离焦检测技术作为单元技术之一，在制造二元衍射光学元件的激光直写系统中发挥着至关重要的作用。本文以像散原理为理论基础，结合差动技术，对激光直写系统工作中产生的离焦误差信号进行检测与处理，主要分为原理介绍，硬件设计和软件设计三个方面：原理介绍部分详细阐述了运用差动像散法检测离焦信号的基本原理及基于此原理设计的差动像散离焦信号检测光学系统总体设计方案，选取了合适的光学元件并对其中的关键参数进行了仿真、对比，甄选出合适的参数完成设计。硬件部分以FPGA芯片为核心，集成了信号采集、预处理模块，A-D(模数)转换模块，数据传输模块三大部分。信号采集、预处理模块包括光电信号的转换及电信号的流—压转换单元，低通滤波单元；A-D转换和数据传输部分都在FPGA的控制下完成模拟信号到数字信号的转换以及数字信号的传输工作。AD模数转换器采用四通道同时采样依次转换工作方式的AD7865，既节省了空间又提高了数据转换的精度；数据传输采用USB模式，提高了数据传输的速度。软件部分的设计主要是基于FPGA的模数转换器和USB数据传输的控制程序及二者的结合，同时对USB芯片的固件以及驱动程序也做了相关的编写和修改；上位机方面主要为采集信号的后续处理，包括数据的读取、数字滤波及相关运算等工作。在上述基础上，本文搭建光学平台进行了实验验证，对系统的灵敏度予以标定，同时测试了系统的线性度与稳定性。实验效果良好，基本满足设计期望。