CN109425869B - 具有扫描功能和接收器的可设定接收范围的测量装置 - Google Patents

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Abstract

具有扫描功能和可设定的接收器接收范围的测量装置。本发明涉及一种用于对环境进行光学探测的具有扫描功能的测量装置，其中，该测量装置具有传感器，该传感器包括作为接收表面的微单元组件，并且根据发射辐射的发射方向来规定接收器的方向相关的有效部分，以便使有效的接收器表面适于接收辐射的变化的成像位置。

Description

具有扫描功能和接收器的可设定接收范围的测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于对环境进行光学探测的具有扫描功能的测量装置。
背景技术
借助激光扫描仪执行扫描的方法常常被用于获取环境中的物体或表面。在这种情况下，通过激光所测得的到目标表面的距离在每种情况下获取表面点的空间位置，并且该测量与激光发射的角信息项相关联。可以根据这些距离和角信息项来确定所获取的点的空间位置，例如，可以以持续方式测量表面。与表面的这种单独几何获取并行地，相机也常常执行图像记录，这样还提供了除了可视全景之外的例如相对于表面纹理的其它信息项。
3D扫描是一种非常有效的技术，用于在数分钟或数秒内生成数百万个个体测量数据，尤其是，3D坐标。典型的测量任务是记录诸如工业厂房、房屋立面或历史建筑物的物体或物体的表面，而且也记录事故位置和犯罪现场。具有扫描功能的测量装置是例如全站仪或经纬仪，其用于测量或创建表面的3D坐标。为此，它们必须能够在表面上或者沿着边缘引导距离测量装置的测量光束(通常是激光束)，并因此以预定扫描或测量速率同时在各种测量方向上连续获取相对于相应测量点的方向和距离。方向和距离在这种情况下涉及测量基准点，例如，测量装置的位置或零点，换句话讲，它们位于公共基准或坐标系中，因此，个体测量方向进而个体测量数据借助本地坐标系相互建立联系。随后，例如，借助于集成的或外部数据处理系统，因此可以根据针对每个点的距离测量值和与其相关的测量方向，针对多个扫描点生成所谓的3D点云。
此外，具有扫描功能的测量装置还用作例如激光雷达系统，例如，用于空中景观测量。在这种情况下，激光脉冲根据所规定的扫描栅格借助快速可设定偏转元件(例如，扫描镜(“扫镜”))或折射光学组件从移动的载体(尤其是，飞机或无人机(UAV，“无人驾驶飞行器”))发射到表面。基于借助全球卫星定位系统(GSNS，“全球导航卫星系统”)和/或借助惯性测量系统(IMU，“惯性测量单元”)获取的例如发射到表面的辐射的返回部分和载体的固有移动，因此可以推导出待测量表面的准确表面模型。
扫描测量装置的其它测量任务是例如监视用于工业制造工厂的警报或监视系统的背景下或者在驾驶员辅助系统中使用时进行环境监视。
扫描测量装置的其它应用是例如确定隧道横截面的形状和面积或者确定挖掘坑或砾石堆的体积。
在自主驾驶车辆的领域中，通常预先获取待行驶道路并且在模型中进行成像。为此目的，例如，使用配备有扫描仪的车辆，该扫描仪扫描并绘制相关区域。在这种情况下使用的激光雷达模块必须满足例如针对该任务的尤其相对于视场和获取速率的专门要求。例如，期望水平视场包括大致80°，其中，所需的垂直视场通常明显更小，例如，大致25°。用于扫描整个视场的获取速率通常为大致25Hz。
相对于基本结构，这种扫描测量装置被设计成例如具有基于电光激光的测距仪，以获取到作为测量点的物点的距离，其中，此外，提供测量方向偏转单元，以便例如相对于一个或更多个独立空间方向变化距离测量光束的发射方向，由此可以获取三维测量或扫描区域。
在电子和/或电光距离测量领域中已知各种原理和方法。一种方法是将脉动电磁辐射(例如，激光)发射到待测量目标上，并随后从作为后向散射物体的该目标接收回射，其中，例如，可以基于脉冲的行进时间、形状和/或相位来确定与待测量目标的距离。这种激光测距仪在许多领域同时已成为标准解决方案。
通常，使用两种不同的方法或其组合来检测反向散射脉冲或脉冲序列。
在所谓的阈值方法中，检测光脉冲入射在所使用的距离测量装置的检测器上的辐射的强度是否超过特定阈值。该阈值防止来自背景的噪声和干扰信号被错误地检测为有用信号，即，被检测为所发射的脉冲的反向散射光。
然而，存在的问题是，在弱反向散射脉冲的情况下(例如，由较大测量距离引起的)，如果脉冲强度低于检测阈值(即，低于阈值)，则无法再进行检测。因此，这种阈值方法的主要缺点在于，测量信号的幅度必须充分大于信号路径中的光学和电学噪声源的噪声幅度，以便充分地最小化错误检测，并因此该阈值方法在相对较远的距离上对测量仅具有有限的可用性。
另一种方法基于反向散射脉冲的扫描或采样。该方法通常用于弱反向散射信号(例如，脉冲信号)的情况，例如由于较大的测量距离所引起的。该方法也可以被认为是集成信号采集，其中，通过采样获取整体信号信息以及基本噪声信息，这导致测量精度的提高。通过对由检测器获取的辐射进行采样、在采样范围内识别信号以及最后按时间顺序确定信号的位置来检测所发射的信号。由于使用多个采样值和/或与发射速率同步的接收信号的总和，即使在不利的情况下也可以识别出有用的信号，并因此也可以对较大的距离或者有噪声或受到干扰的背景场景进行管理。
目前，在这种情况下，借助于波形数字化方法(“波形数字化”，WFD)频繁地对由检测器获取的辐射的模拟信号的整个波形进行采样。在识别出接收信号的相关发射信号的编码(ASK、FSK、PSK、也称为距离或间隔调制等)之后，例如，借助于傅立叶变换或者根据采样的、数字化的、和重建的信号的规定的曲线点(例如，拐点、曲线最大值)或者借助于从时间插值中已知的最佳滤波器整体地、非常精确地确定信号行进时间(“脉冲行进时间”)。
另选地或附加地，为了确定脉冲行进时间，通常还相对于经编码或调制的脉冲或脉冲序列的幅度、相位、极化、波长和/或频率进行(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数转换器(ADC)被转换成数字信号序列。随后，通常实时地对该数字信号进行进一步处理。在第一步骤中，通过特定数字滤波器(ASK、FSK、PSK 等)对该信号序列进行解码，即辨识，并最终确定信号序列内的描述时间间隔的签名的位置。时间分辨签名的示例是焦点、正弦-余弦变换、或者例如包括从脉冲形状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，还将相应的时间分辨签名与内部起始信号进行比较。为了避免不可逆的采样误差或量化误差，另外应用本领域技术人员已知的数字信号变换。
