Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Teleskope. Besondere Ausführungsformen der Erfindung schaffen Teleskopsysteme mit automatisch nachführenden Höhen-Azimut-Montierungen und Verfahren für deren Kalibrierung.

Teleskope sind üblicherweise durch einstellbare Montierungen unterstützt, die die Orientierung des Teleskops für die Betrachtung verschiedener Objekte einstellen können. Eine verbreitete Teleskopmontierung ist die Höhen-Azimut-Montierung, die im Folgenden als die "Alt-Az-Montierung" bezeichnet wird. 1 veranschaulicht ein typisches Teleskopsystem 11 des Standes der Technik, das eine Alt-Az-Montierung 10 enthält, die einen Teleskoptubus 12 unterstützt. Ein Nutzer kann die Alt-Az-Montierung 10 einstellen, um den Teleskoptubus 12 um eine horizontale Höhenachse 14 (d. h. in einer der beiden durch den zweispitzigen Pfeil 18 angegebenen Winkelrichtungen) zu schwenken. Unabhängig kann ein Nutzer die Alt-Az-Montierung 10 einstellen, um den Teleskoptubus 12 um eine vertikale Azimutachse 16 (d. h. in einer der beiden durch den zweispitzigen Pfeil 20 angegebenen Winkelrichtungen) zu schwenken.

Da Alt-Az-Montierungen relativ robust hergestellt werden können, um große Teleskoptuben (z. B. die Dobson-Teleskoptuben) zu unterstützen, und da Alt-Az-Montierungen aus verhältnismäßig preiswerten Komponenten hergestellt werden können, sind Alt-Az-Montierungen für Teleskopsysteme verbreitet. Alt-Az-Koordinaten werden in Grad Höhe (Alt) und in Grad Azimut (Az) ausgedrückt. Alt repräsentiert eine Messung der Grad von dem Horizont nach oben zu einem interessierenden Objekt und hat einen Bereich von -90° ≤ Alt ≤ 90°. Der Punkt bei Alt = 90° (d. h. direkt oben) wird als der Zenit bezeichnet. Az besitzt einen Bereich von 0° ≤ Az < 360° und repräsentiert die wahre Kompassrichtung zu demjenigen Punkt auf dem Horizont, der direkt unter dem interessierenden Objekt liegt. Az wird von Norden aus nach Osten gemessen (d. h. Norden = 0°; Osten = 90°; Süden = 180°; und Westen = 270°).

Eine Eigenschaft von Teleskopsystemen, die Alt-Az-Montierungen nutzen, ist, dass jeder Beobachterort auf der Erde sein eigenes eindeutiges Alt-Az-Koordinatensystem besitzt. Das heißt, die Alt-Az-Koordinaten bestimmter Himmelsobjekte hängen von dem Beobachterort ab. Dementsprechend verwenden Teleskopnutzer üblicherweise keine Alt-Az-Koordinaten, um Informationen über den Ort von Himmelsobjekten gemeinsam zu nutzen.

Stattdessen beschreiben Teleskopnutzer den Ort von Himmelsobjekten üblicherweise in Himmelskoordinaten. Himmelskoordinaten können auch als "Polarkoordinaten" oder als "Äquatorialkoordinaten" bezeichnet werden und beruhen auf der Vorstellung einer Himmelskugel mit dem Mittelpunkt in der Erde und einem unbegrenzten Radius. Himmelskoordinaten beschreiben die Winkelposition eines Himmelsobjekts an der Himmelskugel in einer Weise, die vom Beobachterort unabhängig ist.

Himmelskoordinaten werden in Grad Deklination (DEC) und in Stunden Rektaszension (RA) ausgedrückt. DEC repräsentiert eine Projektion der irdischen Breite der Erde auf die Himmelskugel. DEC hat einen Bereich von -90° ≤ DEC ≤ 90°, wobei 0° die Projektion des Erdäquators (als der "Himmelsäquator" bezeichnet) ist und ± 90° die Projektionen auf die Achse sind, um die sich die Erde dreht (als die "Himmelspole" bezeichnet). RA ist durch (als "Stundenkreise" bezeichnete) Längslinien definiert, die den Himmelsnordpol und -südpol schneiden. Im Unterschied zu den Erdlängenlinien bleiben die Stundenkreise der RA an der Himmelskugel fest. Die RA wird normalerweise in Stunden, Minuten und Sekunden ausgedrückt und hat einen Bereich von 0 Stunden ≤ RA < 24 Stunden, wobei 1 Stunde = 15° ist. RA = 0 Stunden wurde beliebig dem Stundenkreis zugewiesen, der mit der Projektion des Widderäquinoktiums (Frühlingsäquinoktiums) der Erde auf die Himmelskugel zusammenfällt. Die RA nimmt in östlicher Richtung zu, bis sie auf dem Stundenkreis, der erneut mit der Projektion des Widderäquinoktiums der Erde zusammenfällt, wieder auf 24 Stunden zurückkehrt.

Die Erde dreht sich ständig um ihre Achse. Obgleich Himmelskoordinaten die Position eines Himmelsobjekts in einer Weise beschreiben können, die unabhängig vom Beobachterort ist, sind folglich immer noch Orientierungsinformationen erforderlich, die sich auf den Ort des Beobachters auf der Erdoberfläche beziehen, um die Himmelskoordinaten des Objekts zum Erfassen des Objekts im Blickfeld eines Teleskops zu verwenden. Diese Orientierungsinformationen können eine Vielzahl von Parametern enthalten, die die momentane Orientierung des Beobachterortes (der sich bewegt, während sich die Erde dreht) in Bezug auf das Himmelskoordinatensystem effektiv spezifizieren. Üblicherweise enthalten diese Orientierungsinformationen die Breite des Beobachterortes und die momentane Sternzeit am Beobachterort. Allerdings können für diesen Zweck außerdem weitere, mathematisch äquivalente Formen der Orientierungsinformationen verwendet werden.

Diese Orientierungsinformationen, die die momentane Orientierung des Beobachterortes in Bezug auf das Himmelskoordinatensystem spezifizieren, können außerdem verwendet werden, um eine Transformation zwischen dem Himmelskoordinatensystem und einem lokalen Alt-Az-Koordinatensystem an den Beobachterort zu formulieren. Eine solche Transformation kann die Koordinaten eines Himmelsobjekts aus dem Himmelskoordinatensystem in das lokale Alt-Az-Koordinatensystem transformieren und kann dadurch den momentanen Breiten- und Azimut-Winkel bestimmen, auf den die jeweiligen Achsen einer Alt-Az-Montierung eingestellt werden müssen, um das Himmelsobjekt in dem Teleskopblickfeld zu erfassen.

Himmelsobjekte, die durch ein Teleskop betrachtet werden, scheinen sich über den Himmel zu bewegen. Diese scheinbare Bewegung der Himmelsobjekte ist hauptsächlich durch die Drehung der Erde um ihre Achse bedingt. Es gibt weitere Faktoren (z. B. die Bewegung der Erde um die Sonne und die Bewegung eines Objekts selbst), die veranlassen, dass sich das Objekt über den Himmel zu bewegen scheint, wobei diese Faktoren aber während einer Beobachtungssitzung üblicherweise sehr klein sind. Nachdem ein gewünschtes Himmelsobjekt aufgefunden worden ist, muss die Orientierung eines Teleskops dementsprechend ständig eingestellt werden, um das Objekt in dem Teleskopblickfeld zu halten. Die ständige Einstellung einer Teleskoporientierung, um ein gewünschtes Himmelsobjekt in dem Teleskopblickfeld zu halten, wird als "Nachführung" von einem Objekt bezeichnet.

Es sind mehrere Teleskopsysteme für die automatische Nachführung von Himmelsobjekten vorgeschlagen worden. Baun u. a. offenbaren in einer Reihe von Patenten und Patentveröffentlichungen, die folgende enthalten:

• • US-Patent Nr. 6.304.376;
• • US-Patent Nr. 6.392.799;
• • US-Patentveröffentlichung Nr. US2003/0156324;
• • US-Patentveröffentlichung Nr. US2004/0047036; und
• • US-Patentveröffentlichung Nr. US2003/0197930;

Das System von Baun u. a. nutzt eine Initialisierungsprozedur, während der der Teleskoptubus zunächst nach Norden gerichtet wird und daraufhin waagerecht eingestellt wird, um "Anfangsrichtungseingaben" zu erhalten. Die Initialisierungsprozedur von Baun u. a. kann weiter verfeinert werden, indem anfangs geographische Ortsindizes eingegeben werden oder indem das Teleskop auf eines oder auf zwei zusätzliche Himmelsobjekte gerichtet wird. Nach der Initialisierung verwendet ein Befehlsprozessor gemäß einer Anwendungs-Software-Programmsteuerung die Anfangsrichtungseingaben und stellt die Alt-Az-Achsen des Teleskopsystems ein, um das Teleskop in Bezug auf das Himmelskoordinatensystem zu orientieren. Der Befehlsprozessor kann die Alt-Az-Achsen so einstellen, dass einem gewünschten Himmelsobjekt automatisch nachgeführt wird.

Die "Anfangsrichtungseingaben", auf die Baun u. a. Bezug nehmen, repräsentieren die Orientierungsinformationen, die notwendig sind, um die momentane Orientierung des Beobachterortes in Bezug auf das Himmelskoordinatensystem zu spezifizieren und um die Himmelskoordinaten eines gewünschten Himmelsobjekts in ein lokales Alt-Az-Koordinatensystem an den Beobachterort zu transformieren. In Übereinstimmung mit einer ersten von Baun u. a. offenbarten Initialisierungsprozedur muss ein Nutzer Folgendes eingeben: (i) das momentane Datum an dem Beobachterort; (ii) die momentane Zeit an dem Beobachterort; (iii) ob an dem Beobachterort Sommerzeit herrscht; und (iv) das Land, den Staat und die Stadt oder eine geographische Landmarke, die am nächsten bei dem Beobachterort ist. Zur Realisierung dieser ersten Initialisierungsprozedur hält das System von Baun u. a. eine Bibliothek von Städten und geographischen Landmarken und ihren entsprechenden Breiten- und Längeninformationen.

Diese Initialisierungsprozedur erfordert, dass ein Nutzer während der Initialisierungsprozedur vor Verwendung des Teleskops eine verhältnismäßig große Menge an Informationen eingibt. Die Eingabe einer so großen Menge von Informationen ist kompliziert und erfordert anspruchsvolle (und dementsprechend teure) Eingabevorrichtungen wie etwa alphanumerische Tastenfelder und dergleichen. Außerdem neigt der Speicher, der der Bibliothek von Städten und geographischen Landmarken zugeordnet ist, dazu, das System von Baun u. a. teuer zu machen. Diese teuren Merkmale der Systeme von Baun u. a. sind für Verbraucherteleskope, die sich an Amateurastronomen richten, häufig unerschwinglich. Darüber hat der Nutzer möglicherweise keinen Zugriff auf eines oder auf mehrere der geforderten Informationselemente wie etwa z. B. die Ortszeit am Beobachterort und kann folglich nicht in der Lage sein, die Aspekte der automatischen Nachführung des Systems von Baun u. a. zu betreiben. Baun u. a. offenbaren, dass diese Initialisierungsprozedur durch Integration eines GPS-Systems und Erhalten der Ortszeit und der Breite und Länge des Beobachterortes von dem GPS ausgeführt werden kann. Allerdings sind GPS-Systeme, insbesondere für Verbraucherteleskopsysteme, ebenfalls verhältnismäßig teuer.

