JPH0220053B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はある流れ中に存在する粒子を分析する
光学的流れシステムに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical flow system for analyzing particles present in a flow.

流れ粒子自動分析器を適用する場合、標本又は
試料の不均質細胞（セル：cell）母集団中に存在
する各種の細胞を識別するためのほんの少数の粒
子識別子（デイスクリプター：descriptor）を使
用することも不可能である。現在のところ、大抵
の流れシステムでは螢光とか、光散乱とか細胞の
電気的（又は電子的）な量を測定している。しか
しながら、複合型電子−光学式粒子分析器で光学
測定とインピーダンス測定との両測定を行なうこ
とに起因した設計上の主要な問題がある。従来の
大部分の複合型電子−光学粒子分析器では、光学
測定に先立つて細胞の電気的な量の測定
（electronic cell volume）を行ない、これら２
つのタイプの測定に相関をもたさせることが必要
である。この相関問題は粒子の流速度が極めて遅
い場合にはあまり重要ではないが、粒子の流速度
が速い場合には、電気量検出用オリフイスの通過
後に引き離されて光学検出区域に個別的に移動す
るような、非螢光粒子の存在する細胞の集団のよ
うなアーチフアクトのために、検出された信号が
乱されるおそれがあると共に、２つの隣り合う細
胞が流れ中で位置変換を生ずるおそれがある。従
来は、この相関問題の解決を２つの方法で図ろう
とした。一つの方法は１個の所定の粒子に対する
光学信号及び電気信号間の時間遅延を補償するた
めの特定回路を開発することである。第二の方法
は全ての測定を同時に行なう電子−光学粒子分析
器を開発し、これによつて順次の下流での測定に
より得られたデータを相関付ける作業の複雑化及
びその不確定性を除去することにある。後者の方
式の電子−光学粒子分析器は文献：THE
JOURNAL OF HISTOCHEMISTRY AND
CYTOCHEMISTRY，Vol.25，No.７（1977），
pp.827−835の記載された論文“Combined
Optical and Electronic Analysis of Cells
with AMAC Transducers”に開示されている。
これに開示されている多パラメータ粒子分析器で
は、全てのパラメータを同時に測定するため方形
の検出チエンバ又はオリフイスを使用する。この
方形オリフイスは４個の角錐を一体に付着して形
成された立方体内に画成する。しかしながら、こ
の構成の光学及び機械的特徴は最適ではないこと
が判つた。 When applying a flow particle automated analyzer, only a small number of particle descriptors are used to identify the various types of cells present in a heterogeneous cell population of a specimen or sample. It is also impossible. Currently, most flow systems measure fluorescence, light scattering, or electrical (or electronic) quantities in cells. However, there are major design problems that arise from performing both optical and impedance measurements in a hybrid electro-optical particle analyzer. Most conventional hybrid electro-optical particle analyzers measure the cell's electrical volume (electronic cell volume) prior to optical measurement, and these two
It is necessary to correlate the two types of measurements. This correlation problem is less important when the particle flow rate is very low, but when the particle flow rate is high, the particles are separated after passing through the electrostatic detection orifice and moved individually to the optical detection area. Artifacts such as clusters of cells in the presence of non-fluorescent particles can disrupt the detected signal and can cause two neighboring cells to change position in the flow. . Conventionally, attempts have been made to solve this correlation problem using two methods. One method is to develop specific circuitry to compensate for the time delay between the optical and electrical signals for one given particle. The second method is to develop an electro-optical particle analyzer that performs all measurements simultaneously, thereby eliminating the complexity and uncertainty of correlating data from sequential downstream measurements. It's about doing. The latter type of electron-optical particle analyzer is described in the literature: THE
JOURNAL OF HISTOCHEMISTRY AND
CYTOCHEMISTRY, Vol.25, No.7 (1977),
The paper “Combined” on pp.827-835
Optical and Electronic Analysis of Cells
with AMAC Transducers”.
The multi-parameter particle analyzer disclosed therein uses a rectangular detection chamber or orifice to measure all parameters simultaneously. The square orifice is defined within a cube formed by four pyramids attached together. However, the optical and mechanical characteristics of this configuration were found to be suboptimal.

この粒子分析器の検出区域から生じて発散する
螢光を集光するため、後段の光学素子でそれ以降
の光処理等のため光を集束（フオーカシング）出
来るように、この螢光を実質的に編成する（又は
整える）（organize）必要がある。例えば、フイ
ルタにより螢光を迷光から除去するため、典型的
には螢光を集束させてこの螢光がビンホールを通
るようにする。さらに、バリヤーフイルタと光電
子増倍管とがこれらの表面に垂直に入射する光に
対してさらに効率良く作動するようにすることが
必要となる。このように編成することに加えて、
集光すべき発散螢光は検出区域に関して理想的な
立体角を有する必要がある。換言すれば、フイル
タに通すため光を集束させたり或いは垂直光を形
成したりするため、コリメータ・レンズのような
少なくとも１個の光学素子が必要となる。このコ
リメータ・レンズが受光する光が発散すればする
程、このレンズの屈折力を増々大きくする必要が
ある。実際、安価なコリメータ・レンズにはＦナ
ンバーを0.7以上とする必要があり、こうするこ
とにより光を約40゜の半角に制限して集光するこ
とが出来る。上述した立方体の表面を光学表面と
すると、この立方体の平坦な外周辺部から光を広
範囲に発散するようにして出射せしめる。従つ
て、安価な普通の単一コリメータ・レンズを使用
する場合には、この広範囲の発散光の一部分のみ
を集光して編成して平行ビームとすることが出来
る。例えば、方形オリフイスを用いる場合には、
正確に編成するために利用出来る光量は方形オリ
フイスの１個の平坦表面に対する領域（又は面
積）の光に制限される。この方形オリフイスを立
方体形状の平坦外周辺部と組合わせると、立方体
形状によつて広がつて発散するために、このオリ
フイスの平坦表面に入射する光の全てが集光され
得るとは限らない。また、この立方体形状によ
り、照明の取り得る広い角度が著しく縮小され
る。 In order to collect the fluorescent light emanating from the detection area of the particle analyzer, this fluorescent light can be effectively focused so that subsequent optical elements can focus the light for subsequent optical processing. It is necessary to organize (or arrange). For example, a filter typically focuses the fluorescent light and directs it through a bin hole to remove stray light. Furthermore, there is a need for barrier filters and photomultiplier tubes to operate more efficiently for light incident perpendicularly to their surfaces. In addition to organizing like this,
The diverging fluorescence to be collected must have an ideal solid angle with respect to the detection area. In other words, at least one optical element, such as a collimator lens, is required to focus the light or form a vertical beam for passing through a filter. The more divergent the light received by this collimator lens, the greater the refractive power of this lens needs to be. In fact, cheap collimator lenses need to have an F number of 0.7 or higher, which allows them to limit and focus light to a half-angle of about 40 degrees. When the surface of the cube described above is used as an optical surface, light is emitted from the flat outer periphery of the cube in a wide-ranging manner. Therefore, when using an inexpensive common single collimator lens, only a portion of this widely divergent light can be focused and organized into a parallel beam. For example, when using a square orifice,
The amount of light available for accurate organization is limited to the area (or area) of light on one flat surface of the rectangular orifice. When this rectangular orifice is combined with a flat outer periphery of a cubic shape, not all of the light incident on the flat surface of the orifice can be focused because it is spread out and diverged by the cubic shape. The cubic shape also significantly reduces the wide range of possible illumination angles.

また、立方体の表面を光学表面とするため、特
に散乱光が入射照明ビームの中心軸からのふれの
立体角と相関する場合には、この散乱光の集光が
困難である。また、この立方体の光学表面のため
フーリエ変換光学の適用が困難である。 Furthermore, since the surface of the cube is an optical surface, it is difficult to collect the scattered light, especially when the scattered light correlates with the solid angle of deflection from the central axis of the incident illumination beam. Furthermore, this cubic optical surface makes it difficult to apply Fourier transform optics.

