルタ処理をすることはできない。

0020

本発明の他の1つの特徴によれば、光源は実質的に単色光源であり、その放射波長は、制約通路を通過する流体の少なくとも一部に蛍光を発生させるよう選択されている。更に、流体により放射される蛍光の少なくとも一部を集めるために、また、集めた蛍光により伝達されるデータ(第2のデータ)を表す信号(第2の信号)を分析ユニットに送り出すのに適した第2のセンサ手段が設けられる。

0021

検査対象の流体は、適切な細胞化学的な手段により、特に流体が含む粒子のうちある下位グループの粒子を蛍光染料で着色することにより予め処理されている。

0022

先行技術に属するランプタイプの光源を、例えばレーザダイオード等の単色光源に変更することにより、着色された下位グループの蛍光を、光源が放射する波長によって引き起こすように、装置を分析対象の流体に適合させることができる。

0023

本発明の装置の実施形態として幾つかの態様を考えることができる。第1の実施形態では、制約通路の上流側で単一の回折光学エレメントを用いて光源光を調整し、一方、流体と光源光との相互作用により放射される光の収集は、屈折光学手段により従来のように実行している。第2の実施形態では、1つあるいは複数の回折光学エレメントを用いて、流体と光源光との相互作用により放射される光を収集し、光源光の調整は屈折光学手段により従来のように実行している。第3の実施形態では、制約通路の上流側で回折光学エレメントを用いて光源光を調整し、流体と光源光との相互作用により放射される光の収集は、1つあるいは複数の回折光学エレメントを用いている。

0024

第1の実施形態では、単色光源と、制約通路の上流側に配置され、この特定の光源と共働するよう設計された回折光学エレメントとの協動により、照射される面の定義の観点から、特にその面の全面積にわたる照射強度均一性の観点から照射の質がかなり向上する。

0025

第2の実施形態では、その装置により、複数の異なる非破壊的分析技術、特に蛍光分析に関連する技術、透過による分析、および異なる角度での回折分析を、先行技術の装置より小さな体積で実施することができる。更に、これらの分析を同時に単一の試料により実行することができる。

0026

また、複数の非共線的単色光線を形成するよう入力光線に含まれる幾つかの波長を分離することができ、各光線の焦点を特定の形状に所定の場所に合わせることもできる。また、スペクトル的および/または幾何学的なフィルタ処理を実行することもできる。

0027

従って、第3の実施形態では、顕微鏡の対物レンズあるいは収束レンズのタイプの従来の光学エレメントの一部あるいは全部を用いないことが可能である。

0028

第1および第2の3次元模様が、透明な基板に、光源光の波長および/または蛍光の波長で溝を刻まれた第1および第2の回折格子であれば非常に有利である。

0029

古典的なホログラフィによる、すなわち、感光性の乳剤における干渉縞凝固による回折格子の製造を考えることができる。しかし、この種の格子は所望の時間的安定性を常に有しているとは限らず、また、その工業的な生産は溝を刻むことによる回折格子の生産よりも困難である。

0030

この種の溝を刻むことによる回折格子は、例えば電子ビームあるいはレーザアブレーションによるマイクロリソグラフィにより製造することができる。基板は放射波長および蛍光波長関数として、それが可能な限り非吸光性となるよう、それにより回折光学エレメントの回折の効率を上げるよう選択することができる。

0031

本発明の他の1つの特徴によれば、第1および第2の回折格子はレリーフ変調デジタルタイプのものであり、そのレリーフ変調は、光源から放射される光および制約通路を通過した後に得られる光のそれぞれの位相および/あるいは振幅に対するコヒーレント回折作用が可能な所定の関数を表すものである。

0032

各関数の値は、集められる光(光源、あるいは透過光線および蛍光)の特性と照射される面(流体、あるいは単一または複数の検出器の検出面)の特性を考慮して、コンピュータを用いて決定することができ、次いで、回折格子を構成する基本エレメントデジタル的に変換できる。各エレメントは所定の位置および所定の高さを有しているので、“レリーフ変調による回折格子”という呼び方は妥当なものである。

0033

本発明の他の1つの特徴によれば、回折格子の各々は少なくとも2レベルの、そして好ましくは16レベルのレリーフ変調を備えている。

0034

変調はデジタル的に実行されるので、各エレメントの高さは2進的にコード化される。従って、1つのレベルに対して各高さを結び付けることが可能である。変調のレベルの数は2のべき乗によって変化する。従って、原理的には、この数は2,4,8,16,・・・の値だけを取ることができる。