Außerdem offenbaren Baun u. a. eine Orientierungsmethodik, in der: (i) ein Nutzer den Teleskoptubus nach Norden richtet und daraufhin eine Funktionstaste niederdrückt; (ii) der Nutzer das Teleskop waagerecht einstellt und daraufhin eine Funktionstaste niederdrückt; (iii) das System die Zeit- und Datuminformationen, die durch den Nutzer in der oben beschriebenen Initialisierungsprozedur eingegeben wurden, dazu verwendet, aus einer Datenbank bekannter Himmelsobjekte ein Himmelsobjekt auszuwählen und das Teleskop in die Nähe des ausgewählten Himmelsobjekts herumzuschwenken; und (iv) der Nutzer das Himmelsobjekt in dem Teleskopbildfeld zentriert und daraufhin eine Funktionstaste niederdrückt. Außerdem offenbaren Baun u. a., dass die Schritte (iii) und (iv) dieser Orientierungsmethodik wiederholt werden können, um die Orientierungsgenauigkeit zu verbessern. Zur Realisierung dieser Orientierungsmethodik hält das System von Baun u. a. eine Bibliothek von Himmelsobjekten und ihren zugeordneten Himmelskoordinaten.

Diese Orientierungsmethodik leidet an einer Anzahl von Nachteilen. Wie die oben beschriebene Initialisierungsprozedur erfordert diese Orientierungsmethodik, dass der Nutzer vor Verwendung des Teleskops eine große Anzahl von Schritten ausführt. Darüber hinaus muss der Nutzer immer noch die in der Initialisierungsprozedur beschriebenen lokalen Datum- und Zeitinformationen eingeben. Die Eingabe dieser Informationen ist kompliziert und erfordert anspruchsvolle (und dementsprechend teure) Eingabevorrichtungen. Die Anforderung, dass der Nutzer eines oder mehrere Himmelsobjekte in dem Blickfeld des Teleskops zentriert, ist nur nachts möglich und wo es verhältnismäßig wenig Wolken am Himmel gibt (d. h., wenn das Himmelsobjekt bzw. die Himmelsobjekte deutlich sichtbar ist/sind). Obgleich das System von Baun u. a. ein Himmelsobjekt aus einer Datenbank bekannter Himmelsobjekte auswählt und das Teleskop in die Nähe des ausgewählten Himmelsobjekts herumschwenkt, ist das ausgewählte Himmelsobjekt außerdem wahrscheinlich nicht ideal zentriert, wobei es außerdem weitere Himmelsobjekte in dem Blickfeld gibt. Unerfahrenen Teleskopnutzer kann es schwerfallen zu bestimmen, welches der Himmelsobjekte in dem Blickfeld das von dem System von Baun u. a. ausgewählte ist, und können folglich das falsche Himmelsobjekt in dem Blickfeld zentrieren, wodurch fehlerhafte Anfangsrichtungseingaben an das System geliefert werden. Darüber hinaus trägt der Speicher, der der Datenbank von Himmelsobjekten und ihren entsprechenden Himmelskoordinaten zugeordnet ist, zu den Kosten des Systems von Baun u. a. bei.

Außerdem offenbaren Baun u. a. eine Nachführungsprozedur, in der: (i) ein Nutzer dem System angibt, ob der Nutzerort auf der nördlichen oder auf der südlichen Halbkugel liegt, indem er einen Halbkugelsteuerschalter einstellt; (ii) der Nutzer den Teleskoptubus daraufhin auf den Himmelspol richtet (der auf der nördlichen Halbkugel durch den Polarstern angenähert werden kann) und eine Menge von Druckknöpfen niederdrückt; (iii) der Nutzer den Teleskoptubus daraufhin mit dem Horizont waagerecht eingestellt und eine Menge von Druckknöpfen niederdrückt; (iv) das System aus der Differenz der Höhenkoordinaten des Himmelspols und des Horizonts eine Näherung der Beobachterbreite bestimmt; und (v) das System daraus, wenn der Teleskoptubus auf den Himmelspol gerichtet wurde, einen Nullreferenzpunkt für die Azimutachse bestimmt. Baun u. a. schlagen vor, dass das Teleskopsystem mit diesen Informationen einem Himmelsobjekt nachgeführt werden kann, wenn das Objekt in seinem Blickfeld angeordnet worden ist.

Diese Nachführungsprozedur erfordert, dass der Nutzer das Teleskop auf den Himmelspol richtet. Für Nutzer, die mit dem Himmelskoordinatensystem nicht vertraut sind, und für Nutzer, die den Polarstern am Nachthimmel nicht identifizieren können, ist dies schwierig. Obgleich der Polarstern in der Nähe des Himmelspols ist und auf der Nordhalbkugel als eine Näherung für den Himmelspol verwendet werden kann, gibt es auf der Südhalbkugel kein leicht beobachtbares Himmelsobjekt, das nahe zu dem Himmelspol ist. Außerdem ist die Anforderung, das Teleskop auf den Polarstern zu richten, nur nachts möglich und nur dort, wo verhältnismäßig wenige Wolken am Himmel sind (d. h., wo der Polarstern deutlich sichtbar ist).

Zusätzlich zu allen oben erwähnten Nachteilen sind die von Baun u. a. offenbarten Systeme teuer herzustellen, da sie teure Steuereinheiten, teure Speicherkomponenten, anspruchsvolle Steuer-Software und teure Nutzerschnittstellen benötigen, die ihre eigene Kommunikations-Hardware und -Software enthalten.

Es gibt einen allgemeinen Wunsch, Teleskopsysteme mit automatisch nachführenden Alt-Az-Montierungen zu schaffen, die einige der oben erwähnten Nachteile überwinden oder wenigstens mildern.

In der Zeichnung, die nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigt, ist Folgendes dargestellt:

1 ist eine isometrische Ansicht eines Teleskopsystems des Standes der Technik, das eine Alt-Az-Montierung enthält;

2A ist eine isometrische Ansicht eines Teleskopsystems gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;

2B ist eine isometrische Ansicht eines Breitenindikators des Skalentyps des Teleskopsystems aus 2A;

2C ist eine schematische Teildarstellung des Breitenindikators des Skalentyps aus 2B;

2D ist eine schematische Darstellung eines Breitenindikators des elektronischen Typs;

3 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems, das in dem Teleskopsystem aus 2A verwendet werden kann;

4 ist eine schematische Darstellung eines Betriebstastenfelds, das in dem Teleskopsystem aus 2A verwendet werden kann;

5 ist eine schematische Darstellung einer Ausgabeschnittstelle, die in dem Teleskopsystem aus 2B verwendet werden kann;

6 ist eine schematische Darstellung einer Kalibrierungsprozedur für das Teleskopsystem aus 2A in Übereinstimmung mit einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;

6A ist eine schematische Darstellung einer Prozedur zum Einstellen des Breitenindikators, die einen Teil der Kalibrierungsprozedur aus 6 bilden kann;

6B ist eine schematische Darstellung einer Prozedur zum Einstellen des Breitenindikators, die einen Teil der Kalibrierungsprozedur aus 6 bilden kann; und

7A-7C zeigen eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Realisierung der Prozedur aus 6A und zum Einstellen eines Breitenindikators des Skalentyps auf einen richtigen Breitenwert in Übereinstimmung mit einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;

8A-8B zeigen eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Realisierung der Prozedur aus 6B und zum Einstellen eines Breitenindikators des Skalentyps auf einen richtigen Breitenwert in Übereinstimmung mit einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;

9 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Versehen des Teleskopsystems aus 2A mit der Breite des Beobachterortes in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;

10 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems, das in dem Teleskopsystem aus 2A verwendet werden kann; und

11 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Versehen des Teleskopsystems aus 2A mit der Breite des Beobachterortes in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Ein erster Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Kalibrieren eines Alt-Az-Teleskopsystems mit einer Breite eines Beobachterortes. Das Teleskopsystem umfasst: einen Teleskoptubus, der für eine Schwenkbewegung um eine Höhen- und eine Azimutachse montiert ist; und einen Breitenindikator, der mit einer Entsprechenden der Höhen- und der Azimutachse gekoppelt ist, wobei der Breitenindikator einen Breitenwert angibt, der sich mit der Bewegung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse ändert. Das Verfahren umfasst das Erhalten von eine erste Winkelposition des Teleskoptubus um die entsprechende Achse angebenden Informationen, wobei der Breitenindikator an der ersten Winkelposition einen ersten Breitenwert angibt. Daraufhin wird die Orientierung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse auf eine zweite Winkelposition eingestellt, wobei der Breitenindikator an der zweiten Winkelposition einen zweiten Breitenwert angibt, der sich von dem ersten Breitenwert um einen der Beobachterbreite entsprechenden Betrag unterscheidet. Daraufhin umfasst das Verfahren das Subtrahieren der die erste Winkelposition angebenden Informationen von den die zweite Winkelposition angebenden Informationen, um einen Differenzwert zu bestimmen, wobei der Differenzwert die Breite des Beobachterortes angibt.

Der Breitenindikator kann einen Breitenindikator des Skalentyps umfassen, der Breitenindizes, die Breitenwerte angeben, und ein Zeigerelement aufweist, wobei die Breitenindizes und das Zeigerelement bei einer Bewegung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse relativ zueinander beweglich sind. Wenn sich der Teleskoptubus an der ersten Winkelposition befindet, kann das Zeigerelement auf einen der Breitenindizes, der den ersten Breitenwert angibt, zeigen. Wenn sich der Teleskoptubus an der zweiten Winkelposition befindet, kann das Zeigerelement auf einen der Breitenindizes, der den zweiten Breitenwert angibt, zeigen.

Das Erhalten der Informationen, die die erste Winkelposition angeben, kann das Erhalten eines Drehgeber-Zählwertes von einem mit der entsprechenden Achse gekoppelten Drehgeber umfassen. Das Verfahren kann das Erhalten von Informationen, die die zweite Winkelposition angeben, von dem Drehgeber umfassen.

Das Verfahren kann vor dem Einstellen der Orientierung des Teleskoptubus das physikalische Neukalibrieren des Breitenindikators des Skalentyps umfassen, derart, dass das Zeigerelement auf einen der Breitenindizes zeigt, der null Grad Breite angibt, und der erste Breitenwert null Grad Breite ist.

Der Differenzwert kann in einem Speicher als eine Systemdarstellung der Beobachterbreite gespeichert werden. Der Differenzwert kann verarbeitet werden, um trigonometrische Funktionen der Beobachterbreite zu erhalten, und die trigonometrischen Funktionen der Beobachterbreite können gespeichert werden. Die Verarbeitung des Differenzwertes kann wenigstens eines der Folgenden umfassen: Skalieren des Differenzwertes und Subtrahieren eines Versatzes von dem Differenzwert. Die trigonometrischen Funktionen der Beobachterbreite können aus einer in einem Speicher gespeicherten Nachschlagtabelle erhalten werden.

Das Einstellen einer Orientierung des Teleskoptubus umfasst das steuerbare Betätigen eines mit der entsprechenden Achse gekoppelten Motors.