顕微鏡技術分野では公知であるが、対物レンズ
の範囲内に物体を載置すると集光効率が著しく高
まり解像度が上がる。また、水での液浸系を使用
すると乾燥系の場合よりも光の効率が良くなる
が、レンズの屈折率と等しい屈折率の浸漬媒質で
得られる効率程ではない。 It is well known in the field of microscopy that placing an object within the range of an objective significantly increases light collection efficiency and increases resolution. Also, while the use of a water immersion system provides better light efficiency than a dry system, it is not as efficient as would be obtained with an immersion medium having a refractive index equal to that of the lens.

本発明の目的は流体流中に懸濁される粒子がフ
ロー・セル中に形成されているオリフイスを通過
する際放射源から照射を受けた時に発生する光学
信号を測定するための光学的に透明なフロー・セ
ル（flow・cell）に関するものである。このフロ
ー・セルは放射を集めるための少なくとも１個の
実質的に球状の部分を有し、このほぼ球状の部分
によつてオリフイスを通る光軸に関し放射方向に
対称な回転表面を画成する。方形オリフイスを使
用するときは、その少なくとも１個の平坦表面を
集光光軸に垂直に整列させる。本発明の第一実施
例では、フロー・セルは中心にオリフイスを配設
させた光学的に透明な球状素子を具える。本発明
の第二実施例では、このオリフイスの中心を球状
素子の曲率中心に対してずらせて位置決めさせ
る。 It is an object of the present invention to provide an optically transparent apparatus for measuring the optical signal generated when particles suspended in a fluid stream are irradiated by a radiation source as they pass through an orifice formed in a flow cell. This relates to flow cells. The flow cell has at least one substantially spherical portion for collecting radiation, which substantially spherical portion defines a surface of rotation that is radially symmetrical about an optical axis passing through the orifice. When using a rectangular orifice, its at least one flat surface is aligned perpendicular to the collection optical axis. In a first embodiment of the invention, the flow cell comprises an optically transparent spherical element with an orifice disposed in its center. In a second embodiment of the invention, the center of this orifice is positioned offset from the center of curvature of the spherical element.

動作に際し、照明用放射によつてこのオリフイ
ス内部の検出区域で流れ中にある個々の粒子を照
明して光学信号を生ずる。一方これと同時にこれ
ら各照明された粒子に対し随意に粒子インピーダ
ンスを測定することも出来る。 In operation, illuminating radiation illuminates individual particles in the flow at a detection area within the orifice to produce an optical signal. Meanwhile, at the same time, it is also possible to optionally measure the particle impedance for each of these illuminated particles.

第一実施例によれば、検出区域を球状素子の中
心に位置させてあり、従つて、球状素子の周辺球
面部における光学信号である光の屈折が最小とな
り、これがため光学信号は球状素子から理想的な
発散状態で比較的編成すなわち整えられた放射と
して取り出される。 According to the first embodiment, the detection area is located at the center of the spherical element, so that the refraction of the light, which is the optical signal, at the peripheral spherical part of the spherical element is minimized, so that the optical signal leaves the spherical element. It is extracted as a relatively organized or ordered radiation with ideal divergence.

第二実施例によれば、集光光軸の一方の端部側
の球状素子の周辺球面部は屈折力のより大きなレ
ンズとして作用するので、放射は球状素子から発
散が割合い小さい状態で出て行く。 According to the second embodiment, the peripheral spherical surface of the spherical element on one end side of the condensing optical axis acts as a lens with larger refractive power, so that the radiation exits the spherical element with relatively small divergence. Go.

これら第一及び第二実施例の好適装置では、少
なくとも１個の平坦表面を有するオリフイスを使
用しており、このオリフイスの中心からやつてき
て平坦表面に入射する放射は、流れとガラスとの
境界で集光光軸の周りに半径方向に対称的に屈折
するので、相当整つた光を効率良く集光すること
が出来る。 The preferred apparatus of these first and second embodiments employs an orifice having at least one flat surface such that radiation coming from the center of the orifice and incident on the flat surface is directed to the boundary between the flow and the glass. Since the beam is refracted radially symmetrically around the focusing optical axis, fairly well-ordered light can be efficiently focused.

本発明の第一実施例の変形例では、球状素子の
一部分に反射被膜を設けて集光及び又は照度を高
めることが出来る。また、第一及び第二実施例に
おいて、平行な光を使用する代わりに平行にされ
ていない照明光を使用して粒子内部の照度が一様
でないという問題を除去することが出来る。第一
及び第二実施例では、球状素子の周辺球面部の１
個以上の部分を変更して曲率半径のより大きな球
面部分として放射を整えて集束させることも出来
る。また、他の構成例では、フロー・セルに１個
以上の球面部分と少なくとも１個の非球面部分と
を設けて集光用の追加表面を形成してもよい。 In a modification of the first embodiment of the invention, a portion of the spherical element may be provided with a reflective coating to increase light collection and/or illuminance. Furthermore, in the first and second embodiments, instead of using parallel light, uncollimated illumination light can be used to eliminate the problem of uneven illumination inside the particle. In the first and second embodiments, one of the peripheral spherical parts of the spherical element
It is also possible to modify more than one section to shape and focus the radiation as a spherical section with a larger radius of curvature. In other configurations, the flow cell may include one or more spherical portions and at least one aspherical portion to provide additional surfaces for collection.

以下図面により本発明の実施例につき説明す
る。尚、以下光について説明するが、この光の意
味にはいわゆる放射を含むものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that light will be explained below, but the meaning of light includes so-called radiation.

第１図は光学的フロー・セル１０の第一実施例
を示し、このフロー・セルは好ましくは石瑛で形
成した光学的に透明な球状素子１２を具えてい
る。好ましくは断面がほぼ方形のオリフイス１４
を球状素子１２の曲率中心１５と中心として位置
決めする。相対向して連通している一対の流路す
なわち、上流の流路１６と下流の流路１８を、こ
の方形オリフイス１４の一対の開口端２０及び２
２から外側へと、それぞれ延在させて球状素子１
２の周辺球面部２３で終端させて。従つて、これ
ら流路１６及び１８並びにオリフイス１４は、球
状素子１２を経て通る流体流を受け取るためのチ
ヤンネルを画成している。好ましくは、これら流
路１６及び１８並びにオリフイス１４を流体流の
流れ軸１９に位置決めする。これら流路１６及び
１８は球状素子１２を通る流体流の圧力降下を最
小にする。 FIG. 1 shows a first embodiment of an optical flow cell 10, which includes an optically transparent spherical element 12, preferably formed of alabaster. Orifice 14 preferably having a substantially square cross section
is positioned as the center of curvature 15 of the spherical element 12. A pair of flow paths communicating with each other, that is, an upstream flow path 16 and a downstream flow path 18, are connected to a pair of open ends 20 and 2 of this rectangular orifice 14.
The spherical elements 1 extend outward from the spherical elements 1 and 2.
It terminates at the peripheral spherical part 23 of No. 2. The passageways 16 and 18 and the orifice 14 thus define a channel for receiving fluid flow through the spherical element 12. Preferably, these channels 16 and 18 and orifice 14 are positioned at a flow axis 19 of the fluid stream. These channels 16 and 18 minimize the pressure drop of fluid flow through the spherical element 12.

米国特許第3710933号及び第3989381号明細書に
開示されているような公知の層流技術を利用する
のが好適である。試料導入管２４から、例えば細
胞のような個別の分離された粒子を、供給し懸濁
液にする。この試料導入管２４を上流のチエンバ
２６で取り囲み、このチエンバを流体さやとして
用いて粒子がオリフイス１４を通過する際これら
流れに乗つた粒子の位置決めを行なう。下流のチ
エンバ２８はオリフイス１４及び下流の流路１８
を通つてきた流体流の流体を受ける。これらチエ
ンバ２６及び２８を一対の普通の封止手段２９に
よつて球状素子１２に液密封着して取り付ける。
好ましくはこのオリフイス１４の断面を方形形状
とするが、例えば円形形状の断面とすることも出
来る。後述するように、例えば粒子仕分を行なう
ようなあるトランスジユーサに対して下流チエン
バ２８を設けない方がよいかも知れない。 Preferably, known laminar flow techniques are used, such as those disclosed in US Pat. Nos. 3,710,933 and 3,989,381. From the sample introduction tube 24, individual separated particles, such as cells, are fed into a suspension. The sample introduction tube 24 is surrounded by an upstream chamber 26, which is used as a fluid sheath to position particles as they pass through the orifice 14. The downstream chamber 28 includes the orifice 14 and the downstream flow path 18.
Receives fluid from the fluid stream passing through it. The chambers 26 and 28 are fluid-tightly attached to the spherical element 12 by a pair of conventional sealing means 29.
Preferably, the orifice 14 has a rectangular cross section, but it can also have a circular cross section, for example. As discussed below, it may be advantageous not to include downstream chamber 28 for some transducers, such as those that perform particle sorting.

