DE112012007096B4

DE112012007096B4 - Trackereinheit und Verfahren in einer Trackereinheit

Info

Publication number: DE112012007096B4
Application number: DE112012007096.8T
Authority: DE
Inventors: Christian Grässer; Suat Köker
Original assignee: Trimble AB
Current assignee: Trimble AB
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: CN105026886B; US20150268347A1; US9482756B2; WO2014067579A1; DE112012007096T5; CN105026886A

Abstract

Trackereinheit (1) für ein Messinstrument (10), das wenigstens einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper (11, 14) umfasst, wobei die Trackereinheit aufweist:
ein Fotosensormodul (33), das mehrere Fotosensoren aufweist, wobei jeder Fotosensor geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, entspricht, wobei die optische Strahlung durch Reflexion der optischen Strahlung an einem reflektierenden Ziel (90) erzeugt wurde, wobei das Fotosensormodul ein optisches System (34) aufweist, das geeignet ist, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren, wobei das Fotosensormodul derart angeordnet ist, dass eine Trackerzeigerachse (36) des Fotosensormoduls in Bezug auf eine Instrumentenzielachse (S) des Messinstruments koaxial ist;
eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle (81, 82), die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist, wobei die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle an.derartigen Positionen angeordnet sind, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist;
ein Steuermodul (5; 51), das geeignet ist:
um selektiv die Drehung wenigstens eines Instrumentenkörpers zu bewirken;
um wenigstens einmal jeweils die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle zu aktivieren und zu deaktivieren; und
um zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird; und
ein Signalverarbeitungsmodul (6; 70), das geeignet ist, Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse (95) und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene auf der Basis jeweils des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren;
wobei das Steuermodul geeignet ist, unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, einer Drehung des wenigstens eines Instrumentenkörpers auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu bewirken, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder näher in Ausrichtung damit kommt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Messung, insbesondere der Vermessung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Trackereinheit für ein Messinstrument, wobei die Trackereinheit betriebsfähig ist, um die Instrumentenzielachse des Messinstruments mit einer Richtung zu einem gewünschten Ziel relativ zu dem Messinstrument, d.h. mit der Zielachse, auszurichten.
Hintergrund
Die Vermessung umfasst die Bestimmung unbekannter Positionen, Oberflächen oder Volumen von Objekten oder das Abstecken bekannter Koordinaten unter Verwendung von Winkel- und Entfernungsmessungen, die von einer oder mehreren Positionen genommen werden. Um diese Messungen durchzuführen, wird häufig eine Vermessungsvorrichtung der Art, auf die als eine Totalstation Bezug genommen wird, die eine Kombination aus Elektronik und Optik aufweist, verwendet. Eine Totalstation kann mit einer Computer- oder Verarbeitungs- oder Steuereinheit mit schreibbaren Informationen für Messungen, die durchgeführt werden sollen, und zum Speichern von Daten, die während der Messungen erhalten werden, versehen sein. Eine Totalstation kann die Position eines Ziels in einem festen bodenbasierten Koordinatensystem berechnen.
Ein Trackingsystem kann in der Vermessung verwendet werden, um nach Zielen oder Objekten, die reflektierende Ziele oder Objekte haben oder sind, zu suchen, sie zu tracken und/oder ihnen zu folgen, wobei Prismen fähig sind, Licht, das auf sie auftrifft, nachdem es von einem Sender emittiert wurde, zu reflektieren, wobei das reflektierte Licht von einem Empfänger empfangen wird. Die reflektierenden Ziele oder Objekte können zum Beispiel reflektierende Prismen, Folien oder ähnliches aufweisen. Ein derartiges Trackingsystem kann die Winkelrichtung zu dem Ziel abtasten, wodurch die Bewegung eines Ziels mit Geschwindigkeiten von möglicherweise bis zu einigen Metern pro Sekunde oder mehr getrackt oder ihm gefolgt werden kann. Das Trackingsystem kann dabei verwendet werden, um ein Messinstrument auf ein gewünschtes Ziel oder Objekt zu richten, oder mit anderen Worten die Instrumentenzielachse des Messinstruments mit der aktuellen Richtung zu dem Ziel relativ zu dem Messinstrument auszurichten.
Eine beispielhafte Trackereinheit, die mittels Lasermessung die Position eines entfernten Objekts erfasst, ist in der US 2011/0001958 A1 beschrieben.
In dem Sender einer Vorrichtung, wie etwa eines Trackers oder eines Laserpointers, wird normalerweise ein koaxialer optischer Aufbau 150 verwendet, der in der schematischen Ansicht in 16 dargestellt ist, der typischerweise Komponenten, wie etwa ein Objektiv 157, ein Prisma 155, einen oder mehrere Spiegel 152, eine oder mehrere Linsen 154, Kollimatoren 153, (in 16 nicht gezeigte) Blenden, und eine (in 16 nicht gezeigte) Einrichtung zum Justieren derartiger Komponenten, umfasst. Die Bezugszahl 151 zeigt den Laser an. Jedoch kann ein derartiger koaxialer optischer Aufbau 150 aufgrund relativ hoher Kosten derartiger Komponenten, die relativ hohe Gesamtkosten der Vorrichtung mit sich bringen, können teuer sein. Der koaxiale optische Aufbau 150 kann optische Ergebnisse, wie etwa Schatten des Prismas 155 und Reflexionen auf dem Prisma 155 zurück zu dem Empfänger, d.h. Nebensprechen, das die Betriebsleistung der Vorrichtung verschlechtern kann, mit sich bringen. Der koaxiale optische Aufbau 150 kann ein Kollimationselement oder -elemente 153, wie in 16 dargestellt, für die Kollimation des Laserstrahls 156 erfordern. In einem koaxialen optischen Aufbau, wie etwa in 16 dargestellt, kann eine kohärente optische Strahlungsquelle, wie etwa ein Laser, erforderlich sein, um einen Strahl mit optischer Strahlung oder Licht zu erreichen, das durch die koaxiale Optik fokussiert wird, so dass nur eine begrenzte Lichtmenge oder kein Licht ,verschüttet‛ wird, das von dem Empfänger oder Sensor empfangen werden kann. Die Verwendung des Lasers 151 kann eine Begrenzung der Laserpunktgröße und Nichthomogenität des Laserstrahls 156 mit sich bringen. Es kann erforderlich sein, dass der Laser das Sichtfeld des Empfängers abdeckt, das etwa 2° sein kann. Laserstrahlen können aufgrund von räumlichen Kohärenz- und Beugungseffekten an Blenden der Laser nicht homogen sein.
Zusammenfassung
Angesichts der vorstehenden Diskussion ist es ein Anliegen der vorliegenden Erfindung, eine Trackereinheit bereitzustellen, die einen oder mehrere der möglichen Nachteile, die die Verwendung eines koaxialen optischen Aufbaus betreffen, wie vorstehend diskutiert, überwindet oder mildert.
Um wenigstens eines dieser Anliegen und andere Anliegen zu behandeln, werden eine Trackereinheit, ein Verfahren, ein Messinstrument, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Patentansprüchen bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Patentansprüche definiert.
In einem Messinstrument, wie etwa einer sogenannten Totalstation, kann das Ausrichten einer Instrumentenzielachse des Messinstruments auf ein Ziel oder dessen Anvisieren mit Hilfe von einer Antriebseinrichtung in dem Messinstrument durchgeführt werden, das fähig ist, einen Instrumentenkörper in dem Messinstrument zu drehen, um die Richtung der Instrumentenzielachse einzustellen.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung wird mit einem ,Ziel‛ oder ,reflektierenden Ziel' im Allgemeinen ein reflektierendes Objekt, wie etwa ein reflektierendes Prisma, ein Retroreflektor z.B. vom Würfeleckentyp und/oder eine Folie oder ähnliches, was zum Beispiel in Zusammenwirkung mit einer optischen Strahlungsquelle oder einem lichtemittierenden Element verwendet werden kann, um z.B. ein Objekt, auf dem das Ziel angeordnet ist, zu identifizieren, nach ihm zu suchen, es zu finden, zu tracken und/oder ihm zu folgen, etc.
Der Betrieb der Antriebseinrichtung kann durch eine sogenannte Trackereinheit gesteuert werden, die häufig eine Linseneinheit und einen Trackerdetektor umfasst, der ein ankommendes Signal in der Form eines optischen Signals, das von dem Ziel oder Objekt weg reflektiert wird, auswertet und die Antriebseinrichtung steuert, um die Richtung der Instrumentenzielachse zu ändern, so dass sie mit der Zielachse zusammenfällt oder im Wesentlichen zusammenfällt. Mit Zielachseneinheit ist eine Achse gemeint, die durch das Messinstrument, z.B. durch die Messinstrumentmitte, und das Ziel geht. Die Trackereinheit umfasst ferner einen optischen Sender, der optische Strahlung in Richtung des Ziels sendet. Mit Hilfe der Linseneinheit kombiniert mit dem Trackerdetektor wirkt die Trackereinheit als ein Winkelsensor, der einen Winkel zwischen der Zielachse und der Zeigerachse des Trackers bestimmen kann. Die Zeigerachse des Trackers kann ausgerichtet oder kalibriert werden, um mit der Instrumentenzielachse zusammenzufallen. Wenn die Trackerzeigerachse auf diese Weise auf das Ziel gerichtet ist, kann das Messinstrument Messungen in Bezug auf das Ziel durchführen. Zum Beispiel kann das Messinstrument in dem Fall, in dem das Messinstrument ein Instrument, wie etwa eine Totalstation, ist, und die Trackerzeigerachse auf das Ziel gerichtet ist, Polarkoordinaten des Ziels messen und den Abstand von dem Messinstrument zu dem Ziel bestimmen.
Im Allgemeinen ist die Trackereinheit fähig, nach einem Ziel zu suchen, das Ziel zu finden, zu bewirken, dass die Instrumentenzielachse das Ziel anvisiert oder auf es gerichtet wird, auf das Ziel einzurasten und/oder dem Ziel in dem Fall, in dem das Ziel beginnt, sich zu bewegen, zu folgen. Das Ziel kann innerhalb des Sichtfelds des Empfängers der Trackereinheit erfasst werden. Die Trackereinheit kann ein Steuersignal bestimmen, das von einem Winkel zwischen der Instrumentenzielachse und der Zielachse abhängt. Das Steuersignal kann zum Beispiel größer werden, je größer der Winkel zwischen der Instrumentenzielachse und der Zielachse wird, und kann in dem Fall, in dem die Instrumentenzielachse mit der Zielachse zusammenfällt oder im Wesentlichen zusammenfällt, null oder im Wesentlichen null werden. Wenn das empfangene optische Signal an dem Empfänger der Trackereinheit auf dem Mittelpunkt des Empfängers der Trackereinheit ist, wird häufig gesagt, dass das Ziel von der Trackereinheit ,eingerastet‛ wurde.
In einer Trackereinheit, die einen koaxialen Tracker-Senderaufbau verwendet, sind die Achsen des Senders und des Empfängers der Trackereinheit koaxial, d.h. die Sender- und Empfängerachsen fallen zusammen oder nutzen eine gemeinsame Achse, und die gemeinsame Achse ist koaxial mit der Instrumentenzielachse. In dem Fall eines nicht koaxialen Tracker-Senderaufbaus kann die Trackereinheit aufgrund der exzentrischen Anordnung der optischen Strahlungsquellen der Trackereinheit in Bezug auf den Empfänger der Trackereinheit auf das Ziel in der Ebene des Exzentrizitätsversatzes einrasten, obwohl die Instrumentenzielachse nicht mit der Zielachse in dieser Ebene zusammenfällt. Mit anderen Worten kann die Trackereinheit auf das Ziel in der Ebene des Exzentrizitätsversatzes einrasten, selbst wenn das Messinstrument die Zielachse in dieser Ebene nicht korrekt anvisiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein koaxialer Trackeraufbau in einer Trackereinheit durch einen ,simulierten‛ koaxialen Aufbau ersetzt. Dies kann die Überwindung oder Milderung eines oder mehrerer der möglichen Nachteile bei der Verwendung eines koaxialen Trackeraufbaus, wie im Vorangehenden beschrieben, ermöglichen oder erleichtern, während die Funktionalität und/oder Fähigkeit eines koaxialen Trackeraufbaus beibehalten wird. Dies wird im Folgenden weiter beschrieben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Tracker-Sender eine erste optische Strahlungsquelle und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle, wobei jede der Strahlungsquellen eingerichtet ist, um selektiv optische Strahlung in Richtung eines reflektierenden Ziels zu emittieren, das sich in einem Abstand von dem Messinstrument befindet. Jede der optischen Strahlungsquellen ist nicht koaxial in Bezug auf eine Trackerzeigerachse der Trackereinheit und möglicherweise auch in Bezug auf eine Instrumentenzielachse des Messinstruments angeordnet. Folglich sind die optischen Strahlungsquellen der Trackereinheit in Bezug auf dem Empfänger der Trackereinheit, insbesondere in Bezug auf die Trackerzeigerachse der Trackereinheit, exzentrisch angeordnet. Die Senderachse des Trackers kann parallel, aber relativ zu der Empfängerachse des Trackers versetzt sein. Die Empfängerachse des Trackers kann koaxial mit der Instrumentenzielachse sein. Jedoch kann es aufgrund der exzentrischen Anordnung der optischen Strahlungsquellen der Trackereinheit in Bezug auf den Empfänger der Trackereinheit in der Ebene des Exzentrizitätsversatzes einen Winkel θ zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse geben, wobei der Winkel θ von dem Abstand d zwischen dem Tracker-Empfänger und dem Ziel und von einer Art und dem Durchmesser oder der Größe des reflektierenden Ziels, z.B. einem Durchmesser d_P einer Prismenblende, wenn das Ziel ein reflektierendes Prisma aufweist, abhängen kann.