Das Verfahren kann vor dem Erhalten der Informationen, die die erste Winkelposition angeben, das Einstellen einer Orientierung des Teleskoptubus auf eine Orientierung, in der die Höhen- und Azimut-Koordinate des Teleskoptubus beide null sind, und das Neukalibrieren der Systemdarstellungen der Höhen- und Azimut-Koordinaten, wenn der Teleskoptubus in der Orientierung ist, in der die Höhen- und die Azimut-Koordinate des Teleskoptubus beide null sind, umfassen.

Die entsprechende Achse kann die Höhenachse oder die Azimutachse sein.

Der Breitenindikator kann einen Breitenindikator des elektronischen Typs mit einer Anzeige, die Breitenwerte angibt, umfassen. Das Verfahren kann vor dem Einstellen der Orientierung des Teleskoptubus das elektronische Neukalibrieren des Breitenindikators umfassen, derart, dass die Anzeige null Grad Breite angibt und der erste Breitenwert null Grad Breite ist.

Der Differenzwert kann durch einen linearen Skalierungsfaktor skalierbar sein, um eine Ist-Beobachterbreite zu erhalten, oder der Differenzwert kann über eine nichtlineare mathematische Beziehung mit einer Ist-Beobachterbreite in Beziehung stehen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Teleskopsystem gemäß Anspruch 21, das eine Montierung zum Unterstützen eines Teleskoptubus umfasst. Die Montierung besitzt Höhen- und Azimut-Drehgelenke, die so konfiguriert sind, dass sie den Teleskoptubus um seine Höhenachse und um seine Azimutachse schwenken, und entsprechende Höhen- und Azimut-Drehgeber, die so angeschlossen sind, dass sie Informationen erfassen, die Winkelpositionen des Teleskoptubus um seine Höhen- bzw. seine Azimutachse angeben. Ein Breitenindikator ist mit einem entsprechenden des Höhen- und des Azimut-Drehgelenks gekoppelt, wobei der Breitenindikator einen Breitenwert angibt, der sich mit der Bewegung des entsprechenden Drehgelenks ändert. Eine Steuereinheit ist mit dem Höhen- und mit dem Azimut-Drehgeber so verbunden, dass sie Winkelpositionsinformationen von den Drehgebern empfängt. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie einen Differenzwert zwischen den Winkelpositionsinformationen von dem Drehgeber, der dem entsprechenden Drehgelenk zugeordnet ist, in einer ersten und in einer zweiten Winkelposition bestimmt, wobei der Differenzwert eine Breite eines Beobachterortes angibt, wenn die erste und die zweite Winkelposition gewählt werden, derart, dass eine Differenz in den Breiteninformationen, die durch den Breitenindikator in der ersten bzw. in der zweiten Winkelposition angegeben werden, der Beobachterbreite entspricht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren gemäß Anspruch 27 zum Eingeben eines Breitenwertes in ein Teleskopsteuersystem. Das Teleskopsystem umfasst: einen Teleskoptubus, der für eine Schwenkbewegung um eine Höhen- und um eine Azimutachse montiert ist; einen Breitenindikator, der mit einer entsprechenden der Höhen- und der Azimutachse gekoppelt ist, wobei der Breitenindikator einen Breitenwert angibt, der sich bei einer Bewegung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse ändert; und einen Drehgeber, der mit der entsprechenden Achse gekoppelt ist, wobei der Drehgeber ein Drehgebersignal erzeugt, das eine Winkelposition des Teleskoptubus um die entsprechende Achse angibt. Das Verfahren umfasst das Erhalten einer ersten Winkelposition des Teleskoptubus um die entsprechende Achse aus dem Drehgebersignal, wobei in der ersten Winkelposition der Breitenindikator einen ersten Breitenwert angibt; das Einstellen einer Orientierung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse auf eine zweite Winkelposition, wobei in der zweiten Winkelposition der Breitenindikator einen zweiten Breitenwert angibt, der sich von dem ersten Breitenwert um einen der Beobachterbreite entsprechenden Betrag unterscheidet; das Erhalten der zweiten Winkelposition des Teleskoptubus um die entsprechende Achse aus dem Drehgebersignal; und das Subtrahieren der ersten Winkelposition von der zweiten Winkelposition, um einen Differenzwert zu bestimmen, wobei der Differenzwert die Breite des Beobachterortes angibt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Alt-Az-Teleskopsystems mit einer Breite eines Beobachterortes. Das Teleskopsystem umfasst: einen Teleskoptubus, der für die Schwenkbewegung um eine Höhen- und um eine Azimutachse montiert ist; einen Breitenindikator, der mit einer entsprechenden der Höhen- und der Azimutachse gekoppelt ist, wobei der Breitenindikator einen Breitenwert angibt, der sich bei einer Bewegung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse ändert; und einen Sensor, der mit der entsprechenden Achse gekoppelt ist, um ein Sensorausgangssignal zu liefern, das sich mit der Bewegung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse ändert. Das Verfahren umfasst: Einstellen einer Orientierung des Teleskoptubus um die entsprechende Achse auf eine erste Winkelposition, wo der Breitenindikator einen Breitenwert liest, der der Beobachterbreite entspricht; Empfangen des Sensorausgangssignals, wenn der Teleskoptubus in der ersten Winkelposition ist; und Bestimmen einer Systemdarstellung der Beobachterbreite anhand des empfangenen Sensorausgangssignals.

Weitere Aspekte und spezifische Merkmale und Anwendungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.

Um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung zu schaffen, werden in der gesamten folgenden Beschreibung spezifische Einzelheiten dargelegt. Allerdings kann die Erfindung ohne diese Besonderheiten verwirklicht werden. In anderen Fällen sind gut bekannte Elemente nicht ausführlich gezeigt oder beschrieben, um eine unnötige Verdeckung der Erfindung zu vermeiden. Dementsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnung eher in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinn zu verstehen.

2A zeigt ein Teleskopsystem 100 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform aus 2A ist das Teleskopsystem 100 ein Dobson-Teleskopsystem mit einen Teleskoptubus 112, der durch eine Alt-Az-Montierung 110 unterstützt ist. Die Montierung 110 kann eine Basis 120 mit Schenkeln 122 oder ähnlichen Trägern umfassen. In Dobson-Teleskopsystemen wie etwa dem Teleskopsystem 100 aus 2A ist die Alt-Az-Montierung 110 üblicherweise direkt auf einen Boden oder auf einen Tisch oder auf eine ähnlich flache Oberfläche montiert. In alternativen Ausführungsformen kann die Alt-Az-Montierung 110 weitere Komponenten zum Unterstützen des Teleskopsystems von dem Boden und/oder von anderen Oberflächen weg wie etwa z. B. Gestelle oder Fensterbänke umfassen.

Wie in 2A gezeigt ist, umfasst die Montierung 110 ein Höhen-Drehgelenk 124, um den Teleskoptubus 112 um eine horizontale Höhenachse 114 (d. h. in einer der beiden Richtungen des zweispitzigen Pfeils 116) zu schwenken, und ein Azimut-Drehgelenk 126, um den Teleskoptubus 112 um seine vertikale Azimutachse 118 (d. h. in einer der beiden Richtungen des zweispitzigen Pfeils 120) zu schwenken. Mit dem Höhen-Drehgelenk 124 ist funktional (durch einen geeigneten Antriebsstrang (nicht gezeigt)) ein Motor 128 gekoppelt, sodass eine Drehbewegung der Welle des Motors 128 eine Drehbewegung des Höhengelenks 124 und eine entsprechende Schwenkbewegung des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 veranlasst. Mit dem Azimut-Drehgelenk 126 kann ähnlich ein Motor 130 gekoppelt sein, um eine Drehbewegung des Azimut-Gelenks 126 und eine entsprechende Schwenkbewegung des Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118 zu veranlassen. In einigen Ausführungsformen umfassen die Motoren 126, 128 Servomotoren. Allerdings können die Motoren 126, 128 allgemein irgendeinen Typ eines elektronisch steuerbaren Motors einschließlich z. B. Schrittmotoren oder andere Typen von Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren umfassen. Die Motoren 126, 128 können mit ihren eigenen internen Getriebemechanismen versehen sein.

3 ist ein schematischer Blockschaltplan eines Steuersystems 132 für den Betrieb des Teleskopsystems 100. Das Steuersystem 132 enthält eine Steuereinheit 134. Die Steuereinheit 134 kann durch eine breite Vielfalt von Komponenten verkörpert sein. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 134 einen oder mehrere programmierbare Prozessoren umfassen, die ohne Einschränkung eingebettete Mikroprozessoren, dedizierte Computer, Gruppen von Datenprozessoren oder dergleichen enthalten können. Einige Funktionen der Steuereinheit 134 können in Software realisiert sein, während andere mit spezifischen Hardware-Vorrichtungen realisiert sein können. Wie im Gebiet gut bekannt ist, kann der Betrieb der Steuereinheit 134 durch geeignete Firmware/geeigneten Code, die/der darin liegt und ausgeführt wird, bestimmt werden. Die Steuereinheit 134 kann Speicher umfassen oder Zugriff auf externen Speicher haben. In der Ausführungsform aus 3 hat die Steuereinheit 134 Zugriff auf externen Speicher 134A.

Mit dem Motor 128 und/oder mit dem Höhen-Drehgelenk 124 ist funktional ein Höhendrehgeber 136 gekoppelt, um Informationen abzufühlen, die die Winkelposition des Teleskoptubus 112 in Bezug auf die Höhenachse 114 angeben. Der Höhendrehgeber 136 liefert diese Winkelpositionsinformationen über ein Signal 137 an die Steuereinheit 134. Der Höhendrehgeber 136 kann z. B. ein optischer Drehgeber sein. Mit dem Motor 130 und/oder mit dem Azimut-Drehgelenk 126 ist ein ähnlicher Azimut-Drehgeber 138 funktional gekoppelt, um Informationen abzufühlen, die die Winkelposition des Teleskoptubus 112 in Bezug auf die Azimutachse 118 angeben. Der Azimut-Drehgeber 138 liefert diese Winkelpositionsinformationen über ein Signal 139 an die Steuereinheit 134. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass sich die durch die Drehgeber 136, 138 abgefühlten Winkelpositionsinformationen auf die Höhen- und auf die Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 beziehen.

Die Drehgeber 136, 138 können in der Lage sein, pro Grad Winkeldrehung des Teleskoptubus 112 um ihre Höhen- bzw. Azimutachse 114, 118 wenigstens 2 Drehgeber-Zählwerte abzufühlen. Allerdings können die Drehgeber 136, 138 in bevorzugten Ausführungsformen in der Lage sein, pro Grad Winkeldrehung des Teleskoptubus 112 mehr als 50 oder sogar mehr als 100 Drehgeber-Zählwerte um ihre Höhen- bzw. Azimutachse 114, 118 abzufühlen. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass weniger genaue Drehgeber (d. h. mit einer kleineren Anzahl von Drehgeber-Zählwerten pro Grad) weniger teuer sein können und die Verwendung weniger teurer Prozessoren ermöglichen können. Allerdings gibt es eine Abwägung, da die Stetigkeit der gesteuerten Bewegung der Motoren 128, 130 und die Stetigkeit der entsprechenden Bewegung des Teleskoptubus 112 mit der Drehgebergenauigkeit zunehmen.

