伴随着科学技术的发展，高精度大口径光学系统在空间光学、地基空间目标的探测与识别等领域都得到了普遍的应用和发展。但是高精度大口径光学系统出射波面的检测一直受到大型且昂贵的检测仪器和部分检测辅助元件较高的加工精度限制。以低成本、无需辅助元件、更灵活、更稳定的方法来检测大口径光学系统成为了目前的研究焦点。本文提出了一种差分五棱镜扫描波前检测方法，该方法具有成本低、操作方便、制造工艺简单、无需辅助原件、波前检测精度高、测量结果稳定等特点。该方法是对传统五棱镜扫描法的优化方法，利用五棱镜扫描将波面分成数个子波面，通过测量子波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前，以多一倍采样点数目的代价来减少部分引起斜率改变的系统误差量，同时可以消除五棱镜扫描法中质心原点标定不准确而带来的波前测量误差。本文通过建立差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性，并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性。利用该波前检测仪器分别对不同口径光学系统进行波前检测。并与zygo干涉仪测量的结果进行对比分析，以及在实验室环境下进行重复性实验测试，其波前测量精度可达到10nm，重复精度可达到1/250λ以内。并且本文给出了详尽测量结果和详细的理论分析。为高精度大口径光学系统波前检测提供了一种高精度、低成本的波前检测方法和一台可用的波前实时检测仪器。