具有偏振分析的激光距离测量模块的制作方法

本发明涉及用于确定到目标对象的距离的距离测量方法和电子激光测量模块，该距离测量方法和电子激光距离测量模块具体地用于手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪中，其中，由激光距离测量模块的发送单元发射所选择的偏振态。在这种情况下，发射发送信号且获取接收信号，使得可以得到发送信号的偏振态的偏振识别，以在处理接收信号以确定距离期间，将多次反射考虑在内。

背景技术：

电子和/或电子光学距离测量领域中已知各种原理和方法。一种方案是将脉冲电磁辐射(例如，激光)发射到要测量的目标，随后从作为后向散射对象的该目标接收回波，其中，例如可以基于脉冲的运行时间、形状和/或相位来确定到要测量的目标的距离。这种激光测距仪已经作为标准解决方案在许多领域中随着时间的过去而变得普遍。

通常使用两种不同的方案或其组合来检测后向散射的脉冲。

在所谓的阈值方法中，在入射在所用距离测量装置的检测器上的辐射强度超过特定阈值时，检测到光脉冲。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，作为已发射信号的后向散射光)。

另一种方案是基于后向散射的脉冲的采样。该方案通常用于如例如由更大测量距离或通常由于测量准确性的提高而引起的弱后向散射信号(例如，脉冲信号)的情况下。所发射信号通过以下来检测：对由检测器获取的辐射采样，识别所采样范围内的信号，并且最后按照时间顺序确定信号的位置。通过使用与发射速率同步的接收信号的多个采样值和/或合计，在不利环境下也可以识别有用信号，使得可以应对甚至更大的距离或嘈杂或经受干扰的背景场景。

目前，在这种情况下借助于波形数字化(wfd)方法来对由检测器获取的辐射的模拟信号的整个波形采样。在识别接收信号的关联发送信号的编码(ask、fsk、psk等)之后，从经采样、数字化且重构的信号的已限定的延伸点(例如，拐点、曲线最大值)或积分地借助于从时间内插已知的最佳滤波器，非常准确地确定信号运行时间(“脉冲运行时间”)。

作为确定脉冲运行时间的另选方案或除了确定脉冲运行时间之外，还经常关于振幅、相位、偏振、波长和/或频率编码或调制的脉冲或脉冲序列执行(快速)采样。

在按照时间顺序非常精确地采样后向散射信号的方案中，将由检测器生成的电信号借助于模数转换器(adc)转换成数字信号序列。该数字信号通常随后进一步实时处理。在第一步骤中，由特殊数字滤波器识别常被调制为脉冲的信号，并且最终确定其在信号序列内的位置。通过使用多个经采样的脉冲序列，在不利环境下也可以识别有用信号，使得可以应对甚至更大的距离或嘈杂或经受干扰的背景场景。

一种最简单的调制是经由间隔编码识别独立脉冲或脉冲序列，如例如在ep1832897b1中描述。该调制例如用于重新识别能力的目的。例如在模糊性出现时需要该识别，该模糊性可能在脉冲的运行时间测量中由于不同情形而引起，例如，在超过一个脉冲或一个脉冲组位于测量装置与目标对象之间时。

用于距离测量的目标对象在这种情况下一方面可以为对象的自然表面，诸如房屋墙壁、道路、窗户、设有涂漆层的对象、亚光或光泽金属表面等。然而，另一方面，目标面板，诸如回射膜或隅角棱镜，也可以用作目标对象。

在使用激光束测量表面时，光依赖于光特性和机械组成被不同地散射并反射。在粗糙或亚光表面的情况下，光根据郎伯(lambert)定律沿所有方向均匀散射。在具有光泽的表面的情况下，大部分沿镜面反射方向反射，并且在具有纹理的表面的情况下，会产生具有高强度的复杂的后向散射图案。

因为后向散射在距离测量装置的方向上根本不发生，即使在具有郎伯散射行为的表面的情况下，所以所散射或反射的光将在另外的表面上入射并再次经历后向散射的可能性非常高。多次反射损害距离测量。因此，通常，距离测量装置以以下这种方式来设计：距离测量装置的接收装置仅具有非常小的视场，借此，多次反射的辐射不再在距离测量装置的视场中。

然而，存在这样的要测量的对象的结构和形状，其中，即使利用接收单元的非常小的视场，多次反射的问题仍然引起干扰。这些尤其特别是在两个表面相遇的边缘或角落中发生。反射的辐射的一部分在接近角落处且在角落本身中散射两次，并被测距仪的接收单元获取。例如，如果两个壁中的至少一个还具有涂漆层，那么多次反射变得主要。具体地，同样地，湿表面(例如，湿道路)会导致造成干扰的多次反射，该多次反射找到返回到测量装置的接收单元中的路径。

含金属或由塑料制造的对象根本上趋向于镜面反射。例如，如果扫描由这种材料制成的管子，则由此，测量点的坐标经常是不正确的。

例如，在激光扫描时，经常进行隐含暗示：激光束一在要测量的对象表面上入射，测量装置所见的区域就仅接收散射一次的辐射。此前忽视不直接源于对象上的入射点的其他光束成分。

多次反射的结果是已确定点云中的伪影，特别是在测量具有部分光泽的对象时，诸如金属部分或窗玻璃。伪影包含在窗玻璃中反射的壁、角落中的平面的失真形状、经由有光泽管或栏杆沿激光束的方向反射的异物等。

回射对象占据特殊位置。它们生成三次反射，但以回到测量装置的精确角度反射。由此，不照射不期望的第二表面，并且距离测量在考虑回射材料中的之字形路径的情况下是正确的。该距离偏移被称为回射目标对象的加常数。

目前很少知道用于在距离测量的范围内补偿由于多次反射引起的伪影的测量。基于波形数字化(wfd)的原理的现代测距仪例如可以检测由于交叠的多次反射或多个目标而导致的信号或脉冲形状的失真。在这种事件的情况下，距离测量的结果通常被丢弃。

