CN104748720A - 空间测角装置及测角方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间测角装置及测角方法，该空间测角装置包括双光谱自准直仪以及折转***；折转***包括分光光学元件以及折转镜片；分光光学元件表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪的出射光路上；分光光学元件将双光谱自准直仪的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜设置在分光光学元件的透射光所在光路上，折转镜片设置在分光光学元件的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜设置在经折转镜片反射后的反射光所在光路上。本发明提供了一种能够方便、快速地对同一空间内不同平面上的两个方位角同时进行测量的空间测角装置及测角方法。

Description

空间测角装置及测角方法

技术领域

本发明属于光学测试技术领域，涉及一种基于自准直仪的测角装置及测角方法，尤其涉及一种基于双光谱自准直仪的空间测角装置及测角方法。

背景技术

在精密测试计量技术领域，自准直仪是一种常见的仪器，它主要用于进行小角度及角位移的测量。该仪器具有结构简单，精度高，使用方便、可靠、仪器体积小等优点，在大地测绘、精密机械加工、计量、科研、设备安装和军事工程中得到了广泛的应用。因此，近年来自准直仪的发展非常迅速，由最早的纯机械光学式发展到光电机械瞄准式，而后发展到光电数显式，以及发展到光机电算融为一体的自动测量和显示的自准直仪。目前来讲，光电自准直仪是比较常用的一种，由于它采用各种光电探测器作为接收器件，因而测量精度较高，具有一定的优越性。不过，市场上出现的自准直仪大多数只能测量单一的方位角，无法实现对于同一空间内不同平面上的两个方位角的同时测量。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够方便、快速地对同一空间内不同平面上的两个方位角同时进行测量的空间测角装置及测角方法。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种空间测角装置，其特殊之处在于：包括双光谱自准直仪以及折转***；所述折转***包括分光光学元件以及折转镜片；分光光学元件表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪的出射光路上；分光光学元件将双光谱自准直仪的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜设置在分光光学元件的透射光所在光路上，折转镜片设置在分光光学元件的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜设置在经折转镜片反射后的反射光所在光路上。

上述双光谱自准直仪包括照明光源***、自准直共用***、信号光接收***以及与信号光接收***连接的数据处理***；照明光源***包括发射光波长为λ1的第一光源、发射光波长为λ2的第二光源、光源切换控制电路以及表面涂有分光膜的第一分光棱镜；光源切换控制电路分别与第一光源和第二光源连接；第一光源的光出射方向与第二光源的光出射方向垂直；第一分光棱镜设置在第一光源以及第二光源的出射光路上；自准直共用***设置在第一分光棱镜的出射光路上且与信号光处理***共光轴；分光光学元件设置在自准直共用***的出射光路上；经第一分光棱镜表面的分光膜处理，波长为λ1的光经第一分光棱镜透射以及波长为λ2的光经第一分光棱镜反射后沿同一方向传播，接着入射至自准直共用***，经自准直共用***处理得到的自准直光束入射至分光光学元件。

上述自准直共用***包括第一望远物镜、第二望远物镜、调焦物镜以及表面涂有分光膜的第二分光棱镜；所述第二分光棱镜设置在第一分光棱镜的出射光路上；所述第二望远物镜、第一望远物镜、调焦物镜、第二分光棱镜以及信号光接收***的轴心在同一直线上依次排列；所述分光光学元件设置在第二望远物镜的出射光路上。

