粒子检测装置以及粒子检测装置的检查方法转让专利
申请号 : CN201780028114.9
文献号 : CN109073531B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 古谷雅 , 小原太辅
申请人 : 阿自倍尔株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种粒子检测装置,其特征在于,具备:检查光源,其发出检查光;
流动单元,其被照射所述检查光;
椭圆镜,其以所述流动单元的位置为第1焦点,并在顶点设置有孔;
摄像装置,该摄像装置经由设置于所述椭圆镜的顶点的孔,拍摄由横穿所述流动单元内的流体的所述检查光产生的反应光的形状;以及波长滤光片,其配置于所述孔与所述摄像装置之间,并波长选择性地不使所述检查光透过而使由所述流动单元内的水产生的拉曼散射光或者由所述流动单元内的含有荧光色素的液体产生的荧光透过,
所述孔设置于通过所述椭圆镜的第2焦点的所述流动单元的外周的切线与所述椭圆镜的交点的内侧,
所述流动单元的流路的截面形状为圆形。
2.根据权利要求1所述的粒子检测装置,其特征在于,所述孔设置于所述流动单元的外周的切线与所述椭圆镜的交点的内侧,所述流动单元的外周的切线通过在所述椭圆镜的第2焦点配置的光检测器的受光面的外端。
3.根据权利要求1或2所述的粒子检测装置,其特征在于,所述流动单元具备使光反射的半球面反射膜以及由所述半球面反射膜反射后的光所透过的半球面透镜部。
4.一种粒子检测装置的检查方法,其特征在于,包括以下步骤:摄像装置经由设置于以流动单元的位置为第1焦点的椭圆镜的顶点的孔,拍摄由横穿所述流动单元内的流体的从检查光源发出的检查光产生的反应光的形状,在所述孔与所述摄像装置之间配置有波长滤光片,所述波长滤光片波长选择性地不使所述检查光透过而使由所述流动单元内的水产生的拉曼散射光或者由所述流动单元内的含有荧光色素的液体产生的荧光透过,所述孔设置于通过所述椭圆镜的第2焦点的所述流动单元的外周的切线与所述椭圆镜的交点的内侧,所述流动单元的流路的截面形状为圆形。
5.根据权利要求4所述的粒子检测装置的检查方法,其特征在于,所述孔设置于所述流动单元的外周的切线与所述椭圆镜的交点的内侧,所述流动单元的外周的切线通过配置于所述椭圆镜的第2焦点的光检测器的受光面的外端。
6.根据权利要求4或5所述的粒子检测装置的检查方法,其特征在于,所述流动单元具备使光反射的半球面反射膜以及由所述半球面反射膜反射后的光所透过的半球面透镜部。
说明书 :
粒子检测装置以及粒子检测装置的检查方法
技术领域
背景技术
体中包含的粒子会发出荧光或者产生散射光。荧光、散射光由配置于流动单元的旁边的透
镜会聚而检测。根据荧光、散射光的检测次数、检测强度以及检测波长等,能够确定流体中
包含的粒子的数量、种类。例如,能够判别粒子是否为生物粒子、粒子是否为树脂、或者粒子
是否为气泡等。
检查。另外,在这些位置、角度偏离设计值的情况下,调整这些位置、角度。
载了如下方法:为了调整激光的照射位置,使流动单元相对于激光源的位置移动,并检测波
长与由流过流动单元内的粒子产生的激光相同的散射光。专利文献3记载了如下方法:为了
调整光学系统以及流动单元的位置,使粒子流过流动单元,对流动单元照射激光,拍摄由粒
子产生的波长与激光相同的散射光的图像。
发明内容
顶点设置有孔。
检测器的受光面的外端的流动单元的外周的切线与椭圆镜的交点的内侧。
置于椭圆镜的顶点的孔,拍摄由横穿流动单元内的流体的检查光产生的反应光的形状。或
者,上述粒子检测装置也可以还具备检查用光检测器,该检查用光检测器经由设置于椭圆
镜的顶点的孔,检测由横穿流动单元内的流体的检查光产生的反应光。
体,反应光也可以是荧光。或者,充满流动单元的流体也可以是包含粒子的液体,反应光也
可以是米氏散射光。
第2焦点的光检测器的受光面的外端的流动单元的外周的切线与椭圆镜的交点的内侧。