Der Winkel θ zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse hängt von dem Exzentrizitätsversatz e ab.
Der Fehler, d.h. der Winkel θ, kann unter Verwendung einer Kompensationstabelle oder einer Kompensationsfunktion kompensiert werden, wenn die Parameter e, d und d_P bekannt sind. Während der Parameter e im Allgemeinen aus dem Aufbau oder der mechanischen Konstruktion der Trackereinheit bekannt sein kann, insbesondere die Positionen der optischen Strahlungsquellen in der Trackereinheit in Bezug auf die Trackerzeigerachse und der Abstand d aus einer Messung oder Berechnung des Abstands zwischen dem Tracker-Empfänger und dem Ziel abgeleitet oder berechnet werden können, z.B. indem eine elektronische Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, kann d_P im Allgemeinen abhängig von einer bestimmten Anwendung oder einem Arbeitsszenario variieren und kann von dem Benutzer festgelegt werden, wenn er die bestimmte Art von Ziel, z.B. ein reflektierendes Prisma, das in Zusammenwirkung mit der Trackereinheit verwendet werden soll, auswählt.
Gemäß einem Beispiel kann die Kompensationsfunktion in einer ersten Näherung sein (siehe die nachstehende Beschreibung unter Bezug auf 6 und 8): $θ_{corr} = arctan (e / [2 \cdot d]) .$
Wie ebenfalls im Folgenden weiter beschrieben wird, kann der Empfänger der Trackereinheit einen Fotosensor, der mehrere Fotosensoren umfasst, und ein optisches System, das geeignet ist, von einem Ziel reflektierte optische Strahlung auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren, aufweisen oder durch diese gebildet werden. Das optische System des Fotosensormoduls kann zum Beispiel eine Linseneinheit mit wenigstens einer Linse, z.B. einer Objektivlinse, die geeignet ist, optische Strahlung oder Licht zu sammeln und sie auf die mehreren Fotosensoren zu fokussieren, aufweisen. Gemäß einem weiteren weiterentwickelten Beispiel, in dem die Ableitung der Kompensationsformel neben den Parametern e, d, d_P einen Linsendurchmesser d_L einer Linse des optischen Systems berücksichtigt, kann die Kompensationsfunktion sein: $θ_{corr} = arctan ([d_L + 6 \cdot e - 2 \cdot d_P] / [8 \cdot d]) .$
Die letztere Kompensationsfunktion berücksichtigt, dass die von dem Tracker-Empfänger empfangene optische Strahlung nur einen Teil oder Abschnitt der Linse in einer exzentrischen Weise füllen kann. Die Doppelkreisschnittform der empfangenen optischen Strahlung oder des Lichts in der Linse kann weiter mit Hilfe geometrischer Berechnungen modelliert werden.
Insbesondere kann an Arbeitsorten, die eine Anzahl verschiedener reflektierender Ziele verwenden, die zum Beispiel identifiziert, getrackt werden und/oder ihnen von der Trackereinheit gefolgt wird, der Durchmesser oder die Größe des reflektierenden Ziels, z.B. der Prismendurchmesser, zwischen Zielen variieren. Jedoch kann es während derartiger Gegebenheiten nicht machbar und/oder schwierig sein, jegliche Fehler, die aufgrund der exzentrischen Anordnung der optischen Strahlungsquellen der Trackereinheit in Bezug auf den Empfänger der Trackereinheit entstehen, unter Verwendung einer Kompensationsfunktion, wie etwa der Letzteren der vorstehend beschriebenen Kompensationsfunktionen, zu kompensieren, da d_P im Allgemeinen abhängig von der bestimmten Anwendung oder dem Arbeitsszenario variieren kann.
Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, gemäß derer das Messinstrument um eine vertikal ausgerichtete Drehachse V und um eine horizontal ausgerichtete Drehachse H drehbar ist. Durch Drehen des Messinstruments um die Achsen V und H kann die Richtung, in die eine Instrumentenzielachse S des Messinstruments zeigt, ausgewählt oder gesteuert werden. Die Trackerzeigerachse ist koaxial mit der Instrumentenzielachse S. Eine erste optische Strahlungsquelle ist derart angeordnet, dass sie optische Strahlung entlang oder im Wesentlichen entlang einer Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S emittieren kann, wenn sie aktiviert wird, und so dass sie nicht koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse der Trackereinheit ist, z.B. indem die erste optische Strahlungsquelle in eine Richtung parallel zu der Achse V in Bezug auf die Instrumentenzielachse S versetzt ist. Eine zweite optische Strahlungsquelle ist derart angeordnet, dass sie optische Strahlung entlang oder im Wesentlichen entlang einer Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S emittieren kann, wenn sie aktiviert wird, und so dass sie nicht koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse der Trackereinheit ist, z.B. indem die zweite optische Strahlungsquelle in eine Richtung parallel zu der Achse H in Bezug auf die Instrumentenzielachse S versetzt ist. Damit, dass die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen derart angeordnet sind, dass sie jeweils, wenn sie aktiviert sind, optische Strahlung entlang oder im Wesentlichen entlang einer Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S emittieren können, ist gemeint, dass jede der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen im Wesentlichen in eine Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S zeigt. Die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen sind an derartigen Positionen angeordnet, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene, z.B. die Ebene V-S, definieren, und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene, z.B. die Ebene H-S definieren. Die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen sind derart angeordnet, dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene, z.B. die H-S-Ebene, in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene, z.B. die V-S-Ebene, in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist. In diesem Sinne ist die erste optische Strahlungsquelle nicht exzentrisch in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der H-S-Ebene, und folglich wird es keinen Winkel zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse in der H-S-Ebene geben, wenn die Trackereinheit auf das Ziel in dieser Ebene ,eingerastet‛ ist und wenn die erste optische Strahlungsquelle als der Tracker-Sender verwendet wird. Folglich zeigt die Trackereinheit in der H-S-Ebene ein koaxiales optisches Verhalten, wenn sie die erste optische Strahlungsquelle als den Tracker-Sender verwendet. Auch die zweite optische Strahlungsquelle ist in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der V-S-Ebene nicht exzentrisch, und folglich wird es keinen Winkel zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse in der V-S-Ebene geben, wenn die Trackereinheit auf das Ziel in dieser Ebene ,eingerastet‛ ist und wenn die zweite optische Strahlungsquelle als Tracker-Sender verwendet wird. Somit zeigt die Trackereinheit in der V-S-Ebene ein koaxiales optisches Verhalten, wenn die zweite optische Strahlungsquelle als Tracker-Sender verwendet wird. Folglich treten jegliche derartige mögliche Winkel zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse nur in den Ebenen des Exzentrizitätsversatzes, d.h. in den vorstehend erwähnten ersten und zweiten Ebenen, auf, während die ersten und zweiten Strahlungsquellen jeweils in der H-S-Ebene und der V-S-Ebene koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse sind. Wie im Vorangehenden beschrieben, können derartige mögliche Winkel von einem Abstand zwischen dem Tracker-Empfänger und dem Ziel und von dem Durchmesser des reflektierenden Ziels abhängen. Folglich kann durch Verwenden der wenigstens zwei optischen Strahlungsquellen in der Trackereinheit, wobei die optischen Strahlungsquellen in Bezug auf die Trackerzeigerachse exzentrisch angeordnet sind und relativ zu der Trackerzeigerachse, wie vorstehend beschrieben, angeordnet sind, ein nicht koaxialer optischer Aufbau in der Trackereinheit verwendet werden, während gleichzeitig ein koaxiales optisches Verhalten in der Trackereinheit imitiert oder ,simuliert‛ werden kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können kamerabasiert sein. Für eine kamerabasierte Implementierung kann ein erstes Bild des Ziels aufgenommen werden, während die erste optische Strahlungsquelle optische Strahlung emittiert und die zweite optische Strahlungsquelle keine optische Strahlung emittiert, und ein zweites Bild des Ziels kann aufgenommen werden, während die zweite optische Strahlungsquelle optische Strahlung emittiert und die erste optische Strahlungsquelle keine Strahlung emittiert. Die jeweiligen Positionen des Ziels in den ersten und zweiten Bildern können dann bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann basierend auf den jeweiligen Positionen ein Winkel zwischen der Instrumentenzielachse und der Zielachse jeweils in der H-S-Ebene und in der V-S-Ebene bestimmt oder berechnet werden. Die bestimmten oder berechneten Winkel können wiederum verwendet werden, um mit dem Messinstrument die Richtung des gewünschten Ziels anzuvisieren oder die Instrumentenzielachse des Messinstruments mit der aktuellen Richtung auf das Ziel relativ zu dem Messinstrument, d.h. mit der Zielachse, auszurichten. Zum Beispiel können die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen LEDs aufweisen, die homogene Lichtpunkte in den Bildern erzeugen, wobei die Positionen dieser Punkte z.B. unter Verwendung geeigneter Bildverarbeitungswerkzeuge oder Techniken berechnet oder bestimmt werden können.
In einer zu der kamerabasierten alternativen Implementierung kann die Trackereinheit anstelle einer Bilderzeugungsvorrichtung oder -sensors ein positionsempfindliches Fotosensormodul, wie etwa einen Quadrantendetektor, verwenden, der unter Verwendung von Prinzipien arbeitet, die analog zu der kamerabasierten Implementierung sind, wie hier beschrieben. Die Trackereinheit kann eine Kombination einer kamerabasierten Implementierung und eines positionsempfindlichen Fotosensormoduls, wie etwa eines Quadrantendetektors, verwenden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Trackereinheit für ein Messinstrument bereitgestellt, das wenigstens einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper umfasst. Die Trackereinheit weist einen Trackersensor oder ein Fotosensormodul auf, der/das ein optisches System und mehrere Fotosensoren aufweist. Die mehreren Fotosensoren können z.B. an oder im Wesentlichen an dem Brennpunkt des optischen Systems angeordnet sein. Jeder Fotosensor ist geeignet, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, entspricht, wobei die optische Strahlung durch Reflexion der optischen Strahlung an einem reflektierenden Ziel erzeugt wurde, das sich möglicherweise in dem Sichtfeld des Fotosensormoduls befindet. Das optische System ist geeignet, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren. Das Fotosensormodul ist derart angeordnet, dass eine Trackerzeigerachse des Fotosensormoduls in Bezug auf eine Instrumentenzielachse des Messinstruments koaxial ist. Die Trackereinheit weist eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle auf, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht-koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist. Die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle sind an derartigen Positionen angeordnet, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist. Die Trackereinheit weist ein Steuermodul auf, das geeignet ist, selektiv die Drehung wenigstens eines Instrumentenkörpers zu bewirken. Das Steuermodul ist geeignet, wenigstens einmal jeweils die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle zu aktivieren und zu deaktivieren. Das Steuermodul ist geeignet, um zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis der optischen Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Das Steuermodul ist geeignet, um zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis der optischen Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Die Trackereinheit weist ein Signalverarbeitungsmodul auf, das geeignet ist, Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene auf der Basis jeweils des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren. Das Steuermodul ist geeignet, unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, die Drehung des wenigstens einen Instrumentenkörpers auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu bewirken, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder näher in Ausrichtung damit kommt.
Wie im Vorangehenden erwähnt, ist das Fotosensormodul derart angeordnet, dass die Trackerzeigerachse in Bezug auf die Instrumentenzielachse koaxial ist. Jedoch muss die Trackerzeigerachse nicht notwendigerweise vollkommen koaxial in Bezug auf die Instrumentenzielachse sein. Die vorliegende Erfindung umfasst Fälle, in denen es einen relativ kleinen Versatz zwischen der Trackerzeigerachse und der Instrumentenzielachse gibt und/oder in denen die Trackerzeigerachse einen relativ kleinen Winkel in Bezug auf die Instrumentenzielachse hat, d.h. so dass es eine vordefinierte oder ausgewählte Ausrichtung der Trackerzeigerachse relativ zu der Instrumentenzielachse oder umgekehrt hat. Möglicherweise kann es einen Winkel zwischen der Trackerzeigerachse und der Instrumentenzielachse oder umgekehrt von 0,1 Gon oder sogar mehr geben. Falls es einen relativ kleinen Versatz zwischen der Trackerzeigerachse und der Instrumentenzielachse gibt und/oder die Trackerzeigerachse in einem Winkel in Bezug auf die Instrumentenzielachse ist, können die Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse und der Instrumentenzielachse weiter auf der Basis des vorstehend erwähnten Versatzes und/oder Winkels z.B. mit Hilfe eines Kalibrierverfahrens, das vor dem Betrieb der Trackereinheit durchgeführt wird, extrahiert werden.
