CN109324318B - 用于对目标对象进行距离测量的测距仪 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于对目标对象进行距离测量的测距仪，该测距仪用于借助于定向(尤其是准直)发射射束(7)来针对目标点进行高准确度的单点距离测量，其中，接收器具有用于获取接收射束(70)的基于微单元结构的光电传感器，尤其是其中，传感器被设计为单光子雪崩光电二极管(15、15A、15B)的结构。接收器和计算机单元(13)在这种情况下被配置用于，对于使用接收器的子区域(35、35[1‑5])获取的接收射束(70)的不同横截面分量来导出一组运行时间，并因此，例如，使得能够实现有关接收射束(70)是否具有在单个目标或沿其横侧扩展的多个目标上反射的发射射束(7)的一部分的评估。

Description

用于对目标对象进行距离测量的测距仪
技术领域
本发明涉及一种测距仪，该测距仪用于借助于定向(尤其是准直)发射射束来针对目标点进行高准确度的单点距离测量，其中，在接收信号的处理期间识别多个目标。
根据本发明的光电测距仪例如适于大地测量和工业测量领域中的距离和坐标测量装置，其中，通常使用LIDAR、激光跟踪仪、视距仪、激光扫描仪或轮廓仪(profiler)。
背景技术
在电子或光电测距领域已知各种原理和方法。一种方法包括朝着待测量目标发射脉冲化电磁辐射(例如，激光)，并且随后接收来自作为反向散射对象的该目标的回射，其中，例如可以基于该脉冲的运行时间、形式和/或相位来确定距该待测量目标的距离。同时，作为标准解决方案，这种激光测距仪已在许多领域中广泛使用。
通常使用两种不同的方法或它们的组合来检测反向散射脉冲序列中的反向散射脉冲。
在所谓的阈值方法中，当入射在所使用的测距装置的检测器上的辐射的强度超出某个阈值时，检测光脉冲。该阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被不正确地检测为有用信号，即，检测为发射脉冲的反向散射光。
另一种方法基于反向散射脉冲的采样。这种方法通常用在弱反向散射信号(例如，脉冲信号)的情况下，举例来说，如由于较大测量距离所引起。这种方法也可以被认为是积分信号获取，其中，通过采样来获取整体信号信息以及基本噪声信息二者。这例如导致测量准确度的提高。通过采样由检测器获取的辐射，在采样范围内识别信号，最后按时间顺序确定该信号的位置来检测发射信号。由于使用与发射速率同步的接收信号的多个采样值和/或总和，即使在不利的情况下也可以识别有用的信号，并因此也可以管理较大距离或有噪声或经受干扰的背景场景。
目前，在这种情况下，往往借助于波形数字化方法(“波形数字化”，WFD)对由检测器获取的辐射的模拟信号的整个波形进行采样。在识别接收信号的关联发射信号(ASK、FSK、PSK等)的编码之后，信号运行时间(“脉冲运行时间”)根据经采样、数字化并重建的信号的定义的曲线点(例如，拐点、曲线最大值)非常准确地确定，或者借助于根据时间插值已知的最佳滤波器整体地确定。
对于脉冲运行时间的确定，另选地或附加地，通常还针对相对于编码或调制脉冲或脉冲序列的幅度、相位、极化、波长和/或频率编码或调制的脉冲或脉冲序列进行(快速)采样。
例如，在按时间顺序非常精确地采样反向散射信号的方法的情况下，由检测器生成的电信号借助于模拟至数字转换器(ADC)被转换成数字信号序列。随后，通常实时地进一步处理该数字信号。在第一步骤中，该信号序列由专用数字滤波器解码(即，识别)，最后确定描述该信号序列内的时间间隔的签名的位置。时间分辨签名(time-resolvingsignatures)的示例是重心、正弦/余弦变换、或者例如包括根据脉冲形式导出的权重系数集的幅度缩放FIR滤波器(“有限脉冲响应滤波器”)。为了消除可能的距离漂移，还比较来自内部启动信号的相应时间分辨签名。为了避免不可逆的采样误差，应用本领域技术人员已知的附加数字信号变换，例如，重采样。
最简单的调制类型之一是经由间隔编码来识别各个脉冲或脉冲序列，例如在EP1832897B1中所描述的。这例如被用于重新识别能力的目的。如果出现不明确，则需要这种重新识别，该不明确可能因脉冲的运行时间测量中的不同情况所引起，例如，如果一个以上的脉冲或一个脉冲组位于测量装置与目标对象之间。例如，在由多个激光束和相关联的接收传感器组成的多射束系统中，脉冲编码尤其有利。
在这种情况下，用于距离测量的目标对象一方面可以是对象的自然表面，诸如房屋墙壁、道路、窗户、设置有涂料涂层的对象、哑光或有光泽的金属表面等。然而，另一方面，诸如回射膜或角隅棱镜的目标板也可以被用作目标对象。
当使用激光束测量表面时，光根据光学特性和机械条件被不同地散射和反射。在粗糙或哑光表面的情况下，根据Lambert定律，光沿所有方向均匀散射。在表面有光泽的情况下，大部分光沿镜像方向反射，而在表面有纹理的情况下，可能出现具有高强度的复杂反向散射模式。
由于反向散射主要不在测距装置的方向上发生(即使在表面具有Lambertian散射行为的情况下)，因此，散射或反射光将撞击另一表面并再次经历反向散射的概率非常高。多次反射削弱了距离测量。因此，测距装置通常被设计成使得测距装置的接收装置仅具有非常小的视野，由此，多次反射的回射不再位于测距装置的视野中。即使是具有低发散度的激光束在这方面也没有帮助-例如，由全息图生成的Bessel射束经由多次散射精确地反射，就像Gaussian激光束一样，并且距离测量因此被破坏。
使用激光束测量表面的另一问题是由发射器侧激光测量射束的有限横向尺寸引起的。因此，目标对象上的横向分辨率通常是有限的，并且由于有限的横向射束直径，因此可以获取一个以上的表面，例如，如果所发射的射束通过边缘、梯阶或角落，则获取双目标。适用于毫米级准确度距离测量的快速接收传感器(诸如雪崩光电二极管(APD)或PIN二极管(“正本征负二极管”)不具有像照相机那样的位置分辨率。例如具有自动聚焦光学单元的照相机可以在空间上分辨对象的角落、边以及表面的签名，但是没有达多个数量级的所需时间分辨率。
确实，基于WFD方法的测距仪可以识别并可能分辨多个目标，例如，如果与目标相关联的接收脉冲彼此足够远。因此，分开多个对象的能力例如取决于接收器带宽。例如，如果接收器带宽小于1Ghz，则间隔小于30cm的对象无法被充分分开。对于边缘、梯阶以及角落的情况来说，因此，例如出现返回脉冲交叠，并且无法足够准确地测量各个距离。WFD方法确实可以以脉冲加宽的形式识别接收脉冲的异常，但不可能足够准确地分解成两个单独的脉冲。
