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| 編輯推薦： |
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本教材由浅入深、由原理到应用，使计算机辅助光学设计的原理通过CodeV的教学融会贯通，适用于本科生专业基础课和实践课，同时也符合研究生专业学位课程的要求。
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| 內容簡介： |
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CODE V是用于设计和分析光学系统的工具。本教材从基本几何光学原理出发，介绍了现代光学设计的主要基础理论，再结合CODE V能够辅助进行光学系统设计的原理进行阐述，*后详细阐述了CodeV用于光学系统设计的使用和操作等内容。本教材由浅入深、由原理到应用，使计算机辅助光学设计的原理通过CodeV的教学融会贯通，适用于本科生专业基础课和实践课，同时也符合研究生专业学位课程的要求。
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| 關於作者： |
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姓名： 陈恩果性别： 男出生年月 ：1984.7职称： 副教授学位： 博士个人简介：陈恩果，浙江大学工学博士，毕业后引进至福州大学光电系任教，在福州大学电子科学与技术博士后科研工作站工作，后进入福建省发展与改革委员会高技术处挂职锻炼。任职期间作为项目负责人主持国家自然科学基金、省发改委、省科技厅重大项目等课题10余项，并承担与冠捷集团、万利达集团的企业开发课题，协同完成国家发改委十三五计划新型显示专项的实施方案。目前已在国内外学术刊物发表论文近30篇，申请和授权国家发明专利近20件。 教学简介： 工作简历（时间、单位、职务）：2016.7至今，福州大学物理与信息工程学院，平板显示国家地方联合工程实验室，副教授2015.3-2017.5，福州大学万利达集团，博士后2013.4-2016.6，福州大学，物理与信息工程学院，平板显示国家地方联合工程实验室，讲师主要教学经历（授课名称、授课对象、授课学时、所在单位）：工程光学 本科生（专业基础课） 48 物信学院光学系统设计实践 本科生（专业课）
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| 目錄：
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第一篇光学设计基础知识
第1章几何光学基本定律与成像概念
1.1几何光学的基本定律
1.1.1光波与光线
1.1.2几何光学的基本定律
1.1.3费马原理
1.1.4马吕斯定律
1.2成像的基本概念和完善成像条件
1.2.1光学系统与成像概念
1.2.2完善成像条件
1.2.3物、像的虚实
1.3光路计算与近轴光学系统
1.3.1基本概念与符号规则
1.3.2实际光线的光路计算
1.3.3近轴光线的光路计算
1.4球面光学成像系统
1.4.1单个折射面成像
1.4.2球面反射镜成像
1.4.3共轴球面系统
第2章理想光学系统
2.1理想光学系统与共线成像理论
2.2理想光学系统的基点与基面
2.3理想光学系统的物像关系
2.3.1理想光学系统的求像方法
2.3.2由多个光组组成的理想光学系统的成像
2.3.3理想光学系统两焦距之间的关系
2.4理想光学系统的放大率
2.4.1轴向放大率
2.4.2角放大率
2.4.3光学系统的节点
2.4.4用平行光管测定焦距的依据
2.5理想光学系统的组合
2.5.1两个光组组合分析
2.5.2多光组组合计算
2.6透镜
第3章平面与平面系统
3.1平面镜
3.1.1平面镜成像
3.1.2平面镜旋转
3.1.3双平面镜成像
3.2平行平板
3.2.1平行平板的成像特性
3.2.2平行平板的等效光学系统
3.3反射棱镜
3.3.1反射棱镜的类型
3.3.2棱镜系统的成像方向判断
3.3.3反射棱镜的等效作用与展开
3.4折射棱镜与光楔
3.4.1折射棱镜的偏向角
3.4.2光楔及其应用
3.4.3棱镜色散
3.5光学材料
3.5.1透射材料的光学特性
3.5.2反射材料的光学特性
第4章光学系统中的光阑与光束限制
4.1光阑
4.1.1孔径光阑
4.1.2视场光阑
4.2照相系统中的光阑
4.3望远镜系统中成像光束的选择
4.4显微镜系统中的光束限制与分析
4.4.1简单显微镜系统中的光束限制
4.4.2远心光路
4.4.3场镜的应用
4.5光学系统的景深
4.5.1光学系统的空间像
