DE102017212463B4 - Optisches System zur Abbildung mindestens eines Objekts, Koordinatenmessgerät, Mikroskop, Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe, Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs eines optischen Systems, Computerprogramm, elektronisches Speichermedium sowie elektronische Steuereinheit - Google Patents

Abstract

Optisches System (110) zur Abbildung mindestens eines Objekts (112), wobei das optische System (110) mindestens ein erstes optisches Element (118) und mindestens ein zweites optisches Element (120) umfasst, wobei das optische System (110) mindestens eine Stelleinrichtung (122) mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens eine Steuereinheit (126) zur Steuerung der Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130) des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) einzustellen, wobei die Stelleinrichtung (122) weiter eingerichtet ist, das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) relativ zueinander entlang der optischen Achse (130) zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen (132) einzustellen, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen (132) in einer Bildebene (134) abzubilden, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS1zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS2zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang[∂α(S1)∂α(S2)∂β(S1)∂β(S2)]×[ΔS1ΔS2]=[ΔαΔβ],wobei S1das erste optische Element (118) und S2das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S1), ∂α(S2), ∂β(S1) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120)|[∂α(S1)∂α(S2)∂β(S1)∂β(S2)]|≠0erfüllen.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein optisches System, ein Koordinatenmessgerät, ein Mikroskop, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe und Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs eines optischen Systems. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik, insbesondere Koordinatenmessgeräte mit optischen Zoomsystemen.
• Stand der Technik
• Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Abbildung mindestens eines Objekts, insbesondere eines Werkstückes, bekannt. Derartige Vorrichtungen und Verfahren können insbesondere in einem Koordinatenmessgerät zur tiefenscharfen, dreidimensionalen Abbildung von Werkstücken eingesetzt werden.
• Derartige Vorrichtungen können mindestens ein Zoomsystem mit variablen Objektivpositionen aufweisen. Beispielsweise sind Mikroskope mit Zoomsystemen in einem Abbildungsstrahlengang bekannt, insbesondere einkanalige Mikroskope und zweikanalige Stereomikroskope mit Zoomsystemen. Zoomsysteme erlauben eine Einstellung eines Abbildungsmaßstabs durch Verschiebung von Linsenelementen. Die Verschiebung von Linsenelementen kann beispielsweise mittels mechanischer Kurven oder mittels motorischer Direktantriebe gesteuert werden.
• Weiter sind Vorrichtungen und Verfahren zur tiefenscharfen, dreidimensionalen Oberflächenabbildung eines Objekts bekannt, bei welchen ein Abstand zwischen Objekt und Objektiv, beispielsweise mittels verstellbarer Objekthalterungen, verändert wird. Für verschiedene Objektebenen wird jeweils ein Bild erzeugt. Weiter sind Verfahren zur Bildanalyse bekannt, mit welchem Bereiche mit scharfen Bildstrukturen aus den einzelnen Bildern ausgewählt und zu einem neuen, tiefenscharfen Gesamtbild zusammengesetzt werden können.
• Derartige Vorrichtungen und Verfahren erfordern jedoch einen komplizierten Messaufbau, um eine hochpräzise Bewegung und Verschiebung des Objekts, beispielsweise mittels mechanischer Verstellung eines Auflagetisches, zu ermöglichen. Weiter muss bei derartigen Vorrichtungen und Verfahren das Objekt oder das Abbildungssystem bewegt werden. Die dabei zu bewegenden Massen können die Geschwindigkeit der Bildaufnahme begrenzen.
• Aufgabe der Erfindung
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System, ein Koordinatenmessgerät, ein Mikroskop und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Abbildung mindestens eines Objekts mit einem vereinfachten Messaufbau ermöglicht werden.
• Offenbarung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
• Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht) als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
• Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
• Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
• In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System zur Abbildung mindestens eines Objekts vorgeschlagen.
• Unter einem „optischen System“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welches mindestens zwei Komponenten aufweist. Die Komponenten können dabei räumlich getrennt voneinander ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das optische System eine Vielzahl von optischen Bauteilen aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Objektive, Blenden und/oder weitere optische Bauteile. Unter einer „Abbildung“ kann grundsätzlich eine Erzeugung eines Bildes des Objekts mittels des optischen Systems verstanden werden. Das optische System kann einen Teil einer vom Objekt ausgehenden Energie im sichtbaren Spektralbereich in eine Bildebene übertragen. Beispielsweise kann die Energie von dem Objekt selbst generiert werden, beispielsweise bei einem selbstleuchtenden Objekt, und/oder die Energie kann durch Beleuchtung des Objekts erzeugt und am Objekt in übertragbare Energie umgesetzt werden, beispielsweise durch Reflektion. Die Abbildung kann eine Abbildung eines Teilbereichs des Objekts sein oder eine Abbildung des gesamten Objekts. Unter einem „Objekt“ kann dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt verstanden werden, insbesondere eine nicht abgeschattete Oberfläche des Objekts. Beispielsweise kann das Objekt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem zu vermessenden Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, sein. Auch andere Objekte sind jedoch denkbar. Das Objekt kann ein selbstleuchtendes Objekt sein und/oder kann beleuchtet werden, beispielsweise von mindestens einer Beleuchtungsvorrichtung.
• Unter Fokussierung wird eine vorzeichenbehaftete Entfernungsangabe zwischen einem von dem Optiksystem entworfenen Bild und einer, beispielsweise durch einen Sensor definierten, nominellen Bildebene verstanden. Für Systeme mit fester Entfernung der nominellen Bildebene, beispielweise realisiert durch die Ebenen des Sensors, ist der vorzeichenbehaftete Abstand einer Ebenen im Objektraum zu der auf den Sensor abgebildeten Objektebene ein Äquivalent. Für paraxiale Rechnung besteht zwischen beiden Größen der Proportionalitätsfaktor ß². Unter „Objektfokussierung“ soll im folgendem dieser vorzeichenbehaftete Abstand einer Ebene im Objektraum zu der in die nominelle Bildebene abgebildeten Ebene verstanden werden.
• Das optische System umfasst mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element. Das erste optische Element kann in Richtung des Objekts näher an dem Objekt angeordnet sein, als das zweite optische Element. Das optische System weist mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten auf. Das optische System kann genau zwei bewegliche optische Elemente und genau zwei voneinander unabhängige Antriebseinheiten aufweisen. Das optische System kann mehr als zwei bewegliche optische Elemente aufweisen, unter der Bedingung, dass eine ausreichende Anzahl von Nebenbedingungen bekannt ist, um eine eindeutige Lösung einer Wirkung der Bewegung der optischen Elemente auf Objektfokussierung und Abbildungsmaßstab zu ermöglichen. Unter „unabhängigen Antriebseinheiten“ können Antriebseinheiten verstanden werden, welche eingerichtet sind das erste optische Element und das zweite optische Element unabhängig voneinander zu bewegen. Die Stelleinrichtung weist mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten auf. Die Stelleinrichtung ist eingerichtet, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen. Die Stelleinrichtung ist weiter eingerichtet, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen. Das optische System ist eingerichtet, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in die Bildebene abzubilden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\cdot \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind. Das erste optische Element und das zweite optische Element erfüllen $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne \mathrm{0,}$

  

  wobei $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|$

  

