專利名稱：光學(xué)儀器中校準(zhǔn)誤差的校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到校準(zhǔn)誤差的校正，尤其是用于光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
光學(xué)儀器一般都包含一組光學(xué)元件配置(諸如望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)中的透
鏡)，用來觀察或聚焦到物體上。此夕卜，光學(xué)儀器(諸如準(zhǔn)距儀(tachymeter) 或調(diào)平裝置(leveling device ))能夠確定物體相對于該光學(xué)儀器的位置。 調(diào)平裝置通常只給出目標(biāo)物體在垂直方向上的相對位置，即，目標(biāo)物體相 對于調(diào)平裝置的高度。另一方面，準(zhǔn)距儀可以給出具有垂直分量和水平分 量的物體位置。
物體的位置可以由物體與儀器的連線偏離例如已知的水平方向和/或 已知的垂直方向的角度來表示。通常，光學(xué)儀器使用球坐標(biāo)來給出物體的 相對位置。例如，物體位置可以由笛卡爾坐標(biāo)系中的笛卡爾坐標(biāo)來定義， 笛卡爾坐標(biāo)系有三個彼此正交的軸，儀器位于原點(diǎn)。然而，對于測量位置 來說，球坐標(biāo)更合適。因此，物體相對于儀器的位置可以由球坐標(biāo)來定義， 即由物體到所述正交坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離、該坐標(biāo)系的一個水平軸與該坐標(biāo) 系原點(diǎn)到該物體在水平面上的投影的連線之間的夾角、以及正交于所述水 平面的坐標(biāo)軸與該坐標(biāo)系原點(diǎn)到該物體的連線之間的垂直夾角來定義。笛 卡爾坐標(biāo)能夠變換為球坐標(biāo)，反之亦然。
在所有的情形中，都要求非常精確地測量這些角度?？梢韵胂?，所測 量的角度的很小誤差會轉(zhuǎn)化成例如建筑應(yīng)用中所不能接受的很大的定位誤 差，特別是在確定離光學(xué)儀器較遠(yuǎn)的物體的位置時。
為了減小測量誤差的產(chǎn)生，通常對光學(xué)儀器(諸如準(zhǔn)距儀或調(diào)平裝置)
8進(jìn)行調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)。通常在使用儀器之前或者在制造儀器時進(jìn)行校準(zhǔn)。通過 校準(zhǔn)測量，可以對儀器的誤差進(jìn)行量化，并利用其對例如物體位置的實(shí)際 測量進(jìn)行校正。例如，如果從測試中已知，光學(xué)儀器所確定的觀察方向具
有r的誤差，那么，通過補(bǔ)償這r的誤差(即，才艮據(jù)這r測量誤差的 方向從測量結(jié)果中加上或減去r )，可以對實(shí)際測量進(jìn)行校正。能夠利 用所確定的測量誤差來設(shè)置光學(xué)儀器(諸如角度指示器)的初始調(diào)節(jié)，或 者校正所述儀器所指示的角度。
盡管上述光學(xué)儀器的校準(zhǔn)對于許多應(yīng)用來說足夠了 ，但對誤差很敏感 的應(yīng)用要求有更高精度的誤差校正。此外，需要進(jìn)行大量相繼測量的應(yīng)用 會要求重復(fù)的校準(zhǔn)步驟來校準(zhǔn)光學(xué)儀器，這就降低了產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
所以，希望能提供一種校準(zhǔn)誤差校正裝置，該裝置通過在光學(xué)儀器使 用期間消除多重校準(zhǔn)步驟來提高誤差校正的精度并提高產(chǎn)率。
根據(jù)一個實(shí)施例， 一種光學(xué)儀器的校準(zhǔn)誤差校正裝置包括探測器， 用來探測光學(xué)儀器的聚焦透鏡在該聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的位置，其中， 穿過所述光學(xué)儀器的像平面并穿過當(dāng)前位置處的所述聚焦透鏡的視線定義
了實(shí)際觀察方向；存儲器，用來存儲觀察方向誤差，該觀察方向誤差指定 了已知的理論觀察方向和與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位 置相關(guān)的所述實(shí)際觀察方向之間的偏差；以及指示器，用來指定基于所述 理論觀察方向和所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位置中的每個 位置處的所述觀察方向誤差而得到的所述實(shí)際觀察方向的至少一個指示 值。因此，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置能夠利用預(yù)存的與所述儀器的不同聚焦 設(shè)置相關(guān)的觀察方向誤差來為所述光學(xué)儀器的不同聚焦設(shè)置提供校準(zhǔn)誤差 校正。
才艮據(jù)一個有利的例子，所述，見察方向誤差由所述理論觀察方向和所述 實(shí)際觀察方向之間的差來定義，并且，所述指示器通過從所述理論觀察方 向中減去所述觀察方向誤差來指定所述實(shí)際觀察方向。因此，考慮了所述聚焦透鏡的某個具體位置處的觀察方向誤差后，能夠給出校正了的實(shí)際觀 察方向。
根據(jù)另一個有利的例子，每個所述，見察方向誤差都包括第一分量(例 如，垂直分量)，該分量指示了所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在 第一個平面(例如，垂直面)中的偏差，并且才艮據(jù)另一個例子，每個所述 觀察方向誤差都包括第二分量(例如與所述第一分量正交，諸如水平分量)， 該分量指示了所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在第二個平面(例如， 水平面)中的偏差。因此，觀察方向誤差的校正可以在一維中進(jìn)行，諸如 在調(diào)平裝置中那樣，也可以在二維中進(jìn)行，諸如在準(zhǔn)距儀中那樣。
根據(jù)另 一個有利的例子，所述像平面包括在該像平面內(nèi)彼此交叉的第 一線段(例如垂直線段)和第二線段(例如水平線段)，并且，所述實(shí)際 觀察方向由穿過所述交叉點(diǎn)和所述聚焦透鏡的視線來定義。因此，所述光 學(xué)儀器的用戶通過使所述交叉點(diǎn)和經(jīng)所述聚焦透鏡看到的物體匯合起來就 能夠方便地確定實(shí)際觀察方向。
才艮據(jù)另一個有利的例子，所述^f象平面由傳感器元件的二維陣列構(gòu)成， 并且所述實(shí)際觀察方向由穿過一點(diǎn)(例如，所述傳感器元件的二維陣列的 中心)并穿過所述聚焦透鏡的視線來定義。因此，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置 能夠適合于例如視頻準(zhǔn)距儀。
根據(jù)另一個有利的例子，通過將所述聚焦透鏡設(shè)置到選定聚焦位置來 校準(zhǔn)所述理論觀察方向。另外，在制造所述光學(xué)儀器時通過逼近所述實(shí)際 觀察方向來校準(zhǔn)所述理論觀察方向。因此，在制造所述光學(xué)儀器時或在裝 置特性的初始調(diào)節(jié)期間，能夠?qū)⑺隼碚撚^察方向定義為任意一點(diǎn)處的希 望的或近似的觀察方向。
根據(jù)另一個有利的例子，提供定位單元，以定位所述聚焦透鏡以便聚 焦在目標(biāo)上，并指示出所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置，其中，所 述指示器單元基于所述定位單元所指示的位置信號來搜尋與所述聚焦透鏡
的位置相關(guān)的觀察方向誤差，以便指定表示所述實(shí)際觀察方向的至少一個 值。因此，可以將所述聚焦透鏡調(diào)節(jié)到希望的位置處以獲得相關(guān)的觀察方
10向誤差，并能夠校正在該位置處的校準(zhǔn)誤差。
根據(jù)另一個有利的例子，提供距離確定單元，用來確定目標(biāo)到所述光 學(xué)儀器的目標(biāo)距離，其中，所述定位單元基于所述距離來設(shè)置所述聚焦透 鏡在所述機(jī)械軌道上的位置以便聚焦在所述目標(biāo)上，并且所述指示器單元 用來搜尋與所述目標(biāo)距離相關(guān)的觀察方向誤差，并指定表示所述實(shí)際觀察 方向的至少一個值。因此，可以避免要求對所述聚焦透鏡進(jìn)行手動調(diào)節(jié)， 并且基于所測量到的到物體的距離能夠直接補(bǔ)償在所述聚焦透鏡位置處的 校準(zhǔn)誤差。
才艮據(jù)另 一個有利的例子，如果所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的當(dāng)前 位置不與某個存儲的觀察方向誤差相關(guān)的話，那么，所述指示器單元械J殳 置成基于兩個觀察方向誤差之間的插值來指定所述實(shí)際觀察方向。因此， 如果只知道選定的聚焦透鏡位置處的觀察方向誤差的話，那么，可以從中 推出其它位置處的觀察方向誤差，從而能夠在沒有直接相關(guān)的觀察方向誤 差的那些位置處進(jìn)行校準(zhǔn)誤差的校正。
根據(jù)另一個有利的例子，提供校準(zhǔn)單元，該單元使所述聚焦透鏡沿所 述才幾械軌道移動到多個位置中的每個位置上，并確定在所述每個位置處的 觀察方向誤差。所以，為了校準(zhǔn)所述光學(xué)儀器，校準(zhǔn)單元能夠記錄在聚焦 透鏡的不同位置處的觀察方向誤差，以便之后在正常操作期間用于校正觀 察方向誤差。
根據(jù)另 一個有利的例子，所述校準(zhǔn)單元將視線或?qū)嶋H觀察方向調(diào)節(jié)到 與所述光學(xué)儀器等高的目標(biāo)上，并記錄所述光學(xué)儀器到水平方向的夾角， 作為觀察方向誤差。因此，所述校準(zhǔn)單元能夠用在例如和調(diào)平裝置向關(guān)的 應(yīng)用中。
根據(jù)另 一個有利的例子，所述校準(zhǔn)單元將第 一個面中的光學(xué)儀器觀察 方向誤差的測量值和第二個面中的光學(xué)儀器觀察方向誤差的測量值的平均 確定為觀察方向誤差。因此，通過將所述光學(xué)儀器中的觀察元件(諸如望 遠(yuǎn)鏡或照相機(jī))相繼地移動到第一和第二面中并通過獲得在這兩個面中的 測量的平均值作為所述誤差，能夠確定在例如聚焦透鏡的確定的已知位置
11處的觀察方向誤差。
根據(jù)另一個有利的例子，所述校準(zhǔn)單元將與所述聚焦透鏡在所述4;u^ 軌道上的位置相關(guān)的觀察方向誤差確定為所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上 的這個位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測量的平均。因此，能夠?qū)y量誤差 減到最小。
根據(jù)另 一個有利的例子，所述校準(zhǔn)單元用來將觀察方向誤差確定為所 述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的兩個不同位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測 量的平均，并且，所述觀察方向誤差與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的 所述兩個不同位置之間的某個中間位置相關(guān)。因此，所述校準(zhǔn)單元也能夠 用于例如視頻準(zhǔn)距儀中。
根據(jù)另一個有利的例子，提供一個單元，用來測量并補(bǔ)償傾斜誤差， 從而進(jìn)一 步改進(jìn)處理以及誤差校正。
根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種光學(xué)儀器中的校準(zhǔn)誤差校正方法，該方
法包括探測光學(xué)儀器的聚焦透鏡在該聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的位置，其
中，穿過所述光學(xué)儀器的像平面以及當(dāng)前位置處的所述聚焦透鏡的視線定