一対の電極すなわち上流電極３０及び下流電極
３２をオリフイス１４の両側と電気的に連絡し、
これら電極間に電位差を与える。米国特許第
2656508号及び同第4014611号明細書に開示されて
いるような従来公知の方法で、オリフイス１４を
通つて流れる粒子のインピーダンスを検出して計
数データとか電気的な量のデータとかを得る。こ
の図では、粒子のインピーダンス測定を行なう一
方法を示すために簡単な配置の２つの電極３０及
び３２を示しているにすぎない。他の配置として
電極をこのフロー・セル１０に使用することも出
来、例えば米国特許第4019134号明細書に開示さ
れた配置を用いることもできる。従つて、流れに
乗つた粒子のインピーダンス及び計数測定に対す
る検出区域３４はオリフイス１４の、球状素子１
２の中心１５に生ずる。第一実施例ではインピー
ダンス検出について示したが、このフロー・セル
１０を後述する光信号の測定に対してのみ使用す
ることも出来る。 a pair of electrodes, an upstream electrode 30 and a downstream electrode 32, are in electrical communication with opposite sides of the orifice 14;
A potential difference is applied between these electrodes. US Patent No.
2,656,508 and 4,014,611, the impedance of particles flowing through the orifice 14 is detected to obtain count data or electrical quantity data. In this figure, only two electrodes 30 and 32 are shown in a simple arrangement to illustrate one method of making particle impedance measurements. Other arrangements of electrodes may be used in the flow cell 10, such as the arrangement disclosed in US Pat. No. 4,019,134. Therefore, the detection area 34 for impedance and count measurements of flow-borne particles is located at the spherical element 1 of the orifice 14.
It occurs at the center 15 of 2. Although impedance detection is shown in the first embodiment, this flow cell 10 can also be used only for measuring optical signals, which will be described later.

光源（放射源）３６から発生し第一光軸４０に
中心を合わせた、比較的平行にされた光ビーム３
８、好ましくはノーザビームで検出区域３４を照
射する。吸収光とか、螢光とか、散乱光とかを検
出するため流れに照明を与える技術については、
米国特許第3710933号明細書に開示されているよ
うに従来公知である。これら照明技術において、
球状素子１２に比較的平行な光を与えるため、こ
の球状素子１２に一対の平坦表面４１及び４２を
対向させて形成し、これら平坦表面の大きさ及び
形状を光ビーム３８の断面の大きさに等しいかそ
れよりも大きくする。これがため、光ビーム３８
は最小の屈折状態で球状素子１２の周辺部２３を
２回通過する。粒子によつて散乱されない光ビー
ム３８の部分がこの球状素子１２を通過し、鏡４
３で反射されてビーム・ダンプ４４に集められ
る。順方向の散乱光を、米国特許第3710933号明
細書に記載されている方法で、順方向散乱光検出
器４５で集光する。さらに、いずれの周辺球面部
２３を通過する散乱光を集光して従来公知の方法
で分析出来るので、フロー・セル１０は順方向散
乱光の集光を必らずしも必要としないしこれに限
定されるものでもない。加えて、散乱光をフーリ
エ面に集光させて、そこで検出したり或いは既知
の光学データ処理技術で処理を行なうことが出来
る。このフロー・セル１０の第一実施例の利点
は、散乱光が周辺球面部２３を通過するので、球
状素子１２は、従来の立方体形状に比べて光学的
に非素子として実質的に作用することにある。換
言すれば、散乱光は周辺球面部２３にほぼ垂直な
方向に存在し、従つて、光線４６で示すように、
従来の立方体におけるような、散乱光と広角度で
発散せしめるような屈折は除去される。しかしな
がら、流れとガラスとの境界における屈折に起因
して、出射光はオリフイス１４中でのこれら光の
入射方向に対してほんの僅かだけ発散する。 a relatively parallel light beam 3 originating from a light source 36 and centered on a first optical axis 40;
8. Irradiate the detection area 34, preferably with a norther beam. Regarding the technology of illuminating the flow to detect absorbed light, fluorescent light, and scattered light,
It is known in the art as disclosed in US Pat. No. 3,710,933. In these lighting technologies,
In order to provide relatively parallel light to the spherical element 12, the spherical element 12 is formed with a pair of flat surfaces 41 and 42 facing each other, and the size and shape of these flat surfaces are adjusted to the size of the cross section of the light beam 38. Equal to or greater than. Because of this, the light beam 38
passes through the periphery 23 of the spherical element 12 twice in a state of minimum refraction. The portion of the light beam 38 that is not scattered by the particles passes through this spherical element 12 and is reflected by the mirror 4.
3 and is collected at a beam dump 44. The forward scattered light is collected by the forward scattered light detector 45 using the method described in US Pat. No. 3,710,933. Furthermore, since the scattered light passing through any of the peripheral spherical surfaces 23 can be collected and analyzed by a conventionally known method, the flow cell 10 does not necessarily require the collection of forward scattered light. It is not limited to. Additionally, the scattered light can be focused into a Fourier plane where it can be detected or processed using known optical data processing techniques. An advantage of this first embodiment of the flow cell 10 is that because the scattered light passes through the peripheral spherical portion 23, the spherical element 12 essentially acts as an optically non-element compared to a conventional cubic shape. It is in. In other words, the scattered light exists in a direction approximately perpendicular to the peripheral spherical portion 23, and therefore, as shown by the ray 46,
Scattered light and wide-angle refraction as in a conventional cube are eliminated. However, due to refraction at the interface between the flow and the glass, the output lights diverge only slightly with respect to their direction of incidence in the orifice 14.

第２図は球状素子１２の中心を通り第１図の面
に直交する断面に関するフロー・セル１０を示す
断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of flow cell 10 taken through the center of spherical element 12 and perpendicular to the plane of FIG.

従来標準的に行なわれているように、好ましく
は検出区域３４から出てくる螢光を光ビーム３８
に対し直角方向に集光する。特に、第一実施例に
おいては、バリヤーフイルタ４７及び螢光検出器
４８を、好ましくは第一光軸４０に直交する第二
光軸５０に心合わせする。理想的には、この第一
及び第二光軸４０及び５０によつて流体流の流れ
軸１９にほぼ直交する平面を規定する。フイルタ
４７と検出器４８に平行光を送るため、集光レン
ズ５２を使用する。理想的な場合には、この集光
レンズを球状素子１２に直ぐ隣接させて位置決め
する。レンズ及び検出器の配置構成は、米国特許
第3710933号に示されているように、従来公知で
ある。散乱光の場合と同様に、螢光は周辺球面部
２３に対しほぼ垂直に交わるので、螢光の屈折を
最小限に押えることが出来る。光線５３によつて
示すように、この周辺球面部２３によつて螢光が
球状素子１２から最小の屈折を受けて編成されて
出て行く。従つて、従来の立方体形状によつて生
ずる広角度発散を除去し得る。実際上、第一実施
例によつて屈折量が僅かであると、出射光の発散
も僅かに減少する。 As is standard practice in the art, the fluorescent light emanating from detection area 34 is preferably directed to light beam 38.
The light is focused in the direction perpendicular to the In particular, in the first embodiment, barrier filter 47 and fluorescence detector 48 are preferably aligned with a second optical axis 50 orthogonal to first optical axis 40 . Ideally, the first and second optical axes 40 and 50 define a plane that is generally perpendicular to the flow axis 19 of the fluid stream. A condenser lens 52 is used to send parallel light to the filter 47 and detector 48. In the ideal case, this focusing lens would be positioned immediately adjacent to the spherical element 12. Lens and detector arrangements are known in the art, as shown in US Pat. No. 3,710,933. As in the case of scattered light, since the fluorescent light intersects substantially perpendicularly to the peripheral spherical surface portion 23, refraction of the fluorescent light can be minimized. As shown by ray 53, this peripheral spherical portion 23 organizes the fluorescent light out of the spherical element 12 with minimal refraction. Thus, the wide angle divergence caused by conventional cubic shapes may be eliminated. In fact, if the amount of refraction is small according to the first embodiment, the divergence of the emitted light is also slightly reduced.