0035

各格子の回折の効率は、計算された回折関数と溝を刻まれた3次元模様との類似性の程度に依存することになる。この類似性の程度自体は、連続する2つのレベルの間のピッチ言い換えれば、回折関数の最大振幅を定義するレベルの数に依存する。

0036

レベルの数が大きければ、回折の効率は大きくなる。しかし、この効率は、関数の最大強度が16レベルに変換されるときの約95%までは急速に増加するが、その後、100%の効率に対応する漸近線へ非常にゆっくり近づく。しかし、レリーフ変調を備えた回折格子を製造する費用は、レベル数と共に実質的に指数的に増加する。従って、16レベルより多くの変調では、効率の増加は非常に少ないのに費用の追加は非常に大きくなってしまう。

0037

回折光学エレメントはいわゆる“フーリエ”タイプのものか、いわゆる“フレネル”タイプのものとすることができる。もちろん、1つをフレネルタイプとし、残り(あるいは他の1つ)をフーリエタイプとすることができ、その逆でもよい。

0038

フーリエ光学システム”は、波のビームを与えるエレメントであって、その+1および−1の次数実像であるものを意味している。従って、2つのタイプがあり得る。第1は、いわゆる“オンアクシス”タイプであり、2つの次数+1および−1はエレメントの光軸上で重なり合っている。第2は、いわゆる“オフアクシス”タイプであり、2つの次数+1および−1は重なり合わずに、エレメントの光軸の両側に対称的に分布している。もちろん、第2のタイプによって、より適切な実施形態を得ることができる。なぜなら、オフアクシス次数+1あるいは−1の1つを選択することにより、残りのオンアクシス次数0から分離することができるからである。しかし、それにより、各次数により供給されるエネルギーはもはや合計されることがないので、回折出力は2で割られることになる。このタイプのエレメントは遠距離場物体の像を与え、それは無限遠で物体の像が明瞭であることを意味している。

0039

一方、“フレネル光学システム”は、波のビームを与えるエレメントであって、その+1の次数が実像であり、−1の次数が虚像であるものを意味している。これは1つの可能性だけを認める。すなわち、この種の光学システムは従来の幾何光学レンズと同等である。このタイプのエレメントは近距離場に物体の像を与える。

0040

制約通路の上流側の光を調整する回折光学エレメントは、16レベルを備えたフレネルタイプの回折模様を有する単一の面を含んでいることが好ましい。

0041

この方法が現在のところ好ましいというのは、上述のように、フレネル光学システムは近距離場に物体の像を与えるからである。従って、回折光学エレメントはそれ自身で同時に、入射光線に含まれるエネルギーの均一な分配を実行でき、また、フーリエ光学システムの場合のように焦点合わせレンズを挿入せずに、そのエネルギーを所定の場所に、例えば対物レンズのフロントレンズに、あるいは制約通路のレベルに直接焦点を合わせることができる。それによって、検査装置の体積を更に少し減少させることができる。

0042

やはり、好適な方法として、制約通路の下流側の光を調整する回折光学エレメントは、16レベルを備えたフーリエタイプの回折模様を有する単一の面を含んでいる。

0043

この方法は現在のところ好ましい。なぜなら、上述のように、フーリエ光学システムは遠距離場に物体の像を与え、オンアクシスモードで機能することができ、他の光学エレメントを用いずに、透過光線および/または蛍光の異なる像を比較的遠い検出面に与えることを可能とし、また、失う光信号を最小限とすることが可能だからである。

0044

添付図面を参照しながらなされる以下の説明は例示であって、限定を意図したものではない。

発明を実施するための最良の形態

0045

添付の図面は、特性を文章で完全に定義するのが難しい多くの要素を含んでいる。従って、図面は説明と一体をなすものであり、発明の定義に貢献することもある。

0046

まず、図1および図2を参照して本発明の第1のモードの実施形態を説明する。

0047

本装置は、電力消費が非常に小さい単色光源を含んでおり、その発光波長は、分析対象の流体の粒子のある下位グループを着色するために選択された蛍光染料の励起スペクトルバンドの関数として選択されている。

0048

この光源は、レーザダイオードであれば好ましいが、分析対象である着色された下位グループの蛍光を可能とする波長および発光出力レーザあるいはより一般的に光源を用いることができる。