最简单的调制类型之一是借助间隔编码识别各个脉冲或脉冲序列，例如在EP 1832 897 B1中所描述的。例如，这用于重新识别能力。如果出现模糊，则需要重新识别，这可能由脉冲的行进时间测量中的不同情况引起，例如，如果在测量装置与目标物体之间存在多于一个的脉冲或一个脉冲组。例如，在由多个激光束组成的多光束系统和相关的接收传感器中，脉冲编码尤其有利。
偏转单元可以按移动反射镜的形式来实现，或者另选地，另外还通过适于光学辐射的受控角度偏转的其它元件(例如，可枢转棱镜、可移动光学波导、光折射光学元件、可变形光学组件等)来实现。测量通常在确定距离和角度的情况下进行，即，在球面坐标中，其也可以转换成笛卡尔坐标以进行显示和进一步处理。
扫描测量装置尤其可以具有两个用于发射辐射和接收辐射的单独光束路径，或者发射通道和接收通道的光束路径可以至少部分重叠。尤其是，光束路径因此可以被设计成，使得偏转单元仅作用于发射辐射，即，接收通道的成像效果基本上与偏转单元的光束偏转元件无关，发射通道和接收通道各自都具有单独的(例如，可单独致动的) 偏转单元，或者单个偏转单元既作用于发射辐射也作用于接收辐射。
如果偏转单元仅作用于发射辐射，则其缺点在于，例如，由于入射角变化，导致接收器上的接收辐射的成像位置变化，并因此与例如借助对应光学单元来稳定图像位置的情况相比，较大接收器表面是必须的。然而，背景光分量也因较大接收器表面而升高，例如，这可能导致信噪比由于散粒噪声而恶化。因此，这种测量装置通常用于测量其中将只扫描小空间角度范围的任务，因此接收器表面可保持较小。
例如，通过合适地选择发射辐射的波长并且在接收路径中安装相应的滤波器可以减小背景光分量。然而，这通常使光源的复杂度提高，因为它必须具有规定的稳定波长。这是复杂的，需要特殊的稳定措施，同时还妨碍例如测量装置具有更紧凑的结构。
尤其是，对于要扫描较大空间角度范围的测量任务，偏转单元因此通常被布置成，使得通过发射通道和接收通道中的相同光束偏转元件或者通过分别在发射通道和接收通道中的单独光束偏转元件来使接收器上的接收辐射成像位置稳定。因此，可以例如相对于平均接收光束的光束直径来优化接收器表面，接收器表面因此可以保持相对较小。
尤其是，在机载激光雷达系统中，到地球表面的测量距离可以是几千米(高达5 千米)，其中，偏转单元的角度设定速率相对较高(例如，200-300rad/s)。这导致例如偏转单元的设定(例如，发射和接收辐射的公共光束路径中的单个偏转镜的位置) 对于输出的发射信号和与其对应的输入的接收信号而言是不同的。
例如，在飞行高度为5km时，以光速(大致300,000km/s)移动的脉冲的行进时间为33μs。在发射通道和接收通道所共享的偏转元件的角度设定速率为200rad/s 的情况下，导致6.6mrad的目标误差。因此，这意味着接收器看起来与激光束撞击地面的位置相距6.6mrad。如果激光束的光束直径为例如0.2-0.5mrad，则接收器的视场(为了收集从激光束返回的所有光)因此必须覆盖激光束的直径的10倍至20倍。如果激光雷达扫描仪此外还可以执行复杂的二维扫描网格，则目标误差发生在激光束的所有方向上，由此接收器的视场要求因此被再次加倍。
为了使接收器保持较小并因此进而减小例如背景光分量，现有技术中已知用各种方法例如借助接收路径中的复杂光学补偿元件的距离相关致动来补偿因随着测量距离变化而变化的有限行进时间造成的瞄准误差。然而，各个解决方案总是需要相对于装置参数(例如，装置尺寸、系统复杂度、测量精度、可测量距离范围或相对于可设定扫描模式的灵活性)取折衷。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量方法或测量装置，借此避免现有技术中已知的缺点，尤其是，其中，在扩大的距离测量范围内能够进行快速且精确的测量。
通过实现独立权利要求的特征表征来实现该目的。可从从属专利权利要求中推导出以替代或有利方式改善本发明的特征。
本发明涉及一种用于对环境进行光学探测的测量装置，该测量装置具有：辐射源，其用于产生发射辐射，例如，脉冲激光测量辐射；发射通道，其用于发射至少所述发射辐射的一部分；光束偏转元件，其在所述发射通道中，被配置成使所述发射辐射偏转，并且设定来自所述发射通道的发射辐射的在时间上变化的发射方向；以及接收通道，其包括接收器，所述接收器被配置成基于至少返回的发射辐射(下文中被称为接收辐射)的一部分来获取接收信号。所述测量装置此外还具有：控制电子单元，其被配置成基于预先编程的测量过程来控制所述测量装置；角度确定单元，其用于获取相对于所述发射辐射的所述发射方向的角度数据；以及计算机单元，其用于基于所述接收信号来推导距离测量数据。基于以下各项通过所述测量过程借助所述发射辐射来执行尤其是扫掠扫描：针对所述发射辐射的发射方向的持续变化，所述光束偏转元件的规定的持续(尤其是连续)致动；所述发射辐射的持续发射和所述接收信号的持续获取；以及距离测量数据的推导。
根据本发明，用于获取接收信号的接收器具有基于微单元结构的光电传感器，尤其是其中，所述传感器被设计为单光子雪崩光电二极管的结构，其中，所述传感器具有多个微单元，并且被配置成，使得所述微单元可以独立地和/或以微单元组读取，并因此可对所述接收器的可独立读取的有效部分进行设定。可读取意味着，微单元或微单元组具有允许确定以皮秒或亚皮秒为单位的行进时间的信号输出。在所述测量过程的背景下，同步进行所述光束偏转元件的致动和所述接收信号的获取，使得基于接收器的有效部分进行所述接收信号的获取，其中，基于限定发射辐射的发射方向的角度数据和/或基于距离测量数据(尤其是相对于光束偏转元件的紧接在前致动的距离测量数据)来设定所述有效部分。
因此，接收器根据本发明具有整个检测器表面，其中，将整个检测器表面中的一部分设定为有效获取区域/有效部分，其中，能够对有效获取区域关于其在整个检测器表面上的位置以时间上可变的方式进行设定，尤其是，其中，此外还能够对有效获取区域的形状和/或尺寸进行设定，并且其中，通过入射在整个检测器表面上的辐射来生成取决于有效获取区域的设定的接收器信号。
一方面，如果光束偏转元件仅作用于发射辐射，例如，通常必须相对于接收通道中的返回光束的入射角提供接收通道侧的单独补偿，该入射角由于光束偏转元件的移动而发生变化。根据本发明，因此，基于根据本发明的传感器并且根据发射辐射的发射方向，在检测器侧发生这种补偿。
另一方面，例如，如果通过发射和接收通道中的相同光束偏转元件或者通过分别在发射和接收通道中的单独光束偏转元件来稳定接收器上接收到的辐射的成像位置，则由于有限的信号行进时间和光束偏转元件的移动，相对于光束偏转元件上的相应入射角度，在出射的发射辐射和接收辐射之间出现角度差，这带来的结果是，接收器看上去远离(取决于距离)激光束入射到照射表面上的位置。通过根据本发明对传感器的使用来补偿取决于当前距离的该偏移。
