JPS63125913A - Spot shape variable optical system - Google Patents
Spot shape variable optical systemInfo
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- JPS63125913A JPS63125913A JP27207386A JP27207386A JPS63125913A JP S63125913 A JPS63125913 A JP S63125913A JP 27207386 A JP27207386 A JP 27207386A JP 27207386 A JP27207386 A JP 27207386A JP S63125913 A JPS63125913 A JP S63125913A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、レーザービームを結像したときのビームサイ
ズを楕円形状にして、その短径、長径比を一定にしてサ
イズを連続的に可変することが可能なスポット形状可変
光学系に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention focuses on forming a laser beam into an elliptical beam size, and continuously changing the size while keeping the short axis and long axis ratio constant. The present invention relates to a spot shape variable optical system that allows the spot shape to be changed.
［従来の技術］
従来から、レーザービームを結像して楕円形状のビーム
スポットを形成することは、２個のシリンドリカルレン
ズの軸を直交に配置することにより行っている。このた
め、様々なビームスポットを得るためには、各種のシリ
ンドリカルレンズを用意しターレット式に交換して組み
合わせる必要がある。従って、楕円形状のビームスポッ
トの短径、長径方向の大きさを種々変えるためには、相
当数のレンズ系を用意しなければならない。[Prior Art] Conventionally, a laser beam is imaged to form an elliptical beam spot by arranging the axes of two cylindrical lenses perpendicular to each other. Therefore, in order to obtain various beam spots, it is necessary to prepare various cylindrical lenses and to exchange and combine them in a turret style. Therefore, in order to vary the sizes of the elliptical beam spot in the minor axis and major axis directions, a considerable number of lens systems must be prepared.
通常のガスレーザー等によるビームはＴＥＭａ。The beam from a normal gas laser etc. is TEMa.
モードであり、その強度分布はガウス強度分布を呈して
おり、一般に強度分布が中心強度の１／ｅ２となる径を
もってビームの大きさとしている。レンズの口径が入射
ビームの径りの２倍以上あると仮定すると、このときの
ビーム径ｄは、ｄ＝（４／π） ・ＦＮｏ＊入
・（１）で表される。ここで、入は入射レーザービー
ムの波長、ＦＮａはレンズのＦ値であり、ｆをレンズの
焦点距離とすると、ＦＮｏはｆ／Ｄで表される。mode, and its intensity distribution exhibits a Gaussian intensity distribution, and the beam size is generally defined as a diameter where the intensity distribution is 1/e2 of the central intensity. Assuming that the aperture of the lens is more than twice the diameter of the incident beam, the beam diameter d in this case is d=(4/π) ・FNo*Input
・Represented by (1). Here, input is the wavelength of the incident laser beam, FNa is the F value of the lens, and when f is the focal length of the lens, FNo is expressed as f/D.
楕円形状の焦点を得るためのレーザービーム結像光学系
は、第５図（ａ）の平面図及びこの平面図と直交する方
向から見た（ｂ）の側面図に示すように、２枚の焦点距
離の異なる第１、第２のシリンドリカルレンズ１．２を
その柱状の軸同志が直交するように配置する構成となっ
ている。つまり、第１のシリンドリカルレンズ１は平面
内においてのみ屈折力を有し、第２のシリンドリカルレ
ンズ２は側面内においてのみ屈折力を有している。第５
図（ａ）の平面内においては、平行光束の入射レーザー
ビームＬは、第１のシリンドリカルレンズ１により第２
のシリンドリカルレンズ２に無関係に結像面に像を結ぶ
ことになる。同様に（ｂ）の側面内においては、入射レ
ーザービームＬは第１のシリンドリカルレンズ１に無関
係に、第２のシリンドリカルレンズ２により結像面に結
像される。ここで、当然のことながら第１のシリンドリ
カルレンズ１の焦点距離は第２のシリンドリカルレンズ
２の焦点距離よりも長いので、第１のシリンドリカルレ
ンズ１の結＠ＦＮａは第２のシリンドリカルレンズ２の
結像ＦＮｏよりも大きい、従って、第５図の場合は入射
レーザービームＬが中心対称なガウス強度分布を持つも
のとすると、平面内に長く側面内に短かい楕円スポット
が得られる。The laser beam imaging optical system for obtaining an elliptical focal point consists of two sheets, as shown in the plan view of FIG. 5(a) and the side view of FIG. First and second cylindrical lenses 1.2 having different focal lengths are arranged so that their columnar axes are perpendicular to each other. That is, the first cylindrical lens 1 has refractive power only within the plane, and the second cylindrical lens 2 has refractive power only within the side surface. Fifth
In the plane shown in FIG.
