ASAP光学设计软件

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了ASAP软件在光学模拟分析方面的功能和应用。ASAP提供了多种散射模型、相干光源模拟、光束分解等功能，可以对光谱仪、激光系统、日冕观测仪等光学仪器进行杂散光分析。此外，ASAP还具备物理光学分析功能，如高斯光束传播和光束传播法(BPM)，以及偏振分析功能，可以模拟各种偏振相关元件。在生物光学方面，ASAP BIO能够模拟光在生物组织系统内的传播和散射，是唯一能够模拟自定义波长的光与生物组织在人体皮肤内发生作用的软件。ASAP软件已被全球40多个国家的客户所认可，广泛应用于各个领域，包括GE、Sony、Ford等知名公司。

欧美光学行业标准软件

ASAP（Advanced Systems Analysis Program）软件是美国 Breault Research Organization(BRO) 公司研发的一款在 3D空间通过非序列光线追迹来模拟光学系统表现度的软件。多年以来，广泛应用在照明设计，杂散光分析，背光板设计，偏振光分析等领域。其中尤以出众精准的照明和杂散光分析能力而闻名，这是 LED照明设计和高精度系统中必不可少的功能。

BRO 公司位于美国亚利桑那州图森市（Tuscon），在 1979 年由 Dr. Robert P. Breault 创建。BRO 公司有三大业务：ASAP 软件销售和技术支持、ASAP 教育培训和承接工程项目。ASAP 软件以其强大的功能，为美国政府和全球光学行业做出了巨大的服务。BRO 公司承接众多美国军方对战机、军舰、战车的 LED 照明设计和改造项目。ASAP功能之强，可见一斑。

ASAP主要特点

功能强大、运算速度快

鬼影起源：

追迹杂散光的进化史，高端镜头系统分析必经之路，各种照明系统高精度分析必备之器！ASAP 成功修复哈勃望远镜，杂散光分析非ASAP莫属！

背光源：

汽车仪表、手机光源、室内照明、显示屏幕无所不能！让您的客户不再抱怨眼睛疲劳，让每一个细节都一览无遗！选择ASAP，您的光源专家！

LED照明：

ASAP 提供精准的 LED 光源，结合为 Lens 添加菲涅耳运算、散射模型，保证模拟结果的准确度。ASAP 在 LED 设计过程中为工程师提供的强大自由度，保记您的每一个想法都不再是纸上谈兵！

生物医学：

精确模拟光与组织结构交互结果。特有 RSM 模型一真实皮肤模型，采用 Henyey-Greenstein 近似值，Mante CarLo 光线追迹助您分析器官病变!

每一款车灯，每一份设计，每一条光线，尽在您的掌握！SAE ECE和 FMVSS 标准测试，助您顺利通过法规！采用 ASAP 缩短研发时间，节约开模费用！您的财富您驾驭！

严谨精确、可靠精准的模拟结果

ASAP模拟结果

实验室实际结果

ASAP 的灯源模型在几何形状和发光度上非常精准，并包括了完整的光谱数据，同时包含了从灯源所得的实际光学和机械的几何模型。光可被灯源几何模型反射、拆射或是散射。ASAP 的灯源模型充分地考虑了这些光学的交互作用，而这些光学交互作用在光学系统上可能造成不要的杂散光。

严谨精确的灯源模型是获得可靠精准的模拟结果的保证！

ASAP的多核并行计算+远程分布式处理

最新的 ASAP 软件采用了 CoreMax 技术。可以自动的在电脑上，调动所有核心进行并行计算进程。并可以调用局域网上其他的有安装ASAP远程许可证的电脑上，运行所有核心上的并行进程。此外，用户可以控制每台机器上 访问的内核数量。这种并行和远程分布式处理的结合是一种首创，将使 ASAP NextGen 成为最快的光线追迹软件，超过任何其他光学设计软件的计算能力。

