DE112006003999B4

DE112006003999B4 - Korrektur von Kalibrierungsfehlern in einem optischen Instrument

Info

Publication number: DE112006003999B4
Application number: DE112006003999.7T
Authority: DE
Inventors: Matthias Menzel; Volkmar Hofmann; Thomas Marold
Original assignee: Trimble Jena GmbH
Current assignee: Trimble Jena GmbH
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2026-09-16
Also published as: US20090216476A1; DE112006003999T5; CN101512291B; CN101512291A; US8049780B2; WO2008031450A1

Abstract

Ein Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät für ein optisches Instrument (150), das die Richtung bestimmt, unter der ein fokussiertes Zielobjekt beobachtet wird, umfassend: einen Detektor einer Position einer Fokussierlinse des optischen Instruments entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse (220), wobei ein Strahlengang durch einen Punkt einer Bildebene (210) des optischen Instruments und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position eine tatsächliche Beobachtungsrichtung (251) definiert; einen Speicher (120) für Beobachtungsrichtungsfehler, die eine Abweichung spezifizieren zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, zugeordnet zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine erste Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer ersten Ebene; und einer Indikatoreinheit (130), die mindestens einen Wert spezifiziert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und den Beobachtungsrichtungsfehlern bei jeder der unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Korrektur von Kalibrierungsfehlern, insbesondere für optische Instrumente.
HINTERGRUND
Optische Instrumente umfassen im Allgemeinen eine Anordnung von optischen Elementen, wie zum Beispiel Linsen eines Teleskops oder einer Kamera zum Beobachten oder zum Fokussieren auf ein Objekt. Ferner sind optische Instrumente, wie zum Beispiel ein Tachymeter oder ein Nivellierungsgerät verfügbar, die es erlauben, eine Position eines Objekts relativ zu einer Position des optischen Instruments zu bestimmen. Ein Nivellierungsgerät kennzeichnet im Allgemeinen die relative Position eines Zielobjekts nur auf Grundlage einer vertikalen Richtung, das heißt, der Höhe des Zielobjekts relativ zu der Position des Nivellierungsgeräts. Ein Tachymeter kann andererseits die Position eines Ziels mit einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente kennzeichnen.
Die Position des Objekts kann durch Winkel angezeigt werden die eine Abweichung von einer Linie, die das Objekt und das Instrument verbindet, von beispielsweise einer bekannten horizontalen und/oder einer bekannten vertikalen Richtung spezifizieren. Oft kennzeichnen optische Instrumente die relative Position eines Objekts unter Verwendung von sphärischen Koordinaten. Beispielsweise kann die Position eines Objekts durch kartesische Koordinaten definiert werden, die definiert werden mit Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem mit drei zueinander Orthogonalen Achsen, wobei sich das Instrument in dem Ursprung befindet. Für Messpositionen sind jedoch sphärische Koordinaten passender. Die Position des Objekts relativ zu dem Instrument kann daher in sphärischen Koordinaten durch seinen Abstand zum Ursprung des orthogonalen Koordinatensystems definiert werden, sowie einen Winkel zwischen einer der horizontalen Achsen des Koordinatensystems und einer den Ursprung des Koordinatensystems mit einer Projektion des Punktes auf die horizontale Ebene verbindenden Linie, und letztendlich einen vertikalen Winkel zwischen der zu der horizontalen Ebene orthogonalen Koordinatensystemachse und einer den Ursprung des Koordinatensystems und den Punkt verbindenden Linie. Kartesische Koordinaten können in sphärische Koordinaten transformiert werden und umgekehrt.
In allen Fällen werden sehr genaue Messungen von solchen Winkeln benötigt. Wie man sich vorstellen kann, kann ein relativ kleiner Fehler in einem gemessenen Winkel sich in einen potentiell großen Positionierungsfehler umwandeln, der beispielsweise bei Anwendungen auf der Baustelle nicht akzeptierbar sein kann, insbesondere, falls die Position eines Objekts in einem größeren Abstand zu dem optischen Instrument zu bestimmen ist.
Zum Verringern des Auftretens von Messfehlern wird ein optisches Instrument, wie zum Beispiel ein Tachymeter oder Nivellierungsgerät, gewöhnlich angepasst oder kalibriert. Eine Kalibrierung wird im Allgemeinen vor einer Verwendung des Instruments und/oder bei der Herstellung ausgeführt. Durch die Kalibrierung werden Messfehler des Instruments quantifiziert und verwendet zum Korrigieren einer tatsächlichen Messung, beispielsweise einer Position eines Zielobjekts. Beispielsweise kann, falls es von einer Testmessung bekannt ist, dass ein optisches Instrument eine Beobachtungsrichtung (mit einem 1-Grad-Fehler bestimmt, eine tatsächliche Messung korrigiert werden durch Kompensieren des 1-Grad-Fehlers, das heißt, durch Addieren oder Subtrahieren von 1 Grad von dem Messergebnis, abhängig von der Richtung des Messfehlers von 1 Grad. Der bestimmte Messfehler kann verwendet werden zum Einstellen der Anfangsanpassung des optischen Instruments, wie zum Beispiel einem Indikator eines Winkels oder kann verwendet werden zum Korrigieren eines Winkels, der durch das Instrument angezeigt wird.
Während die oben aufgezeigte Kalibrierung von optischen Instrumenten gut für viele Anwendungen funktioniert, können fehlerempfindliche Anwendungen eine Fehlerkorrektur mit höherer Genauigkeit benötigen. Über dies hinaus können Anwendungen, die eine große Anzahl von nacheinanderfolgenden Messungen benötigen, wiederholte Kalibrierungsschritte zum Kalibrieren des optischen Instruments benötigen, was daher die Produktivität verringert.
Die US 2005/0122400 A1 beschreibt eine fotografische Vorrichtung mit einer Bildkorrekturfunktion. Ein fotografischer Parameter einer Linse wird erfasst und entsprechende Kalibrierungsparameter in einem Speicher abgelegt. Dabei kann der fotografische Parameter eine Position der Linse sein, oder eine Verkippung der optischen Achse. Die Kalibrierungsparameter können von der Fokuslänge abhängen. Weiter kann ein Bildkorrekturabschnitt bereitgestellt sein, der eine Verzerrungskorrektur des Bildsignals vornimmt. Diese Verzerrungskorrektur auf Grundlage der Kalibrierungsparameter kann aufgrund von Linseninstallationspositionen und optischen Achsenrichtungen einer Vielzahl von fotografischen Linsenabschnitten vorgenommen werden.
Die US 2005/0053307 A1 beschreibt eine Bildverarbeitungsvorrichtung, bei der eine einer Zoom-Position entsprechende Linsenposition festgestellt wird. Ein Korrekturparameter für eine Verzerrungskorrektur entsprechend einer jeden Linsenpositionsbedingung wird verwendet. Eine Bildkorrekturvorrichtung korrigiert eine Verzerrung des Bildes auf Grundlage der Korrekturparameter.
Die US 2006/0017817 A1 beschreibt eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem optischen System. Eine Vibrationserfassungsvorrichtung erfasst eine Vibration bei Einzelbildaufnahmen. Eine erste Vibrationskorrektur restauriert die durch Vibrationen verschlechterten Bilddaten basierend auf dem Vibrationserfassungssignal einer Zeitserie von Einzelbildaufnahmen. Eine zweite Vibrationskorrektur restauriert die verschlechterten Bilddaten bei einer durchlaufenden Bildanzeige.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb wünschenswert, ein Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät bereitzustellen, das die Genauigkeit einer Fehlerkorrektur verbessert, und das eine Produktivität verbessert durch Eliminieren von mehreren Kalibrierungsschritten während der Verwendung eines optischen Instruments.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät für ein optisches Instrument einen Detektor einer Position einer Fokussierlinse eines optischen Instruments entlang eines mechanischen Pfads der Fokussierlinse, wobei eine Blickrichtung durch eine Bildebene des optischen Instruments und der Fokussierlinse bei einer momentanen Position eine tatsächliche Beobachtungsrichtung definiert, sowie einen Speicher, der einen Beobachtungsrichtungsfehler hält, der eine Abweichung spezifiziert zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, in Zusammenhang stehend mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine erste Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer ersten Ebene, und einen Indikator zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und der Beobachtungsrichtungsfehler bei jeder der verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Demgemäß kann das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät eine Kalibrierungsfehlerkorrektur bereitstellen für verschiedene Fokuseinstellungen des optischen Systems unter Verwendung vorgespeicherter Beobachtungsrichtungsfehler, die in Zusammenhang stehen mit den verschiedenen Fokuseinstellungen des Instruments.
Gemäß einem vorteilhaften Beispiel werden die Beobachtungsrichtungsfehler durch einen Unterschied zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung definiert, und die Indikatoreinheit ist angeordnet zum Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung durch Subtrahieren der Beobachtungsrichtungsfehler von der theoretischen Beobachtungsrichtung. Demgemäß kann eine korrigierte tatsächliche Beobachtungsrichtung angezeigt werden als Ergebnis einer Hinzuziehung von Beobachtungsrichtungsfehlern bei einer bestimmten Position der Fokussierlinse.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel umfassen die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine zweite Komponente, beispielsweise orthogonal zu der ersten Komponente, wie zum Beispiel eine horizontale Komponente, die eine Abweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer zweiten Ebene, beispielsweise horizontalen Ebene, kennzeichnet. Demgemäß kann die Korrektur der Beobachtungsrichtungsfehler in einer Dimension stattfinden, wie zum Beispiel bei einem Nivellierungsgerät, oder in zwei Dimensionen, wie zum Beispiel für einen Tachymeter bzw. Tachymeter.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel enthält die Bildebene ein erstes Liniensegment, beispielsweise ein vertikales Liniensegment, und ein zweites Liniensegment, beispielsweise ein horizontales Liniensegment, die sich in der Bildebene schneiden, und die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird definiert durch eine Blickrichtung durch den Schnittpunkt und die Fokussierlinse.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Bildebene dargestellt durch eine zweidimensionale Fläche von Sensorelementen, und die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird definiert durch eine Blickrichtung durch einen Punkt, beispielsweise das Zentrum der zweidimensionalen Anordnung von Sensorelementen durch die Fokussierlinse. Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät kann daher passend für beispielsweise einen Video-Tachymeter gemacht werden.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel wird die theoretische Beobachtungsrichtung kalibriert durch Setzen der Fokussierlinse auf eine ausgewählte Fokusposition. Die theoretische Beobachtungsrichtung kann auch kalibriert werden durch Annähern an die tatsächliche Beobachtungsrichtung bei Herstellung des optischen Instruments. Demgemäß kann die theoretische Beobachtungsrichtung definiert werden als eine gewünschte oder angenäherte Beobachtungsrichtung bei einem willkürlichen Zeitpunkt während der Herstellung des optischen Instruments oder während einer Anfangsanpassung der Geräteeigenschaften.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel wird eine Positionierungseinheit bereitgestellt zum Positionieren der Fokussierlinse, um auf ein Ziel zu fokussieren, und die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads anzuzeigen, und die Indikatoreinheit kann ausgebildet werden zum Erlangen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der in Zusammenhang steht mit der Position der Fokussierlinse auf Grundlage des Positionssignals, angezeigt durch die Positionierungseinheit zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung. Demgemäß kann die Fokussierlinse auf eine gewünschte Position angepasst werden, die verwendet wird zum Erhalten eines zugeordneten Beobachtungsrichtungsfehlers und ein Kalibrierungsfehler bei der Position kann korrigiert werden.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel wird eine Abstandsbestimmungseinheit bereitgestellt zum Bestimmen eines Abstands eines Ziels von dem optischen Instrument, und die Positionierungseinheit kann ausgebildet werden zum Einstellen einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zum Fokussieren auf das Ziel auf Grundlage des Abstands, und die Indikatoreinheit kann ausgebildet werden zum Erlangen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der im Zusammenhang steht mit dem Zielabstand und zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung. Daher kann die Anforderung einer manuellen Anpassung der Fokussierlinse vermieden werden, und der Kalibrierungsfehler bei der Fokussierlinsenposition kann direkt kompensiert werden auf Grundlage des gemessenen Abstands zu einem Ziel.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Indikatoreinheit angeordnet zum Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Grundlage einer Interpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern, falls eine momentane Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads nicht zugeordnet ist zu einem gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler. Daher können, falls Beobachtungsrichtungsfehler nur bei ausgewählten Positionen der Fokussierlinse bekannt sind, Beobachtungsrichtungsfehler bei anderen Positionen davon abgeleitet werden, um eine Kalibrierungsfehlerkorrektur zu ermöglichen bei Positionen ohne direkt zugeordnete Beobachtungsrichtungsfehler.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel wird eine Kalibrierungseinheit bereitgestellt, um eine Bewegung der Fokussierlinse auf jede der Vielzahl der Positionen entlang des mechanischen Pfads zu bewirken, und zum Bestimmen von dortigen Beobachtungsrichtungsfehlern. Für eine Kalibrierung des optischen Systems kann deshalb eine Kalibrierungseinheit Beobachtungsrichtungsfehler bei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse für eine spätere Verwendung beim Korrigieren von Beobachtungsrichtungsfehlern während dem regulären Betrieb aufzeichnen.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Kalibrierungseinheit ausgebildet zum Anpassen der Blickrichtung oder tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Ziele auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument und zum Aufzeichnen eines Winkels des optischen Instruments zu der horizontalen Richtung als Beobachtungsrichtungsfehler. Demgemäß kann die Kalibrierungseinheit in Zusammenhang mit beispielsweise Nivellierungsgeräten verwendet werden.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Kalibrierungseinheit ausgebildet zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Systems bei einer ersten Lage, und einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments bei einer zweiten Lage. Demgemäß können Beobachtungsrichtungsfehler, beispielsweise bei vorbestimmten bekannten Positionen der Fokussierlinse, bestimmt werden durch nacheinanderfolgendes Bewegen eines Beobachtungselements des optischen Instruments, wie zum Beispiel eines Teleskops oder einer Kamera in eine erste und zweite Lage, und durch Erhalten des Fehlers als einen Mittelwert zwischen der Messung in den zwei Lagen.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Kalibrierungseinheit ausgebildet zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zugeordnet ist, als einen Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei diesem Punkt der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Demgemäß können Messfehler auf ein Minimum verringert werden.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel ist die Kalibrierungseinheit ausgebildet zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, und der Beobachtungsrichtungsfehler ist einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen den zwei verschiedenen Positionen zugeordnet. Demgemäß kann die Kalibrierungseinheit auch beispielsweise in einem Video-Tachymeter verwendet werden.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Beispiel kann eine Einheit zum Messen und Kompensieren eines Neigungsfehlers bzw. Kippfehlers bereitgestellt werden, um die Handhabung und Fehlerkorrektur weiter zu verbessern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer Fehlerkorrektur bereitgestellt, enthaltend Detektieren einer Position einer Fokussierlinse eines optischen Instruments entlang eines mechanischen Pfads der Fokussierlinse, wobei eine Blickrichtung durch eine Bildebene des optischen Instruments und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position eine tatsächliche Beobachtungsrichtung definiert, sowie Halten von Beobachtungsrichtungsfehlern, die eine Abweichung spezifizieren zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, in Zusammenhang stehend mit einer Vielzahl von verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads in einem Speicher, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine erste Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer ersten Ebene, und Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und der Beobachtungsrichtungsfehler bei jeder der unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Programm bereitgestellt werden mit Instruktionen, ausgebildet zum Hervorrufen, dass eine Datenverarbeitungseinrichtung ein Verfahren mit den obigen Merkmalen ausführt.