传感器可以是例如单光子雪崩光电二极管的组件。单光子雪崩光电二极管的组件(也称为SPAD组件或SPAD阵列)通常被布置为芯片上的矩阵结构。在可见光和近红外光谱范围内具有光敏性的组件或芯片也称为SiPM(硅光电倍增管)。SiPM正逐渐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，其对近红外范围敏感，直到远超过900nm波长。
这些SPAD阵列的特殊特征是其高放大率，因此迄今为止这些SPAD阵列在非常弱的光学信号的情况下使用，其中仅1个至50个光子入射在传感器上。例如，在空中传播的这种传感器也称为SPL-激光雷达(SPL＝“单光子激光雷达”)。然而，仅使用少量光子，距离噪声就很大并且通常为10mm至100mm。此外，绝对距离测量精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。相反，通过特殊测量，例如，距离徙动校正(range walkcompensation)，可以实现远小于1mm的距离噪声，从而实现0.1mm的测量精度。这对应于一皮秒或更短的典型时间分辨率。
商业SPAD阵列也可在800nm和1800nm之间的波长下使用。这些传感器主要由半导体材料InGaAs构成。根据设计，这些传感器还具有在光敏表面之上的外部或内部矩阵结构。包括在该光谱范围内的SPAD阵列的距离测量系统具有以下优点：太阳环境光(日光)相对于可见波长范围显著更低，并且该干扰光通量因此对SPAD阵列的干扰更小。
这些SPAD阵列传感器的特殊之处在于非常高的光敏性，其中，SPAD阵列主要是为了能够正确地检测单个光子而设计的。因此，它们也被称为“多像素光子计数器” (MPPC)。SPAD阵列由数百、数千、或多达数万个微单元组成，并因此能够同时接收具有数千或数十万个光子的脉冲。此外，由于许多微单元并联连接到单元组(域) 中，在太阳背景光的情况下仍然存在用于信号光子的足够的自由单元。
SPAD组件的另一特殊特征是各个微单元或微单元的各个子集可以被单独激活和/或单独读取。因此，例如，为了接收器的逐行或逐列读取(例如，作为“滚动快门 (rollingshutter)”或“滚动帧(rolling frame)”)，微单元可以被局部地顺序激活。尤其是，因此可以规定可以根据发射方向单独读取的接收器部分。
例如，可以规定这些部分，使得它们各自表示相邻微单元的空间序列，例如，其中，每个部分对应于SPAD组件的至少一行或至少一列。这些部分也可以由接收器的相应间隔开的区域来规定，然而，即，各个部分不代表微单元的连贯序列。
尤其是，可以规定各个部分，使得它们至少部分地相互重叠。
例如，这些部分还可以彼此适配，使得通过各个部分(域)的信号获取序列，例如，交替地读取SPAD组件的各个微单元或微单元组，例如，交替地读取所述部分内 (关于SPAD组件)奇数和偶数单元。微单元或微单元组的这种按时间顺序交替的激活导致例如缩短SPAD阵列的恢复时间，由此可实现更快速的激光调制或射速。
SPAD组件的微单元或微单元组(域)可以在静止状态下保持激活，而不是单独激活它们，例如，以便与用于“滚动快门”或“移动帧”功能的发射器侧扫描移动同步地获取和分析微单元或微单元组(域)的输出。在这种情况下，借助于集成在SPAD 阵列上的电子电路，例如，尤其是那些微单元或微单元组(域)连接至信号输出端，其在时间上同步地朝向被发射器侧激光辐射的物体的表面对准。如果激光的扫描移动在竖直方向上移动，则有效接收器侧域沿相同方向同步移位，并因此有效接收单元的视场(FoV，“field-of-view”)可以即时接收物体上的激光光斑。接收单元的相应有效视场例如被设计成在角度范围内足够小，使得可以完全看到并接收反向散射的接收脉冲，并且同时尽可能少地接收干扰环境光。
根据本发明，因此可以根据发射辐射的发射方向以方向相关的方式来规定接收器的有效子区域，以便使接收器表面适于接收辐射的变化的成像位置，例如，以补偿由于有限行进时间以及根据测量距离快速旋转的偏转镜而导致的瞄准误差。因此，可以相对于入射的接收光束来优化相应使用的接收器表面。例如，有效接收表面可以基本上适于相应接收光束的光束直径。因此，对于使用相对于光束直径而言尺寸过大的接收器进行的每个个体测量，也可以保持背景光较低。
与具有大时间抖动的相对昂贵的光电倍增管相比，现代的SiPM传感器成本效益好并且具有在皮秒至亚皮秒范围内的时间抖动。此外，SiPM阵列借助于常规的CMOS 技术工艺进行制造，其还使得能够集成电子组件和电路。这相应地适用于由半导体材料InGaAs制成的SPAD阵列。
高光敏性归因于雪崩机制，其中，阵列的各个微单元在例如过电压范围(“超过毁坏电压的反向电压”)下操作，即，超过击穿电压(毁坏电压)，其中单个光子触发电子雪崩，由此根据设定强烈放大信号，例如，放大到一百万倍。与光子相关联的电流很容易转换成电压信号，并且由于其强度而无需大量放大即可提供给信号分析单元。
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，例如，经由电阻器或跨阻放大器将其转换为电压信号。例如，可以配置SPAD阵列，使得例如具有超过10,000个微单元，其表现得像模拟光电传感器，其中，特征曲线近似地与入射激光脉冲的强度成比例，例如，接收信号弱的情况。
文献区分了线性模式、盖革模式(Geiger mode)和SPL模式(SPL，“单光子激光雷达”)中的SPAD阵列操作。
在低于击穿电压的线性模式中，发生取决于反向电压和温度的放大，并且可以使用SPAD阵列，例如以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。
在盖革模式和SPL模式下，即，在每种情况下，在高于击穿电压的操作中，SPAD 和SPAD阵列可用于单光子计数。在SPAD中，每个单独的像素在盖革模式下生成输出信号，其中，电子雪崩由恰好一个光子触发。如果由多个光子构成的光子群入射，则不测量较大的信号，因此不提供幅度信息。
在盖革模式下，入射光子群仅生成(二进制)事件信号，其与光子群中的光子数量不成比例。
SPL模式被理解为在盖革模式下操作的SPAD阵列，其中，许多微单元并联连接以形成输出信号。在入射光子群仅具有少量光子的情况下，各个雪崩实际上线性地相加，并因此输出信号的幅度与所获取的光子的数量成比例。
在光子触发之后微单元的恢复时间不是零，而是例如在5-50ns之间，由此SPAD 阵列的表观敏感度对于随后的入射光子而言是减小的。然而，这带来的优点是，例如，传感器可以获取具有高动态响应的信号强度范围。这种非线性在具有大量微单元(> 1000)的SPAD阵列中是单调的，并且一方面导致输入信号和输出信号之间的幅度压缩，并且另一方面，随着输入信号变大，输出信号衰减地增大。有趣的是，具有大量微单元(>1000)的SPAD阵列的输出信号没有完全饱和，因此倘若接收脉冲具有超过一百万的非常大量光子，幅度变化是可测量的。
