JP2006031007A - 光走査型顕微鏡用のズーム光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】共焦点走査型顕微鏡（１）に装備されるズーム光学系（４１）であって、結像時の可変的倍率を可能にするズーム機能を有するだけでなく、それに加え、照明光路（ＢＳ）内でひとみの結像を実現し、その場合可変的な結像長（元のひとみ（ＥＰ）と結像したひとみ（ＡＰ）間の距離）を可能にするので、それにより軸方向に変動する対物レンズのひとみ位置を補償することのできるズーム光学系（４１）。
【解決手段】顕微鏡（１）の照明光路（ＢＳ）内で、対象物（２３）を捕捉する対物レンズ（２１）の前方に設置されていて、対象物の中間結像（ＺＢ１）を実現し、照明光路の入射ひとみ（ＥＰ）を変更可能な様々な倍率（ｖ）および／または結像長（Ｌ）で射出ひとみ（ＡＰ）に結像させるズーム光学系
【選択図】図１

Description

本発明は、共焦点走査型顕微鏡用のズーム光学系およびそのようなズーム光学系を持つ共焦点走査型顕微鏡に関する。

通例レーザ走査型顕微鏡として構成される共焦点走査型顕微鏡は現状技術から公知である。これについては、例えばＤＥ １９７ ０２ ７５３ Ａ１が参考になる。分光撮像技術の分野においては、最近では機能増設型の顕微鏡、特に共焦点結像式のレーザ走査型顕微鏡が多用されるようになっている。それにより、選択した試料領域の分光特性を破壊および接触なしに測定することが可能である。その共焦点光学顕微鏡法によれば、回折の制限された共焦点体積内で生成され、その大きさがマイクロメータ領域にある光学信号を選択的に検出することができる。走査レーザビームおよび／または試料送出ユニットを持つレーザ走査型顕微鏡は、検査試料の２次元または３次元画像を高いスポット分解能で生成することができる。共焦点レーザ走査型顕微鏡法はこの特性により、バイオメディカル領域の蛍光性試料には殆ど標準法としての地位を占めている。

レーザ走査型顕微鏡としては、通例対物レンズの交換できるタイプのものが使用されている。その場合、一連の対物レンズ間では、光軸に沿う方向で一定したひとみ位置を実現するには困難を伴うという問題がしばしば起きている。軸方向の差が、走査装置の共役空間である走査ミラー間では４ｍｍまでに短縮されるものの、対物レンズ空間では４０ｍｍになる場合が幾例かで見受けられる。ひとみ位置のそのような適合誤差に起因する照明光線束のひとみからの側方逸脱が、走査過程において不均一な試料照明を招来する原因になることがある。
ＤＥ １９６ ５４ ２１１ Ａ１ ＵＳ ６，０２８，３０６

上記状況から、本発明では、軸方向におけるひとみ位置の変動の問題を解消させることのできる、共焦点走査型顕微鏡用の光学装置を創出することを基本課題にしている。
この課題は、本発明に基づき、顕微鏡の照明光路内、対象物を捕捉する対物レンズの前方に設置されて対象物の中間結像を実現させ、照明光路の入射ひとみを可変的倍率および／または可変的結像長にて射出ひとみに結像させる、共焦点顕微鏡用のズーム光学系によって解決される。
（照明方向で見て）顕微鏡対物レンズの入射ひとみにおける軸方向での位置変動の問題は、驚いたことにズーム光学系の然るべき構成によって解決できることを発明者は認識するに到った。そのようなズーム光学系は、確かに現状技術で公知であるが、しかしそれは全く別な観点によるものである。

レーザ走査型顕微鏡では、照明光を走査装置によって試料上に走査誘導し、照明された試料領域を共焦点絞りにより走査装置を通じて結像させる検出装置を用いて、照明スポットから発せられるビームを撮像することにより試料画像を生成する。
その場合、共焦点絞りの直径が深度およびスポットの分解能を決定する。共焦点絞りの位置が試料内におけるスライス面の位置を決定する。ＤＥ １９６ ５４ ２１１ Ａ１では、ズーム光学系が共焦点絞りの有効直径の調整またはスライス面の位置選択に使用されている。

レーザ走査型顕微鏡の場合、走査画像領域はスキャナズーム機能の然るべき制御によって選択できる。もちろんこれは、ガルバノスキャナとの組み合せによる単点走査の場合に限られる。平行走査式、すなわち複数点を同時走査するレーザ走査型顕微鏡の場合では、走査装置の位置調整によってはズーム機能を実現させることはできない。それは、通例個々の走査点は、例えばニポーディスクの場合ではディスク内の孔の配置によって、あるいは多孔絞り装置の場合では有孔絞りの幾何学構造によって規定される相互間の固定的幾何学関係に制約されるからである。

ＵＳ ６，０２８，３０６には、多数の有孔部を持つプレート形態の固定式共焦点多孔絞り装置によって多点照明光源を実現するレーザ走査型顕微鏡のことが記述されている。走査装置の前方には、多点照明の拡大または縮小を可能にするズーム光学ユニットが接続されている。このようにして、試料上大きさの選定された領域を走査することができる。

本発明の場合、現状技術では他の用途には公知であるそのようなズーム光学系を、結像長（ズーム光学系の入射ひとみと射出ひとみ間の距離）の可変的構成の実現のために使用する。それにより、顕微鏡対物レンズの入射ひとみの軸方向ひとみ長の変動が補償される。ＤＥ １９６ ５４ ２１１ Ａ１から公知になっている構造に関しては、ＵＳ ６，０２８，３０６の場合と同様顕微鏡のひとみ長を発明の対象にすることは殆どなかったので、今回のアプローチそれ自体だけでも画期的である。つまり、本発明に基づくズーム光学系では、１つには走査フィールドの大きさが倍率変更によって調整可能であること、また１つには軸方向に変動する顕微鏡対物レンズのひとみ長が補償されるように伝達長が調整できることにより、二重機能が達成される。

ズーム光学系によって達成される可変的倍率が走査フィールドのサイズ調整を可能にする。それも、試料上を平行誘導される点の固定した幾何学的関係から、走査装置における操作でズーム機能が不可能である平行作動式多点スキャナの場合でさえそれを可能にする。画像フィールドが望み通りに調整可能なサイズで走査されるように、偏向装置を制御するという、単点走査式の共焦点走査型顕微鏡自体にとって公知であるこのアプローチ法は、共振型スキャナ、すなわち共振振動で駆動される回転ミラーによって操作されるシステムの場合と同様に、そのような平行走査型システムの場合ではあまり可能性がない。この場合では最大限の操縦によっても殆ど調整不能だからである。