フロー・セル１０の第一実施例の光学的特徴
は、第２図に示すように、周辺球面部２３の一側
に被着させた反射被膜５４にある。光線５６で示
すように、検出区域３４から生じた光の部分は反
射被膜５４で反射してこの検出区域３４を通り集
光される。当業者には螢光とか任意の他の光学信
号を集光するため多くの変形をなし得ること明ら
かである。例えば、二色性材料で形成してある波
長領域の放射を反射させ他の波長領域の放射を透
過させるようにすることが出来る。さらに加え
て、他の波長の螢光又は散乱光を第２図に示す球
状素子１２の、反射被膜を有する側で集光するこ
とが出来る。このような追加の集光は反射被膜５
４を用いずに又は異なる波長の螢光を分離出来る
既知タイプの二色性反射被膜５４を用いて行なう
ことが出来る。当業者によれば、このフロー・セ
ル１０を使用して螢光のみ又は散乱光のみを集光
したり或いは第一実施例のようにこれらの組合わ
せて集光したりすることが出来ること明らかであ
る。その上さらに、このフロー・セル１０を既知
のスリツト走査技術と使用したり、螢光の偏りの
研究に使用したりすることが出来る。例えば、偏
りの研究では、レーザの直線偏光を粒子に当てて
部分的に偏光をなくす。入射光の入射面に対し平
行に及び垂直に偏光された螢光の強度を測定す
る。このような測定に際しては、螢光の信号は光
学的に編成されていることが必要である。従つ
て、このフロー・セル１０を使用して検出区域３
４からやつてくる任意の光学信号を集めることが
出来る。 The optical feature of the first embodiment of the flow cell 10 is a reflective coating 54 deposited on one side of the peripheral spherical portion 23, as shown in FIG. A portion of the light originating from the detection area 34 is reflected by the reflective coating 54 and is focused through the detection area 34, as shown by ray 56. It will be apparent to those skilled in the art that many variations can be made to collect fluorescent light or any other optical signal. For example, it can be made of a dichroic material to reflect radiation in certain wavelength ranges and transmit radiation in other wavelength ranges. Additionally, fluorescent or scattered light of other wavelengths can be focused on the side of the spherical element 12 shown in FIG. 2 that has a reflective coating. Such additional light collection is achieved by a reflective coating 5.
4 or with a known type of dichroic reflective coating 54 that can separate fluorescent light of different wavelengths. It is clear to those skilled in the art that this flow cell 10 can be used to collect only fluorescent light, only scattered light, or a combination of these as in the first embodiment. It is. Furthermore, the flow cell 10 can be used with known slit scanning techniques or used to study fluorescence polarization. For example, to study polarization, a laser shines linearly polarized light onto a particle to partially depolarize it. The intensity of fluorescent light polarized parallel and perpendicular to the plane of incidence of the incident light is measured. Such measurements require that the fluorescent signal be optically organized. Therefore, using this flow cell 10, the detection area 3
Any optical signal coming from 4 can be collected.

球状素子１２の他の利点は平行光ビーム３８の
代わりに非平行光ビームを光源３６から供給する
ことが出来る点にある。特に、光源３６は検出区
域３４に集束する光ビームを与えることが出来
る。入射光を周辺球面部２３に垂直に入射させ、
よつて光の屈折を小さくして光が検出区域３４に
集束するようにする。 Another advantage of the spherical element 12 is that instead of a parallel light beam 38, a non-collimated light beam can be provided by the light source 36. In particular, light source 36 can provide a focused beam of light onto detection area 34 . The incident light is made perpendicularly incident on the peripheral spherical surface part 23,
Thus, the refraction of the light is reduced so that the light is focused on the detection area 34.

水銀ランプや、キセノンランプや、従来普通の
エビスコピツク（episcopic）顕微鏡の照明のよ
うな非レーザ光源をフロー・セル１０に用いるこ
とが出来る。しかしながら、非平行光の光源を使
用すると順方向散乱光の測定が簡単となる。 Non-laser light sources can be used in flow cell 10, such as mercury lamps, xenon lamps, or conventional episcopic microscope illumination. However, the use of a non-collimated light source simplifies the measurement of forward scattered light.

下流のチエンバ２８を従来既知の多くの異なる
形態とすることが出来る。これを米国特許第
3746976号及び第4014611号に示されているよう
な、流体流から流体を処理するために使用する簡
単なチエンバとすることが出来る。或いは又、フ
ロー・セル１０の流れシステムで、個々の分離さ
れた粒子を内部に有し、その後に仕分けられる
（図示されていない）小滴を形成するようにする
ことも出来る。この場合には、下流のチエンバ２
８は必要ではなく、下流の流路を周囲の雰囲気に
直接連通する。その一つの方法は米国特許第
3710933号に示すような接地された第二さや構造
を使用するか、或いは又米国特許第3380584号に
示すような接地されたプレート構造を使用する。
仕分け構成部分を組込む場合には、オリフイス１
４の深さ対幅の比を約４：１とするのが望まし
い。仕分けを行なわない場合には、この比を約
１：１とするのが望ましい。オリフイス１４の幅
を分析されるべき粒子の大きさに応じて変えるこ
とが出来る。好ましくは球状素子１２を石瑛で形
成するが、特定の適用例の場合には、屈折率が小
さく透過の大きな他の材料、例えばプラスチツク
又はサフアイアを使用することが出来る。 Downstream chamber 28 can take many different forms known in the art. This is the US Patent No.
It can be a simple chamber used to process fluids from a fluid stream, such as those shown in US Pat. No. 3,746,976 and US Pat. Alternatively, the flow system of flow cell 10 may have individual separated particles therein to form droplets (not shown) that are subsequently sorted. In this case, downstream chamber 2
8 is not necessary and connects the downstream flow path directly to the surrounding atmosphere. One method is the U.S. Patent No.
A grounded second sheath structure is used as shown in US Pat. No. 3,710,933, or alternatively a grounded plate structure is used as shown in US Pat. No. 3,380,584.
When installing the sorting component, orifice 1
A depth to width ratio of approximately 4:1 is desirable. If no sorting is performed, it is desirable that the ratio be approximately 1:1. The width of the orifice 14 can be varied depending on the size of the particles to be analyzed. Preferably, the spherical element 12 is formed from porcelain, but other materials with low refractive index and high transmission, such as plastic or sapphire, can be used for specific applications.

これまでの説明では、第１図及び第２図に示す
第一実施例を試料導入管２４によつて導入した、
例えば生物細胞のような粒子の研究に使用する場
合につき説明した。トランスジユーサ１０の別の
適用例はクロマトグラフイの分野であり、この場
合には光学フロー・セルを使用してクロマトグラ
フイの流出液を分析する。クロマトグラフイの分
野では、前述した層流技術従つて試料導入管２４
を使用してもよいし又使用しなくてもよい。その
結果、検出されるべき試験片を液体流又はガラス
流中に位置決めしてもしなくてもよい。ここにお
いて“粒子”という言葉の意味には、クロマトグ
ラフイの流出液の螢光分子を含むものとする。 In the explanation so far, the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was introduced through the sample introduction tube 24.
For example, the case where it is used to study particles such as biological cells has been explained. Another application for transducer 10 is in the field of chromatography, where optical flow cells are used to analyze chromatography effluents. In the field of chromatography, the aforementioned laminar flow technique and sample introduction tube 24
may or may not be used. As a result, the test piece to be detected may or may not be positioned in the liquid or glass stream. The term "particle" herein is intended to include fluorescent molecules of chromatography effluent.

