前言

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