平行作動式多点スキャナとして可能な形態は、例えば、上記のＵＳ ６，０２８，３０６またはＷＯ ８８０７６９５またはＥＰ ０ ５３９ ６９１ Ａ１に開示されているニポーディスクの公知の方法による使用である。該ＵＳ特許公報には、そのほか、然るべきマイクロレンズアレーが前置接続されていて、最終効果として多点光源が生成されている、多孔絞りプレートを持つ平行走査式レーザ走査型顕微鏡についての説明もなされている。このアプローチ法もズーム光学系の製品形態に可能性を提供する。レーザ走査型顕微鏡法により試料を平行に、すなわち複数点同時に走査するための、他に考え得るアプローチ法として共焦点スリット絞りの使用がある。

問題とするズーム装置は、したがって、特にニポーディスク、共焦点スリット絞りまたは多点光源により共焦点多点結像を実現する共焦点走査型顕微鏡に適用するのがとりわけ有利である。
そのほか、本発明に基づくズーム光学系の有利な使用対象としては、共振型スキャナを持つ共焦点走査型顕微鏡がある。
対物レンズの分解能は入射ひとみが完全に照明されたときに最高に達する。したがって、ズームレンズの調整には関わりなく、ズーム光学系が対物レンズの入射ひとみを常に完全に照明するように、然るべき装置を設置するのが目的に適っている。それより、本発明の目的に適うまた別な態様として、ズーム光学系作動時に現われる最小射出ひとみのサイズより大きくない、絞りとして作用する素子をズーム光学系の射出ひとみに配置することが考えられる。この大きさは対物レンズ入射ひとみの大きさに等しいか、それより小さいのが目的に適っている。

ズーム光学系の作動時に倍率１．０未満に設定した場合、射出ひとみは非常に小さくなることがある。下限としてのこの小さな射出ひとみを設計上避けたい場合は、然るべきひとみ拡大作用をするテレスコープをズーム光学系の前に設置するのが目的に適っている。このテレスコープは、ズーム光学系が縮小作用をする場合にのみ光路内で作動するのが好ましい。ここでの「拡大」および「縮小」の概念は試料の結像を対象にする。

このテレスコープの作動により、倍率１．０におけるズームの射出ひとみを基本設計上の下限に設定することが可能になり、その場合ズーム光学系の縮小作用時に、射出ひとみが対物レンズのひとみを満たし切れずに空間ができるほど小さくなるという事態は起きなくなる。対物レンズのひとみを意識的に満たしたくない場合、すなわち全面には照明を当てたくない場合、対物レンズの交換性を考慮して、絞りの作用をする素子は取換可能なように構成するのが合目的的である。そのような素子としては、例えば調整可能なアイリス絞りまたは取換可能な様々な絞りを持つ機構体、例えば様々な有孔絞りを持つダイヤル式絞りが使用の対象になる。

特にコンパクトな構造形態を持つ絞り作用素子は、走査ユニットによって実現される。例えば、大きさの限定された走査ミラーの面を絞りとして作用させることができる。
上記のように、本発明に基づくズーム光学系は、軸方向に変動する対物レンズ入射ひとみのひとみ長が補償されるように、結像長を調整することができる。それ故、第１操作モードで可変的結像長が実現されるように、ズーム光学系は制御ユニットによる制御下で調整できるようにするのが目的に適っている。ズーム光学系を作動中の、例えば旋回挿入される対物レンズに適合化するには、この操作モードで倍率を一定に保つのが得策である。

ひとみ長の調整を終えれば、有利なことに、結像長を変更せずにズーム機能を働かすため、制御ユニットによる制御下で倍率を調整するという別な操作モードを実現することができる。ズーム光学系のこの操作モードでの作用により、走査フィールドの大きさを調整することができる。同時に２軸方向に制御可能な走査ユニットを使用すれば、それに加えて、ズーム倍率の調整別に許容最大走査フィールド内における任意の領域をいわゆる「観察対象領域」として選定することができる。なお、この「観察対象領域」は光軸に対称である必要はない。検出光路におけるこの移動はズーム倍率設定の場合と全く同様に一旦中断される。それにより、試料内の特殊領域の観察が可能である。その上、様々な「観察対象領域」からの画像が得られ、それに続き非常に高分解性のある画像に合成することができる。

ズーム光学系の構造に４つの光学系グループが使用されていれば、可変的なひとみ結像を実現する上で特に合目的的である。その場合４つの光学系グループに、照明方向で見た順序として、正の屈折力、負の屈折力および２度続けて正の屈折力を付与するのが製造上好ましい。少なくとも３つの光学系グループが駆動装置により互に影響を受けずに調整できれば有利である。移動は、フォーカシングが無限大から無限大に維持されたままで、操作モードに応じて倍率または結像長（ひとみ長）が調整されるように行われる。また、照明方向で見て最終のグループは、共焦点走査型顕微鏡では通例であるように、走査ユニットの前に走査対物レンズを配置してユニットとして形成するのが有利になる場合もある。各グループは、好ましくは、少なくとも１つのレンズから構成される。グループは、利用できるスペクトル領域および開口／視野角の可能性についてできる限り良好な特性が得られるように、結像欠陥が自動修正されるものであるのが好ましい。

ズーム対物レンズにより実現されるズーム機能だけに基づく、あるいは可能な走査フィールドにおける非対称のスキャナ操作法をも加えて行う上記「観察対象領域」の選定は、さらに、光路を回転させる素子の使用によって改善させることもできる。照明光路のひとみ内に、例えばアッベ・ケーニッヒプリズムを設置すれば、走査、ズーム操作の対象である走査フィールドを回転させることができる。検出光路ではプリズムによるこの回転は元どおり停止させる。そのようなアッベ・ケーニッヒプリズムは、例えばＬＩＮＯＳ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ／ドイツから入手でき、現状技術で公知のものである。上記の構造様式では光路内ひとみ近くに配置される。そこは光線束が最も細く集束するところなので、非常に小さなプリズムの使用が可能だからである。これは回転角によっては画像フィールドを２倍の角度で回転させる。

以下では本発明を例示した図を参考にしてさらに詳しく説明する。図１は主要部が５つ（訳者の注：４つかと思われます）のコンポーネント、すなわち、レーザ走査型顕微鏡検査のための励起光を生成する光源モジュール２、励起光をコリメートして試料上の走査のため然るべき偏向を行なう走査モジュール３、走査モジュールによって用意された走査ビームを顕微鏡光路内で試料の方向に向ける、簡略化のため単に模式図として示された顕微鏡モジュール４および試料からの光線を受け止め検出する検出モジュール５から成るレーザ走査型顕微鏡１の模式図である。その場合検出モジュール５は、図１に描かれているように、スペクトル別のマルチチャネル型に構成することができる。
点状走査式のレーザ走査型顕微鏡に関する一般事項についてはＤＥ １９７０２７５３Ａ１が参考になり、したがってその内容は本明細書の構成部分でもある。