上述信号光接收***包括依次设置在第二分光棱镜透射光所在光路上的接收物镜和CCD阵列；CCD阵列与数据处理***连接。

上述折转镜片与分光光学元件平行设置；或者，所述折转镜片与分光光学元件以平行于第二望远物镜出射光路的直线为对称轴成轴对称设置。

上述分光光学元件相对于第二望远物镜的出射光路倾斜45°设置。

上述分光光学元件与折转镜片为一体式结构；或者，所述分光光学元件与折转镜片为分体式结构。

上述分光光学元件是平行平板；所述折转镜片是平面反射镜。

一种基于如上所述的空间测角装置实现两个方位角同时测量的测角方法，其特殊之处在于：所述测角方法包括以下步骤：

1)通过光源切换控制电路点亮第一光源，使其发出波长为λ1的光束；波长为λ1的光束经自准直共用***处理后成为波长为λ1的自准直光束；

2)步骤1)中的自准直光束入射至折转***，分光光学元件表面的分光膜使波长为λ1的自准直光束经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜；

3)被测第一方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ1的光束按原路返回至自准直共用***，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ1的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第一方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第一方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

4)通过光源切换控制电路点亮第二光源，使其发出波长为λ2的光束；通过光源切换控制电路点亮第一光源和第二光源的时间差范围为毫秒级；波长为λ2的光束经自准直共用***处理后成为波长为λ2的自准直光束；

5)步骤4)中的自准直光束入射至折转***，分光光学元件表面的分光膜使波长为λ2的自准直光束经分光光学元件反射后入射至折转镜片，经折转镜片反射后入射至被测第二方位棱镜；

6)被测第二方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ2的光束按原路返回至自准直共用***，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ2的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第二方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第二方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

7)数据处理***分别对被测第一方位棱镜和第二方位棱镜的方位角信息进行处理，得到被测第一方位棱镜的方位角α₁以及第二方位棱镜的方位角α₂。

上述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)波长为λ1的光束从第一光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λ1的光束经第一分光棱镜透射后入射至第二分光棱镜；

1.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ1的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为λ1的自准直光束；

所述步骤4)的具体实现方式是：

4.1)波长为λ2的光束从第二光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2的光束经第一分光棱镜反射后入射至第二分光棱镜；

4.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为λ2的自准直光束。

本发明提供了一种空间测角装置及测角方法，其具有以下优点：

1、通过双光谱自准直仪提供两种不同波长的光束，折转***的分光光学元件(斜面上镀有分光膜)将两种不同波长的光束分别发生透射和反射，其中，经分光光学元件透射后的透射光入射至被测第一方位棱镜；经分光光学元件反射后的反射光入射至折转镜片，经折转镜片的反射后入射至被测第二方位棱镜。因而，本发明能够方便、快速地对同一空间内不同平面上的两个方位角同时进行测量。

2、该空间测角装置中的折转***也是本发明的一个亮点，它巧妙的将分光光学元件与折转镜片进行组合，使双光谱自准直仪中不同光源发射的光束在进入该***后可以沿不同的路径进行传播，从而实现对两个不同方位角进行测量。

3、由于该空间测角装置可一次测量两个不同的方位角，只需在测试之前对整个装置进行一次调整即可；而传统的测角装置一次只能测量一个方位角，当需要测量不同的方位角时，需要对整个装置重新进行调整，容易引入测量误差，且操作繁琐；因此，利用本发明提供的空间测角装置所测数据比使用传统测角装置所测得的数据可靠。

4、该空间测角装置结构简单，操作方便，成本较低，可由光源切换控制电路对双光谱自准直仪内部的两个光源进行切换控制，从而能够方便、快速地实现两个方位角信息的高精度测量。此外，通过光源切换控制电路来控制两个光源的切换时间为毫秒级，近似于同时测角。

附图说明

图1a是CCD自准直仪的检测原理图(反射镜与自准直仪的主光轴垂直)；

图1b是CCD自准直仪的检测原理图(反射镜绕自准直仪主光轴旋转α角)；

图2是本发明提供的双光谱自准直仪的光学***简图；

图3是双光谱自准直仪中照明光源***的简图；

图4a是本发明中折转***的一个实施例的结构示意图；

图4b是本发明中折转***的另一实施例的结构示意图；

图4c是本发明中折转***的又一实施例的结构示意图；

图4d是本发明中折转***的再一实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的空间测角装置的测量原理示意图；