Obgleich die Drehgeber 136, 138 in der Weise beschrieben sind, dass sie die Winkelpositionen des Teleskoptubus 112 um seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 abfühlen, ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, dass die Drehgeber 136, 138 äquivalent so konfiguriert sein können, dass sie die Winkelpositionen der Wellen der Motoren 128, 130 und/oder die Winkelpositionen des Höhen- und des Azimut-Drehgelenks 124, 126 abfühlen können. Die Steuereinheit 134 kann mit einem Modell des mechanischen Systems programmiert oder auf andere Weise konfiguriert sein, das die Beziehung zwischen den von den Drehgebern 136, 138 gemessenen Winkelpositionsinformationen und den Winkelpositionen des Teleskoptubus 112 um seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 repräsentiert.

Die Steuereinheit 134 kann die von den Drehgebern 136, 138 über die Signale 137, 139 empfangenen Winkelpositionsinformationen verwenden, um Motorsteuersignale 140, 142 zu erzeugen. Die Steuereinheit 134 kann die Steuersignale 140, 142 verwenden, um jeweils die Motoren 128, 130 zu steuern und dadurch die Winkelpositionen des Teleskoptubus 112 in Bezug auf seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 zu steuern. Wie oben diskutiert wurde, stehen die Winkelpositionen des Teleskoptubus 112 in Bezug auf seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 mit der Höhen- und mit der Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 in Beziehung. Dementsprechend werden die Konzepte der Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 und der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 in dieser Beschreibung austauschbar verwendet und werden die Konzepte der Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 und der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Azimutachse 118 in dieser Beschreibung austauschbar verwendet.

Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass jedes Motorsteuersignal 140, 142 (das in 3 schematisch als eine einzelne Linie gezeigt ist), eine Mehrzahl von Signalen und eine entsprechende Mehrzahl physikalischer und/oder drahtloser Verbindungen zum Ansteuern der Motoren 128, 130 in beiden Richtungen umfassen kann. Ähnlich können weitere Signale und Verbindungen, die in 3 schematisch als einzelne Linien gezeigt sind, eine Mehrzahl von Signalen und eine entsprechende Mehrzahl physikalischer und/oder drahtloser Verbindungen umfassen.

In einigen Ausführungsformen sind die Motorsteuersignale 140, 142 Pulsbreiten-Modulationssignale (PWM-Signale). Die Steuereinheit 134 ist vorzugsweise ausreichend schnell, um den gleichzeitigen Betrieb der Motoren 128, 130 zu steuern. In einigen Ausführungsformen verwendet die Steuereinheit 134 Zeitmultiplextechniken, um den gleichzeitigen Betrieb der Motoren 128, 130 zu steuern. Die Verwendung von Drehgebern zum Abfühlen von Winkelpositionsinformationen in Bezug auf eine Motorwelle (und/oder eine Teleskopachse) und die entsprechende Steuerung des Motors zum Erzielen einer gewünschten Winkelposition der Motorwelle (und/oder des Teleskoptubus) sind im Gebiet gut bekannt.

Das Teleskopsystem 100 und das Steuersystem 132 umfassen eine Nutzerschnittstelle 143. In der Ausführungsform aus 1 befindet sich die Nutzerschnittstelle 143 an der Montierung 110. In alternativen Ausführungsformen kann sich die Nutzerschnittstelle 143 fern vom Teleskoptubus 112 befinden und kann die Montierung 110 unter Verwendung verdrahteter und/oder drahtloser Kommunikation mit lokalen Komponenten des Teleskopsystems 100 kommunizieren. In der Ausführungsform aus 3 umfasst die Nutzerschnittstelle 143 ein Betriebstastenfeld 144. 4 zeigt ein Betriebstastenfeld 144 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Das Tastenfeld 144 kann durch einen Nutzer manipuliert werden, um das Teleskopsystem 100 zu steuern. In der Ausführungsform aus 4 umfasst das Betriebstastenfeld 144 ein Paar Nutzereingaben 146A, 146B zur Einstellung der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 und ein Paar Nutzereingaben 148A, 148B zur Einstellung der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118.

Wenn ein Nutzer die Eingabe 146A aktiviert, empfängt die Steuereinheit 134 ein Eingangssignal 145 (3), das angibt, dass es erwünscht ist, die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 zu erhöhen. Anhand dieses Eingangssignals 145 erzeugt die Steuereinheit 134 ein Motorsteuersignal 140, das den Höhenmotor 128 steuerbar antreibt, um die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 zu erhöhen. Ähnlich kann ein Nutzer die Eingabe 146B aktivieren, um die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 zu verringern, und die Eingaben 148A, 148B aktivieren, um den Teleskoptubus in einer der beiden Winkelrichtungen um seine Azimutachse 118 zu bewegen.

In der Ausführungsform aus 4 umfasst das Tastenfeld 144 drei zusätzliche Eingaben 150, 152, 154. Ein Nutzer kann die Eingaben 150, 152, 154 aktivieren, um die Drehzahl zu steuern, mit der sich die Motoren 128, 130 in Reaktion auf die Nutzereingaben 146A, 146B, 148A, 148B bewegen. Zum Beispiel kann: das Aktivieren der Eingabe 150 veranlassen, dass die Steuereinheit 134 Motorsteuersignale 140, 142 ausgibt, die die Motoren 128, 130 mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl antreiben; das Aktivieren der Eingabe 152 veranlassen, dass die Steuereinheit 134 Motorsteuersignale 140, 142 ausgibt, die die Motoren 128, 130 mit einer mäßigen Drehzahl antreiben; und das Aktivieren der Eingabe 154 veranlassen, dass die Steuereinheit 134 Motorsteuersignale 140, 142 ausgibt, die die Motoren 128, 130 mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl antreiben. Die Steuereinheit 134 kann einen Speicher 134A umfassen oder auf andere Weise Zugriff auf ihn haben, um die zuletzt aktivierte der Eingaben 150, 152, 154 zu speichern. Außerdem umfasst das Tastenfeld 144 in der Ausführungsform aus 4 eine Rücksetzeingabe 149, die weiter unten erläutert wird.

Außerdem umfasst die Nutzerschnittstelle 143 in der Ausführungsform aus 3 eine Ausgabeschnittstelle 156. 5 zeigt eine Ausgabeschnittstelle 156 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform aus 5 umfasst die Ausgabeschnittstelle 156 eine Mehrzahl von LEDs (oder anderen Ausgabeindikatoren) 158A, 158B, 158C, die eine Angabe der zuletzt aktivierten Nutzereingaben 150, 152, 154 (siehe 4) liefern. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 134 ein Signal 157 (3) ausgeben, das veranlasst, dass die LED 158A eingeschaltet wird, falls die Eingabe 150 die zuletzt aktivierte der Nutzereingaben 150, 152, 154 war. Die LED 158A gibt an, dass das Teleskopsystem 100 in seiner Betriebsart mit niedriger Geschwindigkeit ist und dass die Steuereinheit 134 eine verhältnismäßig langsame Bewegung der Motoren 128, 130 und eine dementsprechend langsame Bewegung des Teleskoptubus 112 veranlassen würde, falls ein Nutzer eine der Eingaben 146A, 146B, 148A, 148B aktivieren würde. Ähnlich können die LEDs 158B, 158C von der Steuereinheit 134 verwendet werden, um anzugeben, dass das Teleskopsystem 100 in seiner Betriebsart mit mäßiger Geschwindigkeit oder mit hoher Geschwindigkeit ist.

In der Ausführungsform aus 5 umfasst die Ausgabeschnittstelle 156 eine optionale Ausgabeanzeige 160. Der Abschnitt 160A der Ausgabeanzeige 160 kann von der Steuereinheit 134 verwendet werden, um die momentane Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 (d. h. den Momentanwert der Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 gemäß der Steuereinheit 134) anzuzeigen. Ähnlich kann die Steuereinheit 134 veranlassen, dass der Abschnitt 160B der Ausgabevorrichtung 160 die momentane Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 (d. h. den Momentanwert der Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 gemäß der Steuereinheit 134) anzeigt. Das Bestimmen der Höhen- und der Azimutkoordinate des Systems zum Anzeigen auf der Ausgabevorrichtung 160 kann das Skalieren, das Versetzen und/oder das andere Verarbeiten der Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimutkoordinate umfassen.

Das Teleskopsystem 100 kann einem interessierenden Himmelsobjekt automatisch nachgeführt werden. In einer besonderen Ausführungsform gibt ein Nutzer durch gleichzeitiges Aktivieren der Nutzereingaben 150 und 152 (siehe 4) an, dass er möchte, dass das Teleskopsystem automatisch einem gewünschten Himmelsobjekt nachgeführt zu werden beginnt. Das automatische Nachführen einem Himmelsobjekt umfasst das Bewegen des Teleskoptubus 112 in einer Weise, die der scheinbaren Bewegung des gewünschten Himmelsobjekts nachgeführt wird, um das Objekt in dem Teleskopblickfeld zu halten. Im Teleskopsystem 100, das eine Alt-Az-Montierung 110 umfasst, umfasst das Nachführen einem Himmelsobjekt üblicherweise die gleichzeitige Bewegung des Teleskoptubus 112 um seine Höhen- und seine Azimutachse 114, 118. Die Ausgabeschnittstelle 156 kann eine Automatisches-Nachführen-LED 162 umfassen, die durch die Steuereinheit 134 betätigt wird, wenn das Teleskopsystem 100 einem Himmelsobjekt automatisch nachgeführt wird.

Falls ein Nutzer ein Himmelsobjekt in dem Blickfeld des Teleskopsystems 100 auffindet und (z. B. durch gleichzeitiges Aktivieren der Nutzereingaben 150, 152) eine Angabe liefert, dass er dem Objekt nachführen möchte, verwendet die Steuereinheit 134 die gut bekannten Alt-Az-Nachführungsgleichungen, um die Änderungsrate der Höhen- und der Azimutkoordinate des Objekts (und die entsprechende Höhen- und Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112) zu bestimmen.

Die Alt-Az-Nachführungsgleichungen können wie folgt ausgedrückt werden:

Die Steuereinheit 134 gibt unter Verwendung der aus den Alt-Az-Nachführungsgleichungen bestimmen Änderungsraten der Höhen- und der Azimutkoordinate die notwendigen Motorsteuersignale 140, 142 zum Einstellen der Winkelpositionen des Teleskoptubus 112 in Bezug auf seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 aus, sodass der Teleskoptubus 112 den sich ändernden Höhen- und Azimutkoordinaten nachgeführt wird und dadurch automatisch dem gewünschten Objekt nachgeführt wird. In einigen Ausführungsformen führt die Steuereinheit 134 die gewünschte Änderungsrate der Höhen- und der Azimutkoordinate dadurch nach, dass sie die gewünschte Änderungsrate der Höhen- und der Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 bestimmt und die notwendigen Motorsteuersignale 140, 142 ausgibt, um zu veranlassen, dass sich der Teleskoptubus 112 mit der gewünschten Rate um seine Höhen- und um seine Azimutachse 114, 118 bewegt. In anderen Ausführungsformen führt die Steuereinheit 134 unter Verwendung der Alt-Az-Nachführungsgleichungen die gewünschten Höhen- und Azimutkoordinaten selbst (d. h. eher als ihre Änderungsraten) nach, um die gewünschten Höhen- und Azimutkoordinaten des Teleskoptubus 112 zu bestimmen und daraufhin die notwendigen Motorsteuersignale 140, 142 auszugeben, um zu veranlassen, dass sich der Teleskoptubus 112 um seine Höhen- und Azimutachse 114, 118 an die gewünschten Winkelpositionen bewegt.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verwendet die Steuereinheit 134 zum Ausführen der am Auswerten der Alt-Az-Nachführungsgleichungen beteiligten Berechnungen und beim Ausführen der Steuerberechnungen, die die Alt-Az-Nachführungsgleichungen umfassen, trigonometrische Nachschlagtabellen. Diese trigonometrischen Nachschlagtabellen können im Speicher 134A gespeichert sein, auf den die Steuereinheit 134 zugreifen kann. Die Verwendung trigonometrischer Nachschlagtabellen ist auf dem Gebiet des Steuersystementwurfs gut bekannt.

