[0131] 图24A是示出根据本公开的具有可编程速度的转子的脉动最小化的三辊蠕动泵 的辊和可压缩管的纵向剖视图。
[0132] 图24B是示出根据本公开的具有可编程速度的转子的脉动最小化的三辊蠕动泵 的简化平面图。
[0133] 图24C是示出图24B中所示的具有可编程速度的转子的蠕动泵脉动最小化的图：
[0134] 1.相对于辊位置的负体积变化率；
[0135] 2.转子速度；以及
[0136] 3.泵的流速。
[0137] 图25是示出根据本公开的使用锯齿形配置的示例性六端口波分多路复用器 ("WDM"）的光线追踪的图。
[0138] 图26是示出现有技术准直装置的光线追踪的图，示出在准直扩展光源中装置的 限制。
[0139] 图27是根据本公开的使用锯齿形配置和分支配置的组合的六端口 WDM实施例的 透视图。
[0140] 图28是根据本公开的具有凹面二色性滤光器的WDM另一实施例的透视图。
[0141] 图29A和图29B是示出根据本公开为可重新配置的WDM构建可更换的二色性滤光 器组合件的组装过程的透视说明图。
[0142] 图29C是根据图29A和图29B的视图构建的可更换的二色性滤光器组合件的透视 图。
[0143] 图30A和图30B是示出根据本公开的WDM的透视图，示出将图29C中所示的可更 换的二色性滤光器组合件安装到WDM中以及将其从WDM移除。
【具体实施方式】
[0144] 流式细胞仪
[0145] 图1示出根据本公开的总体以附图标记40标识的流式细胞仪。流式细胞仪40包 括：
[0146] 1.基于LD的光学子系统50 ;
[0147] 2.复合显微镜物镜60;
[0148] 3.用于供应液体鞘流的流体子系统70 ;
[0149] 4.蠕动泵80,其用于将包含待分析粒子的液体试样流注入到由流体子系统70所 供应的液体鞘流内，所述液体试样流由流动通过观察区的液体鞘流流体动力学聚焦，，其中 复合显微镜物镜60采集和成像由观察区内的粒子所散射的光和/或发出的荧光；
[0150] 5.光纤852,其接收由复合显微镜物镜60所收集和成像的由观察区内的粒子所散 射的光和/或发出的荧光；
[0151] 6.波分多路复用器90 ( "WDM 90"），其用于光学处理从光纤852所接收的散射光 和/或荧光。
[0152] 光学子系统50
[0153] 光学子系统50包括LD 501，如图2中所详细示出的那样，所述LD 501从其边缘发 射发散光束。如在图2和2A中以图形更详细地示出的那样，发散光束具有椭圆形横截面轮 廓，其具有长轴亦即快轴和短轴亦即慢轴。从LD 501发射的发散光束照射到准直透镜502 上，所述准直透镜502将由LD 501所发射的发散光束转换成具有椭圆形横截面的准直光 束。虽然不是必需的，但是光学子系统50还可包括可选的反射镜503,其被定位成将准直 的椭圆光束朝向复合显微镜物镜60进行引导。位于所述复合显微镜物镜60附近的平凸透 镜504减短椭圆形光束的长轴，其垂直于所述液体试样和周围液体鞘流通过复合显微镜物 镜60内的观察区的方向而取向。在该观察区，椭圆形光束的宽度：
[0154] 1.垂直于液体试样流流动通过所述观察区的方向的宽度优选略小于液体鞘流的 宽度；而
[0155] 2.仍然足够宽，使得试样流中的粒子在光束的最大强度处流动通过椭圆形光束的 近似平坦部。