4.5.2光学系统景深的含义
4.6数码照相机镜头的景深
第二篇光学系统设计与像质评价
第5章光学设计原理
5.1光学设计的发展概况
5.1.1光学设计概论
5.1.2光学设计的发展概况
5.2光学系统设计的具体过程和步骤
5.2.1光学系统设计的具体过程
5.2.2光学系统设计步骤
5.3光学仪器对光学系统性能与质量的要求
5.4高斯光学和理想成像
5.5初级像差及其独立性原理
5.6轴向球差与横向球差
5.7透镜的近似表示
5.7.1薄透镜与薄透镜系统
5.7.2真实透镜的近轴形式
5.8玻璃的特性
5.8.1折射率
5.8.2色散
5.8.3玻璃色散特性的量化
5.8.4玻璃图
5.8.5熔炼数据
5.8.6部分色散
第6章光路计算及像差理论
6.1概述
6.1.1基本概念
6.1.2像差计算的谱线选择
6.2光线的光路计算
6.2.1子午面内的光线光路计算
6.2.2沿轴外点主光线细光束的光路计算
6.3轴上点球差
6.3.1球差的定义和表示方法
6.3.2球差的校正
6.4正弦差和彗差
6.4.1正弦差
6.4.2彗差
6.5像散和场曲
6.5.1场曲与轴外球差
6.5.2像散
6.6畸变
6.7色差
6.7.1位置色差、色球差和二级光谱
6.7.2倍率色差
6.8波像差
第7章光学系统的像质评价与像差分析
7.1几何像差的曲线表示
7.1.1独立几何像差的曲线表示
7.1.2垂轴几何像差曲线像差特征曲线
7.2瑞利判断和中心点亮度
7.2.1瑞利判断
7.2.2中心点亮度
7.3分辨率
7.4点列图
7.5光学传递函数评价成像质量
7.5.1利用MTF曲线来评价成像质量
7.5.2利用MTF曲线的积分值来评价成像质量
7.6其他像质评价方法
7.6.1基于几何光学的方法
7.6.2基于衍射理论的方法
7.6.3其他需要评价的成像质量
7.7光学系统的像差公差
7.7.1望远物镜和显微物镜的像差公差
7.7.2望远目镜和显微目镜的像差公差
7.7.3照相物镜的像差公差
第8章典型光学系统
8.1眼睛
8.1.1眼睛的构造、标准眼和简约眼
8.1.2眼睛的调节和适应
8.1.3眼睛的分辨率和准精度
8.1.4眼睛的立体视觉
8.2放大镜
8.3显微镜与照明系统
8.3.1显微镜概述
8.3.2显微镜中的孔径光阑和视场光阑
8.3.3显微镜的景深
8.3.4显微镜的分辨率和有效放大率
8.3.5显微镜的物镜
8.3.6显微镜的目镜
8.3.7显微镜的照明系统
8.4望远镜系统
8.4.1望远镜系统的一般特性
8.4.2望远镜的主观亮度
8.4.3望远镜的光束限制
8.4.4望远镜系统的物镜
8.4.5望远镜的目镜
8.4.6正像望远镜中的转像系统和场镜
8.5摄影光学系统
8.5.1摄影物镜的性能参数
8.5.2摄影物镜中的光束限制
8.5.3摄影物镜的景深
8.5.4摄影物镜的几何焦深
8.5.5摄影物镜的分辨率
8.5.6摄影物镜
8.6放映系统
8.6.1透射放映时幕上的照度
8.6.2放映系统中的聚光镜
8.6.3放映物镜
第三篇CODE V光学设计应用基础
第9章欢迎来到CODE V
9.1什么是CODE V
9.1.1强大的光学工具
9.1.2CODE V的典型功能
9.1.3知识产权问题
9.1.4有用的提示
9.2本书第三篇内容及其读者
9.2.1读者
9.2.2关于第三篇内容
9.2.3更多信息
9.2.4联机在线帮助和文档
9.3假设和术语
9.4CODE V界面
9.4.1简介
9.4.2关于命令和宏
9.5CODE V的结构
9.6其他操作
9.7设计开始之前的操作
第10章设计一个数码相机镜头
10.1边做边学
10.1.1一个简单的数码相机镜头
10.1.2设计规格
10.2新建镜头向导
10.2.1启动新建镜头
10.2.2专利数据库
10.2.3定义系统数据
10.3光学表面的操作
10.3.1镜头数据管理器电子表格
10.3.2更改并提交数据
10.3.3绘制镜头结构图
10.3.4光学面的操作： 缩放镜头
10.3.5设置新标题并保存镜头结果
10.4像质分析
10.4.1快速光线像差曲线
10.4.2快速点列图
10.4.3畸变
10.4.4MTF清晰度
10.4.5渐晕照度
10.4.6可行性分析
10.5总结
第11章CODE V优化设计
11.1关于优化
11.1.1目的
11.1.2方法
11.1.3默认值
11.1.4自动化设计过程
11.1.5局部优化和全局优化的对比
11.1.6并行处理支持
11.2策略
11.3变量
11.3.1定义变量
11.3.2使用LDM
11.3.3虚拟玻璃
11.4自动化设计设置
11.4.1通用约束
11.4.2误差函数定义和控制
11.4.3保存设置选项设置并运行自动化设计
11.5了解自动化设计的输出
11.5.1误差函数
11.5.2自动化设计的输出文本
