大口径光学元件是现代大型光学系统必要的组成部分，随着光学加工和检测技术的不断发展，以非球面镜为关键部件的大型光学系统在天文、空间光学等领域得到了愈来愈广泛的应用。大口径非球面高精度检测是先进光学制造领域的前沿课题，而大口径凸非球面的检测面临着更大的挑战。本论文研究工作的主要内容是的基于无像差点法的凸非球面镜拼接测试技术，是一种只需小口径反射球面镜为辅助元件，通过子孔径拼接方式检测大口镜凸非球面镜，该测试技术可降低检测成本，测试结果可以与其他常用检测方法的结果进行比较，确保检测的可靠性。本论文研究工作的主要任务是要有效解决基于无像差法的凸非球面镜拼接测试技术的关键理论和技术问题，发展一种检测大口径凸非球面镜的方法。论文的研究工作包括以下几个部分。1.对凸非球面镜的检测技术的国内外现状进行了充分调研，并进行归纳分类，同时对子孔径拼接技术的发展也进行了调研。在此基础上讨论了基于无像差点法大口径凸非球面镜的拼接测试原理，基于现代大型望远镜的次镜以凸双曲镜为主，着重讨论了基于Hindle法的凸双曲面镜拼接测试技术的实验组成及具体工作过程，提出检测大口径凸双曲面镜测试实施方案，并对其中所涉及的关键问题和技术难点进行了分析。2.子孔径拼接算法是该测试技术的最终实现方法，对基于Zernike多项式的和离散相位值的两种具有代表性的拼接算法进行了研究。基于Zernike多项式拟合的方法，从统计学和误差理论等角度入手研究了基于Zernike多项式拟合拼接基本问题，阐述了稀疏子孔径采样法在大口径器件抛光过程中的检测及数据处理方法。基于离散相位值的方法，发展了基于矩阵技术的拼接算法，提出了基于重叠子孔径拼接测量本身的相对拼接精度。对上述两种算法进行了数值仿真验证和灵敏度分析。3.根据几何光学原理及子孔径拼接测试过程中算法精度要求，对子孔径区域的划分模型和辅助反射球面镜的参数的关系进行详细的讨论，建立了子孔径划分模型，并给出了精确计算基于Hindle法的凸双曲面镜拼接测试中最优辅助球面镜参数计算理论公式。4.对一口径150mm的凸双曲面镜进行了稀疏子孔径采样拼接，单环带子孔径拼接和双环带子孔径拼接测量实验。稀疏子孔径采样拼接重构出的全口径面形与背部球面工艺法检测结果相比，随着稀疏子孔径覆盖率的增加，两者测试面形趋于一致。单环带子孔径拼接测量和双环带子孔径拼接测量结果与背部球面工艺法及QED干涉仪测量得到的全口径面形进行了对比，结果显示测量面形一致。5.对子孔径拼接测量实验过程中影响测试精度的主要误差源进行了归纳和分类，着重讨论了波前畸变误差、成像畸变误差、重叠区域对准误差以及测量原理性误差，并提出了标校此类误差的方法。6.根据凸双曲面镜参数与前后焦距的关系，提出使用激光跟踪仪测量空间点位置坐标，通过计算求得凸双曲面镜参数的方法。并使用该测量方法测量了口径150mm的凸双曲面镜的参数，测量结果显示，该测量方法相对精度高，测量结果稳定。7.提出旋转平均法和Zernike多项式拟合的方法对干涉仪参考面面形误差进行标定，得到全口径绝对拼接面形误差分布。使用提出的方法分别对口径278mm和80mm的凸球面镜进行了拼接测试，测量结果分别与QED干涉仪测量结果和双球面法检测结果进行对比，结果显示不同测量方法得到的面形吻合。