在各关联距离值之间的距离大于单次反射信号的波形的宽度的多次反射的情况下，输出与目标关联的两个距离值。然而，不肯定所确定的距离是否是正确的，在这种情况下，还存另外光路，例如在湿道路上反射，这未被识别为多次反射。在窗玻璃上的反射的情况下，不表示与测量装置有关的真实径向距离的多次反射也可以保持不被识别。

还知道抑制特定多次反射的装置，例如，在这些装置中，抑制以比测量装置的接收角(fov)陡的角度反射回光接收单元的多次反射。由此，仅接收具有在视场(fov)内的光束角的信号。然而，在接收视场内仍然有多次反射的问题。目前测距仪通常具有1至2毫弧度的视场。

因为接收单元的视场连同所发送光束一起旋转，所以具有快速旋转的激光束的扫描仪经常仍然具有较大的视场。这具有以下缺点：在激光脉冲到目标对象且返回的运行时间期间，接收单元的视场进一步逐步旋转，因此不再看向要接收的脉冲的方向。接收单元的视场的尺寸必须被形成为具有足够大的角度范围，或者需要所谓的反旋，如在教科书中找到的。虽然如此，但在具有快速扫描单元(>50hz)和/或测量大于100m的距离的特定现代扫描仪中，仍需要大的接收空间角。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供改进的距离测量，该距离测量至少识别多次反射的伪影且由此自动抑制有缺陷的距离测量结果。

本发明的一个特别目的是另外提供测量处理，在该测量处理中，补偿了由于多次反射引起的距离误差，因此使得能够提高距离测量准确性。

这些目的通过实现独立权利要求的特性描述特征来实现。以另选或有利方式完善本发明的特征可以从从属权利要求推断。

本发明涉及一种用于确定到目标对象的距离的距离测量方法，该距离测量方法具体用于激光距离测量装置中，该激光距离测量装置特别被构造为手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪，该距离测量方法包括以下步骤：发射发送信号(具体是脉冲信号序列)；接收在目标对象上反射的发送信号的至少多个部分作为接收信号；以及处理接收信号，以从接收信号得到到目标对象的距离，具体地其中，距离的测量基于脉冲运行时间方法。

根据本发明，在已限定的偏振态下发射发送信号，具体地其中，已知发送信号的偏振态的至少一个偏振标识符，特别是至少一个斯托克斯参数的值和/或偏振方向。此外，发送信号被发射且接收信号被获取，使得发送信号的偏振态的偏振标识符附着于接收信号，其中，偏振标识符被选择为使得所述偏振标识符作为接收信号是源于发送信号的单次反射还是多次反射的指示，其中，基于偏振标识符得到接收信号的评价；在处理接收信号以确定到目标对象的距离期间，将接收信号的评价考虑在内。

偏振标识符可以将例如使用至少一个偏振滤波器测量的辐射的强度描述为波长的函数，偏振滤波器例如对于使用线偏振滤波器进行的测量的具有已限定的偏振方向的辐射部件，或使用圆偏振滤波器测量的辐射部件。偏振标识符还可以描述(总)偏振度、线偏振分量和/或圆偏振分量的程度、偏振角、一个或更多个斯托克斯参数的值或完全的斯托克斯向量。

在一个特别实施方式中，发射发送信号，作为大致完全的线偏振或圆偏振辐射。

通常的纯偏振态然而还可以是这些简单偏振态的相干叠加。这些纯偏振态经常借助于琼斯(jones)向量式来描述。相反，部分偏振辐射表示在独立偏振辐射分量的静态集合的意义上的混合物。这些非相干偏振态的特性描述可以使用所谓的斯托克斯向量来描述。因为纯偏振态仅可困难地设置，所以所发射辐射以及具体地接收辐射的偏振度经常稍小于100％。然而，例如，作为所采用偏振计结构的给定测量准确性的结果，从100％偏振的轻微偏移对于许多应用通常可忽略。

由此，本发明的基本概念基于经由偏振态和/或偏振修改来检测多次反射，借此，识别并纠正不正确的测量结果。

用于从非偏振辐射产生部分或完全偏振辐射，存在各种选项。在介质边界层上(即，例如在玻璃窗格上)的各反射时，产生部分偏振。这一点的原因是在菲涅尔方程中。反射系数强烈地依赖于入射角、介质的折射指数以及偏振，使得两个偏振方向中的一个较强烈地发生在反射光束中。

具体地，对于粗糙表面，偏振的影响可能是复杂的。

因为反射率对于微结构化边界面通常还是偏振依赖的，所以只要在表面上散射非偏振辐射，则散射光束除了保持非偏振分量之外，还包含偏振辐射的分量。

如果使用偏振辐射来照射表面，那么偏振光束通常被部分消偏振，即，偏振度降低。通常应用大拇指规则：消偏振随着增大表面粗糙度和不规则性而增大。例如作为例示性原因而可以假定在非常粗糙表面的情况下的微观多散射过程。

在本发明的范围内已知各种消偏振过程，例如激光扫描仪的例如激光束越过目标对象的粗糙表面，借此，逐步照射新区域，并且由此后向散射在测量期间在偏振和振幅上按照时间顺序变化，并且被积分地消偏振。

激光的有限光谱幅度连同粗糙表面的光路径差一起得到所检测辐射的进一步消偏振，并且检测器本身处的反射辐射的多个衍射级上的空间平均进一步减小偏振度。

金属具有复折射指数，并且其菲涅尔反射曲线与介质材料不同。例如，存在p偏振(横向磁“平行”偏振辐射)的反射率最小且大于零的主角，而不是布鲁斯特角。在光反射时，电磁场附加地经历相位旋转，使得电磁场向量描述椭圆形。

经验证明，光滑表面显示较强的直接反射分量，而相反，粗糙表面在整个半空间中向后反射。而且，在光滑表面的情况下，s反射率(横向电“垂直”偏振辐射)与p反射率(横向磁“平行”偏振辐射)之间的本质差别例如基于菲涅尔方程而清楚。

然而，角度上的散射行为在高粗糙度的情况下对于s偏振和p偏振也不同。s偏振通常在某种程度上较强烈地散射并在预期的光泽角附近显示残余的镜面反射峰。因此，漫射散射光分量的消偏振不完全。