第１図及び第２図に示す方形オリフイス１４の
表面５８は平坦な表面である。従来既知のよう
に、オリフイス１４の中心５９からの光は各平坦
表面５８と交わり、この表面５８の流体流とガラ
スとの境界において屈折されて光軸４０及び５０
の周りで放射方向に対称的に曲げられる。同様に
この光は周辺球面部２３によつてさらに屈折され
光軸４０及び５０の周りに放射方向に対称的に曲
げられる。従つて、この周辺球面部２３と少なく
とも１個の平坦表面５８との組合わさつた作用に
よつて、光は光軸５０に沿つて集められ、その屈
折にゆつて光は放射方向に対称的に曲げられる。
このことは集光レンズ５２のような安価な球面レ
ンズを使用してこの光を集光して極めて良く編成
されたビームとすることが出来る。図には示され
ていないが、検出器４８を第一光軸４０上に位置
決めして上述した平坦表面５８の利点を利用する
ことが出来る。しかしながら、光源３６と、これ
に関連する光学素子が集光をある程度妨げる。ま
た、粒子の流れを方形オリフイス１４の中心から
ずらせて位置決めし、一つの平坦表面５８がこれ
ら粒子に対して張る領域を広くすることが出来
る。従つて、集光角度が広がりかつインピーダン
ス検出用パルスを方形パルスとすることが出来
る。 The surface 58 of the rectangular orifice 14 shown in FIGS. 1 and 2 is a flat surface. As is known in the art, light from the center 59 of the orifice 14 intersects each flat surface 58 and is refracted at the interface between the fluid stream and the glass at the surface 58 to direct the optical axis 40 and 50.
is bent radially symmetrically around the This light is likewise further refracted by the peripheral sphere 23 and bent radially symmetrically around the optical axes 40 and 50. Therefore, by the combined action of this peripheral spherical portion 23 and the at least one flat surface 58, the light is focused along the optical axis 50, and upon its refraction, the light is radially symmetrically Can be bent.
This allows the use of an inexpensive spherical lens, such as condenser lens 52, to focus this light into a very well-organized beam. Although not shown, the detector 48 can be positioned on the first optical axis 40 to take advantage of the flat surface 58 described above. However, the light source 36 and its associated optics impede light collection to some extent. Also, the flow of particles can be positioned off-center in the rectangular orifice 14 to increase the area that one flat surface 58 covers for these particles. Therefore, the condensing angle can be expanded and the impedance detection pulse can be made into a rectangular pulse.

第３図はフロー・セル１０の第二実施例を示
し、この場合にはオリフイス１４の流れ軸１９を
球状素子１２の中心１５からずらせて位置決めさ
せている。顕微鏡技術において知られているよう
に、球面レンズ素子に光源を中心からずらせて位
置決めすると、1.4程度の大きさの開口数を有す
るレンズ素子を提供出来る。特に、オリフイス１
４からやつてくる光は周辺球面部２３に入射して
第二光軸５０に関して放射方向に対称的に屈折す
る。従つて、オリフイス１４から球状素子１２の
遠い部分６１にくる光線６０は第二光軸５０の方
向に内側へと屈折する。この光線が内側に曲げら
れるため、光軸５０に中心を有し球状素子１２か
らやつてくる発散の小さいビームは集光レンズ５
２によつて集められる。しかしながら、第一実施
例の集光レンズ５２に比べて、第二実施例の集光
レンズ５２は同じ光の集光に対し遥かに弱い屈折
力でよく、従つて、実質的に価格の低減を図るこ
とが出来る。或いは又、同一屈折力の集光レンズ
５２を使用して光を受けて実質的にさらに多量の
光を集光することが出来る。特に、方形オリフイ
ス１４の１つの平坦表面５８からくるほとんど全
部の光を集光レンズ５２によつて集めて平行光ビ
ームにすることが出来る。光源３６からの光線は
矢印で２方向に示した光線６０のように集束照明
光を供給する。この集束照明光を得るために、照
射光を反射すると共に螢光を透過させるか又はこ
れらとは逆の作用をすることの出来る従来普通の
ダイクロイツク・ミラーを用いることが出来る。
レンズ５２は照明光を集束しかつ出射螢光を集光
する。このレンズ５２を球状素子１２に対し離間
させてもよいし又は取り付けてもよい。第１図及
び第２図の実施例では、光軸４０及び５０が流れ
軸１９に対し直交していない場合であつても、編
成された光を集光出来るものであつた。しかしな
がら、第３図に示すような第二実施例において
は、同軸にある光軸４０及び５０は流れ軸１９に
垂直でなければならない。又、第二光軸５０は球
状素子１２の中心１５を実質的に通らなければな
らない。さらに、広角照明を望む場合には、第一
光軸４０を第二光軸５０と同軸にする必要があ
る。他の点については、第一及び第二実施例の構
造及び動作は同じである。 FIG. 3 shows a second embodiment of the flow cell 10 in which the flow axis 19 of the orifice 14 is positioned offset from the center 15 of the spherical element 12. As is known in the microscopy art, off-center positioning of a light source on a spherical lens element can provide a lens element with a numerical aperture as large as 1.4. In particular, orifice 1
The light coming from 4 is incident on the peripheral spherical section 23 and is refracted symmetrically in the radial direction with respect to the second optical axis 50. Therefore, the light ray 60 coming from the orifice 14 to the remote part 61 of the spherical element 12 is refracted inwardly in the direction of the second optical axis 50. Since this light ray is bent inward, a less divergent beam centered on the optical axis 50 and coming from the spherical element 12 is directed to the condenser lens 50.
Collected by 2. However, compared to the condenser lens 52 of the first embodiment, the condenser lens 52 of the second embodiment requires a much weaker refractive power for condensing the same light, thus substantially reducing the cost. It is possible to plan. Alternatively, a condensing lens 52 of the same refractive power can be used to receive the light and collect substantially more light. In particular, substantially all of the light coming from one flat surface 58 of rectangular orifice 14 can be collected by condenser lens 52 into a collimated beam of light. The light beam from light source 36 provides focused illumination as shown by light beam 60 in two directions with arrows. To obtain this focused illumination, conventional dichroic mirrors capable of reflecting the illuminating light and transmitting the fluorescent light, or vice versa, can be used.
Lens 52 focuses the illumination light and collects the emitted fluorescent light. This lens 52 may be spaced apart from the spherical element 12 or may be attached. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, organized light could be collected even if the optical axes 40 and 50 were not perpendicular to the flow axis 19. However, in a second embodiment as shown in FIG. 3, the coaxial optical axes 40 and 50 must be perpendicular to the flow axis 19. Also, the second optical axis 50 must pass substantially through the center 15 of the spherical element 12. Furthermore, if wide-angle illumination is desired, it is necessary to make the first optical axis 40 coaxial with the second optical axis 50. In other respects, the structure and operation of the first and second embodiments are the same.

