CN110988380A - 一种结构光干涉测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构光干涉测量方法和装置，方法利用结构光干涉，实现对运动物体的平移与旋转运动速度大小和方向的全矢量运动信息的同时测量。装置包括激光器、分束器、反射镜、扩束器、反射式器件、合束器和检测装置，激光器输出高斯光，分束器将高斯光分为探测光与参考光，扩束器调整探测光的光斑尺寸，反射式器件附着在运动物体的表面产生结构光，合束器将携带物体运动信息的结构光与参考光干涉叠加得到干涉光场，检测装置对干涉光场进行探测，实现获取运动物体的全矢量运动信息。本发明突破了传统方案无法同时测量物体的平移与旋转运动速度的全矢量运动信息的限制，其在光学测量和传感等方面具有广泛的应用前景，填补了相关技术领域的空白。

Description

一种结构光干涉测量方法和装置
技术领域
本发明属于光学测量领域，更具体地，涉及一种结构光干涉测量方法和装置。
背景技术
基于经典多普勒效应构造的传统激光干涉仪，可利用激光高斯光束来测量目标物体的平移运动信息，比如对目标物体的水平位移与线速度进行无接触式测量，然而其无法测量目标物体的旋转运动信息。目前，获取目标物体旋转运动信息的方法一般是采用接触式或机械式测量，比如基于陀螺仪设计的角速度传感器，再比如基于机械齿轮的角速度测量仪，而这些方法无法测量目标物体的平移运动信息。对于既包含有平移运动信息又包含有旋转运动信息的复合运动，比如螺旋运动，通过已有的方法无法实现对平移与旋转两种运动形式的一次性无接触同时测量。目前缺乏一种有效的方法实现对具有复杂运动的目标物体的运动轨迹与运动形式进行实时跟踪，鉴于此，设计一种针对复合运动进行实时监测的装置是极其有必要的。
近些年研究发现，结构光束具有随空间变化的振幅、偏振和相位分布，其中相位型结构光束能产生旋转多普勒效应，即对于垂直于相位型结构光束传播方向上的旋转运动物体，能引起光束的多普勒频移。激光涡旋光束作为相位型结构光束的一种，其具有相位在空间上呈螺旋分布的特性。高斯光束的同轴干涉光场呈现出同心环分布的干涉条纹，即牛顿环；涡旋光束与高斯光束的同轴干涉光场呈现出螺旋形干涉条纹，其螺旋条纹数目与涡旋光束的拓扑电荷数一致；两个不同拓扑电荷数的涡旋光束之间的同轴干涉光场呈现出花瓣状的干涉条纹，其花瓣条纹数目与两涡旋光束的拓扑电荷数之差一致。对于涡旋光束与高斯光束的同轴干涉光场，当涡旋光束沿着光轴旋转时，将产生旋转多普勒效应，其直观表现在干涉条纹的旋转；当涡旋光束与高斯光束的光程差随时间变化时，将产生线性多普勒效应，其直观的表现同样为干涉条纹发生旋转。因此，涡旋光束与高斯光束的干涉条纹的旋转同时由线性与旋转多普勒效应决定。对于两个不同拓扑电荷数的涡旋光束之间的同轴干涉光场，当两涡旋光束同时沿着光轴旋转时，将产生旋转多普勒效应，其直观表现在干涉条纹的旋转；如若保证两涡旋光之间的光程差保持不变，则不会发生线性多普勒效应。自由空间产生涡旋光束最常用的方法是利用螺旋相位板，螺旋相位板的厚度随方位角而变化，因此螺旋相位板能够将入射的高斯光束调制成具有螺旋相位分布的涡旋光束，其中，涡旋光束中包含的轨道角动量拓扑荷数理论上可以为单个，也可以为多个的任意组合。
前述高斯光和结构光之间能同时存在线性与旋转多普勒效应，这两者分别对应于平移与旋转两种运动形式，此外不同拓扑荷数的涡旋光束之间能存在旋转多普勒效应，这对应于旋转运动形式。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种结构光干涉测量方法和装置，旨在实现对目标物体的平移与旋转运动的全矢量信息进行一次性无接触同时测量，以达到对目标物体的复杂运动状态的监测，填补相关技术的空白。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种结构光干涉测量方法，包括：将激光器输出的高斯光分成两路分别作为探测光和参考光，探测光入射到能将高斯光转换为结构光的反射式器件上，该反射式器件附着在运动物体的表面，其反射的结构光携带有运动物体的平移与旋转运动信息，反射的结构光与参考光叠加得到干涉光场，通过检测干涉光场，可以同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息，实现基于结构光干涉的运动物体的测量。