多次反射或多个目标的结果是所确定点云中的伪影，尤其是在测量具有部分光泽的对象(诸如金属部件或窗玻璃)时或者在测量边缘和角落时。所述伪影包括窗玻璃中反射的墙壁、角落里的畸变平面形状、经由光泽管道或扶手沿激光束的角度方向反射的外部对象等。
在距离测量范围内补偿因多次反射和多个目标所造成的伪影的措施目前鲜为人知。基于波形数字化(WFD)原理的现代测距仪例如可以检测因交叠多次反射或多个目标而产生的信号形式或脉冲形式的失真。在发生此类事件的情况下，通常废弃距离测量的结果。
在多次反射或多个目标的情况下，其中相应关联的距离值之间的距离大于单个反射信号的波形的宽度，输出与目标相关联的两个距离值。然而，在常规测量装置的情况下，不可能确定哪个对象确切地位于理想空间测量方向上。例如，如果在对房间中门框边缘和其后面的墙壁同时进行距离测量期间入射激光束，那么因此输出本身非常准确的两个距离，但是在这个测量方向上没有关于真实表面的陈述。这两个对象似乎交叠。
还已知通过空间滤波抑制所确定的多次反射的装置，例如，其中抑制了多次反射，这些反射以大于测量装置的接收角的角度(FOV)反射回光学接收单元。专用孔径结构充当空间滤波器，并且仅接收在视野(FOV)内具有射束角的信号。然而，在接收视野内仍然存在多目标问题。目前的测距仪具有通常为1millirad至5millirad的视野。
发明内容
本发明的目的是提供一种距离测量方法和测距仪，由此避免现有技术中已知的缺点，尤其是，其中，即使对于具有在横向射束直径中具有多次反射的复杂形态表面的漫散射和反射表面，也能够进行三维精确测量。
本发明涉及一种用于对目标点进行距离测量的测距仪，该测距仪尤其用于激光扫描仪、准距仪、轮廓仪、激光跟踪仪、LIDAR测量装置或手持式测距装置，所述测距仪包括：发射器，该发射器被配置成，生成定向(尤其是准直)发射射束(尤其是脉冲化激光测量射束)，用于对目标点进行单点测量；接收器，该接收器被配置成，获取从目标点返回的发射射束的至少一部分，下文中称为接收射束；以及计算机单元，该计算机单元被配置成，基于接收射束导出距目标点的距离。
根据本发明，用于获取接收射束的接收器具有基于微单元结构的光电传感器，尤其是其中，该传感器被设计为单光子雪崩光电二极管结构(SPAD结构)，并且接收器和计算机单元被配置成，使得接收器的一组单独可读取子区域可定义。此外，接收器和计算机单元被配置成，相对于使用接收器的子区域获取的接收射束的不同横截面分量来导出一组运行时间，由此，例如，可以执行基于运行时间的接收射束的评估，其中，该评估指定接收射束在其横截面中是否具有从单个目标或多个目标返回的发射射束的部分。
单光子雪崩光电二极管的组装件(也称作SPAD结构或SPAD阵列)通常被布置为芯片上的矩阵结构。SPAD阵列技术与双极APD技术有很大不同；尤其是，SPAD阵列具有低的中断电压并且可以借助于常规CMOS技术来制造。在可见光和近红外光谱范围内具有光敏性的结构或芯片还称为SiPM(硅光电倍增管)。SiPM正在逐步取代以前使用的光电倍增管，尤其是在可见光和近紫外光谱范围内。SiPM在可见光波长范围内具有高光谱灵敏度。例如，SPAD阵列在现有技术中是可用的，其在近红外范围内敏感，高达远超900nm波长。
商用SPAD阵列在800nm至1800nm之间的波长处也是可用的。这些传感器主要由半导体材料InGaAs构成。这些传感器根据设计在光敏表面上方还具有外部或内部矩阵结构。在该光谱范围内包括SPAD阵列的测距系统具有以下优点：例如，太阳背景光(日光)关于可见波长范围显著更低，并且这种干扰光通量因此更少地损害借助于SPAD阵列的信号检测。
根据一个实施方式，SPAD结构例如被配置成，使得其具有下列各项特性中的至少一个：针对300nm至1100nm之间的波长的光敏性，尤其是其中，SPAD结构基于硅接收器；以及针对700nm至2000nm之间的波长的光敏性，尤其是其中，SPAD结构基于InGaAs接收器。
SPAD结构的一个特殊特征例如是，微单元的各个子集可分开激活。
如果发射射束因此例如同时入射在两个对象上，例如，射束集束的左半部分入射在第一对象A上，而射束集束的右半部分入射在第二对象B上，并且如果对象A和对象B处在不同的距离处，则返回光因此仅以这些不同的距离传导到SPAD阵列上。现在，各个SPAD微单元根据对象A和对象B的相应距离在时间上不同地触发。
为了能够完美地检测到这一点，例如，需要具有GHz带宽范围的非常快速的电子设备，以按时间顺序分离对象A和对象B的脉冲，然而，这是非常复杂的，或者微单元可以在本地顺序激活，例如，首先逐行、然后逐列激活并读出，因此，也查询接收器上的位置，从而例如查询针对对象A和对象B的距离的方向。另选地，微单元可以按时间顺序与发射信号序列同步激活，具体地，在每种情况下两个子区域(面元(binning))的行和列，其中，激活和读出的运行与矩阵的单元寻址相当，其中，通过如此获得的接收数据可以确定对象的方向和距离。因此，例如，即使相互的距离间隔小于激光束直径，也可以识别和测量被同一激光束照射的两个或更多个对象。此外，对象的边缘和角落可以以比激光束本身更高的横向位置分辨率来获取和分辨。因此，借助于SPAD阵列的接收侧高位置和时间分辨率也可以用于两个以上的表面。借助于数千或数万个微单元并将其组合成具有关联时间测量电路的可读取子区域(域)，可以在由激光束生成的光扇的横截面上获取三维空间图像。
在测量诸如建筑物立面的结构的边缘、角落、梯阶、缝隙、凹槽以及钻孔时，具有高位置分辨率的应用例如对于激光跟踪器而言，而且对于扫描仪而言是感兴趣的。
SPAD阵列的另一特殊特征是其高放大率。因此，迄今为止它们例如已经被用于光信号非常弱的情况，其中，只有1到50个光子入射在传感器上。这种机载传感器也被称为SPL-LIDAR(SPL＝“单光子激光雷达”)。然而，在仅有少数光子的情况下，距离噪声很大并且通常为10mm至100mm。此外，绝对距离测量准确度受信号强度的影响，尤其是在具有很少微单元的SPAD阵列中就是这种情况。相比之下，通过特殊措施(例如，范围游走(range walk)补偿和使用小于500ps的足够短的激光脉冲)，可以实现远小于1mm的距离噪声，由此实现0.1mm的测量准确度。这对应于一皮秒或更短的典型时间分辨率。
根据另一实施方式，例如，发射器被配置成，提供发射射束作为尤其具有小于500皮秒、尤其是小于100皮秒的单个脉冲持续时间的脉冲化激光测量辐射。