第４図はこれまで説明した実施例の２つの変形
例を示す線図である。光源３６から光線６４で示
すような光（放射）を生じ、この光は図面内で集
束するようになつている。この光源３６から生ず
る光の、図面に垂直な方向の幅は狭くて僅かに集
束するようになつている。従つて、集束しつつあ
る“スリツト状”ビームである光がオリフイス１
４に向けられる。このような光は周辺球面部２３
にほぼ直交するので、出射した光はこの球面部の
空気−ガラス境界で最小限定の屈折を生じる。こ
の光はオリフイス１４のガラス−流体流境界によ
つて微小量だけふられるが、この集束光によつて
オリフイス１４を通過する粒子を照明出来る。こ
の周辺球面部２３に小さな帯状反射被膜６５を被
着して反射ミラーを形成し、これによりオリフイ
ス１４を通過した照明光を遮えぎる。この反射被
膜６５の詳細を第５図に示す。この反射被膜６５
に入射する時の照明光の形状は例えばほぼ楕円形
状６６である。反射被膜６５の幅を照明光に対し
小さくし、この反射被膜の上下の散乱光を散乱光
検出器４５を用いて検出出来る。このフロー・セ
ル１０を反射鏡をもつたレーザ・キヤビテイ内に
置くことも出来る。このように構成すれば、安価
で低電力の光源を使用することが出来る。加え
て、粒子を広角照明することにより、比較的細い
ビームの光で生物細胞を照明することによつて通
常生ずるような問題の発生を減少させることが出
来る。特に、例えばレーザ光のような相当細いビ
ームの照明光で細胞を照明すると“ホツト・スポ
ツト”すなわち細胞内の近くの領域に比べてエネ
ルギー密度が相当高い領域が生ずる。換言すれ
ば、光が一様でない領域すなわち“ホツト・スポ
ツト”は照明が一様でないことを表わしており、
従つて、細胞の全ての部分が必ずしも同一のエネ
ルギー量で照射されることはない。これら“ホツ
ト・スポツト”は細胞及び細胞器官の境界での光
学効果によるもので、特にこのことは平行光によ
つて照射されている細胞について云える。その上
さらに、既知のように、ガウス型の強度分布を有
する集束ビームの光例えばレーザ光は回折により
焦点領域において平行となるため同様に“ホツ
ト・スポツト”が生ずる。これら“ホツト・スポ
ツト”による問題は、これらのホツト・スポツト
の位置が細胞内の螢光物質の領域に一致している
場合には、この螢光物質は、“ホツト・スポツト”
中にない同じ螢光物質が生ずるであろう強度の低
い螢光信号よりも強度が高い螢光信号を、生ずる
ということである。簡単に云えば、“ホツト・ス
ポツト”が螢光物質と一致する場合には、螢光読
取りが不正確となる。第３図及び第４図に示すよ
うに広角照明によれば、上述したような問題の発
生を最小限に押えることが出来る。又、細胞は光
を捕えるので、光はこれら細胞から均一に発生し
ない。 FIG. 4 is a diagram showing two modifications of the embodiment described above. Light source 36 produces light (radiation) as shown by ray 64, which is adapted to be focused in the drawing. The width of the light emitted from this light source 36 in the direction perpendicular to the drawing is narrow and slightly focused. Therefore, a converging "slit" beam of light enters orifice 1.
Directed to 4. Such light is transmitted to the peripheral spherical part 23
The emitted light undergoes minimal refraction at the air-glass boundary of this spherical surface. This light is deflected by a small amount by the glass-fluid flow boundary of orifice 14, and the focused light can illuminate particles passing through orifice 14. A small strip-shaped reflective coating 65 is applied to this peripheral spherical surface portion 23 to form a reflective mirror, thereby blocking the illumination light passing through the orifice 14. The details of this reflective coating 65 are shown in FIG. This reflective coating 65
The shape of the illumination light when it is incident on the light source is, for example, approximately an elliptical shape 66. The width of the reflective coating 65 is made small relative to the illumination light, and the scattered light above and below the reflective coating can be detected using the scattered light detector 45. The flow cell 10 can also be placed in a laser cavity with a reflector. With this configuration, an inexpensive and low power light source can be used. In addition, wide-angle illumination of the particles reduces the occurrence of problems normally caused by illuminating biological cells with relatively narrow beams of light. In particular, illuminating a cell with a fairly narrow beam of illumination light, such as laser light, creates "hot spots" or regions within the cell that have a significantly higher energy density than nearby regions. In other words, areas of uneven light or "hot spots" represent non-uniform illumination.
Therefore, not all parts of the cell are necessarily irradiated with the same amount of energy. These "hot spots" are due to optical effects at cell and organelle boundaries, and this is especially true for cells that are illuminated by parallel light. Furthermore, as is known, a focused beam of light with a Gaussian intensity distribution, such as laser light, becomes parallel in the focal region due to diffraction, so that "hot spots" also occur. The problem with these "hot spots" is that if the location of these hot spots corresponds to areas of fluorescent material within cells, then this fluorescent material can become a "hot spot".
That is, it produces a fluorescent signal that is more intense than the less intense fluorescent signal that the same fluorescent material not present would produce. Simply put, if a "hot spot" coincides with a fluorescent material, the fluorescent reading will be inaccurate. Wide-angle illumination as shown in FIGS. 3 and 4 can minimize the occurrence of the problems described above. Also, because cells capture light, light is not generated uniformly from these cells.

第４図に示す変形例では、周辺球面部２３の領
域を変形してこの周辺球面部２３よりも曲率の大
きい突出した球面レンズ部６７を含むようにす
る。これら球面レンズ部を球状素子１２に一体形
成するか又は球状素子１２に取り付け出来る個別
部品として形成することが出来る。この球状素子
１２自体はモノリシツク素子であり、このモノリ
シツクの特性によつて被着面を除去しよつて集光
を良好になし得ている。特に、被着面に使用する
にかわは光学的に不均質であるので迷光を生ず
る。この不均質が螢光を発生する原因となり、時
間の経過と共ににかわは剥れ落ちる。第４図に示
すように、一例として周辺球面部２３は球面レン
ズ部６７の内側半径に等しい外側半径６８を有し
ている。この球面レンズ部６７の外側半径７０は
第二光軸５０上に位置させた曲率中心７２の回り
の回転表面を形成する。この外側半径７０の大き
さは半径６８よりも短かく、従つて球面レンズ部
６７の外側の曲率は周辺球面部２３の曲率よりも
大である。本発明の範囲には球状素子１２はもと
より、球面レンズ部６７のような１個以上の球面
部或いはこの球状素子１２と一体に形成された又
はこれに取り付けられた１個以上の球面状部を含
むことが出来ること明らかである。 In the modification shown in FIG. 4, the region of the peripheral spherical surface section 23 is modified to include a protruding spherical lens section 67 having a larger curvature than the peripheral spherical surface section 23. In the modification shown in FIG. These spherical lens parts can be integrally formed with the spherical element 12 or can be formed as separate parts that can be attached to the spherical element 12. The spherical element 12 itself is a monolithic element, and due to the characteristics of this monolithic element, the adhered surface can be removed to achieve good light collection. In particular, the glue used for the adherend surface is optically non-uniform and produces stray light. This non-uniformity causes fluorescence and the glue flakes off over time. As shown in FIG. 4, by way of example, the peripheral spherical portion 23 has an outer radius 68 equal to the inner radius of the spherical lens portion 67. The outer radius 70 of this spherical lens portion 67 forms a rotating surface about a center of curvature 72 located on the second optical axis 50 . The size of this outer radius 70 is shorter than the radius 68, so that the outer curvature of the spherical lens portion 67 is greater than the curvature of the peripheral spherical portion 23. The scope of the present invention includes not only the spherical element 12 but also one or more spherical parts such as the spherical lens part 67 or one or more spherical parts integrally formed with or attached to the spherical element 12. It is clear that it can be included.

次に第６図につき説明する。この分野の当業者
にも明らかなように、球状素子１２を、一対の対
向する球面状部７４のような１個以上の球面状部
を有したり或いは又例えば円柱状部７６のような
１個以上の非球面状部を有する光学素子として形
成することが出来る。この図に示す実施例は、オ
リフイス１４を中心からずらせて位置させて用い
て多数の球面状部７４からの光を集光出来るよう
に、球状の輪郭７８及び周辺球面２３とによつて
示されるこれら球面状部を接合する方法を示す。
加えて、２個よりも多くの球面状部７４をオリフ
イス１４の周辺で接合させることも出来る。例え
ば、集光用第二光軸５０と同一直線上にある第一
光軸４０に中心を有する集束光を用いることによ
つて、オリフイス１４を広角照明することが出来
る。或いは又、例えば、集束する“スリツト状”
照明光を光軸８０に沿つて当てて円柱状部７６を
“スリツト状”光の断面の広い部分に対し集束レ
ンズのように作用させることも出来る。 Next, FIG. 6 will be explained. As will be appreciated by those skilled in the art, the spherical element 12 may include one or more spherical portions, such as a pair of opposing spherical portions 74, or alternatively, one or more spherical portions, such as, for example, a cylindrical portion 76. The optical element can be formed as an optical element having more than one aspherical portion. The embodiment shown in this figure is indicated by a spherical profile 78 and a peripheral spherical surface 23 such that the orifice 14 can be positioned off-center and used to focus light from multiple spherical sections 74. A method of joining these spherical parts will be shown.
Additionally, more than two spherical portions 74 may be joined around the orifice 14. For example, the orifice 14 can be illuminated at a wide angle by using focused light centered on the first optical axis 40 that is colinear with the second optical axis 50 for condensing. Alternatively, for example, a converging “slit-like”
It is also possible to direct the illumination light along the optical axis 80 so that the cylindrical portion 76 acts like a focusing lens for a wide cross section of the "slit" light.