11.5.3自动化设计过程中每次优化循环周期的输出
11.5.4约束成本
11.6分析结果和修改权重
11.7最终优化和注释
11.7.1关于真实玻璃
11.7.2有关景深
11.8塑料、专用目录和非球面
11.9全局优化和其他自动化设计功能
11.10约束： 问题和解决方案
第12章CODE V的分析功能
12.1CODE V中的分析选项
12.1.1诊断分析
12.1.2几何分析
12.1.3衍射分析
12.1.4其他分析
12.1.5孔径在分析中的作用
12.2诊断分析
12.2.1近轴光线追迹
12.2.2真实光线追迹
12.2.3光线像差曲线
12.2.4光瞳图
12.2.5痕迹图
12.3几何分析
12.3.1点列图
12.3.2径向能量分析
12.4衍射分析
12.4.1MTF
12.4.2点扩展函数
12.4.3波前分析
12.4.4二维图像模拟
12.5分析宏
12.6多膜层设计
第13章CODE V公差分析
13.1墨菲定律
13.1.1可能出现误差的参数
13.1.2误差后果
13.1.3补偿
13.1.4统计问题
13.1.5失败的代价
13.2公差分析和TOR
13.2.1公差分析的目的
13.2.2TOR功能
13.2.3半自动误差预算
13.2.4交互式公差分析
13.2.5其他公差分析选项
13.3公差分析的分类
13.4LDM和TOR的公差分析
13.4.1全默认TOR运行
13.4.2设定公差
13.4.3TOR镜头准备
13.4.4TOR输入对话框
13.5理解TOR的输出
13.5.1灵敏度表格
13.5.2误差改进性能
13.5.3限制范围和舍入误差的影响
13.5.4概率分布、交叉项和统计
13.5.5补偿器范围
13.5.6公差输出表格
13.5.7性能摘要表格
13.6其他公差分析功能
第14章反射系统
14.1CODE V的反射系统
14.1.1概述
14.1.2符号法则
14.1.3双通表面与系统
14.2反射系统数据
14.3孔径问题
14.3.1CODE V中的孔径类型
14.3.2虚拟表面
14.3.3输入挡光
第15章非球面光学系统
15.1非球面表面类型
15.1.1概述
15.1.2旋转对称表面
15.1.3非旋转对称表面
15.2非球面示例
15.2.1平场施密特镜头
15.2.2遮挡光的注意事项
15.3圆锥表面
15.3.1椭圆
15.3.2双曲线
15.3.3抛物线
15.4输入椭圆
15.5多项式非球面
15.5.1菲涅尔表面
15.5.2非球面输入
15.6非球面单片式镜头示例
15.7衍射表面
15.7.1衍射光学
15.7.2色差校正型红外线透镜
15.8光线网格
第16章偏心系统
16.1折叠反射镜示例
16.1.1佩兹伐镜头折叠反射镜
16.1.2偏心数据输入
16.2偏心系统的基本概念
16.2.1术语和坐标断点
16.2.2操作顺序
16.3偏心表面类型
16.3.1基本偏心
16.3.2偏心和回归
16.3.3偏心和弯曲
16.3.4反向偏心
16.3.5回归表面
16.3.6偏心参数名称
16.4倾斜平板
16.4.1使用基本偏心
16.4.2使用反向偏心
16.4.3波长的影响
16.5折叠反射镜与扫描反射镜
16.5.1基本偏心
16.5.2偏心与弯曲
16.5.3偏心与回归
16.6棱镜宏
第17章变焦系统
17.1变焦功能
17.1.1电影变焦镜头
17.1.2变焦检查电子表格
17.2扫描系统示例
17.2.1从双胶合透镜开始
17.2.2添加扫描反射镜
17.2.3扫描角度的变焦
17.2.4在镜头图中覆盖变焦位置
17.3选项中的变焦特性
17.3.1变焦计算控件
17.3.2设置命令的变焦值
17.3.3自动化设计和变焦系统
17.4多光谱系统
第18章技术讨论： 实用背景知识
18.1坐标系与规范
18.1.1坐标系
18.1.2一些重要的规定
18.2系统数据详细信息
18.2.1光瞳
18.2.2波长
18.2.3视场渐晕
18.2.4系统解
18.2.5系统设置
18.2.6高级设置
18.3波长和光谱权重
18.3.1波长权重
18.3.2创建光谱曲线和配置
18.4渐晕、参考光线、光瞳和孔径
18.4.1渐晕含义
18.4.2参考光线
18.4.3参考光线和渐晕系数
18.4.4光瞳像差
18.4.5实际情况下的渐晕
18.4.6渐晕系数
18.4.7渐晕系数和孔径
18.4.8SET命令
18.4.9如何使用渐晕和光圈
18.5求解
18.5.1近轴像求解
18.5.2曲率求解
18.5.3总长度求解
18.5.4缩小率求解
18.6无焦系统
18.6.1概念
18.6.2无焦系统建模
18.7光瞳抽样和高斯光束
18.7.1高斯抽样
18.7.2INT文件抽样
18.7.3高斯光束
18.8偏振、涂层和其他功能