義了實(shí)際觀察方向；在存儲器中存儲觀察方向誤差，該觀察方向誤差指定 了已知的理論觀察方向和與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位 置相關(guān)的實(shí)際觀察方向之間的偏差；以及指定表示基于所述理論觀察方向 和所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位置中的每個位置處的所述 觀察方向誤差而得到的所述實(shí)際觀察方向的至少 一個值。
根據(jù)另一個實(shí)施例，能夠提供一種程序，該程序所包括的指令可以使 數(shù)據(jù)處理部件執(zhí)行具有上述特點(diǎn)的方法。
根據(jù)另一個例子，可以提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲有所述程序。
根據(jù)另一個實(shí)施例， 一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包含所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種光學(xué)儀器，該儀器包含所述校準(zhǔn)誤差校 正裝置。根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種光學(xué)儀器，可以根據(jù)上述的方法步驟來 進(jìn)行校準(zhǔn)。
在權(quán)利要求書中給出了本發(fā)明的其它有利的特點(diǎn)。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的光學(xué)儀器中的校準(zhǔn)誤差校
正裝置的各部件；
圖2顯示了具有不同的聚焦透鏡位置以及相關(guān)觀察方向的光學(xué)儀器的 元件；
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置的各 元件；
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正方法的操 作，特別說明了所述光學(xué)儀器在正常使用期間的操作；
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正方法的操 作，特別說明了在所述光學(xué)儀器的使用期間的校準(zhǔn)誤差校正操作；
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正方法的操 作，特別說明了用來記錄與聚焦透鏡位置相關(guān)的觀察方向誤差的操作；
圖7說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正方法的操 作，特別說明了用來記錄調(diào)平裝置的觀察方向誤差的操作；
圖8說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正方法的操 作，特別說明了用來記錄例如準(zhǔn)距儀或視頻準(zhǔn)距儀的觀察方向誤差的操作；
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的另 一個實(shí)施例所述的定位單元的例子；
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的光學(xué)儀器中的校準(zhǔn)誤差 校正裝置的各元件。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意，下面的描述只是些 例子，不應(yīng)該被解釋成是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及光學(xué)儀器的校準(zhǔn)，以提高使用所述光學(xué)儀 器進(jìn)行位置測量的精度。諸如在光學(xué)儀器的望遠(yuǎn)鏡中，于聚焦透鏡在其機(jī) 械軌道上的不同位置處記錄由所述光學(xué)儀器所測量的某個方向的觀察方向 誤差。利用與到目標(biāo)物體的不同距離相對應(yīng)的聚焦透鏡的不同位置處的已 知的觀察方向誤差，可以使某個距離范圍內(nèi)的位置測量變得更精確。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的具有校準(zhǔn)誤差校正裝置的
光學(xué)儀器150的各部件。
圖1顯示了光學(xué)儀器150中所使用的校準(zhǔn)誤差校正裝置100，它用于 對該光學(xué)儀器的光學(xué)特性的校準(zhǔn)誤差進(jìn)行校正。盡管在圖l中，所示校準(zhǔn) 誤差校正裝置構(gòu)成了所述光學(xué)儀器的一部分，但在其它例子中，它可以構(gòu) 成單獨(dú)實(shí)體，與所述光學(xué)儀器一起使用。
光學(xué)儀器150包括光學(xué)配置151,諸如含有聚焦透鏡的望遠(yuǎn)鏡和/或照 相機(jī)，其中所述聚焦透鏡可以沿著機(jī)械軌道移動，以便聚焦在目標(biāo)物體上。 除了所述聚焦透鏡外，所述光學(xué)配置還可以進(jìn)一步包括像平面，當(dāng)通過光 學(xué)配置151進(jìn)行觀察時，視線穿過所述光學(xué)配置的像平面，并且處于所述 聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的當(dāng)前位置處的聚焦透鏡可以確定實(shí)際的觀察方 向。因此，所述實(shí)際觀察方向是穿過所述光學(xué)配置(諸如穿過望遠(yuǎn)鏡的目 鏡)的視方向。另外，光學(xué)配置151可以包括用于實(shí)現(xiàn)預(yù)期光學(xué)特性(諸 如放大等)的透鏡配置。
校準(zhǔn)誤差校正裝置100包括探測器110，用于探測在聚焦透鏡的機(jī)械 軌道(諸如，所述光學(xué)儀器的望遠(yuǎn)鏡中的聚焦透鏡的機(jī)械軌道)上的光學(xué) 儀器150的聚焦透鏡的位置。由此，穿過所述光學(xué)儀器像平面以及處于所 述聚焦透鏡當(dāng)前位置上的聚焦透鏡的視線就確定了實(shí)際的觀察方向。
此外，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置包括存儲器120，用于保存觀察方向誤 差，該誤差指定了與所述聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的多個不同的聚焦透鏡位 置相關(guān)的實(shí)際觀察方向和已知理論觀察方向之間的偏差。另外，校準(zhǔn)誤差 校正裝置100包括指示器130，用來基于理論觀察方向以及在所述機(jī)械軌 道上的聚焦透鏡的每個不同位置處的觀察方向誤差來指定至少一個表示所
14述實(shí)際觀察方向的值。存儲器120可以存儲所述機(jī)械軌道上的不同的聚焦 透鏡位置與相應(yīng)的觀察方向誤差之間的關(guān)系?；蛘撸鎯ζ?20可以存儲 觀察方向誤差，這些誤差指定了與光學(xué)儀器到目標(biāo)物體的多個不同距離相 關(guān)的實(shí)際觀察方向和已知理論觀察方向之間的偏差，因?yàn)樗霾煌木嚯x 直接與聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的不同的聚焦透鏡位置相對應(yīng)。
可以在例如裝置的初始設(shè)置期間將指定已知理論觀察方向和實(shí)際觀察 方向之間的偏差的觀察方向誤差記錄下來，以便使存儲器中存有與聚焦透 鏡的各個位置相關(guān)的觀察方向誤差，從而在所述光學(xué)儀器的正常操作期間 能夠隨時進(jìn)行校準(zhǔn)誤差校正。
諸如經(jīng)辟儀(theodolite)或測距儀(tacheometer )(也稱作準(zhǔn)距儀 (tachymeter)或全站儀(total station))等勘測儀器通常利用球坐標(biāo)來 指示空間中的位置。例如， 一個點(diǎn)的位置可以用笛卡爾坐標(biāo)來確定，而笛 卡爾坐標(biāo)是相對于具有三個彼此正交的軸的笛卡爾坐標(biāo)系來確定的。然而， 為了測量位置，球坐標(biāo)更合適。因此， 一個點(diǎn)的位置可以在球坐標(biāo)系中通 過該點(diǎn)到某個正交坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離、該坐標(biāo)系的一個水平軸與該坐標(biāo)系 原點(diǎn)到該點(diǎn)在水平面上的投影的連線之間的夾角、以及正交于所述水平面 的坐標(biāo)軸與該坐標(biāo)系原點(diǎn)到該點(diǎn)的連線之間的垂直夾角來確定。笛卡爾坐 標(biāo)能夠變換為球坐標(biāo)，反之亦然。
為了確定物體的位置，坐標(biāo)系的原點(diǎn)可以設(shè)置在光學(xué)儀器的中心，坐 標(biāo)系的軸可以與已知方向G者如垂直方向和水平方向，而水平方向可以與 羅盤指針對齊，諸如北方)對齊。
根據(jù)上述說明，光學(xué)儀器150可以包括能夠繞著垂直軸和傾斜軸轉(zhuǎn)動 的透鏡配置(諸如望遠(yuǎn)鏡)，其中，所述傾斜軸隨著所述透鏡配置或望遠(yuǎn) 鏡繞著所述垂直軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。在諸如準(zhǔn)距儀等勘測儀器中，繞著垂直 軸轉(zhuǎn)動的角度和繞著傾斜軸傾斜的角度可以從相應(yīng)的指示轉(zhuǎn)動角度的水平 度盤和垂直度盤上讀出，或從相應(yīng)的基于顯示裝置的角度指示中讀出。就 此而論，應(yīng)該注意，在一個例子中的所述垂直度盤和水平度盤可以是機(jī)械 度盤，其中包含用于指示角度的指示器，也可以由數(shù)字的或其它類型的角度指示器構(gòu)成。
理想情況下，調(diào)節(jié)所述光學(xué)配置或者說望遠(yuǎn)鏡所確定的視線或?qū)嶋H觀 察方向，使得所述實(shí)際觀察方向或視線到坐標(biāo)系各個軸的角度與所述光學(xué) 儀器的水平度盤和垂直度盤所指示的角度一致。
因此，如果坐標(biāo)系的取向是已知的，那么，就能夠精確地確定目標(biāo)物 體的位置，因?yàn)樗龃怪倍缺P和水平度盤上所指示的角度與實(shí)際觀察方向 和已知坐標(biāo)系之間的真實(shí)夾角是一致的。
然而，實(shí)際光學(xué)儀器并不滿足上述條件，即，實(shí)際觀察方向會偏離已 知或預(yù)設(shè)的坐標(biāo)系取向。例如，如果考慮根據(jù)垂直度盤和水平度盤由光學(xué) 儀器(即所述光學(xué)配置或望遠(yuǎn)鏡)的預(yù)定設(shè)置所確定的方向來定義理論觀 察方向，那么，所述理論觀察方向和實(shí)際觀察方向之間就會有誤差。根據(jù) 光學(xué)儀器的類型，這個偏差可以具有垂直分量和水平分量。
可以想象，在光學(xué)儀器的制造期間，通過例如在裝置的初始設(shè)置中校 準(zhǔn)或調(diào)節(jié)所述理論觀察方向及相應(yīng)的位置指示(諸如角度)作為實(shí)際觀察 方向的近似，可以使實(shí)際觀察方向和理論觀察方向之間的偏差盡可能地小。 例如，可以使實(shí)際觀察方向(即，視線)瞄準(zhǔn)光學(xué)儀器的已知方向上的某 個已知物體，調(diào)節(jié)垂直度盤和水平度盤或其它的角度或位置指示，從而對 理論觀察方向進(jìn)行初始調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)。
在一個例子中，通過將聚焦透鏡設(shè)置到選定的聚焦位置上來校準(zhǔn)理論 觀察方向。另外，可以通過一個單元來校準(zhǔn)理論觀察方向，在制造光學(xué)儀 器時使實(shí)際觀察方向與理論觀察方向?qū)R，從而在光學(xué)儀器制造時就使理 論觀察方向逼近實(shí)際觀察方向。例如，至少在當(dāng)前聚焦位置上(即，對于 聚焦透鏡的當(dāng)前位置)，用探測器探測實(shí)際觀察方向，用執(zhí)行器根據(jù)所述 測量來調(diào)節(jié)指示器所指示的值，從而使實(shí)際觀察方向和理論觀察方向?qū)R。 所述校準(zhǔn)單元可以是一個裝置，也可以是一組裝置，在制造期間，這些裝