由于SPAD阵列传感器主要被设计用于能够完美地检测单个光子的目的，因此，它们也被称为“多像素光子计数器”(MPPC)。SPAD阵列由数百或数千个微单元组成，其中，这么多微单元并联连接以形成一个或更多个输出信号，并因此能够同时接收数千或数十万个光子。此外，因为许多微单元并联连接成单元组(域)，所以即使在太阳背景光的情况下，也仍然存在用于信号光子的足够自由的单元。
与具有大时间抖动的相对昂贵的光电倍增管相比，现代SiPM传感器具有成本效益，并且具有处于皮秒到亚皮秒范围内的时间抖动。此外，SiPM阵列借助于常规CMOS技术工艺制造，其另外使得能够实现电子组件和电路的集成。而且，SPAD和SPAD阵列相对于低中断电压的常规APD具有优势。在硅SPAD的情况下，这些电压通常为25V至70V，其简化了激活。对于由半导体材料InGaAs制成的SPAD阵列来说，这是相当正确的。
高光敏性归因于雪崩机制，其中，阵列中的各个微单元例如在过电压范围(“超过断开电压的反向电压”)下操作，即，高于断开电压，以该电压，单个光子触发电子的雪崩，由此，根据设置，信号被强烈放大，例如，放大到百万倍。与光子相关联的电流由于其强度而易于转换成电压信号，并且在没有实质放大的情况下提供至信号分析单元。
SPAD阵列能够同时接收多个光子，其中，可以添加传感器芯片上的许多微单元的电流，并且随后可以例如经由电阻器或跨阻抗放大器将其转换成电压信号。SPAD阵列例如可以被配置成，具有超过一万个微单元，例如使得其表现得像模拟光传感器，其中，例如在弱接收信号的情况下，特征曲线与入射激光脉冲的强度近似成比例。
文献在按线性模式、Geiger模式以及SPL模式(SPL，“单光子激光雷达”)的SPAD阵列操作之间进行了区分。
在低于断开电压的线性模式下，发生依赖于反向电压和温度的放大，并且例如可以使用SPAD阵列来构造具有与辐射功率成比例的输出电压的高灵敏度光接收器。
在Geiger模式和SPL模式下，即，相应地以高于断开电压进行操作时，SPAD和SPAD阵列可以被用于单光子计数。在SPAD中，每个单独像素在Geiger模式下生成输出信号，其中，电子雪崩恰好由一个光子触发。如果入射具有多个光子的光子包，则不测量较大的信号。因此，不存在幅度信息。
在Geiger模式下，入射光子包仅生成(二元)事件信号，其与光子包中的光子数不成比例。
SPL模式被理解为在Geiger模式下操作的SPAD阵列，其中，许多微单元并联连接以形成输出信号。在入射光子包只有少量光子的情况下，各个雪崩实际上线性相加，并因此输出信号的幅度与所获取光子的数量成比例。
光子触发后微单元的恢复时间不为零，而是例如在5纳秒-50纳秒之间，由此减小了SPAD阵列对随后入射光子的表观灵敏度。然而，这具有例如传感器可以获取具有高动态响应的信号强度范围的优点。在具有大量微单元(>1000)的SPAD阵列中，这种非线性是单调的，并且一方面，导致输入信号与输出信号之间的幅度压缩，而另一方面，随着输入信号变大，导致衰减增加的输出信号。有趣的是，具有大量微单元(>1000)的SPAD阵列的输出信号不会完全饱和，因此即使在接收脉冲具有完全超过百万的非常高的光子数的情况下，幅度变化也是可测量的。
具有足够单元数的SPAD阵列在大动态范围内获取接收信号幅度，并以某种方式压缩非常小到非常大的信号的输入幅度。SPAD阵列几乎从不过载，即使在非常大的信号的情况下也不过载，例如，即使辐射被角度精确的回射器反射也不过载。在光子数为109时，SPAD阵列的输出信号渐近地接近最大限制电压，其适于下游放大器电路，并保证下游电子设备直至时间测量电路不会过载。因此，首次可以在高动态范围内进行准确的距离测量。
在按不同距离和变化表面的激光距离测量中，光子的数量可以变化，例如，从少于10到大于109。SPAD阵列显示与其相关的测量信号幅度的压缩因子，其相对于实际信号幅度至少为104，通常为108。因此，SPAD阵列可以对黑色漫射目标和回射器二者进行测量，而接收单元无需进行信号调节。由于大的放大率，SPAD阵列此外例如还具有低噪声，并且具有高填充因子的SPAD阵列显示适于距离测量的信噪比(SNR)。SPAD阵列具有的微单元越多，可到达的SNR就越大。
根据另一实施方式，接收器可以被配置成，使得传感器被设计为单光子雪崩光电二极管的结构(SPAD结构)，其具有多个微单元并且被配置成，使得所述微单元可单独地和/或以微单元组来读取并因此接收器的单独可读取子区域可定义，和/或接收器具有多个SPAD结构，其中，所述多个SPAD结构被配置成，使得接收器的单独可读取子区域均可定义，以使得它们基于单个SPAD结构中的微单元或者基于所述多个SPAD结构中的SPAD结构的组合中的微单元。在多个SPAD阵列的结构(SPAD结构)中，各阵列通常被称为像素，尽管这些像素中的每一个本身都包含数百到数万个微单元。
根据另一实施方式，计算机单元被配置成，基于使用接收器的子区域获取的接收射束的横截面分量，对使用发射射束照射的目标对象的表面执行评估，尤其是其中，所述评估基于下列各项中的至少一个：对所述一组运行时间中的运行时间进行的运行时间比较；以及对使用不同子区域获取的接收信号进行的信号强度比较。
例如，接收器的与发射射束横截面的专用部分相关联的子区域(域)因此提供关于由激光束照射的对象表面的信息项或接收数据，尤其是作为结果，提供距离和相关联的反射信号强度。
因此，例如，在3D扫描中，可以识别并且可能标记具有不同散射特性的表面。通过分析运行时间差异和相应信号强度，例如，可以识别不同表面上的同样远的目标点，即，具有相同信号运行时间的目标点。
例如，可以获取接收数据，使得距目标点的距离可以基于接收数据导出，即，获取接收数据作为距离测量数据，或者它们可以基于评估接收器的子区域以获取特定距离测量数据而以对象自适应方式进行定义。
接收单元的子区域(域)可以针对对象表面的最佳分辨率恰当地配置，例如，对应于在瞄准方向下可识别的线或轮廓，诸如梯阶、边框、边缘、管道等。在不规则轮廓的情况下，微单元到单元组(域)的一般配置连接是相当有利的，然后以线和列的形式进行互连。每次一行和一列分别提供给测距单元并进行分析。随后，激活单元的列进一步移动，并且在该角度设定下执行下一个距离测量。这一直持续到查询整个矩阵为止。该读出也可以并行化，例如，其中，这需要该装置包括另外的测距单元。
尤其是，根据另一实施方式，接收器和计算机单元被配置成，在导出距目标对象的距离时考虑评估，尤其是其中，基于该评估，将根据接收射束导出的距目标对象的距离被识别为不准确，或者使用接收器的不同子区域获取的距离测量数据被不同地加权，或者针对目标对象定义接收器的另一组调整后的可单独读取的子区域。