0049

レーザダイオード31は、回折光学エレメント32(これについては後に説明する)の方向に光線F1を放出するが、その断面は実質的に楕円形であり、光線F1のエネルギーはガウス分布である。このエレメント32はアクティブなダイオードに面して正面33を有しており、それはダイオード31により放出される光線F1に作用して、計測空間8(この場合はタンク)の制約通路15のレベルにおいて、選択された幾何学的またスペクトル的特性を有するようにしている。回折光学エレメント32により処理された光線は符号FCにより参照される。

0050

幾何学的特性は光線FCの形状と、制約通路15におけるそのサイズに関するものであり、そのサイズは実質的に光束の横断方向のサイズに等しくなければならない。説明されている例の場合、光線は矩形の形状であり、サイズは例えば100μm×30μmである。当然、他の応用の場合、あるいは計測空間がタンクでない場合、制約通路のレベルにおける光線FCの形状は矩形と異なるものとすることができる。同じことがサイズについても言える。回折光学エレメントは光源の特性と、光線が計測空間8の制約通路15のレベルにおいて有すべき特性との関数として製造されるので、殆どすべての光線形状を考えることができる。

0051

更に、スペクトル特性は制約通路のレベルにおけるエネルギー分布と光線の単色性に関係しており、そのエネルギー分布は上述の矩形の全体にわたって実質的に均一(好ましくは、5%以下の偏差)でなければならず、光線の単色性は光源によって直接的に保証されている。

0052

図示されたモードの実施形態では、回折光学エレメント32が実際に放出する光線FCは均一で矩形のエネルギー分布を有してはいるが、第1の顕微鏡の対物レンズ6(×20)のフロントレンズのレベルではサイズが前述のものより大きい。その対物レンズによって矩形の光線のサイズが減少されて、制約通路15のレベルで要求されるサイズ(この場合、100μm×30μm)に等しくなるようにされている。従って、回折光学エレメントと第1の対物レンズ6とが協動して、光線FCを計測チャンバ16のレベルに放出している。そのような協動を利用しなくても済むことは明らかであり、その場合には、タンク8における制約通路のレベルにおいて選択された特性を直接有する光線を放出するように回折光学エレメントを設計する。

0053

更に、図示された例の場合、ダイオード31から放射される光線F1は分析の光軸に垂直に向けられている。その結果、第1の対物レンズ6に到達するために、光線F1は、分析の光軸の中心に置かれた二色性薄片34により90°反射されている。

0054

第1の対物レンズの先で、光線FCは計測タンク8における制約通路15を通過する。そのとき、流体との相互作用により透過光線FTに変換されて、第2の顕微鏡の対物レンズ18(×20)に入る。第2の顕微鏡の対物レンズは第1のもの8と同一であり、光線を調整し、分離キューブ19へと向ける。後者は光線を直角に反射して、集光用のホトダイオード20へと向ける。このホトダイオードは制約通路15からの距離が、回折光学エレメント32の同じ制約通路からの距離と同じになるように配置されている。従って、ホトダイオード20のレベルにおける透過光線FTのサイズは、回折光学エレメント32を通過した光線のサイズと実質的に等しい。第2の対物レンズ18と、分離キューブ19と、ホトダイオード20とにより、第1のオプトエレクトロニクス手段が形成されている。

0055

ホトダイオード20は、相互作用した流体の粒子の異なる下位グループにより多かれ少なかれ吸収された後の透過光線FTの強度を計測する。吸光度のこの変動は、それによって粒子の下位グループを区別することができるものであるが、それら粒子の体積の違いに起因するだけではなく内部的な特異性にも起因している。この計測は信号に変換されて分析ユニット24に送られ、粒子の下位グループの計数を目的として、必要に応じて、他のチャンネル23から出力される信号との相関がその分析ユニット24において取られる。この最後の技術は、抵抗率透過度による計測を実行可能とする他の技術と同様に、この技術分野に習熟した者には完全に既知であり、前述のフランス特許に詳細に説明されている。

0056

また、対物レンズを透過光FTの軸に沿って調節するためのチャンネルを設けることも可能である。それには、制約通路15のレベルおよび流体のレベルにおける光線FCの重ね合わせ像を形成することを可能にするピントガラス21と、そのピントガラス21と分離キューブ19の間に挿入されて前記の重ね合わせ像を拡大することを意図した発散レンズ22とが含まれている。