此外，除了消偏振机制之外，还将部分偏振机制考虑在内。部分偏振是指非偏振光入射并主要以镜面反射方式反射。然而，如果测量使用偏振激光光源来执行，则镜面反射主要关于强度不同。

此外，在辐射与材料表面交互时，除了偏振和消偏振的效果之外，还将双向衰减(diattenuator)和阻滞(延迟)的效果考虑在内。双向衰减被理解为例如在偏光片情况下用于相应偏振方向的不同透射或反射。阻滞描述了在辐射的透射或反射时两个特性偏振的关联相位偏移之间的差。

部分相干光的偏振态例如可以使用四个斯托克斯变量(s1、s2、s3、s4)来描述。在这种情况下，s1描述作为两个偏振的和的总光束强度，s2大致描述线垂直偏振分量，s3描述旋转45°的线偏振分量，并且s4大致描述圆偏振分量。

偏振态使用由s1缩放的变量s2、s3以及s4来描述，其中，通常在总偏振度(dop，对于完全偏振辐射的“偏振度”为100％，对于非偏振辐射为0％)、线偏振度(dolp)以及圆偏振度(docp)之间进行区分：

另外的关键指标是偏振角(aop)，借此，描述偏振方向的旋转角或偏振椭圆：

反射辐射的强度例如可以由以下分解来分成完全偏振分量和非偏振分量的非相干叠加：

在既不双折射也不含金属的表面上散射时，识别多次反射以观察线偏振度dolp以及可能地偏振角aop经常是足够的。在粗糙表面上的多次散射或多个表面以及金属上的反射的情况下，在电磁场x与y分量之间发生相位移位，这改变圆偏振度docp。

激光是彻底偏振的，因此，在与对象表面交互时的部分偏振是与激光不相关的。而且，由此简化了对从目标对象散射的辐射的偏振态的分析。

斯托克斯变量描述了总接收功率(s1)、消偏振(1-dop)以及偏振椭圆的形状(椭圆率)和位置(方位角)，因此还描述了偏振光分量的两个横向电磁场向量的相互相位偏移。

还被称为斯托克斯参数的四个斯托克斯变量(s1、s2、s3、s4)通常被概括在向量(“斯托克斯向量”)中，并且可以使用米勒矩阵来描述与表面、透明物体以及金属的交互。米勒运算描述了在单次或多次散射情况下可能发生的四个交互：双向衰减、阻滞、偏振以及消偏振。散射过程由此被缩减为单个米勒矩阵。米勒矩阵元素可以由多个所提供的输入斯托克斯向量和测量到的输出斯托克斯向量来确定，借此，可以关于辐射路径的散射性质得到推断。

后向散射辐射的斯托克斯向量例如可以使用偏振滤波器结构来确定，并且存在用于确定斯托克斯参数的各种方法。

例如，后向散射辐射的测量可以在至少四个步骤中执行，即，没有滤波器的测量、凭借第一线偏振器(线偏振滤波器)进行的测量、凭借关于第一线偏振器旋转45°的线偏振器进行的测量以及凭借圆偏振滤波器(圆偏振器，例如，右圆偏振滤波器)进行的测量。圆偏振器是具有另外四分之一波长延迟层的线偏振器。四个斯托克斯参数可以从以下方程得到：

s1＝i1-ip+is，s2＝ip-is，s3＝i+45-i-45，s4＝sr-sl.

四个强度测量可以连续进行或例如可以借助于四个检测器并行进行。

另一种方法是使用在检测器前面具有偏振器(通常被称为分析器)的旋转相位延迟板，例如，四分之一波长延迟板。在板的旋转期间，在分析器之后测量接收功率，并且借助于根据米勒矩阵得到的变换，具体地根据使用相位板生成的信号的频率、相位以及振幅，确定斯托克斯向量。

还已知所谓的斯托克斯照相机，其中，所需偏振滤波器设置在像素上方的矩阵结构中，借此，照相机除了登记强度图像之外，还登记接收辐射的偏振态。然而，因为距离测量单元的测量光束由于视差和不同对齐而相对于照相机像素具有轻微不同光束路径，所以斯托克斯照相机通常不足以解决多次反射的问题。

在光谱窄带辐射的情况下或在滤光器(例如，衍射光栅)的帮助下，基于萨瓦尔板干涉仪原理的偏振计、渥拉斯顿偏振计以及萨格纳克干涉仪也适于高效光束分析，即，通用测量，其中，借助于双折射材料来划分偏振态，双折射材料具体为例如基于声光或电光延迟元件的偏振调制器和/或偏振分束器的双折射材料，并且由诸如相位板和分析器这样的另外元件来调整并供应给光电探测器或照相机。

在另外的实施方式中，另外借助于波形数字化来分析接收信号，具体为识别或分辨由于发送信号在多个目标上的多次反射而产生的在接收信号中的多个信号。

距离测量技术wfd使得能够测量多个目标。如果两个同时被照射的目标对象的关联距离与彼此足够远，则所获取的信号脉冲由此在接收单元中根据时间顺序可分离，但尚未清楚地分辨。例如，反射可能发生在金属管或窗玻璃上，其中，沿空间测量方向反射不期望的目标对象。相反，如果所接收的脉冲关于其信号形式失真或展宽，则由此无法以足够的准确性来分辨双目标，并且丢弃该测量结果。

具体地，例如，光束发散的结构是理想的，使得接收单元具有精确地等于作为所发射发送信号的载体的发射激光束的发散性的fov角。在该结构中，剩余的造成干扰的多次反射可能由于信号形式的可能失真(例如，脉冲展宽)而借助于wfd原理来识别。

发送器和接收器的相等发散性的大小确定主要适于缓慢扫描移动和短距离内的测量。相反，在长距离或快速扫描移动的情况下，接收器的发散性通常必须被设置为较大。这例如可以由用户的参数输入来执行，其中，必须在所采用的edm模块中设置对应的定位元件。

本发明的另外实施方式因此涉及借助于波形数字化分析接收信号，其中，发射具有已限定的束发散性的发送信号，并且使用接收单元获取接收信号，使得接收单元具有与发送信号的束发散性相同或小于该束发散性的视场角。

