专利名称：激光照射装置及微粒测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光照射装置以及微粒測量装置，更具体地，涉及从激光光源发出稳定强度的光的激光照射装置。
背景技术：
在现有技术中，使用这样的微粒测量装置，即，其中用光(激光光束)照射在细胞流量计中或形成于微芯片上的流路中流动的微粒；对从微粒散射的光、微粒本身发出的光或从标记在微粒上的荧光物质产生的荧光进行检测以测量微粒的光学特性。在微粒测量装置中，作为测量光学特性的结果，执行从微粒中分离回收被确定为满足预定条件的群体(群)。具体地，測量作为微粒的细胞的光学特性或执行满足预定条件的细胞群的分离回收 的装置被称为流式细胞仪或细胞分选仪。例如，在日本未审查专利申请公开第2007-46947号中，记载了“设置有发射波长彼此不同并且在预定周期内相位彼此不同的多种激发光的多个光源的流式细胞仪以及将多种激发光引导至相同入射路径以在染色的颗粒收集光的导光件”。该流式细胞仪包括多个光源，该多个光源发射波长彼此不同的多种激发光；导光件，用于将多种激发光导向至相同的入射路径并在染色的颗粒收集光；以及多个荧光检测器，用于检测通过用多种激发光激发颗粒所产生的荧光并输出荧光信号(在日本未审查专利申请公开第2007-46947号，权利要求I和3以及图I和图3)。
发明内容
在流式细胞仪中，为了准确地测量微粒的光学特性，需要用具有稳定强度的光照射微粒。当照射微粒的光的強度改变时，在测出的散射光強度和荧光强度中会产生误差，从而测量精度低下。期望提供一种能够从激光光源发出具有稳定强度的光的激光照射装置。根据本发明的实施方式，提供ー种激光照射装置，包括激光光源；反射镜，用于将从激光光源输出的光的一部分反射并使剩余的光穿过；光学检测器，用于检测被反射镜反射的反射光；以及反馈控制电路，用于接收从光学检测器输出的信号并控制激光光源的输出以保持信号強度恒定，其中将反射镜的厚度设定为被反射镜的前表面反射的反射光在检测器上的束斑与被反射镜的后表面反射的反射光在检测器上的束斑之间的距离等于或大于预定值。在激光照射装置中，该距离可以是光束直径、Ι/e2和光的半值全宽中的任ー个。由于距离等于或大于这样的值，所以能够在将被反射镜的前表面反射的反射光与被反射镜的后表面反射的光之间的干渉抑制的状态下，通过光学检测器执行反射光的检測。在激光照射装置中，反射镜可以是楔形反射镜。由于反射镜是楔形反射镜，所以能够进ー步抑制被反射镜的前表面反射的反射光与被反射镜的后表面反射的反射光之间的干渉。根据本发明的另ー实施方式，提供一种微粒測量装置，包括激光照射装置，其中穿过反射镜的光是对微粒的照射光。在本发明中，“ Ι/e2”意指其中在光照射面上単位面积附近的光强度是最大值的I/e2的两个对称点间的距离。“半值全宽”指的是单位面积附近的光强度是最大值1/2的两个对称点间的距离。在本发明中，“微粒”广泛地包括诸如细胞、微生物以及脂质体的生物微粒或诸如胶乳颗粒、凝胶颗粒以及エ业颗粒的合成颗粒。生物微粒包括染色体、脂质体、线粒体以及细胞器(微小胞器)。作为对象的细胞包括动物细胞(血细胞等)和植物细胞。微生物包括诸如大肠杆菌的细菌、诸如烟草花叶病毒的病毒以及诸如酵母菌的真菌。生物微粒可以包括诸如核酸、蛋白质及其复合体的 生物高分子。エ业颗粒可以例如是有机或无机高分子材料以及金属。有机高分子材料包括聚苯こ烯、苯こ烯-ニこ烯基苯以及聚甲基丙烯酸丙酯。无机高分子材料包括玻璃、ニ氧化硅以及磁性材料。金属包括胶态金以及铝。微粒的形状一般是球形的，但可以不是球形的，并且大小及质量不被特定地限定。根据本发明，提供一种能够从激光光源输出具有稳定强度的光的激光照射装置。
