CN105353516B - 单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器。其要解决的技术问题是：针对两路不同波长的激光束进行功率合成时，采用双光束合成传感器对两路光束的近场(光瞳信息)和远场(光轴信息)进行探测，以测量、计算和分析两路光束的合成情况；在双光束合成传感器中，通过采用特殊的光路结构，可以利用同一台探测器对两路光束的光瞳和光轴同时成像。利用本发明，可以实时探测各路光束的光束指向误差信息，可以简化测量结构、减少使用探测器，可以消除因多台探测器分开探测所带来的热漂移问题，提高测量一致性和稳定性，可以实时分析两路光束合成时的远场和近场合成情况。

Description

单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器

技术领域

本发明涉及一种用于两路不同波长的激光束共孔径功率合成的双光束合成传感器和方法，属于光学工程技术领域。

背景技术

光束合成分为相干合成和非相干合成，对多路同一波长的激光可进行相干或非相干合成；N路相同功率的光束经过相干合成后的光束能量密度最大可为原来的N²倍，但由于要求合成光束具有频率相同、振动方向相同和相位差恒定的特点，因此实现难度很大。N路不同波长的相同功率的光束进行非相干合成即功率合成，其合成后的光束能量密度虽然最大只有原来的N倍，但由于无需对每路激光进行相位控制，只需对每路激光进行整体方向的调节和控制，故技术难度小，成本较低，易于实现。

光束非相干合成的方法较多，如用平板玻璃、缺角直角棱镜、小角度全反射棱镜、滤光片、棱镜偏振分光镜、平板偏振分光镜、多面反射镜、二元位相光栅等等，但这些合成方式多应用静态的系统中，不能动态调节或动态消除误差，从而无法满足实际需求。

天津大学报道了采用计算机控制两维的步进电机驱动反射镜进行方位或俯仰的角度偏转，可以实现半自动化的光束合成(参见刘鸣陈兴梧闰运，计算机控制下的多路激光束合成系统。激光技术，2003(27)：398-399)。

中科院光电技术研究所发明的基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统(专利号：201210152113.4)，提出了采用光束稳定闭环控制的原理，采用光束合成传感器实时提取光轴误差，采用高速处理机实时处理光轴误差信号，采用倾斜镜作为执行器件实时消除光轴误差，对参与合束的单路光束实施光束稳定控制，以实时消除各路光束的光束指向误差，实现各路光束的高精度合成。

在自动执行的光束合成系统中，无论采用何种模式，都离不开直接或间接探测光束指向信息的双光束合成传感器(即光束合成传感器)。

图4是双光束合成的基本原理图，其中4-7是合束探测装置，两种不同波长的光束4-1和4-3分别经过合成镜4-2反射和透射，绝大部分能量汇集成为4-4，经过等效聚焦系统4-6后会聚到目标点4-5，极少部分能量汇集成为4-10，并进入合束探测装置4-7，经过聚焦模块4-9以后聚焦到探测器靶面，成为光轴图像4-8，该图像也就是图1中的1-16。由几何光学原理可知，4-5和4-8共轭，即当两束光在4-8聚焦的远场光斑图像重合时，其主要能量会聚到目标点4-5也重合。两束光在合成镜前表面4-12上合成以后的近场光斑图像为4-11，进入合束探测装置以后，经过成像模块4-13到达探测器靶面，成为4-14所示光瞳图像，该图像也就是图1中的1-17。设计时，需要保证4-11与4-14共轭，这样，当两束光的光瞳图像4-14在探测器靶面重合时，合成镜前表面4-12上两束光的近场光斑4-11也完全重合；当远场重合、合成镜前表面近场也重合时，两光束合束以后任意位置的近场光斑都是重合的。