置與觀察方向(例如，0度角)的指示器配合，以對準(zhǔn)并調(diào)節(jié)光學(xué)儀器的
望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)。因此，能夠?qū)⒗碚撚^察方向定義為在光學(xué)儀器制造期間 或在裝置特性的初始校準(zhǔn)期間的任意時刻的希望的或近似的觀察方向。
16在實(shí)際情形中通過盡量使實(shí)際觀察方向和曾經(jīng)校準(zhǔn)或初始校準(zhǔn)了的理 論觀察方向一致而進(jìn)行的裝置的初始校準(zhǔn)不會是精確的，即，存在著一些 校準(zhǔn)誤差。此外，應(yīng)該注意，實(shí)際觀察方向或?qū)嶋H觀察方向與理論觀察方 向的偏差依賴于光學(xué)儀器中的聚焦透鏡在聚焦透鏡軌道上的位置(即，聚 焦位置)，所以，實(shí)際觀察方向和理論觀察方向之間的觀察方向誤差也依 賴于聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置。
為了處理這種情形，本發(fā)明提供一個存儲器，其中存有在聚焦透鏡的 機(jī)械軌道上的聚焦透鏡的各個位置處的觀察方向誤差。例如，存儲觀察方 向誤差，使其與聚焦透鏡的各個位置或者與到目標(biāo)物體的相關(guān)距離相對應(yīng)， 并在儀器的正常操作期間使用這些觀察方向誤差，以便能夠基于初始校準(zhǔn) 了的理論的或近似的觀察方向以及在聚焦透鏡位置處的觀察方向誤差來指 示實(shí)際觀察方向的至少一個校正值。因此，校準(zhǔn)誤差校正裝置能夠利用預(yù) 先存儲的與不同的聚焦設(shè)置或儀器到目標(biāo)的目標(biāo)距離相關(guān)的觀察方向誤差 對光學(xué)儀器的不同聚焦設(shè)置進(jìn)行校準(zhǔn)誤差校正。
根據(jù)另 一個實(shí)施例，將觀察方向誤差定義為理論觀察方向和實(shí)際觀察 方向之間的差異，并且利用指示器通過從理論觀察方向中減去觀察方向誤 差來指定實(shí)際觀察方向。
存儲的觀察方向誤差每個都可能包括垂直分量和水平分量，垂直分量 指示了理論觀察方向和實(shí)際觀察方向在垂直面中的偏差，而水平分量則指 示了理論觀察方向和實(shí)際觀察方向在水平面中的偏差。因此，可以在一維
上(諸如調(diào)平裝置(levelling device ))或在二維上(諸如準(zhǔn)距儀)進(jìn)行觀 察方向誤差的校正。
在一個例子中，提供一個像平面，該像平面包括水平線段和垂直線段， 它們在該像平面內(nèi)彼此交叉，并且由通過所述交叉點(diǎn)和聚焦透鏡的視線來 定義實(shí)際觀察方向。因此，光學(xué)儀器的用戶通過將所述交叉點(diǎn)與經(jīng)聚焦透 鏡所觀察到的物體會聚起來能夠方便地確定實(shí)際觀察方向。
或者，提供由傳感器元件的二維陣列所構(gòu)成的像平面，并且由穿過傳 感器元件的二維陣列中的某個元件(例如在傳感器元件陣列的中心處或中心附近)上的一點(diǎn)以及穿過聚焦透鏡的視線來定義實(shí)際觀察方向。因此所 述校準(zhǔn)誤差校正裝置能夠設(shè)置為適合于例如視頻準(zhǔn)距儀。
在另一個例子中，通過將聚焦透鏡設(shè)置在所選擇的聚焦位置處(諸如 設(shè)置到無窮遠(yuǎn)聚焦位置處)來校準(zhǔn)理論觀察方向。或者，通過在制造光學(xué) 儀器時逼近實(shí)際觀察方向來校準(zhǔn)理論觀察方向。上述校準(zhǔn)可以包括一個單 元來調(diào)節(jié)角度盤或其它角度指示器以指示理論觀察方向的一個或一個以上
的參考角度，諸如"0度"。因此，在光學(xué)儀器制造期間或在裝置特性的
初始校準(zhǔn)期間的任意時刻能夠?qū)⒗碚撚^察方向定義為希望的或近似的觀察方向。
根據(jù)另一個例子，校準(zhǔn)誤差校正裝置100包括定位單元170，用來在 所述機(jī)械軌道上定位聚焦透鏡，用來控制具有望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)150的光學(xué) 儀器的聚焦。
因此，利用定位單元170可以將聚焦透鏡定位在機(jī)械軌道上以便聚焦 在目標(biāo)物體上，并且指示出聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置。然后，就
可以基于定位單元170所指示的位置信號來找出與聚焦透鏡的所述位置相 關(guān)的觀察方向誤差，以便指定表示實(shí)際觀察方向的至少一個值。因此，例 如，可以將聚焦透鏡調(diào)節(jié)到可以獲得相關(guān)觀察方向誤差的希望位置上，并 能夠校正在該位置處的校準(zhǔn)誤差。
根據(jù)另一個例子，確定目標(biāo)物體到光學(xué)儀器的目標(biāo)距離，并基于所確 定的目標(biāo)距離在所述機(jī)械軌道上設(shè)置聚焦透鏡的位置(諸如通過定位單元 170來設(shè)置)以便聚焦在所述目標(biāo)物體上。因此，能夠避免手動調(diào)節(jié)聚焦 透鏡的要求，并能對所述聚焦透鏡位置處的校準(zhǔn)誤差進(jìn)行直接補(bǔ)償。此夕卜， 在這種情形中，所述存儲器可以存儲有不同目標(biāo)距離與相應(yīng)觀察方向誤差 之間的關(guān)系，并且指示器單元可以找出與某個目標(biāo)距離相關(guān)的觀察方向誤 差，并基于此指定表示實(shí)際觀察方向的至少一個值。
根據(jù)另 一個例子，如果聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的當(dāng)前位置不與所 存儲的觀察方向誤差相關(guān)，那么，可以基于在兩個觀察方向誤差之間的插 值來指定實(shí)際觀察方向。因此，如果觀察方向誤差只是在挑選的聚焦透鏡
18位置處才是已知的，那么，從這些觀察方向誤差中能夠推斷出在其它位置 處的觀察方向誤差，從而能夠在不具有直接相關(guān)的觀察方向誤差的位置處 進(jìn)行校準(zhǔn)誤差校正。
根據(jù)另 一個例子，能夠?qū)⒕劢雇哥R移動到機(jī)械軌道上的多個位置中的 每個位置處，并且確定出在這些位置處的觀察方向誤差。
根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一個校準(zhǔn)單元，用來在例如初始的校準(zhǔn)操作 序列中校準(zhǔn)光學(xué)儀器，以便記錄下來在不同的聚焦透鏡位置處的觀察方向 誤差，從而在以后的正常操作期間用來校正觀察方向誤差。
在一個例子中，所述校準(zhǔn)單元部分地成為所述光學(xué)儀器的應(yīng)有部分， 包括或?qū)儆谛?zhǔn)誤差校正裝置，部分地由所述光學(xué)儀器外部的元件構(gòu)成。
所述校準(zhǔn)單元可以發(fā)布命令，諸如通過控制與聚焦透鏡以及馬達(dá)驅(qū)動 器相連的步進(jìn)馬達(dá)以調(diào)節(jié)光學(xué)儀器并通過記錄觀察方向誤差，從而將聚焦 透鏡移動到機(jī)械軌道上的多個位置中的每個位置處并確定在這些位置處的 觀察方向誤差。在另一個例子中，所述校準(zhǔn)單元包括執(zhí)行器或馬達(dá)，用以 將視線或?qū)嶋H觀察方向調(diào)節(jié)到與光學(xué)儀器高度相同的目標(biāo)上，還包括記錄 器或傳感器，用以將光學(xué)儀器到水平方向的角度記錄下來，作為觀察方向 誤差。所述校準(zhǔn)單元可以具有一個計(jì)算器，用以計(jì)算在第一個面中的光學(xué) 儀器的觀察方向誤差的測量值與在第二個面中的光學(xué)儀器的觀察方向誤差 的測量值的平均值作為觀察方向誤差。另外，所述計(jì)算器可以確定在所述 機(jī)械軌道上的某個聚焦透鏡位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均 值，作為與在所述機(jī)械軌道上的該聚焦透鏡位置相關(guān)的觀察方向誤差。或 者，所述計(jì)算器可以確定在所述機(jī)械軌道上的兩個不同的聚焦透鏡位置處 的觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均值，作為觀察方向誤差，其中，該觀 察方向誤差與所述機(jī)械軌道上的所述兩個不同的聚焦透鏡位置之間的某個 中間的聚焦透鏡位置相關(guān)。
根據(jù)另 一個例子，將視線或?qū)嶋H觀察方向調(diào)節(jié)到與光學(xué)儀器高度相同 的目標(biāo)上，并將光學(xué)儀器到水平方向的角度記錄下來，作為觀察方向誤差。 因此，所述校準(zhǔn)單元能夠與例如調(diào)平裝置聯(lián)合使用。根據(jù)另一個例子，將第一個面中的光學(xué)儀器的觀察方向誤差的測量值 與第二個面中的光學(xué)儀器的觀察方向誤差的測量值的平均值確定為觀察方 向誤差。因此，通過將光學(xué)儀器的觀察元件(諸如望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī))相繼 地移動到第一個面和第二個面中并獲得在這兩個面中的測量值的平均值作 為觀察方向誤差，能夠確定在例如確定的已知聚焦透鏡位置處的觀察方向 誤差。
根據(jù)另 一個例子，將所述機(jī)械軌道上的某個聚焦透鏡位置處的觀察方 向誤差的重復(fù)測量值的平均值確定為在所述機(jī)械軌道上的該聚焦透鏡位置 處的觀察方向誤差。因此，能夠?qū)y量誤差減小到最小。
根據(jù)另 一個例子，將所述機(jī)械軌道上的兩個不同的聚焦透鏡位置處的 觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均值確定為觀察方向誤差，其中，該觀察 方向誤差與所述機(jī)械軌道上的所述兩個不同的聚焦透鏡位置之間的某個中 間位置相關(guān)。因此，所述校準(zhǔn)單元也能夠用于例如視頻準(zhǔn)距儀中。
根據(jù)另一個例子，能夠提供對傾斜誤差的測量和補(bǔ)償，以便進(jìn)一步改 善處理和誤差校正。
下面通過例子來進(jìn)一步描述校準(zhǔn)誤差校正裝置100中的元件。應(yīng)該注
意，下面的描述只是例子而已，不應(yīng)該被解釋成用來限制本發(fā)明。
根據(jù)一個例子，校準(zhǔn)誤差校正裝置100與諸如全站儀、準(zhǔn)距儀、視頻 全站儀、經(jīng)綿儀(如WO 2005/059473 A2和PCT/EP2005/000228中所描述 的，其內(nèi)容通過引述納入這里)或調(diào)平裝置等光學(xué)儀器集成在一起。然而， 根據(jù)另一個例子，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置可以做成單獨(dú)的單元，或用于諸 如計(jì)算裝置等其它裝置中，與光學(xué)儀器相結(jié)合使用。通過有線或無線連接， 可以在校準(zhǔn)誤差校正裝置與光學(xué)儀器之間進(jìn)行近程或遠(yuǎn)程通信。所述通信 可以涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)。
所述校準(zhǔn)誤差校正裝置可以包括中央處理單元和用于存儲指令的存儲 器，以便基于所探測到的聚焦透鏡位置以及存儲器120中所保存的相關(guān)觀 察方向誤差來實(shí)現(xiàn)探測器110和指示器130的功能?；蛘?，所述校準(zhǔn)誤差 校正裝置至少部分地由硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，諸如由硬連線電路(hard wired
20circuits) 、 ASIC (Application Specific Integrated Circuit,專用集成電路)、 諸如馬達(dá)、傳感器等用來確定位置、焦點(diǎn)、距離等的裝置來實(shí)現(xiàn)。
在一個例子中，光學(xué)儀器150包括中央處理單元(CPU) 160,用于控 制光學(xué)儀器的操作，諸如聚焦控制、用以以確定距離和位置的目標(biāo)物體的 測量等。探測器110、指示器130、定位單元170以及校準(zhǔn)單元160的功能
