干涉测量技术是高精度光学元件面形测量时广泛采用的方法,它通过解包裹高精度的参考波前与待测波前的干涉条纹得出待测面面形。当平面、凸面口径较大时,全口径干涉检测就需要与被测面口径相同或更大的参考镜。显然,参考镜重量、安装难度、造价会随口径增加而增加,而子孔径拼接干涉检测采用小口径标准镜检测大口径光学元件,可保持干涉检测的精度,降低检测大口径光学元件面形的成本,并能够保留大口径干涉仪所截去的面形中高频信息。此外,子孔径拼接方法可降低非球面检测的条纹密度,有效地拓展非球面检测的横向和纵向动态范围。在子孔径拼接检测中,如何进行子孔径的准确定位以及减小定位误差带来的影响是提高拼接检测效率和精度的关键技术之一,所以本论文主要研究了补偿子孔径机械定位误差的拼接算法以及标记点辅助定位的拼接检测方法,并提出了应用变形镜做可变补偿镜的方法来扩展子孔径拼接检测非球面的范围。论文的研究工作包括以下几个部分:1.子孔径拼拼接检测中存在被测镜与干涉仪相对运动的机械定位误差、参考面面形误差,处理这些误差是拼接检测的关键。本文基于刚体运动分析了不同的机械运动方式的定位误差,在此基础上提出了基于约束最优化方法的机械误差补偿算法,分别讨论了平面、球面的机械误差补偿项。定位误差对检测非球面的影响较复杂,本文根据波像差理论分析环带拼接检测非球面的定位误差得出机械误差补偿项。针对参考面面形误差,利用最大似然估计方法计算Zernike多项式表示的参考面面形。2.机械误差补偿拼接算法是假设误差在一定范围之内的基础上推导出的,拼接算法精度会随机械定位精度的降低而降低。通过模拟分析了定位误差对机械误差补偿算法的影响,结果显示算法对定位误差有较强的免疫能力,算法精度随机械误差的增加而降低。迭代算法是提高拼接精度的常用方法,但它在提高检测精度的同时成倍增加计算时间,本文仿真分析了迭代算法的精度与效率,为实际的检测需求匹配合适的算法提供依据。对平面、球面、旋转对称非球面均进行了拼接检测实验,与全口径检测得到的面形进行对比,实验验证了本文拼接方法的有效性。3.对于机械定位精度较低甚至一些不具备定位条件的检测,直接采用机械误差补偿算法拼接不再适用。所以本文针对此种情况采用标记点辅助定位,并使用自动提取标记点中心的方法提高效率。应用拼接检测方法为外径为468mm的环形平面镜抛光过程提供了准确的面形数据,最终指导加工出的平面镜面形RMS值为14.54nm。表明了圆形标记点定位可放宽拼接检测对机械定位精度的要求,为子孔径拼接检测方法应用到生产实践积累了经验。4.在子孔径拼接检测中应用变形镜作为可变补偿镜,扩展了检测非球面的范围,并分析了变形镜作为可变补偿镜拼接检测非球面的可行性。由分析结果可知检测非球面的变形镜只需产生低阶像差,避免了难度较大的高阶像差。根据弹性力学理论分析设计了一种变形镜促动器的排布方式,有限元分析软件模拟结果表明采用此种排布方式的变形镜产生低级像差所需促动力的范围较小,离焦、像散、彗差低阶像差的拟合误差均小于5%。