因此，根据本发明的测距仪可以识别作为多个目标的结果的故障信号并例如校正或废弃它们，或者基于组合标准(例如，强度比)，可以分别组合各个部分信号或距离分量，并输出针对激光轴的空间瞄准方向的校正距离。
尤其是，不同的角度或目标方向可以与接收器的相应各子区域相关联，由此使得能够实现具有比由发射射束的总射束横截面定义的横向空间分辨率大的横向空间分辨率的距离测量。
根据另一实施方式，接收器和计算机单元例如被配置成，使得发射射束的定义横截面分量(即，其横向尺寸的分量)可以与接收器的相应各可读取子区域相关联，尤其是其中，与目标轴有关的定义目标方向可以与所述横截面分量相关联。
例如，根据本发明的测距仪可以安装在大地测量或工业测量装置中，使得SPAD接收器的各可读取子区域(域)可利用大地测量或工业测量装置的角坐标系来校准。因此，测距装置的接收单元包括多个具有空间方向分辨率的接收单元，这些接收单元与至少一个激光束相关联。
在使用固定焦点接收光学单元时，测量射束的接收光斑在SPAD阵列上的大小(尺寸)根据测量距离而变化，然而，其中，例如，借助于与所述域相关联的第一粗略位置分辨距离测量和随后考虑到接收信道的传递函数的空间去卷积，可以导致由激光照射的对象表面的距离的提升的空间分辨率，从而可以获得三维空间图像。
例如，本发明的另一实施方式涉及接收器和计算机单元，它们被配置成，导出分别与接收器的子区域相关联的原始距离数据，以例如基于考虑到接收器光学单元和所测量的原始距离的光学成像模型来执行去卷积算法，以基于原始距离数据导出一组精细距离，尤其是其中，针对该组子区域中的每个子区域导出一个精细距离，并且将所述精细距离与和目标轴有关的定义目标方向关联起来。与子区域相关联的原始距离数据例如还可以具有例如额外的测量数据，诸如信号幅度、按时间顺序排列的脉冲宽度、或脉冲形式。该去卷积算法还包括在确定精细距离时相邻子区域的原始距离数据。
因此，该组精细距离定义了距离测量，该距离测量的横向空间分辨率大于由发射射束的总射束横截面定义的横向空间分辨率。而且，例如，可以基于组合算法确定并输出激光轴上的真实距离，其中并入了针对目标方向(单元组)确定的精细距离和信号强度。
例如，计算机单元可以被配置成，执行具有下列步骤的自动化预编程测量过程：导出该组原始距离；导出该组精细距离；以及将精细距离与定义的和目标轴有关的目标方向关联起来。
与目标方向相关联的精细距离的推导例如可以基于以下各项中的至少一个：查寻表，该查寻表使得能够实现原始距离与在接收器上成像的发射射束的射束直径之间的关联；以及函数，该函数基于作为函数参数的原始距离，输出在接收器上成像的发射射束的射束直径。
为了减少输出信号的数量，并因此例如，为了简化测距单元并节省功率，微单元可以组合成几个子区域，例如，组合成四个象限，每个象限具有一个信号输出。然后，例如，在每个输出信号上实现TDC时间测量单元，并与FPGA相关联。
例如，接收器(尤其是SPAD阵列)可以被配置成，使得传感器表面被电子地分配到永久定义的子区域中，例如，采用象限分配的四个不同子区域，例如，其中，不同的目标方向与每个子区域相关联，尤其是其中，各个子区域相互不交叠。
根据另一实施方式，接收器例如借助于对于透射行为具有不同滤波器的滤波器掩模(尤其是RG掩模、RGB掩模或RGBNir掩模)被配置成，使得所述传感器表面具有光谱光敏性彼此不同的区域，尤其是其中，发射器被配置成，在适于具有所述滤波器掩模的滤波器的定义波长范围内，例如借助于生成波长不同的同轴激光束，来生成发射射束。例如，在接收侧，蓝激光器、绿激光器、红激光器以及可能的红外激光器分别与SPAD阵列的微单元的每个子集相关联。
因此，可以相对于使用具有不同光谱光敏性的传感器区域获取的接收射束进行接收数据的评估，其中，计算机单元例如被配置成，在执行评估时，尤其是当导出精细距离时，基于光谱光敏性彼此不同的区域，来考虑散斑场的衍射效应。
例如，在使用多个单独SPAD阵列作为传感器表面时，可以借助于像素(即，相应地为SPAD阵列的微单元的一个子集或者相应地为一个单独SPAD阵列)上的RG掩模、RGB掩模或RGBNir掩模，同时使用多个颜色通道进行测量。不同波长的激光束或激光集束通常具有高斯分布，并且没有尖锐的横向边缘。一方面由于大的光学接收器开口而另一方面由于SPAD阵列的波长编码子区域而造成接收器侧上发生沿横向方向的和由此在对象空间中的位置分辨方面的清晰空间分离。即使所述至少两个不同波长的激光集束在空间上交叠，按颜色编码的子区域也产生清晰的空间分离，并因此产生更高的空间分辨率。例如，根据SPAD阵列上RGBNir图案的设计，除了提升空间分辨率以外，对象上的彩色纹理也可识别，由此激光散斑的影响可减小，并且使得能够实现伴随消除大气色散的距离测量。而且，例如，横向位置分辨也可以在具有不同光谱反射率的距离相等的表面处进行。
脉冲编码通常应用于测距仪的激光信号。典型的脉冲速率在kHz到GHz之间。实验表明，在转折(overbreak)操作中的电压下，使用SPAD阵列可以很好地接收这样的信号。使用SPAD阵列也可以明确地接收脉冲包(突发)并且几乎没有噪声。例如，如果微单元的恢复时间非常长(在10纳秒级别)，那么情况也是如此。由于SPAD阵列的模拟结构，所以例如，也可以接收因环境光而存在的光电流。然后将激光信号覆盖在环境光的电气光电流上。例如，激光脉冲在SPAD阵列输出部处产生的功率浪涌也经过高通滤波，这样慢的后部信号侧翼(flank)就会缩短。因此输出脉冲变为短信号脉冲，例如，具有小于1纳秒的脉冲持续时间。这种具有陡峭侧翼的短脉冲适用于精确的时间测量，并因此也适用于距离测量。
在没有微分器(例如，高通滤波器)的情况下，SPAD阵列的输出信号基本上具有阶跃函数的形式，其具有非常陡峭的上升(<200ps)和缓慢的下降(>>10ns)。例如，使用电气微分器单元，SPAD响应的上升侧翼的短脉冲形式和上升速度的优点结果合并成脉冲宽度，由此，例如，使得能够进行脉冲宽度测量。激光脉冲越强，上升侧翼在高通滤波器(微分器)之前就越陡，由此，在微分之后，脉冲宽度变得与幅度有关。因此例如可以进行范围游走补偿。然而，使用微分器对SPAD阵列的恢复时间没有影响。
此外，已经采取了第一次实施实验以将更多电子功能集成到SPAD阵列中。例如，已经实现了与每个微单元相关联的时间测量电路(“TOF电路”)。这些测量运行时间(TOF，“飞行时间”)。例如，存在这样的SPAD阵列实现，其中精确的光子计数器集成在微单元附近，其在没有下游模拟至数字转换器(ADC)的情况下进行管理。此外，例如，时间测量电路(TDC，“时间至数字转换器”)可以被集成在每个微单元中。而且，例如将数字接口用作SPAD阵列的输出部。这种构建模块是完全数字化的，并且在CMOS生产中不需要“混合信号处理”。
