随着科技的快速发展,MEMS、微透镜阵列等微纳器件获得了广泛的应用,因此对微纳结构的精密测量变得尤为重要。数字全息显微是利用CCD或CMOS相机记录全息图,并在计算机中进行数值重建得到物体的复振幅信息的一种测量技术,它是数字全息与光学显微的结合,具有非接触、无损伤、高分辨、可定量获得物体相位分布的优点,因此被应用于微纳结构的三维形貌测量。数字全息显微技术通常采用激光作为照明光源,但是激光相干噪声大,在光学元件表面会多次反射从而引起寄生干涉条纹,使得全息图的信噪比减小,成像质量降低。为了降低相干噪声,提高成像质量,本论文采用部分相干光源LED作为照明光源,提出了一种三维形貌测量方案并分析了单波长和双波长照明时的测量结果。主要包括以下三部分内容:1.回顾了数字全息显微技术的产生和发展历程。介绍了数字全息显微技术中的一些基础知识,包括数字全息干涉记录的基本原理以及同轴、离轴的记录方式、相移干涉技术等,为后面的研究提供理论支持。2.在单波长数字全息显微中,将中心波长为630 nm的LED作为照明光源,采用工作距离为33.5 mm的物镜设计了一种物参共路干涉光路。记录光路利用了物镜工作距离长的特点,构建了微型迈克尔逊干涉结构,在LED照明下容易实现干涉。实验中采用轻离轴相移干涉技术,记录了全息图,并采用两步盲相移算法完成了重建。实验测量了高度为200 nm的USAF1951分辨率板,结果与标称值相符,验证了实验结果的正确性。与He-Ne激光器照明下的测量结果进行了对比,表明LED照明时的噪声比激光照明时降低了70%,因此采用LED作为照明光源可以有效的降低相干噪声,提高成像质量。3.在双波长数字全息显微中,采用中心波长分别为λ₁=630 nm和λ₂=517 nm的LED光源,并用彩色CCD同时记录了不同波长下的全息图,得到两幅相移全息图后,分别提取λ₁和λ₂对应的全息图。实验中,对高度分别为1000 nm和200 nm的矩形台阶进行了测量,测量结果与标准值一致。实验表明该方案可以有效的测量光程差大于一个波长的台阶状样品。在与激光照明的对比实验中表明,LED双波长下测量结果的噪声是激光照明下测量结果的21%,表明了LED双波长测量时可以有效的降低相位噪声。