光源モジュール２は、レーザ走査型顕微鏡検査に適した照明光、したがって特に蛍光を誘起し得るビームを生成する。適用法に対応させるため、光源モジュールは当目的用に複数の光源を有している。図示された実施態様では光源モジュール２に２つのレーザ６および７が配備されている。それらの後にはそれぞれ光バルブ８および減衰器９が接続されており、それらはビームを結合ポイント１０を通じて光ファイバ１１に連結させている。光バルブ８は、レーザユニット６または７のレーザ自体の作動を遮断しなくてもビームを遮断させることのできるビーム偏向器として機能する。光バルブ８は、例えば、ビーム遮断のためレーザビームを光ファイバ１１へ連結する手前で、図示されていない光の落下方向に偏向させるＡＯＴＦ（音響光学フィルタ）として形成されている。

図１のモデル例ではレーザユニット６は３つのレーザＢ、Ｃ、Ｄを有しているが、それに対しレーザユニット７はレーザＡを１つ持つのみである。したがって、図の６と７は単一波長用レーザと多種波長用レーザの組み合せモデルであり、個別に、または共同で１つまたは複数のファイバに連結されている。複数ファイバを通じてビームを同時連結することも可能であるが、その場合ではビームは後に、すなわち適合光学系の通過後にカラー結合器によって混合される。このようにして、励起光用に種々様々な波長または波長領域を使用することができる。
光ファイバ１１に通されたビームは、移動式のコリメーション光学系１２および１３によりビーム結合ミラー１４，１５を通じて合一化され、ビーム形成ユニット内でビームの特性が変更される。

コリメータ１２、１３は、光源モジュール２から走査モジュール３へ送られるビームが無限大光路にコリメートされるように作用する。これはそれぞれ、（図には描かれていない）中央制御ユニットの制御下のもと光軸に沿って移動することでフォーカシング機能を発揮する個別レンズで行うのが有利である。コリメータ１２、１３とそれぞれの光ファイバ末端との距離は変更可能なようになっている。
ビーム形成ユニットについては後にさらに詳しく説明するが、これは、ビーム結合ミラー１４、１５の後方に位置する回転対称なガウス型プロフィールのレーザビームから、もはや回転対称でない、長方形型照明フィールドの形成に適した横断面を持つ線形ビームを生成する。

線形ビームとも言われるこの照明光は励起光として用いられ、メインカラースプリッタ１７を通じてスキャナ１８に誘導される。メインカラースプリッタについては後ほど詳しく述べるので、ここでは顕微鏡モジュール４から戻ってきた試料光を励起光から分離させる機能を持つことだけを指摘しておく。
スキャナ１８は線形ビームを１軸または２軸方向に偏向させるので、ビームは走査対物レンズ１９および顕微鏡モジュール４の鏡筒レンズ、対物レンズを通って、プレパラートまたは試料内にある焦点２２に集束する。その場合光学結像は、試料が励起光により焦点で照明されるように行なわれる。

線形フォーカスで励起されたこのような蛍光ビームは顕微鏡モジュール４の対物レンズ、鏡筒レンズおよび走査対物レンズ１９を通ってスキャナ１８に戻るので、スキャナ１８に向かっての戻り過程の方向では再び定常ビームになっている。したがって、スキャナ１８は蛍光ビームをデスキャンするとも言われる。

メインカラースプリッタ１７は励起光とは別な波長領域にある蛍光ビームを通すことができるので、蛍光ビームは検出モジュール５の転向ミラー２４で転向させた後分析することができる。検出モジュール５は図１の実施態様では複数のスペクトルチャネルを有している。すなわち、転向ミラー２４のほうから来た蛍光ビームはサブカラースプリッタ２５により２つのスペクトルチャネルに分割される。

各スペクトルチャネルは、試料２３に対して共焦点結合あるいは部分共焦点結合を実現するスリット絞り２６を有しており、その大きさがビームの検出を可能にする焦点深度を決定する。したがって、スリット絞り２６の幾何学構造は、蛍光ビームの検出がなされる（厚みのある）プレパラート内の切断面を決定づける。
スリット絞り２６の後方にはさらに、検出モジュール５に到達した歓迎されざる励起光をブロックするためのブロックフィルタ２７が配置されている。特定深度の切断面に由来する、このように分離され扇形に広がった線形ビームは、次に然るべき検出器２８によって分析される。上記のカラーチャネルと同様に、スリット絞り２６ａ、ブロックフィルタ２７ａおよび検出器２８ａを持つ第２スペクトル検出チャネルも構成されている。

検出モジュール５における共焦点スリット開口の使用はモデル例に過ぎない。もちろん、単点型スキャナの実現も可能である。その場合ではスリット絞り２６、２６ａはホール型絞りに代えられ、ビーム形成ユニットは省くことができる。因みに、そのような構造様式にはすべての光学系が回転対称に構成される。もちろん、単点式の走査および検出に代えて、後に図３および４を手掛かりに改めて説明する点雲形式またはニポーディスク形式のコンセプトなど、原則として任意の多点型装置を使用することもできる。ただし、スキャナの通過時には複数の試料点が平行して捕捉されるので、検出器２８はスポット分解能を有していることが重要である。

図１から分かるように、可動式、すなわち移動可能なコリメータ１２および１３の後方にあるガウス光線束はビーム結合ミラー１４、１５形式のステップ型ミラーを通じて合一化され、続いて、図示された共焦点スリット絞り付き構造様式の場合では、長方形の横断面を持つ光線束に変換される。図１の実施例では、ビーム形成ユニット内には円筒型テレスコープ３７が使用されていて、その後ろには非球面ユニット３８、さらに円筒型光学系３９が配置されている。

ビーム変形後では、ビームはプロフィール平面にはほぼ長方形のフィールドを照らし出す。その場合フィールドの長軸に沿った強度分布はガウス形ではなくボックス形である。

非球面ユニット３８を持つ照明装置は、鏡筒レンズと対物レンズ間にあるひとみを均一充填させるのに用いられる。それによって、対物レンズの光学分解能を完全に発揮させることができる。したがって、このバリエーション法は単点走査式または多点走査式の顕微鏡システム、例えばライン走査システムにも有用である（後者の場合、当該軸に加えそれ以外にも、試料上または試料中にフォーカシングされる）。
例えば線形に整えられた励起光がメインカラースプリッタ１７の方向に偏向される。当カラースプリッタは、好ましい実施態様では分割ミラーとして、つまり本発明でもその内容を包括的に取り入れているＤＥ １０２５７２３７ Ａ１記載のスペクトル中性な分割ミラーとして形成されている。したがって、「カラースプリッタ」の概念には非スペクトル的に作用する分割システムの意が含まれている。記述のスペクトル非依存型カラースプリッタの代わりに、均一型中性スプリッタ（例えば５０／５０、７０／３０、８０／２０タイプなど）またはダイクロイックスプリッタを使用することができる。それにより、適用別に選択することが可能になるので、メインカラースプリッタとしては、交換可能な個別スプリッタを含む、例えば然るべきスプリッタ切換ダイヤルにより簡易交換のできる機構の備わっているのが好ましい。