[0156] 根据本公开，对于本领域内技术人员而言显而易见的是平凸透镜504可由其它类 型的光学元件代替，诸如消色差双合透镜或球面透镜、柱面透镜和/或棱镜对的组合。可替 代地，镜面503和透镜504也可以由凹面镜代替。对于流式细胞仪流40的偏振敏感应用而 言，诸如半波片的可选的偏振调节元件）也可被放置于从准直透镜502延伸到透镜504的 光束的准直区段内。最后，在通过观察区之前，光束通过位于邻近观察区处的高倍率柱面透 镜505。如图1中所示，柱面透镜505的轴线垂直于液体试样流流动通过所述观察区的方向 而取向，并且所述柱面透镜505的焦距在观察区处产生光束短轴的紧密聚焦。
[0157] 光学子系统50相对于传统的基于LD的光学子系统的优点可在图2和2A中更清 楚地看到。适于在流式细胞仪中使用的大部分市售的激光二极管从其边缘发射光束。如图 2中所示，这样的LD芯片510的增益区段509在由箭头511所指示的横向方向受极大的限 制。因此，为了获得高输出功率LD，制造商经常牺牲光束品质，特别是沿着平行于箭头511 取向的横向或快轴方向。图2A示出了从LD所发射的光的这一特点，其中由于增益限制所导 致的多个条纹512在所发射光束的短轴方向上的远场处清晰可见。应当指出的是，在图2A 的图示中出现的条纹512只含有光束总能量的一小部分，因此对相应光束轮廓的传统M-平 方特性影响不大。然而，如下文所更加详细论述的那样，条纹512确实对传统流式细胞仪的 性能具有不利的影响。可替代地，沿着垂直于箭头511取向的边缘发射LD的慢轴方向的增 益限制更为放松。因此，如图2A中所示，远场光束轮廓沿着LD光束的慢轴更为平滑。
[0158] 图3A示出了用于流式细胞仪的传统的基于LD的光学子系统。图3A中所示的与 图1中所示光学子系统50共有的那些元件带有相同的附图标记，但用撇号（'）标示加以区 分。如图3A中所示，传统的光学子系统将LD 501的快轴平行于液体试样流流动通过所述 观察区的方向来取向。在其最简单的配置中，LD 501'的椭圆形光束轮廓通过球面聚焦透 镜504'直接转入观察区内。在试图获得聚焦光束最佳纵横比的过程中，各种不同的传统的 基于LD的光学子系统还包括除了图3A中所示的那些之外的光束成形光学元件。
[0159] 条纹512沿着用于传统的光学子系统配置的LD 501'的快轴的不利影响在图3B 中所示的光散射时间剖面中明显地显现。由于散射或荧光强度与入射到粒子上的局部激光 功率成正比，因此沿着液体试样流流动通过观察区的方向的光束轮廓中的任何精细结构将 出现在由流式细胞仪所产生信号的时间剖面中。在时间剖面中的这种结构与由小粒子所产 生的信号无法区分，因此将导致流式细胞仪错误触发而错误地识别粒子。此外，条纹512也 将导致其它细胞仪参数的测量中的不确定性，诸如图3B中所示的脉动的面积和宽度。
[0160] 图4A和图4B示出了前述' 019专利中所公开的用于基于LD的流式细胞应用的又 一现有技术光学子系统。图4A和4B中所示的与图1或图3A中所示光学子系统50共有的 那些元件带有相同的附图标记，但用双撇号（"）标示加以区分。如图4A和4B中所示，通 过使得LD 501"的慢轴平行于液体试样流流动通过所述观察区的方向来取向，图4A和图 4B中所示的光学子系统有效地克服如上所述的由条纹512所导致的问题。遗憾的是，置于 图4A和4B中球面聚焦透镜504"之前以便漫射垂直于所述液体试样流流动通过所述观察 区的方向的光束的光束漫射元件513 "产生接近观察区的高度像散性光束。具体地，在所述 观察区处将该像散性光束在液体试样流流动通过所述观察区的方向上聚焦增加了垂直于 液体试样流流动通过所述观察区的方向的光束宽度，使得光束宽度变得类似于或甚至宽于 鞘流。因此，图4A和图4B中所示的光学子系统不仅减少了入射到流动通过观察区的粒子 上的光能量，而且光学子系统也增加了来自液体鞘流与复合显微镜60的相邻部件之间界 面的非预期的光散射。