优选地，附着在运动物体表面的反射式器件，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，较小的轨道角动量拓扑荷数分量具有较小的半径，较大的轨道角动量拓扑荷数分量具有较大的半径，该反射式器件中心与运动物体的旋转中心重合，且与入射探测光的光轴重合。
优选地，对探测光或参考光的光斑尺寸进行适当调节，使得探测光与参考光叠加所得干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式；对于内侧的干涉光场，其主要由参考光与运动物体反射的结构光中半径较小和具有较小轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为螺旋状的干涉条纹；对于外侧的干涉光场，其主要由运动物体反射的结构光中两个具有不同轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为花瓣状的干涉条纹。
优选地，对干涉光场的检测使用两个探测点，位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，两个探测点随时间变化的光强度信号被探测转换为电信号后，通过傅里叶变换分析频谱(幅度谱和相位谱)可以一次性推出运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
按照本发明的另一方面，提供了一种结构光干涉测量装置，包括：激光器、分束器、反射镜、扩束器、能将高斯光转换为结构光的反射式器件、合束器和检测装置，激光器输出高斯光作为光源，分束器将高斯光分为探测光与参考光两路，反射镜用来调整参考光传播方向，扩束器用来调整探测光的光斑尺寸，能将高斯光转换为结构光的反射式器件附着在运动物体的表面，用于产生携带物体运动信息的结构光，合束器用于将携带物体运动信息的结构光与参考光干涉叠加得到干涉光场，检测装置用于对干涉光场进行探测，同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
优选地，干涉测量装置可以采用马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉方式或迈克尔逊(Michelson)干涉方式；马赫-曾德尔干涉方式中分束器和合束器为不同器件，迈克尔逊干涉方式中分束器和合束器为相同器件。
优选地，被附着于运动物体表面的反射式器件，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，反射式器件可以为复合螺旋相位板、超材料、超表面等结构光产生器件，其中心与运动物体的旋转中心重合，且与入射探测光的光轴重合。
优选地，采用马赫-曾德尔干涉方式时，利用扩束器对探测光的光斑尺寸扩束；采用迈克尔逊干涉方式时，利用孔阑限制参考光的光斑尺寸；通过调节探测光或参考光的光斑尺寸，干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式。
优选地，检测装置可以采用包括具有两个探测点的探测器和信号处理模块；具有两个探测点的探测器将两个探测点处的光信号转换为电信号，其两个探测点分别位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，利用信号处理模块对探测器的两探测点的信号频谱(幅度谱和相位谱)进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
优选地，检测装置也可以采用包括分束器、第一探测器、第二探测器和信号处理模块；分束器将干涉光场分为两路，第一探测器和第二探测器分别位于两路干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，最后利用信号处理模块对两路信号的频谱(幅度谱和相位谱)进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
通过本发明所构思的以上技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明可以实现对运动物体的平移与旋转运动的全矢量信息进行一次性无接触同时测量，克服了传统激光单频干涉仪只能测量平移速度而无法同时测量旋转速度的局限性。
2、本发明对于运动信息的测量，不仅能测量运动速度大小，还能测量运动方向，因此可实现对运动物体的复杂运动状态的实时监测。