如存儲器120)中所存儲的程序或程序元素的代碼序列來實(shí)現(xiàn)，其中，所 述程序或程序元素(program dement)中的編碼指令可以使中央處理單元 探測聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置、訪問存有觀察方向誤差的存儲器 120、指示實(shí)際觀察方向(如上所述)、定位聚焦透鏡、以及進(jìn)行光學(xué)儀器 的校準(zhǔn)操作。盡管圖1中所顯示的探測器IIO、指示器130、定位單元170 和校準(zhǔn)單元160完全包含在中央處理單元中，但這些部件可以有一些在中 央處理單元之外的元件，諸如與中央處理單元相連或可由中央處理單元進(jìn) 行訪問的傳感器、顯示器、執(zhí)行器等。
另外，由中央處理單元可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)儀器(諸如全站儀、準(zhǔn)距儀、視 頻全站儀、經(jīng)綿儀或調(diào)平裝置)的其它功能，盡管為了簡化在圖1中沒有 顯示出來。
探測器110可以用來探測由心軸所移動的聚焦透鏡的位置(心軸使聚 焦透鏡沿所述機(jī)械軌道移動)，比如，通過數(shù)出所述心軸相對于已知參考 位置的轉(zhuǎn)動圏數(shù)來探測。例如，所述探測器可以用來探測使所述心軸轉(zhuǎn)動 從而使聚焦透鏡移動的步進(jìn)馬達(dá)所發(fā)出的脈沖(或利用其它方法)以^更探 測所述心軸的轉(zhuǎn)動圏數(shù)?；蛘?，所述探測器可以包括傳感元件，用來通過 例如電學(xué)、機(jī)械或光學(xué)方法來探測聚焦透鏡的位置。
所述探測器優(yōu)選能夠產(chǎn)生出聚焦透鏡的實(shí)際位置的指示，使校準(zhǔn)誤差 校正裝置能夠參考存儲器120中所存儲的相應(yīng)的觀察方向誤差。
在一個例子中，存儲器120由EEPROM或任何其它存儲裝置構(gòu)成。 存儲器120中優(yōu)選存儲有與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個位置相關(guān)的 觀察方向誤差。所述觀察方向誤差由單一分量構(gòu)成或由多個分量構(gòu)成，比如，在多個空間方向或球坐標(biāo)中的每個空間方向或球坐標(biāo)上有一個分量。
例如，存儲器120可以以垂直方向上的角度和/或水平方向上的角度的形式 存儲與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的具體位置相關(guān)的實(shí)際觀察方向和已知 理論觀察方向之間的偏差，作為觀察方向誤差。
在一個例子中，指示器130包括顯示器，用來顯示實(shí)際觀察方向(即， 進(jìn)行了校正以消除實(shí)際觀察方向和理論觀察方向之間的任何偏差或誤差的 實(shí)際觀察方向)的至少一個值。所述指示器中的顯示部分可以用來顯示校 正了的實(shí)際觀察方向，從而可以確定目標(biāo)物體在球坐標(biāo)系中的位置，沒有 了與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置相關(guān)的校準(zhǔn)誤差。所述指示器可以 包括用來獲得表示校正了的實(shí)際觀察方向的值的相關(guān)元件，諸如，從已知 理論觀察方向以及觀察方向誤差中通過諸如從所述理論觀察方向中減去所 述觀察方向誤差來計(jì)算校正了的實(shí)際觀察方向的元件。
在一個例子中，指示器130是一個集成在光學(xué)儀器或光學(xué)儀器的外殼 上的單元，用來為操作光學(xué)儀器的用戶提供表示角度、空間位置等的數(shù)字 或才莫擬值的可一見指示。
此外，所述指示器可以包括一個顯示器(諸如數(shù)字值顯示器)。這種 顯示器的一個例子是TFT顯示器，或者任何其它類型的平面顯示器。在另 一個實(shí)施例中，所述指示器不包括顯示單元，但會將校正了的表示實(shí)際觀 察方向的值提供給外部設(shè)備，例如用于進(jìn)一步處理。例如，可以將這些值 提供給外部記錄單元進(jìn)行存儲，提供給傳輸單元以便傳輸給正在與本光學(xué) 儀器進(jìn)行通信的其它單元(諸如其它光學(xué)儀器、筆記本電腦等計(jì)算裝置、 或中央辦公部門等)。另外，可以將這些值傳輸給處理器，例如用來產(chǎn)生 地形、建筑等的校正地形圖或其它表示。也可以將這些值作為反饋傳輸給 制造環(huán)節(jié)，以便調(diào)節(jié)制造過程。
根據(jù)另一個例子，校準(zhǔn)誤差校正裝置100包括定位單元170，用來定 位聚焦透鏡以便聚焦到目標(biāo)上，并指示出聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位 置。所述定位單元可以包括用來將聚焦透鏡移動到聚焦透鏡的機(jī)械軌道上 的希望位置處的部件。例如，所述定位單元可以包括上述包含心軸和步進(jìn)
22馬達(dá)的配置，其中步進(jìn)馬達(dá)用來使所述心軸轉(zhuǎn)動以使j吏聚焦透鏡在所述機(jī) 械軌道上移動從而聚焦在目標(biāo)物體上。可以將所述步進(jìn)馬達(dá)的輸出(諸如 脈沖)傳送給聚焦透鏡位置探測器，以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所述的定位單元的透視圖，該定 位單元用來移動聚焦透鏡220或者調(diào)節(jié)聚焦透鏡在聚焦透鏡的光軸或望遠(yuǎn) 鏡或照相機(jī)151的光軸(虛線所示)上的位置。所述定位單元可以置于光 學(xué)儀器的箱體內(nèi)作為模塊單元，或者，在另一個實(shí)施例中，可以直接形成 在箱體中。
所述定位單元包括驅(qū)動部分(包含馬達(dá))、將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成平動的部分、 以及導(dǎo)軌部分，所有這些部分具有共同部件。這些部分自身就代表了本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例。
所述定位單元具有與所述箱體固定連接的框架60，所述定位單元的不 動部分固定在該框架上或者是該框架的一部分。所述定位單元包括馬達(dá) 61,更確切地說是電動馬達(dá)，該馬達(dá)通過耦合件62使有螺紋的心軸63作 為軸而轉(zhuǎn)動，這個有螺紋的心軸63的轉(zhuǎn)動由部件64轉(zhuǎn)化為直線移動，通 過部件64，有螺紋的心軸63就擴(kuò)展了，而部件64不會繞著有螺紋的心軸 63的縱軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，所述部件64具有內(nèi)螺紋89，該內(nèi)螺紋與有螺紋的心 軸63的螺紋70相嚙合。心軸63上的螺紋70與部件64的內(nèi)螺紋89分別 形成了心軸63和部件64的嚙合結(jié)構(gòu)與互補(bǔ)嚙合結(jié)構(gòu)，這兩個螺紋相互嚙 合，以將心軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為固定成不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的部件64的直線移動。通
這個要定位的元件可以是裝有聚焦透鏡37的透鏡固定架66。
通過透鏡固定架66的特殊導(dǎo)向部件可以只對聚焦透鏡37在其光軸上 的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中，透鏡固定架66通過第一導(dǎo)軌67和第二導(dǎo)軌68 可以沿著平^f于于所述光軸的方向移動，并且有螺紋的心軸63的縱軸也與所 述光軸平行。
所述驅(qū)動部分包括馬達(dá)61 (含有驅(qū)動桿69)、心軸63 (具有外螺紋 70形式的嚙合結(jié)構(gòu)，其螺距恒定)、耦合件62 (將有螺紋的心軸63的第一末端71與馬達(dá)61或與其驅(qū)動桿69彈性地耦合起來，該耦合相對于轉(zhuǎn)動 來說是剛性的)、以及支撐組件(將所述心軸彈性地支撐在框架60上)。 所述支撐組件包括軸承72和兩個彈性元件。軸承72由彈性O(shè)-環(huán)74和75 形式的兩個彈性元件固定在框架60上的軸承座73中，并將有螺紋的心軸 63的第二末端76套住。
有螺紋的心軸63的第一末端71通過耦合件62彈性地支撐在馬達(dá)61 的驅(qū)動桿69上，其第二末端76通過軸承72和彈性元件(即，O-環(huán)74和 75)被彈性地支撐，從而軸向和/或徑向的振動不會在馬達(dá)61和有螺紋的 心軸63之間或在有螺紋的心軸63和框架60之間自由地傳播。
然而，由于制造公差的緣故，聚焦透鏡220很可能不會沿著理想的軌 道移動，而會沿著與理想軌道有某種程度的偏離的上述機(jī)械軌道移動。
在一個例子中，所述指示器單元基于所述定位單元所給出的位置信號 來找出與聚焦透鏡的位置相關(guān)的觀察方向誤差，并根據(jù)所找出的觀察方向 誤差指定表示實(shí)際觀察方向的至少一個值。
所述定位單元可以設(shè)置為從例如用戶調(diào)控的底座接收指示聚焦透鏡希 望位置的指令值，從而將光學(xué)儀器手動聚焦在目標(biāo)物體上。
根據(jù)另一個例子，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置包括用于自動聚焦到目標(biāo)物 體上的部件，并且包括用來確定目標(biāo)物體到光學(xué)儀器的距離的距離確定單 元，所述定位單元可以基于所確定的距離設(shè)置聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上 的位置從而聚焦到目標(biāo)物體上，所述指示器單元用來找出與目標(biāo)距離相關(guān) 的觀察方向誤差，并指定表示實(shí)際觀察方向的至少一個值。
下面參考圖2來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖2顯示了本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的與校準(zhǔn)誤差校正裝置一起使 用的光學(xué)儀器的元件，具體說，顯示了光學(xué)儀器中的聚焦透鏡的機(jī)械軌道 的例子，透鏡處不同的聚焦位置，還顯示了相關(guān)的觀察方向。
圖2顯示了光學(xué)儀器(諸如圖1所描述的光學(xué)儀器150)的像平面210。 此外，圖2顯示了透鏡230,連同像平面210,概括了用來確定物體相對于 光學(xué)儀器的位置的所述光學(xué)儀器中的望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)。此外，圖2顯示了在三個示范性位置Pl、 P2和P3處的聚焦透鏡220。由探測器110來探測 聚焦透鏡220的位置，并輸出用來指示所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的 位置的相應(yīng)信號。參考數(shù)字270指示了用來調(diào)節(jié)所述聚焦透鏡的位置的定 位單元，如上所述。
所述聚焦透鏡從所述第一聚焦位置Pl經(jīng)所述第二聚焦位置P2和所述 第三聚焦位置P3移動時所沿的機(jī)械軌道由260指示，這條機(jī)械軌道夸張 地顯示了所述聚焦透鏡的實(shí)際軌道對所述聚焦透鏡的希望軌道的示例性偏 離。圖2中，所述聚焦透鏡的希望軌道沿著例如完全水平的軌道，所述聚 焦透鏡的中心部分在穿過所述像平面的中心部分以及所述透鏡230的中心 部分的直線上。
盡管圖2所示的聚焦透鏡的機(jī)械軌道260是彎曲而傾斜的，但在其它 例子中，所述聚焦透鏡所沿的機(jī)械軌道或許是筆直但傾斜的，例如，是一 條相對于圖2中的水平方向傾斜的直線。此外，盡管圖2所示的聚焦透鏡 總是處于直立的位置，但所述聚焦透鏡在所述軌道上也可能偏離所述直立 位置，即，在沿著所述機(jī)械軌道移動時發(fā)生不同程度的傾斜。
圖2進(jìn)一步顯示了理論觀察方向250的例子，圖中，所述理論觀察方 向由穿過所述像平面和所述透鏡230的中心部分的直線來定義。然而，這 只是一個例子，在其它實(shí)施例中，所述理論觀察方向可以由穿過所述像平 面(諸如所述# 平面的中心部分)的直線來定義并且所述聚焦透鏡^^置于 希望的聚焦位置(諸如無窮遠(yuǎn)聚焦位置)處，或者，在光學(xué)儀器制造時近 似設(shè)置。
