共焦显微技术因其具有优异的横向分辨力和独特的轴向层析能力,在非接触成像检测领域发挥越来越重要的作用,但其也存在焦点附近线性度低、灵敏度低、轴向分辨力低等不足。随着科学技术的不断发展,精密元器件的结构和功能日益复杂,现有的共焦显微技术已无法满足高分辨率成像检测的迫切需求。以激光差动共焦技术为核心的光学探测成像技术,凭借轴向纳米级分辨特性以及易于实现三维数字化成像的特点成为探测领域的主要方法之一。要实现对微观物体三维形貌的高分辨率探测,首先要对激光差动共焦显微镜三维扫描控制系统进行研究。本课题研究内容是在“高空间分辨激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱物质组分测量及形态成像方法研究”项目上开展的。为实现激光差动共焦显微系统扫描精度与速度兼顾的成像结果,本文通过对系统三维扫描控制进行研究,使得系统的控制更为快速精确。通过编写软件,控制扫描系统驱动被测样品进行三维移动,结合数据采集功能实现对被测样品的三维成像。论文的主要研究内容包括:1、通过研究激光差动共焦显微成像系统的基本原理,对三维扫描系统硬件的精度提出要求,结合显微镜三维扫描系统的结构特征和发展现状,选择压电陶瓷扫描驱动器作为三维扫描控制系统的驱动;2、对压电陶瓷驱动器的工作原理和非线性特性进行研究,结合PID控制理论,对压电陶瓷微位移系统的驱动电源、压电陶瓷驱动器、工作台分别进行建模,求得驱动系统的传递函数;根据压电陶瓷驱动系统的数学模型,设计一种高占空比模拟控制驱动波形,实现系统的高精度高速度成像;3、完成激光差动共焦显微系统三维扫描控制系统的硬件构建,设计系统的软件结构,编写软件程序;结合横向扫描控制、轴向扫描控制分析层析扫描模式和点扫描模式;设计一种新型点扫描控制模式,提高显微系统成像效率;4、通过显微系统轴向差动响应曲线测试,验证新型点扫描模式的优势;通过示波器测得压电陶瓷模拟驱动波形验证其可靠性;分别通过层析扫描模式和点扫描模式对样品进行三维成像,并进行不确定度分析验证扫描控制系统的可靠性。