3、本发明提供的测量装置简单，属于改进型激光干涉仪，只需在技术成熟的传统激光干涉仪装置基础上，将固定在测量光路上的反射镜替换为能将高斯光转换为结构光的反射式器件，将对干涉场的单点探测替换为两点探测。
附图说明
图1是本发明提供的一种结构光干涉测量装置的结构示意图；
图2是本发明提供的一种结构光干涉测量装置的一种改进结构示意图；
图3是本发明实施例提供的干涉光场检测装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的干涉光场及两点探测方法示意图；
图5(a)是本发明实施例提供的一种物体同时向前平移与逆时针旋转运动的实验测量结果；
图5(b)是本发明实施例提供的一种物体同时向后平移与逆时针旋转运动的实验测量结果；
图5(c)是本发明实施例提供的一种物体同时向前平移与顺时针旋转运动的实验测量结果；
图5(d)是本发明实施例提供的一种物体同时向后平移与顺时针旋转运动的实验测量结果；
图6是本发明实施例提供的一种物体同时平移与旋转运动的实验测量结果的准确性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种结构光干涉测量方法，包括：将激光器输出的高斯光分成两路分别作为探测光和参考光，探测光入射到能将高斯光转换为结构光的反射式器件上，该反射式器件附着在运动物体的表面，其反射的结构光携带有运动物体的平移与旋转运动信息，反射的结构光与参考光叠加得到干涉光场，通过检测干涉光场，可以同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息，实现基于结构光干涉的运动物体的测量。
具体地，附着在运动物体表面的反射式器件贴片，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，较小的轨道角动量拓扑荷数分量具有较小的半径，较大的轨道角动量拓扑荷数分量具有较大的半径，该贴片中心与运动物体的旋转中心重合，且与入射探测光的光轴重合。
具体地，对探测光或参考光的光斑尺寸进行适当调节，使得探测光与参考光叠加所得干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式；对于内侧的干涉光场，其主要由参考光与运动物体反射的结构光中半径较小和具有较小轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为螺旋状的干涉条纹；对于外侧的干涉光场，其主要由运动物体反射的结构光中两个具有不同轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为花瓣状的干涉条纹。
具体地，对干涉光场的检测使用两个探测点，位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，两个探测点随时间变化的光强度信号被探测转换为电信号后，通过傅里叶变换分析频谱(幅度谱和相位谱)可以一次性推出运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
本发明还提供了一种结构光干涉测量装置，包括：激光器、分束器、反射镜、扩束器、能将高斯光转换为结构光的反射式器件、合束器和检测装置，激光器输出高斯光作为光源，分束器将高斯光分为探测光与参考光两路，反射镜用来调整参考光传播方向，扩束器用来调整探测光的光斑尺寸，能将高斯光转换为结构光的反射式器件附着在运动物体的表面，用于产生携带物体运动信息的结构光，合束器用于将携带物体运动信息的结构光与参考光干涉叠加得到干涉光场，检测装置用于对干涉光场进行探测，同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
具体地，干涉测量装置可以采用马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉方式或迈克尔逊(Michelson)干涉方式；马赫-曾德尔干涉方式中分束器和合束器为不同器件，迈克尔逊干涉方式中分束器和合束器为相同器件。
具体地，被附着于运动物体表面的反射式器件，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，反射式器件可以为复合螺旋相位板、超材料、超表面等结构光产生器件，其中心与运动物体的旋转中心重合，且与入射探测光的光轴重合。