ASAP基本功能

提供几何光学追迹的算法和物理光学相干高斯光束传输算法、BPM算法，因此可以在一个平台中同时进行几何光学和物理光学模拟仿真，更可以模拟由于衍射带来的杂散光。

ASAP建模：

ASAP 为用户提供了多种建模方式选择。可以读入在其他 3D 建模软件里制作的模型（如 CATIA，SolidWorks，Rhino 等）可以实现无缝转换。

操作方式多样化：

ASAP 使用参数化的物理模型来控制光与光学表面发生作用时的表现。用户可方便地观察光线进行反射，透射，折射，散射，衍射，双折射和偏振等现象。使用方便，操作简单，便于修改。使用 Script 进行编程，是 ASAP 区别于其他软件的一个重要特点。这种灵活自由的方式，为客户在模拟仿真工作中提供了极大的自由度，尤其是对于高端用户如研究所，不会受限于模块化的界面，确保可以将复杂的光学系统，光学现象进行模拟。

ASAP各种库：

光源库：用户可免费 使用 ASAP 带有的精准灯源库，包括 LED，CCFL 等。用户可以方便地调用灯源库内的灯具，也可使用自己拥有的光型文件，在 ASAP里面做成光源。

散射模型库：ASAP 区别于其他软件的另一大优势在于强大的散射光学分析能力。系统中光学表面的散射特性会影响照明结果。尤其是对于高端的设计，必须充分考虑光学表面的散射特性。在过去的三十多年中，ASAP 在这方面积累了丰富的经验。在 ASAP 内建有散射模型库。用户可以方便地调用。如果用户使用的散射模型（如 Diffuser）不在 ASAP 资源库里，也可用测得的数据在 ASAP 里很容易地建立起该 Diffuser 模型。可以通过预定的散射模型建立各种各样的实际的散射数据，并可以进行组合。支持从 BSDF 散射测量仪的数据导入。

ASAP优化功能

ASAP 提供目前行业内最先进的优化功能。区别于同类软件的 Script 编程功能确保用户可通过编写 Merit Function 来进行最有效的系统优化。丰富的优化演算法帮助客户应对不同的设计要求。

在 ASAP中，有 3种通用的优化方法：Brent’s Method 、Downhill Simplex 、Simulated Annealing。每一种方法在找寻许多不同成像和照明系统中的最优解中都很有效。

REMOTE 并行运算：

支持多台计算机并行运算的 REMOTE 增强功能。

ASAP 计算 14亿条光线所需要的时间，可以看到，通过 REMOTE 功能，增加计算机数量，可以大大缩短运算时间。14亿条光线只需要15分钟。

功能列表

在 SolidWorks 内建立 ASAP 属性的 GTX 文件
在 SolidWorks 内为物件分层和命名
在 Rhinoceros 内建立 ASAP 属性的 IGES 文件
用 ASAP SmartIGES 转换器来输入和输出 IGES 文件
用 XML 文件格式来输入几何结构和光学属性
支持 Python，VBscript，Jscript 和其他语言
内建预定义的 LED，CCFL，白炽灯和 arc 灯源库
拖曳式建立光源、透镜、玻璃、散射模型和表面特性
600多的例程库帮您启动模拟
保存、检查和继续优化功能，使用 ASAP .osf 文件
使用 ASAP Liquid Crystal Cell (LCC) 功能来模拟液晶材料
使用 ASAP General Uniaxial Medium(GUM) 功能定义非同轴材料
在斯托克顿矢量模式里模拟和追迹偏振光器件
模型化诸如 MUELLER 片等可改变偏振光的程度和状态的器件
模型化利用偏振光效应来设计背光显示板
用 BRO Digitizer 输入光源模型
使用增强的 REMOTE 功能进行分布式处理
使用 CONFORMAL radiometry 来观察、分析和监测光分布情况
可建立包含大量物件和光源的系统
模型化光学和机械系统部件
模型化成像系统，照明系统和聚光设备
模型化可见光，紫外光和红外辐射系统
模型化表面散射（BRDF）和体散射
模型化光纤传输和光纤耦合
模型化复杂系统的辐射分析
模型化偏振光和相干光效应
利用高斯光束分解来传输和分析波前
利用 ASAP BPM 算法来模拟微结构中的光传播
进行双精度的光线追迹并分析每条光线的信息
进行 CIE 颜色分析
利用 ASAP 优化功能对光学系统进行优化分析
在 ASAP Builde r或 scripts 中进行系统容差分析
读入 CODE V®， OSLO®， SYNOPSYS™ 和 ZEMAX® 生成的文件
输入和输出 FDTD Solutions™ 的复杂矢量场分布
输入由 Radiant Sources 测得的光源数据
支持 SolidWorks 3D 建模引擎