工程实践表明，在双光束合成传感器中，如果多路光束采用多个探测器，不同探测器之间的热漂移会导致十微弧度甚至几十微弧度的基准差，这不适合用于高精度合成的系统中。

前述发明所提出的光束双光束合成传感器采用了在光路中置入色散元件从而把原本重合的各路光束远场分开、以便进行独立的光轴提取和误差控制的方法。该方法可以使各路光束独立执行光束稳定闭环功能，确保各路光束相对各自的基准位置误差最小，但不能直接反映远场和近场合成的情况。

本发明提出了针对两路光束的非相干功率合成，通过一定的光路设计，实现单一探测器同时进行单路远场(作为闭环控制时的光束指向误差提取)、合束远场(作为光轴合成的判据)、合束近场(作为光瞳合成的判据)探测的方法，不仅保证了实时性、高精度合成，而且还提供了合成以后的光瞳和光轴实时信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对两路光束非相干功率合成系统中作为探测光束指向信息的双光束合成传感器，通过设计光路，采用单一的探测器，利用不同探测区域，同时进行单路光束远场、合束远场和合束近场的成像，在保证了各路光束能够单独探测光轴误差信息的情况下，又能直接显示出光瞳和光轴合束的状态；不仅减少了探测器的使用，还保证了基准的一致性和合束状态的实时、直接显示。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，包括共光路缩束模块、分束镜、光轴分离模块、聚焦模块、第一耦合镜、第二耦合镜、第三耦合镜、成像模块和探测器，其中：

所述双光束合成传感器的光路传输路径为：波长分别为A和B的共光路双波长平行光束经过共光路缩束模块后，变成口径较小的平行光束，到达分束镜，一部分光经过分束镜反射出去，经过成像模块后，成像于探测器靶面，形成两路混合的近场光斑图像；另外一部分光经分束镜透射后进入光轴分离模块，经过光谱分光和光轴分离，形成三束不同传输方向的光束：A波长光、B波长光和两波长混合光，三束光束经过聚焦模块、第一耦合镜、第二耦合镜和第三耦合镜，聚焦于探测器靶面，分别形成三个不同位置的光斑：A波长远场光斑、B波长远场光斑和两路混合远场光斑。

其中，共光路的双波长平行光束共用一组共光路缩束模块，根据设计的缩束倍率，把口径较大的平行光束缩小成口径较小的平行光束，以降低后续光路上光学设计的难度。共光路缩束模块可采用反射式结构或透射式结构；采用反射式结构时，可采用同轴设计或离轴设计；采用透射式结构时，需对两种波长的光束进行消色差设计。

其中，光束经过共光路缩束模块以后，根据输入波长，采用光学薄膜镀制的方法，实现了两次光束分离。第一次分离采用了能量分光的方式，控制分束镜的膜系参数，即控制两波长光束入射到分束镜的反射率和透过率，使成像和聚焦光路分离；第二次分离发生在聚焦光路，采用了光谱分光的方式，使原本同轴、同路径传输的两波长光束经过光轴分离模块以后，从不同的路径传输，实现光束的分离和偏转，并经聚焦模块、第一耦合镜、第二耦合镜和第三耦合镜，在探测器靶面分别形成四路图像。

其中，光轴分离模块的作用是进行光谱分光和光轴分离。针对两种特定的输入波长，对光轴分离模块内部的分光镜进行光学薄膜设计和镀制，使其按照需要的波长和能量比进行透射和反射，实现两路波长光束的分离；针对分离后的两路波长光束，根据需要，利用耦合镜进行角度偏转，以达到输出后的A波长光束、B波长光束或混合光束按需要的方向和需要的偏转角发生偏转的目的。