具体地，采用马赫-曾德尔干涉方式时，利用扩束器对探测光的光斑尺寸扩束；采用迈克尔逊干涉方式时，利用孔阑限制参考光的光斑尺寸；通过调节探测光或参考光的光斑尺寸，干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式。
具体地，检测装置可以采用包括具有两个探测点的探测器和信号处理模块；具有两个探测点的探测器将两个探测点处的光信号转换为电信号，其两个探测点分别位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，利用信号处理模块对探测器的两探测点的信号频谱(幅度谱和相位谱)进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
具体地，检测装置也可以采用包括分束器、第一探测器、第二探测器和信号处理模块；分束器将干涉光场分为两路，第一探测器和第二探测器分别位于两路干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，最后利用信号处理模块对两路信号的频谱(幅度谱和相位谱)进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
以下结合具体实施例及附图进行说明。
如图1所示，本发明提供的一种结构光干涉测量装置，包括：激光器1，第一分束器2，合束器3，反射镜4，扩束器5，第二分束器6，能将高斯光转换为结构光的反射式器件7，待检测运动物体8和检测装置9。激光器1输出的高斯光通过第一分束器2被分为探测光与参考光；探测光经过反射镜4调整传播方向，通过扩束器5调整光斑尺寸后，透射第二分束器6的部分正入射到粘贴有能将高斯光转换为结构光的反射式器件7的待检测运动物体8表面；待检测运动物体8表面反射的携带运动信息的结构光通过第二分束器6反射调整传播方向，传输至合束器3处；合束器3将携带运动信息的结构光与参考光合束后，得到干涉光场；检测装置9用于探测干涉光场，实现对具有同时平移和旋转运动的物体的全矢量运动信息的测量。其中，能将高斯光转换为结构光的反射式器件7产生的结构光具有两个轨道角动量拓扑荷数，其内层具有绝对值较小的拓扑荷数，外层具有绝对值较大的拓扑荷数；入射到待检测运动物体8的探测光的传播方向与待检测运动物体8平移运动方向同轴，且入射光的光斑中心与待检测运动物体8的旋转运动中心对准；扩束器5对探测光路的光斑进行调节，使得结构光内侧尺寸与参考光的尺寸相近，因此干涉光场具有内外不同的光斑形式；检测装置9具有两个探测点，位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，其可以采用包含两个探测点的探测设备或采用两个单探测点的探测器。
如图2所示，本发明提供的一种结构光干涉测量装置的一种改进，具体实施方式如下：
该装置包括：激光器1，分束器2，反射镜4，扩束器5，能将高斯光转换为结构光的反射式器件7，待检测运动物体8、检测装置9和孔阑10。激光器1输出的高斯光通过扩束器5调整光斑尺寸后，被分束器2分为探测光与参考光；探测光正入射到粘贴有能将高斯光转换为结构光的反射式器件7的待检测运动物体8表面，反射的结构光携带运动信息，传输回分束器2处；参考光通过孔阑10限制光斑尺寸后，被反射镜4反射回分束器2处；分束器2将携带运动信息的结构光与参考光合束后，得到干涉光场；检测装置9用于探测干涉光场，实现对具有同时平移和旋转运动的物体的全矢量运动信息的测量。该改进装置的具体检测的实施与实施例1方案一致。
如图3所示是一种具体的干涉光场检测装置，其包括干涉光场91，分束器92，第一透镜93，第一孔阑94，第一光电探测器95，反射镜96，第二透镜97，第二孔阑98，第二光电探测器99，电缆线910，信号处理模块911。干涉光场91通过分束器92分成两路进行探测，一路依次通过第一透镜93、第一孔阑94后被第一光电探测器95接收，另一路依次通过反射镜96、第二透镜97、第二孔阑98后被第二光电探测器99接收；第一光电探测器95和第二光电探测器99将光信号转换成电信号，并通过电缆线910传输到信号处理模块911。其中，第一孔阑94和第二孔阑98分别置于第一透镜93和第二透镜97焦点后的光束发散区域内，且分别位于两束干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域的不同位置，用于滤除探测点以外的多余的光场能量；信号处理模块911能够对信号作快速傅里叶分析，获得信号的频谱与相对相位谱；通过信号频谱的两个峰值与其对应的相对相位值，能够推算同时平移与旋转运动的物体的全矢量运动信息。