图I是示出了根据本发明第一实施方式的激光照射装置的构造的示意图；图2是示出了平面镜的厚度的示意图；图3A和图3B是示出了根据本发明第一实施方式的激光照射装置的光学检测器上前表面反射光的束斑与后表面反射光的束斑之间的距离的示意图；图4A和图4B是示出了根据第一实施方式的变形例的激光照射装置上前表面反射光的束斑与后表面反射光的束斑之间的距离的示意图；图5A和图5B是示出了 Ι/e2和半值全宽的定义的示意图；图6是示出了根据本发明第二实施方式的激光照射装置的构造的示意图；图7是示出了根据第二实施方式的激光照射装置的光学检测器上前表面反射光与后表面反射光的束斑的干渉区域中所呈现的干涉图案(水平条纹)的示意图；图8是示出了根据第二实施方式的变形例的激光照射装置的光学检测器上前表面反射光与后表面反射光的束斑的干渉区域中所呈现的干涉图案(纵向条纹)的示意图；图9是示出了根据第二实施方式的变形例的激光照射装置的构造的示意图。
具体实施例方式下文中，将參照附图描述本发明的实施方式。下文中所描述的实施方式代表本发明的代表性实施方式的示例，本发明的范围并不理解为局限于此。将以以下顺序进行描述。I.根据第一实施方式的激光照射装置2.根据第一实施方式的变形例的激光照射装置3.根据第二实施方式的激光照射装置4.微粒测量装置
I.根据第一实施方式的激光照射装置图I是示出了根据本发明第一实施方式的激光照射装置的构造的示意图。从光源I输出的输出光L1通过准直透镜2形成平行光线，并入射至平面镜3。入射至平面镜3的输出光L1的一部分被反射，并被导向至由例如光电ニ极管形成的光学检测器4 (參见符号L2和L3)。入射至平面镜3的输出光L1的剰余部分穿过平面镜3，并形成透射光L4。作为激光照射装置的目标的对象物受到透射光L4的照射。例如，当在微粒测量装置中设置激光照射装置时，在形成于细胞流量计中或微芯片的流路中流动的微粒受到透射光L4的照射。被平面镜3反射的反射光包括反射镜3的前表面侧的前表面反射光L2和后表面侧的后表面反射光L3。前表面反射光L2和后表面反射光L3被光学检测器4接收,并且表不光的強度的信号通过光学检测器4输出至反馈控制电路5。反馈控制电路5接收信号输出，并将激光光源I的输出控制为预设基准值。 具体地，首先，反馈控制电路5将来自光学检测器4的信号強度与基准值比较。当来自光学检测器4的信号強度大于基准值时，激光光源I的驱动功率被降低以减少输出光L1的光量。相反，当来自光学检测器4的信号強度小于基准值时，増加激光光源I的驱动功率以提高输出光L1的光量。通过这样控制，反馈控制电路5保持前表面反射光L2和后表面反射光L3恒定，并使对应于前表面反射光L2和后表面反射光L3的强度的透射光U的强度稳定在一;!'亘定值。图2是示出了平面镜3的厚度的示意图。平面镜3的厚度由符号T表示。符号h表不输出光L1在平面镜3的前表面侧的入射角，以及符号t2表不后表面侧的入射角。在被平面镜3反射之后，在前表面反射光L2与后表面反射光L3之间产生距离S。距离S由下式表示。S = 2T · Tan [t2] Cos [tjSin [tj = η · Sin [t2](n表示平面镜3的折射率)距离S相当于光学检测器4上前表面反射光L2的束斑与后表面反射光L3的束斑间的距离。在根据实施方式的激光照射装置中，平面镜3的厚度T被设为等于或大于预定值。将參照图3A和图3B对此进行描述。图3A和图3B是不出了光学检测器4上前表面反射光L2与后表面反射光L3间的束斑距离。