其中，光轴分离模块有三种典型结构，第一种结构是缩束以后的双波长光束中，A波长光束的一部分依次经过分光镜四反射、耦合镜一反射、耦合镜二反射、分光镜二反射和分光镜三透射，B波长光束的一部分依次经过分光镜四透射、分光镜一反射、耦合镜四反射、耦合镜三反射和分光镜三反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜四透射、分光镜一透射、分光镜二透射和分光镜三透射；第二种结构是缩束以后的双波长光束中，A波长光束的一部分依次经过分光镜Ⅲ反射、分光镜Ⅳ透射、耦合镜Ⅰ反射、耦合镜Ⅱ反射、分光镜Ⅰ透射和分光镜Ⅱ反射，B波长光束的一部分依次经过分光镜Ⅲ反射、分光镜Ⅳ反射、分光镜Ⅰ反射和分光镜Ⅱ反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜Ⅲ透射、分光镜Ⅱ透射；第三种结构是缩束以后的双波长光束中，A波长光束的一部分依次经过分光镜④反射、耦合镜①反射、分光镜①反射、分光镜③反射和分光镜②透射，B波长光束的一部分依次经过分光镜④反射、耦合镜①反射、分光镜①透射、耦合镜②反射和分光镜②反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜④透射、分光镜③透射和分光镜②透射；采用三种结构的任意一种，都需要确保三路光束在分光镜三、分光镜Ⅱ或者分光镜②再次重合。

其中，光轴分离模块实现角度偏转的方法是利用A波长光束、B波长光束和混合光束在不同路径传输的特点，确保三路光束在分光镜三、分光镜Ⅱ或分光镜②表面重合的同时，根据后续聚焦模块和探测器的参数，按照三路光束所需要的方位角、俯仰角角度大小和方向，对三路光束独立的反射镜或分光镜方位角或者俯仰角的调整，第一种结构中，通过调整第一耦合镜或第二耦合镜方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的分光镜四、分光镜二、耦合镜一和耦合镜二中的两组或多组的方位角或俯仰角，调整B波长光束所在的分光镜一、分光镜三、耦合镜四和耦合镜三中的两组或多组的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、A波长光束和B波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转；第二种结构中，通过调整第一耦合镜或第二耦合镜方位角或俯仰角，通过调整B波长光束所在的分光镜Ⅲ、分光镜Ⅳ、分光镜Ⅰ和分光镜Ⅱ中的两组或多组的方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的耦合镜Ⅰ和耦合镜Ⅱ中的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、B波长光束和A波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转；第三种结构中，通过调整第一耦合镜或第二耦合镜方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的分光镜①、分光镜③方位角或俯仰角，通过调整B波长光束所在的耦合镜②、分光镜②的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、A波长光束和B波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转。

其中，两路输入光束经过光轴分离模块以后，实现方向偏转的A波长光束、B波长光束和混合光束经过共用的聚焦模块后，聚焦于探测器靶面。根据透镜聚焦的几何光学原理，所述聚焦模块对来自于不同方向的输入光束均可以实现聚焦，而不产生相对的角度偏转。所述聚焦模块需要根据输入三路光束偏转角进行消像差设计和不同波长的消色差设计。

其中，进行光束信息的探测时，需要对同一个探测器探测靶面进行区域划分，划分成四个，把A波长光轴、B波长光轴、混合光轴、混合光瞳四路测量信息分别从物理空间上调至四个不同的区域中。

其中，选取探测器时需要兼容两种波长光束的光谱响应，选择对A、B两种波长光束均能正常响应的探测器。所述探测器必须是CCD、CMOS等阵列像素式成像探测器。

本发明与现有技术相比有如下优点：

(1)在两束光单独实施实时闭环控制从而保证闭环精度的情况下，可以实时观测两束光的合束状态，包括光瞳合束状态和光轴合束状态；

(2)采用单一探测器进行两路光独立的光轴信息、合束以后的光轴信息和合束以后的光瞳信息探测，保证了基准的一致性，避免了不同探测器之间的热漂移；

(3)通过采用独特的光路结构进行单路远场、合束远场和合束近场成像，可以通过分光镜镀膜来实现各路探测信息的光强匹配，也可以通过在不同的光路中设置光强衰减的方式来匹配各路探测信息的光强；

(4)采用单一探测器进行两路光的光轴信息、合束后的光轴信息和光瞳信息的探测，简化了测量结构，提高了测量一致性和稳定性，保证测量信息的正确性，同时也节省了探测器，降低了系统或设备成本。

