專利名稱：微小顆粒測(cè)定裝置和光軸校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微小顆粒測(cè)定裝置和光軸校準(zhǔn)方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠自動(dòng)調(diào)整ν小顆粒所穿過(guò)的樣本流與照射到該樣本流的光的會(huì)聚光斑之間的位置關(guān)系的微小顆粒測(cè)定裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，微小顆粒測(cè)定裝置被廣泛使用，其中光(激光)照射到流動(dòng)室 (flow cell)的內(nèi)側(cè)或形成在微芯片上的流路中流動(dòng)的微小顆粒，對(duì)來(lái)自微小顆粒的散射光、從微小顆粒產(chǎn)生的熒光或者從標(biāo)記在微小顆粒上的熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光進(jìn)行檢測(cè)來(lái)測(cè)定微小顆粒的光學(xué)特性。在這種微小顆粒測(cè)定裝置中，通常將作為光學(xué)特性的測(cè)定結(jié)果而滿足預(yù)定條件的群(組)從微小顆粒中分別地回收。在這種裝置中，能夠測(cè)定特別是作為微小顆粒的細(xì)胞的光學(xué)特性或者分別回收滿足預(yù)定條件的細(xì)胞組的設(shè)備稱為流式細(xì)胞儀或細(xì)胞分選儀。例如，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2007-46974公開(kāi)了 “具有用于在預(yù)定周期內(nèi)以不同的相位照射具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)激發(fā)光束的多個(gè)光源和用于將多個(gè)激發(fā)光束導(dǎo)向至相同入射光路上以將它們會(huì)聚到染色顆粒上的導(dǎo)光部件的流式細(xì)胞儀”。該流式細(xì)胞儀包括用于照射具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)激發(fā)光束的多個(gè)光源；用于將多個(gè)激發(fā)光束導(dǎo)向至相同入射光路上以將它們會(huì)聚到染色顆粒上的導(dǎo)光部件；以及用于檢測(cè)由每個(gè)激發(fā)光束激發(fā)顆粒所產(chǎn)生的熒光以輸出熒光信號(hào)的多個(gè)熒光檢測(cè)器(參照日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi) No. 2007-46974的權(quán)利要求1和3及圖1和圖3)。在現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置中，如圖8中所示，利用聚光透鏡103激光L從近似垂直于樣本流S的方向會(huì)聚。樣本流S中流動(dòng)的微小顆粒P穿過(guò)會(huì)聚激光L的光斑。在這種情況下，激光光斑的強(qiáng)度分布變?yōu)槠渲袕?qiáng)度分布在光斑的中心強(qiáng)而在外圍顯著減弱的高斯分布。圖9示出了現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置中激光光斑的示例性強(qiáng)度分布。為此，當(dāng)樣本流S內(nèi)微小顆粒P的流輸送位置與激光光斑的中心位置一致時(shí)，照射到微小顆粒 P的激光的有效強(qiáng)度最大，并且所獲得的信號(hào)強(qiáng)度也最大。使樣本流內(nèi)微小顆粒的流輸送位置與激光光斑的中心位置一致的操作通常稱作 “光軸校準(zhǔn)”。通過(guò)流動(dòng)校準(zhǔn)微珠并在參照頻率曲線數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)整聚光透鏡的位置或焦點(diǎn)或?qū)庠催M(jìn)行定心(centering)使激光器、樣本流、檢測(cè)器等的相對(duì)位置最優(yōu)，來(lái)執(zhí)行光軸校準(zhǔn)。日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 11-83724和9-196916也公開(kāi)了在光軸校準(zhǔn)中使用校準(zhǔn)微珠。

發(fā)明內(nèi)容