Gemäß einem anderen Beispiel kann ein computerlesbares Medium, das das Programm verkörpert, bereitgestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Computerprogrammprodukt das computerlesbare Medium umfassen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein optisches Instrument bereitgestellt mit dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein optisches Instrument bereitgestellt, das gemäß der obigen Verfahrensschritte kalibriert ist.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt Elemente eines Kalibrierungsfehler-Korrekturgeräts in einem optischen Instrument gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
2 stellt Elemente eines optischen Instruments mit verschiedenen Positionen einer Fokussierlinse und zugeordneten Beobachtungsrichtungen dar.
3 stellt Elemente eines Kalibrierungsfehler-Detektionsgeräts gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar.
4 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, insbesondere Schritte während einer regulären Verwendung des optischen Instruments.
5 stellt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere Schritte für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur während einer Verwendung des optischen Instruments.
6 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere werden Schritte zum Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern in Zusammenhang mit Fokussierlinsenpositionen aufgezeigt.
7 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere werden Schritte zum Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern für ein Nivellierungsgerät aufgezeigt.
8 stellt Schritte eines Fahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere werden Schritte zum Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern beispielsweise für einen Tachymeter oder Video-Tachymeter aufgezeigt.
9 stellt ein Beispiel einer Positionierungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar.
10 stellt Elemente eines Kalibrierungsfehler-Korrekturgeräts in einem optischen Instrument gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es wird bemerkt, dass die folgende Beschreibung nur Beispiele enthält, und nicht als die Erfindung begrenzend ausgelegt werden sollte.
Ausführungsformen der Erfindung betreffen im Allgemeinen eine Kalibrierung von optischen Instrumenten zum Verbessern einer Genauigkeit von Positionsmessungen unter Verwendung des optischen Instruments. Beobachtungsrichtungsfehler einer Richtung, die gemessen werden durch das optische Instrument, werden aufgezeichnet bei verschiedenen Positionen einer Fokussierlinse entlang eines mechanischen Pfads der Fokussierlinse, wie zum Beispiel in einem Teleskop des optischen Instruments. Durch die Kenntnis der Beobachtungsrichtungsfehler bei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entsprechend unterschiedlicher Abstände zu Zielobjekten, können Positionsmessungen über einen Abstandsbereich akkurater durchgeführt werden.
1 stellt Elemente eines optischen Systems 150 mit einem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
1 stellt ein Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 dar, das verwendet wird in einem optischen Instrument 150 zum Ausführen einer Kalibrierungsfehlerkorrektur von optischen Eigenschaften des optischen Instruments. Während in 1 das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät als Teil des optischen Instruments gezeigt wird, kann es in anderen Beispielen eine getrennte Einheit darstellen, die im Zusammenspiel mit dem optischen Instrument verwendet wird.
Das optische Instrument 150 enthält eine optische Anordnung 151, wie zum Beispiel mindestens ein Teleskop oder eine Kamera mit einer Fokussierlinse, die bewegbar ist entlang eines mechanischen Pfads, um auf ein Zielobjekt zu fokussieren. Zusätzlich zu der Fokussierlinse kann die optische Anordnung eine Bildebene umfassen, und wenn durch die optische Anordnung 151 geblickt wird, geht eine Blickrichtung durch die Bildebene der Anordnung, und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse kann eine tatsächliche Beobachtungsrichtung definieren. Die tatsächliche Beobachtungsrichtung ist daher eine Blickrichtung durch die optische Anordnung, wie zum Beispiel durch ein Okular eines Teleskops. Zusätzlich kann die optische Anordnung 151 eine Linsenanordnung enthalten zum Erreichen von gewünschten optischen Eigenschaften, wie zum Beispiel einer Vergrößerung, etc.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 umfasst einen Detektor 110 zum Detektieren einer Position einer Fokussierlinse des optischen Instruments 150 entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse, wie zum Beispiel dem mechanischen Pfad der Fokussierlinse in einem Teleskop des optischen Instruments. Eine Blickrichtung bzw. Beobachtungslinie durch eine Bildebene des optischen Instruments und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position der Fokussierlinse definiert dabei eine tatsächliche Beobachtungsrichtung.
Über dies hinaus umfasst das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät einen Speicher 120, der Beobachtungsrichtungsfehler hält, die eine Abweichung spezifizieren zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, die einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse zugeordnet ist. Des Weiteren umfasst das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 einen Indikator 130 zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und der Beobachtungsrichtungsfehler bei jeder der unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Der Speicher 120 kann Zuordnungen zwischen verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads und entsprechende Beobachtungsrichtungsfehler speichern. Alternativ kann der Speicher 120 Beobachtungsrichtungsfehler speichern, die eine Abweichung zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung spezifizieren, zugeordnet zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Abständen des optischen Instruments zu einem Zielobjekt, da die unterschiedlichen Abstände direkt den unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse entsprechen.
Die Beobachtungsrichtungsfehler, die die Abweichung spezifizieren zwischen der bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, können beispielsweise während einer Anfangseinstellung des Geräts aufgezeichnet werden, so dass in dem Speicher Beobachtungsrichtungsfehler verfügbar gemacht werden, die individuellen Positionen der Fokussierlinse zugeordnet werden, so dass während eines regulären Betriebs des optischen Instruments eine Kalibrierungsfehlerkorrektur sofort ausgeführt werden kann.
Vermessungsinstrumente, wie zum Beispiel Theodoliten oder Tachymeter, auch bekannt als Tachymeter oder Totalstationen, verwenden im Allgemeinen sphärische Koordinaten, um Positionen im Raum zu kennzeichnen. Beispielsweise kann die Position eines Punkts durch kartesische Koordinaten definiert werden, die mit Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem mit drei Achsen orthogonal zueinander definiert werden. Für Messpositionen sind sphärische Koordinaten jedoch passender. Die Position eines Punktes kann demgemäß in sphärischen Koordinaten definiert werden durch ihren Abstand zu einem Ursprung eines orthogonalen Koordinatensystems, einem Winkel zwischen einer der horizontalen Achsen des Koordinatensystems und einer Linie, die den Ursprung des Koordinatensystems mit einer Projektion des Punktes auf die horizontale Ebene verbindet, und letztendlich einem vertikalen Winkel zwischen der Koordinatensystemachse, die orthogonal zu der horizontalen Ebene ist, und einer Linie, die den Ursprung des Koordinatensystem und den Punkt verbindet. Kartesische Koordinaten können in sphärische Koordinaten transformiert werden und umgekehrt.
Zum Bestimmen einer Position eines Objekts kann das Koordinatensystem in dem optischen Instrument zentriert werden, und die Achsen des Koordinatensystem können mit bekannten Richtungen angeordnet werden, wie zum Beispiel einer vertikalen Richtung und einer horizontalen Richtung, und die horizontale Richtung kann mit einem Punkt eines Kompasses, wie zum Beispiel Norden, angeordnet werden.
Gemäß dem oben Gesagten, kann das optische Instrument 150 eine Anordnung von Linsen, wie zum Beispiel einem Teleskop 151, umfassen, die um eine vertikale Achse und eine Kippachse bzw. Neigungsachse rotierbar ist, wobei die Kippachse bei Rotation der Linsenanordnung oder des Teleskops um die vertikale Achse gedreht werden kann. Die Drehwinkel bzw. Rotationswinkel um die vertikale Achse und die Kippwinkel um die Kippachse in Vermessungsinstrumenten, wie zum Beispiel Tachymetern, können von einem entsprechenden horizontalen Kreis und einem vertikalen Kreis, kennzeichnend Rotationswinkel, oder einem entsprechenden Anzeigegerät, auf Grundlage von Winkelanzeigen, abgelesen werden. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass der vertikale und horizontale Kreis in einem Beispiel mechanische Kreise mit Indikatoren zum Anzeigen eines Winkels sein können, und auch durch digitale oder irgendeine andere Art von Anzeigen von solchen Winkeln dargestellt werden können.
Idealerweise wird die Blickrichtung oder tatsächliche Beobachtungsrichtung, die definiert wird durch die optische Anordnung oder Teleskop, derart angepasst, dass die Winkel der tatsächlichen Beobachtungsrichtung oder Blickrichtung zu den entsprechenden Achsen des Koordinatensystems mit den Winkeln übereinstimmen, die auf dem horizontalen Kreis und vertikalen Kreis des optischen Instruments angezeigt werden.
Deshalb können, falls die Orientierung des Koordinatensystems bekannt ist, Positionen eines Zielobjekts genau bestimmt werden, da die an dem vertikalen Kreis und horizontalen Kreis angezeigten Winkel mit den realen Winkeln zwischen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und dem bekannten Koordinatensystem übereinstimmen.
Jedoch erfüllen reale optische Instrumente, die oben beschriebene Bedingung nicht, das heißt, eine tatsächliche Blickrichtung wird von der bekannten oder voreingestellten Orientierung des Koordinatensystems abweichen. Beispielsweise wird, falls eine durch vorbestimmte Einstellungen des optischen Instruments, das heißt, der optischen Anordnung oder Teleskops, definierte Richtung, gemäß dem vertikalen und horizontalen Kreis betrachtet wird, eine theoretische Beobachtungsrichtung zu definieren, ein Fehler vorliegen zwischen dieser theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung. Diese Abweichung kann eine vertikale Komponente und eine horizontale Komponente aufweisen, abhängig von der Art des optischen Instruments.
Es ist denkbar, dass während einer Herstellung des optischen Instruments die Abweichung zwischen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der theoretischen Beobachtungsrichtung so klein wie möglich gehalten wird, beispielsweise durch Kalibrieren oder Anpassen der theoretischen Beobachtungsrichtung und entsprechenden Positionsanzeigen, wie zum Beispiel Winkel, als Näherung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer Anfangseinstellung des Geräts. Beispielsweise könnte die tatsächliche Beobachtungsrichtung, das heißt, die Blickrichtung, auf ein bekanntes Objekt in einer bekannten Richtung von dem optischen Instrument gerichtet werden, und der vertikale und horizontale Kreis oder andere Winkelanzeigen oder Positionen könnten demgemäß für eine Anfangsanpassung oder Kalibrierung der theoretischen Beobachtungsrichtung angepasst werden.