例えば、反射、ストークス／反ストークスラマン分光法、高次数のコヒーレントラマンプロセスや、第２高調波発生、第３高調波発生、和周波混合発生などの一般的パラメトリック非線光学プロセス、２光子、多光子吸収および蛍光におけるコヒーレントビーム、すなわち特に方向づけられたビームを検出すべき場合はダイクロイックメインカラースプリッタが有利である。これらの方法のうち、非線光学分光法のいくつかは、コリニヤ重畳をなす２つまたはそれ以上のレーザビームの使用を必要とする。この場合、図示されているような複数レーザビームの結合が特に有利であると実証されている。原則的には、蛍光顕微鏡検査で広く普及しているダイクロイックビームスプリッタであれば使用可能である。また、ラマン顕微鏡検査には、レイリー散乱成分の抑制のため検出器の前にホログラフィックノッチ・スプリッタまたはフィルタを設置するのが有利である。

図１の実施態様では、励起光または照明光は自動制御式ズーム光学系４１を通じてスキャナ１８に送り込まれる。ズーム倍率は当方式で適合化させることができ、走査される視野は特定の調整領域内で連続的に変更することができる。ズーム光学系としては、連続的同調過程における焦点位置および結像倍率の適合化のあいだ、ひとみ位置が維持されたままであるようなタイプが特に有利である。図１に矢印で示されたモータによるズーム光学系４１の自由移動度は、結像倍率、焦点位置、ひとみ位置の３つのパラメータの適合化に想定されている自由移動度の数値に正確に一致している。その出力側のひとみに固定式絞り４２の配置されたズーム光学系４１が特に好ましい。絞り４２を実地で簡単に実現するには、スキャナ１８鏡面幅の制限によって構成することもできる。ズーム光学系４１を持つ出力側絞り４２により、ズーム倍率の設定如何に拘わらず常に一定したひとみ直径を走査対物レンズ１９上に結像させることが可能になる。このように、ズーム光学系４１を任意に設定した場合でも対物レンズのひとみは依然として完全に照らし出されたままである。スキャナ１８領域での願わしくない散乱光発生事態の阻止には独自型絞り４２の使用が好ましい。

ズーム光学系４１と共同作用をする円筒型テレスコープ３７は、同じくモータ作動式であり、非球面ユニット３８の前に配置されている。図２の実施態様ではコンパクト構造の理由からこれが選ばれているが、そのようにする必要はない。

ズーム倍率１．０未満が望まれる場合、円筒型テレスコープ３７は自動的に光学光路内に旋回挿入される。これは、ズーム対物レンズ４１が縮小された場合に開口絞り４２への照明が不完全になるのを防止する。したがって、旋回挿入の可能なこの円筒型テレスコープ３７により、ズーム倍率１未満の場合でも、すなわちズーム対物レンズ４１の設定の如何に拘わらず、対物レンズひとみの位置では常に一定長の照明光線の到達が保証される。それにより、単式視野ズームに比較して、照明光におけるレーザ出力損失が避けられる。

円筒型テレスコープ３７の旋回挿入時には照明光線による画像明度の急変が避けられないので、画像明度を一定に保つため、（図には描かれていない）制御ユニットでは、円筒型テレスコープ３７が作動している場合、スキャナ１８の送出し速度または検出モジュール５における検出器の増幅係数がそれ相応に適合するような設計がなされている。

図１のレーザ走査型顕微鏡では、モータ作動式ズーム光学系４１およびモータにより操作切換可能な円筒型テレスコープ３７のほか、検出モジュール５でも遠隔制御可能な調整素子が設置されている。例えば、色波長誤差の補正のため、スリット絞りの前に丸型光学系４４と円筒型光学系３９が、検出器２８の直前に円筒型光学系３９が設置されており、それらはモータによりそれぞれ軸方向に移動できるようになっている。

加えて、補償のため補正ユニット４０が配備されているが、それについては以下に簡単に説明する。

スリット絞り２６は、前方配置の丸型光学系４４、同様に前方配置の第１円筒型光学系３９および後方配置の第２円筒型光学系と共に検出システム５のピンホール対物レンズを形成するが、この場合のピンホールはスリット絞り２６によって実現される。システム内で反射した励起光の意図しない検出を避けるため、第２円筒型レンズ３９の前にはブロックフィルタ２７も設置されており、これは求める蛍光ビームだけを検出器２８、２８ａに到達させるべく、それに適したスペクトル特性を有している。

カラースプリッタ２５またはブロックフィルタ２７を取り換えて旋回挿入した場合、幾分かの傾斜誤差または楔角誤差が発生するのは避けられない。カラースプリッタは試料領域とスリット絞り２６間の誤差を、ブロックフィルタ２７はスリット絞り２６と検出器２８間の誤差を持ち込む可能性がある。その場合に、スリット絞り２６または検出器２８の新たな位置調整が必要になることがないように、丸型光学系４４とスリット絞り２６の間に、すなわち試料と検出器２８間の結像光路内に、コントローラの制御下で様々な傾斜位置に設定することのできるオプチカルフラットのプレート４０が配置されている。オプチカルフラットのプレート４０は、その目的のために然るべきホルダ内に位置調整可能なように設置されている。

図２は、図１の光路のうち、メインカラースプリッタ１７と顕微鏡モジュール４内に配置された試料２３間の光路について可能な実施態様を模式的に示したものである。図２では簡略化のため２構成部だけが示されているズーム光学系４１は、照明光路ＢＳでひとみを結像させる作用を持つ。同時に、図２では破線で描かれている対象物光路ＧＳ内のズーム光学系４１に中間像ＺＢが生成される。ズーム光学系４１は無限大から無限大へフォーカシングする。ズーム光学系４１の射出ひとみＡＰは、記述のとおり目的に適うように、絞り４２によってカットされているので、ズーム倍率の調整如何に関わらず、後続配置された走査対物レンズ１９では常に固定したひとみ直径が与えられる。顕微鏡モジュール４内で鏡筒レンズ２０と対物レンズ２１間の対物レンズひとみＯＰには対物レンズの絞りＯＢが配置されており、そこでは射出ひとみＡＰにより照明が満たされているか、あるいはそれを越えて過剰に照明されている。それにより、対物レンズは最高度の分解能が達成できる。