附图说明

图1为本发明的双光束合成传感器结构图；图中，1-1为共光路双波长平行光束；1-2为共光路缩束模块；1-3为缩束以后的平行光束；1-4为分束镜；1-5为光轴分离模块；1-6为A波长光；1-7为B波长光；1-8为两波长混合光；1-9为第一耦合镜；1-10为聚焦模块；1-11为第二耦合镜；1-12为成像模块；1-13为第三耦合镜；1-14为探测器；1-15为B路远场光斑；1-16为混合远场光斑；1-17为光瞳成像光斑；1-18为A路远场光斑；

图2为本发明中的光轴分离模块的几种典型结构，其中，图2(a)为第一种典型结构示意图，图中，2-1为双波长光束；2-2为耦合镜一；2-3为分光镜一；2-4为耦合镜二；2-5为分光镜二；2-6为分光镜三；2-7为耦合镜三；2-8为耦合镜四；2-9为分光镜四；图2(b)为第二种典型结构示意图，图中，2-10为双波长光束；2-11为耦合镜Ⅰ；2-12为耦合镜Ⅱ；2-13为分光镜Ⅰ；2-14为分光镜Ⅱ；2-15为分光镜Ⅲ；2-16为分光镜Ⅳ；图2(c)为第三种典型结构示意图；2-17为双波长光束；2-18为耦合镜①；2-19为分光镜①；2-20为耦合镜②；2-21为分光镜②；2-22为分光镜③；2-23为分光镜④；

图3为本发明的聚焦模块的原理图；图中，3-1为A波长光束；3-2为B波长光束；3-3为混合光束；3-4为共用的聚焦模块；3-5为探测器靶面；

图4是现有技术中两束不同波长光束功率合成的原理图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

本发明的原理如图1～图3所示。图1是本发明的光路示意图，图2是本发明的光轴分离模块(1-5)的内部典型结构，图3是聚焦模块(1-10)的原理图。

如图1所示，本发明由共光路缩束模块1-2、分束镜1-4、光轴分离模块1-5、成像模块1-12、聚焦模块1-10、第一耦合镜1-9、第二耦合镜1-11、第三耦合镜1-13和探测器1-14几大部分组成。

各个部分所执行的功能分别为：⑴共光路缩束模块1-1执行对重合的、不同波长的两路光束进行缩束的功能，经过缩束以后，便于进行后续的反射、分光、成像、聚焦以及衰减匹配等空间布局和结构设计；⑵分束镜1-4执行对缩束以后的平行光束1-3进行能量分配，按照需要的比例，控制分束镜的镀膜参数，使两波长光束分别经过透射和反射后进入光轴分离模块1-5和成像模块1-12；⑶光轴分离模块1-5的功能是使进入的双波长光束经过光谱分光以后，按照需要的能量比例，使不同波长的光束进入不同的光学传输路径，并经过其内部的分光镜和耦合镜进行光轴偏转和光束再耦合，使不同波长的光束和混合光束按照需要的角度进行偏转；⑷聚焦模块1-10执行从光轴分离模块输出的光束进行聚焦，使具有不同输出角度的不同波长的光束和混合光束会聚到焦面不同位置(探测器1-14靶面1-18、1-15和1-16)；⑸成像模块1-12执行从分束镜1-4反射的光束进行成像，使双波长光束在探测器1-14靶面指定位置进行光瞳图像1-17的成像；⑹探测器的作用是对合束以后的近场光斑、远场光斑和两路光的远场光斑进行图像显示，为控制系统进行信号处理和误差提取提供原始信号。