Das optische System des Fotosensormoduls kann zum Beispiel eine Linseneinheit aufweisen, die wenigstens eine Objektivlinse umfasst, die geeignet ist, optische Strahlung oder Licht zu sammeln und sie/es auf die mehreren Fotosensoren zu fokussieren. Winkelinformationen über das Ziel können z.B. aus der Position auf den mehreren Fotosensoren, auf denen von dem Ziel weg reflektierte optische Strahlung relativ zu der Trackerzeigerachse auftrifft, abgeleitet werden.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung ist mit einer Instrumentenzielachse oder Messinstrumentenzielachse oder einem Sichtlinienvektor des Messinstruments im Allgemeinen eine Achse gemeint, die durch einen Mittelpunkt des Messinstruments geht. Der Sichtlinienvektor oder die Instrumentenzielachse können zum Beispiel mit einer Strahlrichtung eines elektronischen Abstandsmessers oder einer Messvorrichtung in dem Messinstrument zusammenfallen oder im Wesentlichen zusammenfallen. Die Instrumentenzielachse kann zum Beispiel durch ein Fadenkreuz oder eine Zielmarke und eine Objektivmitte oder Eintrittspupille definiert sein.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung ist mit einer Trackerzeigerachse eine Achse gemeint, die durch einen geometrischen Mittelpunkt des Trackerdetektors oder Fotosensormoduls und eine Mittelposition eines optischen Systems, wie etwa einer Linseneinheit, geht, das geeignet ist, von dem Ziel reflektierte optische Strahlung auf Fotosensoren des Trackerdetektors zu projizieren. Der geometrische Mittelpunkt des Trackerdetektors oder des Fotosensormoduls kann abhängig von dem bestimmten Aufbau des Trackerdetektors oder des Fotosensormoduls auf verschiedene Arten, zum Beispiel mit Hilfe einer durch Kalibrierung definierten Bildpunkt eines Abbildungssensors oder eines Kameravorrichtungschips, mit Hilfe einer Bildpunkteines Abbildungssensors oder eines Kameravorrichtungschips, die von einem Benutzer definiert wurde, oder durch einen ,physikalischen‛ mittleren Bildpunktkoordinate eines Abbildungssensors oder eines Kameravorrichtungschips oder durch die geometrische Mitte des Schnitts einer Quadrantendiode, definiert werden.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung ist mit einer Zielachse eine Achse gemeint, die durch das Messinstrument, z.B. durch die Messinstrumentmitte, und das Ziel geht.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung ist damit, dass die erste optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der ersten Ebene koaxial ist, gemeint, dass die erste optische Strahlungsquelle nicht exzentrisch oder im Wesentlichen nicht exzentrisch in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene ist. Damit, dass die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der der zweiten Ebene koaxial ist, ist gemeint, dass die zweite optische Strahlungsquelle nicht exzentrisch oder im Wesentlichen nicht exzentrisch in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene ist. Dabei werden jegliche Winkel zwischen der Zielachse und der Trackerzeigerachse nur in den Ebenen des Exzentrizitätsversatzes, d.h. in der ersten Ebene und der zweiten Ebene, auftreten, während in den vorstehend erwähnten Ebenen senkrecht zu den ersten und zweiten Ebenen, die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen jeweils koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse sind. Derartige Winkel, sofern vorhanden, können von dem Abstand zwischen dem Fotosensormodul und dem Ziel und/oder der Größe, z.B. dem Durchmesser, des reflektierenden Ziels abhängen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren in einer Trackereinheit für ein Messinstrument bereitgestellt, das einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper umfasst.
Die Trackereinheit weist einen Trackersensor oder ein Fotosensormodul auf, der/das ein optisches System und mehrere Fotosensoren aufweist. Die mehreren Fotosensoren können zum Beispiel an oder im Wesentlichen an dem Brennpunkt des optischen Systems angeordnet sein. Jeder Fotosensor ist geeignet, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, entspricht, wobei die optische Strahlung durch Reflexion der optischen Strahlung an einem reflektierenden Ziel erzeugt wurde, das sich möglicherweise in dem Sichtfeld des Fotosensormoduls befindet. Das optische System ist geeignet, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren. Das Fotosensormodul ist derart angeordnet, dass eine Trackerzeigerachse in Bezug auf eine Instrumentenzielachse des Messinstruments koaxial ist. Die Trackereinheit weist eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle auf, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist. Die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle sind an derartigen Positionen angeordnet, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist.
Das Verfahren weist auf, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis der optischen Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Es wird bewirkt, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis der optischen Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene auf der Basis jeweils des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen werden extrahiert. Unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, wird der wenigstens eine Instrumentenkörper auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene gedreht, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder näher in Ausrichtung damit kommt.
Die Erzeugung des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und die Erzeugung des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen kann zum Beispiel aufeinanderfolgend, möglicherweise mit einer Zeitspanne dazwischen, oder gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messinstrument bereitgestellt, das einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper und eine Trackereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das geeignet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wenn es in einem Prozessor ausgeführt wird, der die erfindungsgemäße Trackereinheit steuert. Die Prozessoreinheit kann zum Beispiel eine Prozessoreinheit oder ein Steuermodul sein, die/das in der Trackereinheit enthalten ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das geeignet ist, ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wenn es in einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die die erfindungsgemäße Trackereinheit steuert.
Die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle können an derartigen Positionen angeordnet werden, dass die erste Ebene orthogonal zu der zweiten Ebene ist und so dass die erste optische Strahlungsquelle koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der zweiten Ebene ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der ersten Ebene koaxial ist. Zum Beispiel kann unter Bezug auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der das Messinstrument um eine vertikal ausgerichtete Drehachse V und um eine horizontal ausgerichtete Drehachse H drehbar ist, die erste Ebene die V-S-Ebene sein und die zweite Ebene kann die H-S-Ebene sein. Die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen können derart angeordnet werden, dass sie, wenn sie aktiviert werden, optische Strahlung im Wesentlichen entlang einer Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S emittieren, d.h. so dass jede der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen im Wesentlichen in eine Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S zeigt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen auf einer ersten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse positioniert, wobei die erste Achse und die Instrumentenzielachse sich an einem Schnittpunkt schneiden, und die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen sind auf der ersten Achse in gleichen Abständen oder im Wesentlichen in gleichen Abständen um den Schnittpunkt positioniert. Folglich kann die erste optische Strahlungsquelle entlang der ersten Achse in einer Richtung in Bezug auf die Instrumentenzielachse S versetzt sein, und die zweite optische Strahlungsquelle kann in der anderen Richtung in Bezug auf die Instrumentenzielachse entlang der ersten Achse versetzt sein. Die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen können derart angeordnet sein, dass sie jeweils, wenn sie aktiviert sind, optische Strahlung im Wesentlichen entlang einer Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S emittieren können, d.h., so dass jede der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen im Wesentlichen in eine Richtung parallel zu der Instrumentenzielachse S zeigt.
Unter einer Bedingung, dass die Größe des Winkels zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils einen Schwellwert übersteigt, kann der wenigstens eine Instrumentenkörper auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils derart gedreht werden, dass der Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils unter den Schwellwert verringert wird. Der Schwellwert kann zum Beispiel basierend auf den bestimmten Anwendungsanforderungen, Bedürfnissen oder Wünschen ausgewählt werden.
Das reflektierende Ziel kann zum Beispiel ein reflektierendes Prisma und/oder Folie oder ähnliches aufweisen.
Das reflektierende Ziel kann zum Beispiel einen Retroreflektor, wie etwa ein Würfelecken -Retroreflektor, aufweisen.
In dem Kontext der vorliegenden Anmeldung ist mit Retroreflektor ein Reflektor gemeint, für den im Wesentlichen die gesamte optische Strahlung, die auf den Reflektor auftrifft, in die gleiche Richtung reflektiert wird, in die sie in den Reflektor eintritt (mit Ausnahme kleiner Beugungseffekte).
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Hilfe beispielhafter Ausführungsformen beschrieben.
Es wird bemerkt, dass die vorliegende Erfindung alle möglichen Kombinationen von in den Patentansprüchen vorgetragenen Merkmalen betrifft. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich, wenn die beigefügten Patentansprüche und die folgende Beschreibung studiert werden. Fachleute der Technik realisieren, dass verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung kombiniert werden können, um andere Ausführungsformen als die im Folgenden Beschriebenen zu erzeugen.
Figurenliste
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 ein schematisches Blockdiagramm eines Messinstruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung eines Messinstruments, das durch eine Totalstation gebildet wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein schematisches Blockdiagramm einer Totalstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 - 9 schematische Ansichten eines Instrumentenkörpers eines Messinstruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
10 - 12 zeigen Bilder, die durch eine Bilderzeugungsvorrichtung erfasst wurden, die in einer Trackereinheit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
13 eine schematische Ansicht eines Instrumentenkörpers eines Messinstruments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
14 eine schematische Ansicht eines computerlesbaren Speichermediums gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
15 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
16 eine schematische Ansicht eines Beispiels für einen koaxialen optischen Aufbau in einem Tracker ist.

In den beigefügten Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszahlen über die Ansichten hinweg die gleichen oder ähnliche Elemente.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nun hier nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind, vollständiger beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in vielfältigen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen beispielhaft bereitgestellt, so dass diese Offenbarung den Schutzbereich der Erfindung für Fachleute der Technik ausdrückt. Wenn nicht spezifisch dargelegt, brauchen die Schritte jedes hier beschriebenen Verfahrens nicht in der exakten Reihenfolge wie beschrieben durchgeführt werden.
Bezug nehmend auf 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Messinstruments 10 mit einem drehbar angeordneten Instrumentenkörper 14 und einer Trackereinheit 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Messungen, die unter Verwendung des Messinstruments 10 durchgeführt werden, können in Bezug auf einen Koordinatenursprung, der sich in dem Instrumentenkörper 14 befindet, oder relativ dazu durchgeführt werden. Folglich kann die Instrumentenzielachse des Messinstruments 10 oder die Instrumentenzielachse des Instrumentenkörpers 14 an einem Punkt innerhalb des Instrumentenkörpers 14 zentriert sein, so dass die Drehung des Instrumentenkörpers 14 die Richtung der Instrumentenzielachse ändert. Mit anderen Worten kann der Instrumentenkörper 14 und/oder das Messinstrument 10 durch die Drehung des Instrumentenkörpers 14 z.B. um eine vertikale Drehachse und eine horizontale Drehachse eine gewünschte Richtung anvisieren.
Die Anordnung des Trackers 1 relativ zu dem Messinstrument 10 ist gemäß einem Beispiel. Zum Beispiel kann die Trackereinheit 1 getrennt von dem Messinstrument 10 angeordnet werden und betriebsfähig mit dem Messinstrument 10 gekoppelt werden oder umgekehrt.
Die Anordnung der Trackereinheit 1 relativ zu dem Instrumentenkörper 14 ist gemäß einem Beispiel. Zum Beispiel kann die Trackereinheit 1 integral in dem Instrumentenkörper 14 angeordnet werden, d.h. die Komponenten oder Elemente der Trackereinheit 1 können in dem Instrumentenkörper 14 enthalten sein.
Das Messinstrument 10 kann zum Beispiel eine Totalstation, ein Tachymeter, einen Theodolit und/oder einen Tracker aufweisen oder von dieser/diesem/diesen gebildet werden. Diese Liste mit Beispielen ist nicht erschöpfend.
Die Trackereinheit 1 weist ein Fotosensormodul 33, eine erste optische Strahlungsquelle 81, eine zweite optische Strahlungsquelle 82, ein Steuermodul 5 und ein Signalverarbeitungsmodul 6 auf. Der Aufbau und die Funktion dieser Komponenten werden im Folgenden beschrieben. Es versteht sich, dass die Trackereinheit 1 zusätzlich zu den ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 weitere optische Strahlungsquellen aufweisen kann. Zum Beispiel kann die Trackereinheit 1 drei, vier, fünf oder sechs oder mehr (in 1 nicht gezeigte) optische Strahlungsquellen aufweisen kann.
Das Fotosensormodul 33 weist einen optischen Strahlungsanalysator 37 auf, der im Folgenden weiter beschrieben wird. Der optische Strahlungsanalysator 37 ist optional.
Nun wird Bezug nehmend auf 2 eine schematische Darstellung eines Messinstruments 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß der in 2 abgebildeten Ausführungsform und auch der in 3 abgebildeten Ausführungsform wird das Messinstrument durch eine Totalstation gebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Messinstrument, das durch eine Totalstation gebildet wird, beschränkt, sondern das Messinstrument kann andere Instrumente, wie etwa, ohne hierauf beschränkt zu sein, ein Tachymeter, einen Theodoliten, einen Tracker oder ein anderes geodätisches Instrument, aufweisen oder bilden.