0057

提案の装置はまた、計測タンクにおける他のデータを収集するために第2のオプトエレクトロニクス手段(光学手段とセンサ)を含んでいる。

0058

実際には、レーザダイオード31の放射波長は、分析対象の流体に含まれる粒子のある下位グループであって、前もって適切な蛍光染料により着色されたある下位グループの蛍光を発生させるために選択されている。所定の入射光の照射を受けると、着色された粒子に含まれる染料はその照射を吸収し、実質的に即座に(10-8秒)また等方的に、入射光より大きな波長で再放射する。この再放射が“蛍光”と呼ばれている。従って、分析の光軸に対して90°の角度であるいはその軸に対して平行に蛍光の一部を収集することができる(エピ蛍光(epifluorescence ))。図1の装置は0°におけるエピ蛍光(ダイオード31から放射される光線F1とは反対方向で光軸に平行に捕らえた蛍光)の計測を示している。

0059

収集される蛍光は第1の対物レンズ6、次いで二色性薄片34を通過し、干渉フィルタ35へと向けられる。干渉フィルタ35は蛍光性の粒子の蛍光の波長のみを選択するものであり、それにより他のすべての迷光波長(例えばレーザダイオードのもの等)を排除することが可能である。次いで、フィルタかけられると、蛍光は、分析ユニット24に接続された光電子増倍管36により収集される。光電子増倍管36により所定の時間間隔にわたって計測された光度は、透過度や抵抗率による他の計測と相関させられ、それにより粒子のある下位グループに関するデータ、特にそれら下位グループのそれぞれの粒子の数についてのデータを演繹することができる。

0060

光電子増倍管の位置と、回折光学エレメントに組み合わされたレーザダイオードの位置とは、それぞれ完全に逆転可能であることは明らかである。同様に、本発明の装置は、回折光学エレメントに組み合わされたレーザダイオードを分析の光軸と平行に収容するようにし、また、蛍光を収集するための第2のオプトエレクトロニクス手段(光電子増倍管および干渉フィルタ)を計測空間8に面するようにして蛍光を分析の光軸に対して90°で収集するようにして製造することができる。

0061

回折光学エレメント32(図3(A),(B)および図4を参照)は、その正面33にレーザダイオード31に対面して3次元形状が形成されている。この3次元形状は、実質的に矩形で高さが様々な基本エレメント37を並置することにより形成されている。この並置により、レリーフ変調による回折格子38が形成されている。各基本エレメントの高さは、光源により放射される光の位相および/または振幅に対してコヒーレントな回折作用が可能な関数をデジタル化して得られる。

0062

回折関数の計算は、ストラスブールにあるフランス国立物理大学(Ecole Nationale Superieure de Physique)のホトニック・システム・ラボラトリ(Photonic Sytems Laboratory)等の既存の組織によって実施することができるが、その組織も回折関数に対応する回折模様を生成するための機械の助けとなる仕方で回折関数のデジタル化を行っている。

0063

この計算は光学システムのCADのためのソフトウェアパッケージを用いて実行することができる。レーザダイオード31により放出される光線F1の波形の特性、および対物レンズ6のフロントレンズのレベルにおける波形が有しなければならない特性が既知であれば、回折光学エレメント32を伝送行列に見立てて、また、マクスウェル方程式解くことができる反復計算アルゴリズムを用いて、ダイオードから放射される光線を分析光線に変換できる回折関数を計算することができる。当然のことながら、アルゴリズムが反復的なものであっても、回折関数の値を決定するためには継続的に近似を実施しなければならないかもしれない。

0064

この計算のために幾つかのアルゴリズムが利用でき、例えば次の名称で知られているものを用いることができる。すなわち、“模擬アニーリングアルゴリズム(simulated annealing algorithm )”、“近距離場におけるゲルヒベルグ−サクストンアルゴリズム(Gerchberg-Saxton algorithm in a near field)”、“複合誤差拡散アルゴリズム(algorithm for the diffusion of complex errors )”、および“ダーウィン進化論に基づく遺伝的アルゴリズム(genetics algorithm based on Darwin's theory of evolution)”である。

0065

これらのアルゴリズムはまた、回折光学エレメントが製造される基板の特性、このエレメント上に回折格子を製造する技術、その格子のタイプ(フーリエタイプかフレネルタイプか)を考慮している。フレネル格子がより好ましいのは、近距離場での像を提供する場合に収束レンズを必要としないからである。