用于使樣本流的位置與激光光斑的位置彼此一致的光軸校準(zhǔn)對(duì)于通過(guò)使信號(hào)強(qiáng)度最大化來(lái)執(zhí)行精確測(cè)定來(lái)說(shuō)是重要的。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，即使預(yù)先執(zhí)行了光軸校準(zhǔn)， 測(cè)定期間裝置可能會(huì)振動(dòng)，鞘流的壓力或裝置內(nèi)部的溫度可能會(huì)發(fā)生變化，以及樣本流或激光光斑的位置會(huì)變化，使得可能導(dǎo)致校準(zhǔn)的光軸發(fā)生偏離。由測(cè)定期間的振動(dòng)或壓力、溫度變化等引起的光軸偏離會(huì)降低測(cè)定精度，并且在一些情況下會(huì)使測(cè)定變得困難。在這點(diǎn)上，期望提供一種能夠自動(dòng)地校正光軸偏離并執(zhí)行高精度測(cè)定的微小顆粒測(cè)定裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種微小顆粒測(cè)定裝置，包括光會(huì)聚單元，用于將照射到微小粒子所穿過(guò)的樣本流的、直線傳播而無(wú)散射的照射光以及被微小粒子散射的散射光會(huì)聚到被分割為多個(gè)區(qū)域的光接收器；位置控制器，用于控制構(gòu)成光路的部件的相對(duì)位置；以及控制單元，用于基于光接收器的每個(gè)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)照射光和散射光的會(huì)聚光斑的位置，并且控制位置控制器，以使得照射光的會(huì)聚光斑位置和散射光的會(huì)聚光斑位置彼此一致。在該微小顆粒測(cè)定裝置中，通過(guò)執(zhí)行光軸校準(zhǔn)使得光接收器的光接收面上作為照射光和散射光的像點(diǎn)的照射光會(huì)聚光斑和散射光會(huì)聚光斑的位置彼此一致，能夠使樣本流作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置一致。在該微小顆粒測(cè)定裝置中，優(yōu)選的是，光會(huì)聚單元包括光學(xué)濾波器，該光學(xué)濾波器具有用于遮擋照射光的遮擋區(qū)域和配置在遮擋區(qū)域周圍以使散射光透過(guò)的透過(guò)區(qū)域，該光學(xué)濾波器設(shè)置在樣本流和光接收器之間的光路上并配置成從光路撤離。另外，優(yōu)選的是，在照射光和散射光會(huì)聚形成的斑點(diǎn)所在的光接收面上，通過(guò)相交于一點(diǎn)的多條界線將光接收器等分成多個(gè)區(qū)域。在該微小顆粒測(cè)定裝置中，優(yōu)選的是，光會(huì)聚單元進(jìn)一步包括基于樣本流和光接收器之間的光路上偏振方向的不同而將散射光的一部分分離的光學(xué)濾波器，其中使照射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的光學(xué)濾波器設(shè)置在光學(xué)濾波器和樣本流之間的光路上或被配置為從光路撤離根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，提供一種微小顆粒測(cè)定裝置中光軸校準(zhǔn)方法，包括使照射到微小顆粒所穿過(guò)的樣本流的、直接傳播而無(wú)散射的照射光和被微小顆粒散射的散射光會(huì)聚到被分割為多個(gè)區(qū)域的光接收器；基于光接收器的每個(gè)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)照射光和散射光的會(huì)聚光斑的位置；以及校準(zhǔn)構(gòu)成光路的部件的相對(duì)位置，使得照射光和散射光的會(huì)聚光斑的位置彼此一致。在本發(fā)明中，“微小顆?！睂挿旱匕ㄖT如細(xì)胞、微生物、脂質(zhì)體的生物醫(yī)學(xué)微小顆粒，或者諸如乳膠顆粒、凝膠顆粒、工業(yè)顆粒的合成顆粒。生物醫(yī)學(xué)微小顆粒包括各種細(xì)胞中包含的染色體、脂質(zhì)體、線粒體、細(xì)胞器官等。 作為測(cè)定對(duì)象的細(xì)胞包括動(dòng)物細(xì)胞(諸如血細(xì)胞)和植物細(xì)胞。微生物包括諸如雙歧桿菌的菌落(bacteriomycota)、諸如煙草花葉病毒的病毒、諸如酵母細(xì)菌的細(xì)菌等。另外，生物醫(yī)學(xué)微小顆粒可包括諸如核酸或蛋白質(zhì)或兩者的復(fù)合體。工業(yè)顆?？砂ǎ?，有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合物材料、金屬等。有機(jī)聚合物材料包括聚苯乙烯、乙烯/ 二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。無(wú)機(jī)聚合物材料包括玻璃、硅、磁性材料等。金屬包括金膠體、鋁等。盡管微小顆粒通常具有球形，但是它們可具有非球形，其尺寸和質(zhì)量不被特定地限定。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種能夠自動(dòng)地校正光軸的偏離并以高精度執(zhí)行測(cè)定的微小顆粒測(cè)定裝置。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中用于檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑的位置的光路的構(gòu)成的示意圖。圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中用于檢測(cè)照射光會(huì)聚光斑的位置的光路的構(gòu)成的示意圖。