ASAP分析功能

辐射学分析、杂散光分析、偏振分析、波动光学分析、散射分析、高斯光束分析、象差分析、CIE 分析、光线分析。

照明/非成像光学设计分析：

ASAP 提供对照度、光强、亮度等辐射物理量的计算，简单易用，并有各类图表用于演示和分析。

用户可以通过它计算任何 CAD 输出模型表面的辐射性能，不管是平面还是不规则曲面。

不规则曲面上的照度分析: 通过在 OBJECT 后面加上BIN命令，ASAP可以计算非平面上的照度。如下所示，ASAP可以计算类圆柱面上的照度分布。

CATIA模块

增加 CATIA 模组后，可从 ASAP 内直接读入 CATIA V5 的文件。BRO 采用了 CAA V5 的文件结构，因此 CATIA 用户可以充分信任CATIA模块提供的无缝转换！

ELTM模块

ELTM 模块为车灯设计者提供了一种可以自动分析是否通过 SAE, FMVSS, ECE 法规的功能。通过简单有序地操作，设计者可以从ELTM里看到哪些测试点未通过法规以及为何未通过。

杂光分析能力：

200多个项目：Infra-Red Astronomy Satellite（IRAS）, SIRTF, ISO, MERIS,Galileo,Cassini,ESA’s—X-Ray Mirror Module Telescope（XMM）。

ASAP 在杂散光分析领域有将近30年的历史。

2010年6月24-25日，在法国 Toulouse, 由 CNES,EADS/ ASTRIUM, EADS/SODERN and THALES ALENIA SPACE in association with the Centre for Technical Competence（CCT）等部门联合举办的杂散光 Workshop 上，ASAP 被公认为最普遍采用的杂散光分析工具，会议收到的论文中，绝大多数是在 ASAP 的帮助下完成的，无论数量还是质量都超过其他商业杂散光分析工具。

一、通过重点采样可实现快速高效的杂光追迹

重点采样的主要原理是:

在需要关注的物件表面附件定义边缘实体，然后利用 TOWARDS 命令将散射光线散射至该边缘实体。从而避免了追迹大量不需要的散射光线。

如下图所示，利用 TOWARDS 命令使光线只向一个环形区域散射:

二、杂光路径报表输出

系统由三片透镜组成。光源在轴上。序列追迹时，光线分布如右图所示。

考虑透镜表面的剩余反射时，追迹后的光线分布如图a。

上述的光线追迹图实际上由6条路径组成，每一条路径的具体情况如表a。

可以看到各条路径的光线数目、光通量、所占的比例、目前所在的位置，传输过程中与元件的交叉次数，以及在表面上的反射和散射情况。可以画出各条路径具体的传输情况，以便找到合理的解决措施。

下面画出第二条路径的具体情况: 可以看到这条路经在传输过程中形成了2个焦点，如果入射光能量较高，这2个焦点附近不得放置光学元件。

三、反向追迹查找杂光源头

在分析面上选择所关心的光斑部分，选择构成这部分光斑的光线，然后利用 REVERSE 命令将光线反向，并将其作为光源反向追迹至其初始位置，从而获得杂散光源头的信息。

四、杂散光分析能力

ASAP 具备在仪器加工之前就通过虚拟的模型分析模拟所有这些杂散光现象的能力，并可以提供给光学工程师必需的工具来分析以及修正杂散光问题。

用户能够在 ASAP 里建模复杂的光机系统，这些系统的零件都具有用双向散射分布函数（BSDF）所描述的精确地反射和散射光学特性。ASAP 采用精妙的模拟技术，如“重点采样”方法，来有效地建模随机散射问题。ASAP 让用户可以从数值和图表两方面去评估光学系统的散射路径并发现和修正杂散光问题。

尽管如此，拥有一套功能强大，快速和精准的仿真工具只是成功的杂散光分析的一部分。除了 ASAP 精湛的杂散光分析能力外，BRO 公司提供极具针对性的杂散光课程、鬼像分析课程和波动光学课程来让用户掌握杂光分析科学。BRO 的课程确保学员能够有效地分析和解决他遇到的困难的杂散光问题。