图3A示出了距离S被设为等于或大于输出光L1的束直径的情況，图3B示出了距离S被设为小于输出光L1的束直径的情况。如图3B所示，当距离S小于输出光L1的束直径(參见图中的符号d)时，前表面反射光L2的束斑B2与后表面反射光L3的束斑B3在光学检测器4上彼此重叠,并且会出现干渉区域。即使在输出光L1的強度恒定时，干渉区域也会随着微小波长的变化而变为亮图案或暗图案，从而导致光学检测器4的信号强度变化。因此，使得通过反馈控制电路5进行的激光光源I的输出控制变得不稳定。在根据实施方式的激光照射装置中，将平面镜3的厚度T设为距离S等于或大于输出光L1的束直径d，以消除束斑B2与束斑BX的干渉。因此，即使在不可避免发生微小的波长变化的光源(诸如半导体激光器)用作激光光源I吋，也能够通过反馈控制电路5高精度地控制输出，因此能够获得具有稳定强度的透射光l4。作为具体数值的示例，入射角、为45°，折射率η为I. 5，以及距离S为O. 75T。当束直径d为4mm时，平面镜3的厚度T优选等于或大于5. 3mm。为了抑制由于输出光L1的波长变化造成的光学检测器4的信号强度变化,优选的是束斑B2和束斑B3不重叠，但是只要能够抑制两者间的干渉，重叠也是允许的。例如，在靠近束斑的面积20%以下，优选10%以下，更优选5%以下的情况下，在实践使用中，存在能够抑制由于输出光L1的波长变化造成的光学检测器4的信号强度变化的情形。2.根据第一实施方式的变形例的激光照射装置
图4A和图4B是示出了在根据变形例的激光照射装置中光学检测器4上前表面反射光L2和后表面反射光L3之间的束斑距离的示意图。图4A是示出了距离S被设为输出光L1的Ι/e2的情況，图4B是示出了距离S被设为小于输出光L1的Ι/e2情況，以进行比较。如图4B所示，当距离S小于输出光L1的Ι/e2 (參见符号e)时，前表面反射光L2的束斑B2和后表面反射光L3的束斑B3在Ι/e2斑E2和E3的范围内彼此重叠。Ι/e2斑是具有其中単位面积附近的光强度是最大值Ι/e2的大小的束斑(參见图5A)。由于该范围内的重叠引起强的干渉，所以只要输出光L1的波长稍稍变化就会造成光学检测器4的信号强度大的变化，从而使得通过反馈控制电路5进行的激光光源I的输出控制变得不稳定。在根据实施方式的激光照射装置中，平面镜3的厚度被设为等于或大于输出光L1的Ι/e2，以消除束斑B2和束斑B3在Ι/e2斑范围内的干渉。因此，即使在不可避免发生微小波长变化的光源(诸如半导体激光器)用作激光光源I吋，也能够通过反馈控制电路5高精度地控制输出，从而能够获得具有稳定强度的透射光L4。为了抑制由输出光L1的波长变化引起的光学检测器4的信号强度变化，优选的是尽可能地抑制束斑B2和束斑B3的重叠，具体地，优选的是消除在具有高的光強度的Ι/e2范围内的重叠。然而，只要能够抑制束斑B2和束斑B3间的干渉，Ι/e2斑重叠的存在也是允许的。例如，在靠近Ι/e2斑的面积20%以下，优选10%以下，更优选5%以下的情况下，在实际使用中，存在能够抑制由输出光L1的波长的变化引起的光学检测器4的信号强度变化的情況。本文中，已经描述了将距离S设为等于或大于输出光L1的Ι/e2并且在Ι/e2斑的范围内不存在束斑B2和束斑B3间的干涉的变形例。作为另ー变形例，平面镜3的厚度可被设为厚度T等于或大于输出光L1的半值全宽(FWHM)。FWHM光斑是具有其中単位面积附近的光强度为最大值1/2大小的光斑(參见图5)。FWHM光斑范围内的重叠也会引起强的干渉。即使在FWHM光斑中，也允许存在重叠，只要能够抑制束斑B2和束斑B3间的干涉即可。3.根据第二实施方式的激光照射装置图6是示出了根据本发明第二实施方式的激光照射装置的构造的示意图。从光源I输出的输出光L1通过准直透镜2形成平行光线并入射至楔形反射镜6。入射至楔形反射镜6的输出光L1 一部分被反射，并被导向至由例如光电ニ极管形成的光学检测器4 (參见符号L2和L3)。入射至楔形反射镜6的输出光L1的剰余部分穿过楔形反射镜6，并形成透射光L4。作为激光照射装置的目标的对象物受到透射光L4的照射。例如，当激光照射装置设置在微粒测量装置中时，在形成于细胞流量计或微芯片中的流路内流动的微粒受到透射光L4的照射。