圖3是示出了分割光接收器的光接收面的構(gòu)成以及光接收器的光接收面上作為照射光和散射光的像點(diǎn)的照射光會(huì)聚光斑和散射光會(huì)聚光斑的位置的示意圖；圖4是示出了樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑和樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的流輸送位置的示意圖；圖5是示出了樣本流上激光光斑與樣本流內(nèi)微小顆粒的流輸送位置不一致時(shí)會(huì)聚在光接收器的光接收面上的照射光會(huì)聚光斑和散射光會(huì)聚光斑的位置的示意圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中用于檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑位置的光路的構(gòu)成的示意圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中用于檢測(cè)照射光會(huì)聚光斑位置的光路的構(gòu)成的示意圖；圖8是示出了現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置中光照射系統(tǒng)的構(gòu)成的示意圖；圖9是示出了現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置中激光光斑的強(qiáng)度分布的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。下述實(shí)施方式僅用于給出本發(fā)明的示例代表性實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明的范圍。將以下述順序進(jìn)行描述。1.根據(jù)第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置2.根據(jù)第二實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置1.根據(jù)第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置(1)光會(huì)聚單元圖1和圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置的光路的構(gòu)成的示意圖。圖1示出了用以檢測(cè)散射光的會(huì)聚光斑位置的光路的構(gòu)成，圖2示出了用以檢測(cè)照射光的會(huì)聚光斑位置的光路的構(gòu)成。在附圖中，從由參考標(biāo)號(hào)11表示的光源發(fā)出的照射光(激光)利用準(zhǔn)直器透鏡12 耦合成基本平行的光，并利用聚光透鏡13會(huì)聚到微小顆粒P所穿過(guò)的樣本流S。樣本流S 可在形成在微芯片上的流路內(nèi)或流動(dòng)室內(nèi)輸送。照射到樣本流S且直接傳播而無(wú)散射的照射光和被微小顆粒P散射的散射光利用物鏡21耦合成基本平行的光，并利用聚光透鏡22會(huì)聚到被分成多個(gè)區(qū)域的光接收器 23(下文中，稱為“分割光接收器23”)。會(huì)聚到分割光接收器23的照射光和散射光在其光接收面上形成會(huì)聚光斑。在這種光學(xué)系統(tǒng)中，照射光使用樣本流S上的激光光斑作為物點(diǎn)并使用光接收器 23的光接收面上的會(huì)聚光斑作為像點(diǎn)。另外，由于散射光是從微小顆粒P產(chǎn)生的，所以物點(diǎn)對(duì)應(yīng)于樣本流S內(nèi)的微小顆粒P，而像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于分割光接收器23的光接收面上的會(huì)聚光斑。在附圖中，參考標(biāo)號(hào)M指示光學(xué)濾波器(下文中，稱為“遮光板M”)，其具有用于遮擋照射光的遮擋區(qū)域和設(shè)置在遮擋區(qū)域周圍用于使散射光透過(guò)的透過(guò)區(qū)域。遮光板M 可插入樣本流S與分割光接收器23之間的光路上或配置為被撤離。如圖1中所示，當(dāng)遮光板M插入在樣本流S與分割光接收器23之間的光路上時(shí)， 直接傳播過(guò)微小顆粒P而無(wú)散射的照射光(圖中由虛線表示)被設(shè)置在遮光板M中央的遮擋區(qū)域遮擋。因此，只有被微小顆粒P散射的散射光利用聚光透鏡22會(huì)聚到分割光接收器23。在這種情況下，會(huì)聚到分割光接收器23的光接收面的散射光的會(huì)聚光斑由圖3中的參考符號(hào)A表示。同時(shí)，如圖2中所示，當(dāng)將遮光板M從樣本流S與分割光接收器23之間的光路上撤離時(shí)，直接傳播過(guò)微小顆粒P而無(wú)散射的照射光(由實(shí)線表示)和散射光(由虛線表示) 一起利用聚光透鏡22會(huì)聚到分割光接收器23。注意，會(huì)聚到分割光接收器23的光接收面的照射光的會(huì)聚光斑由圖3中的參考符號(hào)B表示。