  eine Determinante der Matrix der Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements ist. Die verschiedenen Auswertung der Bedingungsgleichung nach Δα und Δβ liefert unterschiedliche Funktionalitäten.
• Das optische System kann mindestens ein Objektiv aufweisen. Unter einem Objektiv kann ein optisches Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, eine optische Abbildung des Objekts zu erzeugen, und eine positive Brennweite aufweist. Das Objektiv kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer oder mehreren Linsen, insbesondere eine Sammellinse, und ein oder mehrere Spiegel. Das Objektiv kann ein Objektiv mit fester Brennweite sein.
• Das optische System kann mindestens ein Zoomsystem umfassen. Unter einem Zoomsystem mit Objektiv kann dabei grundsätzlich ein System mit variabler Brennweite verstanden werden. Das Zoomsystem kann eingerichtet sein, das Objekt mit variablen und/oder einstellbaren und/oder vorgebbaren Abbildungsmaßstab in die Bildebene abzubilden. Der Abbildungsmaßstab β kann aus Brennweite des Zoomsystems geteilt durch eine Brennweite des Objektivs bestimmt werden. Für Abbildung eines im Endlichen liegenden Objektes auf eine im Endlichen liegende Bildebene ist y'/y = β, wobei y' die Bildhöhe, y die Objekthöhe y ist. Beispiele kann das Zoomsystem als ein in DE 43 15 630 A1 , DE 19 943 015 A1 , DE 10 359 733 A1 oder DE 10 2013 006 999 A1 beschriebenes Zoomsystem ausgestaltet sein. Das optische System kann ein Objektiv und ein Zoomsystem aufweisen. Jedoch sind auch Ausführungsformen ohne Objektiv denkbar. Die folgenden Ausführungen zeigen Prinzipien beispielhaft an optischen Systemen mit Objektiv und Zoomsystem. Für endlich - endlich abbildende Zoomsysteme wie in DE 43 156 30 A1 oder DE 199 430 15 A1 beschrieben, sind die rechten Seiten der oben beschriebenen Bedingungsgleichungen ebenso gültig.
• Der Ausdruck „Zoomsystem“ ist eine Sammelbezeichnung für Optiksysteme mit einer Variabilität für verschiedenartige Abbildungsaufgaben und sie unterscheiden sich je nach Abbildungsaufgabe und Variabilität. Beispielsweise Zoomsysteme für Fotografie-Anwendungen sollen Objekte von unendlich fern bis zu einem Nahpunkt mit variablem Objektfeldwinkel abbilden. Zoombare terrestrische Messgeräte sollen bei gleicher Variabilität der Objektentfernung mit konstantem Abbildungsmaßstab abbilden. Zoommikroskope bilden eine konstante Objektebene mit unterschiedlichem Abbildungsmaßstab ab. Für medizinische Anwendungen werden Zoommikroskope mit Objektiver variabler Brennweite kombiniert. Stereomikroskope können mit variablen Vorsatzsystemen gemeinsam betrieben werden. Messsysteme können Abbildungsmaßstab und Objektentfernung unter Erhalt der Telezentrie variieren. Je nach Abbildungsaufgabe und Variabilität sind unterschiedlich viele variable Gruppen beteiligt mit verschiedenartigen Wechselwirkungen. Die vorliegende Erfindung betrifft optische Systeme mit zwei bewegten Gruppen zur Abbildung von Objekten mit variablem Abbildungsmaßstab. In diesen Systemen kann ein Betrag des Verhältnisses von minimaler Objektentfernung geteilt durch den maximalen Abbildungsmaßstab kleiner oder gleich 1000 sein. Im Gegensatz dazu sind beispielsweise Fotozoomsysteme dominant auf variable Objektentfernung ausgelegt und eine Bewegung für die Fokussierung wird über die Steuergröße „Bildschärfe“ definiert. Für diese Systeme ist die Kennzahl >1000.
  Das optische System umfasst das mindestens eine erste optische Element und das mindestens eine zweite optische Element. Das optische System kann genau zwei bewegliche optische Elemente aufweisen, insbesondere genau zwei voneinander unabhängig bewegliche optische Elemente. Unter „einem optischen Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges optisches Bauteil oder eine beliebige optische Komponente verstanden werden. Die Bezeichnung „erstes“ und „zweites“ optisches Element sind als reine Bezeichnungen zu verstehen und geben insbesondere keinen Aufschluss über eine Reihenfolge oder ob das optische System weitere optische Elemente aufweist. Das erste optische Element und das zweite optische Element können zwei optische Komponenten, sogenannte Schiebegruppen oder Zoomglieder, des Zoomsystems sein, welche entlang einer optischen Achse beweglich angeordnet sind. Das erste optische Element und das zweite optische Element können axial bewegliche optische Baugruppen sein. Das erste und zweite optische Element können eine oder mehrere Linsen oder Linsengruppen umfassen. Das erste und das zweite optische Element können eingerichtet sein mit seiner Lageänderung eine optische Wirkung auf die Objektfokussierung oder den Abbildungsmaßstab zu bewirken. Dies ist für optische Elemente mit positiver oder negativer Brechkraft und afokale Elemente mit einer Vergrößerung Γ ≠ 1 außerhalb von oo-Räumen gegeben. Beispielsweise kann das erste optische Element eine erste optische Baugruppe umfassen. Die erste optische Baugruppe kann eine negative oder positive Brechkraft aufweisen. Das erste optische Element kann mindestens eine Linse oder mindestens eine Linsengruppe aufweisen. Das erste optische Element kann mindestens eine Konvexlinse aufweisen. Das zweite optische Element kann eine zweite optische Baugruppe umfassen. Die zweite optische Baugruppe kann eine negative Brechkraft aufweisen. Das zweite optische Element kann mindestens eine Linse oder mindestens eine Linsengruppe aufweisen. Das zweite optische Element kann mindestens eine Konkavlinse aufweisen. Das Zoomsystem kann weitere optische Elemente aufweisen, insbesondere nicht bewegliche optische Elemente. Das Zoomsystem kann eine optische Achse aufweisen, beispielsweise in Blickrichtung eines Sensorelements. Das erste optische Element und das zweite optische Element können entlang der optischen Achse angeordnet sein.
• Das optische System weist mindestens eine Stelleinrichtung mit den mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten auf. Unter einer „Stelleinrichtung“ kann allgemein ein Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements zu bewegen. Insbesondere kann die optische Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements die optische Achse des optischen Systems sein. Die optische Achse kann beispielsweise eine Achse in z-Richtung sein. Eine Koordinate auf der optischen Achse kann beispielsweise einer Objektentfernung entsprechen. Die Stelleinrichtung kann mindestens eine Führung aufweisen. Die Stelleinrichtung kann eine Führungsschiene aufweisen, beispielsweise eine gerade und/oder lineare Schiene. Die Stelleinrichtung kann mindestens eine Halterung zur Befestigung des ersten optischen Elements und des zweiten optische Elements aufweisen, beispielsweise einen oder mehrere Schlitten, welche auf der Führung beweglich gelagert sind. Die Stelleinrichtung kann mindestens einen ersten Schlitten zur Aufnahme des ersten optischen Elements und mindestens einen zweiten Schlitten zur Aufnahme des zweiten optischen Elements aufweisen. Unter einer „Antriebseinheit“ kann ein Bauteil verstanden werden, welches eingerichtet ist, das erste optische Element und/oder das zweite optische Element zu bewegen. Die Antriebseinheit kann eine motorgesteuerte Antriebseinheit sein. Insbesondere kann das Zoomsystem ein motorgesteuertes Zoomsystem sein. Beispielsweise kann das Zoomsystem eine erste Antriebseinheit und eine zweite Antriebseinheit aufweisen. Die erste Antriebseinheit kann eingerichtet sein, das erste optische Element kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der optischen Achse zu bewegen. Die zweite Antriebseinheit kann eingerichtet sein, das zweite optische Element kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der optischen Achse zu bewegen. Die erste Antriebseinheit kann eingerichtet sein, das erste optische Element schrittweise entlang der optischen Achse zu bewegen. Die zweite Antriebseinheit kann eingerichtet sein, das zweite optische Element schrittweise entlang der optischen Achse zu bewegen. Die erste und zweite Antriebseinheit können mindestens einen Schrittmotor aufweisen. Die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit können eingerichtet sein, dass das erste optische Element und das zweite optische Element unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit können eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element unabhängig voneinander entlang der optischen Achse zu bewegen. Beispielsweise kann das erste optische Element mit der ersten Antriebseinheit gekoppelt sein und das zweite optische Element mit der zweiten Antriebseinheit gekoppelt sein. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element gleichzeitig zu bewegen. Die Stelleinrichtung weist mindestens eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um mindestens eine erste Schrittgröße für das erste optische Element und mindestens eine zweite Schrittgröße für das zweite optische Element zu bestimmen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste und zweite Antriebseinheit anzusteuern. Unter „einer Steuereinheit“ kann dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um eine oder mehrere Komponenten, insbesondere das erste optische Element und das zweite optische Element, des optischen Systems anzusteuern. Die Steuereinheit kann beispielsweise zu diesem Zweck mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, die Komponenten des optischen Systems anzusteuern. Die Steuereinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/AusgabeVorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuereinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste und die zweite Antriebseinheit anzusteuern und zu kontrollieren. Zwischen der Stelleinrichtung und der Steuereinheit können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen vorgesehen sein.
• Die Stelleinrichtung ist eingerichtet, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen. Unter einem Abbildungsmaßstab, hier auch Vergrößerung oder Zoom genannt, kann ein Verhältnis zwischen Bildgröße der optischen Abbildung des Objekts und dessen Objektgröße verstanden werden. Unter „relativ bewegen“ kann eine Bewegung des ersten optischen Elements und/oder des zweiten Elements entlang der optischen Achse verstanden werden. Beispielsweise kann ein Element ausgewählt aus dem ersten optischen Element und dem zweiten optischen Element feststehen, und das andere optische Element entlang der optischen Achse bewegt werden. Bevorzugt können das erste optische Element und das zweite optische Element entlang der optischen Achse bewegt werden. Unter „entlang der optischen Achse“ umfasst sowohl Bewegungen in Richtung der optischen Achse als auch entgegen der optischen Achse. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, Positionen des ersten optischen Elementes und des zweiten optischen Elements entlang der optischen Achse einzustellen und/oder zu verändern. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element in mindestens einer Zoomposition anzuordnen. Das erste optische Element kann als ein erstes Zoomglied, auch als erste Schiebegruppe bezeichnet, des Zoomsystems und das zweite optische Element kann als ein zweites Zoomglied, auch als zweite Schiebegruppe bezeichnet, des Zoomsystems ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Zoomsystem eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der optischen Achse zu bewegen und mindestens einen Abbildungsmaßstab einzustellen. Beispielsweise kann das Zoomsystem eingerichtet sein, eine Zoomfahrt durchzuführen, in welcher eine Vielzahl von Abbildungsmaßstäben nacheinander eingestellt wird.
• Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und/oder das zweite optische Element entlang der optischen Achse zu bewegen, insbesondere durch eine kontinuierliche oder diskrete Änderung der Position des ersten optischen Element und/oder des zweiten optischen Elements entlang der optischen Achse. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein das optische System in mindestens zwei Betriebsarten, durch Einstellen mindestens eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten optischen Element; dem zweiten optischen Element und einem z-Trieb, zu betreiben. In einer ersten Betriebsart kann das optische System eingerichtet sein eine Abbildung mit variablem Abbildungsmaßstab bei gleichbleibender Objektfokussierung auf eine definierte Objektebene zu erzeugen. In einer zweiten Betriebsart kann das optische System eingerichtet sein, eine variable Fokussierung auf verschiedene Objektebenen bei gleichbleibendem Abbildungsmaßstab zu erzeugen. Das optische System kann eingerichtet sein sowohl unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe als auch Abbildungen von Objekten mit unterschiedlichen Abständen von dem optischen System in frei wählbarer Kombination auszuführen. Unter einem „z-Trieb“ kann dabei eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist einen Abstand des gesamten optischen Systems zu dem Objekt, beispielsweise entlang einer z-Achse, einzustellen und/oder zu ändern.
• Das optische System kann beispielsweise in dem ersten Betriebsart eingerichtet sein eine Zoomfahrt, insbesondere eine kontinuierliche Zoomfahrt für eine feste Objektebene oder eine diskrete Zoomfahrt für eine feste Objektebene durchzuführen. Die zweite Betriebsart kann beispielsweise eine abstandsvariable Betriebsart sein, in welchem das optische System eingerichtet ist mindestens eines von einem kontinuierlichen Z-Stack, einem diskreten Z-Stack, einer kontinuierlichen Tiefenfahrt und eine diskrete Tiefenfahrt, einem Objektfinder durchzuführen. Auch weitere Betriebsarten sind jedoch denkbar. In der nachfolgenden Tabelle sind Beispiele der Betriebsarten, auch als Betriebsmodi bezeichnet, aufgelistet, sowie zugehörige Änderungsgrößen wie Abstand Objekt zum optischen System, Objektebene und der Abbildungsmaßstab. Die jeweiligen Schrittgrößen, mit welchen das erste optische Element und das zweite optische Element bewegt werden, können aus dem jeweiligen Betriebsmodus bestimmt werden und werden weiter unten beschrieben.

  Modus	Abstand Objekt zum optischen System	Objektebene	Abbildungsmaßstab β
  Kontinuierliche Zoomfahrt	fest	fest	kontinuierlich
  Diskrete Zoomfahrt	fest	fest	diskret einstellbar
  Kontinuierlicher Z-Stack	fest	kontinuierlich	fest
  Diskreter Z-Stack	fest	diskret einstellbar	fest
  Kontinuierliche Tiefenfahrt	variabel	variabel	kontinuierlich
  Diskrete Tiefenfahrt	variabel	variabel	diskret
  Objektfinder	flexibel	flexibel	fest

• Unter einer Zoomfahrt soll eine Bewegung des ersten und/oder zweiten optischen Elements verstanden werden, bei welcher der Abbildungsmaßstab von einem Anfangswert zu einem Endwert geändert wird. Bei der Zoomfahrt soll der Abstand des gesamten optischen Systems relativ zu dem Objekt auf einem beliebigen Wert innerhalb vorgegebener Grenzen fest sein. Ein Zoombereich kann in kontinuierlichen Schritten δß abgefahren werden, beispielsweise durch Bewegung der optischen Elemente. Unter einem Zoombereich kann ein Quotient aus maximalem durch minimalen Betrag des Abbildungsmaßstabs verstanden werden. Beispielsweise können für den Betriebsmodus diskrete Zoomfahrt das erste optische Element und das zweite optische Element diskret bewegt werden. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, zur Einstellung des vorbestimmten Abbildungsmaßstabes das erste optische Element und/oder das zweite optische Element entlang der optischen Achse an definierte Positionen zu bewegen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Zoomschrittgröße zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes zu bestimmen, wobei die Schrittgröße abhängig von dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ist. Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, eine erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen. Unter „Bestimmen einer Schrittgröße“ kann ein Auswählen, beispielsweise aus einer Tabelle oder Liste eines Datenspeichers der Steuereinheit, und/oder ein Festlegen der Schrittgröße und/oder ein Berechnen der Schrittgröße verstanden werden. Die erste Zoomschrittgröße und/oder die zweite Zoomschrittgröße können abhängig von dem Abbildungsmaßstab sein. Die erste Zoomschrittgröße und/oder die zweite Zoomschrittgröße können variabel sein, insbesondere können sich die erste Zoomschrittgröße und/oder die zweite Zoomschrittgröße für den jeweiligen Abbildungsmaßstab ändern. Eine Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}zoom}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}zoom}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element, insbesondere die erste Schiebegruppe, und S₂ das zweite optische Element, insbesondere die zweite Schiebegruppe, ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes Δα ≡ 0 ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind. Für verschiedene Objektentfernung und/oder Abbildungsmaßstäbe kann an Stützstellen die Wirkung der Bewegung von S₁ und S₂ tabelliert vorliegen, insbesondere kann zwischen den Stützstellen interpoliert werden. Das optische System kann eingerichtet sein, eine Kalibration durchzuführen, beispielsweise vor einer Inbetriebnahme, in welcher die Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften bestimmt werden.
• Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom und die zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab, insbesondere unter Berücksichtigung von verschiedenen Interpretationen der rechten Seiten der Gleichungen. Die Analyse kann online erfolgen, insbesondere während eines Betriebs des optischen Systems. Das erste optische Element und das zweite optische Element erfüllen $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  