双光束合成传感器的光路传输路径为：波长为A和B的双波长光束1-1经过共光路缩束模块1-2缩束后，成为小口径的双波长平行光束1-3，传输到达分束镜1-4，此时有两种不同的传输路径：第一种传输路径为一部分能量的双波长光束经过分束镜1-4反射以后，进入成像模块1-12、经过成像模块1-12以后，到达第三耦合镜1-13，通过第三耦合镜1-13的反射角度调整，使其到达探测器1-14靶面的，形成光瞳成像光斑1-17；第二种传输路径为从分束镜1-4透射的光束进入光轴分离模块1-5，在光轴分离模块1-5中，根据其内部的分光镜和反射镜镀膜，光束分成三路，第一路光束为波长为A的光束的一部分，第二路光束为波长为B的光束的一部分，第三路光束为两波长剩余部分的混合光束，根据需要，调整各路光束的耦合镜或分光镜的角度，使三路光束在从光轴分离模块1-5输出后，形成三路不同传输方向的光束1-6、1-7和1-8；三路光束从光轴分离模块输出后，再经过第一耦合镜1-9耦合入射到聚焦模块1-10，经过聚焦以后，再经过第二耦合镜1-11，三路光束聚焦于探测器1-14的靶面不同位置，形成A路远场光斑1-18、B路远场光斑1-15和混合远场光斑1-16。

本发明所述双光束合成传感器，在几个分束镜或分光镜的位置需要根据所需比例进行能量分光或光谱分光，分光方式和分光比例需要考虑以下几个原则：一是判断分光方式，若是整体进行能量分配，则采用能量分光，即针对入射的两波长光束，进行相同比例的反射或透射比例分配；若是需要利用分束镜或分光镜使两波长光束分离，则需要进行光谱分光，使A波长光束反射(或透射)而使B波长光束透射(或反射)；二是根据几路光斑入射到探测器1-14靶面后的强度来进行比例分配，即确保光瞳成像光斑1-17、混合光束的远场光斑1-16、A路光束远场光斑1-18和B路光束远场光斑1-15的强度相近；三是根据实际工程中光谱分光膜不可能做到绝对分离的特性，需要确保光轴分离模块1-5后中分离出来的某一路光束中存在的其它光束残余(例如分离出来的A路光束中存在一部分B路光束残余，反之亦然)不会对主要光束的传输和后续成像造成影响。

根据前述几个原则，以及光学薄膜镀制的实际工程情况和工艺水平，针对本发明的双光束合成传感器，光轴分离模块以图2(a)结构为例，其具体几个分束镜或分光镜的分光方式和分光比例参考值如下：⑴缩束后的光束1-3入射到分束镜1-4时，进行能量分光，一部分反射进入成像模块1-12，另一部分透射进入光轴分离模块1-5，分束镜1-4的分光比例参考值为对A、B两束光的反射/透射比为50％/50％；⑵经分束镜1-4透射后的光束进入光轴分离模块1-5，在光轴分离模块中，分光镜2-9、2-3、2-5和2-6均采用光谱分光，分光比例参考值为分光镜2-9对A路光束的反射/透射比为50％/50％，对B路光束的反射/透射比为2％/98％，分光镜2-3对A路光束的反射/透射比为2％/98％，对B路光束的反射/透射比为50％/50％，分光镜2-5与分光镜2-9相同，分光镜2-6与分光镜2-3相同；⑶经过成像模块1-12后的光束与经过光轴分离模块1-5、聚焦模块1-10后再经第二耦合镜1-11以后的光束再次与第三分光镜1-13重合，第三耦合镜1-13分光膜采用能量分光的方式，对A、B两路光束的反射/透射比为50％/50％；⑷所有分光镜或分束镜后表面均镀制增透膜，对A、B两波长透过率大于98％。根据前述参考值对分光镜或分束镜进行能量分配或光谱分配以后，到达探测器1-14靶面的几路光斑的强度值相当，不同传输路径上的主要光束和残余光束的强度对比度均在100以上，满足工程实际中对于光斑探测和质心计算的需要。