上述した図示の全ての実施例のフロー・セル１
０は、第二光軸５０のある選定された部分に関し
放射方向に対称的な少なくとも１個以上の球面状
部を有する光学素子を備えている。第１図及び第
２図の第一実施例では、第二光軸５０が中心１５
を通つている限り、第二光軸５０は任意の位置を
取り得、この場合周辺球面部２３全体により対向
する一対の球面状部を規定する。第３図の第二実
施例においては、第二光軸５０は互いに離間した
オリフイス１４と中心１５とを通過する必要があ
り、よつて部分６１によつて第二光軸５０の回り
に放射方向に対称的である球面状部を規定する。
第４図に示す変形実施例では、周辺球面部２３及
び球面レンズ部６７は第二光軸５０に対し放射方
向に対称的であり、この第二光軸５０上に両曲率
中心１５及び７２が位置している。第６図の実施
例では、一対の中心１５の両者とオリフイス１４
とを第二光軸５０上に位置決めしている。方形オ
リフイス１４を使用する場合には、その少なくと
も１個の平坦表面５８を第二光軸５０に直交させ
るように向ける。 Flow cell 1 of all illustrated embodiments described above
0 comprises an optical element having at least one spherical portion radially symmetrical with respect to a selected portion of the second optical axis 50. In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the second optical axis 50 is located at the center 15.
The second optical axis 50 can take any position as long as it passes through the second optical axis 50, in which case the entire peripheral spherical section 23 defines a pair of opposing spherical sections. In the second embodiment of FIG. 3, the second optical axis 50 has to pass through the orifice 14 and the center 15 which are spaced apart from each other, so that the section 61 allows a radial direction around the second optical axis 50. Define a spherical part that is symmetrical to .
In the modified embodiment shown in FIG. 4, the peripheral spherical section 23 and the spherical lens section 67 are radially symmetrical with respect to the second optical axis 50, on which both the centers of curvature 15 and 72 are located. positioned. In the embodiment of FIG. 6, both of the pair of centers 15 and the orifice 14 are
and are positioned on the second optical axis 50. If a rectangular orifice 14 is used, its at least one flat surface 58 is oriented perpendicular to the second optical axis 50.

図示の全ての実施例において一般的に、周辺球
面部２３、球面レンズ部６７又は球面状部７４の
ようないずれの球面状部をも非球面に形成し、例
えば、球面収差を補正出来るようにし得る。従つ
て、これらの面を“ほぼ球面状部”とか“回転面
を規定する周辺凸状部”とか称する。特に、この
回転面には、光軸に回りに回転して放射方向に対
称な面を形成するために好適な曲線を含んでい
る。簡単に云えば、このような非球面部はこの非
球面部に最も対応する球面形状の曲率中心を有す
るとみなし得る。 In all of the illustrated embodiments, any spherical portions, such as the peripheral spherical portion 23, the spherical lens portion 67, or the spherical portion 74, are generally aspherical to allow correction of, for example, spherical aberrations. obtain. Therefore, these surfaces are referred to as a "substantially spherical portion" or a "peripheral convex portion defining a rotation surface." In particular, this rotating surface includes a curve suitable for rotating around the optical axis to form a radially symmetrical surface. Simply speaking, such an aspherical portion can be considered to have a center of curvature of a spherical shape that most corresponds to the aspherical portion.