  Die erste Zoomschrittgröße und die zweite Zoomschrittgröße können für jeden Abbildungsmaßstab bestimmt, insbesondere vorbestimmt, werden und als diskrete Werte über den Abbildungsmaßstab tabelliert in dem Datenspeicher der Steuereinheit gespeichert sein. So kann eine schnelle Verfügbarkeit der Schrittgröße und eine schnelle Zoomfahrt ermöglicht werden. Beispielsweise kann das optische System eingerichtet sein, in der Kalibration mindestens eine Zoomkurve zu bestimmen. Unter einer Zoomkurve kann eine Abhängigkeit der Schrittgröße von dem Abbildungsmaßstab und/oder eine Änderung der Schrittgröße in Abhängigkeit von dem Abbildungsmaßstab verstanden werden. Die Zoomkurve und/oder eine Vielzahl von Zoomkurven können in dem Datenspeicher hinterlegt sein.
• Unter einem Betriebsmodus „Z-Stack“ kann ein Betriebsmodus verstanden werden, in welchem mindestens zwei verschiedene Objektebenen mit festem Abbildungsmaßstab nacheinander eingestellt werden. Beispielsweise können für den Betriebsmodus kontinuierlicher Z-Stack das erste optische Element und/oder das zweite optische Element derart relativ zueinander entlang der optischen Achse synchronisiert bewegt werden, dass eine Position der Objektebene kontinuierlich geändert wird. Beispielsweise können für den Betriebsmodus diskreter Z-Stack das erste optische Element und/oder das zweite optische Element unabhängig voneinander derart relativ zueinander entlang der optischen Achse bewegt werden, dass eine Position der Objektebene diskret geändert wird. Die Stelleinrichtung ist eingerichtet, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen. Unter einer „Objektebene“, welche auch als Fokusebene bezeichnet wird, kann eine Ebene, insbesondere senkrecht zur optischen Achse, verstanden werden, in welcher mindestens ein Fokuspunkt des optischen Systems, insbesondere des Objektivs, liegt. Unter „Einstellen“ einer Objektebene kann insbesondere eine Bewegung, beispielsweise ein Verschieben, des ersten optischen Elements und/oder des zweiten optischen Elements entlang der optischen Achse verstanden werden, mittels welcher eine z-Koordinate der Objektebene entlang der optischen Achse festlegbar und/oder verstellbar ist. Eine erste Objektebene kann eine erste Objektentfernung des Objekts von dem Objektiv sein. Eine zweite Objektebene kann eine zweite Objektentfernung sein, welche von der ersten Objektentfernung verschieden ist. Die erste Objektebene und die zweite Objektebene können voneinander verschiedene Objektebenen sein, insbesondere kann die erste Objektebene eine von der zweiten Objektebene verschiedene z-Koordinate aufweisen. Das optische System, insbesondere die Stelleinrichtung, kann eingerichtet, sein eine Vielzahl von Objektebenen einzustellen.
• Das optische System ist eingerichtet, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in die Bildebene abzubilden. Unter einer „Bildebene“ kann eine Ebene senkrecht zur optischen Achse verstanden werden, in welcher mindestens ein Bildpunkt der Abbildung liegt. Die Bildebene kann eine zum Objektiv feste Bildebene sein. Unter „einem vorbestimmten Abbildungsmaßstab“ kann ein vordefinierter, eingestellter, einstellbarer, aktueller und/oder vorgebbarer Abbildungsmaßstab verstanden werden. Insbesondere kann die Stelleinrichtung eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart relativ zueinander zu bewegen, dass der vorbestimmte Abbildungsmaßstab unverändert erhalten bleibt. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart zu bewegen, dass eine Änderung des Abbildungsmaßstabes bei einer Änderung der Positionen des ersten optischen Elements und/oder des zweiten optischen Elements entlang der optischen Achse kompensiert wird. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart zu bewegen, dass eine Umfokussierung, also eine Änderung der Lage einer Objektebene im Objektraum, welche auf den Sensor scharf abgebildet wird, kontinuierlich oder diskret eingestellt werden kann. Grundlage hierfür kann die Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Objektfokussierung und Abbildungsmaßstab unter Berücksichtigung der verschiedenen Interpretationen der rechten Seiten der Gleichungen für die beiden bewegten optischen Elemente und der Einfluss der Änderung der Objektebenen auf den Abbildungsmaßstab und die Objektfokussierung sein, so dass der Zusammenhang nach Δß=0 aufzulösen ist. Der Zusammenhang kann für verschiedene Abbildungsmaßstäbe tabelliert und für Zwischenvergrößerungen interpoliert genutzt werden. Eine Kalibration an einem konkreten System ist möglich.
• Mit der Änderung der Lage der Objektebene kann diese durch das Objektiv mit geändertem Abbildungsmaßstab und Schnittweite in ein virtuelles Zwischenbild zwischen Objektiv und Zoomsystem abgebildet werden. Das Zoomsystem kann die Änderung des Abbildungsmaßstabs des Objektivs und seiner Eingangsschnittweite kompensieren. Die Änderungen der Lage der scharf abgebildeten Objektebene können ähnlich wie die Änderung des Abbildungsmaßstabs innerhalb technischer Grenzen erfolgen. Die Abbildung erfolgt für definierten Abbildungsmaßstab ß mit einer objektseitigen numerischen Apertur nA(ß). Die wellenoptische Tiefenschärfe TL kann ein geeignetes Maß sein die Änderung der Objektebene entlang der z-Achse, Δz, gegenüber einer Nominalentfernung zu bemessen mit |Δz|< k(β)·546e-6/nA(ß)². Für verschiedene Abbildungsmaßstäbe ß können unterschiedliche Werte k(ß) als Grenzen gelten. Insbesondere kann k(ß) keiner oder gleich 25 sein.
• Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen, dass mindestens eine erste Objektebene und mindestens eine zweite Objektebene einstellbar sind und dass für die erste Objektebene und die zweite Objektebene das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in die Bildebene abbildbar ist. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, die erste Objektebene und die zweite Objektebene schrittweise einzustellen, beispielsweise mit fester oder variabler Schrittgröße, im Folgenden Tiefenschärfe-Schrittgröße genannt. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, um eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen, wobei die Tiefenschärfe-Schrittgröße abhängig von dem vorbestimmten Abbildungsmaßstab ist. Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, eine erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können abhängig von dem Abbildungsmaßstab sein. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können variabel sein, insbesondere können sich die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße für den jeweiligen Abbildungsmaßstab ändern. Die Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}EDOF}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}EDOF}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element, insbesondere die erste Schiebegruppe, und S₂ das zweite optische Element, insbesondere die zweite Schiebegruppe, ist, wobei Δβ ≡ 0 eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei Δα = Δz und Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften der ersten und der zweiten Schiebegruppe sind. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab, insbesondere unter Berücksichtigung von verschiedenen Interpretationen der rechten Seiten der Gleichungen. Die Analyse kann online erfolgen, insbesondere während eines Betriebs des optischen Systems.
• Das erste optische Element und das zweite optische Element erfüllen die Bedingung $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  

  Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können für eine vorgegebene und/oder vorgebbare Änderung der Objektebene Δz bestimmt werden. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können für jeden Abbildungsmaßstab bestimmt, insbesondere vorbestimmt, werden und über den Abbildungsmaßstab tabelliert in dem Datenspeicher der Steuereinheit gespeichert sein. So kann eine schnelle Verfügbarkeit und eine schnelle Einstellung der Objektebenen ermöglicht werden.
• Das optische System kann mindestens ein Sensorelement umfassen. Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens einen von dem Objekt ausgehenden Lichtstrahl zu erfassen und ein entsprechendes Signal zu generieren, beispielsweise ein elektrisches Signal, beispielsweise ein analoges und/oder ein digitales Signal. Das Sensorelement kann beispielsweise einen CCD-Sensor und/oder einen CMOS-Sensor und/oder eine Einrichtung zum Scannen des Bildfeldes mit einem Punktsensor umfassen. Die Stelleinrichtung kann eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen, dass mindestens eine erste Objektebene und mindestens eine zweite Objektebene einstellbar sind und dass für die erste Objektebene und die zweite Objektebene das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab auf das Sensorelement abbildbar ist. Das Sensorelement kann eingerichtet sein, um aus der ersten Objektebene mindestens ein erstes Bild des Objekts aufzunehmen und aus der zweiten Objektebene mindestens ein zweites Bild des Objekts aufzunehmen. Das optische System kann eingerichtet sein, eine Vielzahl von Objektebenen einzustellen und das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab auf das Sensorelement abzubilden. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, eine Objektebene auszuwählen, bei der ein Objekt scharf auf den Sensor abgebildet wird und ein Korrekturwert zur vorbestimmten Objektebene zu ermitteln und für den Objektfinder bereitzustellen. Das Sensorelement kann eingerichtet sein, mindestens ein Bild des Objekts für die jeweils eingestellte Objektebene aufzunehmen und so einen Bildstapel zu erzeugen. Das optische System, insbesondere die Steuereinheit, kann mindestens eine Auswerteeinheit umfassen, welche eingerichtet ist aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild eine kombinierte Abbildung des Objekts zu erzeugen. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Auswerteeinheit aufweisen. Unter „einer Auswerteeinheit“ kann dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um von dem Sensorelement erzeugte Signale, insbesondere Bilder, auszuwerten. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zu diesem Zweck mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um das Sensorelement anzusteuern. Die Auswerteeinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Unter einer „kombinierten Abbildung“ kann eine Verfahren verstanden werden, bei welchen aus sich überdeckenden Bildern Bereiche selektiert und zu einem neuen Bild zusammengesetzt werden. Das Ergebnis der kombinierten Abbildung kann ein Bild mit erweiterter Tiefenschärfe sein. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, in dem ersten Bild und dem zweiten Bild Bereiche mit maximalem Kontrast oder einem Kontrast oberhalb eines vorbestimmten und/oder vorgegebenen Grenzwertes zu erkennen und auszuwählen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, diese Bereiche von anderen Bereichen des ersten Bildes und des zweiten Bildes zu trennen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die ausgewählten Bereiche zu einem Bild erweiterter Tiefenschärfe zusammenzufügen. Die Auswerteeinheit kann mindestens eine Bildverarbeitungseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Bildverarbeitungsalgorithmus durchzuführen.
• Das Sensorelement und die Auswerteeinheit können als getrennte Komponenten ausgestaltet sein. Zwischen dem Sensorelement und der Auswerteeinheit können eine oder mehrere elektronische Verbindungen vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Das Sensorelement kann beispielsweise direkt oder indirekt mit der Auswerteeinheit verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit jedoch auch ganz oder teilweise am Ort des Sensorelements angeordnet sein, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers, und/oder kann ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein.
• Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Aufnahme des ersten Bildes und des zweiten Bildes und eine Bewegung des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements zu synchronisieren. Beispielsweise kann eine Aufnahme vor und/oder nach und/oder während einer Bewegung des ersten optischen Elements und/oder des zweiten optischen Elements erfolgen. Die Steuereinheit und/oder die Auswerteeinheit können eingerichtet sein, eine Zoomschrittgröße und/oder eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen und das Sensorelement derart anzusteuern, dass eine Aufnahme jeweils nach einem oder mehreren der Zoomschritte und/oder Tiefenschärfe-Schritte erfolgt. Beispielsweise kann die Synchronisation von Bildaufnahme und Bewegung der optischen Elemente über eine externe Ansteuerung erfolgen, beispielsweise automatisch und/ oder manuell durch einen Benutzer. Die externe Ansteuerung kann beispielsweise mit der Steuereinheit und/oder der Auswerteeinheit, insbesondere mindestens einer Schnittstelle der Steuereinheit und/oder der Auswerteeinheit, verbunden sein.
• In einer Ausführungsform kann das optische System eingerichtet sein, in einem ersten Schritt einen ersten Abbildungsmaßstab für eine vorbestimmte Objektebene einzustellen, in welchem das erste und zweite optische Element in einer ersten Zoomposition angeordnet werden. Das optische System kann eingerichtet sein, in einem nachfolgenden Schritt durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements die erste Objektebene einzustellen, so dass das erste optische Element und das zweite optische Element in einer ersten Aufnahmeposition angeordnet sind, und das erste Bild für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab aufzunehmen. Das optische System kann eingerichtet sein, in einem weiteren nachfolgenden Schritt die zweite Objektebene durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen, so dass das erste optische Element und das zweite optische Element in einer zweiten Aufnahmeposition angeordnet sind, und das zweite Bild für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab aufzunehmen. Das optische System kann eingerichtet sein, in weiteren nachfolgenden Schritten weitere Objektebenen einzustellen und jeweils mindestens ein weiteres Bild aufzunehmen. Das optische System kann eingerichtet sein mindestens ein Bild für eine Vielzahl von Objektebenen aufzunehmen und einen Bildstapel zu erstellen. Das optische System kann eingerichtet sein, die aufgenommenen Bilder, insbesondere einen ersten Bildstapel, zu einem ersten Bild erweiterter Tiefenschärfe zusammenzusetzen. Das optische System kann eingerichtet sein, nach der Aufnahme des ersten Bildstapels das erste optische Element und das zweite optische Element in die erste Zoomposition zurückzubewegen.
• Das optische System kann eingerichtet sein, die genannten Schritte wiederholt durchzuführen, beispielsweise als eine Zoomfahrt, in welcher das erste optische Element und das zweite optische Element nacheinander in weiteren Zoompositionen angeordnet werden, beispielsweise in einer zweiten Zoomposition, in einer dritten Zoomposition und in einer vierten Zoomposition. Das optische System kann eingerichtet sein, nacheinander eine Vielzahl von Zoompositionen einzustellen. Das optische System kann eingerichtet sein, beginnend an jeder der Zoompositionen einen weiteren Bildstapel für den jeweils eingestellten Abbildungsmaßstab aufzunehmen und jeweils eine kombinierte Abbildung zu erzeugen. In einer Ausführungsform kann das optische System eingerichtet sein, eine modifizierte Zoomfahrt durchzuführen, in welcher jeweils nach Aufnahme eines Bildstapels für einen Abbildungsmaßstab die Schlitten von einer letzten Aufnahmeposition für diesen Abbildungsmaßstab direkt in eine erste Aufnahmeposition für einen weiteren Abbildungsmaßstab bewegt werden, ohne in die Zoomposition zurückbewegt zu werden. So kann eine reduzierte Schlittenbewegung erreicht werden.
• Unter einem Betriebsmodus „Objektfinder“ kann ein Betriebsmodus verstanden werden, in welchem Änderungen der Fokussierung, beispielsweise durch eine Veränderung einer Position des Objektes, bestimmt und kompensiert werden. Der Abstand des optischen Systems zu dem Objekt und die Objektebene können flexibel sein. Unter „flexibel“ kann verstanden werden, dass Abweichungen von einer festen, eingestellten Position möglich sind. Die Steuereinheit und/oder die Auswerteeinheit können eingerichtet sein, eine Abweichung, beispielsweise bei einer Tischbewegung, von einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Fokussierung in einer Zoomposition zu erkennen und einen Korrekturwert, beispielsweise einen Offset, zu bestimmen. Die Steuereinheit und/oder Auswerteeinheit können eingerichtet sein, nachfolgende Zoompositionen und/oder Aufnahmepositionen unter Berücksichtigung des Korrekturwertes zu bestimmen. Beispielsweise können in dem Modus Objektfinder das erste optische Element und das zweite Element kontinuierlich oder diskret unter Berücksichtigung des Korrekturwerts bewegt werden.
• Das optische System kann weitere optische Elemente aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Linsen, Spiegel, Blendenelemente.
• Unter einer „Tiefenfahrt“ kann ein Betriebsmodus verstanden werden, in welchem für einen vorgegebenen Abbildungsmaßstab innerhalb des nominellen Vergrößerungsbereichs sich der Abstand der Objektebene innerhalb des Zoombereiches nicht ändert. Für Vergrößerungen außerhalb eines nominellen Zoombereichs können z-Trieb und Bewegung der optischen Elemente derart miteinander gekoppelt werden, dass die durch die Änderung der Objektebenenposition generierte Vergrößerungsänderung nicht durch den Zoom kompensiert wird, sondern zu Erweiterung des Zoombereichs genutzt wird. Der z-Trieb kann die Änderung der Fokuslage kompensieren, sodass ein Objekt im Fokus des Zooms auch im erweiterten Bereich scharf abgebildet wird. Dabei kann die Betriebsart diskret oder kontinuierlich gewählt werden, wobei die Vergrößerung kontinuierlich oder diskret geändert wird. Die Bewegungen der optischen Elemente können aus der Analyse der Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Objektfokussierung und Abbildungsmaßstab bestimmt werden. Alternativ können die Bewegungen tabelliert oder als gespeicherte Funktionen vorliegen. Die Steuereinheit kann die Schrittgrößen bestimmen und die Bewegung des z-Triebs mit den Antrieben für das erste und das zweite optische Element synchronisieren.
• Die Steuereinheit kann eingerichtet sein das erste optische Element und das zweite optische Element derart anzuordnen, dass für den nominellen Zoombereich das optische System auf eine nominelle Objektentfernung fokussiert. Zur Erweiterung des Zoombereichs kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Abstand, insbesondere eine Objektentfernung, durch Verschieben des Objekts und/oder des Objektivs und des Zoomsystems zu ändern. Weiter kann die Steuereinheit eingerichtet sein, das erste optische Element und das zweite optische Element derart relativ zueinander zu bewegen, dass die Fokussierung für die geänderte Objektentfernung erhalten bleibt. Die Bewegung des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements kann gleichzeitig, nachfolgend oder vor einer Änderung des Abstandes erfolgen. Das Objekt in der geänderten Objektentfernung kann in der, bezogen auf die nominelle Objektentfernung, fixen Bildebene mit einem Abbildungsmaßstab ß' außerhalb des nominellen Zoombereiches abgebildet werden, so dass sich der Zoombereich erweitert.
• Das optische System kann eingerichtet sein, für mindestens eine der eingestellten Objektebenen den Abbildungsmaßstab des Objekts in einer Bildebene unter Nutzung einer Änderung eines Abstandes des Objekts zu dem optischen System zu ändern. Unter „Änderung des Abstandes des Objekts zu dem optischen System“ kann eine relative Änderung einer Objektposition zu einer Position des optischen Systems, beispielsweise umfassend Objektiv und Zoomsystem, entlang einer Achse verstanden werden. Das optische System kann eingerichtet sein, für mindestens eine der eingestellten Objektebenen den Abbildungsmaßstab des Objekts der Bildebene unter Nutzung eines Verschiebens des optischen Systems entlang der optischen Achse und/oder ein Verschieben des Objekts entlang der optischen Achse zu ändern. Das optische System kann mindestens eine Führungseinheit aufweisen, wobei die Führungseinheit eingerichtet ist, das Zoomsystem und, wenn vorhanden das Objektiv, entlang der optischen Achse zu verschieben und/oder das Objekt entlang der optischen Achse zu verschieben. Die Führungseinheit kann in die Stelleinrichtung integriert sein. Die Führungseinheit kann eine Führungsschiene aufweisen. Die Führungseinheit kann beispielsweise in einem Messtisch integriert sein, auf welchem das Objekt angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, einen Abstand des Objekts zu dem optischen System, beispielsweise dem Objektiv, zu ändern. Die Führungseinheit kann eine motorgesteuerte Antriebseinheit aufweisen. Die Führungseinheit kann einen sogenannten z-Antrieb umfassen, welcher eingerichtet ist, das Zoomsystem, und wenn vorhanden das Objektiv, entlang einer z-Richtung axial zu bewegen. Die Führungseinheit kann eingerichtet sein, eine Position des Objekts und/oder des Zoomsystems, und wenn vorhanden des Objektivs, kontinuierlich oder diskret einzustellen. Das optische System kann eingerichtet sein, einen regulären Zoombereich, auch nomineller Zoombereich genannt, welcher allein durch Einstellen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements erreicht werden kann, durch Verschieben des Objekts und/oder des Zoomsystems, und wenn vorhanden des Objektivs, und zu erweitern, insbesondere zu vergrößern. In einem Beispiel kann ein regulärer Zoombereich von 10,0x bis 0,8x sein und ein erweiterter Zoombereich von 10,04x bis 0,6x sein. Insbesondere kann an den Zoomenden, d.h. Positionen des ersten und des zweiten optischen Elements mit minimalem und maximalem Abbildungsmaßstab, unter Nutzung eines Verschiebens des Objekts und/oder des Zoomsystems, und wenn vorhanden des Objektivs, der reguläre Zoombereich vergrößert werden.
• Für den Betriebsmodus „z-Stack“ kann der Zoom die Änderung von Abbildungsmaßstab bei Objektfokussierung kompensieren. Für den Betriebsmodus „Tiefenfahrt“ soll der Zoom nur die Fokussierung kompensieren, so dass eine Richtung der z-Verschiebung verfolgt wird, welche Vergrößerungswerte außerhalb des regulären Zoombereiches ermöglicht.
• Die Führungseinheit kann eingerichtet sein, zur Änderung des Abstandes Objekt zu dem optischen System umfassend beispielsweise Objektiv und Zoomsystem das Objekt und/oder das System entlang der optischen Achse zu bewegen. Die Führungseinheit kann von der Steuereinheit angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das optische System eine weitere Steuereinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, die Führungseinheit anzusteuern. Die weitere Steuereinheit kann in die Steuereinheit der Stelleinrichtung integriert sein.
• Die weitere Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Abstandsschrittgröße zur Bewegung des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements zu bestimmen, wobei die Abstandsschrittgröße abhängig von der Objektfokussierung und dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ß ist. Die Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}Abstand}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}Abstand}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei Δβ ≠ 0 eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα=Δz eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten und des zweiten optischen Elements sind. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, eine Verschiebung, insbesondere eine erste Abstandsschrittgröße ΔS_1,Abstand zur Verschiebung des ersten optischen Elements und eine zweite Abstandsschrittgröße ΔS_2,Abstand zur Verschiebung des zweiten optischen Elements, und eine Richtung der Änderung des Abstandes des optischen Systems zu dem Objekt zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, bei der Bestimmung der Änderung mindestens eine Randbedingung zu berücksichtigen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mechanische Eigenschaften der Stelleinrichtung, wie Ausmaße der Schlitten und Führungslängen der optischen Elemente, zulässige Fokusverschiebung, Vignettierung. Das optische System, insbesondere das erste optische Element und das zweite optische Element, erfüllt $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  
• Das optische System kann wahlweise in mindestens dem ersten Betriebsmodus oder in dem zweiten Betriebszustand betrieben werden. Der Betriebsmodus kann vorbestimmbar und/oder einstellbar, beispielsweise durch einen Benutzer, sein. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, dass der Benutzer, beispielsweise über eine Schnittstelle einen Betriebsmodus auswählen kann.
• In einem weiteren Aspekt wird ein Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate eines Objekts umfassend ein optisches System zur Abbildung des Objekts vorgeschlagen. Das optische System umfasst mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element. Das optische System weist mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten auf. Die Stelleinrichtung weist mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten auf. Die Stelleinrichtung ist eingerichtet, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen. Die Stelleinrichtung ist weiter eingerichtet, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen. Das optische System ist eingerichtet, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene abzubilden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

  

  erfüllen.
• Das optische System kann in einem optischen Sensor des Koordinatenmessgeräts angeordnet sein. Das optische System kann nach einem der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein. Für Einzelheiten und Definitionen in Bezug auf das Koordinatenmessgerät wird auf die Beschreibung des optischen Systems verwiesen.
• Das Koordinatenmessgerät kann ausgewählt sein aus einem Koordinatenmessgerät in Portal-, Brücken- oder Ständerbauweise. Das Koordinatenmessgerät kann ein Multisensor-Messgerät sein, welches zusätzlich zu dem optischen System weitere Sensoren, beispielsweise taktile Sensoren zur Abtastung des Objekts, aufweist. Das Koordinatenmessgerät kann einen Messtisch zur Auflage des Objekts aufweisen. Der Messtisch kann ein beweglicher Messtisch sein, welcher eingerichtet ist, den Abstand des Objekts zu optischen System, insbesondere zu dem Objektiv, durch Änderung einer Position des Objekts zu ändern. Alternativ oder zusätzlich kann das Koordinatenmessgerät eine Führungseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, eine Position des optischen Systems relativ zu dem Objekt zu ändern.
• In einem weiteren Aspekt wird ein Mikroskop umfassend mindestens ein optisches System zur Abbildung des Objekts vorgeschlagen. Das optische System umfasst mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element. Das optische System weist mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten auf. Die Stelleinrichtung weist mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten auf. Die Stelleinrichtung ist eingerichtet, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen. Die Stelleinrichtung ist weiter eingerichtet, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen. Das optische System ist eingerichtet, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene abzubilden. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