具有足够数量的单元的SPAD阵列在大的动态范围内获取接收信号幅度，并且在某种程度上，压缩非常小到非常大的信号的输入幅度。SPAD阵列永远不会过载，即使在非常大的信号的情况下也不会，即使辐射被角度精确后向反射器反射的情况下也不会。倘若光子数量是109，SPAD阵列的输出信号渐近地接近最大限制电压，该限制电压适应于下游的放大器电路，并且保证直至时间测量电路的下游电子单元不会过载。因此，首次能够在高动态范围内进行精确的距离测量。
在不同距离处和变化的表面上进行激光距离测量的情况下，光子的数量可以变化，例如，从少于10到大于109。相反，SPAD阵列具有测量信号幅度的压缩因子，相对于实际信号幅度，其至少为104，通常为108。因此，能够在黑色漫射目标以及在使用SPAD阵列的后向反射器二者上进行测量，而无需接收单元进行信号调节。由于较大的放大，SPAD阵列还具有例如低噪声并且具有高填充因子的SPAD阵列显示适合于距离测量的信噪比(SNR)。SPAD阵列具有的微单元越多，SNR越大。
脉冲编码通常应用于测距仪的激光信号。常规的脉冲速率在千赫兹到千兆赫兹之间。实验表明，在转折操作的电压下，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群(脉冲串)并且几乎没有噪声。例如，如果微单元的恢复时间是非常长的10ns，情况也是如此。由于SPAD阵列的准模拟结构，例如，也可以接收由于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光电流上。例如，由SPAD阵列输出端的激光脉冲产生的电流浪涌被高通滤波，从而缩短了慢后信号侧沿。因此，输出脉冲变为例如具有小于1纳秒的脉冲持续时间的短信号脉冲。这种具有陡峭侧沿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。然而，使用高通滤波器(微分器)对SPAD阵列的恢复时间没有影响。
此外，已经进行了第一次实现实验以将更多电子功能集成到SPAD阵列中。例如，时间测量电路(“TOF电路”)已经与每个微单元相关联。这些测量行进时间(TOF，“飞行时间”)。例如，存在SPAD阵列实现，其中，精确光子计数器集成在微单元附近，其在没有下游模数转换器(ADC)的情况下进行管理。此外，例如，时间测量电路(TDC，“时间数字转换器”)可以集成在每个微单元中。此外，例如，数字接口用作SPAD阵列的输出。这种构建块是完全数字化的，并且在CMOS生产中不需要“混合信号处理”。
通过根据本发明的接收通道，可以借助光束偏转元件的快速移动将测量装置设计用于高扫描速度。在接收器侧需要与发射器侧扫描同步地跟踪接收单元的视场(FoV，“视场”)的措施。
该措施是例如在某个时间点，只有一个域(domain)(即，SPAD阵列的微单元的一个子组)连接至信号输出端，该信号输出端在物体/目标上的光斑方向上精确对准。由于光斑以扫描方式在待测量物体上方枢转，因此SPAD阵列的有效域仅通过电路在物体上方同步枢转。SPAD阵列的该有效域形成接收单元的有效视场。接收单元的该相应有效视场被有意地设计得很窄，从而收集尽可能少的太阳光并且使得尽可能少的有效域的微单元被不正确地触发。接收器的有效部分与SPAD阵列表面上的光斑同步移动，使得有效微单元部分地或完全地包围光斑。由于这种电子扫描(也称为“固态扫描”)，因此在接收侧不需要移动部件，例如，MEMS扫描器、楔形扫描器、多棱镜轮、或多面镜轮。
根据本发明的一个实施方式，测量装置具有惯性计，该惯性计被配置成获取相对于测量装置固有移动的惯性数据，尤其是，位移和/或倾斜(6自由度，6DoF)，并且其中，基于惯性数据来选择在测量过程范围内使用的有效部分。
尤其是，根据另一实施方式，所述测量装置被配置成例如获取所述测量装置的固有移动的时间曲线，并且预先基于所述时间曲线来估计所述测量装置的固有移动，其中，基于所估计的测量装置的固有移动，尤其是，考虑到最初推导出的距离测量数据的时间曲线，选择所述测量过程的范围中使用的有效部分。
例如，测量装置的振动(例如，万向节安装在飞机中的测量仪器的残余振动)因此可得以补偿。
例如，基于用于致动光束偏转元件的控制信号和/或基于例如由测量装置中存在的一个或更多个角度计提供的角度测量数据，推导相对于发射辐射的发射方向的角度数据。
根据另一实施方式，所述测量装置被配置成尤其是借助所获取的接收信号的焦点确定或最大值确定，推导所述传感器上的接收辐射的入射位置，并且基于所述入射位置和所述距离测量数据来推导相对于所述角度数据的校正信息项。
因此，例如，可以实现用于创建点云的距离测量数据的精确参考，其中，例如，可以省去测量装置中的角度计。例如，在特定情况下，如果(初始)导出的角度数据仅基于用于致动光束偏转元件的控制信号并且基于在点云中参考的入射位置校正初始导出的角度数据，则可以是足够的。
在另一实施方式中，所述测量装置被配置成基于所述角度数据，尤其是基于接收通道的规定的固定焦点光学单元来估计在传感器上成像的接收辐射的光束形状和/或位置的第一成像信息项，其中，基于所估计的第一成像信息项来选择在测量过程的范围中使用的有效部分。
尤其是，可以根据另一实施方式来配置测量装置，以便基于接收器相对于先前获取的接收信号的反馈，估计在所述接收器上成像的接收辐射的光束形状和/或位置的第二成像信息项，其中，基于所估计的第二成像信息项来选择所述测量过程的范围中使用的有效部分。
根据另一实施方式，所述测量装置被配置成基于所述距离测量数据，估计在接收器上成像的接收辐射的光束形状和/或位置的第三成像信息项，其中，基于所估计的第三成像信息项来选择所述测量过程的范围中使用的有效部分。
在一个实施方式中，所述接收通道被配置成，使得所述接收通道的成像效果基本上与光束偏转元件的致动无关，尤其是其中，所述光束偏转元件被布置成使得其仅作用于发射辐射。因此，这意味着接收通道具有静态光轴，即，不发生入射接收光束的光学方向校正。
另选地，根据本发明的另一实施方式，所述接收通道可以被配置成，使得所述接收通道的成像效果取决于光束偏转元件的致动，所述光束偏转元件被布置成使得其也作用于接收辐射，并因此，根据所述光束偏转元件的致动，提供发射辐射的第一偏转角度和接收辐射的第二偏转角度。在这种情况下，所述测量装置被配置成基于估计所述发射辐射通过所述光束偏转元件的时间点和关联的所述接收辐射通过所述光束偏转元件的时间点之间的时间差来估计所述第一偏转角度和所述第二偏转角度之间的角度差，其中，基于所估计的角度差来选择所述测量过程的范围中使用的有效部分。
因此，例如，有限行进时间导致的目标误差可以被随着测量距离的变化被补偿，其中，光学结构的复杂性可同时保持较低。
