该文首先从共焦显微成像技术的工作机理入手,分析了共焦显微成像系统横向分辨率优于一般成像系统的特性和独特的轴向响应特性,并从实际应用的角度出发,分析了影响共焦显微成像特性的各种因素,为系统的优化设计和差动共焦显微探测技术的提出奠定了坚实的理论基础.为实现三维测量系统非接触瞄准测头的绝对零位检测,该文提出了一种基于差动共焦显微原理的光聚焦探测技术.设计并研制了基于差动共焦显微探测技术的三维测量系统.提出并研制了基于差动共焦显微探测技术的光学瞄准测头,完成了测头的结构、瞄准发讯系统,以及纵向弹性导轨的设计和研制工作,通过对对瞄准发讯系统及其信号时序的描述,阐述了零位发戾与三维会标同步检测的测量过程以及对瞄准时间滞后误差的消除.最后,该文对基于差坳共焦显微探测技术的三维测量系统的各主要组成部分进行了性能测试和实验研究;测试和分析了不同斜率、不同表面特性对共焦显微成像特性的影响;对典型表面轮廓进行了测试,并将其结果与原子力显微镜测量结果进行了对比,对系统的各项测量误差进行了分析.