利用配置的光引導裝置的均勻照明光檢查流體的裝置的製作方法
2023-06-07 05:06:11 4
專利名稱：利用配置的光引導裝置的均勻照明光檢查流體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及流體分析的領域，具體涉及利用光分析(或檢查)流體所用的裝置。
背景技術：
在某些領域，例如，醫學分析(血液計數或流動的血細胞計數)，利用基於流體和光的不同成份之間相互作用的流體檢查裝置。
這些裝置通常包括有用於被檢查流體的強制性通道的測量空間；提供被選取的光到光照明裝置的光源，利用這種光照明強制性通道；光學裝置，它的作用是至少收集一些已經傳輸通過強制性通道的光，並把它傳遞到用於分析被收集的光的分析裝置，為的是傳遞代表它攜帶的數據的信號。在法國專利FR 2653885中具體描述這種類型的裝置。
例如，被收集的光攜帶的數據涉及被檢查的流體中各種成份的形式和/或反射係數和/或衍射係數和/或吸收係數。例如，利用透射測定法得到這種數據在現有技術中是熟知的，此處不再描述。
例如，在血液分析的情況下，檢查裝置必須能夠按照它們的分類(主要是血細胞(或白血細胞)和紅細胞(或紅血細胞))，以及在它們分類內的變種(例如，在白血細胞中的淋巴細胞，單細胞，中性白細胞和嗜曙紅細胞，或在紅血細胞中的網狀細胞)自動地區分血液細胞。
為了使檢查裝置可以區分在被檢查的流體中懸浮的不同成份，在傳輸通過測量空間中的強制性通道時，這些成份在相同的時間周期內必須接收基本相同強度的光。
為了在強制性通道限定的整個表面上得到基本均勻分布的光，人們建議使用非相干光源，例如，與光闌耦合的白熾燈光源和所謂的Kohler光學裝置。這種裝置是利用第一透鏡在第二透鏡的光瞳平面上形成光源的圖像，而第二透鏡的作用是在測量空間的強制性通道平面上形成光闌的圖像。
這種Kohler光學裝置的第一個缺點是，它有很弱的測光量，即，在測量區上僅集中非常少的光，因此，它使某些分析變得很困難，特別是在生物細胞分析的情況下。
為了增大光量，可以使用高功率的光源，通常是幾十瓦的光源。然而，這種光源產生相當大的熱量，它很容易幹擾分析並造成昂貴的費用。
這種Kohler光學裝置的第二個缺點是，它需要一組透鏡，而把這些透鏡放置在測量空間的鄰近是不容易的。事實上，眾所周知，流體噴嘴的尺寸越小，它可以使光束的數值孔徑變得越大和光度測量的平衡越好。因此，對於給定直徑的流體噴嘴，照明裝置與強制性通道越接近，則光度測量的平衡就越好。
現有的已知檢查裝置不是完全令人滿意的，本發明的目的是改進這種情況。
發明內容
為此目的，我們建議一種利用光學方法檢查流體的裝置，包括測量空間，它包含用於被檢查流體的強制性通道，至少一個光源，用於傳遞被選取的光到光照明裝置，它的作用是利用這個光照明強制性通道，光學裝置，用於至收集少一些已傳輸通過強制性通道的光，並把它傳遞到用於分析被收集光的分析裝置，為的是傳遞代表被所述光攜帶的數據的信號。
這個裝置的特徵是，它的光照明裝置包括第一光引導裝置，它有與光源相對的一端，並配置成按照被選取的幾何形狀傳遞從光源得到的光，因此，它可以按照基本均勻的方式和基本恆定的強度照明強制性通道。
按照本發明的裝置可以有可以單獨或集合的附加特徵，具體是