図３は対物レンズのひとみＯＰにおける照明充満度を調整する絞り４２の作用を示している。図３のグラフでは垂直軸にひとみ直径ｄが、水平軸にズーム光学系４１で得られる倍率ｖが記録されている。曲線６０は、絞り４２不使用時におけるひとみ直径の変動函数を示している。破線６１は絞り４２によって形成される、倍率ｖ別のひとみ直径を示している。点破線６２は対物レンズひとみＯＰ直径の最終的な変動経過を表わしている。図から見て取れるように、絞り４２より小さな対物レンズ絞りＯＢがあるため、対物レンズのひとみは倍率ｖに影響されない。もちろん、対物レンズの絞りＯＢは対物レンズ２１の構成フレームによって代用することもできる。これは、セパレート式の構成素子にする必要はない。

図４ａ／４ｂ、５ａ／５ｂおよび６ａ／６ｂはズーム対物レンズ４１の様々な調整状態を示している。この場合、描画は図２とは逆になっている。すなわち、図４〜６では照明方向は左から右と設定されている。また、図４〜６でも図２と同様、簡略化のためスキャナ１８は描き入れていない。見て取れるように、図４〜６で例示されている構造様式ではズーム対物レンズは４つの光学系グループＧ１〜Ｇ４から成っている。そのうちグループＧ１は正の屈折力を有していて固定配置されている。第２グループＧ２は負の屈折力を持ち、いずれも正の屈折力を持つグループＧ３およびＧ４と一緒に動かされる。移動は、フォーカシングが無限大から無限大へ維持されたまま、倍率またはひとみ長が走査モードに応じて調整されるように行われる。

そのほか、実施態様によっては、グループＧ１を後続の走査対物レンズとのユニットとして構成するのが得策になる場合もある。つまり、この変法では走査対物レンズは照明装置内で（図４〜６には描かれていない）スキャナの前に配置される。

各グループは少なくとも１つのレンズから成っている。想定されたスペクトル領域および照準された開口／視野角の要求が満たされるように、グループは結像欠陥に関してはできる限り自動修正されるようになっている。

図７〜９は、グループＧ１〜Ｇ４を持つズームレンズの動きを模式的および例示的に示している。焦点距離はそれぞれ次のとおりである：Ｇ１：４５ｍｍ、Ｇ２：−１５３ｍｍ、Ｇ３：４５ｍｍ、Ｇ４：８９ｍｍ。焦点距離は伝達長Ｌにより階級付けされる。

図４〜６では具体的説明のため、さらに射出ひとみＡＰおよび入射ひとみＥＰも描き込まれている。伝達長Ｌは、入射ひとみＥＰと射出ひとみＡＰ間の距離から得られる。図４ａでは、さらに、４グループＧ１〜Ｇ４それぞれにについて、光軸に沿って測定されるｚ座標が記入されている。その場合、入射ひとみがポジション０に置かれている。

符号ａの付いた図はそれぞれ、符号ｂの付いた図に対して９０°回転させた断面図である。したがって、図４ａ、５ａおよび６ａはひとみ光路を、図４ｂ、５ｂおよび６ｂは対象物光路を含んでいる。実施例で使用されているのは線形照明を持つ共焦点スリット絞り装置なので、ひとみ光路にひとみが、あるいは図４ａ、５ａ、６ａに結節点がある場合には常に対象物光路にラインが現われる。別様式の共焦点結像（例えば、ニポーディスク、多点スキャナ、単点スキャナ）の場合では当然状況は異なる。

図５ａ／５ｂでは倍率はｖ＝１．４に設定されているが、一方図６ａ／６ｂの配置では同結像長の場合倍率はｖ＝２．０となる。図４ａ／４ｂの設定では、図５および６の場合とは異なり、図５ａ／５ｂと同倍率とすれば結像長は１０ｍｍ長くなる。図に描き込まれた射出ひとみＡＰの長さがこのことを明白に物語っている。

このように、ズーム光学系４１は異なった２つの操作モードで操作することができる。１つには、結像長Ｌを一定として倍率ｖを調整することができる。図５ａ／５ｂに描かれた位置関係から図６ａ／６ｂの位置関係へのシフトは、走査フィールドに対してズーム操作を実現する、例えば第１モードでの操作となる。それに対するグループＧ２〜Ｇ４の調整は図７から見て取れる。そこにはグループＧ１〜Ｇ４のｚ座標が、図４ａに対応してｖの函数として描かれている。

「倍率」の概念は、ここでもズーム光学系の作用、すなわち画像の拡大に関することである。もちろん画像の拡大は、照明方向のズーム光学系が実際上、供給される照明光源像の縮小をもたらす結果になった場合、すなわち、例えば焦線が短縮された場合に達成される。それに反し検出方向では、照明方向に向かう方向で拡大が現われる。

図８は倍率一定で伝達長を変更する第２操作モードを示している。目盛はｚ軸に沿ってミリメータ単位で記入されているので、伝達長はズーム光学系の位置調整により例えば２０ ｍｍ幅までの変更が可能である。射出ひとみＡＰの位置は（０ ｍｍの位置にある）入射ひとみを起点とすれば１８０ ｍｍから２００ ｍｍへシフトする。図８の値は倍率１．０における伝達長の変化幅に当る。

図９は上記の第１操作モード（図７）と第２操作モード（図８）の組み合せから成る操作モードを示している。図９に示された光学系グループＧ２〜Ｇ４（光学系グループＧ１については再調整しない）の制御により、伝達長Ｌ（図９の変更された射出ひとみ長から得られる）と同時に倍率ｖが変更される。

図１０は、ズーム光学系４１によれば、利用可能な最大走査フィールドＳＦから如何にしてＲＯＩ（観察対象領域）が選択できるかを示している。スキャナ１８の制御において、例えば共振型スキャナの場合の絶対的要求どおりに振幅を変えないでおくと、ズーム光学系の設定倍率が１．０以上であれば、選択領域ＲＯＩは走査フィールドＳＦの光軸を中心として縮小される。フィールドを光軸、すなわち走査ミラーの定常位置に対して非対称に走査するようにスキャナを制御すれば、ズーム作用との関係で選定領域ＲＯＩのオフセットシフト量ＯＦが得られる。スキャナ１８の既述のデスキャン作用により、およびズーム光学系４１の再度の通過により、検出光路における検出器方向での観察対象領域ＲＯＩの選択は一旦中断される。それにより、走査画像ＳＦ内でＲＯＩ領域について任意の選択が可能である。それに加え、様々なＲＯＩ領域の選択に対応して画像が取得でき、それらを高分解性の画像に合成することができる。

