针对现有中心偏差测量方法中测量精度低、透镜姿态调整人为干扰大的问题，提出一种差动共焦透镜中心偏自动测量方法。该方法通过差动共焦定焦技术，依据差动共焦轴向光强响应曲线的过零点精确对应被测镜特征点这一特性，实现对被测镜猫眼点及共焦点的精准定位；通过高精度气浮转轴驱动被测镜旋转，用位移传感器、圆光栅记录被测镜的位置信息，结合五维位姿自动调整机构，实现对被测镜姿态的高精度校正，消除姿态偏差，提高测量精度；最终，搭建了激光差动共焦透镜中心偏自动测量系统，实现了透镜中心偏的高精度自动测量。实验结果表明：透镜中心偏的测量精度可达0.41%，测量重复性优于100 nm。与现有的人工单次测量相比，该方法的测量重复性较好、随机误差小、测量精度高，为高精度透镜中心偏自动测量提供了一种技术途径。

为了解决传统激光差动共焦显微镜（LDCM）无法在测距的同时，进行高精度倾斜角度测量的问题，提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时，该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置，然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置，从而实现对倾角的精准测量。首先，建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型，对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后，在分析倾斜光斑特征的基础上，提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后，通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明，传感器对倾斜程度（0~8°）测量平均误差为0.011°，对倾斜方向（0~360°）的测量平均误差为0.128°，能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中，对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。

为提高球面透镜曲率半径的测量精度，提出基于五维位姿监测调整的差动共焦曲率半径高精度测量方法。通过驱动被测样品回转，在探测器上监测被测件的共焦点轨迹，测量被测件球心点与测量光轴之间的偏心误差，结合位姿调整系统对偏心误差进行自动补偿，确保测量过程中被测件球心与测量光轴重合，消除被测样品球心离轴引入的测量余弦误差，进而消除每次装调的样品位姿误差对测量精度的影响。理论计算和初步实验表明：该方法对曲率半径的相对重复测量精度（RMS）可达到3.2×10^-6。该方法显著提升了曲率半径的重复测量精度，为曲率半径的精密测量提供了有效途径。同时，该方法还为透镜中心偏、焦距、厚度、镜组间隔等多种参数的高精度测量提供了有效方法。