交叠成像技术(ptychography)具有典型的无透镜成像特点,其成像系统结构简单,并且具有成像范围可扩展,成像分辨率高等优点。本文围绕交叠成像技术展开表面微观轮廓检测研究,提出了一种基于交叠成像技术的表面微观轮廓检测方法。从交叠成像技术的基本原理出发,通过数理分析论证了采集多幅交叠相干衍射图可以实现相位恢复的正确性。总结了交叠成像技术的特征与发展历程,掌握 ePIE 算法(extended ptychographic iterative engine),为利用交叠成像的表面微观轮廓检测研究奠定理论基础。基于待测物的表面微观轮廓对入射照明光的调制作用,设计一个改进的交叠成像系统,利用可变光阑与透镜的组合方式控制照明光场,便于满足不同检测需求。模拟仿真了台阶高度与噪声对纯相位台阶板复原结果的影响,结果表明对于相位台阶板检测的台阶高度不能超过1.5λ,相干衍射图的随机噪声低于5%时复原质量较高。光学实验中选取计算全息板(CGH)为样品,通过照明光场的改变实现了表面微观轮廓的检测与相位台阶特征尺寸的提取。利用精确度较高的白光干涉轮廓仪检测CGH,将基于交叠成像技术的表面微观轮廓检测结果与之比较,台阶高度的误差小于30nm,验证了本文提出的检测系统有着较高的检测精度及可靠性。针对交叠成像技术中扫描位移误差问题,本文引入一种位置误差校正模拟退火算法,仿真与实验表明该算法可以提高复原结果的分辨率,位置误差可降低到亚像素级别。