18.8.1偏振光线追迹
18.8.2输入状态
18.8.3涂层、偏振控制器和双折射材料
18.8.4分析
18.8.5其余部分
参考文献
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| 內容試閱：
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随着我国科学技术的飞速进步，光学仪器已经普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心就是光学系统，光学系统性能高低决定着光学仪器的整体质量。良好的光学设计对设计高质量的光学系统至关重要。如今，光学设计的理论和方法已经发生了巨大的变化，从早期的手工计算和人工校正像差，逐步发展到当今采用计算机获得像差，甚至实现光学系统的自动化设计和像差自动优化。因此，现代光学设计对设计者提出了更高的要求，不仅要求设计者具有扎实的理论基础，掌握几何光学基础、像差理论、像质评价等基础知识，而且要求其具有熟练的计算机操作和光学设计软件应用的能力，能够对层出不穷的新型光学系统进行优化设计，并且在其中不断积累经验。
光学是研究光的行为和性质以及光和物质相互作用的物理学科。光是一种电磁波，具有波粒二象性，通常根据光与相互作用物质的尺度，将光学分为几何光学、物理光学和量子光学。光学设计通常属于几何光学范畴，是研究当光与比波长大很多个数量级的物体相互作用时，如何利用设计手段获取光学系统的最优结构和性能。对光学设计的基础知识和基本理论的理解是现代光学设计得以有效实施的基础。
现代光学设计软件可按照使用用途分为成像光学设计软件和非成像光学设计软件。国际知名的非成像光学设计软件包括
TracePro、LightTools和ASAP等，成像光学设计软件则包括ZEMAX、CODE V和OSLO。CODE V是美国Optical Research Associates（ORA）公司研制的大型光学工程软件，相比于其他成像光学软件，CODE V具有以下六大优势和特点： ①具有丰富的专利实例库； ②命令行提示窗口配合操作，实现强大的软件控制功能； ③具有多国语言，能够支持中文和英文界面的切换；
④软件像差分析及界面的人性化； ⑤变焦凸轮设计； ⑥强大而高效的自动优化模块。当前国内CODE V软件的主要教程和指导手册均为英文版或网络零星材料，阅读和查找不便利，在一定程度上阻碍了该软件的进一步普及，而且也难以形成一套完整的CODE V光学设计学习体系。本书正是在这一背景下应广大CODE V学习者的需求而进行编写的。
本书共分为三篇，其中第一篇为光学设计基础知识，第二篇为光学系统设计与像质评价，第三篇为CODE V光学设计应用基础。由于光学设计的基础知识和光学设计的像差等基本理论都较为成熟，因此，本书第一篇和第二篇基于现有的设计理论和经验，在参阅了相关教材和文献的基础上编写而成，在此对文献作者表示衷心感谢。
第一篇光学设计基础知识共分为4章内容，目的是对CODE V光学设计软件所依赖的几何光学基础知识进行介绍，具体内容包括几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光学系统中的光阑与光束限制等，主要参考了郁道银等编著的《工程光学》等教材。
第二篇光学系统设计与像质评价共分为4章内容，目的是对CODE V所运用的基本光学设计知识进行介绍，具体内容包括
光学设计原理、光路计算及像差理论、光学系统的像质评价与像差分析、典型光学系统等，主要参考了李晓彤等编著的《几何光学像差光学设计》、刘钧等编著的《光学设计》、郁道银等编著的《工程光学》等教材。
第三篇CODE V光学设计应用基础共分为10章内容，目的是对CODE V光学设计软件的操作和使用进行介绍，并辅以一些具体的操作实例。具体内容包括CODE V软件简介及操作界面介绍、数码相机设计实例、优化设计模块、分析功能、公差分析、反射系统、非球面、偏心系统、变焦系统以及相关的背景资料，主要参考自CODE V 10.2版本的用户手册。
本书参加编写和校对的人员主要来自福州大学光电信息团队，以及作者所带的研究生们。全书由作者修改和统稿。同时，作者所在的福州大学平板显示技术国家地方联合工程实验室和中国福建光电信息科学与技术创新实验室在本书撰写过程给予了全方位的资源支持，在此一并表示衷心感谢。
本书可作为高等学校光电信息科学与工程、电子信息、仪器仪表和其他专业的教材或指导书，也可作为从事光学系统及光电仪器的研发、设计、制造和系统开发的工程技术人员学习和参考手册。
由于作者水平有限，书中不妥和错误之处在所难免，衷心希望广大教师和读者批评指正。
陈恩果
于福州大学2020年10月
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