在另一实施方式中，测距仪具有接收电路，该接收电路被配置用于处理接收信号并且提供下列各项中的至少一个：具有亚皮秒级时间分辨率的接收信号的波形数字化；包括时间-数字转换器的时间测量电路；以及接收信号相对于由发射射束提供的发射信号的相位测量，例如，其中，接收电路具有微分器，尤其是电子高通滤波器。
在例如由多射束发射器和接收器组成的多通道测距单元(距离测量并行化)中，FPGA(“现场可编程门阵列”)中的TDC时间测量电路表明它们是也可以并行化的非常紧凑的分析单元。而且，可以使用TDC执行脉冲宽度测量，而不是幅度测量。幅度测量例如需要额外的测量单元。
相比之下，例如，比使用先前TDC更高的时间分辨率并且另外简单的幅度测量可以借助于波形数字化(WFD)来进行。
一方面，例如还关注在SPAD阵列的所有微单元中尽可能多地提供均匀的信号辐射，由此，SPAD阵列的行为类似于线性模式下的雪崩光电二极管(APD)。另一方面，SPAD阵列显示所谓的故障方向图，其中，信号响应的运行时间取决于SPAD阵列上光斑的位置。例如，SPAD阵列边缘的微单元比中间的微单元慢。可以通过所有微单元的均匀照明来平均化该运行时间效果。光导表明它们特别适合作为光混合器，因为没有光损失。
在另一实施方式中，测距仪具有光纤耦合装置并且被配置成，使得发射射束的返回部分借助于光混合而均匀分布到传感器上，尤其是其中，该光混合基于漫射器(diffuser)、光纤光导杆(fiber-optic light guide rod)、具有扰模器(scrambler)的光导、光导纤维(light guide fiber)、方形光纤(square fiber)、光漏斗(light funnel)、光圈(aperture)以及散焦(defocusing)中的至少一个。
附图说明
在下文中，将基于附图中示意性地例示的示例性实施方式，仅通过示例的方式，对根据本发明的测距仪进行更详细描述。在图中用相同标号标识相同部件。所述实施方式通常不按比例示出，也不应被理解为限制。
在具体图中：
图1a、图1b：示出了根据脉冲运行时间原理的电光测距仪的示意图；
图2a、图2b：示出了通过电光测距仪的发射射束获取的多个目标的问题的示意图；
图3：示出了用于借助于基于至少一个SPAD阵列的传感器与波形数字化(WFD)的组合来进行根据本发明的距离测量的示例性电路；
图4：示出了用于借助于基于一个或更多个SPAD阵列的传感器与在FPGA中实现的TDC时间测量电路的组合来进行根据本发明的距离测量的示例性电路；
图5：示出了接收射束在接收器上的接收光斑的散射圆的示意图，其在固定焦点接收光学单元的情况下出现；
图6a至图6c：示出了接收器上作为超焦距的函数的示例性光分布；
图7a至图7c：示出了各自具有不同矩阵类型子区域(域)的示意性SPAD结构；
图8a、图8b：示出了具有各种不同多色掩模的示意性SPAD结构：
图9a、图9b：示出了通过按行和列激活并读出微单元来识别边缘线；
图10：示出了具有光混合器的光纤光导的示意图。
具体实施方式
图1a示出了根据脉冲运行时间原理的现有技术电光测距仪1的示意图。在测距仪1中布置有发射器2和接收器3。发射器2发射光脉冲4，其在目标5(例如，协作目标(例如，回射器)或者非协作目标(例如，自然表面))上反射和/或反向散射之后，被接收器3再次检测为返回光或辐射脉冲6。代替光脉冲，例如，根据本发明，还可以使用连续调制的发射信号。
如图1b的示意图中所示，根据运行时间T确定距离，该运行时间T作为光脉冲4的发射开始时间与返回光脉冲6的接收时间之间的时间顺序差。在线性光电二极管中，例如，采用线性模式的APD操作二极管，光信号6被转换成对应的电子信号。在这种情况下，通过分析信号脉冲s(t)的特征，例如，通过经过信号阈值或者通过对集成脉冲曲线的焦点确定，来执行对该电子信号的接收时间的确定。在阈值方法的情况下，其它方法也可用于测量运行时间T，例如，将接收信号转换成双极信号并随后确定过零点。
图2a和图2b通过示例的方式示出了通过激光测距仪1的发射射束7获取的多个目标的问题。
由于发射器侧激光测量射束7的有限横向尺寸，目标对象上的横向分辨率通常是有限的，并且因为有限的横向射束直径而可以获取多个目标，例如，如果发射射束7经过边缘或梯阶，则获取如图2a所示的双目标。然后，返回的发射射束包含关于两个不同测量距离8a、8b的运行时间信息。而且，通过两个射束部分8a、8b获取的表面9a、9b可以具有不同的反射率或光谱特性，由此，一个信号例如可以占优势。
然后，如图2b所示，这两个射束分量8a、8b例如生成WFD接收信号10，该WFD接收信号10基于相对于第一表面9a的部分信号11a和相对于第二表面9b的部分信号11b，相对于时间轴t被脉冲加宽。
基于WFD方法的测距仪可以识别多个目标并可能分辨它们，例如，如果与目标相关联的接收脉冲11a、11b彼此相距足够远。然而，分开多个对象的能力例如取决于接收器带宽。对于边缘、梯阶以及角落的情况来说，例如，因此出现返回脉冲交叠，并且无法足够准确地测量各个距离。然后，WFD方法确实可以以脉冲加宽12的形式识别接收脉冲的异常，但不可能足够准确地分解成两个单独的脉冲11a、11b。
图3通过示例的方式示出了用于借助于基于SPAD阵列的传感器与波形数字化(WFD)的组合来进行根据本发明的距离测量的电路。
例如，根据本发明的测距仪包括由控制单元13激活的激光器14，用于发射脉冲化激光测量辐射7，其在目标(未示出)上反射和/或反向散射之后入射为具有SPAD阵列15的检测器上的接收辐射70。该检测器被配置为“多像素接收器”，其中，通过组合所有微单元的子集(域)来提供多个信号输出，以在每种情况下形成关联的输出信号。因此，“像素”在此涉及通过发射射束获取的“目标像素”。
由SPAD阵列15生成的至少两个(模拟)接收信号例如各自被提供至微分器16(例如，高通滤波器)，并且随后例如经由放大器17中继至波形数字化单元18，由此，例如，使得能够实现高时间分辨率和参数(举例来说，如脉冲宽度、脉冲形式以及信号幅度)的确定。由SPAD阵列输出的所述至少两个接收信号需要多通道测距结构或多路复用器单元，以按时间顺序连续将接收信号提供至单个测距单元。