  

  erfüllen. Es gilt Δα = 0.
• Das optische System kann in einem Abbildungsstrahlengang des Mikroskops angeordnet sein. Das optische System kann nach einem der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein. Für Einzelheiten und Definitionen in Bezug auf das Mikroskop wird auf die Beschreibung des optischen Systems verwiesen.
• Das Mikroskop kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Zoommikroskop, einem Digitalmikroskop, insbesondere einem digitalen ZoomMikroskop, einem zweikanaligen Optiksystem, beispielsweise eines Stereo-Mikroskops, eines Fluoreszenz Stereo-Zoom-Mikroskops. Bei Stereomikroskopen vom Teleskoptyp sind die optische Achse des Objektivs und der beiden Zoomsysteme lateral gegeneinander versetzt. Werden die optischen Achsen von Objektiv und einem Zoomsystem zur Deckung gebracht entsteht ein einkanaliges Zoomsystem. Bei weiteren Bezugnahmen auf Stereomikroskop wird von diesem Aufbau ausgegangen. Das Mikroskop kann einen Messtisch zur Auflage des Objekts aufweisen, welcher eingerichtet ist, eine Position, insbesondere einen Abstand, des Objekts zu dem Objektiv zu ändern. Das Mikroskop kann ein Stativ, beispielsweise ein manuelles oder motorisiertes Stativ aufweisen, welches eingerichtet ist, den Abstand des Objekts zu dem Objektiv zu ändern.
• In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe mindestens einer Abbildung mindestens eines Objekts vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
• - Einstellen mindestens eines Abbildungsmaßstabes durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements und mindestens eines zweites optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse;
• - Einstellen mindestens zweier verschiedener Objektebenen mit einer Stelleinrichtung, wobei die Stelleinrichtung mindestens zwei Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten aufweist, wobei das erste optische Element und das zweite optische Elements derart relativ zueinander entlang einer optischen Achse bewegt werden, dass das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in eine Bildebene abgebildet wird, wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements bestimmt wird aus dem Zusammenhang
$$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

erfüllen. Es gelten Δβ=0 und Δα=Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist,
• Das Verfahren kann weiter die folgenden Verfahrensschritte umfassen:
• - Aufnehmen mindestens eines ersten Bildes des Objekts aus mindestens einer ersten Objektebene und mindestens eines zweiten Bildes des Objekts aus mindestens einer zweiten Objektebene mit mindestens einem Sensorelement;
• - Erzeugen eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe des Objekts aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild mit mindestens einer Auswerteeinheit.
• Das Sensorelement kann in einer nominellen Bildebene angeordnet sein.
• Hierbei können die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden. In dem Verfahren kann ein erfindungsgemäßes optisches System verwendet werden. Für Einzelheiten in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen optischen Systems verwiesen.
• In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs eines optischen Systems vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
• - Einstellen mindestens einer Objektebene durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements und mindestens eines zweites optischen Elements des optischen Systems relativ zueinander entlang einer optischen Achse;
• - Ändern des Abbildungsmaßstabs des Objekts für mindestens eine der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene unter Nutzung der Änderung eines Abstandes des Objekts zu mindestens einem Objektiv des optischen Systems, wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements bestimmt wird aus dem Zusammenhang
$$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

und Δβ ≠ 0 und Δα=Δz erfüllen und Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
• Hierbei können die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden. In dem Verfahren kann ein erfindungsgemäßes optisches System verwendet werden. Für Einzelheiten in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen optischen Systems verwiesen.
• In einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erweiterung der Tiefenschärfe durchzuführen und/oder welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs durchzuführen. Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Erweiterung der Tiefenschärfe und/oder zur Erweiterung des Zoombereichs gespeichert ist. In einem weiteren Aspekt wird eine elektronische Steuereinheit vorgeschlagen, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium mit dem besagten Computerprogramm umfasst.
• Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren sind gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen vorteilhaft. Eine Kompensation von Bildfeldwölbung kann ermöglicht werden. So können weitere Freiheitsgrade zur Ausgestaltung von optischen Systemen ermöglicht werden. Eine Veränderung des Abstandes Objekt zu Objektiv durch Bewegung des gesamten optischen Systems bei einer Aufnahme eines Bildstapels für verschiedene z-Positionen entlang der optischen Achse kann vermieden werden. So kann die Aufnahmegeschwindigkeit erhöht und der Verschleiß verringert werden.
• Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
• Ausführungsform 1: Optisches System zur Abbildung mindestens eines Objekts, wobei das optische System mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element umfasst, wobei das optische System mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen, wobei die Stelleinrichtung weiter eingerichtet ist, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen, wobei das optische System eingerichtet ist, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene abzubilden, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$
  
  erfüllen.
• Ausführungsform 2: Optisches System nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische System eingerichtet ist, eine Vielzahl von Objektebenen einzustellen, wobei das optische System eingerichtet ist, für jede der eingestellten Objektebenen das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in die Bildebene abzubilden.
• Ausführungsform 3: Optisches System nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System mindestens ein Sensorelement umfasst, das Sensorelement eingerichtet ist, um aus mindestens einer ersten Objektebene mindestens ein erstes Bild des Objekts aufzunehmen und aus mindestens einer zweiten Objektebene mindestens ein zweites Bild des Objekts aufzunehmen, wobei das optische System mindestens eine Auswerteeinheit umfasst, welche eingerichtet ist, aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild eine Bild erweiterter Tiefenschärfe des Objekts zu erzeugen. Ausführungsform 4: Optisches System nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Stelleinrichtung eingerichtet ist, das erste optische Element und/oder das zweite optische Element schrittweise entlang der optischen Achse zu bewegen und die Objektebenen einzustellen.
• Ausführungsform 5: Optisches System nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Zoomschrittgröße zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes zu bestimmen, wobei die Zoomschrittgröße abhängig von dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}zoom}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}zoom}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes Δα ≡ 0 ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, .
• Ausführungsform 6: Optisches System nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen und die Objektebenen mit der Tiefenschärfe-Schrittgröße einzustellen, wobei die Tiefenschärfe-Schrittgröße abhängig von dem vorbestimmten Abbildungsmaßstab ist.
• Ausführungsform 7: Optisches System nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}EDOF}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}EDOF}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei Δβ =0, Δα = Δz., wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
• Ausführungsform 8: Optisches System nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System eine erste Antriebseinheit und eine zweite Antriebseinheit aufweist, wobei die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit eingerichtet sind, das erste optische Element und das zweite optische Element unabhängig voneinander anzusteuern, wobei die erste und die zweite Antriebseinheit eingerichtet sind, das erste optische Element und das zweite optische Element unabhängig voneinander entlang der optischen Achse zu bewegen.
• Ausführungsform 9: Optisches System nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische System eingerichtet ist für mindestens eine der eingestellten Objektebenen den Abbildungsmaßstab des Objekts in die Bildebene unter Nutzung einer Änderung eines Abstandes des Objekts zu dem optischen System zu ändern.
• Ausführungsform 10: Optisches System nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Steuereinheit eingerichtet, ist eine erste Abstandsschrittgröße ΔS_1,Abstand zur Verschiebung des ersten optischen Elements und eine zweite Abstandsschrittgröße ΔS_2,Abstand zur Verschiebung des zweiten optischen Elements und eine Richtung der Änderung zu bestimmen aus $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}Abstand}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}Abstand}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements S₁ und des zweiten optischen Elements S₂ sind, wobei Δβ≠0 und Δα=Δz wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
• Ausführungsform 11: Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate eines Objekts umfassend ein optisches System zur Abbildung des Objekts, wobei das optische System mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element umfasst, wobei das optische System mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen, wobei die Stelleinrichtung weiter eingerichtet ist, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen, wobei das optische System eingerichtet ist, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene abzubilden, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$
  
  erfüllen.
• Ausführungsform 12: Mikroskop umfassend mindestens ein optisches System zur Abbildung des Objekts, wobei das optische System mindestens ein erstes optisches Element und mindestens ein zweites optisches Element umfasst, wobei das optische System mindestens eine Stelleinrichtung mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements einzustellen, wobei die Stelleinrichtung weiter eingerichtet ist, das erste optische Element und das zweite optische Element relativ zueinander entlang der optischen Achse zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen einzustellen, wobei das optische System eingerichtet ist, das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen in einer Bildebene abzubilden, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$
  
  erfüllen.
• Ausführungsform 13: Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe mindestens einer Abbildung mindestens eines Objekts, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
  • - Einstellen eines vorbestimmten Abbildungsmaßstabes durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements und mindestens eines zweites optischen Elements relativ zueinander entlang einer optischen Achse;
  • - Einstellen mindestens zweier verschiedener Objektebenen mit einer Stelleinrichtung, wobei die Stelleinrichtung mindestens zwei Antriebseinheiten aufweist, wobei die Stelleinrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten aufweist, wobei das erste optische Element und das zweite optische Elements derart relativ zueinander entlang einer optischen Achse bewegt werden, dass das Objekt für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in eine Bildebene abgebildet wird, wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements bestimmt wird aus dem Zusammenhang
  $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$
  
  erfüllen, wobei Δβ=0 und Δα=Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist. Ausführungsform 14: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Verfahren weiter die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
  • - Aufnehmen mindestens eines ersten Bildes des Objekts aus mindestens einer ersten Objektebene und mindestens eines zweiten Bildes des Objekts aus mindestens einer zweiten Objektebene;
  • - Erzeugen eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe des Objekts aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild mit mindestens einer Auswerteeinheit.
• Ausführungsform 15: Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs eines optischen Systems, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
  • - Einstellen mindestens einer Objektebene durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements und mindestens eines zweites optischen Elements des optischen Systems relativ zueinander entlang einer optischen Achse;
  • - Ändern des Abbildungsmaßstabs des Objekts für die eingestellte Objektebene in einer Bildebene unter Nutzung der Änderung eines Abstandes des Objekts zu mindestens einem Objektiv des optischen Systems wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements bestimmt wird aus dem Zusammenhang
  $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$
  
  wobei S₁ das erste optische Element und S₂ das zweite optische Element ist, wobei Δß eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements sind, wobei das erste optische Element und das zweite optische Element $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$
  