由于照射光具有比散射光小的數(shù)值孔徑 (NA)，所以分割光接收器23的光接收面上照射光會(huì)聚光斑B大于散射光會(huì)聚光斑A。另外，利用會(huì)聚到樣本流S的照射光從微小顆粒P或標(biāo)記在微小顆粒P上的熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光或散射光由用于測(cè)定微小顆粒P的光學(xué)特性的光檢測(cè)器系統(tǒng)(未示出)檢測(cè)。光檢測(cè)器系統(tǒng)可包括物鏡、濾光器、反射鏡、光檢測(cè)器等，并具有與現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置相同的構(gòu)成。從光檢測(cè)器提供電信號(hào)以測(cè)定微小顆粒P的光學(xué)特性。類似于現(xiàn)有技術(shù)的微小顆粒測(cè)定裝置，作為用于測(cè)定光學(xué)特性的參數(shù)，例如，前方散射光用于確定微小顆粒P的大小，側(cè)方散射光用于確定結(jié)構(gòu)，以及熒光用于確定標(biāo)記在微小顆粒P上的熒光物質(zhì)是否存在。另外，在用于檢測(cè)微小顆粒P的前方散射光的光檢測(cè)器中可以使用分割光接收器23。(2)分割光接收器將參照?qǐng)D3描述分割光接收器23的構(gòu)成。分割光接收器23在散射光會(huì)聚光斑A 和照射光會(huì)聚光斑B所會(huì)聚的光接收面上被分為多個(gè)區(qū)域。具體地，分割光接收器23通過(guò)相交于光接收面中心的界線被等分為多個(gè)區(qū)域。更具體地，分割光接收器23包括被相交于光接收面中心的兩條界線等分的231、232、233和234四個(gè)區(qū)域。如上所述，在該光學(xué)系統(tǒng)中，照射光使用樣本流上的激光光斑作為物點(diǎn)，而使用分割光接收器的光接收面上的會(huì)聚光斑作為像點(diǎn)。另外，散射光使用樣本流內(nèi)的微小顆粒作為物點(diǎn)，而使用分割光接收器的光接收面上的會(huì)聚光斑作為像點(diǎn)。當(dāng)照射光和散射光的兩個(gè)物點(diǎn)的位置彼此一致時(shí)，照射光和散射光的兩個(gè)像點(diǎn)的位置也彼此一致。也就是說(shuō)，當(dāng)樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置一致時(shí)，對(duì)應(yīng)于散射光和照射光的像點(diǎn)的散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的中心點(diǎn)也彼此一致，如圖3中所示。圖4示出了照射光和散射光的兩個(gè)物點(diǎn)的位置彼此不一致時(shí)樣本流S上的激光光斑和樣本流S內(nèi)微小顆粒P的流輸送位置。在圖4中，實(shí)線表示照射到樣本流S并且直接傳播而無(wú)散射的照射光，而虛線表示被微小顆粒P散射的散射光。在圖4中，兩個(gè)箭頭之間的距離表示會(huì)聚到樣本流S的激光光斑的束腰(beam waist)(光斑直徑)。另外，在圖4中， 樣本流S的流輸送方向被定義為X軸方向，至樣本流S的激光的照射方向被定義為Z軸方向，而垂直于ZX平面的方向被定義為Y軸方向。當(dāng)在會(huì)聚到樣本流S的激光光斑的束腰中包含微小顆粒P時(shí)，從微小顆粒P產(chǎn)生散射光。為此，樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的流輸送位置不必與樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置一致。在圖4中，示出了樣本流S中流動(dòng)的微小顆粒P穿過(guò)激光光斑的束腰的邊緣的狀態(tài)。在圖4中所示的狀態(tài)下，樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的流輸送位置相對(duì)于樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置在樣本流S的橫向方向(圖4中的Y軸方向)上偏離。以此方式，當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)的位置在照射光和散射光之間不一致時(shí)，在照射光的像點(diǎn)和散射光的像點(diǎn)的位置之間也產(chǎn)生偏離。也就是說(shuō)，當(dāng)樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置不一致時(shí)，在作為散射光和照射光的像點(diǎn)的散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的中心位置之間也產(chǎn)生偏離，如圖5 中所示。(3)控制單元根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置基于從分割光接收器23獲得的信號(hào) (位置信號(hào))強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置。