An image is focused on the imaging plane regardless of the cylindrical lens 2. Similarly, within the side surface of (b), the incident laser beam L is imaged on the imaging plane by the second cylindrical lens 2, regardless of the first cylindrical lens 1. Here, as a matter of course, the focal length of the first cylindrical lens 1 is longer than the focal length of the second cylindrical lens 2, so the focal length @FNa of the first cylindrical lens 1 is the focal length of the second cylindrical lens 2. If it is assumed that the incident laser beam L has a center-symmetric Gaussian intensity distribution, which is larger than the image FNo in the case of FIG. 5, an elliptical spot that is long in the plane and short in the side is obtained.
第６図は一般のズームレンズの光学系であり、凸レンズ
３．凹レンズ４、凸レンズ５は、アフォーカルズームレ
ンズ光学系を構成しており、凸レンズ３はコンペンセー
タの役割りを、凹レンズ４はバリエータの役割りを果し
ている。凹レンズ４は主に変倍レンズとして働き、この
凹レンズ４による焦点移動を凸レンズ３を移動させるこ
とによって、凸レンズ５の焦点位置と凹レンズ４からの
出射光束の発散点とを一致させることによって補正して
いる。凸レンズ５からの出射光束は平行ビームであり、
これを結像レンズ６で結像する。第６図（ａ） 、 （
ｂ） 、 （ｃ）を見ると、凸レンズ３と凹レンズ４の
位置によってＦＮｏが変化していることが判る。また、
式（１）から明らかなように、第６図（ａ） 、 （ｂ
） 、 （ｃ）の順にスポットサイズｄは大きくなる。FIG. 6 shows the optical system of a general zoom lens, showing the convex lens 3. The concave lens 4 and the convex lens 5 constitute an afocal zoom lens optical system, with the convex lens 3 serving as a compensator and the concave lens 4 serving as a variator. The concave lens 4 mainly functions as a variable magnification lens, and the focal shift caused by the concave lens 4 is corrected by moving the convex lens 3 to match the focal position of the convex lens 5 with the divergence point of the light beam emitted from the concave lens 4. There is. The light beam emitted from the convex lens 5 is a parallel beam,
This is imaged by an imaging lens 6. Figure 6(a), (
Looking at b) and (c), it can be seen that the FNo changes depending on the positions of the convex lens 3 and the concave lens 4. Also,
As is clear from equation (1), Fig. 6(a) and (b
), the spot size d increases in the order of (c).
［発明の目的］
本発明の目的は、シリンドリカルレンズ光学系にズーム
レンズ光学系を加えることにより、レーザービームの結
像形状を相似的に変化させることが可能なスポット形状
可変光学系を提供することにある。[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a variable spot shape optical system that can change the imaging shape of a laser beam in a similar manner by adding a zoom lens optical system to a cylindrical lens optical system. It is in.
［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は。[Summary of the invention] The gist of the present invention is to achieve the above objects.
ズームレンズ光学系と、母線が交叉する２個のシリンド
リカルレンズとを順次に配置し、前記２個のシリンドリ
カルレンズのそれぞれの母船方向の結像位置を一致させ
たことを特徴とするスポット形状可変光学系である。A variable spot shape optical system, characterized in that a zoom lens optical system and two cylindrical lenses whose generating lines intersect are sequentially arranged, and the imaging positions of the two cylindrical lenses in the direction of the mother ship are made to coincide with each other. It is a system.
［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。[Embodiments of the invention] The present invention will be explained in detail based on illustrated embodiments.
第１図（ａ）は本発明によるスポット形状可変光学系の
平面図であり、（ｂ）は側面図である。この実施例は第
５図に示す楕円形状の焦点を得るためのレーザービーム
結像光学系の前に、第６図に示すアフォーカルズームレ
ンズ光学系を配置した光学系とされている。即ち、凸レ
ンズ１０、凹レンズｌ １． 凸レンズ１２がアフォー
カルズームレンズ光学系を形成し、シリンドリカルレン
ズ１３．１４で楕円形状焦点を得るための光学系を構成
している。FIG. 1(a) is a plan view of a variable spot shape optical system according to the present invention, and FIG. 1(b) is a side view. This embodiment is an optical system in which an afocal zoom lens optical system shown in FIG. 6 is placed in front of a laser beam imaging optical system for obtaining an elliptical focus shown in FIG. That is, a convex lens 10, a concave lens l1. The convex lens 12 forms an afocal zoom lens optical system, and the cylindrical lenses 13 and 14 form an optical system for obtaining an elliptical focal point.