本发明所述双光束合成传感器的四路图像的功能分别为：⑴1-17是两路光束合成以后的光瞳图像重合在一起的光斑，可表征两路发射光束的位置重合性；⑵1-16是两路光束以后的光轴图像重合在一起的光斑，可表征两路发射光束的角度重合性；⑶1-18是A路光束的光轴图像光斑，1-15是B路光束的光轴图像光斑，分别用于A路光束和B路光束的光轴误差信息提取和闭环控制，当1-16所述两路光束光斑完全重合时，1-18和1-15所在光斑位置为基准位置；实际工作时，通过闭环控制，使得合成以后的A路光束远场光斑重合在A路基准位置、B路光束远场光斑重合在B路基准位置，这样，就使得1-16的两路远场光斑完全重合，根据图4所示的4-5和4-8共轭的原理，从而使得合成以后的两路光束角度重合。一般在工程实际中，采用自动控制系统的两路光束光轴合成精度可达几个微弧度甚至1微弧度以内。

如图4所示，本发明所述光轴合成通过控制系统或人工主动修正误差实现，即通过探测两路远场的位置信息，控制系统或人工进行两路远场位置误差的实时修正，以实现两路混合远场光斑重合，进而使得输出两路光束光轴重合；本发明所述光瞳合成是在光轴合成基础上被动实现，即在初始光路耦合状态，通过调整传输光路4-1和4-3中的耦合镜，使得两路光束光轴重合的同时，确保光瞳重合误差在容许范围内，这是光瞳重合的初始误差，设为δ，这是初始光路耦合误差。当由于激光器热漂移等原因而导致一束或两束激光发生角度漂移时，控制系统或人工进行角度修正，设其漂移量或修正量为θ，在传输路径上，修正位置距离漂移发生位置的距离为L，则总的光瞳重合误差近似为Δ＝δ+Lθ。一般而言，总的光瞳重合误差能控制在1mm的水平。

本发明的设计要点是：⑴共光路缩束模块1-2可以采用反射式结构，也可以采用透射式结构。采用反射式结构时，不存在色差，但具有中心遮拦；采用透射式结构时，没有中心遮拦，但设计时需要消除色差；⑵成像模块1-12和聚焦模块1-10也需要对两种入射波长消色差；⑶聚焦模块1-10需要对A、B两路远场和合束远场(总共三路)进行成像，而三路光的远场像点在探测器1-14上位于不同的位置，故聚焦模块1-10的参数设计需要兼顾三路光的动态范围；⑷耦合镜1-9和1-11对A、B两波长光束镀反射膜；⑸如图2所示，光轴分离模块1-5中的分光镜2-9、2-3、2-5、2-6或2-15、2-16、2-13、2-14或2-23、2-19、2-22、2-21采用光学膜系分光，实现两路光束的分离、再合成和光强匹配；光强匹配时，需要根据探测器1-14对A、B两路波长的光谱响应的角度进行考虑，确保A路远场1-18、B路远场1-15和混合远场1-16三路远场光斑图像的强度相当；⑹分束镜1-4和第三耦合镜1-13针对A、B两波长光束镀分光膜，对两波长光束按比例进行强度分配，强度分配的原则是根据探测器1-14对A、B两路波长的光谱响应，确保近场光斑图像1-17的强度和三路远场光斑1-18、1-15和1-16的强度相当；⑺探测器1-14需要同时对A、B两路波长光束响应；⑻本装置适用于两路不同波长的光束进行高精度功率合成。

聚焦模块的结构原理如图3所示，其要实现的功能是使得从光轴分离模块1-5输出的A波长光束3-1、B波长光束3-2和混合光束3-3经过聚焦模块3-4聚焦以后，成像在探测器靶面3-5。聚焦模块3-4设计时需要对A、B两波长光束消色差，并确保三路入射光束入射角范围内的成像质量。根据几何光学知识，聚焦模块3-4，对来自于不同方向的入射光束3-1、3-2和3-3经过聚焦以后，输入光束和输出光束的轴线保持平行，确保了出射光束聚焦于探测器靶面的位置能够实时反映入射光束的方向。

Claims (7)