Weiter Bezug auf 2 nehmend weist die Totalstation 10 einen ersten Instrumentenkörper 11, der durch eine Alhidade 11 auf, die auf einem Sockel 12 angeordnet ist, gebildet wird, auf und hat eine Befestigungshaltestruktur in der Form eines Dreibeins 13. Die Alhidade 11 kann um eine vertikal ausgerichtete Drehachse V gedreht werden, um mit der Totalstation 10 jede gewünschte Horizontalrichtung anzuvisieren. In der Alhidade 11 ist ein zweiter Instrumentenkörper 14 angeordnet, der durch eine Mitteneinheit 14 oder Teleskopeinheit gebildet wird, die um eine horizontal ausgerichtete Drehachse H gedreht werden kann, um die Totalstation 10 jede gewünschte vertikale Richtung anvisieren zu lassen. Messungen, die unter Verwendung der Totalstation 10 durchgeführt werden, sind typischerweise in Bezug auf einen Koordinatenursprung oder relativ dazu, der sich an dem Schnitt zwischen den vertikal ausgerichteten und den horizontal ausgerichteten Drehachsen V und H befindet. Mit anderen Worten kann die Instrumentenzielachse der Totalstation 10 oder der Sichtlinienvektor der Totalstation 10 an dem Schnitt zwischen den vertikalen und horizontalen Drehachsen V und H zentriert sein. Dies ist in 2 an dem Punkt zu sehen, wo sich die Achsen V und H in der Mitte eines Teleskops 23 in der Mitteleinheit 14 kreuzen.
Für die Drehung der Mitteleinheit 14 der Alhidade 11 um die vertikal ausgerichtete Drehachse V, um die Totalstation 10 in jede gewünschte Horizontalrichtung zu zielen, ist eine Antriebseinrichtung 15 bereitgestellt. Die Drehposition der Alhidade 11 wird mit Hilfe einer Skalenscheibe 16 und einem entsprechenden Winkelcodierer oder Sensor 17 getrackt. Für die Drehung der Mitteleinheit 14 um die horizontal ausgerichtete Drehachse H sind eine Antriebseinrichtung 18, eine Skalenscheibe 19 und ein Winkelcodierer oder Sensor 20 bereitgestellt, die der Antriebseinrichtung 15, der Skalenscheibe 16 und dem Winkelcodierer oder Sensor 17 ähnlich oder gleich dazu sind. Überdies hat die Totalstation 10 ein optisches Lot 22, das eine Abwärtsansicht entlang der vertikal ausgerichteten Drehachse V bereitstellen kann. Das optische Lot 22 kann von einem Bediener oder Benutzer verwendet werden, um die Totalstation 10 über jedem gewünschten Punkt auf der Erde oder dem Boden zu zentrieren oder zu positionieren, über dem die Totalstation 10 angeordnet ist.
Gemäß der in 2 abgebildeten Ausführungsform ist eine Kameravorrichtung 24 in der Mitteleinheit 14 angeordnet, um ein Bild oder eine Videoeingabe im Allgemeinen in der Richtung der Instrumentenzielachse der Totalstation 10 aufzunehmen. Die Kameravorrichtung 24 kann ein Objektiv, eine Fokussierlinse und ein Fotosensormodul, das durch einen Bildsensor 31 (in 2 nicht gezeigt, siehe 3) gebildet wird, umfassen. Ein (in 2 nicht gezeigtes) Ziel kann von dem Objektiv und der Fokussierlinse auf den Bildsensor 31 abgebildet oder projiziert werden. Der Bildsensor 31 kann zum Beispiel durch einen Sensor auf Basis einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD), z.B. einen CCD-Matrixsensor, der eine Anordnung von Fotodetektions- oder Abtastelementen, die in guter Näherung rechteckig sein können, gebildet werden oder diesen aufweisen. Alternativ oder optional kann der Bildsensor 31 einen aktiven Bildpunktsensor und/oder einen komplementären Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) basierten Sensor aufweisen. Die Kameravorrichtung 24 ist optional. In dem Instrumentenkörper 14 sind eine erste optische Strahlungsquelle 81 und eine zweite optische Strahlungsquelle 82 angeordnet, die z.B. nachstehend unter Bezug auf 4 - 9 weiter beschrieben werden.
Nun wird Bezug nehmend auf 3 ein schematisches Blockdiagramm der in 2 dargestellten Totalstation 10 gezeigt.
Die Totalstation 10 umfasst eine Abstandsmessvorrichtung 30, die eine optische Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 aufweist, die die Kameravorrichtung 24 umfassen oder mit ihr verbunden sein kann. Die optische Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 kann ein Objektiv und einen Strahlteiler, z.B. ein (in 3 nicht gezeigtes) Strahlteilungsprisma, umfassen. Die optische Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 kann zum Beispiel geeignet sein, Impulse mit Infrarotstrahlung oder Impulse mit einer anderen Wellenlänge oder Wellenlängen zu emittieren und die Flugzeit der von der optischen Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 emittierten Impulse zu einem (in 3 nicht gezeigten) Ziel und zurück zu der optischen Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41, nachdem sie von dem Ziel reflektiert wurde, zu detektieren und auf der Basis der erfassten Flugzeit den Abstand zwischen dem Ziel und der Totalstation 10 zu bestimmen. Bezug nehmend auf 2 kann die optische Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 die (in 3 nicht gezeigten) ersten und die zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 umfassen.
Die Totalstation 10 kann eine Vorrichtungssteuerungseinheit 51, die z.B. in der Alhidade 11 angeordnet ist, zum Steuern des Betriebs der Totalstation 10 umfassen.
Eine Batterie 44 kann in der Alhidade 11 angeordnet sein, um eine Leistungsversorgungseinheit 45 zu speisen, die geeignet ist, Leistung an Vorrichtungen und Komponenten der Totalstation 10 zu liefern. Die Leistungsversorgungseinheit 45 kann alle Komponenten und Vorrichtungen in der Alhidade 11 und/oder in der Mitteleinheit 14 ebenso wie jegliche Module oder Komponenten, die mit der Alhidade 11 und/oder der Mitteleinheit 14 verbunden sind, mit den erforderlichen Betriebsspannungen versorgen. Der besseren Übersicht halber sind entsprechende Verbindungsleitungen in 3 nicht gezeigt. Die einzelnen Komponenten können wie im Fall für Komponenten innerhalb der Alhidade 11 einzeln über getrennte Leitungen oder durch einen zentralen Bus 46, der Daten- und Leistungsversorgungsleitungen zwischen der Alhidade 11 und der Mitteleinheit 14 bereitstellt, verbunden werden.
Für die Steuerung oder den Betrieb der Totalstation 10 ist die Totalstation 10 mit einem Bedienfeld 35 und Bedienelementen 25, 26 in der Form von Winkelcodierern, die auf der Alhidade 11 angeordnet sind, die durch entsprechende Knöpfe bedienbar sind, versehen. Die Vorrichtungssteuereinheit 51 ist in der Alhidade 11 angeordnet, um den Betrieb der Totalstation 10 zu steuern und wird von der Leistungsversorgungseinheit 45 mit Leistung versorgt.
Das Bedienfeld 35 kann der Kommunikation zwischen einem Benutzer oder Bediener und der Totalstation 10 dienen und kann mit einer Tastatur 52 für die Eingabe, einer Anzeige 53 für die Ausgabe von Daten und/oder von der Kameravorrichtung 24 aufgenommenen Bildern und einem Computer 54 oder ähnlichem, was mit der Anzeige 53 und der Tastatur 52 verbunden ist, versehen sein. Die Anzeige 53 kann z.B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD) umfassen.
Das Bedienfeld 35 ist mit der Vorrichtungssteuereinheit 51, die in der Alhidade 11 angeordnet ist, und der Leistungsversorgungseinheit 45 über eine lösbare Verbindung 55 verbunden, so dass das Bedienfeld 35 abnehmbar angeordnet ist. Da das Bedienfeld 35 abnehmbar ist, kann es mit seiner eigenen Batterie ausgerüstet werden, was sicherstellen kann, dass der Computer 54 weiterhin betriebsfähig bleibt, auch wenn das Bedienfeld 35 von der Alhidade 11 entfernt wird. Der Computer 54 ist über eine Verbindung 55 mit der Vorrichtungssteuereinheit 51 verbunden und kann zur Durchführung geodätischer Berechnungen mit Hilfe seines Computerprogramms oder von Computerprogrammen und Speichermodulen fähig sein.
Die Bedienelemente 25, 26 sind über die entsprechende Schnittstelle 57 mit der Vorrichtungssteuereinheit 51 verbunden. Diese Schnittstelle 57 ermöglicht die Erzeugung von Signalen, die jeweils einer Drehposition der Bedienelemente 25, 26 entsprechen, die an die Vorrichtungssteuereinheit 51 übertragen werden.
Die Bedienelemente 25 und 26 dienen jeweils zur Steuerung der Drehung der Alhidade 11 um die vertikale Achse V und Kippen der Mitteleinheit 14 um die Kippachse H. Ansprechend auf Signale jeweils von den Bedienelementen 25 und 26 und der Schnittstelle 57 steuert die Vorrichtungssteuereinheit 51 die Antriebseinrichtungen 15 und 18 über Steuerschaltungen 58 und 59 in der Alhidade 11, um die Alhidade jeweils um die vertikale Achse V und die Kippachse V zu drehen. Winkelmessungen können verwendet werden, um die Antriebseinrichtungen 15 und 18 zu steuern.
Die Antriebsmittel 15 und 18 werden jeweils nicht notwendigerweise ausschließlich durch die Bedienelemente 25 und 26 gesteuert, sondern können alternativ oder zusätzlich auf der Basis eines Programms, das Maschinenanweisungen aufweist, die in der Vorrichtungssteuerungseinheit 51 gespeichert und ausgeführt werden, und/oder auf Basis von Befehlen, die an die Vorrichtungssteuerungseinheit 51 gesendet werden, gesteuert werden.
Die Antriebseinrichtungen 15 und 18 wirken jeweils mit der Winkelmessvorrichtung, d.h. der Skalenscheibe 16 für den horizontalen Winkel und dem entsprechenden Winkelcodierer oder Sensor 17 oder der der Skalenscheibe 19 für den vertikalen Winkel und dem entsprechenden Winkelcodierer oder Sensor 20 zusammen, so dass die Alhidade 11 mit der Mitteleinheit 14 nach Wunsch um die vertikale Achse V gedreht werden kann und die Mitteleinheit 14 um die horizontale Achse H in einer messbaren Weise gedreht werden kann und in eine gewünschte horizontale und vertikale Winkelposition gebracht werden kann. Dieser Zweck wird unter anderem durch die Vorrichtungssteuereinheit 51 erfüllt, die Signale von den Winkelcodierern oder Sensoren 17 und 20 empfangen kann und die Steuerschaltung 58 für die horizontale Antriebseinrichtung 15 und die Steuerschaltung 59 für die vertikale Antriebseinrichtung 18 ansprechend auf und auf der Basis der empfangenen Signale steuern kann.
Die Totalstation 10 kann ein Funkmodul 61 umfassen, das mit der Vorrichtungssteuereinheit 51 verbunden ist und eine Antenne 62 hat. Das Funkmodul 61 kann dazu dienen, Daten mit einer entfernten Vorrichtung, wie etwa einer (in 3 nicht gezeigten) Fernsteuerung, auszutauschen. Zum Beispiel kann die Totalstation 10 mit Hilfe einer Fernsteuerung oder einer entfernten Station (die in 3 nicht gezeigt sind) ferngesteuert werden.
Für die Verarbeitung der Signale von dem Bildsensor 31 der Kameravorrichtung 24 ist eine Datenkompressionseinheit 63 in der Mitteleinheit 14 bereitgestellt, die geeignet ist, von dem Bildsensor empfangene Bilddaten zu komprimieren. Die komprimierten Daten können dann an die Vorrichtungssteuereinheit 51 gesendet werden, die die Daten verarbeiten und/oder an den Computer 54 und die Anzeige 53 weiterleiten kann.
Die Vorrichtungssteuereinheit 51 weist einen flüchtigen Speicher, einen nicht flüchtigen Speicher und einen Prozessor zum Ausführen von Programmen, die in dem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, auf. Ein Bildverarbeitungsmodul 70 ist geeignet, die von dem Bildsensor 31 erhaltenen Bilder zu verarbeiten und das verarbeitete Bild unter Verwendung des Computers 54 des Bedienfelds auf der Anzeige 53 anzuzeigen, wobei das Bildverarbeitungsmodul 70 in der Vorrichtungssteuereinheit 51 integriert sein kann oder ein getrenntes Modul sein kann, das mit der Vorrichtungssteuereinheit 51 verbunden ist. Außerdem kann das Bildverarbeitungsmodul 70 ein Computerprogrammmodul sein, das in der Vorrichtungssteuereinheit 51 implementiert ist, das geeignet ist, zum Beispiel Bildverarbeitungsbetriebe oder Verfahren auszuführen. Das Bildverarbeitungsmodul 70 kann abhängig von der Anwendung und/oder Anforderungen alternativ in der Mitteleinheit 14 oder an jeder anderen passenden Stelle angeordnet sein.
Die Datenkompressionseinheit 63 und/oder das Bildverarbeitungsmodul sind optional.