其中：

1-双光谱自准直仪；110-照明光源***；111-第一光源；112-第二光源；113-第一分光棱镜；120-自准直共用***；121-第一望远物镜；122-第二望远物镜；123-调焦物镜；124-第二分光棱镜；130-信号光接收***；131-接收物镜；132-CCD阵列；2-折转***；210-分光光学元件；220-折转镜片；3-第一方位棱镜；4-第二方位棱镜。

具体实施方式

图1a和图1b是CCD自准直仪的检测原理图，CCD自准直仪主焦点处光源O发出的光线经过物镜折射后形成一束平行光，如果反射镜与CCD自准直仪的主光轴垂直(参见图1a)，则自准直光束原路返回；当反射镜绕自准直仪主光轴旋转α角时(参见图1b)，其反射光束就以与入射光束成2α的角度返回。由于α角的大小不同，则会在CCD上的不同位置产生图像，将此时图像的位置O′与旋转前CCD上所得到的图像位置O之间的位移量设为x，，则根据三角函数原理可知：

x＝f tan2α

一般情况下，α角很小，可将上述数学关系式近似为：x≈2fα。从而，α≈x/2f＝na/2f，式中a为CCD像元的尺寸，n为偏差覆盖的像元数，f为CCD自准直仪的焦距。故通过CCD测量图像的变化即可得到被测反射镜的偏转角度α。

本发明正是根据上述CCD自准直仪检测原理提供了一种基于双光谱自准直仪设计的空间测角装置。

如图5所示，本发明提供的空间测角装置，其包括双光谱自准直仪1以及折转***2；折转***2包括分光光学元件210以及折转镜片220；分光光学元件210表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪1的出射光路上；分光光学元件210将双光谱自准直仪1的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜3设置在分光光学元件210的透射光所在光路上，折转镜片220设置在分光光学元件210的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜4设置在经折转镜片220反射后的反射光所在光路上。

本发明中，双光谱自准直仪1通过两种不同波长光分别测量被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4的方位角，设定从双光谱自准直仪1出射的两种不同波长光分别为波长为λ1的光和波长为λ2的光，分光光学元件210将这两种不同波长光分别发生透射和反射，波长为λ1的光经分光光学元件210透射后入射至被测第一方位棱镜3；波长为λ2的光经分光光学元件210反射后入射至折转镜片220，接着经折转镜片220反射后入射至被测第二方位棱镜4。

本发明中，折转镜片220与分光光学元件210可以平行设置(如图4a所示)，也可以与分光光学元件210以平行于双光谱自准直仪1出射光路的直线为对称轴成轴对称设置(如图4b所示)。

如图2和图3所示，本发明提供的双光谱自准直仪1包括照明光源***110、自准直共用***120、信号光接收***130以及与信号光接收***连接的数据处理***；照明光源***110包括发射光波长为λ1的第一光源111、发射光波长为λ2的第二光源112、光源切换控制电路以及表面涂有分光膜的第一分光棱镜113；光源切换控制电路分别与第一光源111和第二光源112连接；第一光源111和第二光源112均位于双光谱自准直仪的主焦点处；第一光源111的光出射方向与第二光源112的光出射方向垂直；第一分光棱镜113设置在第一光源以及第二光源的出射光路上；自准直共用***120设置在第一分光棱镜113的出射光路上且与信号光处理***130共光轴；分光光学元件210设置在自准直共用***120的出射光路上。

经第一分光棱镜113表面的分光膜处理，波长为λ1的光经第一分光棱镜透射以及波长为λ2的光经第一分光棱镜反射后沿同一方向传播，接着入射至自准直共用***120，经自准直共用***处理得到的自准直光束入射至分光光学元件210，波长为λ1的光经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜3，波长为λ2的光依次经分光光学元件210和折转镜片220反射后入射至被测第二方位棱镜4，波长为λ1的光和波长为λ2的光分别经被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4反射后返回自准直共用***120，经自准直共用***120透射后入射至信号光接收***130。为了提高测角的精度，该空间测角装置采用的是分时测角方式，通过光源切换控制电路来控制两个光源的切换，由于其切换时间为毫秒级，近似于同时测角。