  erfüllen, wobei Δβ≠0 und Δα=Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist
• Ausführungsform 16: Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe nach einer der vorhergehenden, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe betreffenden Ausführungsformen durchzuführen und/oder welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs nach der vorhergehenden Ausführungsform durchzuführen.
• Ausführungsform 17: Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach der vorhergehenden Ausführungsform gespeichert ist.
• Ausführungsform 18: Elektronische Steuereinheit, welche ein elektronisches Speichermedium nach der vorhergehenden Ausführungsform umfasst.
• Figurenliste
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
• Im Einzelnen zeigen:
• 1 ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems;
• 2A bis 2C eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem Zoombereich von 0,8 bis 10,0 und mit einem Objektiv 1,6x;
• 3 A bis 3 D Simulationsergebnisse: Abhängigkeit der Änderung der Objektfokussierung von dem Abbildungsmaßstab, Abhängigkeit der Änderung des Abbildungsmaßstabes von dem Abbildungsmaßstab; Abhängigkeit der Determinante der Matrix der Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften eines ersten optischen Elements und eines zweiten optischen Elements von dem Abbildungsmaßstab, Abhängigkeit des Abbildungsmaßstabes von der Verschiebung des ersten optischen Elements und des zweiten optischen Elements;
• 4A bis 4E Bewegungscharakteristiken für das erste optische Element und das zweite optische Element;
• 5A bis 5E eine Ausführungsform des optischen Systems mit einem erweiterten Zoombereich von 0,6 bis 10,04; und
• 6 Abstände der optischen Elemente des optischen Systems gemessen zur nominellen Objektentfernung für einen regulären Zoombereich und einen erweiterten Zoombereich als Funktion des Abbildungsmaßstabes.
• Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optischen Systems 110 zur Abbildung mindestens eines Objekts 112. Beispielsweise kann das Objekt 112 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem zu vermessenden Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, sein. Auch andere Objekte sind jedoch denkbar.
• In 1 ist eine Ausführungsform gezeigt, in welcher das optische System mindestens ein Objektiv 114 und mindestens ein Zoomsystem 116 aufweist. In dieser Ausführungsform umfasst das Zoomsystem 116 genau zwei bewegliche optische Element, ein erstes optisches Element 118 und ein zweites optisches Element 120. Das optische System 110 weist mindestens eine Stelleinrichtung 122 mit mindestens zwei Antriebseinheiten 124 auf. Die Stelleinrichtung 122 weist mindestens eine Steuereinheit 126 zur Steuerung der Antriebseinheiten 124 auf. In 1 sind die Stelleinrichtung 122 und die Antriebseinheiten 124 schematisch dargestellt durch Verbindungen zur Steuereinheit 126 und Bewegungspfeile 128. Die Stelleinrichtung 122 ist eingerichtet, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 relativ zueinander entlang einer optischen Achse 130 des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 einzustellen. Die Stelleinrichtung 122 ist weiter eingerichtet, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 relativ zueinander entlang der optischen Achse 130 zu bewegen und mindestens zwei verschiedene Objektebenen 132 einzustellen. Das optische System 110 ist eingerichtet das Objekt 112 für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen 132 in die Bildebene 134 abzubilden.
• Das optische System 110 kann eingerichtet sein, für mindestens eine der eingestellten Objektebenen 132 den Abbildungsmaßstab des Objekts 112 in einer Bildebene 134 unter Nutzung einer Änderung eines Abstandes des Objekts 112 zu dem optischen System 110, beispielsweise zu dem Objektiv 114, zu ändern.
• Das Objektiv 114 kann mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer oder mehreren Linsen, insbesondere eine Sammellinse, und ein oder mehrere Spiegel. Das Objektiv 114 kann ein Objektiv mit fester Brennweite sein. Das System 110 kann einen objektseitig telezentrischen Strahlengang aufweisen. Das Objektiv 114 kann ein objektseitig nicht telezentrisches Objektiv sein. Insbesondere kann das optische System 110 eingerichtet sein, seine Eintrittspupillenlage bei einer Bewegung der optischen Elemente zu variieren.
• Das erste optische Element 116 und das zweite optische Element 118 können zwei optische Komponenten, sogenannte Schiebegruppen oder Zoomglieder, des Zoomsystems sein, welche entlang einer optischen Achse beweglich angeordnet sind. Das erste optische Element 116 und das zweite optische Element 118 können axial bewegliche optische Baugruppen sein. Das erste optische Element 118 kann eine erste optische Baugruppe umfassen. Die erste optische Baugruppe kann eine negative Brechkraft aufweisen. Das erste optische Element 118 kann mindestens eine Linse oder mindestens eine Linsengruppe aufweisen. Das erste optische Element 118 kann mindestens eine Konvexlinse aufweisen. Das zweite optische Element 120 kann eine zweite optische Baugruppe umfassen. Die zweite optische Baugruppe kann eine negative Brechkraft aufweisen. Das zweite optische Element 120 kann mindestens eine Linse oder mindestens eine Linsengruppe aufweisen. Das zweite optische Element 120 kann mindestens eine Konkavlinse aufweisen. Das Zoomsystem 116 kann weitere optische Elemente aufweisen, insbesondere nicht bewegliche optische Elemente 136, beispielsweise weitere Linsengruppen und mindestens einen Zwischentubus.
• Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 relativ zueinander entlang der optischen Achse 130 des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 zu bewegen. Insbesondere kann die optische Achse 130 die optische Achse des optischen Systems 110 sein. Die optische Achse 130 kann beispielsweise eine Achse in z-Richtung sein. Eine Koordinate auf der optischen Achse 130 kann beispielsweise einer Objektentfernung entsprechen. Die Stelleinrichtung 122 kann mindestens eine Führung aufweisen. Die Stelleinrichtung 122 kann eine Führungsschiene aufweisen, beispielsweise eine gerade und/oder lineare Schiene. Die Stelleinrichtung 122 kann mindestens eine Halterung zur Befestigung des ersten optischen Elements 116 und des zweiten optische Elements 118 aufweisen, beispielsweise einen oder mehrere Schlitten, welche auf der Führung beweglich gelagert sind. Die Stelleinrichtung 122 kann mindestens einen ersten Schlitten zur Aufnahme des ersten optischen Elements 118 und mindestens einen zweiten Schlitten zur Aufnahme des zweiten optischen Elements 120 aufweisen. Die Antriebseinheiten 124 können motorgesteuerte Antriebseinheiten sein. Insbesondere kann das Zoomsystem 110 ein motorgesteuertes Zoomsystem sein. Die Antriebseinheiten 124 können eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und/oder das zweite optische Element 120 kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der optischen Achse 130 zu bewegen. Die Antriebseinheiten 124 können eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und/oder das zweite optische Element 120 schrittweise entlang der optischen Achse 130 zu bewegen. Die Antriebseinheiten 124 können mindestens einen Schrittmotor aufweisen. Die Antriebseinheiten 124 können eingerichtet sein, dass das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Antriebseinheiten 124 können eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 unabhängig voneinander entlang der optischen Achse 130 zu bewegen. Beispielsweise kann das erste optische Element 118 mit einer ersten Antriebseinheit gekoppelt sein und das zweite optische Element 120 mit einer zweiten Antriebseinheit gekoppelt sein. Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 gleichzeitig zu bewegen. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, um mindestens eine erste Schrittgröße für das erste optische Element 118 und mindestens eine zweite Schrittgröße für das zweite optische Element 120 zu bestimmen. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, die Antriebseinheiten 124 anzusteuern. Die Steuereinheit 126 kann mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, die Komponenten des optischen Systems 110 anzusteuern. Die Steuereinheit 126 kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuereinheit 126 kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, die Antriebseinheiten 124 anzusteuern und zu kontrollieren. Zwischen der Stelleinrichtung 122 und der Steuereinheit 126 können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen 138 vorgesehen sein.
• Die Stelleinrichtung 122 ist eingerichtet, den mindestens einen Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 relativ zueinander entlang der optischen Achse 130 einzustellen. Beispielsweise kann ein Element ausgewählt aus dem ersten optischen Element 118 und dem zweiten optischen Element 120 feststehen, und das andere optische Element entlang der optischen Achse 130 bewegt werden. Bevorzugt können das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 entlang der optischen Achse 130 bewegt werden. Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, Positionen des ersten optischen Elementes 118 und des zweiten optischen Elements 120 entlang der optischen Achse 130 einzustellen und/oder zu verändern. Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 124 in mindestens einer Zoomposition anzuordnen. Das erste optische Element 118 kann als ein erstes Zoomglied, auch als erste Schiebegruppe bezeichnet, des Zoomsystems 116 und das zweite optische Element 120 kann als ein zweites Zoomglied, auch als zweite Schiebegruppe bezeichnet, des Zoomsystems 116 ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Zoomsystem 116 eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der optischen Achse 130 zu bewegen und mindestens einen Abbildungsmaßstab einzustellen. Beispielsweise kann das Zoomsystem 116 eingerichtet sein, eine Zoomfahrt durchzuführen, in welcher eine Vielzahl von Abbildungsmaßstäben nacheinander eingestellt wird.
• Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein das optische System 110 in mindestens zwei Betriebsarten, durch Einstellen mindestens eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus dem ersten optischen Element 118; dem zweiten optischen Element 120 und einem z-Trieb, zu betreiben. In einer ersten Betriebsart kann das optische System 110 eingerichtet sein einen variablen Abbildungsmaßstab bei gleichbleibender Fokussierung auf eine definierte Objektebene zu erzeugen. In einer zweiten Betriebsart kann das optische System 110 eingerichtet sein, eine variable Fokussierung auf verschiedene Objekteneben bei gleichbleibendem Abbildungsmaßstab zu erzeugen. Das optische System 110 kann eingerichtet sein sowohl unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe als auch Abbildungen von Objekten 112 mit unterschiedlichen Abständen von dem optischen System 110 in frei wählbarer Kombination auszuführen.
• Das optische System 110 kann beispielsweise in der ersten Betriebsart eingerichtet sein eine Zoomfahrt, insbesondere eine kontinuierliche Zoomfahrt für eine feste Objektebene oder eine diskrete Zoomfahrt für eine feste Objektebene durchzuführen. Die zweite Betriebsart kann beispielsweise eine abstandsvariable Betriebsart sein, in welchem das optische System eingerichtet ist mindestens eines von einem kontinuierlichen Z-Stack, einem diskreten Z-Stack, einer kontinuierlichen Tiefenfahrt und eine diskrete Tiefenfahrt, einem Objektfinder durchzuführen. Auch weitere Betriebsarten sind jedoch denkbar.
• Beispielsweise kann das optische System 110 eingerichtet sein eine Zoomfahrt, kontinuierlich oder diskret, durchzuführen. Wie in den 2A bis 2C gezeigt, kann das optische System 110 eingerichtet sein das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart relativ zueinander zu bewegen, insbesondere zu einander anzuordnen, dass ein Zoombereich von 0,8 bis 10,0, im Folgenden nomineller Zoombereich genannt, eingestellt werden kann. Das optische System 110 umfasst in dieser Ausführungsform ein Objektiv 114 mit einer Brennweite von 50 mm und einer Vergrößerung von 1,6x. Das optische System 110 kann eine Vielzahl von festen optischen Elementen 136 aufweisen, beispielsweise eine erste feste Linsengruppe 160, eine zweite feste Linsengruppe 162 und eine Tubuslinse 164. Die Tubuslinse 164 kann eine Brennweite von 200 mm haben. Weiter kann das optische System 110 mindestens eine Blende 166 aufweisen. Das optische System 110 kann beispielsweise als ein in DE 10359733 A1 oder WO 2006/037474 A1 beschriebenes Zoomsystem ausgestaltet sein. 2A zeigt Positionen der optischen Elemente entlang der optischen Achse für einen Zoom von 10x, 2B für einen Zoom von 2,5x und 2C für einen Zoom von 0,8x. Das Objektiv ändert den Abbildungsmaßstab des Zoom um Faktor 1,6x.
• Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, eine Zoomschrittgröße zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes zu bestimmen, wobei die Schrittgröße abhängig von dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ist. Die Steuereinheit 126 kann insbesondere eingerichtet sein, eine erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom zur Bewegung des ersten optischen Elements 118 und eine zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zur Verschiebung des zweiten optischen Elements 120 zu bestimmen. Eine Wirkung der Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}zoom}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}zoom}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element 118, insbesondere die erste Schiebegruppe, und S₂ das zweite optische Element 120, insbesondere die zweite Schiebegruppe, ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes Δα ≡ 0 ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 sind. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, die erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom und die zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten optischen Element 118 und zweiten optischen Elements 120 auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab, insbesondere unter Berücksichtigung von verschiedenen Interpretationen der rechten Seiten der Gleichungen. Die Analyse kann online erfolgen, insbesondere während eines Betriebs des optischen Systems 110. Das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 erfüllen $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  

  Die erste Zoomschrittgröße und die zweite Zoomschrittgröße können für jeden Abbildungsmaßstab bestimmt, insbesondere vorbestimmt, werden und als diskrete Werte über den Abbildungsmaßstab tabelliert in dem Datenspeicher der Steuereinheit 126 gespeichert sein. So kann eine schnelle Verfügbarkeit der Schrittgröße und eine schnelle Zoomfahrt ermöglicht werden.
• Beispielsweise kann das optische System 110 eingerichtet sein einen Z-Stack, kontinuierlich oder diskret, durchzuführen. Wie in 1 dargestellt, kann die Stelleinrichtung 122 eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart relativ zueinander entlang der optischen Achse 130 zu bewegen, dass mindestens eine erste Objektebene 140 und mindestens eine zweite Objektebene 142 einstellbar sind und dass für die erste Objektebene 140 und die zweite Objektebene 142 das Objekt 112 für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in die Bildebene 134 abbildbar ist. Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, die erste Objektebene 140 und die zweite Objektebene 142 schrittweise einzustellen, beispielsweise mit fester oder variabler Schrittgröße, im Folgendem Tiefenschärfe-Schrittgröße genannt. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen, wobei die Tiefenschärfe-Schrittgröße abhängig von dem vorbestimmten Abbildungsmaßstab ist. Die Steuereinheit 126 kann insbesondere eingerichtet sein, eine erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF zur Bewegung des ersten optischen Elements 118 und eine zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zur Verschiebung des zweiten optischen Elements 120 zu bestimmen. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können abhängig von dem Abbildungsmaßstab sein. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können variabel sein, insbesondere können sich die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und/oder die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße für den jeweiligen Abbildungsmaßstab ändern. Die Wirkung der Bewegung des ersten und zweiten optischen Elements auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}EDOF}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}EDOF}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei S₁ das erste optische Element 118 , insbesondere die erste Schiebegruppe, und S₂ das zweite optische Element 120, insbesondere die zweite Schiebegruppe, ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften der ersten und der zweiten Schiebegruppe sind, wobei Δβ = 0 und Δα= Δz erfüllen und Δz die Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab, insbesondere unter Berücksichtigung von verschiedenen Interpretationen der rechten Seiten der Gleichungen. Die Analyse kann online erfolgen, insbesondere während eines Betriebs des optischen Systems 110.
• Das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 erfüllen die Bedingung $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  

  Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können für eine vorgegebene und/oder vorgebbare Änderung der Objektebene Δz bestimmt werden. Die erste Tiefenschärfe-Schrittgröße und die zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße können für jeden Abbildungsmaßstab bestimmt, insbesondere vorbestimmt, werden und über den Abbildungsmaßstab tabelliert in dem Datenspeicher der Steuereinheit 126 gespeichert sein. So kann eine schnelle Verfügbarkeit und eine schnelle Einstellung der Objektebenen ermöglicht werden.
• Das optische System 110 kann mindestens ein Sensorelement 144 umfassen. Das Sensorelement 144 kann beispielsweise einen CCD-Sensor und/oder einen CMOS-Sensor und/oder eine Einrichtung zum Scannen des Bildfeldes mit einem Punktsensor umfassen.
• Die Stelleinrichtung 122 kann eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart relativ zueinander entlang der optischen Achse 130 zu bewegen, dass die mindestens eine erste Objektebene 140 und die mindestens eine zweite Objektebene 142 einstellbar sind und dass für die erste Objektebene 140 und die zweite Objektebene 142 das Objekt 112 für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab auf das Sensorelement 144 abbildbar ist. Das Sensorelement 144 kann eingerichtet sein, aus der ersten Objektebene 140 mindestens ein erstes Bild des Objekts 112 aufzunehmen und aus der zweiten Objektebene 142 mindestens ein zweites Bild des Objekts 112 aufzunehmen. Das optische System 110 kann eingerichtet sein, eine Vielzahl von Objektebenen 132 einzustellen und das Objekt 112 für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab auf das Sensorelement 144 abzubilden. Das Sensorelement 144 kann eingerichtet sein, mindestens ein Bild des Objekts für die jeweils eingestellte Objektebene aufzunehmen und so einen Bildstapel zu erzeugen. Das optische System 110, insbesondere die Steuereinheit 126, kann mindestens eine Auswerteeinheit 146 umfassen, welche eingerichtet ist, aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild ein Bild erweiterter Tiefenschärfe des Objekts 112 zu erzeugen. Die Auswerteeinheit 146 kann mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um das Sensorelement anzusteuern. Die Auswerteeinheit 146 kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Auswerteeinheit 146 kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die kombinierte Abbildung kann ein Bild mit erweiterter Tiefenschärfe sein. Die Auswerteeinheit 146 kann eingerichtet sein, in dem ersten Bild und dem zweiten Bild Bereiche mit maximalem Kontrast oder einem Kontrast oberhalb eines vorbestimmten und/oder vorgegebenen Grenzwertes zu erkennen und auszuwählen. Die Auswerteeinheit 146 kann eingerichtet sein, diese Bereiche von anderen Bereichen des ersten Bildes und des zweiten Bildes zu trennen. Die Auswerteeinheit 146 kann eingerichtet sein, die ausgewählten Bereiche zu eine Bild mit erweiterter Tiefenschärfe zusammenzufügen. Die Auswerteeinheit 146 kann mindestens eine Bildverarbeitungseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Bildverarbeitungsalgorithmus durchzuführen.
• Das Sensorelement 144 und die Auswerteeinheit 146 können als getrennte Komponenten ausgestaltet sein. Zwischen dem Sensorelement 144 und der Auswerteeinheit 146 können eine oder mehrere elektronische Verbindungen vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit 146 kann ganz oder teilweise in das Sensorelement 144 integriert sein. Das Sensorelement 144 kann beispielsweise direkt oder indirekt mit der Auswerteeinheit 146 verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit 146 jedoch auch ganz oder teilweise am Ort des Sensorelements 144 angeordnet sein, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers, und/oder kann ganz oder teilweise in das Sensorelement 144 integriert sein.
• Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, eine Aufnahme des ersten Bildes und des zweiten Bildes und eine Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 zu synchronisieren. Beispielsweise kann eine Aufnahme vor und/oder nach und/oder während einer Bewegung des ersten optischen Elements 118 und/oder des zweiten optischen Elements 120 erfolgen. Die Steuereinheit 126 und/oder die Auswerteeinheit 146 können eingerichtet sein, eine Zoomschrittgröße und/oder eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen und das Sensorelement 144 derart anzusteuern, dass eine Aufnahme jeweils nach einem oder mehreren der Zoomschritte und/oder Tiefenschärfe-Schritten erfolgt. Beispielsweise kann die Synchronisation von Bildaufnahme und Bewegung der optischen Elemente über eine externe Ansteuerung erfolgen, beispielsweise automatisch und/oder manuell durch einen Benutzer. Die externe Ansteuerung kann beispielsweise mit der Steuereinheit 126 und/oder der Auswerteeinheit 146, insbesondere mindestens einer Schnittstelle der Steuereinheit 126 und/oder der Auswerteeinheit 146, verbunden sein.
• Die 3A bis 3D zeigen Ergebnisse von Simulationen der Bewegungscharakteristik zur Erweiterung der Tiefenschärfe. Für den experimentellen Aufbau wurde der Zoom aus einem Stereomikroskop erhältlich unter SteREO Discovery.V12 mit einem Plan S 1,0x Objektiv von Carl Zeiss verwendet. In den 3A bis 3B ist β<0, während in den übrigen Figuren β>0 gewählt wurde.
• 3A zeigt die Abhängigkeit der Änderung der Objektfokussierung Δα von dem Abbildungsmaßstab β für zwei axial bewegliche Linsengruppen des Stereomikroskops, welche entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als erstes optisches Element 118 (Bezugsziffer 152) und zweites optisches Element 120 (Bezugsziffer 150) in einem Strahlengang des Stereomikroskops angeordnet sind.
• 3B zeigt die Abhängigkeit der Änderung des Abbildungsmaßstabes Δβ von dem Abbildungsmaßstab β für zwei axial bewegliche Linsengruppen des Stereomikroskops, welche entsprechend dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als erstes optisches Element 118 (Bezugsziffer 152) und zweites optisches Element 120 (Bezugsziffer 150) in einem Strahlengang des Stereomikroskops angeordnet sind.
• 3C zeigt eine Abhängigkeit von det A von dem Abbildungsmaßstab β wobei det $\text{A}=\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|.$

  

  Mit det A ≠0 können für das Stereomikroskop Zoomschrittgröße, Schärfetiefe-Schrittgröße und Abstandsschrittgröße des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 mittels der oben beschriebenen Zusammenhänge für die Bestimmung der Zoomschrittgröße, der Bestimmung der Schärfetiefe-Schrittgröße und der Abstandsschrittgröße eindeutig bestimmt werden.
• 3D, Kurve 154 zeigt eine notwendige Änderung der Position z in mm des ersten optischen Elements 118 zur Änderung der Fokusposition 1TL = λ/nA², wobei TL die wellenoptische Tiefenschärfe ist mit λ = 546e-6 und nA die objektseitige Apertur ist, als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß mit einem Objektiv mit Vergrößerung 1x. Kurve 156 zeigt eine notwendige Änderung der Position des zweiten optischen Elements 120 zur Änderung der Fokusposition 1TL als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß mit einem Objektiv mit Vergrößerung 1x. Weiter zeigt 3D eine Abhängigkeit der wellenoptischen Tiefenschärfe 1TL als Funktion des Abstands z (Bezugsziffer 158). Das optische System 110 kann beispielsweise als ein in DE 10359733 A1 beschriebenes Zoomsystem ausgestaltet sein.
• 4A bis 4E zeigen Bewegungscharakteristiken zur Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optische Element 120, dass zur Einstellung einer Vielzahl von Objektebenen für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für ein System nach DE 10359733 A1 und ein Objektiv 1,6x f'=50mm nach WO 2006/037474 A1 . Die Angaben für die Zoomvergrößerung referenzieren auf ein System mit Objektiv 1x. 4A zeigt einen relativen Abstand drei in mm als Funktion des Abbildungsmaßstab ß für das erste optische Element (Kurve 170) und für das zweite optische Element (Kurve 172). Der relative Abstand des ersten optischen Elements 118 wird gemessen am objektseitigen Linsenscheitel des ersten optischen Elements 118 zum bildseitigen Linsenscheitel der ersten festen Linsengruppe 160. Der relative Abstand des zweiten optischen Elements 120 wird gemessen am objektseitigen Linsenscheitel des zweiten optischen Elements 120 zur Blende 166. 4B zeigt den relativen Abstand drei des ersten optischen Elements 118 gemessen am objektseitigen Linsenscheites zum bildseitigen Linsenscheitel der ersten festen Linsengruppe 160 in Abhängigkeit von der Position der Objektebene, hier als Δz_obj bezeichnet, aufgetragen über einem Bereich +/- 10 TL für vier eingestellte Abbildungsmaßstäbe ß = 0,8 (Kurve 174), ß = 2,0(Kurve 176), ß = 5,0(Kurve 178), ß=10,0(Kurve 180). 4C zeigt den relativen Abstand drei des zweiten optischen Elements 120 gemessen am objektseitigen Linsenscheites zum bildseitigen Linsenscheitel der ersten festen Linsengruppe 160 in Abhängigkeit von der Position der Objektebene Δz_obj aufgetragen über einem Bereich +/- 10 TL für vier eingestellte Abbildungsmaßstäbe ß = 0,8 (Kurve 182), ß = 2,0 (Kurve 184), ß = 5,0 (Kurve 186), ß=10,0 (Kurve 188). 4D zeigt für die Steigungen m der 4B (Kurve 190) und 4C (Kurve 192) als Funktion des Abbildungsmaßstab ß. 4D zeigt, dass für Änderung der Objektfokussierung < ± 3 TL eine lineare Approximation der Bewegung ausreicht. 4E zeigt die Bewegung z in mm des zweiten optischen Elements 120 in Abhängigkeit von der Position des ersten optischen Elements 118 für vier eingestellte Abbildungsmaßstäbe ß = 0,8 (Kurve 194), ß = 2,0(Kurve 196), ß = 5,0(Kurve 198), ß=10,0(Kurve 200).für größere ± Δz.
• Das optische System 110 kann eingerichtet sein das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart relativ zueinander zu bewegen, insbesondere zu einander anzuordnen, dass ein, im Vergleich zu dem nominellen Zoombereich, erweiterter Zoombereich von 0,6 bis 10,04 eingestellt werden kann. 5A zeigt Positionen der optischen Elemente entlang der optischen Achse für einen Zoom von 10,04x, 5B für einen Zoom von 10,0x, 5C für einen Zoom von 2,5x, 5D für einen Zoom von 0,8x und 5E für einen Zoom von 0,6x. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart anzuordnen, dass für den nominellen Zoombereich das optische System 110 auf eine nominelle Objektentfernung 168 fokussiert. Zur Erweiterung des Zoombereichs kann die Steuereinheit 126 eingerichtet sein, den Abstand, insbesondere die Objektentfernung, durch Verschieben des Objekts 112 und/oder des Objektivs 114 und des Zoomsystems 116 zu ändern. Weiter kann die Steuereinheit 126 eingerichtet sein, das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120 derart relativ zueinander zu bewegen, dass die Fokussierung für die geänderte Objektentfernung erhalten bleibt. Das Objekt 112 in der geänderten Objektentfernung kann in der, bezogen auf die nominelle Objektentfernung 168, fixen Bildebene 134 mit einem Abbildungsmaßstab ß' außerhalb des nominellen Zoombereiches abgebildet werden, so dass sich der Zoombereich erweitert. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, die für die Einstellung des Abbildungsmaßstabes und Fokussierung notwendigen Bewegungen des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 zu bestimmen und den Abstand Objekt 112 zu Objektiv 114 zu ändern und die jeweiligen Antriebe zu steuern. Die Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 kann gleichzeitig, nachfolgend oder vor einer Änderung des Abstandes erfolgen.
• Das optische System 110 kann eingerichtet sein, durch ein Verschieben des Objektivs 114 und des Zoomsystems 116 entlang der optischen Achse 130 und/oder durch ein Verschieben des Objekts 112 entlang der optischen Achse 130 den Objektabstand zu ändern. Das optische System 110 kann mindestens eine Führungseinheit aufweisen, wobei die Führungseinheit eingerichtet ist, das Zoomsystem 116 und das Objektiv 114 entlang der optischen Achse 130 zu verschieben und/oder das Objekt 112 entlang der optischen Achse 130 zu verschieben. Die Führungseinheit kann in die Stelleinrichtung 122 integriert sein. Die Führungseinheit kann eine Führungsschiene aufweisen. Die Führungseinheit kann beispielsweise in einem Messtisch integriert sein, auf welchem das Objekt 112 angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, einen Abstand des Objekts 112 zu optischen System 110, beispielsweise dem Objektiv 114, zu ändern. Die Führungseinheit kann eine motorgesteuerte Antriebseinheit aufweisen. Die Führungseinheit kann einen sogenannten z-Antrieb umfassen, welcher eingerichtet ist, das Objektiv 114 und das Zoomsystem 116 entlang einer z-Richtung axial zu bewegen. Die Führungseinheit kann eingerichtet sein, eine Position des Objekts 112 und/oder der Objektivs 114 und des Zoomsystems 116 kontinuierlich oder diskret einzustellen. Das optische System 110 kann eingerichtet sein, einen regulären Zoombereich durch Verschieben des Objekts 112 und/oder des Objektivs 114 und des Zoomsystems 116 zu vergrößern. Insbesondere kann an den Zoomenden, d.h. Positionen des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 mit maximalem Abbildungsmaßstab, durch Verschieben des Objekts 112 und/oder des Objektivs 114 und des Zoomsystems 116 der reguläre Zoombereich vergrößert werden.
• Die Führungseinheit kann eingerichtet sein, zur Änderung des Abstandes Objekt 112 zu System umfassend Objektiv 114 und Zoomsystem 116 das Objekt 112 und/oder das System schrittweise entlang der optischen Achse 130 zu bewegen, beispielsweise mit fester oder variabler Schrittgröße. Die Führungseinheit kann von der Steuereinheit 126 angesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich, kann das optische System 110 eine weitere Steuereinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, die Führungseinheit anzusteuern. Die weitere Steuereinheit kann in die Steuereinheit 126 der Stelleinrichtung 122 integriert sein.
• Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, eine Abstandsschrittgröße zur Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 zu bestimmen, wobei die Abstandsschrittgröße abhängig von der Fokussierung und dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ß' ist. Die Wirkung der Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab kann beschrieben werden durch den Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}Abstand}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}Abstand}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

  

  wobei Δß eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 sind. Es gelten die Bedingungen Δβ≠0 und Δα=Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, eine Verschiebung, insbesondere eine erste Abstandsschrittgröße ΔS_1,Abstand zur Verschiebung des ersten optischen Elements 118 und eine zweite Abstandsschrittgröße ΔS_2,Abstand zur Verschiebung des zweiten optischen Elements 120, und eine Richtung der Änderung des Abstandes des optischen Systems 110 zu dem Objekt 112 zu bestimmen aus einer Analyse der Beschreibung der Wirkung der Bewegung des ersten optischen Elements 118 und des zweiten optischen Elements 120 auf Fokussierung und Abbildungsmaßstab. Die Steuereinheit 126 kann eingerichtet sein, bei der Bestimmung der Änderung mindestens eine Randbedingung zu berücksichtigen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mechanische Eigenschaften der Stelleinrichtung, wie Ausmaße der Schlitten und Führungslängen der optischen Elemente, zulässige Fokusverschiebung, Vignettierung. Das optische System 110, insbesondere das erste optische Element 118 und das zweite optische Element 120, erfüllt $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0.$

  
• Die nachfolgende Tabelle zeigt ein Beispiel einer Anordnung der optischen Elemente innerhalb des nominellen Zoombereichs und in dem erweiterten Zoombereich.