如图4所示是一种具体的干涉光场及两点探测方法，采用在探测光路将高斯光转换为包含2和7阶拓扑荷数的结构光，其与参考光的干涉光场分为内侧区域1和外侧区域2，内侧区域1的干涉光场为参考光与结构光中2阶拓扑荷数的部分干涉叠加而成，表现为2阶螺旋状的干涉条纹；外侧区域2的干涉光场为结构光中两个不同拓扑荷数的部分相互干涉叠加而成，表现为5阶花瓣状的干涉条纹。在测量过程中，内侧区域1的螺旋状干涉条纹与外侧区域2的花瓣状干涉条纹以不同的速率旋转，将两个点探测器以不同方位角置于两区域的交界位置，两个点探测器将分别感受到来自区域1和区域2的不同频率的光强度变化，因此两个点探测器接收的信号频谱中将出现两个频移峰，理论峰值频率大小分别为f1＝|2kvz+2Ω|/2π，f2＝|5Ω|/2π，这里k为激光器光束波数，vz为物体平移速度，Ω为物体旋转速度。另外，在相位谱中找到这两个峰值频率对应的相对相位值的正负，即可判断两个频移值的正负。在测量中，通过两个频移峰的峰值高低，能够将两个峰区分开来。最后，解两个线性方程，即可得到物体的平移与旋转运动的速度大小和方向，即获得物体运动的全矢量信息。
下面给出本实施例中利用本发明提供的结构光干涉测量装置对复合运动物体的实验测量结果图，图5(a)从上到下依次是同时向前平移与逆时针旋转运动测量实验的两探测位置的信号频谱与相对相位谱；图5(b)从上到下依次是同时向后平移与逆时针旋转运动测量实验的两探测位置的信号频谱与相对相位谱；图5(c)从上到下依次是同时向前平移与顺时针旋转运动测量实验的两探测位置的信号频谱与相对相位谱；图5(d)从上到下依次是同时向后平移与顺时针旋转运动测量实验的两探测位置的信号频谱与相对相位谱。根据探测信号的傅里叶频谱中两个峰的峰值高低，可以将两个频谱峰进行区分，峰值较高的为频谱峰2，峰值较低的为频谱峰1。定义物体的线性运动向前和旋转运动逆时针为两简单运动的正向，对于图5(a)，物体复合运动的线性速度分量为1mm/s向前、旋转速度分量为200πrad/s逆时针，频谱中两个峰值频率f1、f2的测量值分别为3290Hz、500Hz，对应相对相位谱中的测量值分别为87.41°、-32.10°；对于图5(b)，物体复合运动的线性速度分量为1mm/s向后、旋转速度分量为200πrad/s逆时针，频谱中两个峰值频率f1、f2的测量值分别为2910Hz、500Hz，对应相对相位谱中的测量值分别为-87.55°、-34.59°；对于图5(c)，物体复合运动的线性速度分量为1mm/s向前、旋转速度分量为200πrad/s顺时针，频谱中两个峰值频率f1、f2的测量值分别为2910Hz、500Hz，对应相对相位谱中的测量值分别为66.51°、29.29°；对于图5(d)，物体复合运动的线性速度分量为1mm/s向后、旋转速度分量为200πrad/s顺时针，频谱中两个峰值频率f1、f2的测量值分别为3360Hz、500Hz；对应相对相位谱中的测量值分别为-32.65°、33.20°，比较四种测量情况的相对相位谱，可以发现在物体的四种运动方向的状态下，两个频谱峰对应的相对相位值的正负出现四种不同的组合，将测量结果代入理论公式，计算出的物体复合运动的两分量的测量值在误差允许范围内是符合实际值的。图6是物体同时平移与旋转运动的实验测量结果的准确性示意图，根据在不同复合运动下测量的信号频谱，利用两个频谱峰值频率反推计算出物体的平移与旋转运动速度的大小，利用两个频谱峰对应的相对相位值的正负情况反推出物体运动的方向信息，多次测量得到的结果符合理论预期，证明了这种结构光干涉测量方法与装置的准确性。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种结构光干涉测量方法，其特征在于，包括将激光器输出的高斯光分成两路分别作为探测光和参考光，所述探测光入射到能将高斯光转换为结构光的反射式器件上，所述反射式器件附着在运动物体的表面，其反射的结构光携带有运动物体的平移与旋转运动信息，反射的结构光与参考光叠加得到干涉光场，通过检测干涉光场，可以同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息，实现基于结构光干涉的运动物体的测量。