Die Mitteleinheit 14 weist ein Fotosensormodul 33 auf, das z.B. unter Bezug auf 4 - 9 im Folgenden weiter beschrieben wird. Das Fotosensormodul 33 kann zum Beispiel eine Bilderzeugungsvorrichtung oder einen Sensor umfassen oder durch diesen ausgebildet sein, wie im Folgenden weiter beschrieben wird. Die Bilderzeugungsvorrichtung oder der Sensor kann ähnlich oder identisch zu der Bilderzeugungsvorrichtung 31 sein, die vorangehend unter Bezug auf 2 und 3 beschrieben wurde.
Nun werden Bezug nehmend auf 4 - 9 schematische Ansichten eines Instrumentenkörpers 14 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine Vorderansicht des Instrumentenkörpers 14, 5, 7 und 8 sind Schnittdraufsichten des Instrumentenkörpers 14, und 6 und 9 sind Seitenschnittansichten des Instrumentenkörpers 14.
Der Instrumentenkörper 14 ist in einem (in 4 - 9 nicht gezeigten) Messinstrument, z.B. einer Totalstation 10, wie in 2 und 3 abgebildet, drehbar angeordnet, so dass der Instrumentenkörper 14 um eine vertikal ausgerichtete Drehachse V und um eine horizontal ausgerichtete Drehachse H drehbar ist. Durch Drehen des Instrumentenkörpers um die Achsen V und H kann eine Richtung, in die eine Instrumentenzielachse S zeigt, ausgewählt oder gesteuert werden.
In dem Instrumentenkörper 14 ist ein Fotosensormodul 33 angeordnet, das mehrere (in 4 - 9 nicht gezeigte) Fotosensoren aufweist. Das Fotosensormodul 33 ist in einer Trackereinheit für das Messinstrument umfasst. Jeder Fotosensor ist geeignet, ein Signal entsprechend der Intensität optischer Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, zu erzeugen, wobei die optische Strahlung durch die Reflexion optischer Strahlung an einem reflektierenden Ziel 90, das in dem Sichtfeld 97 des Fotosensormoduls 33 angeordnet ist, erzeugt wurde. Gemäß der in 4 - 9 dargestellten Ausführungsform weist das Ziel 90 ein reflektierendes Prisma 90 auf. Das reflektierende Prisma 90 kann zum Beispiel vom Würfeleckentyp sein. Ein optisches System 34 ist geeignet, optische Strahlung, die von dem Ziel 90 weg reflektiert wurde, auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren.
Das Fotosensormodul 33 ist derart angeordnet, dass eine Trackerzeigerachse des Fotosensormoduls 33 oder der Trackereinheit koaxial oder im Wesentlichen koaxial in Bezug auf die Instrumentenzielachse S ist.
In dem Instrumentenkörper 14 sind eine erste optische Strahlungsquelle 81 und eine zweite optische Strahlungsquelle 82 angeordnet. Wie in 4 - 9 dargestellt, sind die optischen Strahlungsquellen 81, 82 oder lichtemittierenden Elemente an verschiedenen Positionen in dem Instrumentenkörper 14 angeordnet, so dass jede der optischen Strahlungsquellen 81, 82 in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 nicht koaxial angeordnet ist. Jede der optischen Strahlungsquellen 81, 82 ist geeignet, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels 90 zu emittieren, wenn sie aktiviert ist. Wie insbesondere in 4 dargestellt, ist die erste optische Strahlungsquelle 81 in einem Abstand von dem optischen System 34 entlang einer Achse parallel zu der Achse V angeordnet und die zweite optische Strahlungsquelle 82 ist in einem Abstand entlang einer Achse parallel zu der Achse H angeordnet.
Wie aus 4 und 5 zu sehen, ist die erste optische Strahlungsquelle 81 auf einer ersten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse S positioniert und die zweite optische Strahlungsquelle ist auf einer zweiten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse S positioniert, wobei die ersten und zweiten Achsen und die Instrumentenzielachse S wechselseitig senkrecht sind. Gemäß den in 4 und 5 abgebildeten Ausführungsformen ist die erste Achse parallel zu V und die zweite Achse ist parallel zu H.
6 - 9 stellen Situationen dar, in denen das empfangene optische Signal oder die optische Strahlung auf dem Fotosensormodul 33 oder dem Empfänger der Trackereinheit auf oder im Wesentlichen auf einen Mittelpunkt des Fotosensormoduls 33 einfällt, wie durch die durchgezogenen Pfeile in 6 - 9 angezeigt, so dass das Ziel 90 von der Trackereinheit ,eingerastet‛ wird, wenn die erste optische Strahlungsquelle 81 oder die zweite optische Strahlungsquelle 82 als Sender der Trackereinheit verwendet wird.
Die Elemente 96 und 97 in 6 und 7 zeigen jeweils die Sichtfelder der optischen Strahlungsquelle 81 und des Fotosensormoduls 33 an. Die Elemente 96 und 97 in 8 und 9 zeigen jeweils die Sichtfelder der optischen Strahlungsquelle 82 und des Fotosensormoduls 33 an.
Die Position der ersten optischen Strahlungsquelle 81 und der Trackerzeigerachse 36 definieren eine Ebene V-S, und die Position der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 und der Trackerzeigerachse 36 definieren eine Ebene H-S. Gemäß der abgebildeten Ausführungsform sind die Ebenen V-S und H-S senkrecht. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Die erste optische Strahlungsquelle 81 ist koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene V-S, welche gemäß der abgebildeten Ausführungsform die Ebene H-S ist. Die zweite optische Strahlungsquelle 82 ist koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene H-S, die gemäß der abgebildeten Ausführungsform die Ebene V-S ist.
Dabei ist die erste optische Strahlungsquelle 81 derart angeordnet, dass sie in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 in der H-S-Ebene nicht exzentrisch ist, und folglich gibt es keinen Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36 in der H-S-Ebene, wenn die erste optische Strahlungsquelle 81 als Sender der Trackereinheit verwendet wird. Dies ist in 7 dargestellt. Die Zielachse 95 ist eine Achse, die, wie in 6 - 9 dargestellt, durch einen Punkt in dem Instrumentenkörper 14, z.B. einen Instrumentenmittelpunkt 98 auf der Instrumentenzielachse S und das Ziel 90 geht. Gemäß den in 5 - 9 abgebildeten Ausführungsformen ist der Instrumentenmittelpunkt 98 als ein Schnittpunkt zwischen den H-, V- und S-Achsen definiert. Falls es keinen Schnittpunkt zwischen den Achsen, H, V und S in dem Instrumentenkörper 14 gäbe (dieses Beispiel ist in 5 - 9 nicht gezeigt), könnte der Instrumentenmittelpunkt zum Beispiel als ein Mittelpunkt eines kleinen oder minimalen Volumens definiert werden, das tangential von den Achsen H, V und S umschlossen wird. Beachten Sie, dass der Instrumentenmittelpunkt 98 in 5 - 9 nur schematisch abgebildet ist.
Die zweite optische Strahlungsquelle 82 ist derart angeordnet, dass sie in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 in der V-S-Ebene nicht exzentrisch ist, und folglich gibt es keinen Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36 in der V-S-Ebene, wenn die zweite optische Strahlungsquelle 82 als der Sender der Trackereinheit verwendet wird. Dies ist in 9 dargestellt.
Folglich werden jegliche mögliche Winkel ε zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36, wenn die Trackereinheit auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ wurde und wenn die erste optische Strahlungsquelle 81 als der Sender der Trackereinheit verwendet wird, nur in der Ebene V-S auftreten, in der die erste optische Strahlungsquelle 81 gegen einen koaxialen Zustand in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 versetzt ist. Dies ist in 6 dargestellt und durch den Abstand e_V angezeigt. Ein Abstand zwischen dem Fotosensormodul 33 oder dem optischen System 34 und dem Ziel 90 ist durch d in 6 und auch in 7 - 9 angezeigt. Wenn in einer ersten Näherung d >> d_i, wobei d_i ein Abstand zwischen dem optischen System 34 und dem Instrumentenmittelpunkt 98 ist, kann der Winkel ε ausgedrückt werden als $ε = arctan (e_V / (2 \cdot d)) .$
Folglich können der Instrumentenkörper 14 und/oder das Messinstrument um einen Winkel ε falsch in der V-S-Ebene zeigen, wenn die Trackereinheit auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ ist und wenn die erste optische Strahlungsquelle 81 als Sender der Trackereinheit verwendet wird.
Außerdem werden jegliche mögliche Winkel ε zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36, wenn die Trackereinheit auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ wurde und wenn die zweite optische Strahlungsquelle 82 als der Sender der Trackereinheit verwendet wird, nur in der Ebene H-S auftreten, in der die zweite optische Strahlungsquelle 82 gegen einen koaxialen Zustand in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 versetzt ist. Dies ist in 8 dargestellt und durch den Abstand e_H angezeigt. Wenn in einer ersten Näherung d >> d_i, kann der Winkel ε ausgedrückt werden als $ε = arctan (e_H / (2 \cdot d)) .$
Folglich können der Instrumentenkörper 14 und/oder das Messinstrument um einen Winkel ε falsch in der H-S-Ebene zeigen, wenn die Trackereinheit auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ ist und wenn die zweite optische Strahlungsquelle 82 als Sender der Trackereinheit verwendet wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann jeder derartige mögliche Winkel ε zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36 in verschiedenen Ebenen, wenn die Trackereinheit auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ ist, von dem Abstand d zwischen dem Fotosensormodul 33 oder dem optischen System 34 und dem Ziel 90 und möglicherweise von einem Durchmessers des Ziels 90, z.B. dem Prismendurchmesser d_P, abhängen. Mit Prismendurchmesser ist ein Durchmesser einer Blende des Prismas gemeint.
Jedoch ist, wie in 7 dargestellt, die erste optische Strahlungsquelle 81 in der H-S-Ebene koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 und die zweite optische Strahlungsquelle 82 ist, wie in 9 dargestellt, in der V-S-Ebene koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36.
Folglich zeigt die Trackereinheit in der H-S-Ebene ein koaxiales optisches Verhalten, wenn die erste optische Strahlungsquelle 81 als Sender der Trackereinheit verwendet wird, und die Trackereinheit zeigt in der V-S-Ebene ein koaxiales optisches Verhalten, wenn die zweite optische Strahlungsquelle 82 als Sender der Trackereinheit verwendet wird.
Folglich kann durch Verwenden von wenigstens zwei optischen Strahlungsquellen 81, 82 in der Trackereinheit, wobei die erste und zweite optische Strahlungsquellen 81, 82 in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 exzentrisch angeordnet sind und die relativ zu der Trackerzeigerachse wie vorstehend beschrieben positioniert sind, ein nicht koaxialer optischer Aufbau in der Trackereinheit verwendet werden, während gleichzeitig ermöglicht wird, ein koaxiales optisches Verhalten in der Trackereinheit zu imitieren oder zu ,simulieren‛.
Der Instrumentenkörper 14 kann zum Beispiel durch die unter Bezug auf 2 beschriebene Mitteleinheit 14 implementiert sein, die um die horizontal ausgerichtete Drehachse H gedreht werden kann, um mit dem Instrumentenkörper 14 eine beliebige vertikale Richtung anzuvisieren. Indem der Instrumentenkörper 14, wie unter Bezug auf 2 beschrieben, zum Beispiel in einer Alhidade angeordnet wird, kann der Instrumentenkörper 14 ferner um die vertikal ausgerichtete Drehachse V gedreht werden, um mit dem Instrumentenkörper 14 jede gewünschte horizontale Richtung anzuvisieren.
Das Fotosensormodul 33 kann durch eine Bilderzeugungsvorrichtung oder einen Sensor 33 gebildet werden. Mit Hilfe des optischen Systems 34 kann ein Bild auf der Bilderzeugungsvorrichtung oder dem Sensor 33 ausgebildet werden. Die Bilderzeugungsvorrichtung oder der Sensor 33 ist im Allgemeinen fähig, wenigstens ein Bild in dem Sichtfeld 97 aufzunehmen. Das optische System 34 kann zum Beispiel eine oder mehrere Linsen, z.B. eine Fokussierlinse und/oder eine Objektiv, etc. umfassen. Das Fotosensormodul 33 und das optische System 34 können zum Beispiel in eine Kameravorrichtung eingearbeitet sein.
Das Ziel 90 ist nicht darauf beschränkt, ein reflektierendes Prisma zu sein, sondern kann alternativ oder zusätzlich zum Beispiel einen Retroreflektor oder eine andere geeignete Art von Reflektor aufweisen, der fähig ist, eine fokussierte Reflexion bereitzustellen (d.h. zu einem kleinen Reflexionswinkel fähig ist).
Wie in 2 dargestellt, können die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 benachbart zu dem Teleskop 23 angeordnet sein. Jedoch sind andere Anordnungen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 möglich. Zum Beispiel können die ersten und/oder zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 hinter einem Objektiv des Teleskops 23 angeordnet sein.
