扫描式传感器具有精度高、可同时实现瞄准与测量等突出优点，是坐标测量机、测长机、孔径测量仪等精密仪器与装备的核心部件。DVD激光头因具有分辨力高、成本低、集成度高等优点，采用DVD激光头作为检测元件、集成传感器是目前的研究热点。现有技术方案存在的主要问题是：(1)测量分辨力与测头横向尺寸存在矛盾；(2) DVD激光头作为角位移传感器，产生输出耦合；(3)环境变化引起的共模干扰难以消除。本课题“基于差动象散离焦检测的纳米分辨力瞄准与测量传感器”针对上述问题，探索出一种兼顾纳米分辨力、大长径比和低成本的瞄准与测量传感器。主要完成工作如下：提出一种象散离焦检测单元在空间正交、差动布置的三维位移检测方案。作用在测球上的测量力会引起悬挂机构的弹性形变，悬挂结构将测球的位移以高位移传递率传递到反射镜，以DVD激光头作为基本位移检测元件，在空间正交差动布置象散离焦检测单元对反射镜的位移进行高精度检测。本方案可有效解决现有方案中测量分辨力与测头横向尺寸的矛盾，并可有效抑制由环境温度变化引起的共模干扰。分析了现有悬挂机构刚度模型存在的问题，指出现有模型将弹性膜片简化为端面仅受位移自由度约束而不受角自由度约束的简支梁模型，导致刚度计算结果小于真实值。本论文建立了引入弹性膜片角自由度约束的悬挂机构刚度模型。有限元仿真验证表明，本模型计算结果与仿真结果偏差小于6%。同时，分析了悬挂机构各结构尺寸对其固有频率的影响，根据分析结果对悬挂机构进行了优化设计。设计并制作了差动象散离焦检测单元的信号处理电路，分析并解决了DVD激光头音圈电机悬臂梁振动引起的低频干扰，使DVD激光头的位移检测分辨力达到1nm。完成了传感器的装配与集成，并对其主要性能指标进行了测试，实验结果表明：当测杆材料为碳纤维，长度为100mm时，传感器的测量分辨力可达6nm。