In einem Beispiel wird die theoretische Beobachtungsrichtung kalibriert durch Einstellen der Fokussierlinse auf eine ausgewählte Fokusposition. Auch kann die theoretische Beobachtungsrichtung durch eine Einheit kalibriert werden zum Annähern der tatsächlichen Beobachtungsrichtung bei Herstellung des optischen Instruments durch Angleichen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung an die theoretische Beobachtungsrichtung bei Herstellung des optischen Instruments. Beispielsweise detektiert ein Detektor die tatsächliche Beobachtungsrichtung, und ein Aktor passt den Wert an, der durch den Indikator gemäß der Messung angezeigt wird, zum Ausrichten der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der theoretischen Beobachtungsrichtung mindestens bei der vorliegenden Fokusposition, das heißt, für die momentane Position der Fokussierlinse. Die Kalibrierungseinheit kann ein Gerät oder eine Gruppe von Geräten sein, die während der Herstellung beim Ausrichten und Anpassen des Teleskops oder der Kamera des optischen Instruments mit dem Indikator der Beobachtungsrichtung, beispielsweise einem Winkel von 0 Grad, zusammenarbeiten. Demgemäß kann die theoretische Beobachtungsrichtung definiert werden als eine gewünschte oder angenäherte Beobachtungsrichtung bei einem willkürlichen Zeitpunkt während der Herstellung des optischen Instruments, oder während einer Anfangsanpassung der Geräteeigenschaften.
Die Anfangskalibrierung des Geräts durch den Versuch, eine Übereinstimmung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der vorher oder anfangs angepassten theoretischen Beobachtungsrichtung zu erhalten, wird in praktischen Fällen nicht genau sein, das heißt, ein gewisser Kalibrierungsfehler wird übrig bleiben. Über dies hinaus kann bemerkt werden, dass die Richtung oder Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung von der theoretischen Beobachtungsrichtung von einer Position einer Fokussierlinse des optischen Instruments entlang eines Pfads der Fokussierlinse, das heißt, einer Fokusposition, abhängt, und dass deshalb die Beobachtungsrichtungsfehler zwischen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der theoretischen Beobachtungsrichtung auch von der Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads abhängen.
Um diese Dinge zu adressieren, stellt die Erfindung einen Speicher bereit, der Beobachtungsrichtungsfehler bei individuellen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse hält. Beispielsweise werden die Beobachtungsrichtungsfehler entsprechend zu individuellen Positionen der Fokussierlinse oder der zugeordneten Abstände zu einem Zielobjekt, gespeichert und während des regulären Betriebs des Instruments verwendet, um eine Anzeige von mindestens einem korrigierten Wert der tatsächlichen Beobachtungsrichtung zu ermöglichen auf Grundlage der anfangs kalibrierten theoretischen oder angenäherten Beobachtungsrichtung und dem Beobachtungsrichtungsfehler bei der Position der Fokussierlinse. Demgemäß kann das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät oder eine Kalibrierungsfehlerkorrektur verschiedene Fokuseinstellungen des optischen Instruments bereitstellen durch Verwenden von vorgespeicherten Beobachtungsrichtungsfehlern, die zugeordnet sind zu verschiedenen Fokuseinstellungen oder Zielabständen des Instruments zu einem Ziel.
Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die Beobachtungsrichtungsfehler definiert durch einen Unterschied zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, und der Indikator ist angeordnet zum Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung durch Subtrahieren der Beobachtungsrichtungsfehler von der theoretischen Beobachtungsrichtung.
Die gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler können jeweils eine vertikale Komponente umfassen, die eine Abweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer vertikalen Ebene kennzeichnet, und können eine horizontale Komponente umfassen, die eine Abweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer horizontalen Ebene kennzeichnet. Demgemäß kann die Korrektur der Beobachtungsrichtungsfehler in einer Dimension stattfinden, wie zum Beispiel bei einem Nivellierungsgerät, oder in zwei Dimensionen, wie zum Beispiel bei einem Tachymeter.
In einem Beispiel wird eine Bildebene mit einem horizontalen Liniensegment und einem vertikalen Liniensegment, die einander in der Bildebene schneiden, bereitgestellt, und die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird definiert durch eine Blickrichtung durch den Schnittpunkt und die Fokussierlinse. Ein Benutzer des optischen Instruments ist deshalb in der Lage, leicht die tatsächliche Beobachtungsrichtung zu bestimmen durch Konvergierenlassen des Schnittpunkts und eines Objekts, das durch die Fokussierlinse betrachtet wird.
Alternativ wird eine Bildebene bereitgestellt, die dargestellt wird durch ein zweidimensionales Feld von Sensorelementen, und die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird definiert durch eine Blickrichtung durch einen Punkt oder ein Element der zweidimensionalen Anordnung von Sensorelementen, beispielsweise bei oder nahe einem Zentrum der Anordnung der Sensorelemente, und durch die Fokussierlinse. Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät kann daher passend für beispielsweise einen Video-Tachymeter gemacht werden.
In einem anderen Beispiel wird die theoretische Beobachtungsrichtung kalibriert durch Einstellen der Fokussierlinse auf eine ausgewählte Fokusposition, wie zum Beispiel einer Position eines unendlichen Fokus. Alternativ kann die theoretische Beobachtungsrichtung kalibriert werden durch Annähern an die tatsächliche Beobachtungsrichtung bei Herstellung des optischen Instruments. Die obige Kalibrierung kann eine Einheit zum Anpassen von Winkelkreisen oder anderen Indikatoren von Winkeln enthalten zum Kennzeichnen eines Referenzwinkels oder Winkeln, wie zum Beispiel ”0 Grad” für die theoretische Beobachtungsrichtung. Demgemäß kann die theoretische Beobachtungsrichtung definiert werden als eine gewünschte oder angenäherte Beobachtungsrichtung bei einem willkürlichen Zeitpunkt während der Herstellung des optischen Instruments oder während einer Anfangsanpassung der Geräteeigenschaften.
Gemäß einem anderen Beispiel enthält das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 eine Positionierungseinheit 170 zum Positionieren der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zum Steuern eines Fokus des optischen Instruments mit dem Teleskop oder der Kamera 150.
Die Fokussierlinse kann daher entlang des mechanischen Pfads positioniert werden unter Verwendung der Positionierungseinheit 170 zum Fokussieren auf ein Zielobjekt, und die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads wird angezeigt. Ein Beobachtungsrichtungsfehler, der der Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, wird dann abgefragt auf Grundlage des Positionssignals, das durch die Positionierungseinheit 170 angezeigt wird, zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung. Demgemäß kann beispielsweise die Fokussierlinse angepasst werden auf eine gewünschte Position, die verwendet wird zum Erhalten eines zugeordneten Beobachtungsrichtungsfehlers, und ein Kalibrierungsfehler bei der Position kann korrigiert werden.
Gemäß einem anderen Beispiel wird ein Zielabstand eines Ziels von dem optischen Instrument bestimmt, und eine Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads wird eingestellt zum Fokussieren auf das Ziel auf Grundlage des vorbestimmten Zielabstands, wie zum Beispiel bei der Positionierungseinheit 170. Deshalb kann die Voraussetzung der manuellen Anpassung der Fokussierlinse vermieden werden, und der Kalibrierungsfehler bei der Fokussierlinsenposition kann direkt kompensiert werden. Über dies hinaus kann in diesem Fall der Speicher Zuordnungen speichern zwischen verschiedenen Zielabständen und entsprechenden Beobachtungsrichtungsfehlern, und die Indikatoreinheit kann einen Beobachtungsrichtungsfehler erlangen, der in Zusammenhang steht mit einem Zielabstand, und mindestens einen Wert spezifizieren, der kennzeichnend ist für die darauf basierte tatsächliche Beobachtungsrichtung.
Gemäß einem anderen Beispiel wird die tatsächliche Beobachtungsrichtung spezifiziert auf Grundlage einer Interpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern, falls eine momentane Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads nicht einem gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler zugeordnet ist. Deshalb können, falls Beobachtungsrichtungsfehler nur bei ausgewählten Positionen der Fokussierlinse bekannt sind, Beobachtungsrichtungsfehler bei anderen Positionen davon abgeleitet werden, um eine Kalibrierungsfehlerkorrektur bei Positionen ohne direkte zugeordnete Beobachtungsrichtungsfehler zu ermöglichen.
Gemäß einem anderen Beispiel wird eine Bewegung der Fokussierlinse auf jede der Vielzahl der Positionen entlang des mechanischen Pfads bewirkt, und Beobachtungsrichtungsfehler werden dort bestimmt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Kalibrierungseinheit bereitgestellt zum Kalibrieren des optischen Instruments, wie zum Beispiel in einer Anfangsabfolge der Kalibrierungsschritte, zum Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern bei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse für eine spätere Verwendung beim Korrigieren von Beobachtungsrichtungsfehlern während dem regulären Betrieb.
In einem Beispiel wird die Kalibrierungseinheit teilweise als integrales Teil des optischen Instruments gebildet, mit und von dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät und teilweise durch Elemente gebildet, die externe Elemente zu dem optischen Instrument darstellen.
Die Kalibrierungseinheit kann Befehle ausgeben zum Bewirken einer Bewegung der Fokussierlinse auf jede der Vielzahl von Positionen entlang des mechanischen Pfads und zum Bestimmen von Beobachtungsrichtungsfehlern darauf, wie zum Beispiel durch Befehlen eines Schrittmotors, der mit der Fokussierlinse und einem Motorantrieb zum Anpassen des optischen Instruments verbunden ist, und durch Aufzeichnen des Beobachtungsrichtungsfehlers. In einem anderen Beispiel enthält die Kalibrierungseinheit Aktoren oder Motoren zum Anpassen der Blickrichtung oder tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Ziele auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument, und ein Aufzeichnungsgerät oder Sensor zum Aufnehmen eines Winkels des optischen Instruments zur horizontalen Richtung als Beobachtungsrichtungsfehler. Ein Berechner kann mit der Kalibrierungseinheit bereitgestellt werden zum Berechnen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer ersten Lage und einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Elements in einer zweiten Lage. Der Berechner kann auch einen Beobachtungsrichtungsfehler bestimmen, der einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zugeordnet ist, als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei dieser Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Alternativ kann der Berechnen einen Beobachtungsrichtungsfehler bestimmen als einen Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, und wobei der Beobachtungsrichtungsfehler zu einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen zwei verschiedenen Positionen zugeordnet ist.
Gemäß einem anderen Beispiel wird eine Blickrichtung oder tatsächliche Beobachtungsrichtung angepasst auf ein Ziel auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument, und ein Winkel des optischen Instruments zu einer horizontalen Richtung wird aufgezeichnet als Beobachtungsrichtungsfehler. Demgemäß kann die Kalibrierungseinheit verwendet werden im Zusammenhang mit beispielsweise Nivellierungsgeräten.
Gemäß einem anderen Beispiel wird ein Beobachtungsrichtungsfehler bestimmt als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer ersten Lage und einer Messung des Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer zweiten Lage. Demgemäß können Beobachtungsrichtungsfehler, beispielsweise bei vorbestimmten bekannten Positionen der Fokussierlinse bestimmt werden durch hintereinanderfolgendes Bewegene eines Beobachtungselements des optischen Instruments, wie zum Beispiel einem Teleskop oder einer Kamera, in eine erste Lage und eine zweite Lage, und durch Erhalten des Fehlers als Mittelwert zwischen der Messung in den zwei Lagen.
Gemäß einem anderen Beispiel wird ein Beobachtungsrichtungsfehler, der einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zugeordnet ist, bestimmt als ein Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei dieser Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Demgemäß können Messfehler auf ein Minimum verringert werden.
Gemäß einem anderen Beispiel wird die Beobachtungsrichtung bestimmt als ein Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads und der Beobachtungsrichtungsfehler wird zu einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen zwei verschiedenen Positionen zugeordnet. Demgemäß kann die Kalibrierungseinheit auch beispielsweise in einem Video-Tachymeter verwendet werden.
Gemäß einem anderen Beispiel kann eine Messung und eine Kompensierung eines Neigungsfehlers bzw. Kippfehlers bereitgestellt werden, um eine Handhabung und Fehlerkorrektur weiter zu verbessern.
Im Folgenden werden die Elemente des Kalibrierungsfehler-Korrekturgeräts 100 weiter mittels Beispielen beschrieben. Es wird bemerkt, dass im Folgenden nur Beispiele dargestellt werden, und diese nicht als die Erfindung, wie beansprucht, begrenzend ausgelegt werden sollten.
Gemäß einem Beispiel ist das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 integral gebildet mit dem optischen Instrument, wie zum Beispiel einer Totalstation, Tachymeter, Video-Totalstation, Theodolit, wie in WO 2005/059473 A2 und WO 2006/074695 A1 beschrieben, die hier durch Bezugnahme enthalten sind, oder einem Nivellierungsgerät. Jedoch ist gemäß einem anderen Beispiel das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät in einer einzelnen alleinstehenden Einheit verkörpert, oder in einem anderen Gerät, wie zum Beispiel einem Rechengerät zur Zusammenarbeit mit dem optischen Instrument. Eine Kommunikation kann eine Kurzstrecken- oder Langstreckenkommunikation über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung zwischen dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät und dem optischen Instrument sein. Die Kommunikation kann Computernetzwerke und Mobilnetzwerke involvieren.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher zum Speichern von Befehlen zum Ausführen der Funktionalität des Detektors 110 und des Indikators 130 auf Grundlage einer detektierten Position der Fokussierlinse und einen zugeordneten Beobachtungsrichtungsfehler umfassen, der in dem Speicher 120 gehalten wird. Alternativ wird das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät mindestens teilweise durch eine Hardware-Anordnung realisiert, wie zum Beispiel durch verdrahtete Schaltungen, ASICs (Application Specific Integrated Circuit), Geräte, wie zum Beispiel Motoren, Sensoren zum Bestimmen von Positionen, Fokus, Abständen, etc.