  Abbildungsmaßstab	Abstand des Objekts zum ersten Linsenscheitel des Objektivs	Abstand des ersten optischen Elements zum ersten Linsenscheitel des Objektivs	Abstand des zweiten festen optischen Elements zum ersten Linsenscheitel des Objektivs	Abstand des zweiten optischen Elements zum ersten Linsenscheitel des Objektivs	Abstand der Bildebene zum ersten Linsenscheitel des Objektivs
  0,60	8,59	156,90	238,55	249,70	517,00
  0,80	31,36	156,90	238,55	248,85	517,00
  1,00	31,36	165,80	238,55	250,35	517,00
  1,25	31,36	173,82	238,55	252,03	517,00
  1,60	31,36	181,82	238,55	254,12	517,00
  2,00	31,36	188,33	238,55	256,23	517,00
  2,50	31,36	194,27	238,55	258,56	517,00
  3,20	31,36	200,26	238,55	261,39	517,00
  4,00	31,36	205,23	238,55	264,15	517,00
  5,00	31,36	209,87	238,55	267,02	517,00
  6,30	31,36	214,42	238,55	269,95	517,00
  7,99	31,36	219,02	238,55	272,56	517,00
  10,00	31,36	223,49	238,55	273,78	517,00
  10,04	34,73	223,49	238,55	246,74	517,00

• 6 zeigt für das Beispiels der vorstehenden Tabelle grafisch die Abstände d in mm der optischen Elemente des optischen Systems 110 gemessen zur nominellen Objektentfernung 168 für einen regulären Zoombereich und einen erweiterten Zoombereich als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß. Kurve 202 zeigt die Position der fixen Bildebene 134. Kurve 204 zeigt den Abstand des zweiten optischen Elements zum ersten Linsenscheitel des Objektivs 114 als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß. Kurve 206 zeigt die Position des zweiten festen optischen Elements 162. Kurve 208 zeigt den Abstand des ersten optischen Elements 118 zum ersten Linsenscheitel des Objektivs 114 als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß. Kurve 210 zeigt die Änderung des Abstands des Objekts 112 zum ersten Linsenscheitel des Objektivs 114 als Funktion des Abbildungsmaßstabes ß.
• Bezugszeichenliste

110

optisches System

112

Objekt

114

Objektiv

116

Zoomsystem

118

Erstes optisches Element

120

Zweites optisches Element

122

Stelleinrichtung

124

Antriebseinheit

126

Steuereinheit

128

Bewegungspfeile

130

optische Achse

132

Objektebene

134

Bildebene

136

nicht bewegliche optische Elemente

138

elektronische Verbindungen

140

erste Objektebene

142

zweite Objektebene

144

Sensorelement

146

Auswerteeinheit

148

Bewegungspfeil

150

Kurve

152

Kurve

154

Kurve

156

Kurve

158

Kurve

160

Erste feste Linsengruppe

162

Zweite feste Linsengruppe

164

Tubuslinse

166

Blende

168

Nominelle Objektentfernung

170

Kurve

172

Kurve

174

Kurve

176

Kurve

178

Kurve

180

Kurve

182

Kurve

184

Kurve

186

Kurve

188

Kurve

190

Kurve

192

Kurve

194

Kurve

196

Kurve

198

Kurve

200

Kurve

Claims (15)

1. Optisches System (110) zur Abbildung mindestens eines Objekts (112), wobei das optische System (110) mindestens ein erstes optisches Element (118) und mindestens ein zweites optisches Element (120) umfasst, wobei das optische System (110) mindestens eine Stelleinrichtung (122) mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens eine Steuereinheit (126) zur Steuerung der Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130) des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) einzustellen, wobei die Stelleinrichtung (122) weiter eingerichtet ist, das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) relativ zueinander entlang der optischen Achse (130) zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen (132) einzustellen, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen (132) in einer Bildebene (134) abzubilden, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

   

   wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

   

   erfüllen.
2. Optisches System (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, eine Vielzahl von Objektebenen (132) einzustellen, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, für jede der eingestellten Objektebenen (132) das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in die Bildebene (134) abzubilden.
3. Optisches System (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische System (110) mindestens ein Sensorelement (144) umfasst, das Sensorelement (144) eingerichtet ist, um aus mindestens einer ersten Objektebene (140) mindestens ein erstes Bild des Objekts (112) aufzunehmen und aus mindestens einer zweiten Objektebene (142) mindestens ein zweites Bild des Objekts (112) aufzunehmen, wobei das optische System (110) mindestens eine Auswerteeinheit (146) umfasst, welche eingerichtet ist, aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild ein Bild erweiterter Tiefenschärfe des Objekts (112) zu erzeugen.
4. Optisches System (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stelleinrichtung (122) eingerichtet ist, das erste optische Element (118) und/oder das zweite optische Element (120) schrittweise entlang der optischen Achse (130) zu bewegen und die Objektebenen (132) einzustellen.
5. Optisches System (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Zoomschrittgröße zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes zu bestimmen, wobei die Zoomschrittgröße abhängig von dem einzustellenden Abbildungsmaßstab ist, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, eine erste Zoomschrittgröße ΔS_1,zoom zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Zoomschrittgröße ΔS_2,zoom zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}zoom}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}zoom}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

   

   wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes Δα ≡ 0 ist, wobei ∂α(S₁) ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S1) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind.
6. Optisches System (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Tiefenschärfe-Schrittgröße zu bestimmen und die Objektebenen (132) mit der Tiefenschärfe-Schrittgröße einzustellen, wobei die Tiefenschärfe-Schrittgröße abhängig von dem vorbestimmten Abbildungsmaßstab ist, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine erste Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_1,EDOF zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Tiefenschärfe-Schrittgröße ΔS_2,EDOF zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}EDOF}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}EDOF}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

   

   wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei Δß = 0 und Δα= Δz erfüllen und Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
7. Optisches System (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische System (110) eingerichtet ist für mindestens eine der eingestellten Objektebenen (132) den Abbildungsmaßstab des Objekts (112) in die Bildebene unter Nutzung einer Änderung eines Abstandes des Objekts (112) zu dem optischen System (110) zu ändern.
8. Optisches System (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet, ist eine erste Abstandsschrittgröße ΔS_1,Abstand zur Verschiebung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Abstandsschrittgröße Δ_S2,Abstand zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) und eine Richtung der Änderung zu bestimmen aus $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{1,}Abstand}\\ \mathrm{\Delta }{S}_{\mathrm{2,}Abstand}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

   

   wobei Δß eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements S₁ und des zweiten optischen Elements S₂ sind, wobei Δβ≠0 und Δα=Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
9. Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate eines Objekts (112) umfassend ein optisches System (110) zur Abbildung des Objekts (112), wobei das optische System (110) mindestens ein erstes optisches Element (118) und mindestens ein zweites optisches Element (120) umfasst, wobei das optische System (116) mindestens eine Stelleinrichtung (122) mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens eine Steuereinheit (126) zur Steuerung der Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130) des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) einzustellen, wobei die Stelleinrichtung (122) weiter eingerichtet ist, das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) relativ zueinander entlang der optischen Achse (130) zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen (132) einzustellen, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen (132) in einer Bildebene (134) abzubilden, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

   

   wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

   

   erfüllen.
10. Mikroskop umfassend mindestens ein optisches System (110) zur Abbildung des Objekts (112), wobei das optische System (110) mindestens ein erstes optisches Element (118) und mindestens ein zweites optisches Element (120) umfasst, wobei das optische System (116) mindestens eine Stelleinrichtung (122) mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens eine Steuereinheit (126) zur Steuerung der Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) eingerichtet ist, einen vorbestimmten Abbildungsmaßstab durch Bewegen des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130) des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) einzustellen, wobei die Stelleinrichtung (122) weiter eingerichtet ist, das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) relativ zueinander entlang der optischen Achse (130) zu bewegen und so mindestens zwei verschiedene Objektebenen (132) einzustellen, wobei das optische System (110) eingerichtet ist, das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab für jede der eingestellten Objektebenen (132) in einer Bildebene (134) abzubilden, wobei die Steuereinheit (126) eingerichtet ist, eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) zu bestimmen aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

    

    wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

    

    erfüllen.
11. Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe mindestens einer Abbildung mindestens eines Objekts (112), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Einstellen eines vorbestimmten Abbildungsmaßstabes durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements (118) und mindestens eines zweites optischen Elements (120) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130); - Einstellen mindestens zweier verschiedener Objektebenen (132) mit einer Stelleinrichtung (122), wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens zwei Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei die Stelleinrichtung (122) mindestens eine Steuereinheit (126) zur Steuerung der Antriebseinheiten (124) aufweist, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Elements (120) derart relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130) bewegt werden, dass das Objekt (112) für den vorbestimmten Abbildungsmaßstab in eine Bildebene (134) abgebildet wird, wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) bestimmt wird aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

    

    wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δβ eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

    

    erfüllen, wobei Δβ =0 und Δα = Δz., wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
12. Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs eines optischen Systems (110), wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Einstellen mindestens einer Objektebene (132) durch Bewegen mindestens eines ersten optischen Elements (118) und mindestens eines zweites optischen Elements (120) des optischen Systems (110) relativ zueinander entlang einer optischen Achse (130); - Ändern des Abbildungsmaßstabs des Objekts (112) für die eingestellte Objektebene (132) in einer Bildebene (134) unter Nutzung der Änderung eines Abstandes des Objekts (112) zu mindestens einem Objektiv (114) des optischen Systems (110) wobei eine Schrittgröße ΔS₁ zur Bewegung des ersten optischen Elements (118) und eine zweite Schrittgröße ΔS₂ zur Verschiebung des zweiten optischen Elements (120) bestimmt wird aus dem Zusammenhang $$\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\times \left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }{S}_1\\ \mathrm{\Delta }{S}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta }\alpha \\ \mathrm{\Delta }\beta \end{array}\right],$$

    

    wobei S₁ das erste optische Element (118) und S₂ das zweite optische Element (120) ist, wobei Δß eine Änderung des Abbildungsmaßstabs und Δα eine Änderung der Objektfokussierung ist, wobei ∂α(S₁), ∂α(S₂), ∂β(S₁) und ∂β(S₁) bekannte und/oder bestimmbare Fokussierungs- und Vergrößerungseigenschaften des ersten optischen Elements (118) und des zweiten optischen Elements (120) sind, wobei das erste optische Element (118) und das zweite optische Element (120) $\left|\left[\begin{array}{cc}\partial \alpha \left(S_1\right)& \partial \alpha \left(S_2\right)\\ \partial \beta \left(S_1\right)& \partial \beta \left(S_2\right)\end{array}\right]\right|\ne 0$

    

    erfüllen, wobei Δβ ≠0 und Δα = Δz, wobei Δz eine Änderung der Objektebene entlang der optischen Achse ist.
13. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe nach einem der vorhergehenden, ein Verfahren zur Erzeugung eines Bildes erweiterter Tiefenschärfe betreffenden Ansprüche durchzuführen und/oder welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahren zur Erweiterung des Zoombereichs nach dem vorhergehenden Anspruch durchzuführen.
14. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
15. Elektronische Steuereinheit, welche ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.

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