另外，提供一種通過(guò)校正兩個(gè)像點(diǎn)的位置的偏離和執(zhí)行使兩個(gè)位置一致的校準(zhǔn)來(lái)使樣本流上激光光斑的位置和樣本流內(nèi)微小顆粒的位置的兩個(gè)物點(diǎn)一致的光軸校準(zhǔn)功能。可利用從分割光接收器23的四個(gè)區(qū)域231、232、233和234獲得的信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置。例如，如圖3中所示，當(dāng)光接收面的中心與散射光會(huì)聚光斑A或照射光會(huì)聚光斑B的中心位置一致時(shí)，可以從每個(gè)區(qū)域獲得相同的信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，例如，如圖5中所示，當(dāng)散射光會(huì)聚光斑A或照射光會(huì)聚光斑B的中心位置向圖中的上方向偏離光接收面的中心時(shí)，從區(qū)域231和232獲得的信號(hào)強(qiáng)度變得大于從區(qū)域233和234獲得的信號(hào)強(qiáng)度。另外，例如，當(dāng)散射光會(huì)聚光斑A或照射光會(huì)聚光斑B的中心位置向圖中的左方向偏離光接收面的中心時(shí)，從區(qū)域231和233獲得的信號(hào)強(qiáng)度變得大于從區(qū)域232和234獲得的信號(hào)強(qiáng)度。從而，可以基于區(qū)域231和232的信號(hào)和與區(qū)域 233和234的信號(hào)和之間的信號(hào)差或者區(qū)域231和233的信號(hào)和與區(qū)域232和234的信號(hào)和之間的信號(hào)差，來(lái)檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置。散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B之間的位置偏離可以通過(guò)調(diào)整光路中所包含的諸如光源11、準(zhǔn)直器透鏡12、聚光透鏡13和輸送樣本流S的流路的部件的相對(duì)位置來(lái)校正。可以例如使用諸如進(jìn)給螺桿、導(dǎo)向器和馬達(dá)的位置控制器來(lái)調(diào)整這些部件的位置。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置包括用于控制位置控制器的控制單元。 控制單元接收從分割光接收器23的每個(gè)區(qū)域輸出的信號(hào)，并基于信號(hào)的強(qiáng)度檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置。另外，控制單元驅(qū)動(dòng)諸如進(jìn)給螺桿、導(dǎo)向器和馬達(dá)的位置控制器以調(diào)整光路中所包含的各部件的相對(duì)位置，使得散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置彼此一致。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中，執(zhí)行光軸校準(zhǔn)，以使得光接收器的光接收面上作為照射光和散射光的像點(diǎn)的照射光會(huì)聚光斑和散射光會(huì)聚光斑的位置彼此一致。因此，能夠使樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置和樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置一致。因此，即使由于測(cè)定期間的振動(dòng)或者壓力或溫度的變化導(dǎo)致產(chǎn)生光軸偏離，也能夠自動(dòng)地校正偏離并以高精度執(zhí)行測(cè)定。在本實(shí)施方式中，已對(duì)這樣的示例進(jìn)行了描述遮光板M插入在樣本流S與分割光接收器23之間的光路上或者配置為被撤離，并且散射光的會(huì)聚光斑的位置和照射光的會(huì)聚光斑的位置被分開(kāi)地檢測(cè)。通常，由于照射光的強(qiáng)度大于散射光的強(qiáng)度，所以優(yōu)選的是采用包括這種遮光板M的構(gòu)造，并通過(guò)排除照射光的泄漏來(lái)檢測(cè)散射光的會(huì)聚光斑的位置。然而，可同時(shí)地檢測(cè)散射光和照射光的會(huì)聚光斑的位置。如結(jié)合圖3所述，由于照射光具有比散射光小的數(shù)值孔徑NA，所以分割光接收器23的光接收面上的照射光會(huì)聚光斑B大于散射光的會(huì)聚光斑A。在這點(diǎn)上，如果利用這些光斑大小間的差異將分割光接收器23分為包含對(duì)應(yīng)于散射光會(huì)聚光斑A的部分和對(duì)應(yīng)于照射光會(huì)聚光斑B的部分的多個(gè)部分，那么能夠同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)會(huì)聚光斑的位置。