In einem Beispiel umfasst das optische Instrument 150 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 160 zum Steuern des Betriebs des optischen Instruments, wie zum Beispiel einer Fokussteuerung, Messungen von Zielobjekten zum Bestimmen von Abständen und Positionen, etc. Die Funktionalität des Detektors 110, des Indikators 130, der Positionierungseinheit 170 und der Kalibrierungseinheit 160 kann mindestens teilweise realisiert werden durch die zentrale Verarbeitungseinheit auf Grundlage von Codesequenzen eines Programms oder Programmelementen, die in einem Speicher verfügbar sind, auf den die zentrale Verarbeitungseinheit zugreifen kann, beispielsweise dem Speicher 120, wobei Programme oder Programmelemente programmierte Befehle aufweisen, so dass die zentrale Verarbeitungseinheit dazu gebracht wird, eine Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zu detektieren, auf den Speicher 120 der Beobachtungsrichtungsfehler zuzugreifen, die tatsächliche Beobachtungsrichtung, wie oben beschrieben, anzuzeigen, die Positionslinse to positionieren, und die Kalibrierungsvorgänge des optischen Instruments auszuführen. Während in 1 der Detektor 110, der Indikator 130, die Positionierungseinheit 170 und die Kalibrierungseinheit 160 als vollständig von der zentralen Verarbeitungseinheit umfasst gezeigt werden, können sie Elemente aufweisen, die außerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit sind, wie zum Beispiel Sensoren, eine Anzeige, Aktoren, etc., verbunden mit oder zugreifbar von der zentralen Verarbeitungseinheit.
Zusätzlich dazu können andere Funktionen des optischen Instruments, wie zum Beispiel einer Totalstation, Tachymeter, Video-Totalstation, Theodoliten oder Nivellierungsgerät realisiert werden durch die zentrale Verarbeitungseinheit, obwohl nicht in 1 aus Gründen der Einfachheit dargestellt.
Der Detektor 110 kann angeordnet werden zum Detektieren der Position der Fokussierlinse, die entlang einer Spindel bewegt wird, was die Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads bewegt, wie zum Beispiel durch Zählen der Anzahl der Rotationen der Spindel mit Bezug auf eine bekannte Referenz. Beispielsweise kann der Detektor zum Detektieren von Pulsen von einem Schrittmotor angeordnet werden, der die Spindel zum Bewegen der Fokussierlinse dreht, oder durch irgendeine andere Einrichtung zum Detektieren der Anzahl der Rotationen der Spindel. Alternativ kann der Detektor ein Erfassungselement enthalten zum Erfassen der Position der Fokussierlinse, beispielsweise durch elektrische, mechanische oder optische Mittel.
Bevorzugt gibt der Detektor eine Anzeige einer tatsächlichen Position der Fokussierlinse aus, was dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät ermöglicht, Bezug zu nehmen auf entsprechend gespeicherte Beobachtungsrichtungsfehler in dem Speicher 120.
In einem Beispiel ist der Speicher 120 dargestellt durch einen EEPROM oder irgendein anderes Speichergerät. Der Speicher 120 speichert bevorzugt Beobachtungsrichtungsfehler im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Die Beobachtungsrichtungsfehler werden dargestellt durch eine einzelne Komponente oder durch mehrere Komponenten, wie zum Beispiel eine für jede von einer von einer Vielzahl von Raumrichtungen oder sphärischen Koordinaten. Beispielsweise kann der Speicher 120 Zuordnungen einer bestimmten Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zu einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung als Beobachtungsrichtungsfehler enthalten, in der Form eines Winkels in vertikaler Richtung und/oder eines Winkels in horizontaler Richtung.
Der Indikator 130 enthält in einem Beispiel eine Anzeige zum Anzeigen von mindestens einem Wert der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, das heißt, der korrigierten tatsächlichen Beobachtungsrichtung, um jedwelche Abweichung oder Fehler zwischen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung und der theoretischen Beobachtungsrichtung zu eliminieren. Die Indikatoranzeige kann bereitgestellt werden zum Anzeigen der korrigierten tatsächlichen Beobachtungsrichtung, so dass eine Position eines Zielobjekts in sphärischen Koordinaten bestimmt werden kann ohne Kalibrierungsfehler abhängig von einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Der Indikator kann die relevanten Elemente enthalten zum Erhalten des Werts, der kennzeichnend ist für die korrigierte tatsächliche Beobachtungsrichtung, wie zum Beispiel Mittel zum Berechnen von der bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung und dem Beobachtungsrichtungsfehler der korrigierten tatsächlichen Beobachtungsrichtung, wie zum Beispiel durch Subtrahieren des Beobachtungsrichtungsfehlers von der theoretischen Beobachtungsrichtung.
In einem Beispiel ist der Indikator 130 eine Einheit, die in dem optischen Instrument oder einem Gehäuse des optischen Instruments integriert ist zum Bereitstellen einer visuellen Anzeige von digitalen oder analogen Werten, die repräsentiert werden durch Winkel, Positionen im Raum, etc., für einen Benutzer, der mit dem optischen Instrument arbeitet.
Über dies hinaus kann der Indikator eine Anzeige, wie zum Beispiel eine Anzeige für digitale Werte, enthalten. Ein Beispiel einer solchen Anzeige ist eine TFT-Anzeige oder irgendeine andere Art einer Flachbildschirmanzeige. In einer weiteren Alternative umfasst der Indikator keine Anzeigeeinheit, aber anstatt dessen wird der Wert, kennzeichnend für die korrigierte tatsächliche Beobachtungsrichtung, an ein externes Gerät bereitgestellt, beispielsweise für eine weitere Verarbeitung oder Handhabung. Beispielsweise können die Werte an eine externe Aufzeichnungseinheit zur Speicherung bereitgestellt werden, an eine Übertragungseinheit zur Übertragung an andere Einheiten, die mit dem optischen Instrument kommunizieren, wie zum Beispiel andere optische Instrumente, einem Berechnungsgerät, wie zum Beispiel einem Laptop-Computer oder einer zentralen Stelle, etc. Die Werte können auch an einen Prozessor transferiert werden zum Erzeugen oder Korrigieren von Karten oder anderen Darstellungen einer Landschaft, eines Gebäudes, etc. Die Werte können auch an einen Herstellungsort als Feedback transferiert werden, um einen Herstellungsprozess anzupassen.
Gemäß einem anderen Beispiel umfasst das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 eine Positionierungseinheit 170 zum Positionieren der Fokussierlinse, um auf ein Ziel zu fokussieren, und zum Anzeigen der Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads. Die Positionierungseinheit kann Mittel zum physischen Bewegen der Fokussierlinse auf eine gewünschte Position entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse enthalten. Beispielsweise kann die Positionierungseinheit die oben erwähnte Anordnung enthalten, die eine Spindel und einen Schrittmotor umfasst zum Drehen der Spindel, um die Linse entlang des mechanischen Pfads zum Fokussieren auf ein Zielobjekt zu bewegen. Die Schrittmotorausgabe, zum Beispiel Pulse, können an den Detektor der Position der Fokussierlinse für eine weitere Verarbeitung geliefert werden.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Positionierungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die zum Bewegen der Fokussierlinse 220 oder zum Anpassen der Position der Fokussierlinse entlang der optischen Achse der Fokussierlinse oder entlang der optischen Achse des Teleskops oder Kamera 151 dient, was durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Positionierungseinheit kann in einem Gehäuse des optischen Instruments enthalten sein als eine modulare Einheit oder in einer anderen Ausführungsform direkt in dem Gehäuse gebildet werden.
Die Positionierungseinheit umfasst ein Antriebsteil mit einem Motor, ein Teil zum Transformieren einer Rotation in eine Translation und ein Führungsteil, wobei alle von diesen gemeinsame Teile aufweisen. Diese Teile stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung selbst dar.
Die Positionierungseinheit weist einen Rahmen 60 auf, der fest verbunden ist mit dem Gehäuse, und weist die unbeweglichen Teile der Positionierungseinheit entweder festgemacht daran oder daran bereitgestellt auf. Die Positionierungseinheit umfasst einen Motor 61, insbesondere einen Elektromotor, der eine Gewindespindel 63 wie eine Welle über eine Kopplung 62 dreht, wobei die Drehung der Gewindespindel 63 umgewandelt wird in eine Linearbewegung durch einen Körper 64, durch den die Gewindespindel 63 sich erstreckt, und der festgemacht ist, so dass er nicht um die longitudinale Achse der Gewindespindel 63 drehen kann, wobei der Körper 64 ein inneres Gewinde aufweist, das in Eingriff ist mit dem Gewinde der Gewindespindel 63. Das Gewinde auf der Spindel 63 und das innere Gewinde des Körpers repräsentieren Eingriffstrukturen und Komplementäreingriffsstrukturen der Spindel 63 bzw. des Körpers 64, die in Eingriff sind zum Transformieren einer Rotation der Spindel in eine Linearbewegung des Körpers 64, gesichert gegen Rotation. Die Linearbewegung wird übertragen über ein elastisches Kupplungsglied 65, das an dem Körper 64 gehalten ist, auf ein zu positionierendes Glied, in der Form einer Linsenhalterung 66, die die Fokussierlinse 220 hält.
Eine Anpassbarkeit der Position der Fokussierlinse 220 entlang nur ihrer optischen Achse wird erreicht durch spezielles Führen der Linsenhalterung 66, wobei die Linsenhalterung 66 in eine Richtung parallel zu der optischen Achse durch eine erste Führung 67 und eine zweite Führung 68 geführt wird, und die longitudinale Achse der Gewindespindel 63 erstreckt such auch parallel zu der optischen Achse.
Das Antriebsteil umfasst den Motor 61, der eine Antriebswelle enthält, sowie die Spindel 63 mit einer Eingriffsstruktur in der Form des externen Gewindes mit konstanter Gewindeteilung, die Kopplung 62, die federnd und/oder elastisch ein erstes Ende 71 der Gewindespindel 63 mit dem Motor 61 oder mit seiner Antriebswelle fest in Bezug auf Rotationen koppelt, und einen Stützaufbau, der die Spindel elastisch an dem Rahmen unterstützt. Der Stützaufbau umfasst ein Lager 72 und zwei elastische Elemente. Das Lager 72 wird in einem Lagersitz 73 in dem Rahmen 60 durch zwei elastische Elemente in der Form von elastischen O-Ringen 74 und 75 gehalten, und empfängt ein zweites Ende 76 der Gewindespindel 63.
Die Gewindespindel 63 wird elastisch unterstützt an ihrem ersten Ende 71 an der Antriebswelle des Motors 61 über die Kopplung 62 und an ihrem zweiten Ende 76 über das Lager 72 und den elastischen Elementen oder O-Ringen 74 und 75, so dass Vibrationen in axialer und/oder radialer Richtung nicht unbegrenzt zwischen dem Motor 61 und der Gewindespindel 63 oder zwischen der Gewindespindel 63 und dem Rahmen 60 übertragen werden.
Jedoch wird aufgrund von Herstellungstoleranzen die Fokussierlinse 220 wahrscheinlich nicht entlang des idealen Pfads sich bewegen, aber dem oben beschriebenen mechanischen Pfad folgen, der um einige Grad von dem idealen Pfad abweicht.
In einem Beispiel erhält die Indikatoreinheit einen Beobachtungsrichtungsfehler, der der Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, auf Grundlage eines Positionssignals von der Positionierungseinheit, und spezifiziert mindestens einen Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung gemäß dem erhaltenen Beobachtungsrichtungsfehler.
Die Positionierungseinheit kann angeordnet werden zum Empfangen eines Instruktionswerts für eine gewünschte Position der Fokussierlinse, wie zum Beispiel von einem Benutzer, der Knöpfe bzw. Tasten zum manuellen Fokussieren des optischen Instruments auf ein Zielobjekt bedient.
Gemäß einer Alternative umfasst das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät Mittel zum automatischen Fokussieren auf ein Zielobjekt, und enthält eine Abstandsbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Abstands eines Zielobjekts von dem optischen Instrument, und die Positionierungseinheit kann angepasst werden zum Einstellen einer Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zum Fokussieren auf das Ziel auf Grundlage des bestimmten Abstands, und die Indikatoreinheit ist ausgebildet zum Erhalten eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der dem Zielabstand zugeordnet ist, und zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 stellt Elemente eines optischen Instruments zur Zusammenarbeit mit einem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, insbesondere darstellend ein Beispiel eines mechanischen Pfads einer Fokussierlinse für verschiedene Fokuspositionen eines optischen Instruments und zugeordneten Beobachtungsrichtungen.
