在光学系统中,非球面光学元件与传统球面光学元件相比拥有很多可以进行优化的自由度（如二次曲面常数和高阶项系数）,它具有简化系统结构,提高成像质量,提高像差校正能力的优点,因此非球面光学元件在高精度光学系统中得到了广泛使用。但是非球面光学元件由于存在法线像差,面形测量更加复杂,特别是大口径的光学元件,要想达到较高的面形精度要求,这就需要精度极高的加工设备、完善的加工工艺和与之匹配的检测技术作支撑。由于共轴逆向哈特曼检测方法结构简单、测量效率高、动态范围大、成本低等特点,非常适合非球面光学元件,特别是大口径光学元件的面形检测及镜面低频波前像差分析。鉴于此,本论文研究了共轴逆向哈特曼检测系统,根据其基本原理搭建仿真系统,完成光线-质心拟合标定,并基于该系统对凹球面及抛物面反射镜的面形进行面形检测并分析各种误差对测量结果的影响。本论文分为以下几个部分:1、基于共轴逆向哈特曼检测系统的原理,利用Unity3D软件中的实时光照技术Enlighten,搭建了模拟仿真系统。对该系统进行相关理论论述,首先分析了常用的光线-质心拟合（RCF）标定的基本原理,在此标定方法的基础上使用基于差分原理的光线-质心拟合（RCF-D）标定方法对仿真系统进行标定,并对这两种标定方法的结果进行对比,验证了RCF-D标定方法的可行性与优越性。2、本论文设计了“共轴逆向哈特曼系统标定与面形检测”仿真软件,以模拟共轴逆向哈特曼系统的RCF标定与RCF-D标定过程,分析误差量级,并使用Zernike多项式拟合波面,求解Zernike多项式的系数矩阵,使用Matlab软件得到拟合的波面图像。所设计的软件操作简单、速度快、效率高,只需输入实验装置的相关参数,就可实现全自动的数学计算,得到重建的波面。3、针对共轴逆向哈特曼系统进行面形检测中的光斑质心提取方法、矢高不确定性、环境光干扰等关键问题进行研究,提出了对应的解决方法。以轴对称的凹球面镜（口径Φ76.2mm,曲率半径R₀为304.8mm）和轴对称的抛物面镜（口径Φ76.2mm,焦距为152.4mm）为被测镜,根据系统标定结果求解面形,从而验证了检测原理的正确性。根据求解的拟合面形精度结果,证明了该检测系统的精度能够满足加工阶段中研磨和抛光阶段的光学镜面的面形检测精度要求。4、研究了共轴逆向哈特曼系统中的距离测量误差、几何校准误差、球面及非球面反射镜加工误差对面形测量结果产生的影响。通过仿真系统定量控制各项干扰因素,分析各项误差对测量结果的影响程度,以实现实际测量过程中的误差分析。