選択ＲＯＩ領域を光軸に対する補正分ＯＦだけ移動させるのでなく、それに加えて回転もさせたい場合は、メインカラースプリッタ１７と試料２３間の光路のひとみに、周知のとおり画像フィールドに対して回転作用のあるアッベ・ケーニッヒプリズムを配置した実施態様が目的に適っている。この場合も検出器方向で作業の中断を行う。それにより、様々な補正シフトＯＦおよび様々な回転角を持つ画像が測定でき、続いて、例えば文献“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；Ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ VII” Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ第３９１９巻（２０００年）、１４１〜１５０ページのＧｕｓｔａｆｓｓｏｎ，Ｍ．著“Ｄｏｕｂｌｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ｕｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ”に記載されているようなアルゴリズムに従って高分解性のある画像に修正することができる。
図１１は、ニポーディスク方式を実現するレーザ走査型顕微鏡１として考えられる別な構造様式を示している。図３では極端に簡略描画されている光源モジュールが、ミニレンズアレー６５からメインカラースプリッタ１７を通過して、例えばＵＳ ６，０２８，３０６、ＷＯ ８８ ０７６９５またはＤＥ ２３６０１９７ Ａ１に記載されているようなニポーディスク６４を照明する。ミニレンズアレー６５を通じて照明されたニポーディスクのピンホールは顕微鏡モジュール４内の試料に結像する。ここでも試料側の画像サイズを変更できるように、ズーム光学系４１が設置されている。

ニポースキャナの場合、図１の構造様式からは変更部分があり、照明はメインカラースプリッタ１７を通過させて行われ、検出光は反射分離される。さらに、ニポーディスク６４による多点照明の場合では、それに対応した平行な走査が行われるように、図２に変更を加えて検出器２８はスポット分解能を持つように作られている。そのほか、ニポーディスク６４とズーム光学系４１の間には、ニポーディスク６４のピンホールを通り抜ける発散光を適当な束直径に変換させる、正の屈折力を持った然るべき固定型光学系６３が配置されている。メインカラースプリッタ１７は、図３のニポー式構造の場合では旧来型のダイクロイックビームスプリッタであり、したがってスリット状または点状の反射領域を持つ上記ビームスプリッタではない。

ズーム光学系４１は上段で説明した構造様式に対応しているが、この場合はニポーディスク６４があるため、もちろんスキャナ１８は不要になる。しかし、図２を基に説明したＲＯＩ領域の選択を行いたい場合は、これを設置することができる。同じことがアッベ・ケーニッヒプリズムについても言える。

多点走査による別法が模式図として図４に示されているが、その方法では複数の光源がスキャナのひとみに対して斜めに照射される。この場合でもメインカラースプリッタ１７とスキャナ１８間での結像にズーム光学系４１を使用することにより、図２に描かれたようなズーム機能を実現することができる。ひとみに共役な平面に様々な角度から光線束を同時入射することにより、光点が対象物平面に共役な平面に形成され、それがスキャナ１８により同時に対象物フィールド全体のうちの一部領域上に誘導される。スポット分解性のあるマトリックス検出器２８では部分画像全体の評価を通して画像情報が生成される。
その他の実施態様としては、ＵＳ ６，０２８，３０６に記載されているような多点走査があるが、その開示内容の中で関連事項は本発明に包括的に取り入れられている。ここでもスポット分解性のある検出器２８を設置することができる。その場合では試料は多点光源によって照明されるが、それは、多点光源が実現されるようにマルチ開口プレートを照明する、マイクロレンズアレーの後続配置されたビームエキスパンダによってなされる。

本発明は、迅速作業性のある共焦点レーザ走査型顕微鏡の適用可能性を大幅に拡大するものである。このような改良開発の重要性は、細胞生物学的に関する標準文献およびそこに記述されている細胞、副細胞の迅速な変化過程^１、さらには多数の色素を用いた検査方法^２を手掛かりに読み取ることができる。
例えば下記の文献が参考になる：
^１Ｂ．Ａｌｂｅｒｔｓ他著（２００２年）：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｅｌｌ；Ｇａｒｌａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ刊
^１，２Ｇ．Ｋａｒｐ著（２００２年）：Ｃｅｌｌ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ；Ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ；Ｗｉｌｅｙ Ｔｅｘｔ Ｂｏｏｋｓ刊
^１，２Ｒ．Ｙｕｓｔｅ他著（２０００年）：Ｉｍａｇｉｎｇ ｎｅｕｒｏｎｓ–ａ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ；Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｐｒｅｓｓ刊、 ニューヨーク
^２Ｒ．Ｐ．Ｈａｕｇｌａｎｄ著（２００３年）：Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｂｅｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ第１０版；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ Ｉｎｃ．ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ Ｅｕｒｏｐｅ ＢＶ刊

本発明は次のプロセスおよび変遷にとって非常に重要な意味を持っている：
有機体の生育
記述の本発明は、なかでも１／１０秒から時間レベルまでのダイナミックな変遷を特徴とする生育過程の研究に適している。ここでは細胞結合面および有機体全体への適用例について記述する：
・ Ａｂｄｕｌ−Ｋａｒｉｎ、Ｍ．Ａ．他は２００３年“Ｍｉｃｒｏｖａｓｃ．Ｒｅｓ．”第６６巻、１１３〜１２５ページに動物生体における血管の変化に関する長期分析結果を記録した。その場合、蛍光画像は数日間隔で撮影された。運動の定角軌道を模式的に描くために、３次元のデータ記録が適合アルゴリズムで評価されている。
・ Ｓｏｌｌ、Ｄ．Ｒ．他は２００３年“Ｓｃｉｅｎｔｉｃ Ｗｏｒｌｄ Ｊｏｕｒｎ．”第３巻８２７〜８４１ページに３次元空間全体における生体細胞の核および偽足に関する顕微鏡データのソフトウェアベースによる運動分析について記述している。
・ Ｇｒｏｓｓｍａｎｎ，Ｒ他は２００２年“Ｇｌｉａ”第３７巻２２９〜２４０ページにラットの微小神経膠細胞における運動の３次元分析について記述している。そのデータは１０時間以上に亘って記録されたものである。神経膠細胞にはトラウマ性傷害の後に同時に迅速反応が発現するので、高いデータ収得率およびそれ相応のデータ量が得られる。
これに関しては特に次のことが重要なポイントである：
・ その隣接細胞がレーザ照明に敏感に反応するので３次元ＲＯＩ照明から保護されねばならない３次元領域での生細胞の分析
・ 例えばＦＲＥＴ実験などにおいて、３次元のレーザ照準照明下で退色するマーカーによる生細胞の３次元領域での分析
・ 例えば３次元ＦＲＡＰ、ＦＬＩＰ実験などにおいて、レーザ照準照明下で退色する、同時にＲＯＩ外の観察も必要なマーカーによる生細胞の３次元領域での分析
・ 例えば３次元伝達物質の活性化など、レーザ照明下での操作原因により変化するマーカーおよび薬剤による生細胞の３次元領域での照準分析
・ 例えばｐａＧＦＰ、Ｋａｅｄｅなど、レーザ照明下での操作原因により変色するマーカーによる生細胞の３次元領域での照準分析
・ 例えばコンフォーカル性と検出感度との最適バランスが要求される微弱マーカーによる生細胞の３次元領域での照準分析
・ 例えばＣＦＰ、ＧＦＰ、ＹＦＰ、ＤｓＲｅｄ、ＨｃＲｅｄなど可変性多重マーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
・ 機能に依存して変色する、例えばＣａ＋マーカーなどでマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
・ 生育に起因して変色するマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞、例えばＧＦＰによる形質転換動物
・ 例えばｐａＧＦＰ、Ｋａｅｄｅなど、レーザ照明下での操作原因により変色するマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
・ 検出感度に有利なようにコンフォーカル性の制限を要求する微弱マーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
・ 最終項目とそれ以前の項目との組み合せ