2 stellt eine Bildebene 210 eines optischen Instruments dar, wie zum Beispiel dem optischen Instrument 150, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Über dies hinaus zeigt 2 eine Linse 230 zusammen mit der Bildebene 210, was ein Teleskop oder eine Kamera des optischen Instruments verkörpert zum Bestimmen der Position eines Objekts relativ zu dem Instrument. Über dies hinaus stellt 2 eine Fokussierlinse 220 bei drei beispielhaften Positionen P1, P2 und P3 dar. Eine Position der Fokussierlinse 220 wird detektiert durch den Detektor 110 und ein entsprechendes Signal, das die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads kennzeichnet, wird ausgegeben. Bezugszeichen 270 kennzeichnet eine Positionierungseinheit zum Anpassen der Position der Fokussierlinse, wie oben beschrieben.
Der mechanische Pfad, dem die Fokussierlinse folgt, zur Bewegung von der ersten Fokusposition P1 durch die zweite Fokusposition P2 und die dritte Fokusposition P3 wird bezeichnet durch 260 und zeigt in einer übertriebenen Ansicht eine beispielhafte Abweichung des tatsächlichen Pfads der Fokussierlinse von einem gewünschten Pfad der Fokussierlinse. Der gewünschte Pfad der Fokussierlinse folgt in 2 beispielsweise einem exakt horizontalen Pfad, wobei das Mittelteil der Fokussierlinse in einer Linie von einem Mittelteil der Bildebene durch ein Mittelteil der Linse 230 angeordnet ist.
Während der mechanische Pfad 260 der Fokussierlinse in 2 kurvig und geneigt gezeigt ist, kann in einem alternativen Beispiel ein gerader aber geneigter mechanischer Pfad durch die Fokussierlinse nachverfolgt werden, beispielsweise eine gerade Linie, die mit Bezug auf horizontale Richtungen in 2 geneigt ist. Über dies hinaus kann, während die Fokussierlinse in 2 immer in einer senkrechten Position gezeigt ist, die Fokussierlinse auch abweichen von der senkrechten Position entlang des Pfads, das heißt, sie kann geneigt sein, um um einige Grad zu variieren, während sie sich entlang des mechanischen Pfads bewegt.
2 stellt ferner ein Beispiel einer theoretischen Beobachtungsrichtung 250 dar, die in der Figur durch eine Linie durch das Mittelteil der Bildebene und der Linse 230 definiert ist. Jedoch ist dies nur ein Beispiel, und in alternativen Ausführungen kann die theoretische Beobachtungsrichtung definiert werden durch eine Linie durch die Bildebene, wie zum Beispiel einem Mittelteil der Bildebene, und die Fokussierlinse wird eingestellt auf eine gewünschte Fokusposition, wie zum Beispiel einer unendlichen Fokusposition, oder kann angenähert werden bei Herstellung des optischen Instruments.
Gemäß einem Beispiel enthält die Bildebene ein erstes Liniensegment, beispielsweise ein vertikales Liniensegment, und ein zweites Liniensegment, beispielsweise ein horizontales Liniensegment, die einander in der Bildebene schneiden, und die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird definiert durch eine Blickrichtung durch den Schnittpunkt und die Fokussierlinse. Demgemäß hat ein Benutzer des optischen Instruments die Möglichkeit, die tatsächliche Blickrichtung bequem zu bestimmen durch Konvergierenlassen des Schnittpunkts und eines Objekts, das durch die Fokussierlinse betrachtet wird.
Im Allgemeinen kann die theoretische Beobachtungsrichtung angepasst werden in Verbindung mit einer Anfangseinstellung des optischen Instruments, so dass eine Näherung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung oder der tatsächlichen Beobachtungsrichtung bei einer gewissen Position der Fokussierlinse Null-Grad-Anzeigen auf vertikalen Kreisen und horizontalen Kreisen oder entsprechenden digitalen Anzeigen des optischen Instruments entspricht. Beispielsweise kann während einer Anfangskalibrierung des optischen Instruments die Fokussierlinse auf eine vorbestimmte Fokusposition bewegt werden, und der horizontale und vertikale Kreis können angepasst werden auf eine ”Null-” oder Anfangsposition beim Richten der Blickrichtung oder tatsächlichen Beobachtungsrichtung des optischen Instruments auf ein Zielobjekt.
Jedoch kann die theoretische Beobachtungsrichtung auch bestimmt werden während einer Zusammenstellung individueller Komponenten des optischen Instruments, und eine Abweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung kann bestimmt werden durch Herstellungstoleranzen oder Anbringtoleranzen der Elemente des optischen Instruments.
2 stellt ferner eine erste tatsächliche Beobachtungsrichtung dar, die mit 251 bezeichnet ist, von der angenommen wird, dass sie in Zusammenhang zu der ersten Position P1 der Fokussierlinse 220 steht. Als anderes Beispiel zeigt die Darstellung von 2 eine zweite tatsächliche Beobachtungsrichtung, die in Zusammenhang mit der zweiten Position P2 der Fokussierlinse 220 steht.
Eine Abweichung zwischen der entsprechenden tatsächlichen Beobachtungsrichtung, zugeordnet zu der ersten (P1) und zweiten (P2) Position der Fokussierlinse und der theoretischen Beobachtungsrichtung 250, stellt einen Beobachtungsrichtungsfehler im Zusammenhang mit den Positionen P1 und P2 der Fokussierlinse dar, beispielsweise angezeigt durch einen Winkel.
Es wird bemerkt, dass eine Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung von der theoretischen Beobachtungsrichtung einer Abweichung der Position der Fokussierlinse von dem gewünschten oder idealen Pfad der Fokussierlinse folgen kann, oder in die entgegengesetzte Richtung, verglichen zu der Abweichung der Fokussierlinse führen kann. In einem Beispiel einer konkaven Fokussierlinse, wie zum Beispiel verwendet in einem Tachymeter oder Video-Tachymeter, kann die tatsächliche Beobachtungsrichtung entgegengesetzt zu der Abweichung der Fokussierlinse von dem idealen Pfad abweichen, wobei in einem Fall einer konvexen Fokussierlinse, wie zum Beispiel einer, die in einem Nivellierungsgerät verwendet wird, die Abweichung der Richtung der Abweichung der Fokussierlinse von dem idealen Pfad folgen kann. Jedoch ist, wenn der tatsächliche Beobachtungsrichtungsfehler mit Bezug auf eine vorbestimmte Position der Fokussierlinse bestimmt wird, das heißt, das Ergebnis der Abweichung der Fokussierlinse von dem gewünschten oder idealen Pfad, ein Wissen über die Eigenschaften der Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Grundlage der Art der optischen Anordnung oder Fokussierlinse nicht wesentlich.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform eines optischen Instruments zur Zusammenarbeit mit dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben.
3 zeigt eine Vorderansicht der Anordnung von 2, um weiter die Prinzipien der Erfindung darzustellen.
3 stellt die Bildebene 210, die Linse 230 des optischen Instruments und die Fokussierlinse 220 dar. 3 zeigt eine Abweichung der Fokussierlinse 220 von der idealen Position, wobei die ideale Position der Fokussierlinse gekennzeichnet wird durch die gestrichelte Linie, die mit 220 bezeichnet ist. Über dies hinaus stellt 3 eine Überschneidung von zwei willkürlichen orthogonalen Liniensegmenten, wie zum Beispiel einem horizontalen Liniensegment und einem vertikalen Liniensegment dar, die sich in der Bildebene, bezeichnet mit 301, überschneiden. Der Schnittpunkt der Liniensegmente kann integriert werden in die Bildebene, wie zum Beispiel durch schwarze Liniensegmente auf einer andererseits durchsichtigen Bildebene, und kann verwendet werden zum Richten der optischen Anordnung auf ein Zielobjekt, wie es in der Technik bekannt ist.
In dem in 3 gezeigten Beispiel wird von der theoretischen Beobachtungsrichtung angenommen, dass sie wie in 2 durch eine Linie definiert ist, die einen Punkt in der Bildebene, bevorzugt ein Punkt nahe oder in dem Mittelteil der Bildebene oder Bildsensor, fällt, und ein Mittelteil der Linse 230 verbindet.
Falls die Fokussierlinse tatsächlich in der idealen zentrierten Position, gekennzeichnet durch die gestrichelte Linie 220, positioniert wurde, würde die theoretische Beobachtungsrichtung in diesem Fall durch das Mittelteil der Fokussierlinse in der idealen zentrierten Position gehen, und würde mit der tatsächlichen Beobachtungsrichtung übereinstimmen. Jedoch tritt, aufgrund einer Abweichung des mechanischen Pfads der Fokussierlinse von dem idealen Pfad der Fokussierlinse, das heißt, entlang der theoretischen Beobachtungsrichtung, eine Abweichung zwischen der gewünschten Position der Fokussierlinse und der tatsächlichen Position der Fokussierlinse auf, wobei diese Abweichung eine vertikale und eine horizontale Komponente umfasst, die mit D1 und D2 in 3 bezeichnet sind.
Aufgrund dieser Abweichung weicht die tatsächliche Beobachtungsrichtung (nicht gezeigt in 3) auch von der idealen Orientierung ab, das heißt, der theoretischen Beobachtungsrichtung und dieser Abweichung, wobei diese Abweichung einen Beobachtungsrichtungsfehler darstellt. Ein Beobachtungsrichtungsfehler, wie in dem Beispiel der 3 gezeigt, kann zwei Komponenten enthalten, eine dargestellt durch eine Abweichung in horizontaler Richtung, und eine dargestellt durch eine Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung von der theoretischen Beobachtungsrichtung in vertikaler Richtung. Falls der Beobachtungsrichtungsfehler aufgezeichnet wird als Winkel in sphärischen Koordinaten, besteht der Beobachtungsrichtungsfehler aus zwei Winkelkomponenten, die eine Winkelabweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in zwei Richtungen rechtwinklig zueinander anzeigen, wie zum Beispiel entlang des vertikalen und horizontalen Liniensegments 301.
In einem Video-Tachymeter kann die Bildebene aus einem zweidimensionalen Feld von Sensorelementen bestehen. Ein zweidimensionales Feld von Sensorelementen ist in der Lage, Bildinformation mit einer Anzahl von Pixel zu generieren, die im Allgemeinen der Anzahl von Elementen des Felds bzw. Arrays entsprechen. Beispielsweise würde ein Sensor-Array von 1000×1000 Sensorelementen in der Lage sein, digitale Bilder mit 10⁶ Bildpixel zu generieren. In einem Video-Tachymeter kann die tatsächliche Beobachtungsrichtung durch eine Blickrichtung von einem Punkt auf oder einem von den Elementen der zweidimensionalen Anordnung von Sensorelementen definiert werden, beispielsweise nahe oder im Zentrum des Arrays, und durch die Fokussierlinse.
Ferner enthält in einem Nivellierungsgerät der Beobachtungsrichtungsfehler auch nur eine Komponente, wie zum Beispiel einen Winkel oder eine Höhe einer Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung von der theoretischen Beobachtungsrichtung in einer vertikalen Ebene.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben.
4 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur dar, wie zum Beispiel während eines regulären Betriebs eines optischen Instruments, das ausgestattet ist mit einem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät, wie mit Bezug auf vorherige Ausführungsformen beschrieben. Das optische Instrument, das zusammenarbeitet mit und/oder integriert ist in der Kalibrierungsfehler-Korrektureinheit, wie in einer der vorherigen Ausführungsformen beschrieben, kann dargestellt werden durch einen Tachymeter, Video-Tachymeter, Nivellierungsgerät oder irgendeine andere Art von optischem Instrument, das zum Bestimmen einer Position eines Objekts relativ zu dem optischen Instrument verwendet wird. Das optische Instrument wird bevorzugt eingerichtet, basierend auf vorbereiteten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler in Zusammenhang mit individuellen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, die vorher, wie in nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben, ausgeführt werden, oder erhalten werden durch irgendeine andere Technik.
In einem ersten Schritt 401, nach einem Start eines Positionsmessverfahrens zum Messen einer Position eines Zielobjekts relativ zu einem optischen Instrument, das mit dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät zusammenarbeitet, wie beispielsweise mit Bezug auf vorherige Ausführungsformen beschrieben, wird eine optische Anordnung, wie zum Beispiel ein Teleskop und/oder eine Kamera des optischen Instruments auf das Zielobjekt gerichtet. Richten der optischen Anordnung auf das Ziel im Schritt 401 enthält bevorzugt ein Anpassen der optischen Anordnung, so dass ein Zielobjekt ausgerichtet wird zu einer Anzeige auf einer Bildebene, wie zum Beispiel dem Schnittpunkt der vertikalen und horizontalen Linie, was mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Durch Richten der optischen Anordnung auf das Ziel wird die tatsächliche Beobachtungsrichtung angepasst, um auf das Zielobjekt zu zeigen.