Im Allgemeinen kann es wünschenswert sein, die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 relativ nahe an der Trackerzeigerachse 36 zu positionieren. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die von den optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittierte und auf dem reflektierenden Prisma 90 reflektierte optische Strahlung zurück zu dem Instrumentenkörper 14 oder dem Messinstrument reflektiert wird, so dass die reflektierte optische Strahlung von dem Fotosensormodul 33 erfasst werden kann, auch wenn ein relativ kleines reflektierendes Prisma 90 verwendet wird und/oder der Abstand zwischen dem Instrumentenkörper 14 und/oder dem Messinstrument und dem reflektierenden Prisma 90 relativ groß ist. Unter Bezug auf 2 kann eine Anordnung der ersten und/oder zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 zum Beispiel hinter dem Objektiv des Teleskops 23 die Verringerung der Größe der gesamten Trackereinheit und/oder des Messinstruments erleichtern und/oder die Fixierung der optische Strahlungsquelle oder Quellen 81, 82 in der Trackereinheit vereinfachen.
Unter Bezug auf 3 können die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 zum Beispiel in der optischen Strahlungsemissions- und/oder Empfangseinheit 41 angeordnet werden.
Die erste und/oder zweite optische Strahlungsquelle 81, 82 kann/können zum Beispiel wenigstens eine lichtemittierende Diode (LED) aufweisen. Die LED kann zum Beispiel eine anorganische LED, eine organische LED (OLED), eine Quantenpunkt-(QD-) LED und/oder eine andere Art von LED sein. Alternativ oder zusätzlich können die erste und/oder zweite optische Strahlungsquelle 81, 82 wenigstens eine sogenannte Superlumineszenzdiode (SLD) aufweisen, die z.B. von Hamamatsu Photonics Norden AB, Torshamnsgatan, SE-164 40, Kista, Schweden, erhältlich ist.
Alternativ oder wahlweise können die erste und/oder zweite optische Strahlungsquelle 81, 82 einen Laser oder ähnliches und/oder eine andere Art geeigneter optischer Strahlungsquelle oder eines lichtemittierenden Elements aufweisen.
Alternativ oder wahlweise können die erste und/oder zweite optische Strahlungsquelle 81, 82 ein Auskopplungsende wenigstens eines Wellenleiters, z.B. einer optischen Faser, aufweisen, das derart angeordnet ist, dass es fähig ist, optische Strahlung, die an seinem Einkopplungsende in den wenigstens einen Wellenleiter eingekoppelt wurde, auszukoppeln.
Nun erneut Bezug auf 1 nehmend, weist die Trackereinheit 1 ein Steuermodul 5 und ein Signalverarbeitungsmodul 6 auf, dessen Betrieb im Folgenden beschrieben wird. Falls das Messinstrument 10 eine Totalstation ist oder diese aufweist, kann das Steuermodul 5 zum Beispiel durch ein Vorrichtungssteuermodul 51 oder ein anderes in der Totalstation 10 angeordnetes Steuermodul, das unter Bezug auf 2 und 3 beschrieben ist, gebildet werden.
Das Steuermodul 5 ist geeignet, selektiv die Drehung des Instrumentenkörpers 14 zu bewirken und die erste optische Strahlungsquelle 81 und die zweite optische Strahlungsquelle 82 jeweils wenigstens einmal selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren.
Das Steuermodul 5 ist geeignet, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren in dem Fotosensormodul 33 wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von von der ersten optischen Strahlungsquelle 81 emittierten optischen Strahlung erzeugt wird, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von von der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 emittierten optischen Strahlung erzeugt wird, erzeugen.
Die Erzeugung des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und die Erzeugung des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen kann gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden. Möglicherweise kann das Steuermodul 5 geeignet sein, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren in dem Fotosensormodul 33 wenigstens einen ersten Satz von Signalen während einer Zeitspanne erzeugen, in der die erste optische Strahlungsquelle 81 aktiviert ist, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen während einer Zeitspanne erzeugen, wenn die zweite optische Strahlungsquelle 82 aktiviert ist. Die vorstehend erwähnten Zeitspannen können auch zeitlich aufeinanderfolgend oder nahezu aufeinanderfolgend sein oder in einem gewissen Maß überlappen.
Unter Bezug auf die Beispielausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Bezug auf 4 - 9 beschrieben wird, ist das Signalverarbeitungsmodul 6 geeignet, jeweils Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen der Zielachse 95 und die Instrumentenzielachse S in der Ebene H-S senkrecht zu der ersten Ebene V-S und in der Ebene V-S senkrecht zu der zweiten Ebene H-S jeweils auf der Basis des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens eine zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren. Das Steuermodul 5 ist geeignet, unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse S und die Zielachse 95 nicht ausgerichtet sind, eine Drehung des Instrumentenkörpers 14 auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S in der Ebene H-S senkrecht zu der ersten Ebene V-S und in der Ebene V-S senkrecht zu der zweiten Ebene H-S jeweils derart zu bewirken, dass die Instrumentenzielachse S mit der Zielachse 95 ausgerichtet wird oder näher an diese kommt.
Im Allgemeinen ist das Steuermodul 5 geeignet, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis von optischen Strahlung, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von von der ersten optischen Strahlungsquelle 81 emittierten optischer Strahlung erzeugt wird, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von von der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 emittierten optischer Strahlung erzeugt wird, erzeugen. Das Signalverarbeitungsmodul 6 ist geeignet, Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils auf der Basis des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren. Das Steuermodul 5 ist geeignet, unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse S und die Zielachse 95 nicht ausgerichtet sind, eine Drehung des Instrumentenkörpers 14 auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene derart zu bewirken, dass die Instrumentenzielachse S mit der Zielachse 95 ausgerichtet wird oder näher an diese kommt.
Somit wird ein Verfahren für den Betrieb der Trackereinheit 1 bereitgestellt, so dass der Einfluss jeglicher möglicher Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Trackerzeigerachse 36 durch die Bestimmung jeglicher Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S aufgehoben wird, wobei die Winkel aufgrund dessen entstehen könnten, dass die optischen Strahlungsquellen 81, 82 nicht koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse 36 angeordnet sind, wenn die Trackereinheit 1 auf das Ziel 90 ,eingerastet‛ ist. Dadurch kann abgemildert oder sogar vermieden werden, dass die Trackereinheit in einer versetzten Exzentrizitätsebene auf das Ziel 90 einrastet, auch wenn das Messinstrument 10 und/oder der Instrumentenkörper 14 in dieser Ebene nicht korrekt auf das Ziel 90 ausgerichtet ist.
Das Fotosensormodul 33 kann zum Beispiel eine positionsempfindliche Fotosensorvorrichtung, wie etwa einen Quadrantensensor, aufweisen.
Weiter Bezug nehmend auf 1 weist das Fotosensormodul 33 einen optischen Strahlungsanalysator 37 oder eine optische Strahlungsunterscheidungseinrichtung, die optional ist, auf. Der optische Strahlungsanalysator 37 ist geeignet, zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, zu unterscheiden, indem sie wenigstens eine Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, abtastet. Die Anordnung des optischen Strahlungsanalysators 37 in dem Fotosensormodul 33 ist gemäß einem Beispiel. Andere Anordnungen des optischen Strahlungsanalysators 37 in der Trackereinheit 1 sind möglich. Zum Beispiel kann der optische Strahlungsanalysator 37 getrennt von dem Fotosensormodul 33 angeordnet sein, wobei der optische Strahlungsanalysator 37 mit dem Fotosensormodul 33 gekoppelt ist.
Die wenigstens eine Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung kann zum Beispiel die Wellenlänge, die Phase, die Modulation und/oder die Impulstiming der optischen Strahlung umfassen.
Mit Hilfe einer derartigen Unterscheidungsfunktionalität kann die Abtastung optischer Strahlung durch das Fotosensormodul 33, welche durch die Reflexion optischer Strahlung, die von der ersten optischen Strahlungsquelle 81 emittiert wird, an dem reflektierenden Ziel 90 erzeugt wird, von der Abtastung optischer Strahlung durch das Fotosensormodul 33, welche durch die Reflexion optischer Strahlung, die von der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 emittiert wird, an dem reflektierenden Ziel 90 erzeugt wird, getrennt oder unterschieden werden.
Folglich kann mit Hilfe der Fähigkeit des optischen Strahlungsanalysators 37, zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, erzeugt wird, zu unterscheiden, die Erzeugung des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und die Erzeugung des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zur gleichen Zeit oder im Wesentlichen zur gleichen Zeit und deren anschließende Verarbeitung erleichtert oder sogar ermöglicht werden.
Jede der ersten optischen Strahlungsquelle 81 und der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 kann ausgelegt sein, um optische Strahlung in einem jeweiligen vorgegebenen Wellenlängenintervall oder bei einer jeweiligen vordefinierten Wellenlänge und möglicherweise derart zu emittieren, dass die erste optische Strahlungsquelle 81 und die zweite optische Strahlungsquelle 82 fähig und möglicherweise geeignet sind, optische Strahlung in verschiedenen Wellenlängenintervallen oder mit verschiedenen Wellenlängen zu emittieren.
Die Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung kann die Wellenlänge umfassen. Der optische Strahlungsanalysator 37 kann geeignet sein, die Wellenlänge der optischen Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 auftrifft, zu erfassen, um zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, zu unterscheiden.
Die erste optische Strahlungsquelle 81 und/oder die zweite optische Strahlungsquelle 82 kann/können derart ausgelegt sein, dass die Phasen der optischen Strahlung, die jeweils von der ersten optischen Strahlungsquelle 81 und der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 emittiert werden, sich um eine vorgegebene Phasenverschiebung, z.B. 180°, unterscheiden.
Die Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung kann die Phase umfassen. Der optische Strahlungsanalysator 37 kann geeignet sein, die Phase der optischen Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 auftrifft, zu erfassen, um zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, zu unterscheiden.
Die erste optische Strahlungsquelle 81 und/oder die zweite optische Strahlungsquelle 82 kann/können ausgelegt sein, um kontinuierliche optische Strahlung oder optische Strahlung, die zum Beispiel in Bezug auf die Phase und/oder Frequenz moduliert ist, zu emittieren.
Die Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung kann zum Beispiel die Modulationsphase und/oder die Frequenz umfassen. Der optische Strahlungsanalysator 37 kann geeignet sein, zum Beispiel die Modulationsphase und/oder die Frequenz optischer Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 auftrifft, zu erfassen, um zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, zu unterscheiden.
Eine sogenannte ,Einrast‛-Technik kann verwendet werden, um zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, und Umgebungslicht zu unterscheiden.
Die erste optische Strahlungsquelle 81 und/oder die zweite optische Strahlungsquelle 82 kann/können ausgelegt sein, um gemäß jeweiligen ausgewählten Impulstimings gepulste optische Strahlung zu emittieren.
Die Unterscheidungscharakteristik kann das Timing von Impulsen optischer Strahlung umfassen. Der optische Strahlungsanalysator 37 kann geeignet sein, das Timing von Impulsen optischer Strahlung zu erfassen, die auf die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 auftrifft, um zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul 33 auftrifft, die durch Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 emittiert wird, zu unterscheiden. Zum Beispiel kann das Timing von Impulsen der jeweiligen optischen Strahlungsquellen 81, 82 mit der Belichtungszeit des Fotosensormoduls 33 synchronisiert werden oder dieser entsprechen.
Der optische Strahlungsanalysator 37 kann geeignet sein, um für jeden Fotosensor der mehreren Fotosensoren, auf welche die optische Strahlung auftrifft, eine Anzeige bereitzustellen oder zu erzeugen, zu welcher der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 die optische Strahlung gehört. Die Anzeige kann zum Beispiel ein Signal oder einen Wert umfassen, der an das Steuermodul 5 übermittelt oder gesendet werden kann.
Das Steuermodul 5 kann geeignet sein, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 ferner auf der Basis der Anzeige oder der Anzeigen den wenigstens einen ersten Satz von Signalen und den wenigstens einen zweiten Satz von Signalen erzeugen. Folglich kann mit Hilfe der Anzeige oder der Anzeigen, die von dem optischen Strahlungsanalysator 37 bereitgestellt werden, zwischen reflektierter optischer Strahlung, die von der ersten optischen Strahlungsquelle 81 oder der zweiten optischen Strahlungsquelle 82 stammt, unterschieden werden.