[0161] 图5强调在' 019专利中所公开的光学子系统和在图1中所示的光学子系统50之 间的主要差异。取代如图4中所示将非平面光束漫射元件513 "置于球面光束聚焦透镜504 之前，在图5A和5B中示出为柱面平凸透镜的高倍率柱面透镜505沿球面光束聚焦透镜504 后方的光束设置，并优选与复合显微镜物镜60并列。如图5A和5B中所不，柱面透镜505 将光束的短轴聚焦在观察区内，同时保留光束的长轴基本保持不变。因此，在图1、图5A和 图5B中所示的光学子系统50在观察区处建立一椭圆形的光束轮廓，其具有：
[0162] 1.跨合并的液体试样流和鞘流的紧密聚焦短轴；以及
[0163] 2.在合并的液体试样流和鞘流方向上的平滑短轴轮廓，其为沿着LD
[0164] 501的慢轴的远场光束轮廓的傅里叶共轭。
[0165] 同时，如图5B中所示，非平面的光束宽度不受柱面透镜505影响。图5C示出了使 用图1、图5A和图5B中所示的光学子系统50从微小粒子所散射的光测得的时间剖面。用于 进行图5C中所示的测量的LD 501与生成在图3B中所显现的从微小粒子所散射光的测得 的时间剖面的过程中所使用的LD相同。如图5C中所示，由条纹512所导致的沿着LD 501 快轴的旁波瓣不再对流式细胞仪40的性能产生任何实质影响。
[0166] 图6示出了根据本公开的适用于流式细胞仪的又一替代性的基于二极管激光器 的光学子系统。图6和6A中所示的与图1、5A和5B中所示光学子系统50共有的那些元件 带有相同的附图标记，但用三撇号（"'）标示加以区分。除了出现没有复合显微镜物镜60 的观察区之外，图6A和6B中所示的光学子系统50" '与图1、5A和5B中所示的光学子系 统几乎相同，因为其出现在自由流动的喷射流519内，所述喷射流519包括从喷嘴518喷出 的试样流和鞘流两者。因此，对于图6A和6B中所示的光学子系统50" '的配置而言，高倍 率柱面透镜505从位于喷射流519内的观察区分离。
[0167] 在图1、5A、5B、6A和6B中所示的本公开的示例性实施例中，LD 501的短轴即慢轴 垂直于所述液体试样流流动通过所述观察区的方向而取向。然而，对于本领域内技术人员 而言使用替代性的光学配置将是显而易见的，LD 501的长轴即快轴可垂直于所述液体试样 流流动通过所述观察区的方向而重新取向。图7示出了光学元件的这种替代性配置的一个 示例。图7中所示的与图1、5A、5B、6A和6B中所示光学子系统50共有的那些元件带有相 同的附图标记，但用四撇号（""）标示加以区分。如图所示，LD 501""的慢轴在z方向 上取向。从LD 501""发射的光束则随后通过一对90度（90° )的反射镜523a和523b 旋转到面内的y方向。在图7的图示中，第一椭圆形光束重新取向反射镜523a的法线以相 对于X轴线成45度（45° )的角度在x-y平面内取向，并且第二椭圆形光束重新取向反射 镜523b的法线以相对于z轴线成45度（45° )的角度在y-z平面内取向。
[0168] 复合显微镜物镜60
[0169] 图8示出了根据本公开的针对图1、5A、5B和7中所示的复合显微镜物镜60的一 个实施例。如图8中所示，复合显微镜物镜60对观察区成像，所述观察区位于小型流动通 道604内的棱柱形玻璃小杯603内，流动通道604优选具有矩形横截面形状，携载粒子的合 并的液体试样流和鞘流通过该流动通道604。包括在复合显微镜物镜60内的平凹后表面反 射镜601优选由诸如玻璃或光学品质的塑料的具有类似于玻璃小杯603的折射率的光学透 明材料制成。为了最大限度地减少光损失，后表面反射镜601包括平坦的前表面，其光学耦 连到棱柱形小杯603的邻接平坦表面。后表面反射镜601到小杯603的光学耦连可以采用 指数匹配的凝胶、光学粘合剂或者直接的光学粘接。可替换地，后表面反射镜601也可以与 小杯603整体性地形成。