盡管在本實(shí)施方式中分割光接收器23包括四個(gè)區(qū)域231、232、233和234，但是分割光接收器23的分割區(qū)域的數(shù)量可設(shè)為2、3、5以上，只要能夠基于來(lái)自于一個(gè)、兩個(gè)以上區(qū)域的信號(hào)或信號(hào)和間的信號(hào)差來(lái)檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑和照射光會(huì)聚光斑的位置即可。另外，每個(gè)區(qū)域不必等分或不必通過(guò)相交于光接收面中心的界線分割，只要能夠如上所述檢測(cè)光斑的位置即可。2.根據(jù)第二實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置圖6和圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置的光路的構(gòu)成的示意圖。圖6示出了檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑的位置時(shí)光路的構(gòu)成，圖7示出了檢測(cè)照射光會(huì)聚光斑的位置時(shí)光路的構(gòu)成。根據(jù)本實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置與前述第一實(shí)施方式的裝置的不同之處在于，在用于測(cè)定微小顆粒P的光學(xué)特性的光檢測(cè)器系統(tǒng)中設(shè)置有用于遮擋雜散光的針孔(pinhole)。利用會(huì)聚到樣本流的照射光從微小顆粒或標(biāo)記在微小顆粒上的熒光物質(zhì)產(chǎn)生的散射光或熒光通過(guò)光檢測(cè)器系統(tǒng)檢測(cè)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并被提供以用于測(cè)定微小顆粒的光學(xué)特性。在這種情況下，如果從樣本流輸送到的微芯片產(chǎn)生的自身熒光或諸如不需要的散射光的雜散光入射到光檢測(cè)器系統(tǒng)，那么會(huì)產(chǎn)生測(cè)定誤差?？赏ㄟ^(guò)在光檢測(cè)器系統(tǒng)中設(shè)置用于遮擋雜散光的針孔來(lái)遮擋這種雜散光。下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置的光路的構(gòu)成。在圖中，從由參考標(biāo)號(hào)11表示的光源發(fā)出的照射光(激光)利用準(zhǔn)直器透鏡12 耦合成基本平行的光并利用聚光透鏡13會(huì)聚到微小顆粒P所穿過(guò)的樣本流S。樣本流S可被輸送到流動(dòng)室的內(nèi)側(cè)或形成在微芯片上的流路的內(nèi)側(cè)。照射到樣本流S且直接傳播而無(wú)散射的照射光和被微小顆粒P散射的散射光利用物鏡21耦合成基本平行的光，并被導(dǎo)向偏光分束器25。偏光分束器25是基于偏振方向的不同分離一部分散射光的光學(xué)濾波器。照射到樣本流S且被微小顆粒P散射的散射光的偏振方向相對(duì)于照射光旋轉(zhuǎn)。為此，可以通過(guò)利用偏光分束器25基于偏振方向的不同從照射光和散射光的混合光中，僅將具有垂直于照射光的偏振方向的散射光偏振分量分離。被偏光分束器25分離的散射光分量利用聚光透鏡22會(huì)聚到分割光接收器23。會(huì)聚到分割光接收器23的散射光分量在其光接收面上形成會(huì)聚光斑。在附圖中，參考標(biāo)號(hào)M表示包括用于遮擋照射光的遮擋區(qū)域和配置在遮擋區(qū)域周圍以透過(guò)散射光的透光區(qū)域的遮光板。遮光板M插入到樣本流S和分割光接收器23之間的光路上或配置為被撤離。如圖6中所示，當(dāng)遮光板M插入到樣本流S和分割光接收器23之間的光路上時(shí)， 直接傳播過(guò)微小顆粒P而無(wú)散射的照射光(由虛線表示)被配置在遮光板M中央的遮擋區(qū)域遮擋。因此，利用偏光分束器25，被微小顆粒P散射的散射光中僅具有垂直于照射光的偏振方向的散射光偏振分量會(huì)聚到分割光接收器23。在這種情況下，會(huì)聚到分割光接收器 23的光接收面的散射光的會(huì)聚光斑由圖3中的參考符號(hào)A表示。另外，由于分割光接收器 23的構(gòu)成類似于結(jié)合第一實(shí)施方式描述的構(gòu)成，所以這里將不再重復(fù)其描述。同時(shí)，在被微小顆粒P散射的散射光中，具有與照射光相同偏振方向的散射光偏振分量利用聚光透鏡26會(huì)聚并被用于檢測(cè)微小顆粒P的光學(xué)特性的光接收器觀檢測(cè)。另外，利用會(huì)聚到樣本流S的照射光從微小顆粒P或標(biāo)記在微小顆粒P上的熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光由光檢測(cè)器系統(tǒng)(未示出)檢測(cè)。在這種情況下，通過(guò)配置針孔27能夠防止從微芯片產(chǎn)生的自身熒光或諸如不需要的散射光的雜散光入射到光接收器觀。