根據(jù)一個例子，所述#>平面包括第一線段(例如，垂直線段)和第二 線段(例如，水平線段)，這兩條線段在所述像平面中彼此交叉，所述實(shí) 際觀察方向由通過所述交叉點(diǎn)和所述聚焦透鏡的視線來定義。因此，所述 光學(xué)儀器的用戶通過將所述交叉點(diǎn)與經(jīng)聚焦透鏡所觀察到的物體會聚起來 能夠方便地確定實(shí)際觀察方向。
一般地，可以根據(jù)光學(xué)儀器的初始設(shè)置來調(diào)節(jié)理論觀察方向，使得實(shí) 際觀察方向的近似或在聚焦透鏡的某個位置處的實(shí)際觀察方向與垂直度盤和水平度盤上的角度為零的指示或光學(xué)儀器相應(yīng)的數(shù)字指示相對應(yīng)。例如， 在光學(xué)儀器的初始校準(zhǔn)期間，可以將所述聚焦透鏡移動到預(yù)定的聚焦位置 上，并且在將視線或光學(xué)儀器的實(shí)際觀察方向投到目標(biāo)物體上時將水平度 盤和垂直度盤調(diào)節(jié)到"零"或初始位置。
然而，也可以在將光學(xué)儀器的各個部件裝配起來時確定理論觀察方向， 并通過光學(xué)儀器元件的制造公差或安裝公差來確定理論觀察方向和實(shí)際觀 察方向之間的偏差。
圖2進(jìn)一步顯示了由251所指示的假設(shè)與聚焦透鏡220的第一位置Pl 相關(guān)的第一實(shí)際》見察方向。作為另一個例子，圖2中顯示了與聚焦透鏡220 的第二位置P2相關(guān)的第二實(shí)際觀察方向。
與所述聚焦透鏡的第一 (Pl)和第二 (P2)位置相關(guān)的各個實(shí)際觀察 方向和理論觀察方向250之間的偏差構(gòu)成了與所述聚焦透鏡的第一 (Pl) 和第二 (P2)位置相關(guān)的由例如角度指示的觀察方向誤差。
應(yīng)該注意，實(shí)際觀察方向和理論觀察方向之間的偏差可能與聚焦透鏡 的位置和聚焦透鏡的希望或理想軌道間的偏差一致，也可能與聚焦透鏡的 偏差方向相反。在聚焦透鏡為凹透鏡的情形中(諸如在準(zhǔn)距儀或視頻準(zhǔn)距 儀中)，實(shí)際觀察方向的偏差與聚焦透鏡偏離理想軌道的偏差相反，而在 聚焦透鏡為凸透鏡的情形中(諸如在調(diào)平裝置中)，實(shí)際觀察方向的偏差 與聚焦透鏡偏離理想軌道的偏差方向一致。然而，當(dāng)確定了聚焦透鏡具體 位置處的實(shí)際觀察方向誤差(即，聚焦透鏡偏離希望軌道或理想軌道的結(jié) 果)時，與光學(xué)配置(或聚焦透鏡)的類型相關(guān)的實(shí)際觀察方向的偏差特 性就不是基本的了 。
下面參考圖3來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的與校準(zhǔn)誤差校正裝 置一起使用的光學(xué)儀器的另一個實(shí)施例。
圖3顯示了圖2中的光學(xué)配置的前視圖，用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理。
圖3顯示了^象平面210、光學(xué)儀器的透鏡230、以及聚焦透鏡220。圖 3顯示了聚焦透鏡220從理想位置的偏離，其中，聚焦透鏡的理想位置由220所指的虛線來表示。此外，圖3顯示了兩條任意正交線段(諸如水平 線段和垂直線段)的交叉，其中，這兩條線段在像平面內(nèi)彼此交叉，由301 指示。通過諸如在半透明像平面上標(biāo)出黑色線段，可以將所述線段的交叉 集成在所述^^平面內(nèi)，并利用其將光學(xué)儀器指向目標(biāo)物體，如本領(lǐng)域中所 已知的那樣。
在圖3所示的例子中，假設(shè)理論觀察方向由像平面中的一點(diǎn)(優(yōu)選是 像平面或圖像傳感器的中心部分處的或其附近的一點(diǎn))和透鏡230的中心 部分的連線來定義，如圖2中那樣。
如果在實(shí)際中聚焦透鏡被定位在虛線220所指示的理想的中心位置 處，那么，本例中的理論觀察方向就會穿過在理想的中心位置處的聚焦透 鏡的中心部分，并且會與實(shí)際觀察方向一致。然而，由于聚焦透鏡的機(jī)械 軌道對聚焦透鏡的理想軌道的偏離(即，沿著所述理論觀察方向)，聚焦 透鏡的希望位置與聚焦透鏡的實(shí)際位置之間會產(chǎn)生偏差，這個偏差包括垂 直分量和水平分量，由圖3中的D1和D2指示。
這個偏差的結(jié)果是，實(shí)際觀察方向(圖3中未顯示)也偏離了理想取 向(即，理論觀察方向)，而這個偏差就構(gòu)成了觀察方向誤差。圖3的例 子中所顯示的觀察方向誤差可以包括兩個分量， 一個分量由實(shí)際觀察方向 在水平方向上偏離理論觀察方向的偏差構(gòu)成，另一個分量由實(shí)際觀察方向
在垂直方向上偏離理論觀察方向的偏差構(gòu)成。如果觀察方向誤差以球坐標(biāo) 系中的角度來記錄，那么觀察方向誤差包括兩個角度分量，這兩個角度分 量表明了實(shí)際觀察方向與理論觀察方向之間在彼此垂直的兩個方向上(諸 如沿著垂直線段和水平線段301)的角度偏差。
在視頻準(zhǔn)距儀中，所述像平面可以由傳感器元件的二維陣列構(gòu)成。傳 感器元件的二維陣列能夠產(chǎn)生圖像信息，其中〗象素數(shù)一般與所述陣列的元 件數(shù)目相對應(yīng)。例如，具有1000 x 1000個傳感器元件的傳感器陣列能夠產(chǎn) 生具有106個圖像像素的數(shù)字圖像。在視頻準(zhǔn)距儀中，實(shí)際觀察方向可以 由從傳感器元件二維陣列上的一點(diǎn)或一個元件(例如，在所述陣列的中心 或中心附近)穿過聚焦透鏡的視線來定義。此外，在調(diào)平裝置中，觀察方向誤差只包含一個分量，諸如垂直平面 內(nèi)實(shí)際觀察方向偏離理論觀察方向的角度或高度讀數(shù)。
下面將參考圖4來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖4顯示了配備有校準(zhǔn)誤差校正裝置(諸如在前面的實(shí)施例中所描述 的)的光學(xué)儀器在正常操作期間的校準(zhǔn)誤差校正方法的操作。與前面所述 實(shí)施例中的校準(zhǔn)誤差校正裝置一起使用和/或者集成了這些校準(zhǔn)誤差校正 裝置的光學(xué)儀器由準(zhǔn)距儀、視頻準(zhǔn)距儀、調(diào)平裝置、或用于確定物體相對 于該光學(xué)儀器的位置的任何其它光學(xué)儀器構(gòu)成。所述光學(xué)儀器優(yōu)選是基于 預(yù)先進(jìn)行的與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的各個位置相關(guān)的觀察方向誤差 的測量(如后面的實(shí)施例中所描述的或者由任何其它技術(shù)所獲得的)來構(gòu) 建。
在位置測量過程(用于測量目標(biāo)物體相對于與例如前面實(shí)施例所述的 校準(zhǔn)誤差校正裝置一起使用的光學(xué)儀器的位置)開始之后的第一操作401 中，將光學(xué)設(shè)備(諸如光學(xué)儀器中的望遠(yuǎn)鏡和/或照相機(jī))指向目標(biāo)物體。 在操作401中將所述光學(xué)設(shè)備指向目標(biāo)的步驟優(yōu)選包括調(diào)節(jié)所述光學(xué)設(shè) 備，使得目標(biāo)物體與像平面上的指示(諸如圖3所示的垂直線段和水平線 段的交叉點(diǎn))對齊。通過將所述光學(xué)設(shè)備指向所述目標(biāo)，實(shí)際觀察方向被 調(diào)節(jié)以指向所述目標(biāo)物體。
在隨后的操作402中，例如，如前面實(shí)施例所述的那樣手動或自動地 使聚焦透鏡沿著所述機(jī)械軌道移動從而聚焦在目標(biāo)物體上?？梢灾貜?fù)地進(jìn) 行操作401和402，以在調(diào)焦的同時最終使所述望遠(yuǎn)鏡指向所述目標(biāo)。
在操作403中，在通過操作401和402將所述光學(xué)儀器聚焦在目標(biāo)上 之后，探測聚焦透鏡的位置(即，聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置)， 例如，如在前面的實(shí)施例中所述的。
隨后，通過例如讀取水平度盤和/或垂直度盤上的相應(yīng)角度指示或所述 光學(xué)儀器所提供的相應(yīng)信號來確定表示實(shí)際觀察方向的值，并且基于理論 觀察方向以及與事先探測到的聚焦透鏡的位置相關(guān)的觀察方向誤差來獲得 表示實(shí)際觀察方向的值。如前面所述，這可以包括從存儲器(例如，結(jié)合圖1描述的存儲器120)中搜尋與探測到的聚焦透鏡的位置相關(guān)的觀察方 向誤差，并且適當(dāng)?shù)貙λ鲇^察方向誤差和事先調(diào)節(jié)好的已知理論觀察方 向(例如，如前面實(shí)施例中所述的)進(jìn)4亍處理。例如，可以從所述理論7見 察方向中減去所述觀察方向誤差以便獲得表示實(shí)際觀察方向的值(即，牧 正了的觀察方向)。在正常操作期間，由于假設(shè)通過定義理論觀察方向并 基于此調(diào)節(jié)水平度盤和垂直度盤或其它指示角度或位置的裝置的初始(或 "0")設(shè)置從而對所述儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)或初始調(diào)節(jié)，因此，在正常操作期 間，所述儀器基于理論觀察方向(然而，理論觀察方向只是實(shí)際觀察方向 的一個近似)提供位置測量。
通過^MJ見察方向的實(shí)際測量(即，理論觀察方向)中減去(或以其它 方式去掉)觀察方向誤差，能夠獲得表示實(shí)際觀察方向的校正了的值。換 言之，從光學(xué)儀器的實(shí)際測量(即，理論觀察方向，諸如水平度盤和垂直 度盤上的角度值或相應(yīng)數(shù)字指示)中去掉事先確定的與聚焦透鏡的當(dāng)前位 置相關(guān)的觀察方向誤差。
應(yīng)該注意，可以不顯示(或以其它方式向用戶指示)表示理論觀察方 向或目標(biāo)物體實(shí)測位置的值，而是只顯示表示實(shí)際觀察方向或目標(biāo)物體位 置的校正了的值。
在操作405中，將表示實(shí)際觀察方向(即，校正了的理論觀察方向) 的值顯示出來或以其它方式提供給用戶(或其它儀器)。
準(zhǔn)距儀或視頻準(zhǔn)距儀的顯示值可以包括兩個角度分量，用來指定目標(biāo) 物體相對于所述裝置的球坐標(biāo)。在調(diào)平裝置中，指示實(shí)際觀察方向的顯示 值可以包括一個角度值，該值指示了物體位置在垂直方向上的偏差。
操作405之后還可以有其它操作、測量、或表示目標(biāo)位置的值的計(jì)算 等，然而，沒有對這些步驟進(jìn)行進(jìn)一步描述。
根據(jù)本實(shí)施例，由于預(yù)先存儲有與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的具體 選定位置相關(guān)的觀察方向誤差并且用戶可以隨時使用這些觀察方向誤差， 所以，能夠直接提供實(shí)際觀察方向的校正了的指示值，從而提高了光學(xué)儀 器的精度并改善了光學(xué)儀器的操作。下面將參考圖5來描述本發(fā)明的其它實(shí)施例。
圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的光學(xué)儀器的校準(zhǔn)誤差校 正方法的操作，特別說明了用于確定表示實(shí)際觀察方向的校正了的值的操 作。
在第一操作501和第二操作502中，將光學(xué)儀器(例如，望遠(yuǎn)鏡或照 相機(jī))指向目標(biāo)物體，并使聚焦透鏡沿著所述機(jī)械軌道移動從而聚焦到所 述物體上，如在操作401和402中所概述的那樣。在操作503中，探測聚 焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置，如在操作403中那樣。
在操作504中，通過例如從存儲器中搜尋與聚焦透鏡的位置相關(guān)的一 個或兩個光學(xué)觀察方向誤差成分，從而搜尋與聚焦透鏡的位置相關(guān)的觀察 方向誤差。
在操作505中，從測得的理論觀察方向中去掉所獲得的觀察方向誤差， 從而得到表示校正了的實(shí)際觀察方向的值。例如，從理論觀察方向的實(shí)際 測量值中減去所述觀察方向誤差?？梢砸粋€分量接一個分量地減去或以其 它方式去掉所述觀察方向誤差，諸如，從目標(biāo)物體的理論觀察方向的兩個 成分中減去觀察方向誤差的兩個成分。
