Zemax光学设计实例（69）---一个成像在光纤束的内窥镜物镜的设计

导论：

设计一个内窥镜，成像在直径为0.070in的光纤束中，物距为0.2in，物体位于非常类似于人体液的水中，视场是50度，f#是f/3。

ZEMAX仿真：

（1）系统建模：

由设计要求，在“Units”的“Lens Units”选择“inches（英寸）”。如下图：

在孔径类型中选择“Image Space F/#”，ApodizationType选择“Uniform”。

如下图：

在Field Data里，选择“Object Heigth”，输入0，0.045，0.09，0.13，如下图：

在波长设定对话框中，输入0.55um，0.48um，0.66um三个波长，0.546um为主波长，权重为1，其他2个波长的权重如下图：

然后将初始结构数据都输入到LDE中，如下图：

然后查看下初始2DLayout，如下图：

（2）系统优化：

打开MFE，选择“Tools-Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成为“RMS+Spot Radius+Centroid”。“Rings”选项为“4”， 3“Arms”选项为“8”。

增加以下操作数：

CTGT操作数，控制第8面的中心厚度大于，目标值0.13，权重1；

MNEA操作数，控制第2面至第5面的最小空气边缘厚度，目标值是1，权重10；

MNCA操作数，控制第2面至第5面的最小空气中心厚度，目标值是1，权重10；

MNEG操作数，控制第4面至第6面的最小玻璃边缘厚度，目标值是0.02，权重1；

DMLT操作数，控制第1面的口径小于，目标值0.12，权重1；

DMLT操作数，控制第8面的口径小于，目标值0.12，权重1；

MNIN操作数，控制第1面至第2面的最小d光折射率，目标值是1.5，权重1；

MXIN操作数，控制第1面至第2面的最大d光折射率，目标值是1.86，权重1；

MNAB操作数，控制第1面至第2面的最小阿贝色散系数，目标值是25，权重0.1；

MXAB操作数，控制第1面至第2面的最大阿贝色散系数，目标值是70，权重0.1；

REAY操作数，控制实际光线在第9面上的y坐标，目标值-0.03，权重0.1；

DIST操作数，监控畸变大小，目标值是0，权重0；

如下图所示：

打开LDE，将所有面的半径，各个面的厚度设置为变量，如下图所示：

点击OPT开始优化。

查看优化后的2D Layout：

点列图：

Ray Fan图：

RMS Vs Fields：

MTF：

由MTF曲线注意到，该系统性能机会达到衍射受限。

Field Curv/Dist：

由于该物镜的功能是检查体内组织，所以，7.6%的畸变也不是问题。