Das Steuermodul 5 kann geeignet sein, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren in dem Fotosensormodul 33 während einer Zeitspanne, in der die erste optische Strahlungsquelle 81 aktiviert ist und die zweite optische Strahlungsquelle 82 deaktiviert ist, wenigstens einen ersten Satz von Signalen erzeugen und während einer Zeitspanne, in der die zweite optische Strahlungsquelle 82 aktiviert ist und die erste optische Strahlungsquelle 81 deaktiviert ist, wenigstens einen zweiten Satz von Signalen erzeugen. Die vorstehend erwähnten Zeitspannen können zeitlich aufeinanderfolgend oder nahezu aufeinanderfolgend sein. Die mehreren Fotosensoren des Fotosensormoduls 33 können in einer Bilderzeugungsvorrichtung 33 oder einer Kameravorrichtung eingebaut sein. Die Bilderzeugungsvorrichtung 33 kann geeignet sein, um auf Anweisung von dem Steuermodul 5 wenigstens ein Bild des reflektierenden Ziels 90 aufzunehmen, wobei der wenigstens eine erste Satz von Signalen und der wenigstens eine zweite Satz von Signalen jeweils wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Bild des reflektierenden Ziels 90 bilden, das von der Bilderzeugungsvorrichtung 33 aufgenommen wird.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 33 kann zum Beispiel einen aktiven Bildpunktsensor, einen Sensor auf Basis einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) und/oder einen komplementären Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) basierten Sensor aufweisen.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 33 kann wahlweise geeignet sein, um jeweils eine erste und wenigstens eine zweite Bilddarstellung des ersten und des wenigstens einen zweiten Bilds zu erzeugen. Die Verarbeitung von Bildern kann folglich mit Hilfe der Verarbeitung jeweiliger entsprechender Bilddarstellungen erledigt werden. Wenn man sich hier folglich auf die Verarbeitung von Bildern bezieht, kann dies mit sich bringen, dass eine Einheit, wie etwa die Bilderzeugungsvorrichtung 33 und/oder das Signalverarbeitungsmodul 6, durch Verarbeiten der entsprechenden Bilddarstellungen Bilder verarbeiten. Alternativ oder wahlweise kann eine getrennte Bildumwandlungseinheit bereitgestellt werden, um die Bilddarstellung aufgenommener Bilder zu erzeugen.
Das Signalverarbeitungsmodul 6 kann geeignet sein, das erste und das wenigstens eine zweite Bild zu verarbeiten, um Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils auf der Basis des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren.
Das Signalverarbeitungsmodul 6 kann geeignet sein, das erste und das wenigstens eine zweite Bild zu verarbeiten, um jeweils eine Position des Ziels 90 in dem ersten Bild und eine Position des Ziels 90 in dem zweiten Bild zu bestimmen. Das Signalverarbeitungsmodul 6 kann geeignet sein, um auf der Basis der bestimmten Positionen Informationen bezüglich eines Winkels zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu extrahieren.
Das Steuermodul 5 kann geeignet sein, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren in dem Fotosensormodul 33 während einer Zeitspanne, in der sowohl die erste optische Strahlungsquelle 81 als auch die zweite optische Strahlungsquelle 82 deaktiviert sind, wenigstens einen Satz dritter Signale erzeugen, wobei der wenigstens eine dritte Satz von Signalen wenigstens ein drittes Bild des reflektierenden Ziels 90 bildet, das von der Bilderzeugungsvorrichtung 33 aufgenommen wird.
Zum Beispiel kann die Bilderzeugungsvorrichtung 33 geeignet sein, um auf Anweisung von dem Steuermodul 5 das wenigstens eine dritte Bild des reflektierenden Ziels 90 jeweils unmittelbar oder wesentlich vor oder anschließend an die Aufnahme des wenigstens einen ersten und/oder des wenigstens einen zweiten Bilds des reflektierenden Ziels 90 durch die Bilderzeugungsvorrichtung 33 aufzunehmen. Verschiedene Bilder zwischen ersten und dritten Bildern und zwischen den zweiten und dritten Bildern können z.B. durch das Signalverarbeitungsmodul 6 erzeugt werden, um jeweils erste und zweite Differenzbilder zu erhalten. Dadurch kann der Beitrag von Umgebungsbeleuchtung oder Umgebungslicht in den sich ergebenden ersten und zweiten Differenzbildern verringert oder sogar beseitigt werden. Das Signalverarbeitungsmodul 6 kann geeignet sein, um die sich ergebenden ersten und zweiten Differenzbilder anstelle des ersten und des wenigstens einen zweiten Bilds, wie vorstehend beschrieben, zu verarbeiten, um Informationen bezüglich eines Winkels zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu extrahieren.
Aufnahmeprinzipien des wenigstens einen Bilds des reflektierenden Ziels 90 und dessen Verarbeitung, wie vorstehend beschrieben, werden nun unter Bezug auf 10 - 12 beschrieben.
10 zeigt ein erstes Bild 92 und ein zweites Bild 94. Das erste und zweite Bild 92, 94 wurden unter Verwendung einer Bilderzeugungsvorrichtung 33 aufgenommen, wie im Vorangehenden beschrieben. Das erste Bild 92 wurde in einem Moment aufgenommen, in dem die erste optische Strahlungsquelle 81 aktiviert ist und optische Strahlung in Richtung eines reflektierenden Ziels 90, das ein reflektierendes Prisma aufweist, emittiert und die zweite optische Strahlungsquelle 82 deaktiviert ist, d.h. keine optische Strahlung in Richtung des Ziels 90 emittiert. Das zweite Bild 94 wurde in einem Moment aufgenommen, in dem die zweite optische Strahlungsquelle 82 aktiviert ist und optische Strahlung in Richtung des Ziels 90 emittiert und die erste optische Strahlungsquelle 81 deaktiviert ist, d.h. keine optische Strahlung in Richtung des Ziels 90 emittiert.
In beiden der ersten und zweiten Bilder 92, 94 ist das Ziel 90 als ein wohldefinierter Lichtfleck zu sehen, dessen Position in den Bildern 92, 94 unter Verwendung einer Bildverarbeitungseinrichtung oder -techniken bestimmt werden kann. Die Positionen der Lichtflecken in den Bildern 92, 94 können zum Beispiel mit Hilfe von Schwerpunkttechniken und/oder mit Hilfe von Schablonenabgleich oder Formerkennung oder jedes anderen geeigneten Bildverarbeitungsverfahrens bestimmt oder berechnet werden.
Sowohl für das erste als auch das zweite Bild 92, 94 waren die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 LEDs.
Wie im Vorangehenden beschrieben, kann das Signalverarbeitungsmodul 6 das erste Bild 92 und das zweite Bild 94 verarbeiten, um jeweils die Position des Ziels 90 in dem ersten Bild und die Position des Ziels 90 in dem zweiten Bild zu bestimmen. Auf der Basis der bestimmten Positionen des Ziels 90 jeweils in den ersten und zweiten Bildern 92, 94 kann das Signalverarbeitungsmodul 6 dann die Informationen bezüglich eines Winkels zwischen der Zielachse 95 und der Instrumentenzielachse S jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene extrahieren.
11 zeigt Bilder 94a - 94g, die dem in 10 gezeigten Bild 94 entsprechen. Für die Bilder 94a - 94g war das Ziel 90 ein reflektierendes Prisma mit einer Blende mit einem Durchmesser von etwa 60 mm, das sich jeweils in einem Abstand von 30 m, 20 m, 10 m, 7,5 m, 5 m, 2,5 m und 1,5 m von dem Instrumentenkörper 14 befand.
12 zeigt Bilder 94h - 94n, die dem in 10 gezeigten Bild 94 entsprechen. Für die Bilder 94h - 94n war das Ziel 90 ein reflektierendes Prisma mit einer Blende mit einem Durchmesser von etwa 20 mm, das sich jeweils in einem Abstand von 30 m, 20 m, 10 m, 7,5 m, 5 m, 2,5 m und 1,5 m von dem Instrumentenkörper 14 befand.
11 und 12 stellen Prinzipien von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, wobei das Ziel 90 ein reflektierendes Prisma mit einer Blende ist, für verschiedene Blendendurchmesser. 11 und 12 stellen dar, dass die Positionen des Lichtflecks in den Bildern in einer Ebene, in der die optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse gegen einen koaxialen Zustand versetzt ist, von einem Abstand d zwischen dem Fotosensormodul oder optischen System und dem Ziel und möglicherweise von einem Parameter d_P des Ziels 90, z.B. dem Durchmesser der Prismenblende, wenn das Ziel ein reflektierendes Prisma ist, abhängen kann, siehe insbesondere 6 und 8 und die vorstehende Beschreibung unter Bezug auf 6 - 9. Diese Abhängigkeiten können schwer zu handhaben und/oder zu kompensieren sein, da der Abstand d und/oder der Durchmesser d_P sich gemäß der Anwendung oder Nutzeranforderungen oder Wünschen ändern kann/können. Jedoch können in einer Ebene senkrecht zu der Ebene, in der die optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse gegen einen koaxialen Zustand versetzt ist, die Positionen des Lichtflecks in den Bildern unabhängig von dem Abstand d und dem Durchmesser d_P sein, siehe insbesondere 7 und 9 in der vorstehenden Beschreibung unter Bezug auf 6 - 9. Wie im Vorangehenden beschrieben, kann die Trackereinheit in der Ebene senkrecht zu der Ebene, in der die optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse gegen einen koaxialen Zustand versetzt ist, ein koaxiales optisches Verhalten zeigen, wenn diese optische Strahlungsquelle als der Sender der Trackereinheit verwendet wird.
Die Anordnung der ersten und zweiten optischen Strahlungsquelle 81, 82 ist nicht auf die z.B. in 2, 4 und 5 dargestellte beschränkt, sondern Variationen sind möglich. Zum Beispiel können die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 auf einer ersten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse S positioniert sein, wobei die erste Achse und die Instrumentenzielachse S sich an einem Schnittpunkt schneiden und die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 auf der ersten Achse in gleichem Abstand oder im Wesentlichen in gleichem Abstand um den Schnittpunkt positioniert sind. Dieses Beispiel ist in 13 gezeigt, die eine Vorderansicht eines Instrumentenkörpers 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Ausführungsform in 13 unterscheidet sich von der Ausführungsform in 4 in der Positionierung der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 in Bezug auf die Instrumentenzielachse S. Gemäß der in 13 abgebildeten Ausführungsform sind die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 nahe an oder auf einer Achse M positioniert, die senkrecht zu der Instrumentenzielachse S ist. Wie in 13 angezeigt, schneiden sich die Achse M und die Instrumentenzielachse S an einem Schnittpunkt, und die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 sind auf der Achse M in gleichen Abständen den oder im Wesentlichen in gleichen Abständen um den Schnittpunkt positioniert. Gemäß der in 13 abgebildeten Ausführungsform ist die Achse M in einer Ebene parallel zu der V-H-Ebene angeordnet und in einem Winkel α zu der Achse V in der Ebene angeordnet. Der Winkel α kann zum Beispiel etwa 45° sein, aber andere Winkel, z.B. 40° oder weniger oder 50° oder mehr, sind ebenfalls möglich.
Noch andere Anordnungen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen 81, 82 als die in 2, 4, 5 und 13 Dargestellten sind möglich. Zum Beispiel können die erste und/oder die zweite optische Strahlungsquelle 81, 82 hinter dem optischen System 34, z.B. hinter einem Objektiv eines Teleskops 23, wie in 2 abgebildet, angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Fotosensormodul 33, das einen Bildsensor 33 aufweist, kann das Fotosensormodul 33 zum Beispiel eine positionsempfindliche Fotosensorvorrichtung, wie etwa eine Anordnung von Fotoabtastelementen und/oder einen sogenannten Quadrantensensor oder Detektor, wie etwa einen Quadrantendetektor, aufweisen. Das optische System 34, das z.B. ein Objektiv und/oder eine Fokussierlinse umfasst, kann geeignet sein, um reflektierte optische Strahlung zu sammeln und die gesammelte optische Strahlung zu den mehreren Fotosensoren in dem Fotosensormodul 33 zu befördern.
Nun werden Bezug nehmend auf 14 schematische Ansichten von computerlesbaren Speichermedien 130 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß diesen Beispielen weisen die computerlesbaren Speichermedien 130 eine DVD (Digital Versatile Disc) 130 und eine Diskette 130 auf. Auf den computerlesbaren Speichermedien 130 kann ein Computerprogramm gespeichert werden, das Computercode aufweist, der geeignet ist, ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, z.B. ein Verfahren 140, wie nachstehend unter Bezug auf 15 beschrieben, durchzuführen, wenn es in einer Prozessoreinheit ausgeführt wird.
Wenngleich vorstehend unter Bezug auf 14 nur zwei verschiedene Arten von computerlesbaren digitalen Speichermedien beschrieben wurden, umfasst die vorliegende Erfindung Ausführungsformen, die beliebige andere Arten von computerlesbaren digitalen Speichermedien, wie etwa einen nichtflüchtigen Speicher, ein Festplattenlaufwerk, eine CD, einen Flash-Speicher, ein Magnetband, eine USB-Speichervorrichtung, ein Zip-Laufwerk, etc. umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Nun wird Bezug nehmend auf 15 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 140 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Das Verfahren 140 wird in einer Trackereinheit für ein Messinstrument ausgeführt, das einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper umfasst. Die Trackereinheit weist ein Fotosensormodul auf, das mehrere Fotosensoren aufweist, wobei jeder Fotosensor geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung entspricht, die auf den Fotosensor auftrifft, wobei die optische Strahlung durch die Reflexion von optischer Strahlung an einem reflektierenden Ziel erzeugt wurde. Das reflektierende Ziel kann in dem Sichtfeld des Fotosensormoduls angeordnet sein. Das Fotosensormodul weist ein optisches System auf, das geeignet ist, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren. Das Fotosensormodul ist derart angeordnet, dass eine Trackerzeigerachse koaxial in Bezug auf eine Instrumentenzielachse des Instrumentenkörpers und/oder des Messinstruments ist. Die Trackereinheit weist eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle auf, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und die jeweils in Bezug auf die Instrumentenzielachse nicht koaxial angeordnet sind und geeignet sind, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert sind. Die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle sind an derartigen Positionen angeordnet, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren, und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, und so dass die erste optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der ersten Ebene koaxial ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene koaxial ist.