例如，借助于wfd分析，通常可以经由脉冲展宽特征图来检测并标记彼此距离小于1m但大于3cm的对象。因此，例如，识别两个邻接表面具有类似后向散射的成角度的目标对象。相反，一个表面强烈反射的成角度表面无法由脉冲展宽来识别。

这里可以使用与偏振标识符有关的知识，因为例如在激光束被反射离开并在白壁上入射的金属表面或具有强光泽的表面(诸如管)的情况下，偏振度dop非常高(>65％))。由此，可以识别反射面。

例如，多次反射的识别可以基于两个所发射偏振态之间的测量功率比来得到，具体为借助于两个互补或正交偏振态，例如，在x和y方向中的每一个上的线偏振辐射或左偏振或右偏振辐射。

在一个实施方式中，发送信号作为独立部分信号的发送信号序列来发射，其中，独立部分信号的偏振态在根据已限定的时间序列确定距离的范围内来改变，具体地其中，生成独立的完全偏振部分信号的时间偏振序列，特别地其中，偏振序列包括；彼此正交的两个完全线偏振的部分信号，或彼此正交的两个完全圆偏振的部分信号。

在光滑表面上的单次反射和粗糙表面上的多次反射的情况下，与x和y偏振发射关联的接收强度(ix、iy)几乎相等。相反，如果测量功率比ix/iy或s1x/s1y超过特定阈值，例如，超过因数3，则由此假定来自超过一个表面或具有结构的表面(例如，已涂刷的金属表面)的多次散射。

本发明的另外实施方式的特征在于：发射发送信号的第一部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，发射发送信号的第二部分信号，作为具有相对于第一部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，获取在目标对象上反射的第一部分信号的至少多个部分，作为第一接收部分信号，并且获取在目标对象上反射的第二部分信号的至少多个部分，作为第二接收部分信号，测量第一接收部分信号的一部分的第一强度，测量第二接收部分信号的一部分的第二强度，基于第一强度和第二强度，得到第一比较值，具体地为强度比、偏振度(dop)、线偏振度(dolp)或圆偏振度(docp)，并且对于第一接收部分信号和/或第二接收部分信号的评价，具体地对于由于第一部分信号和/或第二部分信号在多个目标上的多次反射产生的第一接收部分信号和/或第二接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将第一比较值考虑在内。

例如，发射第一部分信号作为具有已限定的偏振方向的线偏振辐射，并且发射第二部分信号作为具有相对于第一部分信号的偏振方向旋转90°的偏振方向的线偏振辐射。另选地，例如，第一部分信号可以被发射为圆形偏振光束(例如，右圆的)，并且第二部分信号可以被发射为相对的圆偏振光束(这里，例如为左圆的)。

在另外的实施方式中，另外，发射发送信号的第三部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，发射发送信号的第四部分信号，作为具有相对于第三部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，获取在目标对象上反射的第三部分信号的至少多个部分，作为第三接收部分信号，并且获取在目标对象上反射的第四部分信号的至少多个部分，作为第四接收部分信号，使用第一偏振分析器测量第三接收部分信号的一部分的第三强度，使用第二偏振分析器测量第四接收部分信号的一部分的第四强度，基于第三强度和第四强度，得到第二比较值，具体地为强度比、偏振度(dop)、线偏振度(dolp)或圆偏振度(docp)，并且对于第三接收部分信号和/或第四接收部分信号的评价，具体地对于由于第三部分信号和/或第四部分信号在多个目标上的多次反射产生的第三接收部分信号和/或第四接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将第二比较值考虑在内。

具体地，基于表示以下组的至少一个元素，将第一比较值和/或第二比较值与基于表示至少一个目标对象的一组已限定的散射特性的第一阈值和/或第二阈值进行比较：几何表面结构；表面多孔性；反照率(albedo)特性；反射特性；吸收特性；以及相位特性。

在经由多个表面进行的多次反射的情况下，接收功率ix/iy经常强烈地不同，但实验证明，两个参数在许多情况下不足够。为了多次反射的鲁棒识别，因此另外分析经常是必要的，例如，接收辐射的完全或部分偏振态的完全偏振分析和确定。

例如，从目标后向散射的辐射可以使用在顺序或平行结构中连接在接收单元上游的偏振和相位元件经由至少两个、四个或更高数量的冗余强度测量来测量，从这里，例如可以得到斯托克斯向量的四个分量。接收单元可以如在测距仪中那样装配有雪崩光电探测器(apd)或sipm阵列检测器(硅光电倍增管)，但还装配有光电二极管阵列或ccd或cmos照相机。

依赖于所获得的完全或部分偏振态或通常用于偏振态的偏振标识符，例如，关于特定偏振方向的强度比，可以判断距离测量的测量结果，并且可以执行对接收辐射的评价。

例如，在反射表面的情况下，例如在从如由激光二极管或其他激光器生成的实际上为100％的高偏振度前进的各情况下维持激光的偏振度(dop)。接收辐射的偏振度在反射表面(例如，金属表面)或由玻璃珠或三面镜结构的回射器的情况下相应地高(例如，dop＝65％-100％)。

相反，在反射对象的情况下，由于所反射光束分量而测量超过一个表面的风险存在。这例如可以借助于wfd测距仪的使用来检查。如果仅一个接收脉冲存在于已登记且按照时间顺序记录的信号中，则由此识别反射面，并且不正确测量的风险低。在返回两个不同信号的情况下，具有较小振幅的信号可以被分配到各反射表面的可能性高，因为反射面具有较低的散射光分量。此外，例如，在基本上清洁或无灰尘窗玻璃上，不期望信号或仅预期非常弱的信号。