被楔形反射镜6反射的反射光包括楔形反射镜6的前表面侧的前表面反射光L2和后表面侧的后表面反射光L3。前表面反射光L2和后表面反射光L3被光学检测器4接收,并且光学检测器4将表示光的強度的信号输出至反馈控制电路5。反馈控制电路5接收信号输出，并将激光光源I的输出控制为预设基准值。具体地，首先，反馈控制电路5将来自光学检测器4的信号強度与基准值比较。当来自光学检测器4的信号強度大于基准值时，将激光光源I的驱动功率降低以减少输出光L1的光量。相反，当来自光学检测器4的信号强度小于基准值时,增大激光光源I的驱动功率以提高输出光L1的光量。通过这样控制，反馈控制电路5保持前表面反射光L2和后表面反射光L3恒定，并 使对应于前表面反射光L2和后表面反射光L3的强度的透射光U的强度稳定在一;!'亘定值。根据实施方式的激光照射装置具有其中根据第一实施方式的激光照射装置的平面镜3被其中前表面侧和后表面侧形成预定角度的楔形反射镜6代替的构造。当输出光L1从光源I到楔形反射镜6的传播方向是X轴方向时,前表面反射光L2和后表面反射光L3从楔形反射镜6到光学检测器4的传播方向是Y轴方向，垂直于XY平面的方向是Z轴方向，并且楔形反射镜6的前表面侧和后表面侧在Z轴方向傾斜。图7是不出了光学检测器4上的前表面反射光L2和后表面反射光L3的束斑之间的干渉区域中所呈现的干涉图案的示意图。通过用楔形反射镜代替平面镜，在前表面反射光L2的束斑B2和后表面反射光L3的束斑B3相互重叠的区域中出现具有小节距(条纹间的距离)的干涉图案。当输出光L1的波长改变时，通过干涉图案的移动来改变光学检测器4的信号強度。然而，当干涉图案的节距P足够小吋，由干涉图案的移动引起的信号強度的变化较小，并且变化值达到在实际使用时可忽略的值。因此，即使在不可避免发生稍小波长变化的光源(例如，半导体激光器)用作激光光源I吋，能够通过反馈控制电路5高精度地控制输出，从而能够获得具有稳定强度的透射光し4。当输出光L1的波长是λ并且楔形反射镜6的前表面侧和后表面侧形成的角度是Θ时，干涉图案的节距P是λ/2θ。作为具体数值，当波长λ是O. 488mm并且角度Θ是0.2°时，干涉图案的节距P是70 μ m。束斑B2与束斑B3之间的重叠是几mm并且干涉图案的节距P是70 μ m，由干涉图案的移动引起的光学检测器4的信号強度的变化在实际使用中是可忽略的范围。本文中，干涉图案是通过将束斑B2和束斑B3互相重叠的区域中的两个束斑组合而以预定间隔布置在方向(横向方向)上的横向条纹。然而，干涉图案可以是以预定间隔布置在垂直于上述方向的方向(纵向方向)上的纵向条纹(參见图8)。当干涉图案是纵向条纹时，楔形反射镜6的前表面侧和后表面侧被构造为在XY平面上形成预定角度(參见图9)。为了减小由干涉图案的移动引起的信号強度的变化，优选的是在束斑重叠区域中呈现的干涉图案的数目较大。为了增加干涉图案的数目，更优选的是干涉图案是横向条纹而不是纵向条纹。在根据实施方式的激光照射装置中，类似于根据第一实施方式的激光照射装置，可将楔形反射镜6的厚度设定为光学检测器4上的前表面反射光L2的束斑和后表面反射光L3的束斑之间的距离等于或大于预定值。因此，能够消除或抑制束斑B2和束斑B3之间的干涉，能够进一歩抑制由干涉图案的移动引起的光学检测器4的信号強度的变化，并且能够使透射光L4的强度控制稳定。