Um unter Verwendung der Alt-Az-Nachführungsgleichungen die gewünschte Änderungsrate der Höhen- und der Azimutkoordinate zu bestimmen und/oder die gewünschten Koordinaten für den Teleskoptubus 112 zu bestimmen, benötigt die Steuereinheit 134 bestimmte Kalibrierungsinformationen. Die Kalibrierungsinformationen, die die Steuereinheit 134 benötigt, um die Alt-Az-Gleichungen zu verwenden, können Folgende enthalten: Kalibrierungsinformationen, die sich auf die Höhenkoordinate (Alt) des Teleskoptubus 112 beziehen; Kalibrierungsinformationen, die sich auf die Azimut-Koordinate (Az) des Teleskoptubus 112 beziehen, und Kalibrierungsinformationen, die sich auf die Breite des Beobachterortes (Lat) beziehen. Diese Kalibrierungsinformationen können für die Steuereinheit 134 in einer Kalibrierungsprozedur bereitgestellt werden.

6 zeigt eine Kalibrierungsprozedur 200 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Die Kalibrierungsprozedur 200 stellt für die Steuereinheit 134 Kalibrierungsinformationen in Bezug auf die Höhenkoordinate (Alt) des Teleskoptubus 112, Kalibrierungsinformationen in Bezug auf die Azimut-Koordinate (Az) des Teleskoptubus 112 und Kalibrierungsinformationen in Bezug auf die Breite des Beobachterortes (Lat) bereit.

Die Kalibrierungsprozedur 200 beginnt im Block 210, wo ein Nutzer das Tastenfeld 144 verwendet, um die Höhen- und die Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 auf null zu stellen. Das Nullstellen der Höhen- und der Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 ist gleichwertig dem waagerechten Einstellen des Teleskoptubus 112 (d. h., ihn auf den Horizont zu richten) und dem Richten des Teleskoptubus 112 nach Norden. In einigen Ausführungsformen umfasst der Teleskoptubus 112 einen magnetischen und/oder elektronischen Kompass (nicht gezeigt), der dem Nutzer bei der Bestimmung, wann der Teleskoptubus 112 nach Norden zeigt, helfen kann. In einigen Ausführungsformen umfasst der Teleskoptubus 112 einen oder mehrere Flüssigkeitsebenenindikatoren (nicht gezeigt), die dem Nutzer bei der Bestimmung, wann der Teleskoptubus 112 auf den Horizont zeigt, helfen können.

Nachdem die Höhen- und die Azimutkoordinate im Block 210 der veranschaulichten Ausführungsform beide auf null gestellt worden sind, kalibriert die Steuereinheit 134 im Block 220 die Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate (d. h. die Werte der Höhen- und der Azimutkoordinate gemäß der Steuereinheit 134) derart neu, dass sie null sind. Diese Neukalibrierung des Blocks 220 kann dadurch, dass der Nutzer die Rücksetzeingabe 149 (siehe 4) aktiviert, oder z. B. durch eine andere Kombination von Eingaben ausgeführt werden. Die Steuereinheit 134 kann die Werte des Blocks 220 des Höhendrehgebers 136 und des Azimut-Drehgebers 138 der Höhen- und der Azimutkoordinate null zuordnen, sodass irgendein durch den Drehgeber 136 oder durch den Drehgeber 138 erzeugter Zählwert eine Bewegung der Winkelposition des Teleskoptubus 112 von der Nullposition repräsentiert.

In alternativen Ausführungsformen kann das Kalibrierungsverfahren 200 aus 6 durch unabhängiges Nullstellen und Neukalibrieren der Höhen- und der Azimutkoordinate nacheinander realisiert werden. Zum Beispiel kann die Höhenachse (durch waagerechtes Einstellen des Teleskoptubus 112) auf null gestellt werden und kann daraufhin die Systemdarstellung der Höhenkoordinate durch Drücken einer bestimmten Nutzereingabe (oder Kombination von Nutzereingaben) neu kalibriert werden. Nachfolgend kann die Azimutachse (durch Orientieren des Teleskoptubus 112 nach Norden) auf null gestellt werden und daraufhin die Systemdarstellung der Azimut-Koordinate durch Drücken einer bestimmten Nutzereingabe (oder Kombination von Nutzereingaben) neu kalibriert werden.

Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass die Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate anders als die tatsächliche Höhen- und die tatsächliche Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 sein können. Die Systemdarstellungen anderer Variablen wie etwa der (im Folgenden weiter diskutierten) Beobachterbreite können ebenfalls anders als die tatsächliche Breitenkoordinate des Beobachterortes sein. Zum Beispiel können die Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimutkoordinate und/oder der Beobachterbreite als Drehgeber-Zählwerte und/oder als Differenzen zwischen Drehgeber-Zählwerten aufrechterhalten (z. B. gespeichert und/oder verarbeitet) werden.

Unter diesen Umständen können die im Block 220 erhaltenen Höhen- und Azimut-Kalibrierungsinformationen Informationen umfassen, die zur Bestimmung der Beziehungen zwischen den Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate und der tatsächlichen Höhen- und Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 verwendet werden. Zum Beispiel können: die Höhen-Kalibrierungsinformationen Informationen wie etwa einen Nullversatzparameter, der in einer mathematischen Beziehung zwischen dem Zählwert des Höhendrehgebers 136 und der Ist-Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 verwendet wird, umfassen; und die Azimut-Kalibrierungsinformationen einen Nullversatzparameter, der in einer mathematischen Beziehung zwischen dem Zählwert des Azimut-Drehgebers 138 und der Ist-Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 verwendet wird, umfassen. Weitere in den mathematischen Beziehungen verwendete Informationen (wie etwa z. B. relative Skalierungsfaktoren zwischen dem Zählwert des Höhen- und des Azimut-Drehgebers 136, 138 und der Ist-Höhenkoordinate und der Ist-Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112) können durch die Steuereinheit 134 a priori bekannt sein.

Unter einigen Umständen können die den Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate (und/oder der Beobachterbreite) entsprechenden Drehgeber-Zählwerte (und/oder Differenzen der Drehgeber-Zählwerte) direkt für Steuerberechnungen oder für eine andere Verarbeitung verwendet werden. Unter anderen Umständen können diese Drehgeber-Zählwerte (und/oder Differenzen der Drehgeber-Zählwerte), die den Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate (und/oder der Beobachterbreite) entsprechen, vor der (oder als Teil der) Ausführung von Steuerberechnungen oder einer anderen Verarbeitung skaliert, versetzt und/oder auf andere Weise verarbeitet werden, um die Höhen- und die Azimutkoordinate des Teleskoptubus 112 (und/oder die Beobachterbreite) in Winkeleinheiten wie etwa Grad oder Radiant auszudrücken.

In alternativen Ausführungsformen können die Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate (und/oder der Beobachterbreite) vor der Speicherung skaliert, versetzt und/oder verarbeitet werden, sodass die Systemdarstellungen tatsächlich in Winkeleinheiten wie etwa Grad oder Radiant gehalten werden, die der Höhen- und der Azimut-Winkelkoordinate des Teleskoptubus 112 (und/oder der Beobachterbreite) entsprechen.

In einigen Ausführungsformen können die Systemdarstellungen bestimmter Informationen alternativ oder zusätzlich als trigonometrische Funktionen aufrechterhalten werden. Zum Beispiel kann die (im Folgenden erläuterte) Beobachterbreite als trigonometrische Funktionen der Systembreitendarstellung (z. B. als der Sinus und der Kosinus der Systembreitendarstellung) gespeichert werden. Diese Informationen können in trigonometrischen Nachschlagtabellen aufrechterhalten werden, die im Speicher 134A gespeichert werden, auf den die Steuereinheit 134 zugreifen kann. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass alle Bezugnahmen auf trigonometrische Funktionen in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen selbstverständlich Näherungen trigonometrischer Funktionen zur Anpassung an eine digitale Berechnung enthalten. Die Verwendung trigonometrischer Nachschlagtabellen ist auf dem Gebiet des Steuersystementwurfs gut bekannt.

Wo diese Beschreibung das Speichern, das Aufrechterhalten, das Erwerben, das Berechnen, das Bestimmen oder das anderweitige Verarbeiten bestimmter Informationen wie etwa z. B. der Systemdarstellung der Azimut-Koordinate beschreibt, sollen diese Begriffe selbstverständlich das Speichern, das Aufrechterhalten, das Erwerben, das Berechnen, das Bestimmen oder das anderweitige Verarbeiten verwandter Informationen (z. B. trigonometrischer Funktionen), aus denen die bestimmen Informationen mathematisch oder auf andere Weise erhalten werden können, enthalten.

Sofort nach dem Aktivieren der Rücksetzeingabe 149 im Block 220 sind die Höhen- und die Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 null. Dementsprechend kann die Steuereinheit 134 an die Ausgabeanzeige 160 geeignete Signale 157 senden, um zu zeigen, dass das Teleskopsystem 100 erkennt, dass sowohl die (auf dem Anzeigeabschnitt 160A gezeigte) Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 als auch die (auf dem Anzeigeabschnitt 160B gezeigte) Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 null sind. Im nachfolgenden Betrieb (d. h. nach Block 220) veranlasst die Steuereinheit 134, dass die alphanumerische Anzeige 160 die Höhen- und die Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 relativ zu den im Block 220 erhaltenen Nullkoordinaten anzeigt.

Im Block 225 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob das Teleskopsystem 100 an einem neuen Beobachterort ist oder nicht. Die Bestimmung des Blocks 225 kann von einem Nutzer und/oder in Reaktion auf eine Eingabe von einem Nutzer vorgenommen werden. Das Teleskopsystem 100 kann den Nutzer abfragen, ob er sich an einem neuen Beobachterort befindet. Alternativ kann das Teleskopsystem 100 in einer Standardbetriebsart arbeiten, in der es, sofern ein Nutzer nichts anderes angibt, annimmt, dass es an dem gleichen Beobachterort ist, wie als es zum letzten Mal kalibriert wurde. Falls das Teleskopsystem 100 nicht an einem neuen Beobachterort ist, ist die Steuereinheit 134 zum automatischen Nachführen bereit und geht zum Block 260 über. Falls das Teleskopsystem 100 andererseits an einem neuen Beobachterort ist, geht die Kalibrierungsprozedur 200 zum Block 230 über.

