本论文以DVD激光读取头为研究基础，分析了激光读取头的光学原理，机械结构与电气性能，开发出三种不同功能的创新型微纳米测量探头：光学非接触探头系统，光学自动聚焦探头系统，光学接触触发式探头系统。其中根据光学象散原理得到激光读取头的聚焦误差信号，从而获得测量范围为2μm，测量不确定度可达1.1nm的光学非接触探头系统，通过改进信号处理方式，此探头系统可不受材料表面反射率变化的影响，并允许样品表面存在一定的曲率变化。为增大探头的测量范围，研究了DVD激光读取头上的音圈电机的系统模型，通过系统辨识，PID参数设计与控制，以及音圈电机磁滞补偿，发展出测量范围600μm的自动聚焦光学非接触探头，由于磁滞效应的影响与信号处理的方式，此探头系统的测量不确定度约0.2μm，为了提高测量精度，通过音圈电机结合自行开发的微型Michelson干涉仪系统，解决了磁滞效应的影响，提高了测量精度，使得自动聚焦探头在约1mm的测量范围内，测量不确定度优于30nm。基于光学非接触探头系统的高精度测量特性，配合高灵敏的触发机构设计，发展出光学传感器触发式的接触式探头系统，并建立了探头系统的3D空间力模型与预程模型，探头系统触发测量时，触发力小于40μN，同一方向触发的重复性标准差为11.2nm。以上三种探头测量系统可装配于各种高精度测量仪器上适应不同样品的测量要求。