In einem nachfolgenden Schritt 402 wird die Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads bewegt zum Fokussieren auf das Zielobjekt, beispielsweise manuell oder automatisch, gemäß den früher beschriebenen Ausführungsformen. Schritte 401 und 402 können wiederholt ausgeführt werden, um letztendlich das Teleskop auf das Ziel zu richten, während der Fokus angepasst wird.
In einem Schritt 403, nach einem Fokussieren des optischen Instruments auf das Ziel bei Schritten 401 und 402, wird die Position der Fokussierlinse detektiert, das heißt, die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, wie beispielsweise mit Bezug auf vorherige Ausführungsformen beschrieben.
Nachfolgend wird ein Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung, bestimmt, beispielsweise durch Ablesen einer entsprechenden Anzeige der Winkel auf einem horizontalen und/oder vertikalen Kreis, oder einem entsprechenden Signal, bereitgestellt durch das optische Instrument, und ein Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und einem Beobachtungsrichtungsfehler, der der Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, die vorher detektiert wird, wird erhalten. Wie oben beschrieben, kann dies ein Abrufen bzw. Erhalten eines Beobachtungsrichtungsfehlers enthalten, der der detektierten Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, von einem Speicher, beispielsweise Speicher 120, der mit Bezug auf 1 beschrieben ist, und durch passendes Verarbeiten des Beobachtungsrichtungsfehlers und der bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung, wie vorher angepasst, wie beispielsweise in vorherigen Ausführungsformen beschrieben. Beispielsweise kann der Beobachtungsrichtungsfehler subtrahiert werden von der theoretischen Beobachtungsrichtung, um den Wert zu erhalten, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung, das heißt, die korrigierte Beobachtungsrichtung. Während einem regulären Betrieb stellt, da angenommen wird, dass das Instrument kalibriert ist oder anfangs angepasst wird durch Definieren der theoretischen Beobachtungsrichtung und Anpassen eines Ursprungs oder ”0”-Einstellung des horizontalen Kreises und vertikalen Kreises oder eines anderen Winkels oder Positionierungsanzeigegeräts, das Instrument während einem regulären Betrieb eine Positionsmessung bereit, basierend auf der theoretischen Beobachtungsrichtung, die jedoch nur eine Schätzung oder Näherung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung ist.
Durch Subtrahieren oder andererseits Entfernen des Beobachtungsrichtungsfehlers von der tatsächlichen Messung der Beobachtungsrichtung, das heißt, der theoretischen Beobachtungsrichtung, kann ein korrigierter Wert erhalten werden, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung. In anderen Worten wird der Beobachtungsrichtungsfehler, der vorher in Zusammenhang mit der momentanen Position der Fokussierlinse bestimmt wird, entfernt von einer tatsächlichen Messung des optischen Instruments, der theoretischen Beobachtungsrichtung, wie zum Beispiel Winkelwerten auf einem horizontalen und vertikalen Kreis oder entsprechenden numerischen Anzeigen.
Es wird bemerkt, dass Werte, die die theoretische Beobachtungsrichtung kennzeichnen oder eine tatsächliche Messung einer Position des Zielobjekts, nicht angezeigt werden können, oder anderweitig einem Benutzer angezeigt werden, wobei nur der korrigierte Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung oder Position des Zielobjekts angezeigt werden kann.
In einem Schritt 405 wird der Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung, beispielsweise die korrigierte theoretische Beobachtungsrichtung, angezeigt oder anderweitig einem Benutzer oder einem weiteren Gerät zur Verfügung gestellt.
Der angezeigte Wert für einen Tachymeter oder Video-Tachymeter kann zwei Winkelkomponenten zum Spezifizieren der sphärischen Koordinaten des Zielobjekts relativ zu dem Gerät enthalten. In einem Nivellierungsgerät kann der angezeigte Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung, einen Winkelwert enthalten, der eine Abweichung von der Position des Objekts in vertikaler Richtung anzeigt.
Weitere Schritte können Schritt 405 folgen, sowie Messungen oder Berechnungen der Werte, die kennzeichnend sind für die Position des Objekts, die jedoch nicht weiter beschrieben werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können, da Beobachtungsrichtungsfehler vorgespeichert werden und sofort verfügbar sind zur Verwendung in Zusammenhang mit einer bestimmten ausgewählten Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, korrigierte Anzeigen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung direkt bereitgestellt werden, was zu einer verbesserten Genauigkeit und verbesserten Handhabung des optischen Instruments führt.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 5 beschrieben.
5 stellt Schritte eines Verfahrens zum Ausführen einer Kalibrierungsfehlerkorrektur für ein optisches Instrument gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar, und insbesondere stellt sie Schritte zum Bestimmen eines korrigierten Wertes dar, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung.
In einem ersten Schritt 501 und einem zweiten Schritt 502 wird das optische Instrument, beispielsweise das Teleskop oder die Kamera auf ein Zielobjekt gerichtet, und die Fokussierlinse wird entlang des mechanischen Pfads bewegt zum Fokussieren auf das Objekt, wie mit Bezug auf Schritte 401 und 402 beschrieben. In einem Schritt 503 wird die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads detektiert, wie in Schritt 403.
In Schritt 504 wird der Beobachtungsrichtungsfehler, der der Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, abgerufen aus dem Speicher, beispielsweise durch Abrufen von einem oder zwei optischen Beobachtungsrichtungsfehlerelementen, die in Zusammenhang mit der Position der Fokussierlinse gespeichert sind.
In einem Schritt 505 wird der erhaltene Beobachtungsrichtungsfehler von einer gemessenen theoretischen Beobachtungsrichtung entfernt, um einen Wert zu erhalten, der kennzeichnend ist für die korrigierte tatsächliche Beobachtungsrichtung. Beispielsweise wird der Beobachtungsrichtungsfehler subtrahiert von dem tatsächlichen gemessenen Wert der theoretischen Beobachtungsrichtung. Die Subtrahierung oder anderweitige Entfernung des Beobachtungsrichtungsfehlers kann komponentenweise ausgeführt werden, so dass die zwei Elemente eines Beobachtungsrichtungsfehlers von zwei Elementen der theoretischen Beobachtungsrichtung des Zielobjekts subtrahiert werden können.
Es wird bemerkt, dass es wichtig ist, theoretischen Beobachtungsrichtungsfehler während einer Kalibrierung des Instruments auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung zu bestimmen, die später verwendet wird während der tatsächlichen Messung, das heißt, die gleichen Einstellungen werden für ein anfängliches Definieren der theoretischen Beobachtungsrichtung verwendet, und dieselben werden einer Referenzeinstellung des Instruments zugeordnet. Beispielsweise kann die theoretische Beobachtungsrichtung bestimmt werden durch Einstellen der Fokussierlinse auf eine definierte Position, und die so definierte Beobachtungsrichtung wird einer ”0” zugeordnet oder einer Anfangseinstellung des Instruments, und diese Zuordnung wird aufrechterhalten zum Messen von Beobachtungsrichtungsfehlern für verschiedene Positionen der Fokussierlinse und für tatsächliche Positionsmessungen.
In Schritt 506 wird der Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung, angezeigt oder anders verfügbar gemacht, wie in Schritt 406.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben.
6 stellt Elemente eines Verfahrens zum Kalibrieren eines optischen Instruments dar, das mit einem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zusammenarbeitet.
Beobachtungsrichtungsfehler, die spezifischen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zugeordnet sind, können leicht aufgezeichnet werden während einer Anfangskalibrierung, wenn das optische Instrument hergestellt wird, oder wenn Wartungsaktivitäten ausgeführt werden. Um Beobachtungsrichtungsfehler zu erhalten, die einer gewissen Position zugeordnet sind, kann das optische Instrument angepasst werden zum Fokussieren auf ein bekanntes Zielobjekt in einer bekannten Position relativ zu dem optischen Instrument, die Abweichung zwischen der Blickrichtung, das heißt, der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, das heißt, der bekannten Richtung in Richtung des Zielobjekts in der bekannten Position mit Bezug auf das optische Instrument und der theoretischen Beobachtungsrichtung, beispielsweise ein Wert, der kennzeichnend ist für die theoretische Beobachtungsrichtung, gekennzeichnet durch beispielsweise einen vertikalen und horizontalen Kreis des Instruments, und den gewünschten bekannten Winkeln, die angezeigt werden sollten auf Grundlage dese Zielobjekts in der bekannten Position relativ zu dem Gerät, stellen den Beobachtungsrichtungsfehler für diese spezifische bekannte Position des Zielobjekts dar. Demgemäß wird bei dieser ersten Messung ein erster Beobachtungsrichtungsfehler für eine erste Position erhalten. Nachfolgend könnte der Abstand des Zielobjekts mit Bezug auf das optische Instrument modifiziert werden, um eine entsprechende Messung eines zweiten Beobachtungsrichtungsfehlers für eine zweite Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zu erhalten.
Durch diesen Prozess können mehrere Beobachtungsrichtungsfehler für mehrere Positionen der Fokussierlinse bestimmt werden für eine Beobachtungsfehlerkorrektur während einem späteren Betrieb des Geräts. Alternativ zu den oben beschriebenen Schritten zum Messen von Beobachtungsrichtungsfehlern, können Beobachtungsrichtungsfehler auch erhalten werden durch Messen einer Position eines Zielobjekts mit Bezug auf das optische Instrument in zwei Lagen eines Teleskops des optischen Instruments, wie unten aufgezeigt.
Es sollte bemerkt werden, dass die Technik zum Erhalten von Beobachtungsrichtungsfehlern variiert werden kann, solange der Beobachtungsrichtungsfehler korrekt eine Abweichung der tatsächlichen Beobachtungsrichtung von der theoretischen Beobachtungsrichtung spezifiziert, das heißt, eine Abweichung zwischen einer bekannten Position des Zielobjekts relativ zu dem optischen Instrument, und eine angezeigte Position des bekannten Objekts relativ zu dem optischen Instrument kennzeichnet.
6 beschreibt insbesondere Schritte zum Kalibrieren des Geräts durch Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern wie in mehreren Positionen der Fokussierlinse.
Die Kalibrierung des optischen Instruments, integriert oder zusammenarbeitend mit dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät, startet bei Schritt 601, der ein Einstellen der Fokussierlinse auf eine Anfangsposition X = X0 enthält. Einstellen der Fokussierlinse auf die Anfangsposition kann erreicht werden durch Fokussieren des Objekts auf ein Ziel in einem bekannten Abstand und Richtung, das heißt, einer Position von dem optischen Instrument.
Nachfolgend wird in einem Schritt 602 der Beobachtungsrichtungsfehler bei der Position X0 gemessen. Messen des Beobachtungsrichtungsfehlers kann erreicht werden, wie es mit Bezug auf vorherige Ausführungsformen beschrieben wurde.
In einem Schritt 603 wird der Beobachtungsrichtungsfehler in Zusammenhang stehend mit der momentanen Fokussierlinsenposition X0 gespeichert, wie zum Beispiel in dem Speicher 120 von 1.
In einem Schritt 604 wird die Fokussierlinse weitergeschoben auf eine Position X = X + 1, wie zum Beispiel durch einen Antriebsmotor und eine Spindel, wie früher beschrieben. ”1” in dem vorliegenden Beispiel stellt einen Einheitsabstand zum Vorrücken der Fokussierlinse dar.
In einem Schritt 605 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Endposition erreicht ist. Die Endposition könnte beispielsweise eine Position für unendlichen Fokus oder eine Position für einen nähesten Fokus sein. Alternativ könnte die Endposition bestimmt werden durch mechanische Beschränkungen, das heißt, durch einen Endpunkt des mechanischen Pfads der Fokussierlinse.
Falls in Schritt 605 entschieden wird, dass die Endposition nicht erreicht ist, werden die vorhergehenden Schritte 602–604 wiederholt auf Grundlage der Position X + 1. Die Schleife der Schritte 602–605 wird wiederholt, bis die Endposition der Fokussierlinse erreicht wird, das heißt, bis die Entscheidung in Schritt 605 ”JA” ist, in welchem Fall die Kalibrierung oder das Aufzeichnen der Beobachtungsrichtungsfehler beendet ist.
In praktischen Anwendungen werden Beobachtungsrichtungsfehler aufgezeichnet für eine Vielzahl von möglichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, jedoch kann die Anzahl der Positionen nicht unendlich erhöht werden. Begrenzungen können auferlegt werden durch eine Kapazität des Speichers 120 zum Speichern der Beobachtungsrichtungsfehler und/oder Anstrengungen, die durchgeführt werden können für ein Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern bei verschiedenen Positionen.
Um in der Lage zu sein, mit einer begrenzten Anzahl von Beobachtungsrichtungsfehlern in Zusammenhang stehen mit einer entsprechenden Anzahl von verschiedenen Positionen der Fokussierlinse zu arbeiten, wird die Indikatoreinheit in einem anderen Beispiel angeordnet zum Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Grundlage einer Interpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern, beispielsweise, falls eine momentane Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads nicht zugeordnet wird zu einem gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler. Bevorzugt kann eine Linearinterpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern verwendet werden, jedoch ist irgendeine andere Art von Interpolation auch denkbar.