尤其是，根据另一实施方式，在这种情况下，基于以下中的至少一个要素来估计所述角度差：距环境中的目标物体的距离；尤其是，基于最初获取的距离测量数据，在时间上变化的发射方向的设定比率；通过用于借助所述光束偏转元件扫掠扫描的测量过程规定的扫描图案；以及所述测量装置的固有移动。
例如，此外还可以基于以先前估计的角度差为基础进行的连续发生的趋势估计，尤其是，基于最近三个紧接在前的角度差，来估计角度差。
此外，根据另一实施方式，接收器可以具有多个传感器，其中多个传感器相对于彼此一维或二维地布置，尤其是其中，每个传感器具有单独的致动电子单元和/或分析电子单元。在这种传感器组件中，例如，SPAD阵列、各个阵列通常被称为像素，尽管这些像素中的每一个本身由数百到数万个微单元组成。
此外，根据另一实施方式设计具有至少一个上述光电传感器的接收器，所述光电传感器包括可单独和/或以微单元组读取的多个微单元，使得可以规定可并行地按时间顺序读取的部分集合，尤其是其中，辐射源被配置成产生平行产生的不同取向和/ 或间隔开的激光测量光束簇，其中可并行地按时间顺序读取的部分集合的部分在这种情况下被规定成使得它们各自与激光测量光束簇的一个激光测量光束相关联。因此，例如，可以使用多个平行和/或发散激光测量光束进行多光束采样。
根据另一实施方式，接收器在接收辐射侧具有对于接收辐射来说辐射不透明的阻挡元件，其中，该阻挡元件被配置成使得可按时间顺序可变设定的透射区被调整以用于将所接收的辐射透射至整个检测器表面，其中，透射区的位置可关于整个检测器表面进行设定，尤其是其中，此外，还可以对透射区的形状和/或尺寸进行设定。
例如，可以基于可设定的可旋转盘来设计阻挡元件，该可设定的可旋转盘基本上平行于整个检测器表面布置，由对于接收辐射来说辐射不透明的材料制成，其具有针对接收辐射的辐射透射开口。例如，可以分别设计或调节两个互锁盘的开口和旋转速度，使得有效获取区可分别设定成使得不同的获取区限定在检测器表面上的二维虚拟移动。
附图说明
在下文中，仅通过示例的方式基于在附图中示意性示出的示例性实施方式更详细地描述根据本发明的全站仪或根据本发明的经纬仪。在图中用相同的附图标记标识相同的元件。所描述的实施方式通常未按比例示出并且它们也不应被理解为限制。
在具体附图中：
图1a至图1d示出了根据本发明的测量装置的示例性应用领域，例如，a)机载激光雷达测量、b)地面激光雷达或扫描仪测量、c)自主驾驶车辆、d)全站仪。
图2示出了由于偏转元件的快速移动和发射信号的有限行进时间而产生瞄准误差的示意图；
图3a、图3b示出了SPAD阵列根据本发明用作测量装置中的接收器的感光表面的光束路径的示意图；
图4a、图4b示出了根据本发明的相对于取决于发射方向(例如，a)一维、b) 二维)的SPAD组件的各个部分的规定的实施方式(“滚动快门窗口”)；
图5示出了具有基于接收器侧SPAD阵列的两步扫描机构的坐标测量装置；
图6a至图6b示出了由用于大角度扫描区域的多个SPAD阵列组成的线性多像素组件。
具体实施方式
图1a至图1d示出了根据本发明用于使用激光测量光束进行扫描来获取环境中的物体或表面的具有扫描功能的测量装置的示例性应用领域。
图1a示出了基于机载载体1(例如，飞机)上的激光雷达系统的典型空中测量。在这种情况下，例如通过短激光脉冲生成发射辐射2，这些短激光脉冲根据表面方向上规定的扫描图案3(例如，借助可移动反射镜或者借助可设定折射光学元件)来偏转。在这种情况下，绘制表面，其中，例如，借助针对发射辐射2的相应的各瞄准方向的脉冲行进时间方法来获取测量装置4与关联的表面点5之间的距离。
在这种情况下，根据本发明的测量装置4可以访问例如用于确定测量装置4(例如，载体1所提供的惯性传感器6)的相对或绝对位置的其它数据、高度测量数据或全球定位系统7的数据。尤其是，然而，测量装置4也可以具有单独的惯性计，以获取相对于测量装置4的固有移动的惯性数据，例如，测量装置4的相对位移和/或倾斜。此外，测量装置4获取例如至少发射器侧激光束偏转单元的角度，其中，表面点 5在待测量物体上的相对或绝对位置是已知的。
附加数据可以由载体的计算机单元8进行部分处理，或者测量装置的计算机单元9可以被配置成使得它直接处理所提供的(原始)数据，例如，其中，测量装置的计算单元9基于所述数据连续推导测量装置4的位置和高度，并且生成例如测量装置4 的本征移动的时间曲线。
可以例如基于例如借助反射镜来回移动(“扫掠”)和机载载体1的向前移动进行的简单“Z字形”扫描来生成待测量物体上的扫描图案。然而，常常例如借助旋转倾斜偏转镜或者借助折射扫描单元，如图中所示地使用基于圆形扫描(“Palmer扫描”)的扫描图案3，因此，由于飞行移动，导致在待测量表面上生成螺旋形扫描图案3。这带来的优点是，例如，因此可以使用一次飞越从两个不同的视角分别获取每个被测量的表面点5。因此，例如，阴影效应被最小化，同时可以扫描较大的区域。在该示例性实施方式中，光学接收通道和发射通道经由诸如偏转镜或多边形轮的相同扫描元件而连通。
根据本发明，测量装置4具有例如基于SPAD阵列的接收器，其中，根据发射辐射2的发射方向，定义接收器的方向相关部分，以便使有效接收器表面适应于接收辐射10的变化成像位置，例如，补偿由于有限行进时间以及根据测量距离快速旋转的偏转镜而导致的瞄准误差。
图1b示出了被设计成适于大测量距离的激光雷达系统的地面应用，这里，例如，该应用在建筑监控领域中，例如用于借助获取由于变化水压导致的坝11的超小移动来监视或检查坝11的完整性。
在地面应用中，与空中测量相比，测量距离常常更短，而相比之下，例如，因为载体1的机械稳定性提高或者因为获知了待测量表面的现有3D模型，所以扫描速率可显著更高，由此，可以使用已经优化的扫描图案。
例如，测量装置可以被配置成例如基于脉冲行进时间原理以高扫描速度和高分辨率扫描坝的相对小的表面12，其中，快速旋转的反射镜将发射光束2沿着第一方向偏转，例如，以设定高度，并且整个测量系统4围绕旋转轴13来回横向(相当缓慢地)枢转。
根据本发明，测量装置4具有例如基于SPAD阵列的接收器，其中，根据发射辐射的发射方向来规定接收器的方向相关部分，以便使接收器表面适应于接收辐射10 的变化的成像位置。
例如，接收器可以被配置成，使得在关联的发射光束2具有相应设定高度的情况下用于获取接收信号的相应部分沿着第一方向与“滚动快门窗口”的意义相符地在接收器上“上下移动”(例如，同样参见图4)。
图1c示出了在自主驾驶车辆领域中的根据本发明的测量装置4的另一应用，其中，例如，借助配备有测量系统4的车辆1预先沿待行驶道路行驶，以获取道路并且在其模型中进行道路成像。
这样的系统通常需要测量装置4的坚固且长寿命的构造，其中，通常还寻求尽可能最紧凑的构造，并且在可能的情况下，大幅省去可能的移动部件。此外，测量过程必须满足例如关于视场和获取速率的特定要求。例如，水平视场将包括大致80°，其中，所需的垂直视场15通常明显更小，例如，大致25°。扫描整个视场的获取速率为例如大致25Hz。