上述した説明においては、本発明の特定の実施
例につき図示して説明したが、本発明はかような
実施例の詳細に限定されるものではないこと明ら
かである。これに対し、本発明は明細書及び請求
の範囲に記載した本発明の精神及び範囲内に含ま
れる本発明の均等技術、慣用技術、実施例、代替
例、変更例等の全てをも含むものとする。 Although specific embodiments of the invention have been illustrated and described in the foregoing description, it will be clear that the invention is not limited to the details of these embodiments. On the other hand, the present invention shall also include all equivalent techniques, conventional techniques, embodiments, alternatives, modifications, etc. of the present invention that are included within the spirit and scope of the present invention as described in the specification and claims. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明によるフロー・セルの第一実施
例を示す略線的断面図、第２図は第１図の２−２
線に沿つて取つて示したフロー・セルの第一実施
例を示す断面図、第３図はフロー・セルの第二実
施例を示す平面図、第４図は第１図及び第２図の
実施例の第一変形例を示す平面図、第５図は第４
図の変形例の一部分を示す線図、第６図は第３図
の第二変形例を示す断面図である。 １０……フロー・セル、１２……球状素子、１
４……オリフイス、１５……曲率中心、１６……
上流の流路、１８……下流の流路、１９……流れ
軸、２０，２２……開口端、２３……周辺球面
部、２４……試料導入管、２６，２８……チエン
バ、２９……封止手段、３０，３２……電極、３
４……検出区域、３６……放射源（又は光源）、
３８……コリメートされた光ビーム、４０……第
一光軸、４１，４２，５８……平坦表面、４３…
…鏡、４４……ビーム・ダンプ、４５……散乱光
検出器、４６，５３，５６，６０，６４……光
線、４７……フイルタ、４８……螢光検出器、５
０……第二光軸、５２……集光レンズ、５４，６
５……反射被膜、５８……平坦表面、５９……
（オリフイスの）中心、６３……ダイクロツク・
ミラー、６６……照明放射の形状、６７……球面
レンズ部、７４……球面状部、７６……円柱状
部、８０……光軸。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a flow cell according to the present invention, and FIG.
3 is a plan view of the second embodiment of the flow cell; FIG. 4 is a cross-sectional view of the first embodiment of the flow cell taken along a line; FIG. A plan view showing the first modification of the embodiment, FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a part of the modified example shown in the figure, and FIG. 6 is a sectional view showing a second modified example of FIG. 3. 10...flow cell, 12...spherical element, 1
4... Orifice, 15... Center of curvature, 16...
Upstream channel, 18... Downstream channel, 19... Flow axis, 20, 22... Open end, 23... Peripheral spherical section, 24... Sample introduction tube, 26, 28... Chamber, 29... ... Sealing means, 30, 32 ... Electrode, 3
4... detection area, 36... radiation source (or light source),
38... Collimated light beam, 40... First optical axis, 41, 42, 58... Flat surface, 43...
... Mirror, 44 ... Beam dump, 45 ... Scattered light detector, 46, 53, 56, 60, 64 ... Ray, 47 ... Filter, 48 ... Fluorescence detector, 5
0...Second optical axis, 52...Condensing lens, 54, 6
5... Reflective coating, 58... Flat surface, 59...
Center (of orifice), 63...dichrotsu・
Mirror, 66... Shape of illumination radiation, 67... Spherical lens section, 74... Spherical section, 76... Cylindrical section, 80... Optical axis.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 懸濁流体中の個別粒子の流れが通過する粒子
検出用オリフイス１４を有し、該粒子検出用オリ
フイス中の所定の粒子を照明するための放射を受
けて該放射を前記所定の粒子が通過することによ
つて生ずる光学信号を送出するように構成され、
さらにフロー・セルの一端２０に上流の流路１６
を形成して設け、さらに前記粒子検出用オリフイ
スを該流路と流体を連通する関係に配置して成る
懸濁流体中の個別粒子を測定するフロー・セルに
おいて、モノリシツク構体として作用するほぼ球
状素子１２と、前記放射がそれに沿つて受け取ら
れるべき照明光軸４０と、前記光学信号がそれに
沿つて集められる少なくとも１つの集光光軸４
０，５０とを有し、これら光軸は前記粒子検出用
オリフイスと交差するように整列されており、及
び前記球状素子を前記光軸に対し放射方向に対称
的になしたことを特徴とするフロー・セル。 ２ 前記粒子検出用オリフイス１４に少なくとも
１個の平坦表面５８を含ませ、該平坦表面を前記
集光光軸４０，５０に直交させて配設したことを
特徴とする特許請求の範囲１記載のフロー・セ
ル。 ３ 前記粒子検出用オリフイス１４を、前記球状
素子１２の曲率中心１５を取り囲むように、配設
したことを特徴とする特許請求の範囲１又は２記
載のフロー・セル。 ４ 前記球状素子の曲率中心１５を前記粒子検出
用オリフイス１４及び前記球状素子１２の間に位
置決めしたことを特徴とする特許請求の範囲１又
は２記載のフロー・セル。 ５ 前記球状素子１２の少なくとも１個所の周辺
領域に該球状素子から外側半径を越えて延在する
彎曲レンズ部５２，６７を設け、該彎曲レンズ部
を前記集光光軸５０上に位置決めさせたことを特
徴とする特許請求の範囲１〜４のいずれか一つに
記載のフロー・セル。 ６ 前記彎曲レンズ部５２，６７を内側半径６８
及び外側半径７０によつて画成し、該内側半径を
前記球状素子の外側半径と等しくし、前記彎曲レ
ンズ部の前記外側半径を前記内側半径よりも小さ
くしたことを特徴とする特許請求の範囲５記載の
フロー・セル。 ７ 前記球状素子１２に、これに形成した一対の
対向する平坦表面４１，４２を設け、該平坦表面
を照明光軸４０上に位置決めし、該照明光軸を前
記粒子検出用オリフイス１４を通つて通すと共に
前記平坦表面に直交するように配設し、さらに前
記フロー・セルに前記照明光軸に中心が合わせら
れた平行放射の放射源３６を含ませたことを特徴
とする特許請求の範囲１〜６のいずれか一つに記
載のフロー・セル。 ８ 前記粒子検出用オリフイス１４に対しほぼ集
束される集束放射の放射源３６を設けたことを特
徴とする特許請求の範囲１〜６のいずれか一つに
記載のフロー・セル。 ９ さらに前記粒子検出用オリフイス１４から生
ずる放射を受けるために前記集光光軸４０，５０
に位置決めされた放射検出器４８を具える特許請
求の範囲３〜８のいずれか一つに記載のフロー・
セルにおいて、前記球状素子の一部分に反射被膜
５４を設け、該反射被膜を前記集光光軸５０上で
あつて前記放射検出器に対向する前記球状素子の
側部に位置決めしたことを特徴とするフロー・セ
ル。 １０ スリツト状断面形状６６を有し前記粒子検
出用オリフイス１４にほぼ集束される集束放射の
放射源３６と、前記球状素子１２に取り付けられ
前記粒子検出用オリフイスを通過した前記集束放
射を反射するための幅狭の帯状反射被膜６５とを
設けたことを特徴とする特許請求の範囲３〜６の
いずれか一つに記載のフロー・セル。 １１ 前記集光光軸５０に位置決めされ該集光光
軸に沿い集光と照射と双方を可能ならしめるダイ
クロイツク・ミラー６３を設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲４記載のフロー・セル。 １２ 前記集光光軸４０に関して放射方向に対称
的に対向する一対の球状素子７４，７４を有し、
該一対の球状素子の曲率中心１５，１５を互いに
離間させ、前記粒子検出用オリフイス１４を該曲
率中心間に位置決めしたことを特徴とする特許請
求の範囲４記載のフロー・セル。 １３ 前記粒子検出用オリフイス１４を粒子が通
過すると同時に該粒子検出用オリフイスを通つて
電流を通すための手段３０，３２と、該粒子検出
用オリフイスを通る前記粒子の通過に応じた電気
インピーダンスの変化に応答して粒子パルス信号
を発生するための検出手段とを設けたことを特徴
とする特許請求の範囲１〜１２のいずれか一つに
記載のフロー・セル。 １４ 放射を集めるための複数個の集光光軸４
０，５０を有し、該集光光軸を前記粒子検出用オ
リフイスと交差させて配設し、さらに前記光学信
号を集めるため前記集光光軸の各々上に位置決め
された放射検出手段４５，４８を具えたことを特
徴とする特許請求の範囲１〜１３のいずれか一つ
に記載のフロー・セル。[Scope of Claims] 1. A particle detection orifice 14 through which a flow of individual particles in a suspension fluid passes; configured to transmit an optical signal caused by the passage of the predetermined particle;
Further, at one end 20 of the flow cell, an upstream channel 16 is provided.
a generally spherical element acting as a monolithic structure in a flow cell for measuring individual particles in a suspended fluid, the particle detection orifice being disposed in fluid communication with the flow path; 12, an illumination optical axis 40 along which said radiation is to be received, and at least one collection optical axis 4 along which said optical signal is collected.
0.50, the optical axes are aligned to intersect the particle detection orifice, and the spherical element is radially symmetrical with respect to the optical axis. flow cell. 2. The particle detection orifice 14 includes at least one flat surface 58, and the flat surface is disposed perpendicular to the condensing optical axes 40, 50. flow cell. 3. The flow cell according to claim 1 or 2, wherein the particle detection orifice 14 is arranged so as to surround the center of curvature 15 of the spherical element 12. 4. The flow cell according to claim 1 or 2, characterized in that the center of curvature (15) of the spherical element is positioned between the particle detection orifice (14) and the spherical element (12). 5. Curved lens portions 52 and 67 extending beyond the outer radius from the spherical element are provided in at least one peripheral area of the spherical element 12, and the curved lens portion is positioned on the condensing optical axis 50. 5. A flow cell according to any one of claims 1 to 4, characterized in that: 6 The curved lens portions 52 and 67 have an inner radius of 68
and an outer radius 70, the inner radius being equal to the outer radius of the spherical element, and the outer radius of the curved lens portion being smaller than the inner radius. 5. The flow cell described in 5. 7. The spherical element 12 is provided with a pair of opposing flat surfaces 41 and 42 formed thereon, the flat surfaces are positioned on the illumination optical axis 40, and the illumination optical axis is directed through the particle detection orifice 14. 2. The flow cell further includes a source of parallel radiation centered on the illumination optical axis, the flow cell being disposed perpendicularly to the planar surface. 6. The flow cell according to any one of items 1 to 6. 8. A flow cell according to claim 1, characterized in that a radiation source (36) of substantially focused radiation is provided on the particle detection orifice (14). 9 Further, the focusing optical axes 40, 50 are arranged to receive the radiation generated from the particle detection orifice 14.
9. A flow detector according to any one of claims 3 to 8, comprising a radiation detector 48 positioned at
The cell is characterized in that a reflective coating 54 is provided on a portion of the spherical element, and the reflective coating is positioned on the side of the spherical element that is on the condensing optical axis 50 and faces the radiation detector. flow cell. 10 a radiation source 36 of focused radiation having a slit-like cross-sectional shape 66 and substantially focused on the particle detection orifice 14; a source 36 of focused radiation attached to the spherical element 12 for reflecting the focused radiation passing through the particle detection orifice; 7. A flow cell according to any one of claims 3 to 6, characterized in that a narrow band-shaped reflective coating 65 is provided. 11. The flow cell according to claim 4, further comprising a dichroic mirror 63 positioned on the focusing optical axis 50 and capable of both focusing and irradiating light along the focusing optical axis. . 12 has a pair of spherical elements 74, 74 symmetrically opposed in the radial direction with respect to the condensing optical axis 40;
5. The flow cell according to claim 4, wherein centers of curvature (15, 15) of the pair of spherical elements are spaced apart from each other, and the particle detection orifice (14) is positioned between the centers of curvature. 13 means 30, 32 for passing an electric current through the particle detection orifice 14 at the same time as the particle passes through the particle detection orifice 14; and a change in electrical impedance in response to the passage of the particle through the particle detection orifice; 13. A flow cell according to claim 1, further comprising detection means for generating a particle pulse signal in response to a particle pulse signal. 14 Multiple focusing optical axes 4 for collecting radiation
radiation detection means 45 having a diameter of 0.0,50 and disposed with said collection optical axes intersecting said particle detection orifice, and further positioned on each of said collection optical axes for collecting said optical signals; 14. A flow cell according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the flow cell comprises: 48.