偏振度的可靠分配通常需要皮秒范围内的时间分辨偏振分析。例如可以使用apd和关联的时间测量电路来实施时间分辨测偏振术，其中，距离测量在各斯托克斯通道上进行。

因此，在本发明的另外实施方式中，已知发送信号的至少一个偏振标识符，具体为至少一个斯托克斯参数的值，得到接收信号的至少一个偏振标识符，具体为至少一个斯托克斯参数的值，并且基于发送信号的至少一个偏振标识符和/或接收信号的至少一个偏振标识符，得到以下组的至少一个评价参数：接收信号的偏振度(dop)，具体为线偏振度(dolp)和/或圆偏振度(docp)；接收信号的偏振角；发送信号与接收信号之间的消偏振因子，具体地作为目标对象的反照率的函数；其中，在处理接收信号以确定到目标对象的距离期间，对于接收信号的评价，将至少一个评价参数考虑在内，具体地其中，生成至少一个评价参数的时间分辨的进展。

例如，对于特定标准情况，可以基于偏振度和/或偏振角的已限定的限制值来识别和/或分析多次反射，具体地为根据应用和用于应用的可能特定散射面。

亚光表面的区别例如经常在于：最初完全偏振光束的偏振度dop在这些表面上的散射之后强烈降低。具体地对于仅具有轻微剩余光泽的亚光表面就是这种情况。

此外，例如可以基于特定于特定表面的已限定的dop范围来区分具有和不具有光泽的亚光面或区分几乎垂直的入射角的散射与垂直入射角的散射或轻微倾斜入射角的散射。

甚至在大于粗糙表面上的大于45°的倾斜入射的情况下，偏振度dop也通常是小的，并且在特定于表面的范围内。而且，在大于45°的倾斜入射的情况下，金属和粗糙面倾向于具有椭圆偏振的后向散射辐射，其中，斯托克斯分量s4且因此圆偏振度docp增大。

具体地，关于非常小的偏振度，例如，关于dop<15°，可以包括具有<30mm的路径差的多次反射(>30mm的路径差通常已经借助wfd识别)。这接下来例如明显地是如果这里为了例示单次散射而假定50％的消偏振，则从其开始(例如，在相同表面和相同入射角的三次散射之后)，0.5³＝0.125的偏振度紧随其后。

具体地，对于测量到的偏振度dop＝2％-10％，通常可良好地识别多个目标，其中，通常大致维持偏振椭圆的形状，特别地其中，借助于s入射辐射或p入射辐射，通常还维持偏振椭圆的对齐。相反，在关于s入射辐射或p入射辐射具有旋转45°的偏振方向的线偏振入射辐射的情况下，椭圆打开，即，s4变得大于零，并且反射辐射趋向于具有圆偏振度docp>0的圆偏振辐射。

此外，本发明涉及一种用于确定到目标对象的距离的距离测量模块，该距离测量模块具体用于激光距离测量装置中，该激光距离测量装置特别被构造为手持距离测量装置、激光扫描仪、轮廓仪、激光跟踪器或视距仪，该距离测量模块包括：发送单元，该发送单元用于发射发送信号，具体地脉冲信号序列；接收单元，该接收单元用于接收在目标对象上反射的发送信号的至少多个部分作为接收信号；以及监测和控制单元，该监测和控制单元用于处理接收信号，以从接收信号得到到目标对象的距离。

根据本发明，发送单元被设计为使得：在已限定的偏振态下发射发送信号，具体地其中，已知发送信号的偏振态的至少一个偏振标识符，特别是至少一个斯托克斯参数的值和/或偏振方向，并且发射发送信号且获取接收信号，使得发送信号的偏振态的偏振标识符附着于接收信号，其中，偏振标识符被选择为使得所述偏振标识符作为接收信号是源于发送信号的单次反射还是多次反射的指示，并且基于偏振标识符，由监测和控制单元得到接收信号的评价，其中，在处理接收信号以确定到目标对象的距离期间，将接收信号的评价考虑在内。

在另外的实施方式中，发送单元被设计为使得发射发送信号，作为大致完全线偏振或大致完全圆偏振的辐射。

在另外的实施方式中，发送单元被设计为使得发射发送信号，作为独立部分信号的发送信号序列，其中，独立部分信号的偏振态在根据已限定的时间序列确定距离的范围内来改变，具体地其中，生成独立的完全偏振部分信号的时间偏振序列，特别地其中，偏振序列包括；彼此正交的两个完全线偏振的部分信号，或彼此正交的两个完全圆偏振的部分信号。

在一个特别实施方式中，监测和控制单元被设计为使得借助于波形数字化分析接收信号，具体地其中，发射具有已限定的束发散性的发送信号，并且使用接收单元获取接收信号，使得接收单元具有与发送信号的束发散性相同或小于该束发散性的视场角。

具体地，距离测量模块被设计为使得发射发送信号的第一部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，发射发送信号的第二部分信号，作为具有相对于第一部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，获取在目标对象上反射的第一部分信号的至少多个部分，作为第一接收部分信号，并且获取在目标对象上反射的第二部分信号的至少多个部分，作为第二接收部分信号，测量第一接收部分信号的一部分的第一强度，测量第二接收部分信号的一部分的第二强度，基于第一强度和第二强度，得到第一比较值，具体地为强度比、偏振度(dop)、线偏振度(dolp)或圆偏振度(docp)，并且对于第一接收部分信号和/或第二接收部分信号的评价，具体地对于由于第一部分信号和/或第二部分信号在多个目标上的多次反射产生的第一接收部分信号和/或第二接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将第一比较值考虑在内。

在另外的实施方式中，距离测量模块被设计为使得发射发送信号的第三部分信号，作为完全线偏振辐射或完全圆偏振辐射，发射发送信号的第四部分信号，作为具有相对于第三部分信号正交的偏振态的完全偏振辐射，获取在目标对象上反射的第三部分信号的至少多个部分，作为第三接收部分信号，并且获取在目标对象上反射的第四部分信号的至少多个部分，作为第四接收部分信号，使用第一偏振分析器测量第三接收部分信号的一部分的第三强度，使用第二偏振分析器测量第四接收部分信号的一部分的第四强度，基于第三强度和第四强度，得到第二比较值，具体地为强度比、偏振度(dop)、线偏振度(dolp)或圆偏振度(docp)，并且对于第三接收部分信号和/或第四接收部分信号的评价，具体地对于由于第三部分信号和/或第四部分信号在多个目标上的多次反射产生的第三接收部分信号和/或第四接收部分信号中的多个信号的识别或分辨，将第二比较值考虑在内。