孔,拍摄由横穿流动单元内的流体的检查光产生的反应光的形状。或者,在上述粒子检测装
置的检查方法中,也可以经由设置于椭圆镜的顶点的孔,检测由横穿流动单元内的流体的
检查光产生的反应光。
光色素的液体,反应光也可以是荧光。或者,充满流动单元的流体也可以是包含粒子的液
体,反应光也可以是米氏散射光。
附图说明
具体实施方式
对照以下的说明来判断。另外,在附图相互之间,当然也包含相互的尺寸的关系、比率不同
的部分。
51的椭圆镜50。
子,可列举革兰氏阴性菌以及革兰氏阳性菌。作为革兰氏阴性菌的例子,可列举大肠杆菌。
作为革兰氏阳性菌的例子,可列举表皮葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、微球菌和棒状杆菌。作为
真菌的例子,可列举黑曲霉等曲霉菌。但是,微生物不限定于这些。
的内壁例如进行研磨。贯通孔44例如通过球体构件41的中心。贯通孔44相对于贯通孔44的
延伸方向的剖面形状例如是圆。如果将贯通孔44的剖面形状设为圆,并使得在内壁没有角,
则能够抑制气泡滞留于贯通孔44的内部或者污渍附着于贯通孔44的内部。图1所示的贯通
孔44的延伸方向与检查光的前进方向垂直、并且与椭圆镜50的长轴方向垂直。贯通孔44的
直径不限定于此,例如低于1mm。球体构件41例如由石英玻璃构成。
者,半球面反射膜42也可以是电介质多层膜。球体构件41的未被半球面反射膜42覆盖的部
分作为半球面透镜部43发挥功能。半球面反射膜42与半球面透镜部43对置。
50的第1焦点一致。
素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAD(P)H)、吡哆胺(pyridoxamine)、
磷酸吡哆醛(pyridoxal-5’-phosphate)、吡哆醇(pyridoxine)、色氨酸(tryptophan)、酪
氨酸(tyrosine)以及苯丙氨酸(phenylalanine)等会发出荧光。
源30,能够使用发光二极管(LED)以及激光。检查光的波长例如是250至550nm。检查光既可
以是可见光,也可以是紫外光。在检查光是可见光的情况下,检查光的波长在例如400至
550nm的范围内,例如是405nm。在检查光是紫外光的情况下,检查光的波长在例如300至
380nm的范围内,例如是340nm。但是,检查光的波长不限定于这些。
光。由米氏散射引起的散射光的波长与检查光的波长相同。在被照射了检查光的粒子处产
生的荧光以及散射光从粒子全方位地发出。
圆镜50。在检查光的焦点与球体构件41的中心一致的情况下,在检查光的焦点处产生的荧
光以及散射光就会与半球面透镜部43的表面大致垂直地入射。因此,荧光以及散射光在半
球面透镜部43的表面几乎不发生折射地从半球面透镜部43的表面射出。
中心一致的情况下,在检查光的焦点处产生的荧光以及散射光会与半球面反射膜42大致垂
直地入射。因此,荧光以及散射光在半球面反射膜42处大致垂直地反射,经过球体构件41的
大致中心,并在半球面透镜部43的表面几乎不发生折射地从半球面透镜部43的表面射出。
会聚于流动单元40的后方的椭圆镜50的第2焦点。例如,通过使椭圆镜与流动单元40的半球
面反射膜42相比充分地变大,从而使基于椭圆镜50的荧光以及散射光的聚光效率提高。
镜70A处反射后的散射光的焦点与椭圆镜50的几何学的第2焦点在光学上等价。在波长选择
反射镜70A处反射后的散射光的焦点处,配置有用于检测散射光的光检测器60A。也可以在
波长选择反射镜70A与光检测器60A之间配置包含电介质多层膜等的带通滤光片以及长通
滤光片等。
上等价。在波长选择反射镜70B处反射后的第1波段的荧光的焦点处,配置有用于检测第1波
段的荧光的光检测器60B。在波长选择反射镜70B处透过后的第2波段的荧光的焦点处,配置
