该文首先从测量系统的实现入手,确定了系统主要组成部分--聚焦误差检测部分、调焦执行机构和伺服环路的设计方案,并对聚焦误差检测部分的几个关键要素--光源、聚焦物镜、远焦光杠杆和光电探测器等进行了详细的研究和分析.根据激光束光学建立了差动像散法光学系统的数学模型,该模型比用几何光建立的模型更准确,更接近实际测量情况.根据所建数学模型,分析了不同的光路参数对聚焦误差信号FES的影响,并优化设计了光学系统的参数.还分析了各光学元件的位置误差对FES信号的影响,这对于系统机械结构部分的设计、元件的装调具有重要的指导意义.建立了调焦执行机构--音圈电机的数学模型,并用“二维图像测量系统”及纯电量测量的间接测量方法对模型参数进行了测量、辨识,巧妙地解决了电机的位移响应非接触测量难的问题.最后,测试、比较了不同斜率、不同特性的表面对单光路像散系统和差动像散系统聚焦误差信号的影响,实验结果表明我们所采用的差动光路对表面特性及倾斜具有更强的适应性.用所研制的测量系统对表面粗糙度参数、台阶和膜厚进行了测试,并将膜厚的测量结果与原子力显微镜测量结果进行了比对,结果表明,文中进行的理论分析和所提出的测量方法是正确的.