特别地可以基于以下组的至少一个元素，将第一比较值和/或第二比较值与基于表示至少一个目标对象的一组已限定的散射特性的第一阈值和/或第二阈值进行比较：几何表面结构；表面多孔性；反照率特性；反射特性；吸收特性；以及相位特性。

在另外的实施方式中，距离测量模块被设计为使得已知发送信号的至少一个偏振标识符，具体为至少一个斯托克斯参数的值，得到接收信号的至少一个偏振标识符，具体为至少一个斯托克斯参数的值，并且基于发送信号的至少一个偏振标识符和/或接收信号的至少一个偏振标识符，得到以下组的至少一个评价参数：接收信号的偏振度(dop)，具体为线偏振度(dolp)和/或圆偏振度(docp)；接收信号的偏振角；发送信号与接收信号之间的消偏振因子，具体地作为目标对象的反照率的函数；其中，在处理接收信号以确定到目标对象的距离期间，对于接收信号的评价，将至少一个评价参数考虑在内，具体地其中，生成至少一个评价参数的时间分辨的进展。

附图说明

下文中将基于在附图中示意性例示的示例性实施方式仅用示例的方式更详细地描述根据本发明的距离测量方法和根据本发明的距离测量模块。相同的元件在附图中用相同的附图标记来识别。所述实施方式通常不等比例示出，并且它们也不被理解为限制。

在具体附图中：

图1a、图1b示出了在根据现有技术中的电光距离测量装置的脉冲运行时间方法的示意图；

图2a、图2b、图2c示出了在距离测量范围内的多次反射的示例性示例，例如，在边缘和角落(a)上的测量、湿表面(b)上的测量或窗户(c)上的测量；

图3示出了根据本发明用于校正由于多次反射而产生的伪影的信号和数据分析的示意框图；

图4a、图4b示出了用于确定接收辐射的偏振标识符或偏振态的接收单元的典型实施方式；以及

图5a、图5b示出了用于基于两个萨瓦尔板的组合的瞬时偏振测量的示例性偏振计结构。

具体实施方式

图1a和图1b例示了如用于根据现有技术的电光距离测量装置中的脉冲运行时间原理。

图1a示出了根据脉冲运行时间原理的现有技术的电光测距仪1的示意图。发送器2和接收器3设置在测距仪1中。发送器2发射光脉冲4，该光脉冲当在目标(例如，协作目标对象(诸如回射器5)或非协作目标对象(诸如自然表面))上反射和/或后向散射之后由接收器3再次检测为后向散射光脉冲4’。代替光脉冲，经常还使用连续调制的发送信号。

如在图1b中示意性说明的，从运行时间tf确定距离，作为光脉冲4的发射的开始时间与后向散射的光脉冲4’的接收时间之间的时间差。接收时间的确定在这种情况下通过分析信号脉冲s(t)的特征来执行，例如，用超过信号阈值的方式或用对信号脉冲采样的方式，其中，在从被采样并数字化信号的已限定的曲线点(例如，拐点、曲线极大值)或整体借助于从时间内插已知的最佳滤波器识别接收信号的关联发送信号的编码之后，非常准确地确定脉冲运行时间。用于确定已限定的曲线点的另外方法还包括例如将接收信号转换成双极性信号且随后确定过零。

在按照时间顺序精确地采样后向散射脉冲期间，将由检测器生成的电信号借助于模数转换器(adc)转换成数字信号序列，该信号序列随后通常实时地进一步处理。由于使用与发射速率同步的接收信号的各种采样序列和/或合计，在不利环境下也可以识别有用信号，使得还可以应对更大距离或嘈杂或经受干扰的背景场景。

图2a、图2b、图2c示出了在距离测量范围(例如，在边缘和角落(图2a)上的测量(例如，所谓的条纹测量)、湿表面(图2b)上的测量或窗户(图2c)上的测量的情况下)内的多次反射的示例性示例。

图2a示出了来自现有技术的第一示例，其中，例如借助于wfd原理和使用不同束发散性和/或接收fov角的结构识别由于多次散射产生的伪影。

这里以以下这种方式设计电光测距仪1’：以已限定的发散角发射发送信号，该已限定的发散角通常尽可能小，这里大致被示出为具有恒定宽度的并行发送的光束6。还指示测距仪1’的接收器的两个不同视场设置(fov设置)的外边界7a、7b。在理想情况8下，辐射沿接收器的方向与发送光束平行地后向散射。

然而，根据例如由表面的材料和粗糙度引起的、表面的表面组成和散射特性，辐射还可以在散射位置处漫射地散射，其中，被侧向散射开的辐射9a、9b也可以凭借多次反射散射回测距仪1’的接收单元。这多次反射损害距离测量，因此，距离测量装置通常以以下这种方式来设计：距离测量装置的接收装置仅具有非常小的视场，借此，多次反射的辐射不再在距离测量装置的视场中。

已知另外的测距仪，这些测距仪基于以下事实借助于使用不同尺寸的可设置的接收器fov的至少两个测量结果来识别多次反射：如果用于接收器的两个视场设置的相应关联距离不变，则能够排除倾斜入射的散射光束9a、9b的影响。然而，在光束路径中向后反射的散射光，这里最初来自左侧的壁，也无法使用该原理来消除。

根据本发明，具体地，如果例如以接收单元具有在某种程度上小于或精确地等于作为所发射的发送信号的载体的所发射的激光束的发散性的fov角的方式来选择光束发散的结构，则是理想的。在该结构中，剩余的造成干扰的多次反射可以用信号形式的可能失真(例如，脉冲展宽)借助于wfd原理来识别。

然而，发送器和接收器的相等发散性的大小确定主要适于缓慢扫描移动和短距离内的测量。相反，在长距离或快速扫描移动的情况下，接收器的发散性通常必须被设置为较大。而且，其中至少一个表面强反射的成角度的面在特定环境下无法由wfd原理来识别，例如，借助于脉冲展宽。

