随着现代微加工技术和光学超分辨技术的不断进步,微尺度空间三维测量与成像技术向着大量程、高精度和高效率三个大方向前进。空间三维测量主要包括像散法、激光三角法、扫描隧道显微镜、机械探针法、原子力显微镜以及共焦显微技术等。其中,共焦显微技术因具有三维层析能力、不损伤样品表面、可对活体细胞进行观察、测量范围较大等优点,被广泛应用于材料学、生物学、医学、MEMS等技术领域。为提高传统共焦系统的轴向分辨力并扩大测量范围,外差共焦原理被进一步提出,其中点探测器轴向对称移焦问题一直是该系统实现过程中的难点。本课题将光瞳滤波器技术与共焦显微系统相结合,通过对位相型光瞳滤波器进行结构设计使其具有移焦特性,从而得到一种可满足小型化要求的外差共焦系统;同时在进行光瞳设计时,将横向超分辨因子作为其评价参数之一,以保证系统在实现轴向移焦的同时具有横向超分辨效果。本课题“共焦显微系统中移焦探测方法研究”主要完成工作包括:（1）对共焦显微系统及光瞳滤波器相位调制特性进行了详细的理论分析,并针对软针孔等效硬针孔的前提条件进行分析,得出结论在满足成像透镜r_f3r_il₀/f₂的前提下,系统为理想点探测时,由软针孔结构引入的成像系统点扩展函数h_f将不会对共焦系统光强探测结果造成影响。（2）对光瞳优化效果评价参数的共焦系统测量影响情况进行了分析,给出了光瞳优化的约束条件,建立了光瞳优化模型,并利用遗传算法对位相型光瞳滤波器进行了结构优化设计,使其具有轴向移焦特性以及横向超分辨特性。（3）本课题利用空间光调制器模拟位相型光瞳滤波器在系统中的调制作用,为保证模拟效果,提出了一种基于菲涅耳透镜的空间光调制器相位图对准方法,以及一种基于杨氏干涉的空间光调制器相位调制特性测定方法。最后搭建了相关实验平台,对本课题所提出方法以及系统测量效果进行实验验证。实验结果表明:所提出的空间光调制器相位图对准方法可行,对准精度2.25μm,可满足课题要求;空间光调制器0-255灰度值的对应相位调制区间为0-1.5π,线性度为0.067;以平面镜为被测样品,测量物镜NA₁为0.4,收集物镜NA₂为0.25时,光瞳移焦量为5μm,外差共焦系统测量范围为±15μm,轴向分辨力为8nm,横向超分辨因子G_T为1.23。