注意，重要的是，在基于理論觀察方向(即，基于初始確定理論觀察 方向并使該理論觀察方向與儀器的參考設(shè)置相關(guān)聯(lián)時所用的同樣的設(shè)置) 校準(zhǔn)儀器時確定觀察方向誤差，其中，所述理論觀察方向在以后的實(shí)際測
量時要^f吏用。例如，通過將聚焦透鏡^:置到確定位置可以確定理論觀察方 向，這樣確定的觀察方向與儀器的"o"或初始設(shè)置相關(guān)聯(lián)，并且這種關(guān)聯(lián) 一直保留，可用于測量不同聚焦透鏡位置處的觀察方向誤差以及用于實(shí)際 位置測量。
在操作506中，顯示或用其它方式給出表示實(shí)際觀察方向的值，如在 操作406中那樣。
下面將參考圖6來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖6顯示了與本發(fā)明的另一個實(shí)施例所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置一起使 用的光學(xué)儀器的校準(zhǔn)方法的要素。在制造光學(xué)儀器或進(jìn)行維修時，在初始校準(zhǔn)期間，能夠方便地將與聚 焦透鏡在所述才幾械軌道上的具體位置相關(guān)的觀察方向誤差記錄下來。為了 獲得與某個位置相關(guān)的觀察方向誤差，可以調(diào)節(jié)光學(xué)儀器，使之聚焦到相 對于光學(xué)儀器而言的某個已知位置處的已知目標(biāo)物體上，視線(即，實(shí)際 觀察方向，也即，指向相對于光學(xué)儀器而言的所述已知位置處的目標(biāo)物體 的已知方向)與理論觀察方向(例如，儀器的垂直度盤和水平度盤上所指
示的理論XSL察方向的指示值，以瓦基于相對于裝置而言的已知位置處的目 標(biāo)物體所給出的希望的已知角度)之間的偏差構(gòu)成了與目標(biāo)物體的這個具 體已知位置相關(guān)的觀察方向誤差。因此，進(jìn)行了這個第一測量后，獲得了 與第一位置相關(guān)的第一觀察方向誤差。隨后，修正目標(biāo)物體相對于光學(xué)儀 器的距離，從而通過相應(yīng)的測量獲得聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的第二位 置處的第二觀察方向誤差。
通過這個過程，能夠確定與聚焦透鏡的多個位置相關(guān)的多個觀察方向 誤差，以便在裝置的隨后的操作中校正觀察誤差。除了上述測量觀察方向 誤差的步驟外，也可以通過在光學(xué)儀器中的望遠(yuǎn)鏡的兩個面內(nèi)測量目標(biāo)物 體相對于光學(xué)儀器的位置來獲得觀察方向誤差，如下面所述。
應(yīng)該注意，用來獲得觀察方向誤差的技術(shù)可以是各式各樣的，只要觀 察方向誤差正確地指定了實(shí)際觀察方向與理論觀察方向的偏差(即指示了 目標(biāo)物體相對于光學(xué)儀器而言的已知位置和該物體相對于光學(xué)儀器而言的 指示位置之間的偏差)即可。
圖6具體地概述了通過記錄在聚焦透鏡的多個位置處的觀察方向誤差 來校準(zhǔn)裝置的操作。
集成了校準(zhǔn)誤差校正裝置或與校準(zhǔn)誤差校正裝置一起使用的光學(xué)儀器 的校準(zhǔn)始于操作601，該操作包括將聚焦透鏡設(shè)置到初始位置X-XO。通過 使物鏡聚焦在距離和方向(即相對于光學(xué)儀器而言的位置)已知的目標(biāo)上， 可以將聚焦透鏡^L置到所述初始位置上。
隨后，在操作602中，測量在位置X0處的觀察方向誤差。該觀察方 向誤差的測量可以如前面的實(shí)施例中所描述的那樣來完成。在操作603中，將與當(dāng)前聚焦透鏡位置XO相關(guān)的觀察方向誤差存儲 在諸如圖1中的存儲器120中。
在操作604中，通過諸如前述的驅(qū)動馬達(dá)和心軸，使聚焦透鏡前移到 位置X-X+1處。本例中的"1"表示聚焦透鏡前移的單位距離。
在操作605中，判斷是否到達(dá)了預(yù)定的終點(diǎn)位置。所述終點(diǎn)位置可以 是例如用于無窮遠(yuǎn)聚焦的位置或者用于最近聚焦的位置。或者，所述終點(diǎn) 位置可以由機(jī)械約束(即所述聚焦透鏡的機(jī)械軌道的終點(diǎn))來確定。
如果在操作605中判斷為沒有達(dá)到所述終點(diǎn)位置，那么，基于位置X+l 重復(fù)前述操作602到604。重復(fù)操作602到605這個循環(huán)，直到達(dá)到了聚 焦透鏡的終點(diǎn)位置為止，即直到在操作605中判斷結(jié)果為"是，，為止，在 這種情形中，校準(zhǔn)或者說對觀察方向誤差的記錄就完成了。
在實(shí)際應(yīng)用中，記錄下來聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個可能位置 處的觀察方向誤差，然而，這些位置的數(shù)目卻不能無限地增加。用于存儲 觀察方向誤差的存儲器120的容量和/或用于記錄不同位置處的觀察方向誤 差的工作量限制了位置數(shù)目的增加。
為了能夠利用有限數(shù)目的觀察方向誤差(與相應(yīng)數(shù)目的不同的聚焦透 鏡位置相關(guān))來工作，另一個例子中的指示器單元用來基于兩個觀察方向 誤差之間的插值來指定實(shí)際觀察方向，例如，如果聚焦透鏡在所述機(jī)械軌 道上的當(dāng)前位置與存儲的觀察方向誤差沒有關(guān)聯(lián)的話。優(yōu)選使用兩個觀察 方向誤差之間的線性插值，然而，其它類型的插值也是可行的。
例如，如果判斷為聚焦透鏡的某個當(dāng)前位置不與某個觀察方向誤差有 關(guān)聯(lián)，那么。所述指示器單元可以搜尋兩個相鄰的觀察方向誤差，并基于 探測到的當(dāng)前位置以及與所勤目鄰的觀察方向誤差相關(guān)的位置來對這兩個 誤差值進(jìn)行插值。
如上所述，能夠確定聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的各個位置處的觀察 方向誤差并將其存儲在存儲器120中。為了提高獲得觀察方向誤差的速度， 校準(zhǔn)誤差校正裝置可以包括一個校準(zhǔn)單元來自動將聚焦透鏡移動到所述機(jī) 械軌道上的多個位置中的每個位置上，并確定每個位置處的觀察方向誤差。例如，可以設(shè)計(jì)一種控制，以便自動地使光學(xué)儀器聚焦在相對于該光 學(xué)儀器而言的某個已知位置處的物體上，并確定該位置處的觀察誤差，即 實(shí)際觀察方向和理論觀察方向之間的偏差，換言之，即光學(xué)儀器所測量到 的位置與物體的已知位置之間的不同。然后，本例中的校準(zhǔn)單元自動地將 光學(xué)儀器和/或所述目標(biāo)物體移動以形成另 一種彼此的距離關(guān)系，以便將聚 焦透鏡移動到所述機(jī)械軌道上的另一個位置處。再次測量觀察方向誤差， 并且對于光學(xué)儀器和所述目標(biāo)物體之間的其它距離關(guān)系可以重復(fù)進(jìn)行這個 過程。
所述校準(zhǔn)單元可以包括一個軌道配置，用以安裝所述目標(biāo)物體和所述 光學(xué)儀器并用來一步一步地將所述光學(xué)儀器和/或目標(biāo)物體移動到多個不 同的彼此的距離關(guān)系中。此外，在一個例子中，所述校準(zhǔn)單元包括一個命 令單元，用來使光學(xué)儀器聚焦到處于新距離上的目標(biāo)物體上，并在這種情 形中開始測量觀察方向誤差。
可以提供驅(qū)動馬達(dá)配置，用于使目標(biāo)物體和/或光學(xué)儀器沿著所述軌道 移動到若干不同的彼此的距離關(guān)系中。從最小距離到對應(yīng)或近似于無限遠(yuǎn) 距離的最大距離，移動所述裝置和/或目標(biāo)物體的步幅可以是等距的。
或者，移動間隔可以按對數(shù)關(guān)系來選，較大的距離對應(yīng)著較大的間隔。
如上所述，所述光學(xué)儀器可以由調(diào)平裝置構(gòu)成，并且在這種情形中， 所述校準(zhǔn)單元通過例如設(shè)置用于調(diào)節(jié)光學(xué)儀器的執(zhí)行器或步進(jìn)馬達(dá)可以將 視線或?qū)嶋H觀察方向調(diào)節(jié)到與光學(xué)儀器等高的目標(biāo)上，并將光學(xué)儀器到水 平方向的高度讀數(shù)記錄下來，作為與不同距離相關(guān)的觀察方向誤差。
此外，如上所述，校準(zhǔn)誤差校正裝置可以由準(zhǔn)距儀或視頻準(zhǔn)距儀構(gòu)成， 在這種情形中，所述校準(zhǔn)單元可以將觀察方向誤差確定為第一個面內(nèi)的光 學(xué)儀器觀察方向誤差的測量值和第二個面內(nèi)的光學(xué)儀器觀察方向誤差的測 量值的平均值。這里，所述光學(xué)儀器的"面"是指底座單元中指向目標(biāo)的
望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)的第一位置，而所述第二個面是指繞著垂直軸轉(zhuǎn)動了 180 。的望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)以及該望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)繞著水平軸的轉(zhuǎn)動，這個轉(zhuǎn)動 覆蓋了 360°減去為在所述第一個面中的測量所設(shè)置的垂直角，如果假設(shè)O。角為天頂方向的話。
此外，為了提高觀察方向誤差的確定精度，所述校準(zhǔn)單元可以將與聚 焦透鏡的位置相關(guān)的觀察方向誤差確定為在聚焦透鏡的某個具體位置處的 觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均值。
在視頻準(zhǔn)距儀的情形中，所述校準(zhǔn)單元可以將觀察方向誤差確定為聚 焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的兩個不同位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測量值 的平均值，其中，該觀察方向誤差與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的所述兩 個不同位置之間的中間位置相關(guān)。
根據(jù)另一個例子，所述校準(zhǔn)誤差校正裝置包括一個單元，用來測量并
補(bǔ)償光學(xué)儀器相對于垂直方向的傾斜誤差，以^ii一步改進(jìn)測量。更確切 地說，所述傾斜誤差為所述儀器的垂直軸(望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī)，即實(shí)際觀察 方向，繞著該軸轉(zhuǎn)動)與例如垂直方向之間的偏差或夾角。注意，可以i人 為所述傾斜誤差與聚焦透鏡的位置無關(guān)，所以，例如在搭建所述光學(xué)儀器 以備定位使用時，可以對其進(jìn)行補(bǔ)償，而與聚焦透鏡的實(shí)際位置無關(guān)。
因此，上述實(shí)施例能夠方便地記錄與聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的不 同位置相關(guān)的觀察方向誤差，以便之后在所述裝置的正常操作期間使用。
下面將參考圖7來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖7顯示了校準(zhǔn)誤差校正方法的操作，特別側(cè)重在包含或構(gòu)成調(diào)平裝 置的光學(xué)儀器的觀察方向角度的校準(zhǔn)和記錄上。本領(lǐng)域內(nèi)所熟知的調(diào)平裝 置是一種用來測量目標(biāo)物體在垂直方向上相對于所述該調(diào)平裝置的位置以 便例如判斷所述調(diào)平裝置與所述目標(biāo)是否在同一高度上的裝置。所以，觀 察方向誤差只包括單個分量，該分量指示了垂直方向上的誤差。
在操作701中，將聚焦透鏡設(shè)置在已知的位置上，例如，設(shè)置在測量 觀察方向誤差所要求的初始位置上。
在操作702中，使其光學(xué)配置指向與光學(xué)儀器等高的目標(biāo)物體上。