Beispielsweise können, falls es bestimmt wird, dass eine bestimmte momentane Position der Fokussierlinse nicht einem Beobachtungsrichtungsfehler zugeordnet ist, die zwei benachbarten Beobachtungsrichtungsfehler abgefragt werden durch den Indikator, und diese zwei Fehlerwerte können interpoliert werden auf Grundlage der momentanen Position, die detektiert wird, und den Positionen, die in Zusammenhang stehen mit den benachbarten Beobachtungsrichtungsfehlern.
Wie oben bemerkt, können Beobachtungsrichtungsfehler bei individuellen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads bestimmt werden und in dem Speicher 120 gespeichert werden. Um die Geschwindigkeit des Erhaltens von Beobachtungsrichtungsfehlern zu verbessern, kann das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät eine Kalibrierungseinheit enthalten zum automatischen Bewirken einer Bewegung der Fokussierlinse auf jede einer Vielzahl von Positionen entlang des mechanischen Pfads und zum Bestimmen von Beobachtungsrichtungsfehlern dort.
Beispielsweise kann eine Steuerung entwickelt werden zum automatischen Fokussieren des optischen Instruments auf ein Objekt in einer bekannten Position mit Bezug auf das optische Instrument, und zum Bestimmen eines Beobachtungsfehlers dort, das heißt, der Abweichung zwischen tatsächlicher Beobachtungsrichtung und der theoretischen Beobachtungsrichtung, in anderen Worten ausgedrückt, der Unterschied zwischen einer durch das optische Instrument gemessenen Position und der bekannten Position des Objekts. Die Kalibrierungseinheit in diesem Beispiel bewegt dann automatisch das optische Instrument und/oder das Zielobjekt zu einer anderen Abstandsbeziehung mit Bezug aufeinander, um eine Bewegung der Fokussierlinse auf eine andere Position entlang des mechanischen Pfads zu erreichen. Wieder kann eine Messung des Beobachtungsrichtungsfehlers ausgeführt werden, und der Prozess kann wiederholt werden für weitere Abstandsbeziehungen zwischen dem optischen Instrument und dem Zielobjekt.
Die Kalibrierungseinheit kann eine Anordnung einer Führungsschiene zum Halten des Zielobjekts und des optischen Instruments und zum schrittweise Bewegen des optischen Instruments und/oder des Zielobjekts in eine Vielzahl von verschiedenen Abstandsbeziehungen zueinander enthalten. Über dies hinaus enthält die Kalibrierungseinheit in einem Beispiel eine Instruktionseinheit zum Triggern eines Fokussierens des optischen Instruments auf das Zielobjekt bei dem neuen Abstand und durch Triggern einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers in diesem Fall.
Eine Anordnung der Antriebsmotoren kann bereitgestellt werden zum Bewegen des Objekts und/oder optischen Instruments entlang der Führungsschiene zu einer Anzahl von verschiedenen Abstandsbeziehungen zueinander. Die Bewegungsschritte des Geräts und/oder Zielobjekts können äquidistant von einem kleinsten Abstand zu einem größten Abstand sein, was einem unendlichen Abstand entspricht bzw. diesen annähert.
Alternativ können die Intervalle für eine Bewegung logarithmisch mit größeren Abständen ausgewählt werden, was größeren Intervallen entspricht.
Wie oben bemerkt, kann das optische Instrument dargestellt werden durch ein Nivellierungsgerät, und in diesem Fall kann die Kalibrierungseinheit ausgebildet werden zum Anpassen der Blickrichtung oder tatsächlichen Beobachtungsrichtung auf Ziele auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument, beispielsweise durch Einstellen von Aktoren oder einem Schrittmotor zum Anpassen des optischen Instruments, und zum Aufzeichnen eines Höhenwerts des optischen Instruments zur horizontalen Richtung als Beobachtungsrichtungsfehler in Zusammenhang mit verschiedenen Abständen.
Über dies hinaus kann, wie oben bemerkt, das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät dargestellt werden durch ein Tachymeter oder Video-Tachymeter, und in diesem Fall kann die Kalibrierungseinheit ausgebildet sein zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer ersten Lage und einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer zweiten Lage. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck ”Lage” des optischen Instruments auf eine erste Position eines Teleskops oder einer Kamera in einer Basiseinheit, gerichtet auf ein Ziel, und die zweite Ebene bezieht sich auf ein 180°-gedrehtes Teleskop oder Kamera um eine vertikale Achse und eine Drehung des Teleskops oder Kamera um eine horizontale Achse, wobei diese Drehung 360° minus einem vertikalen Winkel abdeckt, eingestellt für eine Messung in der ersten Ebene, falls angenommen wird, dass ein 0°-Winkel im Zenit ist.
Über dies hinaus kann, um die Bestimmungsgenauigkeit von Beobachtungsrichtungsfehlern zu verbessern, die Kalibrierungseinheit ausgebildet sein zum Bestimmen von Beobachtungsrichtungsfehlern, die Positionen der Fokussierlinse zugeordnet sind, als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei einer bestimmten Position der Fokussierlinse.
Im Fall eines Video-Tachymeters kann die Kalibrierungseinheit ausgebildet sein zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, wobei der Beobachtungsrichtungsfehler zugeordnet ist zu einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen zwei verschiedenen Positionen.
Gemäß einem anderen Beispiel enthält das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät eine Einheit zum Messen und Kompensieren eines Neigungsfehlers bzw. Kippfehlers des optischen Instruments mit Bezug auf eine vertikale Richtung, um Messungen weiter zu verbessern. Genauer gesagt, ist der Kippfehler eine Abweichung oder ein Winkel zwischen der vertikalen Achse des Instruments, um die das Teleskop oder Kamera, das heißt, die tatsächliche Beobachtungsrichtung, rotiert, und beispielsweise der vertikalen Richtung. Es wird bemerkt, dass der Kippfehler als unabhängig von der Fokussierlinsenposition betrachtet werden kann, und deshalb unabhängig von einer tatsächlichen Position der Fokussierlinse kompensiert werden kann, beispielsweise, wenn das optische Instrument aufgebaut wird in Vorbereitung einer Positionierungsanwendung.
Die obige Ausführungsform stellt daher ein bequemes Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern in Zusammenhang mit verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads für eine spätere Verwendung während eines regulären Betriebs des Geräts bereit.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 7 beschrieben.
7 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur bereit, insbesondere wird fokussiert auf ein Kalibrieren oder Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern von optischen Instrumenten, die ein Nivellierungsgerät enthalten, oder aus einem solchen bestehen. Ein wie in der Technik bekanntes Nivellierungsgerät ist ein Gerät zum Messen der Position eines Zielobjekts relativ zu dem Nivellierungsgerät in vertikaler Richtung, beispielsweise zum Bestimmen, ob das Nivellierungsgerät und das Objekt auf der gleichen Höhe sind. Beobachtungsrichtungsfehler enthalten deshalb nur eine einzelne Komponente, die kennzeichnend ist für einen Fehler in der vertikalen Richtung.
In einem Schritt 701 wird die Fokussierlinse eingestellt auf eine bekannte Position, beispielsweise eine Anfangsposition, für die ein Beobachtungsrichtungsfehler benötigt wird.
In einem Schritt 702 wird die optische Anordnung desselben auf ein Zielobjekt auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument gerichtet.
In einem Schritt 703 wird ein Beobachtungsrichtungsfehler aufgezeichnet als ein Winkel der Blickrichtung, das heißt, der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, zu der vordefinierten theoretischen Beobachtungsrichtung in Zusammenhang stehend zu der momentanen Position der Fokussierlinse. Der Beobachtungsrichtungsfehler wird gespeichert, wie mit Bezug auf vorherige Ausführungsformen beschrieben.
In einem Schritt 704 wird die Fokussierlinse vorgerückt auf eine nächste Position entlang des mechanischen Pfads und Schritte 701–703 werden wiederholt, um einen Beobachtungsrichtungsfehler bei weiteren Positionen der Fokussierlinse zu erhalten. Diese Schritte werden wiederholt, bis eine Endposition der Fokussierlinse erreicht wird.
In einem Schritt 705 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Endposition erreicht ist, wie beispielsweise mit Bezug auf Schritt 605 beschrieben. Falls entschieden wird in Schritt 705, dass die Endposition nicht erreicht ist, werden die vorhergehenden Schritte 702–704 wiederholt auf Grundlage der nächsten Position. Die Schleife von Schritten 702–705 wird wiederholt, bis die Endposition der Fokussierlinse erreicht wird, das heißt, bis die Entscheidung in Schritt 605 ”JA” ist.
Die Ausführungsform von 7 entspricht daher im Wesentlichen den vorherigen Ausführungsformen, vermindert um einen Beobachtungsrichtungsfehler mit einer einzelnen Dimension.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben.
8 stellt Schritte eines Verfahrens für eine Kalibrierungsfehlerkorrektur dar, und fokussiert insbesondere auf ein Aufzeichnen von Beobachtungsrichtungsfehlern bei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse. In der Ausführungsform von 8 ist das optische Instrument dargestellt durch einen Tachymeter mit der Fähigkeit, in verschiedenen Lagen bewegt zu werden, das heißt, ein Tachymeter, der mindestens 180° Drehung einer optischen Anordnung, wie zum Beispiel einem Teleskop oder Kamera des Tachymeters, um eine horizontale Achse erlaubt.
In einem ersten Schritt 801 wird die Fokussierlinse eingestellt auf eine bekannte Position, wie vorher erwähnt. In dem Schritt 802 wird das Teleskop des Tachymeters auf das Zielobjekt in einer ersten Teleskoplage gerichtet, das heißt, die tatsächliche Beobachtungsrichtung wird ausgerichtet auf das Objekt.
In einem Schritt 803 wird ein erster Satz von Beobachtungsrichtungswinkeln zu der theoretischen oder Referenzrichtung gemessen, wie zum Beispiel in sphärischen Koordinaten.
In einem Schritt 804 wird die optische Anordnung des Tachymeters geneigt um die horizontale Achse um 180°, und in eine zweite Lage bewegt, das heißt, die optische Anordnung nach der 180°-Drehung um die horizontale Achse wird um die vertikale Achse rotiert, um das Objekt wieder anzuzielen.
In einem Schritt 805 wird ein zweiter Satz von Beobachtungsrichtungswinkeln zu der theoretischen Beobachtungsrichtung gemessen.
In einem Schritt 806 wird der erste und zweite Satz von Beobachtungsrichtungswinkeln verarbeitet in einem Durchschnittsbildungsbetrieb zum Bestimmen eines Mittelwerts und gespeichert als Beobachtungsrichtungsfehler in Zusammenhang stehend mit der momentanen Fokussierlinsenposition.
In einem Schritt 807 wird die Fokussierlinse dann auf eine nächste Position entlang des mechanischen Pfads vorgerückt, und Schritte 802–807 werden wiederholt, bis eine Endposition der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads erreicht ist.
Die Ausführungsform von 8 stellt ein Aufzeichnen der Beobachtungsrichtungsfehler dar durch Fokussieren auf ein Ziel in einem bekannten Abstand in Linsenlagen und durch Berechnen des Beobachtungsrichtungsfehlers auf Grundlage der zwei Messungen. Es wird daher möglich, Beobachtungsrichtungsfehler aufzuzeichnen oder zu aktualisieren ohne eine komplexe mechanische Anordnung und Anpassung, und nur ein Zielobjekt mit einem bekannten Abstand zugeordnet zu einer Fokussierlinsenposition wird benötigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Programm bereitgestellt werden, das Instruktionen bzw. Anweisungen enthält, die ausgebildet sind zum Hervorrufen in einem Datenprozessor des Fehlerkorrekturgeräts, Kombinationen der obigen Schritte auszuführen. Das Programm oder Elemente desselben können in einem Speicher des Korrekturgeräts gespeichert werden, wie zum Beispiel dem Speicher 120, und durch den Prozessor zur Ausführung abgerufen werden. Über dies hinaus kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, in dem das Programm verkörpert ist. Das computerlesbare Medium kann gegenständlich sein, wie zum Beispiel eine Disk oder ein anderer Datenträger, oder kann aus Signalen bestehen, die für eine elektrische Übertragung passend sind. Ein Computerprogrammprodukt kann das computerlesbare Medium umfassen.
10 stellt Elemente eines Kalibrierungsfehler-Korrekturgeräts in einem optischen Instrument gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
10 zeigt schematisch die Elemente der optischen Instrumente, wie mit Bezug auf die obigen Ausführungsformen beschrieben. 10 stellt das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät 100 dar, das den Detektor 110 enthält, wobei der Detektor teilweise durch die CPU 183 und durch einen Sensor 111 realisiert werden kann, wobei die Position der Fokussierlänge 220 erfasst wird, wie zum Beispiel durch direktes Bestimmen der Position der Fokussierlinse oder durch Zählen der Impulse des Schrittmotors, etc.
