JPS63125913A - スポツト形状可変光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［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。

通常のガスレーザー等によるビームは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。

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。

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。

［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。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、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。