图2b示出了借助于距离测量装置1”进行的室外测量的图，这里用于到房屋墙壁10的距离测量。测距仪1”再次发射发送光束6’，其在这里具有已限定的束发散性。还指示了被选择为尽可能小的接收器fov的外边界7c。具体地，凭借该结构，例如远离边缘和角落，可以用最小可能的接收器视场的方式较简单地纠正多次散射问题，即，侧向散射开的辐射9c可以由窄的接收器视场排除。

然而，表面经常以掠入射来测量，由此，例如，位于与测量仪器间隔较大距离的道路或木地板。如果这些对象是湿的，例如，这里为湿道路14，则辐射的大部分由此被反射并可能在对象(例如，它后面的房屋墙壁)上入射。到位于其后的对象的反射在干燥表面的情况下也经常不被预先排除。

如果相互距离足够大，则对象由此可以借助于wfd原理来分离，其中，所寻求的距离通常为较短的测量距离。

如果对象非常地彼此接近(小于1m但大于3cm)，则由此借助于wfd检测到至少脉冲展宽。这例如可能发生在测量接近墙壁的、地面上的点的时候，其中，激光辐射的一部分在地面上被反射并在墙壁上入射。然而，借助于wfd分析，例如，基于脉冲展宽，识别出该情形，并且有缺陷的测量结果被丢弃。

然而，被照射的目标对象之间的小距离，通常小于大致3cm的距离，是成问题的，并且仅借助于wfd分析来识别会是困难的，还没有提到对它们进行补偿或纠正。相反，在根据本发明的偏振标识符或偏振分析的帮助下，可以识别这种多次反射，并且可以丢弃有缺陷的测量结果。

例如，如果在表面后面不存在有金属光泽的对象，则利用干或湿表面以掠入射瞄准把对象具有较低的偏振度。

图2c示出了距离测量装置1”’的多次反射的另外可能发生和不正确测量结果，这里例如由窗户12和其后面的对象13上发生的反射触发的。

测距仪1”再次发射这里具有由衍射定义的特定束发散性的优选已准直的发送光束6”。一方面，被侧向散射开或反射的辐射9a在这里也再次发生，该辐射可以由窄的接收器视场至少部分排除。

相反，如果光束9d在光表面上入射，则在该另外表面上散射的辐射的一部分可以沿入射方向反射回去，并且经由窗户12传导到测距仪的接收器。该另外的目标由wfd来识别，并且确定准确的距离，但该外来的目标对象与所发送的激光束的角方向关联，这是不正确的。然而，该不正确反射还可以从其偏振特征图由根据本发明的方法来识别并因此被消除，借助于由wfd检测的接收信号进行的时间分辨偏振确定在这种情况下是必要的。与偏振敏感通道关联的光电或雪崩二极管例如各由电子wfd电路来分析，借此，至少一个斯托克斯参数与各接收信号关联。在这种情况下，由于窗玻璃上的反射，不正确反射的辐射的p偏振比s偏振强烈地发生，并且功率比ix/iy或者在斯托克斯记号法中为s1x/s1y偏离1且可以与阈值进行比较。

此外，光11的一部分透过窗户12，其至少一部分相对于发送光束方向大致平行或同轴地再次由位于窗户后面的对象13后向散射到测距仪1”’。该反射作为第三目标对象添加到所发送激光束的角方向，并且是完全刻意且正确的。然而，例如，如果窗户12与位于它后面的对象13之间的部分距离与被侧向散射开或反射的辐射9d的部分距离大致相等地一样长，则关联的反射接收信号由此叠加，借此所确定的距离被破坏。然而，信号形式的可能失真(诸如脉冲展宽)可以借助于wfd原理来识别，并且可以消除对应的反射。然而，如果部分距离之间的差过小，例如，小于大致3cm，则wfd的脉冲展宽分析由此失败，虽然如此，但接收信号由于非凡的偏振特征图而可以根据本发明的方法来识别。

图3示出了根据本发明用于基于偏振标识符和/或完全偏振分析纠正由于多次反射而导致的伪影的信号和数据分析的示意框图。

目标对象使用已限定的偏振态的发送信号20来照射，具体地其中，发送信号的偏振态的至少一个偏振标识符例如通过发射x和/或y偏振辐射或右偏振和/或左偏振辐射而已知。在这种情况下，可以执行偏振态的发射(例如，首先在x方向上按照时间顺序分离，随后沿y方向按照时间顺序分离)。优选地，发射纯线偏振态和/圆偏振态，诸如x线偏振、y线偏振、右圆偏振、左圆偏振。然而，可以发射并使用可使用斯托克斯向量形式描述的任意偏振态。

两个偏振态的生成例如由两个激光器结构来执行，其中，一个激光器沿x方向来偏振，而另一个激光器沿y方向来偏振。激光器然后可以发射交替序列的脉冲，这些脉冲用于距离测量和接收器侧偏振分析。两个激光器还可以具有略微不同的波长，在这种情况下，将想到光学-光谱选择性接收器结构。

如果发送单元编码并发射超过一个偏振态，则接收单元例如可以不装配任何可能的偏振分析功能。与如上所述的偏振选择性的发送单元成对，例如，可以测量在各种时间发射的不同偏振方向的辐射的按照时间顺序变化的强度，并且可以得到接收信号的偏振态的偏振标识符。然而，发送单元和接收单元优选地分别装配有偏振编码或偏振分析元件。

此外，例如，关于表面的反射率程度和/或脉冲展宽的识别执行例如wfd分析。

具体地，例如，光束发散的结构是理想的，使得接收单元具有在某种程度上小于或精确地等于作为所发射的发送信号的载体的所发射的激光束的发散性的fov角。在该结构中，剩余的干扰多次反射可以由于信号形式的可能失真(例如，脉冲展宽)而借助于wfd原理来识别。

如果与两个同时被照射的目标对象关联的距离相对于测量距离与彼此足够远，则所获取的信号脉冲在接收单元中按照时间顺序可分离，但尚未清楚地分辨。由此，例如，反射可能发生在金属管或窗玻璃上，其中，对象可以沿空间测量方向反射。而且，例如，在具有强反射表面的成角度的目标对象的情况下，经常无法识别脉冲展宽。