1.单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于包括：共光路缩束模块(1-2)、分束镜(1-4)、光轴分离模块(1-5)、聚焦模块(1-10)、第一耦合镜(1-9)、第二耦合镜(1-11)、第三耦合镜(1-13)、成像模块(1-12)和探测器(1-14)，其中：

所述双光束合成传感器的光路传输路径为：波长分别为A和B的共光路双波长平行光束(1-1)经过共光路缩束模块(1-2)后，变成口径较小的平行光束(1-3)，到达分束镜(1-4)，一部分光经过分束镜(1-4)反射出去，经过成像模块(1-12)后，成像于探测器(1-14)靶面，形成两路混合的近场光斑图像(1-17)；另外一部分光经分束镜(1-4)透射后进入光轴分离模块(1-5)，经过光谱分光和光轴分离，形成三束不同传输方向的光束：A波长光(1-6)、B波长光(1-7)和两波长混合光(1-8)，三束光束(1-6、1-7和1-8)经过聚焦模块(1-10)、第一耦合镜(1-9)、第二耦合镜(1-11)和第三耦合镜(1-13)，聚焦于探测器(1-14)靶面，分别形成三个不同位置的光斑：A波长远场光斑(1-18)、B波长远场光斑(1-15)和两路混合远场光斑(1-16)；

光路缩束以后，根据输入波长，采用分光镜光学薄膜镀制的方法，实现了两次光束分离；第一次分离采用了能量分光的方式，控制分束镜(1-4)的膜系参数，即控制两波长光束入射到分束镜(1-4)的反射率和透过率，使成像和聚焦光路分离；第二次分离发生在聚焦光路，采用了光谱分光的方式，使原本同轴、同路径传输的两波长光束经过光轴分离模块(1-5)以后，从不同的路径传输，实现光束的分离和偏转，并经聚焦模块(1-10)、第一耦合镜(1-9)、第二耦合镜(1-11)和第三耦合镜(1-13)，在探测器(1-14)靶面分别形成四路图像；

光轴分离模块(1-5)的作用是进行光谱分光和光轴分离；针对两种特定的输入波长，对光轴分离模块(1-5)内部的分光镜进行光学薄膜设计和镀制，使其按照需要的波长和能量比进行透射和反射，实现两路波长光束的分离；针对分离后的两路波长光束，根据需要，利用耦合镜进行角度偏转，以达到输出后的A波长光束、B波长光束或混合光束按需要的方向和需要的偏转角发生偏转的目的。

2.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：共光路的双波长平行光束(1-1)共用一组共光路缩束模块(1-2)，根据设计的缩束倍率，把口径较大的平行光束(1-1)缩小成口径较小的平行光束(1-3)，以降低后续光路上光学设计的难度；共光路缩束模块(1-2)可采用反射式结构或透射式结构；采用反射式结构时，可采用同轴设计或离轴设计；采用透射式结构时，需对两种波长的光束进行消色差设计。