●它的第一光引導裝置可以是光纖的形式，●光纖的的配置端包括在選取長度上微機械加工成被選取形狀的芯，為了使光產生全反射並傳遞有被選取幾何形狀(例如，基本是矩形)截面的光束，●光纖可以是多模光纖，任選地，它有折射率差，●光源可以是多色型光源，●光源可以是準單色型光源，●在有多個(準)單色光源的情況下，可以提供一個復用裝置，包括輸入端和輸出端，輸入端耦合到這些(準)單色光源中每個光源的輸出端，而輸出端耦合到與其配置端相對的第一光引導裝置的供給端，●校正裝置可以安裝在強制性通道的上遊，其目的是校正光照明裝置以外的其他部分引入的色差，●光收集裝置可以包括第二光引導裝置，它有朝向強制性通道的收集端，●第二光引導裝置的結構是光纖形式，●每個光源的位置是在穿過第一光引導裝置的配置端，強制性通道和第二光引導裝置的收集端的軸之外。在這種情況下，每個光源和/或至少部分的分析裝置可以被植入到電子卡上，●每個光源可以是發光二極體，雷射二極體，雷射器，白熾燈或放電燈。
本發明特別適合於樣本的醫學分析，具體是流動的血細胞計數和血液計數，雖然這不是限制性的。
根據以下結合附圖的詳細描述，本發明的其他特徵和優點是顯而易見的，其中圖1是按照本發明實施例的光學流體檢查裝置的示意圖，圖2A和2B分別表示稱之為「圓柱形透鏡」型的光照明光纖配置端的平面圖和正視圖，
圖3表示藉助於圖2中的光纖在強制性通道上得到的光束截面形狀的示意圖，和圖4是利用按照本發明檢查裝置得到的血液分析結果的圖像。
具體實施例方式
這些附圖不但可以作為本發明的補充，而且在某些情況下還可以說明它的定義。
現在參照圖1和2，為的是描述按照本發明實施例的光學流體檢查裝置D。
在以下的描述中，我們假設裝置D是用於檢查(或分析)血液樣本形式的流體，為的是實施血液計數。然而，本發明不局限於這種類型的流體或計數。事實上，它涉及各種類型的計數，以及各種類型的分析，特別是流動的血細胞計數。
如圖1所示，按照本發明的檢查裝置D包括測量器皿1，最好是稱之為「流動套管」器皿類型，例如，在法國專利FR 2653885中所描述的器皿。
簡單地說，這種類型的器皿1包含內壁，在內壁上放置會聚噴嘴2，它通常是由藍寶石製成，並限定一個直徑通常為60μm的定標噴嘴。該內壁限定一個內槽3，其中放置非常小的毛細管(未畫出)，其直徑通常為200μm，該端的位置是與噴嘴2相對，並與它有很短的距離。這個毛細管的作用是使被檢查的流體到達噴嘴2的上遊，為的是成為在圍繞毛細管的所述內槽3中循環的二次緩衝流體攜帶的主通量的形式。
器皿1還包括在噴嘴2的下遊的測量空間4，它包括強制性通道5(或測量區或測量窗口)，用於檢查由噴嘴2傳遞的流體。
由於噴嘴2有很小的尺寸並利用流體動力學緩衝技術，(被檢查流體的)血液細胞是在強制性通道5上是一個接一個出現的，因此，它至少可以接受以下描述的光學分析。
利用在圖中畫出的部分收集管道6，可以在器皿1的上部收集到被檢查的流體。
以上描述的光學分析是藉助於被檢查流體的細胞(成份)與在測量空間4的強制性通道5上的光束之間相互作用實現的。
照明強制性通道5的光束是由光照明裝置(以下稱之為照明光學元件)傳遞的，該光束至少是由一個光源7提供的。
具體選取光源7所發射的光是根據被分析的細胞和/或染料，這種染料可用於給某些種類(或亞類)細胞染色。應當回想到在細胞分析中經常使用的螢光染料。事實上，當染色細胞中包含的染料吸收光源7的發射波長時，它幾乎立刻(通常是10-8s)和各向同性地再發射稱之為螢光的輻射，其波長大於被吸收的光輻射波長。所以，可以在與光分析軸成90°或平行於這個軸上收集這種螢光(外螢光)。
取決於它的要求，可以選取發射準單色光的光源7或發射多色光的光源7。
