随着航空航天、紫外光刻、激光核聚变等领域多项国家重大科学工程的开展,我国对高精度球面光学元件的需求激增,并对其提出了更高的加工精度需求,而高的加工精度必须有更高的检测精度与之适应。点衍射干涉检测法利用微米尺寸小孔衍射产生的近乎理想的球面波作为参考面,理论上可以达到纳米甚至亚纳米面形检测精度,为超精面形超精检测提供了极佳途径。目前国内对于点衍射干涉检测的研究尚处于实验室阶段,如何获得超高精度的衍射参考面、如何实现干涉图像高精度处理是点衍射干涉仪研发中的两项重要内容。本课题针对球面面形的检测,重点开展了存在三维对准误差下的小孔衍射光强和衍射波面误差分析、球面点衍射实验系统构建、高精度点衍射干涉图像自编程序处理三方面的研究工作,以期为实用点衍射干涉仪的开发奠定一定的理论及技术基础。首先,基于瑞利索末菲矢量衍射理论,建立了存在三维对准误差下的小孔衍射光强和波面误差分析模型,探讨了直径对小孔衍射光强分布和波面误差分布的影响,并进一步分析了存在平移、离焦和倾斜三种对准误差下的小孔衍射光强分布和波面误差分布,通过研究为点衍射干涉检测系统构建中关键器件的选型和关键参数的确定提供了重要理论依据。其次,针对高反射球面镜面形检测,提出了点衍射干涉检测系统方案,搭建了实验系统光路,对实验光路进行了精确调校,采集了相移干涉条纹;研究了点衍射相移干涉图像相关处理算法及自编程序实现,主要探讨了圆域自动提取算法和不同步数的相位提取算法,对比了区域增长法和基于DCT的最小二乘相位解包算法,仿真比较了 2～6阶Zernike多项式对球面和非球面面形偏差的拟合效果。最后,基于Hough变换的圆域提取、7步相位提取、区域增长解包和36项Zernike多项式拟合算法程序对实际采集的点衍射干涉图像进行了处理,并将处理结果与ESDI公司商业化干涉图像处理软件处理结果进行了比对,二者复原的面形基本接近,PV的差值为0.0026λ,RMS的差值为0.0058λ,验证自编算法正确,满足点衍射干涉图像高精度的需求。此外,将本文点衍射干涉检测结果与ZYGO干涉仪测量结果进行比对,PV均值误差相差0.004λ,RMS均值误差相差0.004λ。