在操作703中，將視線(即，實(shí)際觀察方向)到預(yù)定理論觀察方向的 角度(與聚焦透鏡的當(dāng)前位置相關(guān))記錄下來，作為觀察方向誤差。如前 面的實(shí)施例中所描述的那樣存儲所述觀察方向誤差。在操作704中，使聚焦透鏡在所#械軌道上前移到下一個位置上， 并重復(fù)操作701-703，從而獲得聚焦透鏡在其它位置處的觀察方向誤差。重 復(fù)這些操作，直到聚焦透鏡到達(dá)終點(diǎn)位置。
在操作705中，判斷是否到達(dá)了預(yù)定的終點(diǎn)位置，如例如操作605中 所描述的那樣。如果在操作705中判斷為沒有到達(dá)所述終點(diǎn)位置，那么， 基于下一個位置重復(fù)進(jìn)行前面的操作702到704。重復(fù)操作702-705這個循 環(huán)，直到到達(dá)了聚焦透鏡的終點(diǎn)位置為止，即直到在操作705中判斷結(jié)果 為"是"為止。
因此，圖7中的實(shí)施例實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于前面的實(shí)施例簡化為一維觀察方 向誤差時的情形。
下面將參考圖8來描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。
圖8顯示了校準(zhǔn)誤差校正方法的操作，特別側(cè)重于記錄在不同的聚焦 透鏡位置處的觀察方向誤差上。在圖8所示的實(shí)施例中，光學(xué)儀器由準(zhǔn)距 儀構(gòu)成，其中該準(zhǔn)距儀能夠移動到不同的面中，即，該準(zhǔn)距儀允許光學(xué)配 置(諸如準(zhǔn)距儀中的望遠(yuǎn)鏡或照相機(jī))繞著水平軸作至少180。的轉(zhuǎn)動。
在第一操作801中，將聚焦透鏡設(shè)置到已知位置處，如前所述。在操 作802中，使準(zhǔn)距儀中的望遠(yuǎn)鏡在第一望遠(yuǎn)鏡面中指向目標(biāo)物體，即，將 實(shí)際觀察方向調(diào)節(jié)到目標(biāo)上。
在操作803中，在諸如球坐標(biāo)系中測量第一組觀察方向到理論方向或 參考方向的角度。
在操作804中，^使準(zhǔn)距儀中的光學(xué)配置繞著水平軸傾斜180° ，并將
其移入第二個面中，即，繞著水平軸作180°轉(zhuǎn)動之后，所述光學(xué)配置繞
著垂直軸轉(zhuǎn)動，以再次瞄準(zhǔn)所述物體。
在操作805中，測量第二組觀察方向到理論觀察方向的角度。 在操作806中，通過平均操作來處理所述第一組和第二組觀察方向角
度以確定平均值，并將其存儲起來，作為與當(dāng)前的聚焦透鏡位置相關(guān)的觀
察方向誤差。
在操作807中，使聚焦透鏡沿著所述機(jī)械軌道前移到下一個位置，并重復(fù)操作802-807,直到聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上到達(dá)終點(diǎn)位置為止。
圖8中的實(shí)施例說明了通過在透鏡面內(nèi)聚焦到已知距離處的目標(biāo)上并 基于所述兩次測量計(jì)算觀察方向誤差從而將觀察方向誤差記錄下來。因此， 不用復(fù)雜的機(jī)械配置和調(diào)節(jié)就可以記錄或更新觀察方向誤差，只需要一個 與聚焦透鏡位置相關(guān)的已知距離處的目標(biāo)物體即可。
根據(jù)另一個實(shí)施例，可以提供一個程序，該程序所包括的指令能夠使 誤差校正裝置中的數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行上述操作的組合。所述程序或其組成部 分可以存儲在所述校正裝置的存儲器(諸如存儲器120)中，并且可以由 處理器提取出來以便執(zhí)行。此外，可以提供存儲有所述程序的計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)。所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是實(shí)體(諸如盤或其它數(shù)據(jù)載體)，也可 以由適合于電子傳輸?shù)男盘枠?gòu)成。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括所述計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例所述的光學(xué)儀器中的校準(zhǔn)誤差 校正裝置的部件。
圖IO示意地顯示了上述實(shí)施例所描述的光學(xué)儀器的部件。圖10顯示 了所述校準(zhǔn)誤差校正裝置100，它包括探測器110，該探測器部分地可由 CPU 180以及由用來探測聚焦透鏡220位置(諸如通過直接確定聚焦透鏡 的位置或通過計(jì)數(shù)步進(jìn)馬達(dá)的脈沖等來探測)的傳感器111來實(shí)現(xiàn)。
此外，圖10顯示了定位單元，該單元部分地由CPU 180來實(shí)現(xiàn)，如 上所述，部分地由機(jī)械配置171 (包括用來使聚焦透鏡220在所述機(jī)械軌 道上移動的馬達(dá))來實(shí)現(xiàn)。此外，圖10顯示了指示器單元130，該單元部 分地由CPU 180來實(shí)現(xiàn)，如上所述，部分地由指示器單元131 (諸如用來 顯示指示觀察方向的值的顯示器)來實(shí)現(xiàn)。
此外，圖10顯示了距離測量單元180，用來測量光學(xué)儀器到目標(biāo)的距 離，并用來將相應(yīng)的測量值提供給CPU 180。例如，距離測量單元180包 括本領(lǐng)域中所已知的紅外或激光距離測量裝置。
本例中的距離確定單元提供表示目標(biāo)物體到光學(xué)儀器的距離的距離測 量值，并將該距離值提供給所述定位單元。所述定位單元反過來基于所述
36距離信號來確定并設(shè)置聚焦透鏡的所需要的位置，從而將光學(xué)儀器聚焦在 所述目標(biāo)物體上。然后所述探測單元利用所述距離確定單元所提供的距離 值和/或所述定位單元所提供的位置來直接確定與所述位置相關(guān)的觀察方
向誤差或?qū)⑺鵬^巨離值轉(zhuǎn)換為用來獲取相關(guān)觀察方向誤差的位置信號?；?br> 者，可以直接使用所iiif巨離確定單元所提供的距離值來從所述存儲器中獲
取與所述距離值相關(guān)地存儲的觀察方向誤差。
由于光學(xué)儀器中聚焦透鏡在所述聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的位置是目標(biāo)
物體距離的函數(shù)，所以，既可以使用表示聚焦透鏡位置的值也可以使用所
述距離值來存儲并隨后獲取用于校正實(shí)際觀察方向的觀察方向誤差。
根據(jù)另一個實(shí)施例，能夠提供一種程序，該程序所包含的指令能夠使
數(shù)據(jù)處理部件執(zhí)行一種具有各所述實(shí)施例特征的方法。
根據(jù)另一個例子，可以提供一種存儲有所述程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。 根據(jù)另一個實(shí)施例，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。 根據(jù)另 一個實(shí)施例，提供一種所述包含校準(zhǔn)誤差校正裝置的光學(xué)儀器。 根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種光學(xué)儀器，該光學(xué)儀器被依據(jù)所述實(shí)施
例中的所述方法步驟校準(zhǔn)。
3權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)儀器的校準(zhǔn)誤差校正裝置，包括探測器，用來探測光學(xué)儀器的聚焦透鏡在該聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的位置，其中，穿過所述光學(xué)儀器的像平面以及當(dāng)前位置處的所述聚焦透鏡的視線定義了實(shí)際觀察方向；存儲器，用來存儲觀察方向誤差，該觀察方向誤差指定了已知理論觀察方向和與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位置相關(guān)的所述實(shí)際觀察方向之間的偏差；以及指示器，用來指示至少一個值，該至少一個值表示基于所述理論觀察方向和所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位置中的每個位置處的所述觀察方向誤差而得到的所述實(shí)際觀察方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置，其中，所述觀察方向誤 差由所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向之間的差來定義，并且其中， 所述指示器設(shè)置為通過從所述理論觀察方向中減去所述觀察方向誤差來指 定所述實(shí)際》見察方向。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝 置，其中，每個所述觀察方向誤差都包括第一分量，該第一分量指示了所 述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在第一個平面中的偏差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 其中，每個所述》見察方向誤差都包括第二分量，該第二分量指示了所述理 論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在第二個平面中的偏差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 其中，所述像平面包括在該像平面內(nèi)彼此交叉的相互正交的笫一和第二線 段，并且其中，所述實(shí)際觀察方向由穿過所述交叉點(diǎn)和所述聚焦透鏡的視 線來定義。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 其中，所述像平面由傳感器元件的二維陣列構(gòu)成，并且其中所述實(shí)際觀察方向由穿過所述傳感器元件的二維陣列上的一點(diǎn)并穿過所述聚焦透鏡的視 線來定義。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 該裝置包括通過將所述聚焦透鏡設(shè)置到選定聚焦位置來校準(zhǔn)所述理論觀察 方向的部件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 該裝置包括在制造所述光學(xué)儀器時通過使所述實(shí)際觀察方向與所述理論觀 察方向?qū)R來校準(zhǔn)所述理論觀察方向的部件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置， 該裝置包括定位單元，定位所述聚焦透鏡以便聚焦在目標(biāo)上，并指示出所述聚焦 透鏡在所述^L械軌道上的位置；并且其中，所述指示器基于所述定位單元所指示的位置信號來獲取與所述 聚焦透鏡的位置相關(guān)的觀察方向誤差，并指定表示所述實(shí)際觀察方向的至 少一個值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝 置，包括距離確定單元，用來確定目標(biāo)到所述光學(xué)儀器的目標(biāo)距離，其中，所述定位單元基于所述目標(biāo)距離來設(shè)置所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置以便聚焦在所述目標(biāo)上，以及所述指示器用來從所述存儲器中獲取與所述目標(biāo)距離相關(guān)的觀察方向誤差，并指定表示所述實(shí)際觀察方向的至少一個值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝 置，其中，如果所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的當(dāng)前位置不與某個存儲 的觀察方向誤差相關(guān)的話，那么，所述指示器基于兩個觀察方向誤差之間 的插值來指定所述實(shí)際觀察方向。