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应用光学与光学设计基础
1.1 前 言

前 言

应用光学是光学工程学科中一个历史悠久、然而又富有朝气和生命活力的经典分支学科。在长期的教学、科研与生产实践中,已经形成了一套全面、系统、严密的理论体系;同时,它又在实践中不断充实、深化、发展着,应用领域不断扩大。如今,应用光学已深入到国民经济与科学研究、民用与军用的广泛应用领域;从广义的光学工程、光电技术、仪器仪表、电子信息与光通信、天文仪器、各种医疗与检测仪器等大量民用仪器与技术,到航天以及陆海空各军兵种的可见光、红外、微光、激光、光纤等大量侦察、探测、观瞄与光电测控仪器,都与应用光学的理论与技术广泛而紧密地相联系。这种客观的广泛需求,促进了推出一种新风格应用光学教材,即具有较坚实的应用光学成像理论基础,涵盖较广泛的应用方向和解决问题的多种技术手段,能将成像的基本理论与应用先进软件进行光学设计结合起来,掌握实用的光学设计与像质评价基本方法。

本书是在对作者1984年为南京理工大学(原华东工学院)工程光学专业编写出版的《应用光学》专业基础课教材修改提高的基础上写成的。1984年版《应用光学》教材历经十余届的教学实践,取得了良好的教学效果,受到学生欢迎,曾得到有关高校专家的好评,并曾先后获得学校与原兵器部部级优秀教材奖。为适应形势发展的需要,在充分总结多年教学与科研实践经验的基础上,精炼、优化原有教材内容,适当充实、更新部分新发展的内容,将应用光学有关成像的基本理论与光学设计的基本方法两者有机结合,形成一本兼顾本科生与研究生的教学需要以及广大光学工程与光电技术科技工作者工程设计实践需要的教材与参考书,显得十分必要而迫切。

新版的《应用光学与光学设计基础》教材,除继续保持原教材的基础理论系统完整、内容翔实、便于理解和自学等风格优点之外,考虑到光学工程与光电技术的迅速发展,应用领域的不断扩大,在教材内容上作了较大的扩充、更新与深化,体系上作了更合理的调整,同时压缩精简了部分相对过时的内容。全书根据内容的性质科学地分为四篇,分别为:几何光学的基本概念与成像理论;光度学与色度学基础;典型与实用光学系统;光学系统的像质评价与应用ZEMAX软件进行光学设计的基本方法。相对于原教材和国内已有的应用光学教材,新版教材的主要变化有:系统介绍了矩阵方法与矢量分析方法在近轴光学与平面反射系统中的应用;在介绍光度学概念的基础上,新增加了重要的色度学基础概念与现行重要的表色系统以及色度计算方法;较全面地介绍了四大类应用最广泛的实用光学系统:充实调整了望远镜的体系与内容,丰富了有关显微镜的实用化内容,增加了变焦距照相物镜、数码照相光学系统以及现代新型投影系统,推出了纤维光学与无源光纤传像系统的全新内容;特别重要的是,新增了具有重要实用价值的、利用先进的ZEMAX软件进行光学设计、优化像质、进行像质评价等重要内容。

本书具有较宽的专业适应性和较强的工程设计实用指导性,主要适用对象为:光学仪器、光电信息工程与技术、测控技术与仪器、光信息科学与技术、光电子技术、自动化仪表等本科专业,用作“应用光学”或“工程光学”专业基础课程的教材(作为本科学习的基本内容,在目录中未加标注;视情况可选学的内容加注*);部分提高性内容可供光学工程、电子科学与技术、仪器仪表等学科的研究生选修,或构成小学分的高年级本科生专题选修课以及供从事光学工程与光电技术行业研发设计的科技工作者参考(目录中注★者)。

本书的编写力图体现如下主要特色:内容充实,涵盖应用光学的主要基础理论与较广的应用方向,并努力反映当代这一领域的新进展;理论密切联系实际,理性与感性相结合,具有较好的工程设计实用指导性。全书配有大量的图、表、例题与习题。特别是将运用光学成像基本理论构建光学系统、进行外形尺寸计算,与利用先进的ZEMAX软件进行光学设计、评价像质相结合;体系衔接科学合理,循序渐进,图文并茂,具有良好的可读性;在光度学、色度学等有关内容方面,重视贯彻现行的国家标准与相应的国际标准;教材内容在主要反映民用与通用技术的同时,还注意适当反映军工应用需求以及自身的科研成果。

多年来在蕴酿和编写本教材的过程中,作者始终密切关注并认真学习国内陆续出版的各种风格与体系的应用光学教材与相关专著,同时也广泛查阅浏览了国内外的相关专著与资料,从中吸取营养,受到诸多教益和启发,获益匪浅。可以说,本书是在继承和学习应用光学领域的先辈和同行经验与成果的基础上写成的。在本书即将出版的时候,衷心感谢多年来在这一领域不断给作者以多方面启迪、鼓励和支持的北京理工大学袁旭沧教授、连铜淑教授、苏大图教授;同时也对中国计量科学研究院徐大刚研究员以及南京理工大学孙培家教授在编写本书过程中给予的热情和大力支持表示由衷的谢意!

本书的第一篇(第1、2、3、4、5、6、7章)、第二篇(第8、9章)和第三篇的第10、11、13章由南京理工大学迟泽英编写;第三篇的第12章和第四篇(第14、15章)由陈文建编写。全书由迟泽英主编。

认真总结三十余年教学科研的有益经验,为年轻的学子和广大科技工作者奉献一本内容充实、有实用参考价值和质量优良的《应用光学与光学设计基础》,是作者多年的宿愿,期望并相信本书能对读者们有所帮助。但由于作者水平所限,书中的缺点和错误肯定会不少,恳请各位专家和读者不吝赐教。

衷心感谢曾对本书出版给予大力支持、鼓励以及付出辛勤劳动的所有同志!也深深感谢亲人们在背后的默默奉献和鼎力支持。

作者

2008年10月