根據(jù)本實(shí)施方式，具有垂直于照射光的偏振方向的散射光偏振分量利用偏光分束器25被分離至分割光接收器23。為此，照射到樣本流S且直接傳播而無(wú)散射的照射光無(wú)分離而以原樣到達(dá)分割光接收器23。在這點(diǎn)上，根據(jù)本實(shí)施方式，用于使照射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的光學(xué)濾波器四插入在偏光分束器25和樣本流S之間的光路上或配置為被撤離。例如，優(yōu)選地使用半波長(zhǎng)板作為光學(xué)濾波器四。下文中，光學(xué)濾波器四叫做“半波長(zhǎng)板四”。 半波長(zhǎng)板四優(yōu)選地配置為可替換遮光板對(duì)。如圖7中所示，當(dāng)半波長(zhǎng)板四插入樣本流S和偏光分束器25之間的光路上時(shí)，直接傳播而未被微小顆粒P散射的照射光(圖中由實(shí)線表示)具有被半波長(zhǎng)板四旋轉(zhuǎn)的偏振方向并利用偏光分束器25被導(dǎo)向分割光接收器23。導(dǎo)向分割光接收器23的照射光利用聚光透鏡22會(huì)聚到分割光接收器23的光接收面以形成會(huì)聚光斑。在這種情況下，會(huì)聚到分割光接收器23的光接收面的照射光的會(huì)聚光斑由圖3中的參考符號(hào)B表示。在該光學(xué)系統(tǒng)中，照射光也使用樣本流上的激光光斑作為物點(diǎn)，并使用分割光接收器的光接收面上的會(huì)聚光斑作為像點(diǎn)。另外，散射光使用樣本流內(nèi)的微小顆粒作為物點(diǎn)， 并使用分割光接收器的光接收面上的會(huì)聚光斑作為像點(diǎn)。當(dāng)照射光和散射光的兩個(gè)物點(diǎn)的位置彼此一致時(shí)，照射光的像點(diǎn)和散射光的像點(diǎn)彼此一致。也就是說(shuō)，當(dāng)樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置一致時(shí)，作為散射光和照射光的像點(diǎn)的散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的中心位置也彼此一致，如圖3中所示。相反，當(dāng)樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置不一致時(shí)，作為散射光和照射光的像點(diǎn)的散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的中心位置偏離，如圖5中所
7J\ ο根據(jù)本發(fā)明的微小顆粒測(cè)定裝置基于從分割光接收器23獲得的信號(hào)(位置信號(hào)) 強(qiáng)度，來(lái)檢測(cè)散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置。另外，提供一種通過(guò)校正兩個(gè)像點(diǎn)的位置的偏離而使彼此一致，來(lái)使樣本流上的激光光斑的位置和樣本流內(nèi)微小顆粒的位置的兩個(gè)物點(diǎn)間一致的光軸校準(zhǔn)功能。散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的位置的檢測(cè)或散射光會(huì)聚光斑A和照射光會(huì)聚光斑B的檢測(cè)位置偏離的校正同樣可在根據(jù)第一實(shí)施方式的微小顆粒測(cè)定裝置中執(zhí)行。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的微小顆粒測(cè)定裝置中，通過(guò)執(zhí)行光軸校準(zhǔn)使得光接收器的光接收面上作為照射光和散射光的像點(diǎn)的照射光會(huì)聚光斑和散射光會(huì)聚光斑的位置彼此一致，能夠使樣本流上作為照射光的物點(diǎn)的激光光斑的位置與樣本流內(nèi)作為散射光的物點(diǎn)的微小顆粒的位置一致。因而，即使由于測(cè)定期間的振動(dòng)或者溫度或壓力的變化導(dǎo)致產(chǎn)生光軸偏離，也能夠自動(dòng)地校正偏離并以高精度執(zhí)行測(cè)定。根據(jù)本實(shí)施方式，在被微小顆粒散射的散射光中，利用偏光分束器25，具有垂直于照射光的偏振方向的散射光偏振分量會(huì)聚到用于檢測(cè)散射光的會(huì)聚光斑的位置的分割光接收器23，而具有與照射光相同的偏振方向的散射光偏振分量會(huì)聚到用于測(cè)定微小顆粒的光學(xué)特性的光接收器觀。具有垂直于照射光的偏振方向的偏振方向的散射光偏振分量具有的強(qiáng)度小于具有與照射光相同偏振方向的散射光偏振分量。為此，在光接收器觀的信號(hào)強(qiáng)度以高靈敏度優(yōu)先測(cè)定微小顆粒的光學(xué)特性的情況下，前述的構(gòu)造是非常優(yōu)選的。同時(shí)，在以更高靈敏度測(cè)定散射光的會(huì)聚光斑的位置的情況下，可利用偏光分束器25對(duì)散射光進(jìn)行分離，使得具有與照射光相同偏振方向的散射光偏振分量會(huì)聚到分割光接收器23，而具有垂直于照射光的偏振方向的散射光偏振分量會(huì)聚到光接收器28。