根据本发明，运行时间例如与所述至少两个接收信号11a、11b中的每一个相关联(参见图2b)，并且其可以基于运行时间的比较，来识别接收射束70在其横向尺寸上是否具有从单个目标或多个目标返回的发射射束7的部分。
波形数字化(WFD)的一个实施方式例如基于以阈值方法为基础的初始测量信号检测与具有用于精确识别测量信号的幅度的下游信号处理的信号采样的组合。
例如，测量信号检测借助于(尤其是模拟的)比较器级来执行，该比较器级用于根据传入测量信号所满足的标准来生成比较器输出信号。
另选地，也可以在两个发射脉冲之间的整个持续时间期间对信号进行采样和记录，然后在FPGA上进行处理。
信号采样例如可以借助于ADC数字化级(ADC，“模拟至数字转换器”)来执行，其中，对提供给数字化级的输入信号的采样以及因此转换成采样的数字化值以所定义的采样率进行。
清理过的距离测量数据(其例如经范围游走补偿)随后例如被传送至存储单元19并提供给用户。
图4通过示例的方式示出了用于借助于基于一个或更多个SPAD阵列15A、15B的传感器的组合来进行根据本发明的距离测量的电路，包括在FPGA 21(“现场可编程门阵列”)中实现的、由TDC时间测量电路20(“时间至数字转换器”)构成的时间测量电路。
SPAD阵列因其高噪声和低噪声信号放大而适于多通道结构(多射束)。根据本发明，借助于“多像素接收器”，即，包括多个信号输出部的一个或更多个SPAD阵列(其各自与微单元域相关联)，可以识别各自针对接收射束中的单点测量而获取的多个目标。在这种情况下，术语“单点测量”被理解成，使得针对在一维线性瞄准方向上撞击的对象表面，尽可能精确地测量距离。
而且，例如，根据本发明的“单点测量”也可以并行化以供进行多通道测量(多射束)。例如，在由被配置用于并行化距离测量的多射束发射器以及接收器构成的多通道测距仪中，FPGA中的TDC时间测量电路表明其本身是一个也可以并行化的紧凑分析单元。
在发射器侧，例如，可以使用利用激光二极管“播种(seeded)”的光纤放大器，其在输出部具有一个1到N光纤耦合器。可以利用这种简单的方式来生成激光束集束，其朝着待测量对象辐射。
接收器可以例如由多个SPAD阵列15A、15B构成，它们以一维方式或者以二维方式布置，例如，也可以以二维方式布置在球体上。SPAD阵列15A、15B上的每个域也具有分离的激活和/或分析电子设备。例如，由于紧凑性，FPGA中的一组TDC通道也可以是优选的。另选地，与SPAD阵列上的域相关联的输出可以可选地经由多路复用器寻址并提供给公共时间测量电路。
在所示实施方式中，电路例如包括作为时基的振荡器22，例如，具有亚ppm(“百万分率”)精度，其驱动在FPGA 21中实现的时钟23。使用时钟23，一方面，用于激活激光器14，而另一方面，作为在FPGA 21中实现的TDC时间测量电路20的基础。激光器14发射脉冲化或脉冲状调制激光测量辐射7，其在目标5上反射和/或反向散射之后入射为具有一个或更多个SPAD阵列15A、15B的检测器上的接收辐射70。此外，例如，在FPGA 21中实现TDC 20上游的比较器24。
运行时间测量在计算机单元13上进行，其也直接在FPGA 21上实现，其中，例如，还经由在FPGA 21上实现的查寻表25来补偿范围游走。
图5示出了在固定焦点接收光学单元26的情况下出现的接收射束在接收器上的接收光斑的散射圆的示意图，其取决于测量距离。
该图示意性地示出了SPAD阵列15、接收光学单元26以及具有表面点9的目标表面5的位置。而且，示意性地指示了测量射束7从Rayleigh长度27起的射束加宽。
表面点9被成像为接收光学单元26的像平面28中的图像点900，其中，针对不同的测量距离指示像平面的几何位置29。
例如，对于与物点9相关联的相应光斑来说，距离相关模糊区域因SPAD阵列15的定位(通常靠近或处于焦点中)而出现在SPAD阵列上。在短距离处，光斑延长，图中用对应散射圆90加以例示。在根据本发明的接收器中，散射圆90被实现为由微单元构成的子区域。对象空间中的一个方向与这些散射圆90中的每一个相关联，由此可以借助于SPAD阵列上的子区域实现横向空间分辨的距离测量。具体来说，接收光学单元的空间分辨率显著高于发射通道的空间分辨率，因为接收信道肯定具有比发射信道更大的瞳孔。该模糊区域(散射圆)可以借助于距离测量来确定，并且可以借助于去卷积(去卷积)在另一步骤中增加对象上的横向位置分辨。
例如，在自动预编程测量过程的基础上，在每种情况下，首先可以确定距目标平面5的粗略距离，其中，随后距离相关模糊区域和目标方向(对象空间中相对于目标轴的角度)可以与SPAD结构中的各个子区域相关联。
图6a至图6c通过示例的方式示出了例如在借助于窗口30上的激光测量射束7进行测量的情况下，接收器上作为超焦距的函数的光分布。
如图6a所示，测量射束7的第一部分8a入射在更靠近定位的窗框31上，而测量射束的第二部分8b入射在窗玻璃32上。不同的测量点9通过测量射束7的光斑33来获取，其中，在SPAD结构15上成像的激光光斑34例如对于大于超焦距的距离来说(如图6b所示)，产生对象的清晰图像/具有高位置分辨率的对象，即，具有测量点9的清晰出现的点图像90。对于短于超焦距的距离来说，如图6c所示，由激光照射的对象被成像为SPAD阵列15上的模糊光斑34，并且与测量点9相关联的图像区域90'显示出比长距离更大的模糊度。图像区域90'可以通过由微单元构成的子区域来实现。因为区域90'仍可以根据图6b和图6c单独识别，所以运行时间或距子区域8a、8b的关联测量距离可以按空间分辨方式分别识别或确定。此外，例如，借助于去卷积可以进一步改善横向分辨。
图7a至图7c示意性地示出了SPAD结构15，各自具有由许多微单元构成的不同矩阵状子区域(域)，即，具有采用象限分配的四个域(图7a)、具有采用十字结构的五个域(图7b)，以及具有9个域(图7c)。
在这种情况下，SPAD阵列15可以以电子方式划分成固定域，例如，其中每个域分别生成分离的输出信号。然而，另选地，微单元例如也可以如图9a所示顺序地局部激活，例如，首先按行然后按列激活并读出微单元，从而查询检测器上的不同位置，并因此定义可变的可设定域。
如果完全只有限制时间和位置分辨率的话，那么以前的测距单元可以补救混合像素问题(由发射射束获取的多个目标)。常规测距仪通常显示针对多个测量点9的单个平均距离(参见图6a)。