細胞内の運搬過程
記述の本発明は細胞内運搬過程の研究にはこの上なく適している。この場合では正しく非常に微小な運動構造体、例えばタンパク質を高速度で（殆どが１／１００秒の領域）描写しなければならないからである。複雑な運搬過程のダイナミックスを捕捉するためには、ＲＯＩブリーチングを伴うＦＲＡＰもしばしば適用される。そのような研究例として、ここでは以下のものを挙げておく：
・ Ｕｍｅｎｉｓｈｉ，Ｆ．他が２０００年“Ｂｉｏｐｈｙｓ Ｊ．”第７８巻１０２４〜１０３５ページに、ＧＦＰ変換された培養細胞におけるアクアポリンの空間運動性についての分析結果を記述している。その場合、細胞膜の照準点を局部ブリーチングして、周辺における蛍光拡散の分析を行っている。
・ Ｇｉｍｐｌ，Ｇ．他が２００２年“Ｐｒｏｇ．Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ．”第１３９巻４３〜５５ページに、ＲＯＩブリーチングによる実験、運動性分析のための蛍光撮像およびＧＦＰマーキングされたオキシトシン受容体の線維芽細胞内での分布について記述している。その場合、空間位置設定、分解能およびブリーチングと撮像との直接的な時間的連続性に関して高い要求が課されている。
・ Ｚｈａｎｇ他が２００１年“Ｎｅｕｒｏｎ”第３１巻２６１〜２７５ページに、ＧＦＰ変換された神経細胞における生細胞の撮像について記述している。その場合、顆粒の運動がブリーチングと蛍光撮像との組み合せにより分析された。神経細胞のダイナミックスに起因して、撮像速度には高い要求が課される。

分子間の相互作用
記述の本発明は、特に分子間およびその他副細胞間の相互作用の描写に適している。これらの場合では非常に微小な構造が高速度（１／１００秒レベル）で描出されねばならない。相互作用に必要な分子の空間ポジションの解明には、例えばＲＯＩブリーチングを伴うＦＲＥＴなどの間接的な技術を使用することもできる。適用される例として、ここでは以下のものを挙げておく：
・ Ｐｅｔｅｒｓｅｎ，Ｍ．Ａ．およびＤａｌｌｅｙ，Ｍ．Ｅ．が２００４年“Ｇｌｉａ”第４６巻１９５〜２０６ページに、ラット海馬角の培養における２チャネル撮影について記述している。この場合は、マーカーとしてのレクチンとシトックスについて３次元空間において長時間に亘り２チャネルで記録される。
・ Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｎ．他が２００３年“Ｃｌｉｎ．Ｅｘｐ．Ｍｅｔａｓｔａｓｉｓ”第２０巻６３３〜６３８ページに、ヒトの線維肉腫細胞の２色撮影について記述している。この場合では緑色と赤色の蛍光タンパク質（ＧＦＰおよびＲＦＰ）が同時にリアルタイムで観察された。
・ Ｂｅｒｔｅｒａ，Ｓ．他が２００３年“Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”第３５巻７１８〜７２２ページに、合成後色が緑から赤に変化するタイムレポータプロテインによってマーキングされた転換マウスのマルチカラー撮影について記述している。撮像は生体動物の組織内３次元空間で迅速シリーズとして行われる。

細胞間の信号伝達
記述の本発明は、殆どが極端に迅速になる信号伝達過程の研究には他に抜きん出て適している。殆どが神経生理学に関するこの過程では経時的分解能に最大限の要求が課される。それは、イオンによって媒介される活動が１／１００秒から１／１０００秒以下の範囲で起こるからである。筋肉系または神経系の検査への適用例として、ここでは次のものを挙げておく：
・ Ｂｒｕｍ Ｇ他が２０００年“Ｊ Ｐｈｙｓｉｏｌ”第５２８巻４１９〜４３３ページに、伝達物質としてのカフェインによる刺激後のカエルの筋肉細胞における迅速なＣａ＋活動の位置確認について記述している。この位置確認およびマイクロメータ単位の精度を持つ分解能は、迅速型の共焦点顕微鏡の使用下でないと達成されない。
・ Ｓｃｈｍｉｄｔ Ｈ他が２００３年“Ｊ Ｐｈｙｓｉｏｌ”第５５１巻１３〜３２ページに、転換マウスの神経細胞突起におけるＣａ＋イオンの分析について記述している。変化するＣａ＋に結合するタンパク質による、マウス内での迅速なＣａ＋変化状況についての研究は、高分解能を持つ共焦点顕微鏡により初めて行うことができた。それは、神経細胞内におけるＣａ＋活動の位置確認およびその精確な経時的動力学が重要な役割を果たしているからである。

光源モジュール、走査モジュールおよび検出モジュールを有するレーザ走査型顕微鏡の模式図 図１のレーザ走査型顕微鏡に設置されたズーム光学系とレーザ走査型顕微鏡によって捕捉される試料との間の光路の模式図 図２の構成におけるひとみ直径を表わす曲線 図２のズーム光学系における様々な調整、ｂ図はａ図に対して９０°回転させた断面図 図２のズーム光学系における様々な調整、ただし、ｂ図はａ図に対して９０°回転させた断面図 図２のズーム光学系における様々な調整、ただし、ｂ図はａ図に対して９０°回転させた断面図 結像長一定の第１操作モードにおける図４〜６のズーム光学系としての４つの光学系グループの調整を表わすグラフ 倍率一定の第２操作モードにおける４つの光学系グループの調整を表わすグラフ 図７および図８に類似するが、結像長と倍率の同時変更を伴う操作モードの場合のグラフ ズーム効果の可能性を示すための走査フィールドの模式図 ニポーディスクの装備されたレーザ走査型顕微鏡の模式図 平行操作式の多点照明装置および多点走査装置の装備されたレーザ走査型顕微鏡の模式図