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述附着在运动物体的表面的反射式器件，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，较小的轨道角动量拓扑荷数分量具有较小的半径，较大的轨道角动量拓扑荷数分量具有较大的半径，所述反射式器件中心与运动物体的旋转中心重合，且与探测光的光轴重合。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，对探测光或参考光的光斑尺寸进行调节，使得探测光与参考光叠加所得干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式；对于内侧的干涉光场，其主要由参考光与运动物体反射的结构光中半径较小和具有较小轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为螺旋状的干涉条纹；对于外侧的干涉光场，其主要由运动物体反射的结构光中两个具有不同轨道角动量拓扑荷数的分量相互叠加干涉而成，表现为花瓣状的干涉条纹。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，对干涉光场的检测使用两个探测点，位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，两个探测点随时间变化的光强度信号被探测转换为电信号后，通过傅里叶变换分析幅度谱和相位谱可以一次性推出运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
5.一种结构光干涉测量装置，其特征在于，包括激光器、分束器、反射镜、扩束器、能将高斯光转换为结构光的反射式器件、合束器和检测装置，所述激光器输出高斯光作为光源，所述分束器将高斯光分为探测光与参考光两路，所述反射镜用来调整参考光传播方向，所述扩束器用来调整探测光的光斑尺寸，所述能将高斯光转换为结构光的反射式器件附着在运动物体的表面，用于产生携带物体运动信息的结构光，合束器用于将携带物体运动信息的结构光与参考光干涉叠加得到干涉光场，所述检测装置用于对干涉光场进行探测，同时获取运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置采用马赫-曾德尔干涉方式或迈克尔逊干涉方式；所述马赫-曾德尔干涉方式中分束器和合束器为不同器件，所述迈克尔逊干涉方式中分束器和合束器为相同器件。
7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，被附着于运动物体表面的反射式器件，将高斯光转换为由两个不同轨道角动量拓扑荷数分量叠加的结构光，所述反射式器件为复合螺旋相位板、超材料或者超表面结构光产生器件，其中心与运动物体的旋转中心重合，且与入射探测光的光轴重合。
8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，采用所述马赫-曾德尔干涉方式时，利用扩束器对探测光的光斑尺寸扩束；采用所述迈克尔逊干涉方式时，利用孔阑限制参考光的光斑尺寸；通过调节探测光或参考光的光斑尺寸，干涉光场的内侧和外侧具有两种不同的光场结构形式。
9.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述检测装置包括具有两个探测点的探测器和信号处理模块；所述具有两个探测点的探测器将两个探测点处的光信号转换为电信号，其两个探测点分别位于干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，利用所述信号处理模块对探测器的两探测点的信号幅度谱和相位谱进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
10.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述检测装置包括分束器、第一探测器、第二探测器和信号处理模块；所述分束器将干涉光场分为两路，所述第一探测器和第二探测器分别位于两路干涉光场内侧与外侧部分的交界环形区域，最后利用所述信号处理模块对两路信号的幅度谱和相位谱进行傅里叶分析，实现对运动物体的平移与旋转运动速度的大小和方向的全矢量运动信息的结构光干涉测量。
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