0066

回折関数が計算されると、それをデジタル化して、回折格子を形成する回折模様を表すコンピュータファイルに変換することができる。このファイルは一般的に1024×1024の要素の行列の形態であり、各要素は模様の一部分をコード化したものである。

0067

その目的のために、所定の点における関数の値に対して2進値(レベル)が結び付けられている。コード化が2進であるため、その精度は2つの連続する値の間のピッチに依存している。非常に小さなピッチを得るために、関数の最大振幅を、レベルが取りうる最大の数に対応させる必要がある。

0068

物理的な理由で、例えば2相レベルのフレネルタイプの回折格子について、この場合1024×1024個の点より多くの点を網羅的に定義することはできない。しかし、それが無い場合、そのような回折格子の一例から得られた2レベル(黒および白)の像が図4に示されている。

0069

最初に説明したように、16レベルを超えると、光学エレメントの回折出力は非常にゆっくりと生成され、一方ではそれを製造する費用は非常に急激に増加する。結果として、16レベルの回折光学エレメントからは約95%の回折出力が得られ、5%以内の程度で均一な均質性を有する分析光線を得ることができるので、それで十分である。

0070

図3(A)および(B)では、回折光学エレメント32の横断面が示されており、その回折格子38の基本エレメントは、それぞれ2進(A)あるいは16レベル(B)である。

0071

回折光学エレメント32の作用は回折の法則に支配されるので、各基本エレメント37は実質的にダイオード31の放射波長以下のサイズとされている。従って、これらの基本エレメントを製造するために、解像度が約10ナノメートルオーダの技術を用いることが不可欠である。現在のところ、最適な技術はマイクロリソグラフィ、特に“2進グレーレベル”のクロムマスクを用いるマイクロリソグラフィである。

0072

クロムマスクは、レーザプリンタにより生成されるグレーの段階濃度と全く同じように2進的にコード化されるグレーレベルの形態で形成することができる。このマスクは、基板の上に成長させたレジスト層の上に成長させる。マスクは紫外線により照射され、それにより、マスクのレベルが異なっていることから影響を受けて、ドーパントの量に依存してレジスト焼き付けられることになる。次いで、転写されるべきレリーフ像が描かれているレジストが現像されると、そのレリーフが現れる。現像されたレジスト上のレリーフは、反応性イオンビームエッチングRIBE)により基板を選択的に加工することにより基板に転写される。

0073

各基本エレメント37がこのようにして基板39に彫り込まれるが、その基板はレーザダイオード31の放射波長に対して透明である。この基板は石英あるいはBK7タイプの材料で製造されている。

0074

もちろん、他の多くのタイプの基板を製造することも可能である。同じ様に、製造方法も上述のものに限定されるものではない。前述のタイプの回折格子を製造することができる他の方法を考えることができる。オーディオコンパクトディスクの分野の場合のように、型押技術を用いることもできる。

0075

次に、図5を参照して本発明の第2のモードの実施形態を説明するが、この実施形態には、顕微鏡の対物レンズ18が第2の回折光学エレメント42に置き換えられていることを除いて、図1の装置のすべての要素が含まれている。この第2の回折光学エレメント42は、タンク8から放射される透過光線FTをその入力面43において受取り、処理透過光線FTTと処理回折光線FDTとに変換する。

0076

従って、本装置は、処理透過光線FTTを用いて透過させることにより分析を実行するための、タンク8および第2の回折光学エレメント42の下流に設置された第1のオプトエレクトロニクス手段19および20と、蛍光の分析を実行するための、エピ蛍光を収集するために制約通路15の上流に設置された第2のオプトエレクトロニクス手段34〜36とを含んでいる。

0077

この実施形態では、制約通路15および第2の回折光学エレメント42の下流に、処理回折光線FDTに対する異なる角度での回折の分析を実行するために第3のオプトエレクトロニクス手段が設けられている。この分析テクニックは、この分野に習熟した者には既知であるが、それにより、表面状態、形態(形状)、および、ある粒子の含有量に関するデータを、流体と光源から放射される光線F1の一部との相互作用によって放射される回折光線FDが示す回折角の関数として得ることが可能となる。