[0170] 复合显微镜物镜60还包括平面-非球面校正器板602,其也优选由具有诸如玻璃 或光学品质的塑料的类似于玻璃小杯603的折射率的光学透明材料制成。为了减少光损 失，校正器板602的平坦表面可以光学稱连到棱柱形小杯603的在其与后表面反射镜601 径向相对的一面上的邻接平坦表面上。校正器板602到小杯603的光学耦连可以采用指数 匹配的凝胶、光学粘合剂或直接的光学粘接。虽然根据本公开抗反射性涂层并非对复合显 微镜物镜60的强制性要求，校正器板602的距离校正器板602最远的非球面表面可带有抗 反射性涂层以减少光透射损耗。校正器板602的非球面表面的形状类似于经典施密特相机 的形状（Schmidt, B·，Mitt. Hamburg Sternwart7 (36) ,1932)。如由本领域内技术人员所公 知的那样，施密特相机的校正器板包括圆形中性区，其中所述校正器板不会将通过所述板 的光线偏离。为了在复合显微镜物镜60中使用，在校正器板602的中性区外侧，此处该板 厚度为最薄，校正器板602具有负的光倍率，同时在中性区内侧校正器板602具有正的光倍 率。该非球面校正器板602的确切形状可容易地由具有本领域内普通技能的任何人员使用 任何通过市售得到的光线追踪工具获得。需要指出的是在流式细胞仪40中，由图1、5A、5B 和7中所示的光学子系统50所产生的光束垂直于流动通道604通过小杯603的两（2)面 中不邻接后表面反射镜601或校正器板602的一（1)面而进入到小杯603内。
[0171] 图9A示出了图8中所示的复合显微镜物镜60的实施例的光线追踪结果。如图9A 中所示，从接近小杯603中心的流动通道604中的三（3)个在空间上分离的位置所发射的 散射和荧光：
[0172] 1.最初朝向后表面反射镜601传播以由后表面反射镜601进行内反射；
[0173] 2.然后首先通过小杯603 ;
[0174] 3.随后通过非球面校正器板602 ;以及
[0175] 4.最后形成接近图像平面605的三（3)个离散图像。
[0176] 需要指出的是穿过图9A中所示的复合显微镜物镜60的射线几乎为光学均匀的， 以及在接近小杯603的中心所发出的光以接近法线入射而穿过校正器板602。因此，该复合 显微镜物镜60在接近小杯603中心所发射的光中引入很少的色散。
[0177] 此外，在天体物理学界公知的是，施密特照相机提供快焦比与具有接近衍射极限 的光学性能的大视域的无以伦比的组合。传统的施密特相机中的主要缺点是图像表面位于 仪器内部。对于复合显微镜物镜60而言，接近小杯603中心的光在与传统施密特相机方向 相反的方向上传播，因此图像表面位于所述复合显微镜物镜60的外侧。因此，本公开可完 全利用施密特相机的光学性能而不会受其限制。图9B1至图9B3示出了在流动通道604内 的观察区中的三（3)个发光位置的接近图像平面605的光斑图，三个位置彼此分隔开150 微米。图9B1至图9B3中所示的所有图像的直径都小于35微米。
[0178] 从图8和图9A中所示的复合显微镜物镜60的流动通道604内的观察区穿过非球 面校正器板602的所发射的光经受了少量色差。图10示出了根据本公开在1、5A、5B和7 中所示的复合显微镜物镜60的替代性实施例。图10中所示的与图8和图9A中所示的复 合显微镜物镜60共有的那些元件带有相同的附图标记，但用撇号（'）标示加以区分。图 10中的后表面反射镜601'和