如图2所示，双光谱自准直仪1中，自准直共用***120包括第一望远物镜121、第二望远物镜122、调焦物镜123以及表面涂有分光膜的第二分光棱镜124；第二分光棱镜124设置在第一分光棱镜113的出射光路上；第二望远物镜122、第一望远物镜121、调焦物镜123、第二分光棱镜124以及信号光接收***130的轴心在同一直线上依次排列；分光光学元件210设置在第二望远物镜122的出射光路上；折转镜片220与分光光学元件210可以平行设置，也可以与分光光学元件210以平行于第二望远物镜122出射光路的直线为对称轴成轴对称设置。

如图2所示，双光谱自准直仪1中，信号光接收***130包括依次设置在第二分光棱镜124透射光所在光路上的接收物镜131和CCD阵列132；CCD阵列132与数据处理***连接。波长为λ1的光和波长为λ2的光由第一分光棱镜113入射至第二分光棱镜124，经反射后依次进入调焦物镜123、第一望远物镜121、第二望远物镜122以及分光光学元件210，经折转***的透射和反射后，分别入射至被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4，接着按相反方向分别返回第二分光棱镜124，经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜131和CCD阵列132。其中，调焦物镜123的作用是调节双光谱自准直仪的焦距，使其控制在一定的范围内，避免因焦距过大而引起双光谱自准直仪的体积变大。

较优地，分光光学元件210相对于第二望远物镜122的出射光路倾斜45°设置，则经分光光学元件反射后有一部分光束发生折转，其折转角度为90°，此时，折转***中折转镜片的位置易于被确定，且该空间测角装置的组装工艺要求相对简单，结构稳定。

本发明中的分光光学元件210与折转镜片220可以为分体式结构(如图4a和图4b所示)，也可以为一体式结构(如图4c和图4d所示)。当两者为一体式结构时，由于分光光学元件与折转镜片组成的折转***是一个整体，其稳定性较好，只需要对该整体镜片加上外框体，然后与双光谱自准直仪的箱体进行连接，使二者的相对位置固定，进而使整个空间测角装置的结构稳定，不过这种设计方法比较耗费材料，加工工艺相对也比较复杂；而且，当镜片设计得比较大时，容易损坏。因此，一般只在短距离高精度测量时才采用该种方案。

具体地，本发明中，折转***的分光光学元件210可以选用平行平板；折转镜片220可以选用平面反射镜。这种组合是在能够同时实现分束和折转功能的基础上所选择的最简单、最经济的一种组合方式。

对于具有一定关系的不同方位角，该空间测角装置可通过测算出两方位角之间实际存在的关系，将所测得的实际值与理论值相比较，得出实际值与理论值之间所存在的误差，然后可对该角度进行分析和校正。具体实现过程是，使用该空间测角装置对方位角进行测量，所测得的结果由CCD阵列接收并传送至数据处理***，然后通过软件实现对数据的处理，解算出所测得的方位角的角度值。

此外，本发明还提供了一种利用上述空间测角装置实现两个方位角同时测量的测角方法，其包括以下步骤：

1)通过光源切换控制电路点亮第一光源111，使其发出波长为λ1的光束；波长为λ1的光束经自准直共用***120处理后成为波长为λ1的自准直光束；

1.1)波长为λ1的光束从第一光源111入射至第一分光棱镜113，第一分光棱镜113表面的分光膜使波长为λ1的光束经第一分光棱镜透射后入射至第二分光棱镜124；

1.2)第二分光棱镜124表面的分光膜使波长为λ1的光束反射后入射至调焦物镜123，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜121和第二望远物镜122，完成消色差处理，得到波长为λ1的自准直光束；