Im Block 230 verwendet der Nutzer einen Breitenindikator 164, um an die Steuereinheit 134 Informationen über die Breite des Beobachterortes zu liefern. Die 2B und 2C zeigen einen Breitenindikator 164 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. In der veranschaulichten Ausführungsform aus 2B und in der schematischen Darstellung aus 2C umfasst der Breitenindikator 164 einen Breitenindikator 164A des Skalentyps, der mit dem Höhen-Drehgelenk 124 gekoppelt ist. Der Breitenindikator 164A des Skalentyps umfasst einen ersten Abschnitt 166, der ein Teil der Montierung 110 ist. Wenn sich das Drehgelenk 124 bewegt (d. h., wenn sich der Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 bewegt), bewegt sich der erste Abschnitt 166 des Breitenindikators 164A des Skalentyps nicht. Außerdem umfasst der erste Abschnitt 166 des Breitenindikators 164A des Skalentyps eine Anzahl in Winkelrichtung voneinander beabstandeter Breitenindizes 172, die Breiten auf der Erdoberfläche entsprechen. Vorteilhaft geben die Breitenindizes 172 direkt (d. h. eher als oder zusätzlich zu Informationen über den Höhenwinkel des Teleskops 112) Breiteninformationen an. Wie in 2C gezeigt ist, können die Breitenindizes 172 z. B. Zahlen 173 und Markierungen 175 umfassen, die verschiedenen Breiten entsprechen. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung (wie in 2C gezeigt ist) geben die Breitenindizes 172 südliche Breiten als negative Zahlen und nördliche Breiten als positive Zahlen an.

Der Indikator 164A des Skalentyps umfasst einen zweiten Abschnitt 168, der sich mit dem Teleskoptubus 112 bewegt, wenn sich das Drehgelenk 124 bewegt. Der zweite Abschnitt 168 des Breitenindikators 164A des Skalentyps umfasst ein Zeigerelement 170, das auf Breitenindizes 172 auf dem ersten Abschnitt 166 des Breitenindikators 164A des Skalentyps zeigt. Wenn das Zeigerelement 170 auf einen bestimmten der Breitenindizes 172 zeigt, heißt es, dass der Breitenindikator 164A des Skalentyps "auf" diesem besonderen Breitenwert "steht" oder ihn "angibt". In der schematischen Darstellung aus 2C steht der Breitenindikator 164A des Skalentyps auf 10° südlicher Breite.

Die Steuereinheit 134 kann mit Kenntnis zur mathematischen Umsetzung zwischen Breitenindizes 172 des Breitenindikators 164A des Skalentyps und den Drehgeberwerten des Höhendrehgebers 136 versehen sein. In einigen Ausführungsformen umfasst diese mathematische Umsetzung eine relative lineare Skalierung. Zum Beispiel kann eine relative Differenz von einem Grad Breite einer relativen Differenz von 100 Drehgeber-Zählwerten entsprechen. In einigen Ausführungsformen umfasst diese Umsetzung kompliziertere mathematische Transformationen.

2D zeigt einen Breitenindikator 164 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Der Breitenindikator 164 aus 2D umfasst einen Breitenindikator 164B des elektronischen Typs. Der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs kann funktional (z. B. elektronisch) mit dem Höhendrehgeber 136 und/oder mit dem Höhendrehgelenk 124 gekoppelt sein. Der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs umfasst eine digitale Anzeige 165, die Informationen über Breiten auf der Erdoberfläche direkt anzeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs eine elektronisch neu kalibrierbare Eingabe 167. Wenn die digitale Anzeige 165 einen bestimmten Breitenzahlenwert angibt, heißt es, dass der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs auf diesem bestimmten Breitenzahlenwert "steht" oder ihn "angibt". In der veranschaulichten Ausführungsform aus 2D steht der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs auf 10° südlicher Breite. Die Steuereinheit 134 und/oder die Anzeige 165 können mit Kenntnis für die mathematische Umsetzung zwischen den auf der Anzeige 165 gezeigten Breitenwerten des Breitenindikators 164B des elektronischen Typs und den Drehgeberwerten des Höhendrehgebers 136 versehen sein. Wie bei dem Breitenindikator 164A des Skalentyps kann diese mathematische Umsetzung lineare oder nichtlineare Transformationen umfassen.

Wieder anhand des Kalibrierungsverfahrens 200 (6) ist es der Zweck des Blocks 230, an die Steuereinheit 134 Kalibrierungsinformationen über die Breite des Beobachterortes zu liefern. In Übereinstimmung mit dem Kalibrierungsverfahren 200 aus 6 umfasst der Block 230 das Verwenden des Tastenfelds 144 zum Einstellen der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse, bis der Breitenindikator 164 auf einem "richtigen Breitenwert" steht. Der "richtige Breitenwert" kann unter Verwendung einer Anzahl im Folgenden diskutierter Techniken bestimmt werden.

6A ist eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines Verfahrens 232A, das verwendet werden kann, um den Breitenindikator 164 so einzustellen, dass er auf dem "richtigen Breitenwert" steht (d. h., um die Prozeduren des Blocks 230 auszuführen). In Übereinstimmung mit dem Verfahren 232A ist der Breitenindikator 164 kalibrierbar, sodass dann, wenn die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 auf null gesetzt und in den Blöcken 210, 220 zurückgesetzt wurde (d. h., wenn der Teleskoptubus 112 waagerecht eingestellt wurde), der Nutzer den Breitenindikator 164 im Block 234A neu kalibriert, sodass der Breitenindikator 164 auf null Grad Breite steht, wenn der Teleskoptubus 112 waagerecht eingestellt ist.

Die 7A und 7B zeigen an einem Breitenindikator 164A des Skalentyps schematisch ein Beispiel der Neukalibrierung des Blocks 232A. Zur Klarheit wurden aus den 7A und 7B einige Einzelheiten weggelassen. In 7A ist angenommen, dass der Teleskoptubus 112 wie oben beschrieben (Block 210, 220) waagerecht eingestellt worden ist, sodass die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 null ist. Wenn der Teleskoptubus 112 in dem Beispiel aus 7A anfangs waagerecht eingestellt worden ist, steht der Breitenindikator 164A des Skalentyps auf 32° Nord. Die Neukalibrierung des Breitenindikators 164A des Skalentyps umfasst das physikalische Neukalibrieren des Breitenindikators 164A des Skalentyps in der Weise, dass er auf 0° Breite steht, wenn der Teleskoptubus 112 waagerecht eingestellt ist. 7B zeigt den Breitenindikator 164A des Skalentyps, nachdem er in der Weise neu kalibriert worden ist, dass er auf 0° Breite steht.

In dem Beispiel der 7A und 7B ist der Breitenindikator 164A des Skalentyps physikalisch neu kalibrierbar. In Übereinstimmung mit einer besonderen Ausführungsform umfasst die Neukalibrierung des Blocks 234A: das Entkoppeln des zweiten Abschnitts 168 des Breitenindikators 164A des Skalentyps vom Teleskoptubus 112 (in den 7A, 7B nicht gezeigt); das Drehen des zweiten Abschnitts 168 relativ zum ersten Abschnitt 166 und relativ zum Teleskoptubus 112, während der Tubus 112 weiter waagerecht ist, bis das Zeigerelement 170 (wie in 7B gezeigt ist) auf einen bestimmten Breitenindex 172 zeigt, der null Grad Breite entspricht; und daraufhin das erneute Koppeln des zweiten Abschnitts 168 mit dem Teleskoptubus 112.

Wo der Breitenindikator 164 ein Breitenindikator des elektronischen Typs wie etwa der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs aus 2D ist, kann die Neukalibrierung des Blocks 234A eher elektronisch als physikalisch ausgeführt werden. Am Breitenindikator 164B des elektronischen Typs kann die Neukalibrierung des Blocks 234A durch Aktivieren der Neukalibrierungseingabe 167, während der Teleskoptubus 112 waagerecht eingestellt ist, ausgeführt werden. Die Neukalibrierungseingabe 167 veranlasst, dass die Anzeige 165 auf 0° Breite steht.

Wenn der Breitenindikator 164 im Block 234A kalibriert worden ist, ist der "richtige Breitenwert", auf den der Breitenindikator 164 eingestellt werden muss, die Breite des momentanen Beobachterortes. Im Block 236A verwendet der Nutzer das Tastenfeld 144, um die Höhe des Teleskoptubus 112 einzustellen, bis der Breitenindikator 164 auf einem Breitenwert steht, der der momentanen Breite des Beobachterortes entspricht. Wenn sich der Nutzer z. B. in Vancouver, Kanada, befindet, wo die Breite näherungsweise 49 Grad nördlich beträgt, verwendet der Nutzer daraufhin im Block 236A das Tastenfeld 144, um die Höhe des Teleskoptubus 112 einzustellen, bis der Breitenindikator 164 auf 49 Grad nördlich steht.

Die 7B und 7C zeigen schematisch ein Beispiel der Einstellung des Blocks 236A an einem Breitenindikator 164A des Skalentyps für den Fall, dass sich der Nutzer in Vancouver, Kanada, befindet. 7B zeigt den Breitenindikator 164A des Skalentyps direkt nach der Neukalibrierung des Blocks 234A, während der Breitenindikator des Skalentyps auf 0° Breite steht. In 7C stellt der Nutzer die Position des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 ein, bis der Breitenindikator 164A des Skalentyps auf 49° nördlich steht. Wo der Breitenindikator 164 ein Breitenindikator des elektronischen Typs (wie etwa der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs aus 2D) ist und sich der Beobachterort in Vancouver, Kanada, befindet, kann die Einstellung des Blocks 236A dadurch ausgeführt werden, dass die Höhe des Teleskoptubus 112 eingestellt wird, bis die Anzeige 165 auf 49° nördlich steht.

6B ist eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines weiteren Verfahrens 232B, das verwendet werden kann, um den Breitenindikator 164 so einzustellen, dass er auf dem "richtigen Breitenwert" steht (d. h., um die Prozeduren des Blocks 230 auszuführen). In Übereinstimmung mit dem Verfahren 232B liest der Nutzer den Breitenindikator 164, wenn die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 in den Blöcken 210, 220 auf null gestellt worden ist und zurückgesetzt worden ist (d. h. der Teleskoptubus 112 waagerecht eingestellt worden ist). Im Block 234B addiert der Nutzer den Stand des Breitenindikators 164 zu der Breite des Beobachterortes, um den richtigen Breitenwert zu erhalten. Falls der Beobachterort auf der Südhalbkugel ist, wird die Breite des Beobachterortes von dem in den Blöcken 210, 220 erhaltenen Stand des Breitenindikators 164 subtrahiert, um den richtigen Breitenwert zu erhalten. Im Block 236B verwendet der Nutzer das Tastenfeld 144, um die Höhe des Teleskoptubus 112 einzustellen, bis der Breitenindikator 164 auf dem im Block 234B bestimmten richtigen Breitenwert steht.