0078

これら第3のオプトエレクトロニクス手段は、接続された分析ユニット24に対して、処理回折光線FDTが伝達するデータを表すアナログ信号デジタル信号でもよい)を引き渡すことができる検出器40を含んでいる。検出器40は、到達する回折された光子の平面座標を正確に検出することを可能にする、例えば1個あるいは幾つかのマイクロチャンネルウェハ、あるいは複数の光電マイクロセルを含んでいる。

0079

検出器40から送り出される信号を受取ると、処理ユニット24はそれから回折角を正確に演繹できる状態となる。この信号は、他の分析チャンネル(20,36,23)から送り出される他の信号と相関させて、その回折を生じさせた粒子の下位グループに関するデータを演繹することができる。

0080

次に図3(A),(B)および図6を参照して第2の回折光学エレメント42について説明するが、そのエレメントは第1の回折光学エレメント32と同じ方法で、例えば彫り込みによって製造することができる。その3次元回折模様、従って、レリーフ変調のその回折格子38だけが、最初のものと全く異なっている。従って、それら異なる部品は最初のエレメントの部品の参照番号に10を加えた番号で参照されている。

0081

しかし、後者とは異なる実施形態においても、蛍光はタンクの下流で(0°の角度で)採集されであろうけれど、エレメントの基板は第1のエレメントとはやはり同一でなくてもよく、光源により放射される光の波長に対してだけでなく蛍光の波長に対しても透明であればよい。

0082

その3次元模様は、実質的に矩形で高さの異なる基本エレメント47の並置により形成され、その並置により、制約通路15に面する正面43に彫りこまれたレリーフ変調の回折格子48が形成される。

0083

3次元模様の計算はやはり、光学システムのCAD用ソフトウェアを用いて実行することができる。光学エレメントを、タンク8から放射される透過光線FTおよび回折光線FDのそれぞれによる2入力と、透過および回折による分析のためのチャンネルにより構成される出力との間の伝達関数に見立てられる。実際には、伝達関数は、一方では、データを損失することなく透過光線がホトダイオード20の検出面に焦点を結ぶようにし、他方では、検出器40上の検出エレメントがタンク8の出力における所定の回折角に対応するように、回折光線が検出器40の検出面に焦点を結ぶようにしなければならない。

0084

従って、この計算のパラメータは、入力側では、光源光の波長(あるいは周波数)、透過光線FTの幾何学的形状、回折光線FDの幾何学的形状であり、出力側では、処理透過光線FTTのダイオード20の検出面レベルでの幾何学的形状、および回折光線FDTの検出器40の検出面のレベルにおける幾何学的形状である。

0085

もちろん、第2の回折光学エレメントによっても蛍光を処理しなければならない場合には、その伝達関数は、入力側では蛍光の波長および幾何学的分散、出力側では干渉フィルタ35のレベルで透過される蛍光“光線”の幾何学的形状を考慮に入れなければならない。

0086

この第2の回折光学エレメント42としてはフーリエ格子が好ましい。なぜなら、中心化モードの場合、データの損失を最大限に限定することができ、他方では、異なる場における像を提供することにより、収束レンズを用いずに遠くの検出器に光線の焦点を直接結ぶようにすることができるからである。もちろん、フレネル格子を彫り込んで形成することも考えることができるが、その場合には、第2のエレメントに収束レンズを組み合わせる必要がある。

0087

第2の格子のレリーフ変調は16レベルのタイプが好適であり、それにより約95%の回折出力を得ることができる。この程度の出力は、例えば回折される光子の数が非常に少ない場合に不可欠である。

0088

物理的な理由で、この場合、網羅的に1024×1024個の点より多い数の点の、例えば2相レベルのフーリエタイプの回折格子を定義することは不可能である。それが無い場合、この種の回折格子の一例から得られる2レベル(黒および白)の像が図6に示されている。

0089

以上、本発明を血液学的分析用デバイスに関連して説明したが、添付特許請求の範囲に含まれる他の同等の装置(蛍光を用いても用いなくてもよい)に適用することもできる。

0090

これは、例えば、図7に部分的に描かれた装置に当てはまるが、その装置は図5の装置の簡略化された変形を構成するものである。この変形は、やはり、図5を参照して説明されたエレメントを用いているが、合焦用対物レンズ(6)に関し、また、回折光を収集するための検出器(40)に関し、蛍光を収集するためのチャンネルを構成する要素(34〜36)は用いていない。