2)步骤1)中的自准直光束入射至折转***2，分光光学元件210表面的分光膜使波长为λ1的自准直光束经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜3；

3)被测第一方位棱镜3将携带其方位角信息的波长为λ1的光束按原路返回至自准直共用***120，第二分光棱镜表面124的分光膜使返回的波长为λ1的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜131和CCD阵列132，得到被测第一方位棱镜3的方位角信息；CCD阵列将被测第一方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

4)通过光源切换控制电路点亮第二光源112，使其发出波长为λ2的光束；通过光源切换控制电路点亮第一光源111和第二光源112的时间差范围为毫秒级；波长为λ2的光束经自准直共用***120处理后成为波长为λ2的自准直光束；

4.1)波长为λ2的光束从第二光源112入射至第一分光棱镜113，第一分光棱113镜表面的分光膜使波长为λ2的光束经第一分光棱镜反射后入射至第二分光棱镜124；

4.2)第二分光棱镜124表面的分光膜使波长为λ2的光束反射后入射至调焦物镜123，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜121和第二望远物镜122，完成消色差处理，得到波长为λ2的自准直光束；

5)步骤4)中的自准直光束入射至折转***2，分光光学元件210表面的分光膜使波长为λ2的自准直光束经分光光学元件反射后入射至折转镜片220，经折转镜片反射后入射至被测第二方位棱镜4；

6)被测第二方位棱镜4将携带其方位角信息的波长为λ2的光束按原路返回至自准直共用***120，第二分光棱镜124表面的分光膜使返回的波长为λ2的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜131和CCD阵列132，得到被测第二方位棱镜4的方位角信息；CCD阵列将被测第二方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

7)数据处理***分别对被测第一方位棱镜3和第二方位棱镜4的方位角信息进行处理，得到被测第一方位棱镜的方位角α₁以及第二方位棱镜的方位角α₂。

通过数据处理***对所得到的两个方位角信息进行分析处理，该数据处理***主要运用现有简单的算法程序对由CCD阵列得到的信息进行处理，解算出两方位角之间的关系。因为第一方位棱镜以及第二方位棱镜的方位角分别为α₁、α₂，故可得Δα＝α₁-α₂，即实现了同一空间内不同平面上两个方位角的传递。

当两个方位棱镜位于同一垂直平面上时，也可以实现方位角的垂直传递，该方法可以使位于不同水平面上的上下两台无机械连接的设备实现水平方位同步，如航天器对接等。

Claims (10)

1.一种空间测角装置，其特征在于：包括双光谱自准直仪以及折转***；所述折转***包括分光光学元件以及折转镜片；分光光学元件表面涂有分光膜且设置在双光谱自准直仪的出射光路上；分光光学元件将双光谱自准直仪的出射光分为透射光以及反射光，被测第一方位棱镜设置在分光光学元件的透射光所在光路上，折转镜片设置在分光光学元件的反射光所在光路上；被测第二方位棱镜设置在经折转镜片反射后的反射光所在光路上。

2.根据权利要求1所述的空间测角装置，其特征在于：所述双光谱自准直仪包括照明光源***、自准直共用***、信号光接收***以及与信号光接收***连接的数据处理***；照明光源***包括发射光波长为λ1的第一光源、发射光波长为λ2的第二光源、光源切换控制电路以及表面涂有分光膜的第一分光棱镜；光源切换控制电路分别与第一光源和第二光源连接；第一光源的光出射方向与第二光源的光出射方向垂直；第一分光棱镜设置在第一光源以及第二光源的出射光路上；自准直共用***设置在第一分光棱镜的出射光路上且与信号光处理***共光轴；分光光学元件设置在自准直共用***的出射光路上；经第一分光棱镜表面的分光膜处理，波长为λ1的光经第一分光棱镜透射以及波长为λ2的光经第一分光棱镜反射后沿同一方向传播，接着入射至自准直共用***，经自准直共用***处理得到的自准直光束入射至分光光学元件。