4.微粒测量装置根据本发明的微粒测量装置设置有上述的激光照射装置，并且透射光L4是对形成于流式细胞仪或微芯片中的流路中流动的微粒的照射光。微粒测量装置包括流式系统，该流式系统用于使微粒在细胞流量计或形成于微芯片上的流路中的流动成直线；照射系统，用于用照射光照射在流式细胞仪等中流动的微粒；以及检测系统，用于对诸如散射光或从被照射光照射的微粒或其上标记的物质产生的荧光的测量对象光进行检測。微粒测量装置可包括分析系统，用于根据测量对象光的強度确定微粒的光学特性；以及分选系统，用于基于确定结果依照光学特性对微粒进行分类。根据本发明的微粒测量装置包括如上所述的激光照射装置作为照射系统，井能够向微粒照射具有稳定强度的照射光。因此，在微粒测量装置中，能够无误地测量微粒的散射光強度或荧光光強度，并且能够获得高的測量精度。根据本发明的微粒测量装置的流式系 统、检测系统、分析系统可以以与现有技术相同的方式构造。本发明包含于2011年3月22日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2011-062129中公开的相关主题，其全部内容结合于此作为參考。本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替换，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。
权利要求
1.ー种激光照射装置，包括 激光光源； 反射镜，用于将从所述激光光源输出的光的一部分反射并使剩余光穿过； 光学检测器，用于检测被所述反射镜反射的反射光；以及 反馈控制电路，用于接收从所述光学检测器输出的信号并控制所述激光光源的输出以保持信号強度恒定， 其中，所述反射镜的厚度被设定为使得所述检测器上被所述反射镜的前表面反射的反射光的束斑与所述检测器上被所述反射镜的后表面反射的反射光的束斑之间的距离等于或大于预定值。
2.根据权利要求I所述的激光照射装置，其中，所述预定值是光束直径、Ι/e2和光的半值全宽中的任ー个。
3.根据权利要求I所述的激光照射装置，其中，所述反射镜是楔形反射镜。
4.根据权利要求I所述的激光照射装置，其中，通过将所述检测器上被所述反射镜的前表面反射的反射光的束斑与所述检测器上被所述反射镜的后表面反射的反射光的束斑在这两个束斑互相重叠的区域中组合所形成的干渉图案是横向条纹。
5.一种微粒測量装置，包括根据权利要求I至4中的任ー项所述的激光照射装置，其中，穿过所述反射镜的光是对微粒的照射光。
全文摘要
本发明公开了激光照射装置及微粒测量装置，该激光照射装置包括激光光源；反射镜，用于将从激光光源输出的光的一部分反射并使剩余光穿过；光学检测器，用于检测被反射镜反射的反射光；以及反馈控制电路，用于接收从光学检测器输出的信号并将激光光源的输出控制为保持信号强度为恒定，其中，反射镜的厚度被设定为使得检测器上被反射镜前表面反射的反射光的束斑与检测器上被反射镜的后表面反射的反射光的束斑之间的距离等于或大于预定值。
文档编号G01N15/14GK102692371SQ20121006936
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月15日 优先权日2011年3月22日
发明者中钵秀弥, 濑尾胜弘 申请人:索尼公司