Die 8A und 8B zeigen schematisch ein Beispiel des Verfahrens 232B an einem Breitenindikator 164A des Skalentyps für den Fall, wo der Beobachterort Vancouver, Kanada, ist. 8A zeigt den Breitenindikator 164A des Skalentyps nach dem Nullsetzen und nach dem Zurücksetzen der Breitenkoordinate des Teleskoptubus 112 in den Blöcken 210, 220. In dem Beispiel aus 8A steht der Breitenindikator 164A des Skalentyps auf 16° nördlich, wenn der Teleskoptubus 112 anfangs waagerecht eingestellt worden ist. Daraufhin berechnet der Nutzer den "richtigen Breitenwert" als 16° nördlich + 49° nördlich = 67° nördlich. Im Block 236B stellt der Nutzer die Position des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 ein, bis der Breitenindikator 164A des Skalentyps auf 67° nördlich (d. h. auf dem richtigen Breitenwert) steht. Diese Einstellung des Teleskoptubus 112 ist in 8B gezeigt.

Wo der Breitenindikator 164 ein Breitenindikator des elektronischen Typs (wie etwa der Breitenindikator 164B des elektronischen Typs aus 2D) ist, ist das Verfahren 232B abgesehen davon, dass der Block 236B das Einstellen der Höhe des Teleskoptubus 112, bis die Anzeige 165 auf dem richtigen Breitenwert steht, umfasst, im Wesentlichen ähnlich.

Wieder anhand des Kalibrierungsverfahrens 200 aus 6 geht das Verfahren 200 nach dem Einstellen der Höhe des Teleskoptubus 112, bis der Breitenindikator 164 auf dem richtigen Breitenwert steht (Block 230), zu Block 240 über. Im Block 240 löst der Nutzer aus, dass die Steuereinheit 134 eine neue Systemdarstellung der Beobachterbreite (d. h. der Beobachterbreite gemäß der Steuereinheit 134) bestimmt. Im Block 240 bestimmt die Steuereinheit 134 die Differenz zwischen dem Wert des Höhendrehgebers 136 bei Abschluss des Blocks 230 und dem im Block 220 bestimmten Wert des Höhendrehgebers 136.

Das Ergebnis der Differenzbestimmung des Blocks 240 repräsentiert eine mögliche Systemdarstellung der Beobachterbreite. Vorzugsweise steht die Ist-Beobachterbreite mathematisch in Beziehung mit dem Ergebnis der Differenzbestimmung des Blocks 240. In besonderen Ausführungsformen kann die Ist-Beobachterbreite durch Skalieren des Ergebnisses der Differenzbestimmung des Blocks 240 durch einen linearen Skalierungsfaktor bestimmt werden.

In einer besonderen Ausführungsform wird die Differenzbestimmung des Blocks 240 ausgelöst, wenn der Nutzer gleichzeitig die Eingaben 152, 154 (siehe 4) aktiviert. Der Block 250 umfasst das Speichern der neuen Systemdarstellung der Beobachterbreite (z. B. im Speicher 134A (3)). Die gespeicherte Systemdarstellung der Beobachterbreite kann das Ergebnis der Differenzbestimmung des Blocks 240 umfassen. Wie oben diskutiert wurde, kann die Systemdarstellung der Beobachterbreite allerdings in einer Vielzahl verschiedener Formate wie etwa als eine Differenz der Drehgeber-Zählwerte, als Winkeleinheiten, als trigonometrische Funktionen von Winkeleinheiten und/oder als andere mathematisch äquivalente Informationen aufrechterhalten (z. B. gespeichert und/oder verarbeitet) werden.

Im Block 260 ist die Kalibrierungsprozedur 200 abgeschlossen und sind das Teleskopsystem 100 und das Steuersystem 132 zur Ausführung der automatischen Nachführungsoperationen bereit. In einer besonderen Ausführungsform beginnt ein Nutzer die automatische Nachführung, indem er ein gewünschtes Himmelsobjekt in dem Blickfeld des Teleskops 112 zentriert und daraufhin gleichzeitig die Nutzereingaben 150 und 152 (siehe 4) aktiviert. Daraufhin veranlasst das Steuersystem 132, dass der Teleskoptubus 112 wie oben beschrieben dem gewünschten Objekt nachgeführt wird.

9 zeigt eine Kalibrierungsprozedur 300 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, in der die Breite des Beobachterortes in das Teleskopsystem 100 eingegeben wird. Die Kalibrierungsprozedur 300 unterscheidet sich von der Kalibrierungsprozedur 200 dadurch, dass die Kalibrierungsprozedur 300 eine neue Systemdarstellung der Beobachterbreite erhält, ohne die Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate neu zu kalibrieren. Das Kalibrierungsverfahren 300 beginnt im Block 310, wo die Steuereinheit 134 in Reaktion darauf, dass der Nutzer eine oder mehrere Nutzereingaben aktiviert (nicht gezeigt), den momentanen Wert des Höhendrehgebers 136 aufzeichnet. Diesen Wert des Höhendrehgebers 136 verwendet die Steuereinheit 134 in einer im Folgenden beschriebenen nachfolgenden Breitenberechnung als den Subtrahenden.

Im Block 330 liefert der Nutzer an die Steuereinheit 134 Informationen über die Breite des Beobachterortes. Der Block 330 umfasst das Einstellen der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse, bis der Breitenindikator 164 auf einem "richtigen Breitenwert" steht. Abgesehen davon, dass die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 vor der Bestimmung des richtigen Breitenwertes nicht null gesetzt wird, kann die Bestimmung des richtigen Breitenwertes auf ähnliche Weise wie in einer der Prozeduren 232A, 232B ausgeführt werden.

Der richtige Breitenwert kann durch Neukalibrieren des Breitenindikators 164 auf ähnliche Weise wie in dem Verfahren 232A aus 6A bestimmt werden, wobei der richtige Breitenwert in diesem Fall die Ist-Beobachterbreite ist. Die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 wird während der Neukalibrierung des Breitenindikators 164 auf der Position in ihrem Block 310 aufrechterhalten. Alternativ kann der richtige Breitenwert auf ähnliche Weise wie im Verfahren 232B aus 6B dadurch bestimmt werden, dass die Beobachterbreite zu dem Breitenstand addiert wird, der während des Blocks 310 vom Breitenanzeiger 164 genommen wird. Als Teil des Blocks 330 verwendet der Nutzer das Tastenfeld 144, um die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um seine Höhenachse 114 einzustellen, bis der Breitenindikator 164 auf dem richtigen Breitenwert steht.

Nach dem Einstellen der Höhe des Teleskoptubus 112, bis der Breitenindikator 164 auf dem richtigen Breitenwert steht, liefert der Nutzer im Block 340 an die Steuereinheit 134 eine Angabe, um eine neue Systemdarstellung der Beobachterbreite zu bestimmen. Die von dem Nutzer gelieferte Angabe zum Ausführen dieser Bestimmung kann das Aktivieren einer oder mehrerer Nutzereingaben (nicht gezeigt) umfassen. Die Steuereinheit 134 führt diese Bestimmung dadurch aus, dass sie den Wert des Höhendrehgebers 136, wenn der Breitenindikator 164 auf den "richtigen Höhenwert" (d. h. auf den Wert des Höhendrehgebers 136 im Block 340) gerichtet ist, als den Minuenden in einer Subtraktionsberechnung verwendet. Die Subtraktionsberechnung umfasst das Subtrahieren des im Block 310 erhaltenen Subtrahenden von dem im Block 340 erhaltenen Minuenden, um einen Differenzwert zu bestimmen.

Dieser Differenzwert des Blocks 340 repräsentiert eine mögliche Systemdarstellung für die Breite des Beobachterortes. Vorzugsweise steht der Differenzwert des Blocks 340 in mathematischer Beziehung mit der Ist-Beobachterbreite. In besonderen Ausführungsformen kann die Ist-Beobachterbreite dadurch bestimmt werden, dass der Differenzwert des Blocks 340 durch einen linearen Skalierungsfaktor skaliert wird. Im Block 350 der veranschaulichten Ausführungsform speichert die Steuereinheit 134 (z. B. im Speicher 134A) eine Systemdarstellung der Beobachterbreite. Die gespeicherte Systemdarstellung der Beobachterbreite kann der Differenzwert des Blocks 340 sein. Wie oben diskutiert wurde, kann die Systemdarstellung der Beobachterbreite aber in einer Vielzahl von Formaten aufrechterhalten werden.

10 zeigt ein Teleskopsteuersystem 432 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. In vieler Hinsicht ist das Steuersystem 432 ähnlich dem Steuersystem 132 aus 3. Merkmale des Steuersystems 432 (10), die ähnlich Merkmalen des Steuersystems 132 (3) sind, sind mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen eher die Ziffer "4" als die Ziffer "1" vorangeht. Das Steuersystem 432 unterscheidet sich vom Steuersystem 132 dadurch, dass das Steuersystem 432 einen zusätzlichen Sensor 433 umfasst. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Sensor 433 mit dem Höhen-Drehgelenk 424 gekoppelt.

In der veranschaulichten Ausführungsform aus 10 fühlt der Sensor 433 Informationen über die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 ab und liefert diese Informationen über das Signal 441 an die Steuereinheit 432 und bei Bedarf an einen Analog/Digital-Umsetzer (nicht gezeigt). Der Sensor 433 kann eine breite Vielfalt von Positions- und/oder Winkelsensoren umfassen, die die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 erfassen können. Als nicht einschränkende Beispiele kann der Sensor 433 ein Potentiometer oder einen induktiven Sensor, das/der die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 direkt abfühlt, umfassen oder kann der Sensor 433 einen photoelektrischen Sensor oder einen Laser-Sensor, der die Winkelposition des Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114 durch Erfassen des Trennabstands eines Punkts am Tubus 112 von einem festen Referenzpunkt indirekt abfühlt, umfassen. Vorzugsweise wird die Steuereinheit 432 mit Informationen über den Sensor 433 vorkalibriert. Zum Beispiel kann die Steuereinheit 432 mit einer Nullreferenz für den Sensor 433 vorprogrammiert werden.

In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Steuersystem 432 einen Breitenindikator 464, der ebenfalls mit dem Höhendrehgelenk 424 gekoppelt ist. Der Breitenindikator 464 kann im Wesentlich ähnlich irgendeinem der hier beschriebenen Breitenindikatoren sein. Der Breitenindikator 464 steht auf einem Breitenwert, der von der Winkelposition des Teleskoptubus 112 um das Höhendrehgelenk 424 abhängt. Vorzugsweise ist der Steuereinheit 432 die Beziehung zwischen dem Stand des Breitenindikators 464 und dem Ausgangssignal 441 des Sensors 433 bekannt. Das heißt, die Steuereinheit 432 kann den Stand des Breitenindikators 464 vorzugsweise anhand des Sensorausgangssignals 441 bestimmen. Diese Beziehung kann in die Steuereinheit 432 vorprogrammiert sein.

11 zeigt ein Verfahren 500 zum Kalibrieren des Teleskopsystems 400 zum Eingeben der Breite des Beobachterortes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 500 beginnt im Block 510, wo ein Nutzer die Höhenkoordinate des Teleskoptubus 112 einstellt, bis der Wählscheibenindikator 464 auf einem Breitenwert steht, der der Breite des Beobachterortes entspricht. Die Einstellung des Blocks 510 kann z. B. unter Verwendung von Nutzereingaben 146 am Tastenfeld 144 ausgeführt werden.

