随着现代光学产业的不断发展,精密光学元件的应用已经在航空航天、医学、军事、天文、日常生活等各大领域越来越广泛。由光学元件组成的光学系统已在高功率激光器、大型集成电路、医疗设备等光电子领域发挥了极其重要的作用。在各种光学仪器的使用和开发中,光学元件发挥着极其重要的作用。光学元件表面缺陷是由于加工过程中的不当处理所造成的,其产生的散射光会对光学系统产生各种危害,如:降低光束质量、引发热效应、增大系统噪声、降低对比度等,影响着光学系统的总体性能和正常工作。因此,本文针对光学元件表面缺陷三维尺寸的检测开展研究。主要的研究内容包括:（1）针对散射法在检测光学元件表面缺陷时,只能由CCD或CMOS传感器接收经表面缺陷散射后形成的光场分布,得出表面缺陷的二维尺寸,但却无法直接检测得到表面缺陷深度尺寸的问题,提出了基于散射分布的表面缺陷三维重建。先重建出表面缺陷的相位分布,再依据表面缺陷对相位的调制特性来实现对光学元件表面缺陷的三维尺寸检测。（2）基于光学元件表面缺陷的散射模型,进行了光学元件表面缺陷三维重建算法的仿真研究。首先研究了光波的角谱传播、标量衍射理论和光学元件表面缺陷散射理论,基于此建立了光学元件表面缺陷散射模型;然后对光强传输方程（TIE）近似求解的STIE法（Simple TIE,STIE）进行了分析,在现有的角谱迭代算法基础上提出了加权角谱迭代算法,并且将TIE算法分别与角谱迭代算法、加权角谱迭代算法进行了结合,将角谱迭代算法、加权角谱迭代算法、TIE+角谱迭代算法以及TIE+加权角谱迭代算法应用于光学元件表面缺陷检测中;最后分别从强度误差、相对均方根误差、相关系数、结构相似性对这四种三维重建算法的收敛速度、重建精度进行了评价。研究结果表明,四种三维重建算法均可以实现光学元件表面缺陷的三维重建,但相比于其他三种重建算法,TIE+加权角谱迭代算法的收敛速度更快,重建精度更好。（3）基于散射法检测缺陷的原理搭建了实验装置,进行了光学元件表面缺陷三维重建的实验研究。首先对采集到的光学元件表面散射图像进行预处理;然后利用四种三维重建算法对光学元件表面缺陷相位分布进行重建,依据表面缺陷对相位的调制特性,实现了光学元件表面缺陷三维尺寸的检测;最后将重建结果与白光干涉仪的测量结果进行比较,计算相对误差。实验结果表明,四种重建算法均可以实现光学元件表面缺陷的三维重建,但相比于其他三种重建算法,TIE+加权角谱迭代算法的重建误差最小,重建精度更高。