入射レーザービームＬが中心対称なガウス強度分布を持
つとき、レーザービームスポットの楕円形状の短軸と長
袖の比は、シリンドリカルレンズ１３．１４によって決
定されるので、バリエータとなる凹レンズ１１とこれに
連動しフンペンセータとなる凸レンズ１０によるズーム
機能によって、シリンドリカルレンズ系に入射するビー
ム径りを変化させると、式（１）から明らかなようにス
ポットサイズｄを変化させることができる。即ち、レー
ザービームスポットの楕円形状の短軸と長袖の比を一定
にしたまま、レーザービームスポットの大きさを連続的
に変化させることができることになる。When the incident laser beam L has a center-symmetric Gaussian intensity distribution, the ratio of the short axis to the long sleeve of the elliptical shape of the laser beam spot is determined by the cylindrical lens 13. If the diameter of the beam incident on the cylindrical lens system is changed by the zoom function of the convex lens 10, which acts as a sensor, the spot size d can be changed as is clear from equation (1). That is, the size of the laser beam spot can be continuously changed while keeping the ratio of the short axis of the elliptical shape of the laser beam spot to the long sleeve constant.
第２図〜第４図は本発明に係るスポット形状可変光学系
をフローサイトメータに応用した実施例を示し、第２図
はフローサイトメータの構成図である、レーザー光源２
０から出射されたレーザービームＬは、本発明に係るス
ポット形状可変光学系２１によりフローセル２２の中央
部に楕円形状のスポットを結像し、フローセル２２の中
央部を流れる被検粒子Ａに照射される。被検粒子Ａによ
る前方散乱光は集光レンズ２３によって光検出器２４に
入射し、側方散乱光は集光レンズ２５により光検出器２
６へ入射される。2 to 4 show an embodiment in which the variable spot shape optical system according to the present invention is applied to a flow cytometer, and FIG. 2 is a configuration diagram of the flow cytometer, with a laser light source 2
The laser beam L emitted from the laser beam L is focused on an elliptical spot at the center of the flow cell 22 by the variable spot shape optical system 21 according to the present invention, and is irradiated onto the test particles A flowing through the center of the flow cell 22. Ru. The forward scattered light by the test particle A is incident on the photodetector 24 through the condensing lens 23, and the side scattered light is incident on the photodetector 24 through the condensing lens 25.
6.
第３図はフローセル２２の断面図を示し、第２図に示す
ように構成されたフローサイトメータにおいて、サンプ
ル流Ｂは無限に細くすることはできないので、被検粒子
ＡがレーザービームスポットＣの中心を常に通過すると
は限らない、レーザービームスポットＣはガウス状の強
度分布りを持つため、被検粒子Ａが同じ大きさ或いは同
じ蛍光分子を持っていても、その散乱光或いは蛍光の強
度は、被検粒子ＡがレーザービームスポットＣを通過す
る際の位置によって異なり測定誤差の原因となる。FIG. 3 shows a cross-sectional view of the flow cell 22. In the flow cytometer configured as shown in FIG. Since the laser beam spot C does not always pass through the center and has a Gaussian intensity distribution, even if the sample particles A have the same size or the same fluorescent molecules, the intensity of the scattered light or fluorescence will vary. , which differs depending on the position of the test particle A when it passes through the laser beam spot C, causing measurement errors.
そこで、第４図に示すようにレーザービームスポットＣ
の楕円形状を変えてサンプル流Ｂ全体に一様な強度分布
を持つようにしたり、被検粒子Ａか弱い蛍光粒子であれ
ばレーザービームスポットＣの照射面積を小さくして、
強度密度を大きくしたりする必要がある。第４図（ａ）
はサンプル流Ｂ中の被検粒子Ａを分解度良く検出する際
のレーザービームスボッ）Ｃの照射方法を示し、（ｂ）
は被検粒子Ａが比較的大きな粒子である場合のレーザー
ビームスボッ）Ｃの照射方法を示し、（Ｃ）は変動係数
が大きくなるが、被検粒子Ａか弱い蛍光粒子である場合
に有効な照射方法を示している。Therefore, as shown in Fig. 4, the laser beam spot C
By changing the elliptical shape of the sample flow B to have a uniform intensity distribution throughout the sample flow B, or by reducing the irradiation area of the laser beam spot C if the sample particle A is a weak fluorescent particle,
It is necessary to increase the strength density. Figure 4(a)
(b) shows the method of irradiating the laser beam (B) C when detecting the test particles A in the sample flow B with good resolution;
(C) shows an irradiation method using a laser beam (C) when the test particle A is a relatively large particle, and (C) shows a method of irradiation that is effective when the test particle A is a weak fluorescent particle, although the coefficient of variation becomes large. Shows how.