--提供 ASAP BSDF Fitting Utility 工具，进行散射模型建模
-- ASAP 提供 Lambertian, Harvey, Polynomial 等多种散射模型，可以对不同的光学表面特性进行精确模拟
--对光谱仪、激光系统、日冕观测仪和其他各种光学仪器进行杂散光分析
--提供相干光源，相干光被经常用来分析杂散光。ASAP 可以模拟相干光源，对其的传播和最终分布进行精确地光场幅度和相位分布计算，精确处理衍射等现象
--使用 DECOMPOSE DIRECTION和DECOMPOSE POSITION 来对光束进行分解，分析微小面型
--对成像系统、二极管激光器、干涉仪、光栅系统、光学标准具等进行分析
--依照杂散光分析流程，帮助光学工程师寻找杂散光的来源
-- 进行基本的辐射学和辐射物理量计算
--合理使用光阑(Stop)和光瞳(Pupil)来进行杂散光分析
--加入基本的隔板和挡光板来进行杂散光分析
--利用 PATHS 功能，可以对光线路径进行分类，筛选定位出杂光的位置。
--进行鬼像和杂散光计算，从鬼像中减少杂散光
--评估杂散光分析的准确度
--计算来自物件边缘的杂散光
--分析来自各向异性表面的散射光
--计算红外系统的杂散光
--计算鬼像辐射照度
--提供 ASAP Scatter 命令和应用
--计算来自于被污染的镜面或透镜的散射光
--提供偏振光源

五、杂散光及鬼像分析实例

物理光学分析功能：

ASAP 采用为高斯光束迭加的方法。任何复合场都可以使用高斯光束迭加表示，并且这种现象是使用 ASAP 研究波动现象的基础。

ASAP 中包含两种波动光学传播。使用时间很长的一种方法是高斯光束传播，一种方法是光束传播法(BPM)。BPM 用于处理传统高斯光束法不能很好处理的微观结构。

偏正分析——偏振相关元件包括：

1、由琼斯矩阵模拟理想光学元件，包括:垂直线偏器、水平线偏器、±45°线偏器、1/4波片、1/2片、右旋圆振光偏器以及左旋圆振光偏器;
2、利用 MEDIA CRYSTAL 命令模拟单轴双折射晶体;
3、利用 MULLER 命令模拟不同透反系数的偏振相关元件;
4、利用 RPM 命令模拟真实的偏器;
5、利用 RRM 命令模拟真实的延迟器;
6、利用 GUM 命令模拟一般的单轴介质;
7、利用 LCC 命令模拟液晶元件;
8、利用 CPE 命令模拟级联的偏振相关元件

ASAP BIO 将生物系统中光学现象的模拟能力推进到一个崭新的水平

ASAP BIO 具有与许多其它模拟生物系统中光传播和散射的工具通过CAD 文件进行数据交换的能力。

生物系统包括使用 CT 或者 MRI 扫描获得的表面，通常涵盖了成千上万个物件。CAD 互通性和先进的光线追迹能力使得 ASAP BIO 能够输入、分析并且能够对这些结构进行精细解析。

生物光学——高精度地模拟光与细胞的相互作用

模拟光在生物组织系统内传播和散射。是唯一能够模拟自定义波长的光与生物组织在人体皮肤内发生作用的软件。也是唯一能够精确模拟单眼和双眼系统的软件。

应用领域客户分布

经过近30年的发展，ASAP 软件已被业界所认可，客户遍布全球40多个国家。客户中既有位于世界500强的大公司，也有正处于创业阶段，蓬勃发展的中小企业。

国际上比较知名的客户有：

GE，Sony, Ford，Kodak, Xerox, Stanley, Olympus, Philips，General Motors，Allied Signal，IBM，Samsung......

国内比较知名的部分客户有：

国防科大、国家天文台、西安光机所、瑞声科技、大疆科技、长春光机所、上海光机所、成都光电所、上海航天802、中航工业613、浙江大学、复旦大学、香港理工大学、暨南大学、五邑大学、华南理工大学、天津工业大学、上海小系车灯、华中科技大学、中北大学、郑州大学、AL-Lighting, Philips 等。

ASAP 已经成为国际知名企业进行高品质产品研发的首选光学软件。BRO 公司以强大的 ASAP 软件、全面的客户教育培训和及时细致的技术支持，帮助客户不断提高产品性能，在行业中保持优势地位!