Im Block 520 liefert der Nutzer an die Steuereinheit 432 eine Angabe (z. B. Aktivierung einer Nutzereingabe), dass die Steuereinheit 432 eine neue Systemdarstellung der Beobachterbreite bestimmen sollte. Nach Empfang dieser Angabe bestimmt die Steuereinheit 432 anhand des Signals 441 vom Sensor 433 eine neue Systemdarstellung der Beobachterbreite. Die Bestimmung der neuen Systemdarstellung der Beobachterbreite kann eine Berechnung in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal 441 und dem Stand des Breitenindikators 464 umfassen. Eine solche Berechnung kann eine Versatzbildung, eine Skalierung und/oder eine andere Verarbeitung umfassen. Die Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal 441 und dem Stand des Breitenindikators 464 kann eine lineare oder eine nichtlineare Beziehung sein. Im Block 530 wird die neu bestimmte Systemdarstellung der Beobachterbreite gespeichert. Wie oben diskutiert wurde, kann die Systemdarstellung der Beobachterbreite in einer Vielzahl von Formaten gespeichert werden.

Wie für den Fachmann auf dem Gebiet im Licht der vorstehenden Offenbarung klar ist, sind bei der Verwirklichung dieser Erfindung viele Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne von deren Umfang abzuweichen. Zum Beispiel:

• • In der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst das Teleskopsystem 100 ein Dobson-Teleskop. Im Allgemeinen kann die hier beschriebene Erfindung unter Verwendung irgendeines Teleskoptyps realisiert werden, der eine Alt-Az-Montierung umfasst. Solche Alt-Az-Montierungen können z. B. einarmige Alt-Az-Montierungen oder Gabel-Alt-Az-Montierungen sein. Als nicht einschränkendes Beispiel können diese Teleskope enthalten: Schmidt-Cassegrain-Teleskope, Maksutov-Cassegrain-Teleskope, Newton-Teleskope, Katadioptrik-Teleskope, Spiegelteleskope, Refraktoren und Spektiv-Teleskope.
• • Das Tastenfeld 144 ist oben mit mehreren Nutzereingaben 150, 152, 154 zur Geschwindigkeitssteuerung gezeigt. In einer alternativen Ausführungsform wird die Geschwindigkeitssteuerung dadurch erzielt, dass eine Richtungssteuerungseingabe 146A, 146B, 148A, 148B für eine längere Zeitdauer niedergedrückt gehalten wird, sodass die Bewegungsgeschwindigkeit des Teleskoptubus 112 zunimmt, wenn ein Nutzer eine Steuereingabe 146A, 146B, 148A, 148B für eine längere Zeitdauer niedergedrückt hält. In diesen Ausführungsformen sind keine getrennten Geschwindigkeitssteuereingaben 150, 152 und 154 erforderlich.
• • In der Ausführungsform aus 4 des Tastenfelds 144 und in der Ausführungsform aus 2D des Breitenindikators 164B des elektronischen Typs sind die Nutzereingaben 146A, 146B, 148A, 148B, 150, 152, 154, 167 in Form von Knöpfen ausgeführt. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass die Nutzereingaben 146A, 146B, 148A, 148B, 150, 152, 154, 167 andere Nutzereingabevorrichtungen wie etwa Schalter, Touchpads, Abrolleinrichtungen, Joysticks oder dergleichen umfassen könnten.
• • Die Ausführungsform aus 5 der Ausgabeschnittstelle 156 umfasst eine alphanumerische Anzeige 160. In weniger teuren Ausführungsformen kann die alphanumerische Anzeige durch mechanische Messgeräte, Wählscheiben und/oder Einstellkreise ersetzt sein, die eine Angabe der Höhen- und der Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 liefern.
• • Die oben beschriebenen Kalibrierungsprozeduren 200, 300, 500 umfassen, dass ein Nutzer ein Tastenfeld 144 verwendet, um den Teleskoptubus 112 während der Kalibrierung zu manipulieren. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass die Verwendung des Tastenfelds 144 nicht erforderlich ist und dass ein Nutzer den Teleskoptubus 112 während der Kalibrierung von Hand um seine Achsen 114, 118 manipulieren kann.
• • In der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst das Tastenfeld 144 eine Rücksetzeingabe 149, die im Block 220 (6) zum Zurücksetzen der Systemdarstellungen der Höhen- und der Azimut-Koordinate verwendet wird. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Steuersystem 132 so konfiguriert, dass es die Höhen- und die Azimut-Systemkoordinate jedes Mal zurücksetzt, wenn der Nutzer über einen (nicht gezeigten) Leistungsschalter die Leistung zum Steuersystem 132 einschaltet. In diesen Ausführungsformen stellt ein Nutzer die Höhen- und die Azimut-Koordinate des Teleskoptubus 112 vor Einschalten des Steuersystems 132 auf null.
• • In der veranschaulichten Ausführungsform der 2B und 2C bewegt sich das Zeigerelement 170 mit dem Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114, während die Breitenindizes 172 feststehend sind. In anderen Ausführungsformen bewegen sich die Breitenindizes 172 mit dem Teleskoptubus 112 um die Höhenachse 114, während das Zeigerelement 170 feststehend ist.
• • In einigen Ausführungsformen können Teleskopsysteme 100 einen Breitenindikator ähnlich dem Breitenindikator 164 umfassen, der mit dem Azimut-Drehgelenk 126 gekoppelt ist. Ein solcher Breitenindikator könnte Breitenindizes, deren Position feststeht, und ein Zeigerelement, das sich mit dem Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118 bewegt, um auf die Breitenindizes zu zeigen, bereitstellen. Alternativ könnte ein solcher Breitenindikator ein festes Zeigerelement und Breitenindizes, die sich mit dem Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118 bewegen, bereitstellen. Da die oben beschriebenen Verfahren 200, 300 die Systemdarstellung der Breite des Beobachterortes unter Verwendung einer Differenz zwischen Drehgeberwerten bestimmen, ist es für die Steuereinheit 134 ohne Bedeutung, ob sie diese Differenz unter Verwendung des Höhendrehgebers 136 oder des Azimut-Drehgebers 138 misst. Dementsprechend können die oben beschriebenen Verfahren 200, 300 unter Verwendung eines mit dem Azimut-Drehgelenk 126 gekoppelten Breitenindikators ausgeführt werden. Abgesehen davon, dass die Azimutachse 118 verwendet wird und dass der Nutzer den Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118 schwenkt, wären diese Verfahren im Wesentlichen ähnlich den oben beschriebenen Verfahren 200, 300.
• • In einigen Ausführungsformen können Teleskopsysteme 400 einen Breitenindikator ähnlich dem Breitenindikator 464 umfassen, der mit dem Azimut-Drehgelenk 426 gekoppelt ist. In diesen Ausführungsformen könnte das Verfahren 500 durch Einstellen des Teleskoptubus 112 um die Azimutachse 118 ausgeführt werden.
• • In einigen Ausführungsformen kann ein Nutzer die Eingaben 146A, 146B, 148A, 148B zum Außerkraftsetzen einer automatischen Nachführungsfunktion verwenden. Dies kann erfolgen, wo die vor der automatischen Nachführung ausgeführte Kalibrierung nicht ideal ist und die automatische Nachführung des Teleskopsystems 100 das gewünschte Objekt nicht ideal in dem Teleskopblickfeld zentriert hält. In bevorzugten Ausführungsformen können die Drehzahlen der Motoren 128, 130 in Reaktion auf Nutzereingaben 146A, 146B, 148A, 148B, die während einer automatischen Nachführungsoperation aktiviert werden, verringert werden. Zum Beispiel können die langsame, die mäßige und die schnelle Drehzahl der Motoren 128, 130 das 64-, das 128- und das 256-fache der siderischen Rate sein, wenn keine automatische Nachführung ausgeführt wird, und das 4-, das 16- und das 32-fache der siderischen Rate sein, wenn die automatische Nachführung ausgeführt wird.
• • Wenn ein Nutzer eine automatische Nachführungsoperation außer Kraft setzt, um ein gewünschtes Himmelsobjekt in dem Blickfeld zu halten, kann das Steuersystem 132 aus diesem Außerkraftsetzen erhaltene Informationen verwenden, um seine Breiteninformationen unter Verwendung der automatischen Nachführungsgleichungen neu zu kalibrieren, um für die Breite des Beobachterortes (Lat) zu lösen.
• • In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Teleskopsystem 100 einen zusätzlichen E/A-Port 177, der mit einem Computer (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Der Computer kann Kalibrierungs-Software ausführen, die einen Nutzer auffordert, die momentane Beobachterbreite und/oder zusätzliche Kalibrierungsinformationen, die für die Steuereinheit 134 nützlich sein können, einzugeben. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Nutzerschnittstelle 143 E/A-Komponenten umfassen und kann das Teleskopsystem 100ähnliche Software ablaufen lassen, um die momentane Beobachterbreite und/oder zusätzliche Kalibrierungsinformationen, die für die Steuereinheit 134 nützlich sein können, zu erhalten. Diese zusätzlichen Kalibrierungsinformationen können die Sternzeit (oder mathematisch äquivalente Informationen) an dem Beobachterort umfassen. Da die Beobachterbreite und die Sternzeit (oder mathematisch äquivalente Informationen) sämtliche Informationen repräsentieren, die zum Ausführen der Transformationen zwischen dem Himmelskoordinatensystem und dem lokalen Alt-Az-Koordinatensystem an irgendeinem gegebenen Beobachterort erforderlich sind, können diese zusätzlichen Informationen ermöglichen, dass das Teleskopsystem 100 "GO TO"-Operationen ausführt. Mathematisch äquivalente Informationen zu der Sternzeit können z. B. die Länge des Beobachterortes und die Ortszeit und das Datum an dem Beobachterort enthalten.
• • In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Breitenindikatoren mit einer linearen Breitenskala versehen. Zum Beispiel entspricht jeder Breitengrad auf dem Breitenindikator einer konstanten Anzahl von Zählwerten des Drehgebers, mit dem er gekoppelt ist. Diese lineare Skala ist zweckmäßig, da sie die Kalibrierung des Systems mit Informationen über die Beobachterbreite vereinfacht. Zum Beispiel kann die Ist-Beobachterbreite dadurch bestimmt werden, dass ein linearer Skalierungsfaktor mit der im Block 240 (6) oder im Block 340 (7) bestimmten Drehgeber-Zählwertdifferenz multipliziert wird. Allerdings kann es in alternativen Ausführungsformen nützlich sein, einen Breitenindikator mit einer nichtlinearen Skala bereitzustellen. Zum Beispiel kann der größte Teil der Weltbevölkerung zwischen 0-50° nördlicher oder südlicher Breite wohnen. Dementsprechend kann es nützlich sein, zwischen -50° bis 50° einen Breitenindikator mit einer verhältnismäßig feinen Skala und in einem Gebiet zwischen -90° bis -50° sowie zwischen 50° bis 90° mit einer verhältnismäßig groben Skala bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Skala dieses Breitenindikators zwischen -50° bis 50° 100 Drehgeber-Zählwerten pro Breitengrad und zwischen -90° bis -50° sowie zwischen 50° bis 90° 20 Drehgeber-Zählwerten pro Breitengrad entsprechen. In dieser Ausführungsform werden für die Steuereinheit 134 a priori Informationen über die nichtlineare Beziehung zwischen dem Breitenindikator und dem Drehgeber, mit dem er gekoppelt ist, bereitgestellt.

Dementsprechend soll der Umfang der Erfindung in Übereinstimmung mit dem durch die folgenden Ansprüche definierten Inhalt ausgelegt werden.