このようにフローサイトメータにおいて、測定対象物に
合わせてレーザービームスポットＣの形状を連続的に縦
、横に変化させることにより、被検粒子Ａに対する最適
な測定条件下で測定を行うことができる。また、微量蛍
光染色しかされない被検眼粒子Ａの蛍光を検出する場合
には、被検粒子Ａに効率的にレーザービームＬが照射さ
れるコうにレーザービームスポットＣの形状を選択する
ことにより、最適な測光条件が得られる。更に、サンプ
ル流Ｂの中での被検粒子Ａの位置による変動係数を小さ
くする場合には、レーザービームスポットＣを長くすよ
うに選択すると最適な測光条件が得られる。In this way, in the flow cytometer, by continuously changing the shape of the laser beam spot C vertically and horizontally according to the object to be measured, measurement can be performed under the optimal measurement conditions for the particle A to be measured. . In addition, when detecting the fluorescence of the eye particle A to be examined, which has only a small amount of fluorescent staining, the shape of the laser beam spot C can be optimally selected so that the laser beam L can be efficiently irradiated to the particle A to be examined. photometric conditions can be obtained. Further, in order to reduce the coefficient of variation depending on the position of the test particle A in the sample flow B, optimal photometric conditions can be obtained by selecting a longer laser beam spot C.
［発明の効果］
以上説明したように本発明に係るスポット形状可変光学
系は、複数個のシリンドリカルレンズから構成されるレ
ーザービーム結像光学系の前方にズームレンズ光学系を
設けることにより、そのスポットサイズを連続的に変化
させることができる。[Effects of the Invention] As explained above, the variable spot shape optical system according to the present invention can change the spot shape by providing a zoom lens optical system in front of a laser beam imaging optical system composed of a plurality of cylindrical lenses. The size can be changed continuously.
図面第１図〜第４図は本発明に係るスポット形状可変光
学系の実施例を示すものであり、第１図（ａ）は平面図
、（ｂ）は側面図、第２図はスポット形状可変光学系を
応用したフローサイトメータの構成図、第３図はフロー
セルの断面図、第４図はサンプル流とレーザービームス
ポットの関係の説明図であり、第５図（ａ）はレーザー
ビーム結像光学系の平面図、（ｂ）は側面図、第６図（
ａ）、（ｂ） 、 （Ｃ）はズームレンズ光学系の説明
図である。
符号１０．１２は凸レンズ、１１は凹レンズ、１３．１
４は凸シリンドリカルレンズ、２０はレーザー光源、２
１はスポット形状可変光学系、２２はフローセルである
。
特許出願人 キャノン株式会社
第３囚
ＩＫ５図
菖６図1 to 4 show an embodiment of the variable spot shape optical system according to the present invention, in which FIG. 1(a) is a plan view, FIG. 2(b) is a side view, and FIG. 2 is a spot shape variable optical system. Fig. 3 is a cross-sectional view of a flow cell, Fig. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the sample flow and the laser beam spot, and Fig. 5 (a) is a diagram of the configuration of a flow cytometer that applies a variable optical system. A plan view of the image optical system, (b) a side view, and Fig. 6 (
a), (b), and (C) are explanatory diagrams of a zoom lens optical system. 10.12 is a convex lens, 11 is a concave lens, 13.1
4 is a convex cylindrical lens, 20 is a laser light source, 2
1 is a spot shape variable optical system, and 22 is a flow cell. Patent applicant Canon Co., Ltd. 3rd Prisoner IK5 Iris 6
Claims (1)
ンドリカルレンズとを順次に配置し、前記２個のシリン
ドリカルレンズのそれぞれの母船方向の結像位置を一致
させたことを特徴とするスポット形状可変光学系。1. A spot shape characterized in that a zoom lens optical system and two cylindrical lenses whose generating lines intersect are sequentially arranged, and the imaging positions of the two cylindrical lenses in the direction of the mother ship are aligned. Variable optics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27207386A JPS63125913A (en) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | Spot shape variable optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27207386A JPS63125913A (en) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | Spot shape variable optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63125913A true JPS63125913A (en) | 1988-05-30 |
Family
ID=17508716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27207386A Pending JPS63125913A (en) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | Spot shape variable optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63125913A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6082372A (en) * | 1998-06-19 | 2000-07-04 | Katsushika Co., Ltd. | Dispenser container for rod-like cosmetic |
-
1986
- 1986-11-15 JP JP27207386A patent/JPS63125913A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6082372A (en) * | 1998-06-19 | 2000-07-04 | Katsushika Co., Ltd. | Dispenser container for rod-like cosmetic |
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