3.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：光轴分离模块(1-5)有三种典型结构，第一种结构是缩束以后的双波长光束(2-1)中，A波长光束的一部分依次经过分光镜四(2-9)反射、耦合镜一(2-2)反射、耦合镜二(2-4)反射、分光镜二(2-5)反射和分光镜三(2-6)透射，B波长光束的一部分依次经过分光镜四(2-9)透射、分光镜一(2-3)反射、耦合镜四(2-8)反射、耦合镜三(2-7)反射和分光镜三(2-6)反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜四(2-9)透射、分光镜一(2-3)透射、分光镜二(2-5)透射和分光镜三(2-6)透射；第二种结构是缩束以后的双波长光束(2-10)中，A波长光束的一部分依次经过分光镜Ⅲ(2-15)反射、分光镜Ⅳ(2-16)透射、耦合镜Ⅰ(2-11)反射、耦合镜Ⅱ(2-12)反射、分光镜Ⅰ(2-13)透射和分光镜Ⅱ(2-14)反射，B波长光束的一部分依次经过分光镜Ⅲ(2-15)反射、分光镜Ⅳ(2-16)反射、分光镜Ⅰ(2-13)反射和分光镜Ⅱ(2-14)反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜Ⅲ(2-15)透射、分光镜Ⅱ(2-14)透射；第三种结构是缩束以后的双波长光束(2-17)中，A波长光束的一部分依次经过分光镜④(2-23)反射、耦合镜①(2-18)反射、分光镜①(2-19)反射、分光镜③(2-22)反射和分光镜②(2-21)透射，B波长光束的一部分依次经过分光镜④(2-23)反射、耦合镜①(2-18)反射、分光镜①(2-19)透射、耦合镜②(2-20)反射和分光镜②(2-21)反射，A波长光束和B波长光束的剩余部分混合后的混合光束依次经过分光镜④(2-23)透射、分光镜③(2-22)透射和分光镜②(2-21)透射；采用三种结构的任意一种，都需要确保三路光束在分光镜三(2-6)、分光镜Ⅱ(2-14)或者分光镜②(2-21)再次重合。

4.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：光轴分离模块(1-5)实现角度偏转的方法是利用A波长光束、B波长光束和混合光束在不同路径传输的特点，确保三路光束在分光镜三(2-6)、分光镜Ⅱ(2-14)或分光镜②(2-21)表面重合的同时，根据后续聚焦模块(1-10)和探测器(1-14)的参数，按照三路光束所需要的方位角、俯仰角角度大小和方向，对三路光束独立的反射镜或分光镜方位角或者俯仰角的调整，第一种结构中，通过调整第一耦合镜(1-9)或第二耦合镜(1-11)方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的分光镜四(2-9)、分光镜二(2-5)、耦合镜一(2-2)和耦合镜二(2-4)中的两组或多组的方位角或俯仰角，通过调整B波长光束所在的分光镜一(2-3)、分光镜三(2-6)、耦合镜四(2-8)和耦合镜三(2-7)中的两组或多组的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、A波长光束和B波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转；第二种结构中，通过调整第一耦合镜(1-9)或第二耦合镜(1-11)方位角或俯仰角，通过调整B波长光束所在的分光镜Ⅲ(2-15)、分光镜Ⅳ(2-16)、分光镜Ⅰ(2-13)和分光镜Ⅱ(2-14)中的两组或多组的方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的耦合镜Ⅰ(2-11)和耦合镜Ⅱ(2-12)中的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、B波长光束和A波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转；第三种结构中，通过调整第一耦合镜(1-9)或第二耦合镜(1-11)方位角或俯仰角，通过调整A波长光束所在的分光镜①(2-19)、分光镜③(2-22)的方位角或俯仰角，通过调整B波长光束所在的耦合镜②(2-20)、分光镜②(2-21)的方位角或俯仰角，分别使得混合光束、A波长光束和B波长光束按照需要的角度大小和方向进行偏转。

5.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：所述两路输入光束经过光轴分离模块(1-5)以后、实现方向偏转的A波长光束(3-1)、B波长光束(3-2)和混合光束(3-3)经过共用的聚焦模块(3-4)后，聚焦于探测器靶面(3-5)，所述聚焦模块(3-4)对来自于不同方向的各路输入光束均可以实现聚焦，而不产生相对的角度偏转；所述聚焦模块(3-4)需要根据输入三路光束偏转角进行消像差设计和不同波长的消色差设计。

6.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：对同一个探测器(1-14)探测靶面进行区域划分，划分成四个，把A波长光轴、B波长光轴、混合光轴、混合光瞳四路测量信息分别从物理空间上调至四个不同的区域中。

7.根据权利要求1所述的单一探测器对光瞳光轴分区域成像的双光束合成传感器，其特征在于：选取探测器(1-14)时需要兼容两种波长光束的光谱响应，选择对A、B两种波长光束均能正常响应的探测器；所述探测器(1-14)必须是CCD、CMOS阵列像素式成像探测器。