符号の説明

１ レーザ走査型顕微鏡
２ 光源モジュール
３ 走査モジュール
４ 顕微鏡モジュール
５ 検出モジュール
６，７ レーザユニット
８ 光バルブ
１１ 光ファイバ
１２，１３ コリメータ
１４，１５ ビーム結合ミラー
１７ カラースプリッタ
１８ スキャナ
１９ 走査対物レンズ
２０ 鏡筒レンズ
２１ 対物レンズ
２２ 焦点
２３ 試料
２４ 転向ミラー
２６ スリット絞り
２７ ブロックフィルタ
２８ 検出器
２９ ハロゲンランプ
３４ 水銀蒸気ランプ
３６ ビームスプリッタ
３７ 円筒形テレスコープ
３８ 非球面ユニット
４１ ズーム対物レンズ
４２ 開口絞り
ＡＰ 射出ひとみ
ＢＳ 照明光路
ＧＳ 対象物光路
ＯＰ 対象物ひとみ
ＯＢ 絞り

Claims (14)

1. 特に共焦点光走査型顕微鏡用のズーム光学系であって、顕微鏡（１）の照明光路（ＢＳ）内で、対象物（２３）を捕捉する対物レンズ（２１）の前方に設置されていて、対象物の中間結像（ＺＢ１）を実現し、照明光路の入射ひとみ（ＥＰ）を変更可能な様々な倍率（ｖ）および／または結像長（Ｌ）で射出ひとみ（ＡＰ）に結像させるズーム光学系。
2. 射出ひとみ（ＡＰ）に、ズーム光学系の調整には左右されない射出ひとみ（ＡＰ）の値に影響を及ぼす、絞り（４２）としての作用のある素子が配置されている、ただし、射出ひとみ（ＡＰ）の値が好ましくは入射ひとみ（ＯＰ）の値より小さい、請求項１に記載のズーム光学系。
3. 絞り（４２）として作用する素子が、走査ミラー（１８）、アイリス絞りまたは様々な有孔絞りを持つ絞り機構体を有している、請求項２に記載のズーム光学系。
4. 制御ユニットによる制御下で位置調整のできる、ただし、制御ユニットが第１操作モードでは結像長（Ｌ）一定のもと可変的倍率（ｖ）を、第２操作モードでは倍率（ｖ）一定のもと可変的結像長（Ｌ）を実現する、請求項１〜３の１つに記載のズーム光学系。
5. ４つの光学系グループ（Ｇ１〜Ｇ４）を有する、ただし、光学系グループ（Ｇ１〜Ｇ４）が、照明光に対向する方向で見て、正（Ｇ１）、負（Ｇ２）、正（Ｇ３）およびさらに正（Ｇ４）の屈折力を持ち、光学系グループの少なくとも３つ（Ｇ２〜Ｇ４）の位置調整に駆動装置が装備されている、請求項１〜４の１つに記載のズーム光学系。
6. 各光学系グループ（Ｇ１〜Ｇ４）の結像欠陥が自動修正される、請求項５に記載のズーム光学系。
7. 請求項１〜６に記載のズーム光学系（４１）を有する共焦点走査型顕微鏡。
8. 共焦点多点結像装置、特にニポーディスク（６４）、共焦点スリット絞り（２６）または多点光源を有する、請求項７に記載の共焦点走査型顕微鏡。
9. 共振型スキャナを有する、請求項７または８に記載の共焦点走査型顕微鏡。
10. ひとみ、特に射出ひとみ（ＡＰ）の近くの光路内に回転可能なアッベ・ケーニッヒプリズムを有する、請求項７〜９の１つに記載の共焦点走査型顕微鏡。
11. 特に細胞結合面および有機体全体における、なかでも１／１０秒から時間単位までのダイナミックなプロセス等の生育過程、それも特に下記諸点、すなわち
    ・ その隣接細胞がレーザ照明に敏感に反応するので３次元ＲＯＩ照明から保護されねばならない３次元領域での生細胞の分析
    ・ 例えばＦＲＥＴ実験などにおいて、３次元のレーザ照準照明下で退色するマーカーによる生細胞の３次元領域での分析
    ・ 例えば３次元ＦＲＡＰ、ＦＬＩＰ実験などにおいて、レーザ照準照明下で退色する、同時にＲＯＩ外の観察も必要なマーカーによる生細胞の３次元領域での分析
    ・ 例えば３次元伝達物質の活性化など、レーザ照明下での操作原因により変化するマーカーおよび薬剤による生細胞の３次元領域での照準分析
    ・ 例えばｐａＧＦＰ、Ｋａｅｄｅなど、レーザ照明下での操作原因により変色するマーカーによる生細胞の３次元領域での照準分析
    ・ 例えばコンフォーカル性と検出感度との最適バランスが要求される微弱マーカーによる生細胞の３次元領域での照準分析
    ・ 例えばＣＦＰ、ＧＦＰ、ＹＦＰ、ＤｓＲｅｄ、ＨｃＲｅｄなど可変性多重マーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
    ・ 機能に依存して変色する、例えばＣａ＋マーカーなどでマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
    ・ 生育に起因して変色するマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞、例えばＧＦＰによる形質転換動物
    ・ 例えばｐａＧＦＰ、Ｋａｅｄｅなど、レーザ照明下での操作原因により変色するマーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
    ・ 検出感度に有利なようにコンフォーカル性の制限を要求する微弱マーキングのなされた３次元組織結合における生細胞
    ・ 最終項目とそれ以前の項目との組み合せ
    のうちの少なくとも１つの研究のための、先行請求項の少なくとも１つに記載の装置の使用。
12. 特に、微小な運動構造体、例えばタンパク質の高速度描写に（殆どが１／１００秒の領域）、それも特にＲＯＩブリーチングを伴うＦＲＡＰなどに適用される、細胞内運搬過程の研究のための先行請求項の少なくとも１つに記載の装置の使用。
13. 例えば、副分子構造解明のためのＲＯＩブリーチングを伴うＦＲＥＴなど、好ましくは間接的技術の使用下における、特に、非常に微小な構造の高速度描写など、分子およびその他副細胞の描写のための先行請求項の少なくとも１つに記載の装置の使用。
14. 特に筋肉系または神経系に関する研究における迅速な信号伝達過程のための、特に、１／１００秒から１／１０００秒以下に到るまでの領域で展開されるイオン介在活動に関係する、高い経時的分解能による神経生理学過程のための、先行請求項の少なくとも１つに記載の装置の使用。