凸非球面，尤其是大口径快焦比凸非球面的光学检验一直是非球面加工中的难点。针对凸非球面光学元件加工检验困难的问题，研究了一种改进的Hindle方法，解决了经典的Hindle方法需要大口径辅助球面镜和存在中心遮挡等不足。利用该方法对一块@88mnq，焦比F/1．9的玻璃材料凸双曲面镜进行检验加工实验．对系统进行了分析优化，简化了检验光路的结构，克服了此种改进的Hindle方法检验时被检镜需要镀膜的缺陷，简化了加工工艺流程，极大地拓宽了该方法的适用范围。加工完成后经移相式数字干涉仪检测，镜面均方根（RMS）误差为0．020λ，验证了优化后方法的可行性。检验结果和对系统的进一步分析表明：经过优化后，改进的Hindle方法能够对多种凸非球面进行检验，是一种有效的高精度检验方法。

针对常规非球面检测技术存在的问题,特别是测量高精度工件表面具有一定的局限性,提出一种非接触式测量技术,即自动对焦测量技术.自行设计了一套偏心光束对焦系统.光路采用激光作为光源,一维位置敏感器件PSD作为光电探测器.激光、柱面平凸透镜和反射镜构成偏心光束对焦光路.电路分为PSD信号处理电路和电动机驱动电路,具有电压放大、消除地面干扰和滤波等作用.

针对90nm节点光刻投影镜头中使用的非球面存在高次项,且与理想球面偏离量较大的特点,基于像差补偿理论,设计了一种三片式结构的Offner补偿器来实现非球面的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法,主动引入一定量的轴向球差,补偿光线在非球面法线方向的偏离量。结果表明,初级像差和高级像差可很好地平衡,使剩余像差很小;MTF远远超过衍射极限;系统工作波长为632.8nm,F数为1.64,均方波差RMS〈λ/1250;系统轴向像差〈0.47μm,满足基本干涉成像条件;各方面指标均满足高精度检测补偿器的设计要求。最后,根据现有检测装置的精度对所设计的结果进行了公差分析,给出了较宽松的公差容限。公差分配后,系统综合残余波像差〈0.00727λ,满足系统装调精度要求。

在子孔径拼接和定位算法的基础上研究了环形子孔径迭代拼接算法。该算法可通过精确找出重叠点对和寻找最优位形两个步骤来简化。研究了该算法在环形子孔径拼接测量中出现的如何确定重叠点的问题，并详细介绍了该算法的步骤。最后对160mm口径的抛物面进行了拼接测量实验，拼接结果的PV值为0．186X，RMS值为0．019k，与自准直全口径测量结果基本一致。结果表明，环形子孔径的迭代拼接算法能够满足非球面镜的高精度测量。

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构（ROR）技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根（RMS）精度接近0.02λ（λ为波长）.

大型凸非球面的传统检测方法使用的是背部检验.当零件需使用特殊材料(如采用碳化硅)时就无法再使用传统的背部检验方法,针对此问题,初步研究了检测凸非球面的可行性原理和方法.所研究的凸曲面为一椭球面,口径为120mm,通过设计得出了相应的结果,实现了新型光学元件,即二元光学在凸曲面检验中的应用.

从轮廓仪的工作原理出发,分析了影响轮廓仪检测精度的主要系统误差,并以二次旋转非球面为例计算了系统误差对面形检测精度的影响,得出Talysurf轮廓仪在测量时,系统误差对面形误差的影响随顶点曲率的绝对值、口径以及偏心率函数的增大而增大,随定位误差和不重合误差的增大而增大的结论.最后的实验结果证明了该结论的正确性.