根据本发明的具有微单元的域状组合的SPAD阵列实现亚皮秒级时间分辨率，其中，根据本发明的SPAD阵列例如能够实现在角落、梯阶、孔、缝隙以及边缘上的位置分辨距离测量。例如，每个域35生成运行时信号，该运行时信号在每种情况下被中继至距离测量单元。因此，通过SPAD结构以时间分辨和位置分辨的方式获取成像激光束34的横截面。
图8a和图8b示出了具有各种不同多色掩模的示例性SPAD阵列。
图8a示出了具有四个域35[1-4]的SPAD阵列15，其中，这些域各自具有RGB滤色器掩模。所述掩模例如可以实现为Bayer图案。而且，示意性地示出了入射在接收器15上的接收射束34。在该实施方式中，SPAD阵列15具有分别被提供至分析电子设备单元的4×3个信号输出R[1-4]、G[1-4]、B[1-4]，该分析电子设备单元例如被设计成测量幅度或者还测量目标对象与仪器之间的运行时间。因此可以确定测量距离，并且还可以如上所述，在围绕目标轴的四个扇区中以位置分辨的方式建立颜色纹理和颜色过渡。颜色信息给出了测量表面是连贯的还是分成段的指示。色调变化通常与边缘或梯阶相关联。该附加信息有助于计算与四个扇区35[1-4](域)相关联的实际对象距离。
如果发射器被配置成，使得发射射束例如借助于蓝、绿以及红激光的组合来生成，那么可以使用所有颜色直接测量距离。
接收传感器处的颜色编码具有以下优点：背景光按光谱分配到RGB颜色通道上，并且尽管光谱宽度很大，但噪声基本上不会增加。另一方面，具有特定颜色的表面(例如，440nm的蓝色)仍然可以以高信号质量加以测量。
如果同时使用至少两个颜色通道进行测量(例如，使用RG颜色通道)，那么还可以将大气扩散校正附加至原始距离，因此所确定距离不受大气的影响。例如，经由气象辅助测量确定空气的群折射率因此变得无关紧要。
而且，例如，横向位置分辨也可以在具有不同光谱反射率的距离相等的表面处进行。
激光辐射在粗糙对象表面上的漫反向散射产生所谓的散斑。亮度变化(其导致幅度噪声和距离噪声)因此在SPAD阵列的接收器表面上出现。在利用多色或光谱宽激光器或SLED(超发光二极管)进行距离测量的情况下，与各个颜色相关的散斑场被叠加，其中，接收信号的变化以及距离测量的结果两者都是平均的。SPAD阵列的每个颜色通道产生一个受散斑影响的距离，由此，可以减小测量距离的平均值的变化。
例如，由RGBNir掩模(未示出)定义的四个域所构成的SPAD阵列分别为每个域生成四个运行时间信号，它们与对应激光光谱相关联。如果激光具有低发散射束，那么通过发射射束很好地确定横向空间分辨率，但是经由散斑场的衍射效应表现出色度所致距离误差，尤其是在激光二极管光源的情况下。然而，如果按多个波长测量距离(例如，在此为四个)，那么减少了波长上平均的距离误差(例如，在此为一除以四的平方根)。
图8b示出了SPAD阵列15，其具有采用象限分配的四个域35[1-4]和经特殊颜色编码的小中心域355。该中央子区域355例如配备有蓝滤色器掩模，并且外侧围绕的四个域35[1-4]设置有常规RGB滤色器。
因此，在中心部分355中检测并读出具有短且因此高分辨率的激光束波长的蓝色光谱分量B5，而相反，发射器的所有波长都被容纳在外象限35[1-4]中，如图8a所示。由于接收器侧光学位置分辨率高，因此，可以使用中央子区域355实现具有精确位置分辨率的距离测量，而相反，例如，使用外侧围绕的四个象限35[1-4]中的每一个来确定与子区域的空间方向相关联的至少一个原始距离。
例如，如果测量房间角落的边缘，则使用中央域355获取相距角落的精确距离。与此相反，四个象限35[1-4]确定相距邻接表面的距离。可以借助于颜色信息将这四个距离分配给两个对象表面。
图9a、图9b示意性地示出了通过按SPAD结构15的微单元的行和列激活并读出来识别边缘线36。
在测量房间角落时出现由两个平面定义的边缘线36，例如，其中第一部分射束7a获取第一墙壁，而第二部分射束7b获取第二墙壁。
图9a示意性地示出了用于获取房间角落37的图像的SPAD结构15，其中，接收射束34包含有关这两个墙壁之间的边缘线36的部分信号7a、7b。现在获取接收射束34，使得列x中的微单元分别互连并生成单个距离信号D。
如图9b所示，将微单元互连成作为列的域在列轴(x轴)上产生一类投影38。将微单元类似互连成作为行的域在行轴(y轴)上产生另一投影(未示出)。现在可以例如基于这两个投影来推断房间中的边缘线。
图10示出了接收光可以怎样以优选定义的均匀方式分布到SPAD阵列15上的变型例。其目标是优选地照射SPAD阵列15的所有微单元并且独立于目标对象的距离来这样做。由玻璃、石英或塑料制成的光学多模光导是特别合适的，并且也从先前的APD中已知。借助于扰模器在多模光导的输出部处实现特别均匀的光分布。可以利用SPAD阵列表面上的光学成像对光纤端进行成像，但是光也可以按短距离直接耦合到敏感表面上。
该图示出了作为具有无光泽入射表面40的方形光纤39的光导的特定实施方式。无光泽产生光纤横截面的均匀照明，并且光导另外通过沿SPAD阵列15的方向的万花筒式反射来混合光信号，并且同时通过在横截面范围的区域中的光波导来包围该光信号。因此，在方形光纤39的出口端确保SPAD阵列15上的均匀光分布。方形光纤39本身与多模光导类似构造，其由芯区域41和光学覆层42构成。光学覆层42具有这样的效果，即，在数值孔径内具有传播方向的辐射不能横向地离开波导。
显然，这些例示的图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。不同方法还可以彼此组合以及与根据现有技术的方法相组合。

Claims (22)

1.一种用于对目标对象进行距离测量的测距仪，所述测距仪包括：
发射器(14)，所述发射器被配置成，生成用于对所述目标对象进行单点测量的定向的发射射束(7)，所述发射射束(7)定义目标轴，
接收器，所述接收器被配置成，获取接收射束(70)，所述接收射束(70)是从所述目标对象返回的所述发射射束的至少一部分，以及
计算机单元(13)，所述计算机单元被配置成，基于所述接收射束(70)导出距所述目标对象的距离，
其特征在于，
用于获取所述接收射束(70)的所述接收器具有基于微单元的结构的光电传感器，
所述接收器和所述计算机单元(13)被配置成，使得能够定义所述接收器的一组能够单独读取的子区域(35、35[1-5])，并且
所述接收器和所述计算机单元(13)被配置成，对于使用所述接收器的所述子区域(35、35[1-5])获取的所述接收射束的不同横截面分量导出一组运行时间，
其中，同一发射射束撞击多个目标对象并返回具有不同横截面分量的射束。