为了解决这种伪影，例如，执行另外的分析步骤50，其中，具体地，分析在以不同偏振发射且后向散射的两个光束之间的测量功率比，这两个光束具体地为具有互补偏振态的两个发射光束，例如，分别在x和y方向上的线偏振辐射或左偏振和有偏振辐射。

依赖于表面和散射特性，例如，与x和y偏振发射关联的强度(ix,iy)几乎是相等的。相反，如果测量功率比ix/iy或s1x/s1y超过特定阈值，例如，3，则由此可以得到多次散射，例如来自超过一个表面或具有结构的表面，例如，已涂刷的金属表面。

在本发明的简化实施方式中，具体地，还可以省略激光光源的第二偏振态的发射。

最后，在接着的步骤60中，可以执行偏振分析，例如，接收辐射的完全偏振态(dop)或部分(dolp、docp、...)偏振态的确定，其中，根据具体关于不同表面上的多次反射分别所获或所得到的偏振态判断并评价距离测量的结果。

例如，在接收辐射的偏振度非常小(例如，dop<20％)的情况下，多次反射是非常可能的，并且丢弃距离测量结果。代替确定完全偏振度，可以以简化方式确定线偏振度，例如，其中，例如在值dolp<15％的情况下，距离测量结果通常被光学伪影破坏。

在接收辐射具有非常高的偏振度(例如，大于65％)的情况下，假定有例如光泽表面。如果例如借助于波形数字化单元得到没有脉冲展宽的单个目标对象，那么距离测量结果非常可能是正确的，并且足够准确。相反，如果借助于波形数字化单元得到两个目标对象，例如，其中，较远的一个占据有高偏振度>65％，那么该目标对象可以为在测量方向上反射的目标对象，并且例如丢弃较远对象的距离测量结果。

由多次散射生成的伪影可以借助于源于偏振分析的偏振标识符(诸如偏振度、偏振角、功率比ix/iy或s1x/s1y以及关联阈值)来几乎任意地紧密定界并消除。

具体地，这里应注意，不是所有的上面提及的分析步骤40、50、60必须进行甚至按顺序进行。相反，它们形成用于作为多次反射的结果的距离测量伪影的改进识别和/或补偿的单独分析工具。

图4a、图4b示出了用于确定接收辐射的偏振标识符或偏振态的接收单元的两个典型实施方式。通常，完全偏振测量借助于至少四个(顺序或并行)步骤中的后向散射辐射的测量(即，没有滤波器的测量、凭借第一线偏振器进行的测量、凭借相对于第一线偏振器旋转45°的线偏振器进行的测量以及凭借圆偏振器进行的测量)来执行。可以从其得到四个斯托克斯参数，例如：

s1＝i1＝ip+is，s2＝ip-is，s3＝i+45-i-45，s4＝sr-sl.

图4a示出了接收单元100的实施方式，例如借助于电可控电光或声光延迟元件101(例如，铁电液晶(flc))和偏振器102(在使用时通常被称为分析器)。还指示通用入口光学单元103。如在测距仪中，雪崩光电探测器(apd)或sipm阵列检测器(硅光电倍增管)以及光电二极管阵列或ccd或cmos照相机可以用作检测器104。

如图4b所示的对应接收单元100’的另一个方法和实施方式是再次与分析器102’(具体为线偏振器或圆偏振器)组合地使用旋转相位延迟板105(例如，四分之一波长延迟板)。在板的旋转期间，在分析器之后测量接收功率，并且例如借助于从米勒矩阵得到的斯托克斯向量的变换，具体根据使用相位板生成的信号的频率、相位以及振幅，来确定接收功率。

附图此外分别示出了通用入口光学单元或准直光学单元103’以及例如偏转元件106，例如，半透反射镜或分束器立方体。借助于光束偏转，例如，具有单独检测器104’的通道仅可以用于信号形式和距离测量的强度和/或wfd分析，相反，具有另外检测器104”的单独光学通道107可以用于偏振分析。

光学通道107还可以由具有静态即非旋转元件的两个平行通道来构建，其中，一个通道分析相对于发送光平行对齐的线偏振，并且另一个通道分析另一个线偏振，例如，倾斜45°的偏振。如果两个偏振选择通道另外还各设置有皮秒速度的检测器，则由此可以测量距离，并且相应偏振可以同时毫无疑义地与脉冲关联。

这里还应注意，附图仅例示了一个方案，并且对于用于偏振测量的合适光束偏转，例如，没有大偏转角或与另外光学元件的组合，如果需要则应调整光学设计。

另选地，用于偏振分析的单独光学通道例如还可以被分成另外的单独通道，每个通道各具有对应分析器，例如，第一线偏振器、相对于第一偏振器旋转45°的线偏振器以及圆偏振器。

还已知所谓的斯托克斯照相机，其中，所需的偏振滤波器设置为像素上方的矩阵结构中，借此，照相机除了登记强度图像之外，还登记接收辐射的偏振态。

在光谱窄带辐射的情况下或在滤光器(例如，衍射光栅)的帮助下，基于萨瓦尔板干涉仪原理的偏振计、渥拉斯顿偏振计以及萨格纳克干涉仪也适于高效光束分析，即，通用测量，其中，借助于偏振调制器和/或偏振分束器来划分偏振态，并且由诸如相位板和分析器这样的另外元件来准备并供应给光电探测器或照相机。

图5a中示出了基于两个萨瓦尔板108a、108b的组合的另外示例性偏振计结构，该结构具有半波长延迟板109、作为分析器102”的处于45°的线偏振器以及检测器104”’。萨瓦尔板将进入光束分成其互补(线)偏振分量(“普通光束”和“非常光束”)，其中，一个光束(非常光束)关于另一个光束平行偏移。因此，用两个萨瓦尔板的适当组合的方式，进入光束可以如图5b所示被分成四个不同的部分光束110并偏移，其中，与入射光束关联的斯托克斯参数可以由侧向偏移111且借助于基于傅里叶的图像分析来得到。由此，例如，可以进行瞬时偏振测量。

明显的是，这些所例示的附图仅示意性例示了可能的示例性实施方式。各种方法还可以彼此组合且与现有技术的方法组合。