可以使用準單色光源7，例如，發光二極體(或LED)。然而，也可以使用雷射二極體或雷射器，如果需要，它的發射波長和發射功率可以使被分析的染色成份發射螢光。
可以使用多色光光源7，例如，白熾燈或弧光燈或眾多的(準)單色光源。
按照本發明，照明光學裝置包括至少第一光引導裝置8，它有與光源7相對的第一端9，配置成按照選取的幾何形狀傳遞從光源7得到的光，因此，它可以按照基本均勻的方式和基本恆定的強度照明強制性通道5。
換句話說，第一端9配置成傳遞這樣形式的光束，在被選取的幾何形狀表面上，該光束的截面有均勻的強度分布。
重要的是注意到，第一光引導裝置8傳遞的光束截面形狀不必與到達強制性通道5上的光束有相同的截面形狀。事實上，如圖1所示，照明光學裝置可以包括第一光引導裝置8，和光學元件，它的作用是在強制性通道5上傳輸光束，和任選地，使該光束有強制性通道5的形式。因此，在第一光引導裝置8的輸出端上可以提供有平行表面的調整板10，這個調整板的作用是精確地控制光束相對於強制性通道5的橫向位置，和相對於被檢查流體的橫向位置。還可以提供投影光學裝置11，包括一對變形光學型的透鏡，它放置在調整板10與器皿1之間，其目的是聚焦光束到強制性通道5上。
如圖2A和2B所示，第一光引導裝置8最好是光纖的形式，而與第一配置端9相對的光纖第二端12耦合到光源7的輸出端。
例如，光纖8的第一配置端9包括一個部分13，在它的一段被選取長度上已沒有外皮14，而芯15的外表面最好是利用反射的金屬材料覆蓋(除了端部16以外)。芯15的端部16在一段被選取的長度上是利用微機械加工成被選取的形狀，為的是可以產生光的全內反射，並傳遞有上述被選取形式(在它的截面上)的光束。通過微機械加工芯15的端部16，實際上可以僅僅保留它的中間部分，而在所謂的折射率差光波導中，它是光有均勻光場的區域。
在圖2A和2B所示的實施例中，芯15的端部16是利用微機械加工的，為的是傳遞有基本矩形截面的光束。微機械加工的目的是為了在芯15中限定兩個傾斜的表面17和18，這兩個面的傾斜角約為50°至55°，並在它們相交之前終止，為的是形成一個基本矩形的端部。傾斜面17和18還可以有停止折射光的外塗層。
例如，這種類型微機械加工的第一端9是由日本公司Namiki製造的。更精確地說，所展示的實施例對應於稱之為「圓柱形透鏡」型光纖8(或CLF表示「圓柱形透鏡光纖」)的一端，在網際網路「www.namiki.co.jp/nqt/tp14.html」上可以找到它的具體技術細節。
由於這種類型的微機械加工，並利用以上給出類型的光學元件(調整板10和投影光學裝置11)，光束的截面在強制性通道5上基本是矩型，如圖3所示。例如，從利用微機械加工有矩形端部16的光纖8開始，測得的面積約為155μm×55μm，可以得到矩形照明表面，其長度X約等於105μm和寬度Y約等於33μm。
例如，光纖8可以是多模型光纖，任選地，它是有折射差的光纖。可以利用由3M，Lucent Technology和OPS公司製造的光纖。
利用光纖8，可以在電子卡19上移動光源7，參照以下所製作的，在電子卡19上還可以植入至少一些分析裝置20。光源7被位移到測量器皿1的光軸(即，穿過第一光引導裝置8的配置端9，強制性通道5和第二光引導裝置23的收集端25的軸，以下描述)之外是特別有利的，因為它能夠使熱源遠離器皿1的相鄰周圍。
此外，由於利用本發明，檢查裝置D在機械結構和光學結構方面比包括Kohler裝置的相同裝置簡單得多，其中光纖8的第一端9可以替換Kohler裝置中的一對非球面透鏡，且不再需要使用聚光鏡和漫射器。