有用于检测第2波段的荧光的光检测器60C。也可以在波长选择反射镜70B与光检测器60B之
间以及波长选择反射镜70B与光检测器60C之间配置包含电介质多层膜等的带通滤光片以
及长通滤光片等。
50的第1和第2焦点的间隔设定成使得散射光或者荧光相对于波长选择反射镜70A、70B的入
射角为35度以上且55度以下,则干涉膜滤光片的分光效率就有变高的倾向,但不限定于此。
另外,在设计入射角度是0度的光学系统包含带通滤光片以及长通滤光片的情况下,也可以
将散射光或者荧光相对于带通滤光片以及长通滤光片的入射角设定为10度以下。
此,从椭圆镜50的第2焦点看去,孔51处于流动单元40的阴影中,看不到。
与椭圆镜50的交点的内侧即椭圆镜50的顶点侧。由此,从光检测器60C看去,孔51处于流动
单元40的阴影中,看不到。
会聚到光检测器60A、60B、60C的位置。因此,能够使在流动单元40内最初从粒子全方位地发
出的荧光以及散射光以与透镜聚光系统等同以上的效率会聚,并进行检测。
面积,荧光以及散射光的聚光效率提高,即使不使用包含昂贵的高数值孔径透镜的复杂的
光学系统,也能够高效地检测微弱的荧光、散射光。另外,第1实施方式的粒子检测装置不需
要复杂的光学系统,所以,容易进行制造、调节。
情况下,为了观察流动单元40或者观察检查光的照射位置,可能需要分解光学系统。
单元40处的检查光的反射折射而产生的杂散光会向检查光的入射出射方向发出,所以,有
时也难以观察流动单元40。
到由流动单元40处的检查光的反射折射产生的杂散光的影响。因此,例如,能够从设置于椭
圆镜50的顶点的孔51确认流动单元40的贯通孔44的内壁的污渍、流动单元40是否被正确地
配置。另外,能够从设置于椭圆镜50的顶点的孔51确认检查光是否正确地照射到流动单元
40。此外,也可以经由孔51用摄像装置拍摄流动单元40并观察。具体来说,也可以用摄像装
置拍摄流动单元40的贯通孔44的内壁的污渍、流动单元40的配置。或者,也可以用摄像装置
拍摄由于照射到流动单元40的贯通孔44的检查光而从贯通孔44的内壁产生的散射光。
到达椭圆镜50的第2焦点。因此,从椭圆镜50的第2焦点观察处于流动单元40的阴影中的椭
圆镜50的部分不对荧光以及散射光的会聚作出贡献。因此,通过在从椭圆镜50的第2焦点观
察处于流动单元40的阴影中的部分设置孔51,从而椭圆镜50的聚光性能实质上不会降低。
因此,能够在实质上抑制在流动单元40内的粒子处产生的荧光以及散射光的损失的同时,
观察流动单元40。
波长滤光片80,其配置于孔51与摄像装置90之间,波长选择性地不使检查光透过而使拉曼
散射光透过。作为波长滤光片80,能够使用带通滤光片或者长通滤光片等。
动单元40的位置中的至少一方是否正确时,使任意的液体流到流动单元40的贯通孔44中,
或者填充任意的液体。任意的液体例如是包括水的液体。包括水的液体也可以仅由水构成。
包括水的液体也可以不包括粒子。乙醇等也能够用作任意的液体。当对任意的液体照射检
查光时,在液体中,作为反应光而产生拉曼散射光。拉曼散射光的波长与检查光的波长不
同,比检查光的波长长。拉曼散射光在检查光横穿任意的液体的位置处产生。因此,拉曼散
射光的形状与横穿液体的检查光的光路一致。在没有任意的液体的地方不产生拉曼散射
光。
像数据。
位置的情况下,以使图8所示的十字形的交点与检查光的焦点一致的方式,设定基准标记。
另外,在流动单元40的贯通孔44以及检查光的焦点处于正确的位置的情况下,以使图8所示
的十字形的横线与检查光的光路重叠的方式设定基准标记。因此,如图9所示,由摄像装置
90拍摄与十字形的横线重叠、且中心与十字形的交点一致的线段形状的拉曼散射光。此外,
在图9中,示意性地示出了流动单元40的贯通孔44,但仅拍摄拉曼散射光即可。
相对于原本的光路向垂直方向下侧平行地偏移的情况下,如图11所示,拉曼散射光在比十
字形的横线更靠下方的位置由摄像装置90拍摄。