0091

回折光学エレメント42は、制約通路15のレベルにおける光の像を光検出器20の検出面に近距離場で結ぶ。これを実現するために、回折光学エレメント42は、その収集面43にフレネルタイプの回折模様を有している。更に、蛍光を収集するためのチャンネルが無いため、光源31(ダイオード)は分析チャンネルの軸に設置することができる。

0092

2つの回折光学エレメント32および42は、タンク8の壁に接着することができる。その場合、回折光学エレメント32の回折模様33もフレネルタイプであることが望ましい。このようにして、体積が非常に小さく、構造が非常に簡単で、費用の低い装置を製造することができる。

0093

更に、装置が光源光を調整するために単一の回折光学エレメントを有するか、光源光を調整するための回折光学エレメントと流体と光源光との相互作用により放射される光を収集するための回折光学エレメントとを有するような実施形態について説明された。しかし、もちろん、他の実施形態を考えることができ、例えば、流体と光源光との相互作用により放射される光を収集するために、1つ(あるいは幾つかの)回折光学エレメントだけを用いる実施形態を考えることができる。

0094

その種の実施形態が図8に示されている。その実施形態は、やはり、図5を参照して説明された要素を用いているが、回折光学エレメント(32)が、光源31から送り出される光線F1を平行にするためのアセンブリ50と好ましくは矩形の断面を有する仕切板51に置き換えられている。

0095

光源31は例えばレーザダイオードであり、それにより楕円形で発散性の断面を有するガウス分布の光線F1が放射される。仕切板51は、ガウス分布の中央部分を選択するものであり、それによって、制約通路15のレベルに送り出される光出力の均一な分布が確保されるようになっている。

0096

従って、この種の装置は、光線を調整するための回折タイプの光学システムと、流体と光源光との相互作用により放射される光を収集するための回折タイプの光学システムとを組み合わせたものである。

0097

他の実施形態を考えることもでき、例えば、光源光を調整するために回折光学エレメントを用い、流体と光源光との相互作用により放射される光を収集するために幾つかの回折光学エレメントを用いる実施形態を考えることができる。

0098

この種の実施形態は、装置が異なる波長の光線を分離することを特に意図したものであるとき有用である。それを実現するために、それぞれ所定の波長を処理することを意図した異なる回折光学エレメントを、それ自体計測空間(これは、説明された例のように実質的に閉じた容器でもよいし、開いた領域であってもよい)の出力側に配置された分散型の格子あるいは分散プリズムの出力側に平行に配置することができる。回折光学エレメントの各々は、それぞれに固有の3次元模様を有しており、それによって関係する光の波長および/または幾何学的分布についてのフィルタ処理と、そのようにしてフィルタ処理された光を関係するセンサ手段への引き渡しが、そのセンサ手段の関数として選択された幾何学的およびスペクトル的な特性に応じて、確実に実行できる。

発明の効果

0099

本願において開示される発明のうち、代表的のものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。

0100

すなわち、選択された波長で、実質的に平面の所定の幾何学的形状の閉じた面を均一に照射することができる。

0101

また、照射される面の定義の観点から、特にその面の全面積にわたる照射強度の均一性の観点から照射の質がかなり向上することができ、複数の異なる非破壊的分析技術、特に蛍光分析に関連する技術、透過による分析、および異なる角度での回折分析を、先行技術の装置より小さな体積で実施し、これらの分析を同時に単一の試料により実行することができる。

0102

更に、検査装置の体積を更に少し減少させることができ、失う光信号を最小限とすることができる。

図面の簡単な説明

0103

図1本発明の第1のモードの実施形態による装置を示す図である。
図2図1の装置における、基準化された分析光線と流体との相互作用領域の中央部の拡大図である。
図3(A)は2レベルの変調に関する回折光学エレメントの一部の横断面図であり、(B)は16レベルの変調に関する回折光学エレメントの一部の横断面図である。
図42相レベルのフレネルタイプの回折格子の像の一例である。
図5本発明の第2のモードの実施形態による装置を示す図である。
図62相レベルのフレネルタイプの回折格子の像の一例である。
図7図得の装置を簡略化した装置の一部を示す図である。
図8本発明の第3のモードの実施形態による装置を示す図である。

--

0104

6対物レンズ
8計測空間
15制約通路
19分離キューブ
20ホトダイオード
23 他の分析チャンネル
24分析ユニット
31単色光源
32,42回折光学エレメント
33,43 面
34二色性薄片
35干渉フィルタ
36,40センサ手段
38,48 回折格子

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