此外，使用光纖8能夠使測量器皿1小型化。
而且，由於微機械加工有非常高的精確度以及它的高度可重複性，對測量器皿1不需要使用一些微米級的調整裝置，因此，它可以提高檢查裝置D提供的性能的可重複性。
重要的是注意到，在存在多色光源7的情況下，除了照明光學元件8-12以外，可以提供校正光學裝置(未畫出)，其目的是至少可以消除照明光學元件引入的一些色差。此外，可以設計這些相同的光學元件，為的是校正被器皿壁和流過的液體厚度引入的幾何象差。可以利用一個或多個非球面屈光度的光學元件完成這種校正，其中的一個光學元件可以有衍射光柵，它用於校正色差。
此外，使用光纖8能夠使檢查裝置D配備多個發射不同波長的(準)單色光源。在這種情況下，每個光源耦合到復用器的一個輸入端，而復用器的輸出端耦合到光纖8的輸入端。
如上所述，以上描述的照明光學裝置所傳遞的光束與被檢查流體之間的相互作用發生在測量器皿1的強制性通道5上。這個相互作用的結果是利用普通的分析裝置20進行分析的，例如，此處沒有描述的一個或多個光電檢測器，它藉助於位於測量器皿1的下遊的光收集裝置21-25。
更精確地說，在圖1所示的非限制性實施例中，光收集裝置包括一對透鏡21，例如，變形光學透鏡，用於收集已經傳輸通過測量空間4的光，在此之後的調整板22，例如，平行平面型調整板，用於精確地引導在第二光引導裝置23中收集的光，它的輸出端24耦合到用於分析的檢測裝置20。
光電檢測的原理是眾所周知的。應當注意的是，被檢查流體中的每個成份(細胞或粒子)是被染色或沒有染色的，它到達強制性通道5上，吸收和/或衍射和/或反射被照明光學裝置(主要是第一光引導裝置8)整形並在所述強制性通道5的整個表面上有基本恆定均勻性和強度的光。這些相互作用有助於減小光電信號的連續分量，該信號是由光電檢測器傳遞(沒有任何相互作用)，它是由電脈衝指出，脈衝的形狀和脈衝寬度是已與照明光相互作用的各個分量的特徵。
圖4表示利用按照本發明檢查裝置D得到的一個圖像的例子，它代表血液樣本中白血細胞總體的分布矩陣。該圖的右上部分表示嗜酸性細胞的總體，該圖的中間部分表示中性白細胞的總體，該圖的右下部分表示單細胞的總體，和圖的中下部分表示淋巴細胞的總體。
最好是，第二光引導裝置23是光纖的形式，它的第一端25有被收集的光(在這種情況下是由調整板22提供)，而第二端限定輸出端24。
藉助於這個收集光纖23，可以把光電檢測器放置在測量器皿1的光軸之外，例如，它是在電子卡19上，從而在機械結構和光學結構方面進一步簡化該裝置。
本發明不局限於此處描述的光學流體檢查裝置的實施例，它僅僅作為例子，本發明可以包括專業人員在以下權利要求書範圍內所想像的各種改進。
權利要求
1.一種利用光學方法檢查流體的裝置(D)，包括i)有用於被檢查流體的強制性通道(5)的測量空間(4)，ii)至少一個適合於傳遞被選取光的光源(7)，iii)光照明裝置(8-12)，它是由所述光源(7)供給光，並安排成按照被選取的幾何特徵，利用所述光照明所述強制性通道(5)，iv)光收集裝置(21-24)，安排成至少收集一些已經傳輸通過所述強制性通道(5)的光，並傳遞它到被選取的位置，和v)分析裝置(20)，它是由所述光收集裝置(21-25)提供收集的光，並安排成分析所述被收集的光，為的是傳遞代表它攜帶的數據的信號，其特徵是，所述光照明裝置(8-12)包括第一光引導裝置(8)，它有與所述光源(7)相對的一端(9)，並配置成按照被選取的幾何形狀傳遞從光源(7)得到的所述光，因此，它可以按照基本均勻的方式和基本均勻的強度照明所述強制性通道(5)。