3.根据权利要求2所述的空间测角装置，其特征在于：所述自准直共用***包括第一望远物镜、第二望远物镜、调焦物镜以及表面涂有分光膜的第二分光棱镜；所述第二分光棱镜设置在第一分光棱镜的出射光路上；所述第二望远物镜、第一望远物镜、调焦物镜、第二分光棱镜以及信号光接收***的轴心在同一直线上依次排列；所述分光光学元件设置在第二望远物镜的出射光路上。

4.根据权利要求3所述的空间测角装置，其特征在于：所述信号光接收***包括依次设置在第二分光棱镜透射光所在光路上的接收物镜和CCD阵列；CCD阵列与数据处理***连接。

5.根据权利要求4所述的空间测角装置，其特征在于：所述折转镜片与分光光学元件平行设置；或者，所述折转镜片与分光光学元件以平行于第二望远物镜出射光路的直线为对称轴成轴对称设置。

6.根据权利要求5所述的空间测角装置，其特征在于：所述分光光学元件相对于第二望远物镜的出射光路倾斜45°设置。

7.根据权利要求6所述的空间测角装置，其特征在于：所述分光光学元件与折转镜片为一体式结构；或者，所述分光光学元件与折转镜片为分体式结构。

8.根据权利要求7所述的空间测角装置，其特征在于：所述分光光学元件是平行平板；所述折转镜片是平面反射镜。

9.一种基于如权利要求8所述的空间测角装置实现两个方位角同时测量的测角方法，其特征在于：所述测角方法包括以下步骤：

1)通过光源切换控制电路点亮第一光源，使其发出波长为λ1的光束；波长为λ1的光束经自准直共用***处理后成为波长为λ1的自准直光束；

2)步骤1)中的自准直光束入射至折转***，分光光学元件表面的分光膜使波长为λ1的自准直光束经分光光学元件透射后入射至被测第一方位棱镜；

3)被测第一方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ1的光束按原路返回至自准直共用***，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ1的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第一方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第一方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

4)通过光源切换控制电路点亮第二光源，使其发出波长为λ2的光束；通过光源切换控制电路点亮第一光源和第二光源的时间差范围为毫秒级；波长为λ2的光束经自准直共用***处理后成为波长为λ2的自准直光束；

5)步骤4)中的自准直光束入射至折转***，分光光学元件表面的分光膜使波长为λ2的自准直光束经分光光学元件反射后入射至折转镜片，经折转镜片反射后入射至被测第二方位棱镜；

6)被测第二方位棱镜将携带其方位角信息的波长为λ2的光束按原路返回至自准直共用***，第二分光棱镜表面的分光膜使返回的波长为λ2的光束经第二分光棱镜透射后依次入射至接收物镜和CCD阵列，得到被测第二方位棱镜的方位角信息；CCD阵列将被测第二方位棱镜的方位角信息传输至数据处理***；

7)数据处理***分别对被测第一方位棱镜和第二方位棱镜的方位角信息进行处理，得到被测第一方位棱镜的方位角α₁以及第二方位棱镜的方位角α₂。

10.根据权利要求9所述的测角方法，其特征在于：

所述步骤1)的具体实现方式是：

1.1)波长为λ1的光束从第一光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λ1的光束经第一分光棱镜透射后入射至第二分光棱镜；

1.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ1的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为λ1的自准直光束；

所述步骤4)的具体实现方式是：

4.1)波长为λ2的光束从第二光源入射至第一分光棱镜，第一分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2的光束经第一分光棱镜反射后入射至第二分光棱镜；

4.2)第二分光棱镜表面的分光膜使波长为λ2的光束反射后入射至调焦物镜，经调焦物镜折射后依次经过第一望远物镜和第二望远物镜，完成消色差处理，得到波长为λ2的自准直光束。