2.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述计算机单元(13)被配置成，基于使用所述接收器的所述子区域(35、35[1-5])获取的所述接收射束的所述横截面分量，来执行对使用所述发射射束(7)照射的所述目标对象的表面的评估，其中，所述评估基于以下各项中的至少一个：
对所述一组运行时间中的运行时间进行的运行时间比较，以及
对使用不同子区域获取的接收信号进行的信号强度比较。
3.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器和所述计算机单元被配置成，在导出距所述目标对象的距离时考虑评估，
其中，基于所述评估
将根据所述接收射束(70)导出的距所述目标对象的距离标识为不准确，或者
使用所述接收器的不同子区域(35、35[1-5])获取的距离测量数据被不同地加权，或者
针对所述目标对象定义所述接收器的另一组调整后的能够单独读取的子区域。
4.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器和所述计算机单元(13)被配置成，使得所述发射射束(7)的所定义的横截面分量能够与所述接收器的相应的能够单独读取的子区域(35、35[1-5])相关联，其中，所定义的和所述目标轴有关的目标方向能够与所述横截面分量相关联。
5.根据权利要求4所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器和所述计算机单元(13)被配置成
导出分别与所述接收器的所述子区域(35、35[1-5])相关联的原始距离数据，
基于所述原始距离数据，执行用于导出一组精细距离的去卷积算法，并且
将精细距离与所定义的和所述目标轴有关的目标方向关联起来。
6.根据权利要求5所述的测距仪，
其特征在于，
所述计算机单元(13)被配置成，执行具有以下步骤的自动化预编程测量过程导出所述原始距离数据，
导出所述一组精细距离，以及
将精细距离与所定义的目标方向关联起来。
7.根据权利要求5或6所述的测距仪，
其特征在于，
导出所述一组精细距离的处理基于以下各项中的至少一个
查寻表，所述查寻表使得能够实现原始距离与在所述接收器上成像的所述发射射束的射束直径之间的关联，以及
函数，所述函数基于作为函数参数的所述原始距离，输出在所述接收器上成像的所述发射射束的射束直径。
8.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述光电传感器被设计为SPAD结构(15、15A、15B)并且被配置成，使得所述光电传感器具有以下特性中的至少一个：
针对300nm至1100nm之间的波长的光敏性，
针对700nm至2000nm之间的波长的光敏性，
转折操作模式，
线性操作模式。
9.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器被配置成，使得
所述光电传感器被设计为单光子雪崩光电二极管SPAD结构(15、15A、15B)，所述SPAD结构具有多个微单元并且被配置成，使得所述微单元能够单独地和/或以微单元组进行读取，从而能够定义所述接收器的能够单独读取的子区域(35、35[1-5])，和/或
所述接收器具有多个SPAD结构(15、15A、15B)，其中，所述多个SPAD结构被配置成，使得能够将所述接收器的能够单独读取的子区域(35、35[1-5])分别定义成，使得所述子区域基于单个SPAD结构中的微单元或者基于所述多个SPAD结构中的SPAD结构的组合中的微单元。
10.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述发射器(14)被配置成，提供所述发射射束(7)作为具有小于500皮秒的单个脉冲持续时间的脉冲化激光测量辐射。
11.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器被配置成使得所述光电传感器表面具有光谱光敏性彼此不同的区域。
12.根据权利要求11所述的测距仪，
其特征在于，
所述计算机单元(13)被配置成，基于具有彼此不同的光谱光敏性的所述区域，在执行评估时，考虑散斑场的衍射效应。
13.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述测距仪具有光纤耦合装置并且被配置成，使得所述发射射束的返回部分借助于光混合而均匀分布到所述光电传感器上。
14.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述测距仪具有接收电路，所述接收电路被配置为处理接收信号并且提供以下各项中的至少一个：
具有亚皮秒级时间分辨率的所述接收信号的波形数字化，
具有时间-数字转换器(20)的时间测量电路，以及
所述接收信号相对于由所述发射射束(7)提供的发射信号的相位测量。
15.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述测距仪被用于激光扫描仪、准距仪、轮廓仪、激光跟踪仪、LIDAR测量装置或手持式测距装置。
16.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述发射器被配置成生成用于对所述目标对象进行单点测量的准直的发射射束(7)。
17.根据权利要求1所述的测距仪，
其特征在于，
所述发射射束(7)是脉冲化激光测量射束。
18.根据权利要求5所述的测距仪，
其特征在于，
针对一组子区域中的每个子区域(35、35[1-5])导出一个精细距离。
19.根据权利要求11所述的测距仪，
其特征在于，
所述接收器是借助于对于透射行为具有不同的滤波器的滤波器掩模来配置的。
20.根据权利要求19所述的测距仪，
其特征在于，
所述发射器(14)被配置成在适于所述滤波器掩模的所述滤波器的规定的波长范围内生成所述发射射束(7)。
21.根据权利要求19所述的测距仪，
其特征在于，
所述发射器(14)被配置成借助于生成波长不同的同轴激光束在适于所述滤波器掩模的所述滤波器的规定的波长范围内生成所述发射射束(7)。
22.根据权利要求12所述的测距仪，
其特征在于，
所述计算机单元(13)被配置成，基于具有彼此不同的光谱光敏性的所述区域，在导出精细距离时，考虑散斑场的衍射效应。
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