因此，MOEMS组件(“微光电机械系统”)或者可设定或可变形的折射光学元件 (例如，液体透镜)在此通常用作偏转元件。
这里，根据本发明的使用基于SPAD阵列的接收器的优点在于，例如，通过占据的80°x 25°的整个发射器侧扫描区域的SPAD阵列的视场，可简化接收通道的光机械结构。然而，如已经描述的，仅激活了接收器侧视场的一小部分，例如，尤其是，涵盖SPAD阵列上的接收光斑的范围(激活的微单元组)。另选地，例如，测量装置4 的缓慢水平移动也可以借助发射器侧方向偏转单元在接收器侧进行，其中，即，使用SPAD阵列上的域(domain)的一维垂直激活，实际上在接收器侧执行快速垂直扫描移动。
图1d示出了根据本发明的测量装置4用作全站仪16。例如，全站仪用于记录测量环境中规定点的性质，尤其是，用于记录具有空间参考的数据，即，相对于测量点的方向、距离和角度。因此，全站仪通常具有用于将全站仪16的瞄准轴17对准目标的定向装置。
此外，全站仪可以用于自动目标跟踪，例如，其中，用发射的跟踪辐射主动照射目标，并且基于返回辐射，例如，借助获取位置敏感二极管上获取的跟踪光束的偏移来跟踪目标。
现有技术中的全站仪16具有例如底座18和支架19，其中，支架19固定在底座 18上，使得它能够绕第一旋转轴20旋转。此外，全站仪16具有例如承载件21，该承载件21固定在支架上，使得它能够绕第二旋转轴22旋转，第二旋转轴22基本垂直于第一旋转轴20，其中，承载件21具有借助距离测量光束2测量距目标的距离的光学测距仪。承载件21此外还具有例如用于所发射的距离测量光束2(发射光束) 和该距离测量光束10的相关返回部分(接收光束)的公共出射和入射光学单元23。另选地，承载件还可以具有单独的入射光学单元和单独的出射光学单元。
为了将距离测量光束2二维对准目标，通常，支架19以及承载件21二者都移动，其中，为了进行特殊测量任务，例如，必须针对每个测量过程进行支架19或承载件 21中的至少一个移动。主要是支架19还有承载件21通常相对较重，因此是缓慢组件，因此测量任务范围内的扫描速度由此受到限制。
为了提高扫描速率，承载件21因此具有例如附加的快速偏转元件，用于将出射距离测量光束2相对于承载件21快速偏转24。因此，可以在入射光学单元23的获取区域内实现测量所需的距离测量光束2的光束簇的快速移动，而无需为此目的而另外需要的更大(缓慢)组件的移动。借助组合的移动序列来获取入射光学单元23的获取区域外部的点。借助支架19和承载件21发生具有低加速度的减缓或缓慢的移动，例如，使用已知装置(例如，多边形(棱镜或反射镜)、激光阵列或EMES偏转装置) 在发射器侧并且借助根据本发明的装置在接收器侧发生具有高加速度的快速移动。
根据本发明，例如，基于SPAD阵列来设计测距仪的接收器，其中，同步地致动承载件21中的附加快速偏转元件并且获取接收信号，使得基于距离测量辐射2(发射辐射)的发射方向，基于接收器的设定有效部分来获取接收信号。在接收器侧，即，使用与SPAD阵列上的光斑相关联的域的一维或二维致动，实际再次执行快速扫描移动。
图2示出了由于偏转元件25(这里，快速移动(例如，“扫掠”))的偏转镜的快速移动和发射信号的有限行进时间而产生瞄准误差的示意图。
发射通道具有激光源26，其中，由激光源26生成的发射辐射2借助第一固定偏转元件27耦接到公共发射和接收通道中。此外，移动(例如，“扫掠”)偏转镜25位于公共的发射和接收通道中，其中，移动偏转镜25既作用于发射辐射2又作用于接收辐射。接收通道此外还具有第二固定偏转元件28、成像光学单元29和具有感光接收表面31的激光雷达接收器30。
此外，指示了(一方面)相对于当前瞄准方向的光学主光束32，即移动偏转镜 25的当前设定33和(另一方面)相对于移动偏转镜25的先前设定35的主光束34。激光雷达接收器和偏转镜25之间的光学路径对于偏转镜25的两个取向而言都是静止的。
因为发射信号和返回信号的有限行进时间以及借助可移动偏转镜25得到的快速扫描速率(例如，300rad/s)，所以在发射辐射2的发射时间和接收辐射的返回时间之间，偏转镜25的取向发生改变。这意味着，接收辐射以(距离相关)角度偏移被引导到剩余(固定)的接收光学单元中。因此，这意味着，接收器看起来以取决于测量距离的一定偏移量偏离激光束入射到待扫描表面上的位置。因此，接收器30或接收器表面31的视场分别必须覆盖例如激光束直径的倍数。如果激光雷达扫描仪此外还可以执行复杂的二维扫描网格，则目标误差发生在激光束的所有方向上，由此接收器30的视场要求因此被再次放大。然而，由于接收器表面31较大，导致背景光分量也提高，这导致例如信噪比恶化。
根据本发明，接收器表面31例如被实现为SPAD阵列，其中，只有包括被反射激光光斑的部分被转送到激光雷达接收和分析单元。
图3a和图3b示意性示出了SPAD阵列36根据本发明用作接收器的感光表面。图3a在这种情况下涉及由偏转元件38设定的第一发射方向37，偏转元件38基本上只作用于发射辐射2，即，接收通道的光轴基本上是静态的，并且图3b涉及由偏转元件38设定的第二发射方向39。
图3a示出了针对第一发射方向37的简化光学路径的侧视图，包括公共出射/入射光学单元41的主轴40和具有SPAD阵列36的接收器。偏转元件38可以使发射辐射2一维地或二维地(尤其是，这里，即，沿着第一和/或第二偏转方向)偏转。此外，本领域技术人员清楚的是，根据所使用的偏转元件38的类型(例如，反射镜元件、棱镜、多边形轮、双楔、折射元件、可移动光学波导或MOEMS组件)以及由此实现的辐射偏转(例如，偏转元件的移位/倾斜或偏转元件的光学(例如，折射) 性质的电光致动)的操作原理，所述偏转元件38既可以布置在平行的光束路径中，也可以布置在发散的光束路径中。
图3a还示出了接收器或SPAD阵列36的顶视图。根据本发明，SPAD阵列36 具有多个微单元，并且被配置成，使得可以单独地和/或以微单元组(域)读取微单元，并且SPAD阵列36的可单独读取的部分因此是可设定的。在这种情况下，同步进行偏转元件38的致动和接收光束10的获取，使得基于发射方向(这里，第一发射方向37)，基于SPA阵列36的规定的部分(这里，第一部分42)来检测接收光束10。
以类似方式，图3b示出了相对于第二发射方向39的光学路径(侧视图和顶视图)，其中，基于第二发射方向39来规定用于获取接收光束10的第二部分43。
尤其是，相应规定的有效部分42、43可以各自关于入射的接收光束10的光束形状进行优化。例如，该部分的面积可以基本上适应于相应接收光束10的光束直径，其中，例如，基于接收器侧固定焦点光学单元来考虑光斑尺寸的变化。因此，对于使用相对于光束直径本身尺寸过大的接收器的每次单独的测量，背景光分量也可以保持较低。