Über dies hinaus stellt 10 eine Positionierungseinheit dar, teilweise realisiert durch die CPU 180, wie oben beschrieben, und teilweise realisiert durch eine mechanische Anordnung 171, die einen Motor zum Bewegen der Fokussierlinse 220 entlang des mechanischen Pfads enthält. Weiterhin stellt 10 die Indikatoreinheit 130 dar, die teilweise realisiert wird durch die CPU 180, wie oben bemerkt, und durch eine Indikatoreinheit 131, wie zum Beispiel eine Anzeige zum Visualisieren von Werten, die kennzeichnend sind für die Beobachtungsrichtung.
Über dies hinaus stellt 10 eine Abstandsmesseinheit 190 dar zum Messen eines Abstands des optischen Instruments von einem Ziel, und zum Bereitstellen eines entsprechenden Messwerts an die CPU 180. Beispielsweise enthält die Abstandsmesseinheit 190 einen Infrarotlaser oder ein Laserabstandsmessgerät, wie es in der Technik bekannt ist.
Die Abstandsbestimmungseinheit in diesem Beispiel stellt einen Abstandsmesswert bereit, der einen Abstand eines Zielobjekts von dem optischen Instrument anzeigt, und diesen Abstandswert der Positionierungseinheit bereitstellt. Die Positionierungseinheit bestimmt und stellt wiederum eine benötigte Position der Fokussierlinse ein auf Grundlage des Abstandssignals, um das optische Instrument auf das Zielobjekt zu fokussieren. Die Abstandsanzeige von der Abstandsbestimmungseinheit und/oder die Position von der Positionierungseinheit können dann verwendet werden von der Detektionseinheit zum direkten Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers in Zusammenhang mit der Position oder zum Transformieren der Abstandsanzeige in ein Positionssignal zum Abfragen von zugeordneten Beobachtungsrichtungsfehlern. Alternativ kann die Abstandsanzeige bzw. Abstandsindikation von der Abstandsbestimmungseinheit direkt verwendet werden zum Abfragen bzw. Erhalten eines Beobachtungsrichtungsfehlers von dem Speicher, der in Zuordnung mit der Abstandsindikation gespeichert wird.
Da die Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse in dem optischen Instrument eine Funktion des Abstands eines Zielobjekt ist, kann entweder der Wert, der die Position der Fokussierlinse kennzeichnet, oder die Abstandsindikation verwendet werden zum Speichern und späteren Abfragen von Beobachtungsrichtungsfehlern zur Korrektur einer tatsächlichen Beobachtungsrichtung.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Programm bereitgestellt werden, das Instruktionen enthält, die ausgebildet sind, um bei einer Datenverarbeitungseinheit hervorzurufen, dass diese ein Verfahren mit den Merkmalen der oben beschriebenen Ausführungsformen ausführt.
Gemäß einem anderen Beispiel kann ein computerlesbares Medium, das das Programm verkörpert, bereitgestellt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Computerprogrammprodukt das computerlesbare Medium umfassen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein optisches Instrument bereitgestellt, das das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät umfasst.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein optisches Instrument bereitgestellt, das kalibriert ist gemäß den obigen Verfahrensschritten der oben beschriebenen Ausführungsformen.

Claims

Ein Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät für ein optisches Instrument (150), das die Richtung bestimmt, unter der ein fokussiertes Zielobjekt beobachtet wird, umfassend: einen Detektor einer Position einer Fokussierlinse des optischen Instruments entlang des mechanischen Pfads der Fokussierlinse (220), wobei ein Strahlengang durch einen Punkt einer Bildebene (210) des optischen Instruments und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position eine tatsächliche Beobachtungsrichtung (251) definiert; einen Speicher (120) für Beobachtungsrichtungsfehler, die eine Abweichung spezifizieren zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, zugeordnet zu einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine erste Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer ersten Ebene; und einer Indikatoreinheit (130), die mindestens einen Wert spezifiziert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und den Beobachtungsrichtungsfehlern bei jeder der unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach Anspruch 1, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler definiert werden durch einen Unterschied zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251), und wobei die Indikatoreinheit (130) die tatsächliche Beobachtungsrichtung durch Subtrahieren der Beobachtungsrichtungsfehler von der theoretischen Beobachtungsrichtung spezifiziert.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine zweite Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) in einer zweiten Ebene.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–3, wobei in der Bildebene (210) des optischen Instruments einander orthogonale erste und zweite Liniensegmente angeordnet sind, die einander in der Bildebene schneiden, und wobei die tatsächliche Beobachtungsrichtung (251) definiert wird durch einen Strahlengang durch den Schnittpunkt und durch die Fokussierlinse (220).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–4, wobei die Bildebene dargestellt wird durch ein zweidimensionales Feld von Sensorelementen, und wobei die tatsächliche Beobachtungsrichtung definiert wird durch einen Strahlengang durch einen Punkt der zweidimensionalen Anordnung der Sensorelemente und durch die Fokussierlinse (220).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–5, enthaltend Mittel zum Kalibrieren (160) der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) durch Einstellen der Fokussierlinse (220) auf eine ausgewählte Fokusposition.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–6, enthaltend Mittel zum Kalibrieren (160) der theoretischen Beobachtungsrichtung durch Ausrichten der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) an der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) bei Herstellung des optischen Instruments.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–7, enthaltend eine Positionierungseinheit (170) zum Positionieren der Fokussierlinse (220) zum Fokussieren auf ein Ziel und zum Kennzeichnen der Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads; und wobei die Indikatoreinheit (130) ausgebildet ist zum Abfragen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der der Position der Fokussierlinse zugeordnet ist, auf Grundlage des Positionssignals, das durch die Positionierungseinheit gekennzeichnet wird, und zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung (251).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–7, enthaltend eine Abstandsbestimmungseinheit zum Bestimmen eines Zielabstands eines Ziels von dem optischen Instrument (150), wobei die Positionierungseinheit (170) ausgebildet ist zum Einstellen einer Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads zum Fokussieren auf das Ziel auf Grundlage des Zielabstands, und die Indikatoreinheit (130) ausgebildet ist zum Abfragen von dem Speicher (120) eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der dem Zielabstand zugeordnet ist, und zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung (251).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach einem der Ansprüche 1–9, wobei die Indikatoreinheit (130) angeordnet ist zum Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) auf Grundlage einer Interpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern, falls eine momentane Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads nicht einem gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler zugeordnet ist.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–10, enthaltend eine Kalibrierungseinheit (160) zum Hervorrufen einer Bewegung der Fokussierlinse (220) auf jede der Vielzahl der Positionen entlang des mechanischen Pfads und zum Bestimmen von Beobachtungsrichtungsfehlers dort.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach Anspruch 11, wobei die Kalibrierungseinheit (160) ausgebildet ist zum Anpassen der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) auf Ziele auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument (150), und zum Aufzeichnen eines Winkels des optischen Instruments zur horizontalen Richtung als Beobachtungsrichtungsfehler.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach Anspruch 11, wobei die Kalibrierungseinheit (160) ausgebildet ist zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments (150) in einer ersten Lage und einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer zweiten Lage.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 11–13, wobei die Kalibrierungseinheit (160) ausgebildet ist zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der einer Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads zugeordnet ist als ein Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei dieser Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 11–13, wobei die Kalibrierungseinheit (160) ausgebildet ist zum Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als ein Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads, und wobei der Beobachtungsrichtungsfehler einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen zwei verschiedenen Positionen zugeordnet ist.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–14, enthaltend eine Einheit zum Messen und Kompensieren eines Kippfehlers.
Verfahren zur Kalibrierungsfehlerkorrektur in einem optischen Instrument (150), das die Richtung bestimmt, unter der ein fokussiertes Zielobjekt beobachtet wird, umfassend: Detektieren einer Position einer Fokussierlinse (220) des optischen Instruments entlang eines mechanischen Pfads der Fokussierlinse, wobei ein Strahlengang durch einen Punkt einer Bildebene (210) des optischen Instruments und die Fokussierlinse bei einer momentanen Position eine tatsächliche Beobachtungsrichtung (251) definiert; Halten von Beobachtungsrichtungsfehlern, die eine Abweichung spezifizieren zwischen einer bekannten theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung, die einer Vielzahl von unterschiedlichen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads in einem Speicher (120) zugeordnet ist, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine erste Komponente umfassen, die eine Abweichung kennzeichnet zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung in einer ersten Ebene; und Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung auf Grundlage der theoretischen Beobachtungsrichtung und den Beobachtungsrichtungsfehlern bei jeder der verschiedenen Positionen der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach Anspruch 17, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler definiert werden durch einen Unterschied zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251), und wobei das Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung ein Subtrahieren der Beobachtungsrichtungsfehler von der theoretischen Beobachtungsrichtung umfasst.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–18, wobei die Beobachtungsrichtungsfehler jeweils eine zweite Komponente, kennzeichnend eine Abweichung zwischen der theoretischen Beobachtungsrichtung (250) und der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) in einer zweiten Ebene umfassen.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–19, enthaltend Bereitstellen der Bildebene (210) des optischen Instruments mit gegenseitig orthogonalen ersten und zweiten Liniensegmenten, die einander in der Bildebene schneiden, und Definieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) durch einen Strahlengang durch den Schnittpunkt und durch die Fokussierlinse (220).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–20, enthaltend Bereitstellen einer Bildebene (210), die aus dem zweidimensionalen Feld von Sensorelementen besteht, und Definieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) durch einen Strahlengang durch einen Punkt der zweidimensionalen Anordnung der Sensorelemente und durch die Fokussierlinse.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–21, wobei die theoretische Beobachtungsrichtung (250) kalibriert wird durch Einstellen der Fokussierlinse (220) auf eine ausgewählte Fokusposition.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–22, wobei die theoretische Beobachtungsrichtung (250) kalibriert wird durch Ausrichten der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) an der theoretischen Beobachtungsrichtung bei Herstellung des optischen Instruments (150).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–23, enthaltend Positionieren der Fokussierlinse (220) zum Fokussieren auf ein Ziel und Kennzeichnen der Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads; und Abfragen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der zugeordnet ist zu der Position der Fokussierlinse auf Grundlage eines Positionssignals, das durch eine Positionierungseinheit gekennzeichnet wird, und Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung (251).
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–24, enthaltend Bestimmen eines Zielabstands eines Ziels von dem optischen Instrument (150), Einstellen einer Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads zum Fokussieren auf das Ziel auf Grundlage des Zielabstands, und Abfragen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der dem Zielabstand zugeordnet ist, und zum Spezifizieren von mindestens einem Wert, der kennzeichnend ist für die tatsächliche Beobachtungsrichtung.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–25, enthaltend Spezifizieren der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) auf Grundlage einer Interpolation zwischen zwei Beobachtungsrichtungsfehlern, falls eine momentane Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads nicht einem gespeicherten Beobachtungsrichtungsfehler zugeordnet ist.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–26, enthaltend Bewirken einer Bewegung der Fokussierlinse (220) auf jede der Vielzahl der Positionen entlang des mechanischen Pfads und Bestimmen von Beobachtungsrichtungsfehlern dort.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach Anspruch 27, enthaltend Anpassen des Strahlengangs oder der tatsächlichen Beobachtungsrichtung (251) auf Ziele auf der gleichen Höhe wie das optische Instrument (150), und Aufzeichnen eines Winkels des optischen Instruments zur horizontalen Richtung als Beobachtungsrichtungsfehler.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach Anspruch 27, enthaltend Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments (150) in einer ersten Lage und einer Messung eines Beobachtungsrichtungsfehlers des optischen Instruments in einer zweiten Lage.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 27–29, enthaltend Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers, der einer Position der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads zugeordnet ist als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei dieser Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 27–29, enthaltend Bestimmen eines Beobachtungsrichtungsfehlers als Mittelwert zwischen wiederholten Messungen der Beobachtungsrichtungsfehler bei zwei verschiedenen Positionen der Fokussierlinse (220) entlang des mechanischen Pfads, und wobei der Beobachtungsrichtungsfehler einer mittleren Position der Fokussierlinse entlang des mechanischen Pfads zwischen zwei verschiedenen Positionen zugeordnet ist.
Das Kalibrierungsfehler-Korrekturverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–31, enthaltend Messen und Kompensieren eines Kippfehlers bzw. Neigungsfehlers.
Ein Programm, enthaltend Instruktionen, die ausgebildet sind zum Hervorrufen in einer Datenverarbeitungseinrichtung, das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–32 auszuführen.
Ein computerlesbares Medium, in dem ein Programm verkörpert ist, wobei das Programm in einem Computer hervorruft, dass dieser das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17–32 ausführt.
Ein Computerprogrammprodukt, umfassend das computerlesbare Medium nach Anspruch 34.
Ein optisches Instrument, umfassend das Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach einem der Ansprüche 1–16.
Ein System bestehend aus einem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät nach mindestens einem der Ansprüche 1–16 und einem optischen Instrument, wobei eine Kommunikation zwischen dem Kalibrierungsfehler-Korrekturgerät und dem optischen Instrument erfolgt.