2.按照權利要求1的裝置，其特徵是，所述第一光引導裝置(8)是光纖形式。
3.按照權利要求2的裝置，其特徵是，光纖(8)的所述配置端(9)包括沿被選取的長度微機械加工成被選取形狀的芯(15)，以便使所述光發生全內反射並傳遞有被選取幾何形狀截面的光束。
4.按照權利要求3的裝置，其特徵是，所述被選取的幾何形狀基本上是矩形。
5.按照權利要求2至4中任何一個的裝置，其特徵是，所述光纖(8)是多模型光纖。
6.按照權利要求5的裝置，其特徵是，所述多模光纖(8)有折射率差。
7.按照權利要求1至6中任何一個的裝置，其特徵是，所述光源(7)是多色型光源。
8.按照權利要求1至6中任何一個的裝置，其特徵是，所述光源(7)是準單色型光源。
9.按照權利要求1至6中任何一個的裝置，其特徵是，它包括至少兩個發射不同波長的準單色型光源(7)。
10.按照權利要求9的裝置，其特徵是，它包括有輸入端和輸出端的復用裝置，輸入端耦合到每個所述準單色光源(7)的輸出端，而輸出端耦合到與所述配置端(9)相對的所述第一光引導裝置(8)的供給端(12)。
11.按照權利要求7至10中任何一個的裝置，其特徵是，它包括校正裝置，安裝在所述強制性通道(5)的上遊，並適合於校正所述光照明裝置(8-12)引入的色差。
12.按照權利要求1至11中任何一個的裝置，其特徵是，所述光收集裝置(21-25)包括第二光引導裝置(23)，它有朝向所述強制性通道(5)的收集端(25)。
13.按照權利要求12的裝置，其特徵是，第二光引導裝置(23)被製成光纖形式。
14.按照權利要求12和13中任何一個的裝置，其特徵是，所述光源(7)的位置是在穿過所述第一光引導裝置(8)的所述配置端(9)、所述強制性通道(5)和所述第二光引導裝置(23)的所述收集端(25)的軸之外。
15.按照權利要求1至14中任何一個的裝置，其特徵是，它包括電子卡(19)，在電子卡(19)上植入每個光源(7)和/或至少一些所述分析裝置(20)。
16.按照權利要求1至15中任何一個的裝置，其特徵是，每個光源(7)是從至少包括下列的一組中選取的發光二極體，雷射二極體，雷射器，白熾燈和放電燈。
17.在醫學分析樣本的領域，具體是在流動的血細胞計數和血液計數中，以上權利要求之一所述的檢查裝置(D)的用途。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢查流體的光學裝置(D)，包括測量空間(4)，它包含用於被檢查流體的強制性通道(5)，至少一個光源(7)，用於傳遞被選取的光到光照明裝置(21－25)，其作用是至少收集部分已穿過強制性通道(5)的光，並傳遞該光到分析裝置(20)，用於分析被收集的光，為的是傳遞代表被收集的光攜帶的數據的信號。光照明裝置(8－12)包括第一光引導裝置(8)，它包含與光源(7)相對的一端(9)，並配置成按照被選取的幾何形狀傳遞來自光源(7)的光，因此，它可以按照基本均勻的方式和基本恆定的強度照明強制性通道(5)。
文檔編號G01N21/47GK101061381SQ200580039525
公開日2007年10月24日 申請日期2005年11月7日 優先權日2004年11月18日
發明者菲利普·納瑞, 保羅·莫倫諾, 迪迪爾·卡裡梅恩 申請人:奧裡巴Abx股份有限公司(簡單形式)