随着现代科技及技术的发展,微电路和微结构表面的应用变得越来越广泛,对现代高精密表面形貌测量技术带来了新的挑战。目前,表面形貌高精度测量方法主要集中为接触式测量和非接触式测量两种。接触式测量由于触针与物体之间测量力的存在,会带来极大的测量误差,在测量精度及应用范围上有很大的局限性。非接触式高精密测量的主要方法为光学相移干涉测量,其具有测量范围大、精度高、应用前景广阔的特点。为此,本文针对干涉测量和相移扫描驱动的优缺点,设计了一套跨尺度测量的多波长干涉测量系统。论述了运用多波长干涉测量的必要性及其测量原理,推导了扩展测量范围的相关公式,并对其中的相移驱动及相位识别方法进行了研究。本文主要工作内容包括:首先,分析了当前干涉测量技术的基本原理和优缺点,结合多波长相移拓展测量量程的原理,设计了基于Mirau干涉结构的多波长干涉系统,并推导了扩展量程的相关公式。除开光路部分,还对系统组成的其它各个主要部分做了选型要求分析,对整个系统的联动调节过程做了叙述。其次,针对相移过程与干涉图像的采集,基于JAVA平台编写上位机软件,由上位机控制STM32驱动压电物镜定位器的相移与CCD干涉图样的采集,完成整个测量过程。之后对本文中此种方式下的相移驱动动、静态性能进行了研究。最后,针对相移识别方法,采用基于的最小二乘椭圆拟合算法来抽取相移步长,并提出一种在灰度图序列全视场范围上寻找π/2相位差像素的方法来提高拟合精度,减小了随机误差的干扰。之后,运用仿真和单波长实验的方法来证实了这用方法的有效性。在单波长实验情况下,相移量总体偏差在±0.04rad内。对于650nm单色光而言,相移驱动识别精度达到±2nm,达到了所设计测量系统的精度要求。