根據(jù)本實(shí)施方式，類似于第一實(shí)施方式，可同時(shí)檢測(cè)散射光的會(huì)聚光斑的位置和照射光的會(huì)聚光斑的位置。另外，分割光接收器23的分割區(qū)域的數(shù)量可設(shè)為2、3、5以上， 并且不必等分分割光接收器23。此外，分割光接收器23不必通過(guò)相交于光接收面中心的界線分割。本發(fā)明包含于2010年8月M日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2010-186961中所公開(kāi)的相關(guān)主題，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引證結(jié)合于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合以及替換，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求書(shū)或其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微小顆粒測(cè)定裝置，包括光會(huì)聚單元，用于將照射到微小粒子所穿過(guò)的樣本流的、直線傳播而無(wú)散射的照射光以及被所述微小粒子散射的散射光會(huì)聚到被分割為多個(gè)區(qū)域的光接收器；位置控制器，用于控制構(gòu)成光路的部件的相對(duì)位置；以及控制單元，用于基于所述光接收器的每個(gè)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)所述照射光和所述散射光的會(huì)聚光斑的位置，并且控制所述位置控制器，以使得所述照射光的所述會(huì)聚光斑的位置和所述散射光的所述會(huì)聚光斑的位置彼此一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小顆粒測(cè)定裝置，其中，所述光會(huì)聚單元包括光學(xué)濾波器， 所述光學(xué)濾波器具有用于遮擋所述照射光的遮擋區(qū)域和配置在所述遮擋區(qū)域周圍以透過(guò)所述散射光的透過(guò)區(qū)域，所述光學(xué)濾波器設(shè)置在所述樣本流和所述光接收器之間的光路上或配置成從所述光路撤離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微小粒子測(cè)定裝置，其中，通過(guò)所述照射光和所述散射光會(huì)聚形成所述會(huì)聚斑點(diǎn)的光接收表面上的相交于一點(diǎn)的界線，所述光接收器被等分成多個(gè)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微小顆粒測(cè)定裝置，其中，所述光會(huì)聚單元進(jìn)一步包括基于所述樣本流和所述光接收器之間的光路上偏振方向的不同而將所述散射光的一部分分離的光學(xué)濾波器，以及其中，使所述照射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的光學(xué)濾波器設(shè)置在所述光學(xué)濾波器和所述樣本流之間的光路上或被配置為從所述光路撤離。
5.一種微小顆粒測(cè)定裝置中光軸校準(zhǔn)方法，所述方法包括使照射到微小粒子所穿過(guò)的樣本流的、直線傳播而無(wú)散射的照射光和被所述微小顆粒散射的散射光會(huì)聚到被分割為多個(gè)區(qū)域的光接收器；基于所述光接收器的每個(gè)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)所述照射光和所述散射光的會(huì)聚光斑的位置；以及校準(zhǔn)構(gòu)成光路的部件的相對(duì)位置，使得所述照射光的所述會(huì)聚光斑的位置和所述散射光的所述會(huì)聚光斑的位置彼此一致。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了微小顆粒測(cè)定裝置和光軸校準(zhǔn)方法，該微小顆粒測(cè)定裝置，包括光會(huì)聚單元，用于將照射到微小粒子所穿過(guò)的樣本流的、直線傳播而無(wú)散射的照射光以及被微小粒子散射的散射光會(huì)聚到被分割為多個(gè)區(qū)域的光接收器；位置控制器，用于控制構(gòu)成光路的部件的相對(duì)位置；以及控制單元，用于基于光接收器的每個(gè)區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)檢測(cè)照射光和散射光的會(huì)聚光斑的位置，并且控制位置控制器，以使得照射光的會(huì)聚光斑位置和散射光的會(huì)聚光斑位置彼此一致。
文檔編號(hào)G01N15/00GK102401776SQ201110236910
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者今西慎吾, 堂脅優(yōu), 橋本學(xué)治, 鈴木俊平 申請(qǐng)人:索尼公司