倍率、由摄像装置90拍摄到的图像中的十字形的横线与拉曼散射光的垂直方向上的偏移来
计算。
于原本的光路向垂直方向下侧倾斜的情况下,如图13所示,由摄像装置90拍摄到相对于十
字形的横线向下方倾斜的拉曼散射光。
移、线段状的拉曼散射光相对于十字形的横线的角度来计算。
状的拉曼散射光的中心偏移了的图像。在拍摄到这样的图像的情况下,为了消除偏移,使流
动单元40的贯通孔44移动。流动单元40的贯通孔44的移动量例如能够根据由摄像装置90拍
摄到的图像中的十字形的交点与线段状的拉曼散射光的中心的偏移来计算。
通孔44的延伸方向垂直的方向上的宽度长。在拍摄到这样的图像的情况下,例如,为了消除
线段状的拉曼散射光的两端的倾斜,或者为了使线段状的拉曼散射光的长度与贯通孔44的
宽度相同,对流动单元40的贯通孔44的倾斜进行校正。
最细的点或者拉曼散射光的强度最强的点进行比较,判定例如检查光源30的位置是否正
确。在由摄像装置90拍摄到的图像中的十字形的交点与拉曼散射光的形状聚拢得最细的点
或者拉曼散射光的强度最强的点发生偏移的情况下,为了消除偏移,使检查光源30等移动。
示,在流动单元40向检查光的前进方向偏移的情况下,拉曼散射光相对于检查光的焦点左
右不对称地呈现。在该情况下,为了使拉曼散射光以检查光的焦点为中心左右对称地产生,
使流动单元40移动。
44的直径大致相等。与此相对地,在如图20所示那样检查光的光路自贯通孔44的中心偏移
的情况下,如图21所示,拉曼散射光的形状的长度就比贯通孔44的直径短。
元40的位置移动。移动量例如能够基于摄像装置90的透镜的倍率、拉曼散射光的形状的长
度与贯通孔44的直径之比来计算。
42而从半球面透镜部43的表面射出的拉曼散射光的反射光的形状会如图23所示那样偏移
地呈现。在该情况下,为了使未经由半球面反射膜42而从半球面透镜部43的表面射出的拉
曼散射光的形状与经由半球面反射膜42而从半球面透镜部43的表面射出的拉曼散射光的
反射光的形状重叠,使包含检查光源30的光学系统或者流动单元40的位置移动。
和入射角度的检查光的光路、检查光的焦点以及流动单元40的位置中的至少一方。另外,能
够基于所掌握的检查光源30的位置、包含检查光相对于流动单元40的入射位置和入射角度
的检查光的光路、检查光的焦点以及流动单元40的位置中的至少一方,调整检查光的光学
系统、流动单元40的位置以及角度。
光的光路、检查光的焦点以及流动单元40的位置中的任意多个。
动单元40的流路中。另外,通过波长选择性地观察检查光以及波长与检查光相同而与散射
光不同的拉曼散射光,能够抑制从检查光产生的漫射光的影响。
相对地,在第3实施方式中,在检查光学系统时,使包含以检查光为激发光的荧光色素的液
体流到流动单元40的贯通孔44,或者在流动单元40的贯通孔44中充满包含荧光色素的液
体。
查光时,在液体中,作为反应光而产生荧光。荧光在检查光横穿包含荧光色素的液体的位置
处产生。因此,荧光的形状与横穿液体的检查光的光路一致。在没有包含荧光色素的液体的
地方不产生荧光。
入射角度的检查光的光路、检查光的焦点以及流动单元40的位置中的至少一方。
在第4实施方式中,也可以没有波长滤光片80。
的光路一致。在没有包含粒子的液体的地方不产生米氏散射光。
位置和入射角度的检查光的光路、检查光的焦点以及流动单元40的位置中的至少一方。
以及运用技术应该变得明确。例如,在图7中,示出了粒子检测装置具备经由设置于椭圆镜
50的顶点的孔51来拍摄由横穿流动单元40内的流体的检查光产生的反应光的摄像装置90
的例子。与此相对地,粒子检测装置也可以具备经由设置于椭圆镜的顶点的孔来检测由横
穿流动单元内的流体的检查光产生的反应光的强度的检查用光检测器。通过检查用光检测
器观察从流动单元发出的反应光的强度,从而能够检查流动单元是否被检查光正确地照
射。这样一来,应该理解为本发明包含在这里未记载的各种实施方式等。