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l-ll中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝 置，包括校準(zhǔn)單元，該校準(zhǔn)單元使所述聚焦透鏡沿所述機(jī)械軌道移動到多個位置中的每個位置上，并確定在所述每個位置處的觀察方向誤差。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元 用來將視線或?qū)嶋H觀察方向調(diào)節(jié)到與所述光學(xué)儀器等高的目標(biāo)上，并記錄 所述光學(xué)儀器到水平方向的夾角，作為觀察方向誤差。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的校準(zhǔn)誤差校正裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元 將第一個面中的光學(xué)儀器觀察方向誤差的測量值和第二個面中的光學(xué)儀器 觀察方向誤差的測量值的平均確定為觀察方向誤差。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元將與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置相 關(guān)的觀察方向誤差確定為所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的這個位置處的 觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 裝置，其中，所述校準(zhǔn)單元用來將觀察方向誤差確定為所述聚焦透鏡在所 述機(jī)械軌道上的兩個不同位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均，并 且，所述)見察方向誤差與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的所述兩個不同 位置之間的某個中間位置相關(guān)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正裝 置，包括一個單元，用來測量并補(bǔ)償傾斜誤差。
18. 光學(xué)儀器中的校準(zhǔn)誤差校正方法，包括探測光學(xué)儀器的聚焦透鏡在該聚焦透鏡的機(jī)械軌道上的位置，其中， 穿過所述光學(xué)儀器的像平面以及當(dāng)前位置處的所述聚焦透鏡的視線定義了 實(shí)際觀察方向；在存儲器中存儲觀察方向誤差，該觀察方向誤差指定了已知理論觀察 方向和與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同位置相關(guān)的所述實(shí)際 觀察方向之間的偏差；以及基于所述理論觀察方向和所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的多個不同 位置中的每個位置處的所述觀察方向誤差指定表示所述實(shí)際觀察方向的至 少一個值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的校準(zhǔn)誤差校正方法，其中，所述觀察方向 誤差由所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向之間的差來定義，并且，所 述指示器通過從所述理論觀察方向中減去所述觀察方向誤差來指定所述實(shí) 際觀察方向。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18和19中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校 正方法，其中，每個所述觀察方向誤差都包括第一分量，該第一分量指示 了所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在第一個平面中的偏差。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18-20中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，其中，每個所述觀察方向誤差都包括第二分量，該第二分量指示了 所述理論觀察方向和所述實(shí)際觀察方向在第二個平面中的偏差。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18-21中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括提供一個像平面，所述像平面包括在該像平面內(nèi)彼此交叉的相 互正交的第一和第二線段，并且，由穿過所述交叉點(diǎn)和所述聚焦透鏡的視 線來定義所述實(shí)際觀察方向。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18-22中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括提供一個像平面，所述像平面由傳感器元件的二維陣列構(gòu)成， 并且由穿過所述傳感器元件的二維陣列上的一點(diǎn)并穿過所述聚焦透鏡的視 線來定義所述實(shí)際觀察方向。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18-23中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，其中，通過將所述聚焦透鏡設(shè)置到選定聚焦位置來校準(zhǔn)所述理論觀 察方向。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18-24中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，其中，在制造所述光學(xué)儀器時通過使所述實(shí)際觀察方向與所述理論 觀察方向?qū)R來校準(zhǔn)所述理論觀察方向。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18-25中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括定位所述聚焦透鏡以便聚焦在目標(biāo)上，并指示出所述聚焦透鏡在所述 機(jī)械軌道上的位置；以及基于定位單元所指示的位置信號來獲取與所述聚焦透鏡的位置相關(guān)的 觀察方向誤差，以及指定表示所述實(shí)際觀察方向的至少一個值。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18-26中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括確定目標(biāo)到所述光學(xué)儀器的目標(biāo)距離，基于所述目標(biāo)距離來設(shè)置所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置以便 聚焦在所述目標(biāo)上，以及獲取與所述目標(biāo)距離相關(guān)的觀察方向誤差，并指定表示所述實(shí)際觀察 方向的至少一個值。
28. 根據(jù)權(quán)利要求18-27中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，如果所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的當(dāng)前位置不與某個存儲的觀 察方向誤差相關(guān)的話，那么，基于兩個觀察方向誤差之間的插值來指定所 述實(shí)際觀察方向。
29. 根據(jù)權(quán)利要求18-38中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括使所述聚焦透鏡沿所述機(jī)械軌道移動到多個位置中的每個位 置上，并確定在所述每個位置處的觀察方向誤差。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的校準(zhǔn)誤差校正方法，包括將視線或?qū)嶋H 觀察方向調(diào)節(jié)到與所述光學(xué)儀器等高的目標(biāo)上，并記錄所述光學(xué)儀器到水 平方向的夾角，作為觀察方向誤差。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的校準(zhǔn)誤差校正方法，包括將第一個面中 的光學(xué)儀器觀察方向誤差的測量值和第二個面中的光學(xué)儀器觀察方向誤差 的測量值的平均確定為觀察方向誤差。
32. 根據(jù)權(quán)利要求12-24中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括將與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的位置相關(guān)的觀察方向 誤差確定為所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的這個位置處的觀察方向誤差 的重復(fù)測量值的平均。
33. 根據(jù)權(quán)利要求12-24中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正方法，包括將觀察方向誤差確定為所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的兩 個不同位置處的觀察方向誤差的重復(fù)測量值的平均，并且其中，所述觀察 方向誤差與所述聚焦透鏡在所述機(jī)械軌道上的所述兩個不同位置之間的某 個中間位置相關(guān)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求18-33中的至少一個權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)誤差校正 方法，包括測量并補(bǔ)償傾斜誤差。
35. —種程序，所包括的指令能夠使數(shù)據(jù)處理部件執(zhí)行權(quán)利要求18-34 中的至少 一個權(quán)利要求所述的方法。
36. —種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中存儲有程序，該程序能夠使計(jì)算機(jī)執(zhí) 行執(zhí)行權(quán)利要求18-34中的至少一個權(quán)利要求所述的方法。
37. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包含根據(jù)權(quán)利要求36所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
38. —種光學(xué)儀器，包含根據(jù)權(quán)利要求1-17之一所述的校準(zhǔn)誤差校正 裝置。
39. —種光學(xué)儀器，根據(jù)權(quán)利要求18-34之一所述的校準(zhǔn)誤差校正方 法來進(jìn)行了校準(zhǔn)。
全文摘要
本申請涉及光學(xué)儀器的校準(zhǔn)以提高使用所述光學(xué)儀器進(jìn)行位置測量的精度。諸如在光學(xué)儀器的望遠(yuǎn)鏡(151)中，于聚焦透鏡(220)在其機(jī)械軌道上的不同位置處記錄(120)由所述光學(xué)儀器所測量的某個方向的觀察方向誤差。利用與要測量的目標(biāo)物體的不同距離相對應(yīng)的聚焦透鏡的不同位置處的已知的觀察方向誤差，可以使某個距離范圍內(nèi)的位置測量變得更精確。
文檔編號G01C15/00GK101512291SQ200680055841
公開日2009年8月19日 申請日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者M·門策爾, T·馬羅爾德, V·霍夫曼 申請人:特里伯耶拿有限公司