Das Verfahren 140 weist auf, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird, S141.
Es wird bewirkt, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird, S142.
Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene werden jeweils auf der Basis des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen extrahiert, S143.
Es wird geprüft, ob die Instrumentenzielachse und die Zielachse ausgerichtet sind, S144.
Unter der Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, wird der Instrumentenkörper auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene gedreht, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder der Ausrichtung damit näher kommt, S145.
Abschließend wird eine Trackereinheit für ein Messinstrument, wie etwa eine Totalstation, offenbart. Die Trackereinheit weist eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle auf, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist. Die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle sind an derartigen Positionen angeordnet, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die erste optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der ersten Ebene koaxial ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in einer Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene koaxial ist. Wenigstens ein erster Satz von Signalen wird auf der Basis der optischen Strahlung erzeugt, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Wenigstens ein zweiter Satz von Signalen wird auf der Basis der optischen Strahlung erzeugt, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird. Durch Verwenden der wenigstens zwei optischen Strahlungsquellen in der Trackereinheit, die in Bezug auf die Trackerzeigerachse exzentrisch angeordnet sind, kann in der Trackereinheit ein nicht koaxialer optischer Aufbau verwendet werden, während gleichzeitig ermöglicht wird, dass ein koaxiales optisches Verhalten in der Trackereinheit imitiert oder ,simuliert‛ wird.
Während die vorliegende Erfindung in den beigefügten Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, müssen die derartige Darstellung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht einschränkend betrachtet werden; die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen zu den offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten der Technik verstanden werden und bei der Umsetzung der beanspruchten Erfindung nach Studieren der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Patentansprüche herbeigeführt werden. Die bloße Tatsache, dass gewisse Maßnahmen in wechselseitig verschiedenen abhängigen Ansprüchen vorgetragen werden, zeigt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Patentansprüchen sollten nicht als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.

Claims

Trackereinheit (1) für ein Messinstrument (10), das wenigstens einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper (11, 14) umfasst, wobei die Trackereinheit aufweist: ein Fotosensormodul (33), das mehrere Fotosensoren aufweist, wobei jeder Fotosensor geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, entspricht, wobei die optische Strahlung durch Reflexion der optischen Strahlung an einem reflektierenden Ziel (90) erzeugt wurde, wobei das Fotosensormodul ein optisches System (34) aufweist, das geeignet ist, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren, wobei das Fotosensormodul derart angeordnet ist, dass eine Trackerzeigerachse (36) des Fotosensormoduls in Bezug auf eine Instrumentenzielachse (S) des Messinstruments koaxial ist; eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle (81, 82), die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist, wobei die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle an.derartigen Positionen angeordnet sind, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist; ein Steuermodul (5; 51), das geeignet ist: um selektiv die Drehung wenigstens eines Instrumentenkörpers zu bewirken; um wenigstens einmal jeweils die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle zu aktivieren und zu deaktivieren; und um zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis von optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch Reflexion von optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird; und ein Signalverarbeitungsmodul (6; 70), das geeignet ist, Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse (95) und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene auf der Basis jeweils des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren; wobei das Steuermodul geeignet ist, unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, einer Drehung des wenigstens eines Instrumentenkörpers auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu bewirken, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder näher in Ausrichtung damit kommt.
Trackereinheit nach Anspruch 1, wobei die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle an derartigen Positionen angeordnet sind, dass die erste Ebene orthogonal zu der zweiten Ebene ist und so dass die erste optische Strahlungsquelle koaxial in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der zweiten Ebene ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle in Bezug auf die Trackerzeigerachse in der ersten Ebene koaxial ist.
Trackereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuermodul geeignet ist, um unter einer Bedingung, dass die Größe des Winkels zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils einen Schwellwert übersteigt, eine Drehung des wenigstens einen Instrumentenkörpers auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils derart zu bewirken, dass der Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und der zweiten Ebene jeweils unter den Schwellwert verringert wird.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die erste optische Strahlungsquelle auf einer ersten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse positioniert ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle auf einer zweiten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse positioniert ist, wobei die ersten und zweiten Achsen und die Instrumentenzielachse wechselseitig senkrecht sind.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen auf einer ersten Achse senkrecht zu der Instrumentenzielachse positioniert sind, wobei die erste Achse und die Instrumentenzielachse sich an einem Schnittpunkt schneiden und die ersten und zweiten optische Strahlungsquellen auf der ersten Achse in gleichen Abständen um den Schnittpunkt positioniert sind.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Steuermodul geeignet ist, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen während einer Zeitspanne erzeugen, in der die erste optische Strahlungsquelle aktiviert ist und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle deaktiviert ist, und wenigstens einen zweiten Satz von Signalen während einer Zeitspanne erzeugen, wenn die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle aktiviert ist und die erste optische Strahlungsquelle deaktiviert ist.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die mehreren Fotosensoren in eine Bilderzeugungsvorrichtung eingebaut sind, die geeignet ist, auf Anweisung von dem Steuermodul wenigstens ein Bild des reflektierenden Ziels aufzunehmen, wobei der wenigstens eine erste Satz von Signalen und der wenigstens eine zweite Satz von Signalen jeweils wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Bild des reflektierenden Ziels bilden, das von der Bilderzeugungsvorrichtung aufgenommen wird.
Trackereinheit nach Anspruch 7, wobei die Bilderzeugungsvorrichtung einen aktiven Bildpunktsensor und/oder einen Sensor auf Basis einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, CCD, und einen komplementären Metalloxid-Halbleiter-, CMOS-, basierten Sensor aufweist.
Trackereinheit nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Signalverarbeitungsmodul geeignet ist, das erste und das wenigstens eine zweite Bild zu verarbeiten, um Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene auf der Basis jeweils des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen zu extrahieren.
Trackereinheit nach Anspruch 9, wobei das Signalverarbeitungsmodul geeignet ist, das erste und das wenigstens eine zweite Bild zu verarbeiten, um jeweils eine Position des Ziels in dem ersten Bild und eine Position des Ziels in dem wenigstens einen zweiten Bild zu bestimmen, und auf der Basis der bestimmten Positionen die Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene zu extrahieren.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-10, die ferner einen optischen Strahlungsanalysator (37) aufweist, der geeignet ist, zwischen optischer Strahlung, die auf das Fotosensormodul auftrifft, die durch die Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von verschiedenen der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen emittiert wird, zu unterscheiden, indem er wenigstens eine Unterscheidungscharakteristik der optischen Strahlung, die auf das Fotosensormodul auftrifft, abtastet.
Trackereinheit nach Anspruch 11, wobei jede der ersten optischen Strahlungsquelle und der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eingerichtet ist, um optische Strahlung in einem jeweiligen vorgegebenen Wellenlängenintervall oder bei einer jeweiligen vordefinierten Wellenlänge zu emittieren, und wobei die erste optische Strahlungsquelle und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle optische Strahlung in verschiedenen Wellenlängenintervallen oder bei verschiedenen Wellenlängen emittieren, wobei die Unterscheidungscharakteristik die Wellenlänge umfasst und wobei der optische Strahlungsanalysator geeignet ist, die Wellenlänge optischer Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren auftrifft, zu erfassen.
Trackereinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste optische Strahlungsquelle und/oder die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle derart eingerichtet sind, dass die Phasen der optischen Strahlung, die jeweils von der ersten optischen Strahlungsquelle und der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert werden, sich um eine vordefinierte Phasenverschiebung unterscheiden, wobei die Unterscheidungscharakteristik die Phase umfasst, und wobei der optische Strahlungsanalysator geeignet ist, die Phase von optischer Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren auftrifft, zu unterscheiden.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 11-13, wobei die erste optische Strahlungsquelle und/oder die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle derart eingerichtet sind, dass sie optische Strahlung emittieren, die in Bezug auf mindestens einer von Phase und Frequenz moduliert ist, wobei die Unterscheidungscharakteristik jeweils mindestens eine von Modulationsphase und -frequenz umfasst, und wobei der optische Strahlungsanalysator geeignet ist, mindestens eine von Modulationsphase und -frequenz optischer Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren auftrifft, zu erfassen.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 11-13, wobei die erste optische Strahlungsquelle und/oder die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle derart eingerichtet sind, dass sie gemäß einer ausgewählten Impulszeit gepulste optische Strahlung emittieren, wobei die Unterscheidungscharakteristik die Zeiten von Impulsen optischer Strahlung umfasst, und wobei der optische Strahlungsanalysator geeignet ist, die Zeit von Impulsen optischer Strahlung, die auf die mehreren Fotosensoren auftrifft, zu erfassen.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 11-15, wobei der optische Strahlungsanalysator ferner geeignet ist, um für jeden Fotosensor der mehreren Fotosensoren, auf welche die optische Strahlung auftrifft, eine Anzeige bereitzustellen, zu welcher der ersten und zweiten optischen Strahlungsquellen die optische Strahlung gehört, und wobei das Steuermodul geeignet ist, zu bewirken, dass die mehreren Fotosensoren den wenigstens einen ersten Satz von Signalen und den wenigstens einen zweiten Satz von Signalen ferner auf der Basis der Anzeige oder Anzeigen erzeugen.
Trackereinheit nach einem der Ansprüche 1-16, wobei wenigstens eine der ersten und der wenigstens zweiten optischen Strahlungsquelle wenigstens eine Leuchtdiode, LED, aufweist.
Messinstrument (10) mit einem drehbar angeordneten Instrumentenkörper (14) und einer Trackereinheit (1) nach einem der Ansprüche 1-17.
Verfahren (140) in einer Trackereinheit für ein Messinstrument, das einen drehbar angeordneten Instrumentenkörper umfasst, wobei die Trackereinheit aufweist: ein Fotosensormodul, das mehrere Fotosensoren aufweist, wobei jeder Fotosensor geeignet ist, ein Signal zu erzeugen, das der Intensität der optischen Strahlung, die auf den Fotosensor auftrifft, entspricht, wobei die optische Strahlung durch Reflexion der optischen Strahlung an einem reflektierenden Ziel erzeugt wurde, wobei das Fotosensormodul ein optisches System aufweist, das geeignet ist, die reflektierte optische Strahlung von dem Ziel auf die mehreren Fotosensoren zu projizieren, wobei das Fotosensormodul derart angeordnet ist, dass eine Trackerzeigerachse in Bezug auf eine Instrumentenzielachse koaxial ist, wobei die Trackereinheit aufweist: eine erste und wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle, die an verschiedenen Positionen angeordnet sind und von denen jede in Bezug auf die Trackerzeigerachse nicht koaxial angeordnet ist und geeignet ist, optische Strahlung in Richtung des reflektierenden Ziels zu emittieren, wenn sie aktiviert ist, wobei die erste und die wenigstens eine zweite optische Strahlungsquelle an derartigen Positionen angeordnet sind, dass die Trackerzeigerachse und die Position der ersten optischen Strahlungsquelle eine erste Ebene definieren und die Trackerzeigerachse und die Position der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle eine zweite Ebene definieren, so dass die senkrechte Projektion der ersten optischen Strahlungsquelle auf die zweite Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist und die senkrechte Projektion der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle auf die erste Ebene in Bezug auf die Trackerzeigerachse koaxial ist, wobei das Verfahren aufweist: Bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen ersten Satz von Signalen auf der Basis optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von der ersten optischen Strahlungsquelle emittiert wird (S141); Bewirken, dass die mehreren Fotosensoren wenigstens einen zweiten Satz von Signalen auf der Basis optischer Strahlung erzeugen, die auf die Fotosensoren auftrifft, die durch die Reflexion optischer Strahlung erzeugt wird, die von der wenigstens einen zweiten optischen Strahlungsquelle emittiert wird (S142); Extrahieren von Informationen in Bezug auf einen Winkel zwischen einer Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Ebene senkrecht zu der zweiten Ebene jeweils auf der Basis des wenigstens einen ersten Satzes von Signalen und des wenigstens einen zweiten Satzes von Signalen (S143); und unter einer Bedingung, dass die Instrumentenzielachse und die Zielachse nicht ausgerichtet sind, Drehen des wenigstens einen Instrumentenkörpers auf der Basis der Informationen in Bezug auf den Winkel zwischen der Zielachse und der Instrumentenzielachse jeweils in der Ebene senkrecht zu der ersten Ebene und in der Richtung senkrecht zu der zweiten Ebene, so dass die Instrumentenzielachse mit der Zielachse ausgerichtet wird oder der Ausrichtung damit näher kommt (S145).
Computerprogramm, das geeignet ist, ein Verfahren nach Anspruch 19 durchzuführen, wenn es in einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die eine Trackereinheit nach Anspruch 1 steuert.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das geeignet ist, ein Verfahren nach Anspruch 19 durchzuführen, wenn es in einer Prozessoreinheit ausgeführt wird, die eine Trackereinheit nach Anspruch 1 steuert.