图4a示出了根据本发明的另一实施方式，其关于对被设计为SPAD组件36的传感器的取决于发射方向的各个有效部分的限定。这里，与所谓的“滚动快门”原理类似地，对所述部分进行限定，即，与位置相关的并且借助光学单元而具有方向相关效应的各个部分是通过多个SPAD弦的组合限定的，其中，与高度44可变的滚动快门窗口45类似地，根据当前的发射方向，该部分沿与SPAD线垂直的方向在SPAD阵列 36上方上下“滚动”。对所述部分的这种规定具有例如简化的致动电子单元的优点，其中，例如，此外，当前部分45的高度44可以适应于例如根据光斑大小的距离相关变化的接收辐射10的光束直径。
例如，当偏转元件38(参见图3a)带来的光束偏转基本上是一维偏转，即，沿着对应于“滚动方向”的偏转方向偏转时，以这种方式配置的SPAD阵列是合适的。
此外，测量装置例如可以被配置成，使得可以例如借助接收信号的焦点确定或最大值确定，推导出接收辐射10分别地接收器或SPAD组件36上的入射位置46。借助如此推导出的入射位置46，当前有效部分45仍然可以实时精确地适应于接收辐射 10的光束直径。此外，基于推导出的入射位置46和与其对应的距离测量数据，例如，可以推导出相关联的发射方向，例如，以例如基于偏转元件38的控制信号来检查关于发射方向的角度数据，或者如有需要推导出关于角度数据的校正信息项。
图4b示出了具有取决于发射方向并且在二维方向上移位的有效部分45的SPAD 组件36的接收表面。示出了SPAD阵列36上的光斑10的移动轨迹48，进而示出了有效部分45的路径，即，随着SPAD阵列36的表面上的扫描路径中的范围而移动的激活微单元。这里，相应部分也与发射单元的方向相关联。如果发射光束的方向例如按蛇形线48的形式移动，则有效部分45因此以类似方式在SPAD组件36上同步移动。
图5示出了作为全站仪16的根据本发明的测量装置。该装置这里配备有两步扫描机构，该两步扫描机构基于用于使支架19相对于底座18旋转的第一旋转轴20、用于使承载件21相对于支架19旋转的第二旋转轴22以及承载件中的至少一个快速扫描偏转元件，快速扫描偏转元件可另外使发射光束10以高角速率偏转。
物体空间中的扫描图案3在图中被示出为移动轨迹48，其中，仅仅通过将支架 19和/或承载件21绕第一轴20和第二轴22旋转，在第一部分T1中产生S形路径。在第二部分T2中，借助于承载件21中的附加快速扫描偏转元件产生移动轨迹48，由此实现更密集的表面覆盖。这实现了例如在待扫描物体表面上的更均匀地分布点密度，尤其是在大于1MHz的非常高的距离测量速率下。在没有快速扫描偏转元件的情况下，测量点52将密集地停留在移动轨迹48的线上，然而，线之间将不存在测量点。接收器侧也需要快速跟踪视场。借助于根据本发明的传感器，如相对于图4a和图4b描述的，例如，在时间上和空间上与发射方向同步的有效部分45(图4a、图 4b)在一维或二维方向上移位，因此，相关联的激光发射的信号可以按时间分辨方式从微单元组转送到距离测量装置。
图6a和图6b示出了根据本发明的适用于所谓的“固态扫描”的光电传感器单元的另外两个实施方式。在图6a中，光电传感器单元由排列成一行的多个SPAD阵列 36组成。这种布置适于例如扫描物体空间中的较大角度范围。在这种情况下，接收到的激光光斑10在多个SPAD阵列上移动。有效部分45与接收到的光斑10相对于时间和位置同步移动，因此高效地接收测量信号，但是同时在每个微单元获取尽可能少的环境光。部分45的位移表现为虚拟移动47并且沿箭头方向指示。可以借助多个 SPAD阵列36以简单方式来确定接收单元的可实现视场50的尺寸。
在图6b中，以二维多像素布置例示了多个SPAD阵列36。每个像素都是单独的 SPAD阵列36。这里基于个体SPAD阵列36的3x3布置以示例方式示出了可实现的视场50a、50b。例如，为了使整个检测表面没有间隙，可使用没有边缘区域的SPAD 阵列。在该示例中，接收到的激光光斑10的移动描述了圆形路径48，其中，有效部分45涵盖了激光光斑10并且以使其随着激光光斑10沿着实际扫描方向47移动的方式致动。如果微单元范围45完全位于SPAD阵列上，则范围45内的所有微单元的接收信号被输出到单条输出信号线，相反，如果微单元范围45与两个相邻的SPAD阵列重叠，则激活两条输出信号线，随后可借助多路复用器电路将这两条输出信号线在多像素SPAD阵列组件外部组合。然而，该信号组合电子单元也可以例如直接在SPAD 阵列像素36(SPAD阵列芯片)上实现。
显而易见，这些例示的图仅仅示意性表示可能的示例性实施方式。各种方法也可相互结合并且与现有技术的方法结合。

Claims (20)

1.一种用于对环境进行光学探测的测量装置(4)，该测量装置(4)包括：
-辐射源(26)，所述辐射源(26)用于生成发射辐射(2)，
-发射通道，所述发射通道用于发射所述发射辐射的至少一部分，
-所述发射通道中的光束偏转元件(38)，所述光束偏转元件(38)被配置成使所述发射辐射(2)偏转，并且设定所述发射通道之外的所述发射辐射(2)的在时间上变化的发射方向(37、39)，
-接收通道，所述接收通道包括接收器(30)，所述接收器(30)被配置成基于返回发射辐射的至少一部分来获取接收信号，所述返回发射辐射在下文中称为接收辐射(10)，
-控制电子单元，所述控制电子单元被配置成基于预先编程的测量过程来控制所述测量装置(4)，
-角度确定单元，所述角度确定单元用于获取关于所述发射辐射(2)的所述发射方向(37、39)的角度数据，以及
-计算机单元(9)，所述计算机单元(9)用于基于所述接收信号来推导距离测量数据，
其中，基于以下各项，通过所述测量过程来用所述发射辐射(2)执行扫描：
-使所述发射辐射(2)的所述发射方向(37、39)持续变化的所述光束偏转元件(38)的规定的持续致动，
-所述发射辐射(2)的持续发射和所述接收信号的持续获取，以及
-所述距离测量数据的推导，
其特征在于，
-用于获取所述接收信号的所述接收器(30)具有光电传感器(36)，所述光电传感器(36)被实现为多像素光子计数器MPPC，其中，所述MPPC包括数百或数千个微单元，并且被配置成将所述微单元的电流添加到所述传感器上，并且随后将所添加的电流转换成模拟电压信号，所述模拟电压信号随着接收辐射的增加而逐渐接近最大限制电压，
-所述MPPC被配置成使得所述微单元以不同的微单元组被读取，并因此能够对所述接收器(30)中能够单独读取的有效部分(42、43、45)进行设定，并且
-在所述测量过程的范围内，同步进行所述光束偏转元件(38)的致动和所述接收信号的获取，使得
-基于所述接收器(30)的有效部分(42、43、45)进行所述接收信号的获取，其中，
-基于规定所述发射辐射(2)的所述发射方向(37、39)的所述角度数据且/或基于距离测量数据来设定所述有效部分(42、43、45)。
2.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，所述有效部分(42、43、45)是基于关于所述光束偏转元件(38)的前一次致动的距离测量数据来设定的。
3.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
-所述测量装置(4)具有惯性计，所述惯性计被配置成获取关于所述测量装置(4)的固有移动的惯性数据，并且
-基于所述惯性数据来选择在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
4.根据权利要求3所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述固有移动是位移和/或倾斜。
5.根据权利要求3所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述测量装置(4)被配置成
-获取所述测量装置(4)的所述固有移动的时间曲线，并且
-基于所述时间曲线预先估计所述测量装置(4)的所述固有移动，
其中，基于所估计的所述测量装置(4)的固有移动，考虑到最初推导出的距离测量数据的时间曲线，选择在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述测量装置(4)被配置成
-推导出所述接收辐射(2)在所述传感器(36)上的入射位置(46)，并且
-基于所述入射位置(46)和所述距离测量数据推导出关于所述角度数据的校正信息项。
7.根据权利要求6所述的测量装置(4)，
其特征在于，所述接收辐射(2)在所述传感器(36)上的所述入射位置(46)是借助所获取的接收信号的焦点确定或最大值确定而推导出的。
8.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述测量装置(4)基于所述角度数据被配置成估计所述传感器(36)上成像的所述接收辐射(10)的光束形状和/或位置的第一成像信息项，其中，基于所估计的第一成像信息项来选择在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
9.根据权利要求8所述的测量装置(4)，
其特征在于，所述传感器(36)上成像的所述接收辐射(10)的所述光束形状和/或位置的所述第一成像信息项是基于所述接收通道的规定的固定焦点光学单元来估计的。
10.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述测量装置(4)被配置成
-基于所述传感器(36)关于先前获取的接收信号的反馈，估计针对所述传感器(36)上成像的所述接收辐射(10)的光束形状和/或位置的第二成像信息项，
其中，基于所估计的第二成像信息项来选择在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
11.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述测量装置(4)被配置成
-基于所述距离测量数据，估计针对所述传感器(36)上成像的所述接收辐射(10)的光束形状和/或位置的第三成像信息项，
其中，基于所估计的第三成像信息项来选择在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
12.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述接收通道被配置成使得所述接收通道的成像效果基本上与所述光束偏转元件(38)的致动无关。
13.根据权利要求12所述的测量装置(4)，
其特征在于，所述光束偏转元件(38)被布置成使得所述光束偏转元件(38)仅作用于所述发射辐射(2)。
14.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
-所述接收通道被配置成使得所述接收通道的成像效果取决于所述光束偏转元件(38)的致动，所述光束偏转元件(38)被布置成使得所述光束偏转元件(38)作用于所述接收辐射(10)，并因此，根据所述光束偏转元件(38)的致动，提供所述发射辐射(2)的第一偏转角度和所述接收辐射(10)的第二偏转角度，并且
-所述测量装置(4)被配置成基于对所述发射辐射(2)通过所述光束偏转元件(38)的时间点与关联的所述接收辐射(10)通过所述光束偏转元件(38)的时间点之间的时间差的估计，来估计所述第一偏转角度与所述第二偏转角度之间的角度差，
其中，基于所估计的角度差来设定在所述测量过程的范围内使用的所述有效部分(42、43、45)。
15.根据权利要求14所述的测量装置(4)，
其特征在于，
基于以下要素中的至少一个要素来估计所述角度差：
-距所述环境中的目标物体的距离，
-在时间上可变的发射方向(37、39)的设定速率，
-由用于借助所述光束偏转元件(38)进行扫掠扫描的所述测量过程规定的扫描图案(3)，以及
-所述测量装置(4)的固有移动。
16.根据权利要求14或15所述的测量装置(4)，
其特征在于，
基于以先前估计的角度差为基础进行的连续发生的趋势估计来估计所述角度差。
17.根据权利要求16所述的测量装置(4)，
其特征在于，
基于以最近三个紧接在前的角度差为基础进行的连续发生的趋势估计来估计所述角度差。
18.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述接收器(30)具有多个传感器(36)，其中，所述多个传感器相对于彼此一维或二维地布置。
19.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
所述接收器(30)被设计成使得能够规定能够在时间上并行读取的一组有效部分(42、43、45)，
其中，所述辐射源(26)被配置成
-生成并行生成的不同取向和/或间隔开的激光测量光束的簇，并且
-所述一组有效部分中的所述有效部分(42、43、45)被规定成使得它们各自与所述激光测量光束的簇中的一个激光测量光束相关联。
20.根据权利要求1所述的测量装置(4)，
其特征在于，
-所述接收器(30)在所述接收辐射侧具有针对所述接收辐射(10)的辐射不透明阻挡元件，
-所述阻挡元件被配置成使得将能够以在时间上可变的方式设定的透射区设定成将所述接收辐射(10)透射到所述接收器(30)的整个检测器表面，其中，
-能够关于所述整个检测器表面对所述透射区的位置进行设定，并且其中，此外还能够对所述透射区的形状和/或尺寸进行设定。
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