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ASAP 高級光學系統分析軟件

歐美光學行業標準軟件 ASAP（Advanced Systems Analysis Program）軟件是美國 Breault Research Organization(BRO) 公司研發的一款在 3D空間通過非序列光線追跡來模擬光學系統表現度的軟件。多年以來，廣泛應用在照明設計，雜散光分析，背光板設計，偏振光分析等領域。其中尤以出眾精準的照明和雜散光分析能力而聞名，這是 LED照明設計和高精度系統中必不可少的功能。 BRO 公司位于美國亞利桑那州圖森市（Tuscon），在 1979 年由 Dr. Robert P. Breault 創建。BRO 公司有三大業務：ASAP 軟件銷售和技術支持、ASAP 教育培訓和承接工程項目。ASAP 軟件以其強大的功能，為美國政府和全球光學行業做出了巨大的服務。BRO 公司承接眾多美國軍方對戰機、軍艦、戰車的 LED 照明設計和改造項目。ASAP功能之強，可見一斑。 ASAP主要特點功能強大、運算速度快鬼影起源：追跡雜散光的進化史，高端鏡頭系統分析必經之路，各種照明系統高精度分析必備之器！ASAP 成功修復哈勃望遠鏡，雜散光分析非ASAP莫屬！背光源：汽車儀表、手機光源、室內照明、顯示屏幕無所不能！讓您的客戶不再抱怨眼睛疲勞，讓每一個細節都一覽無遺！選擇ASAP，您的光源專家！ LED照明： ASAP 提供精準的 LED 光源，結合為 Lens 添加菲涅耳運算、散射模型，保證模擬結果的準確度。ASAP 在 LED 設計過程中為工程師提供的強大自由度，保記您的每一個想法都不再是紙上談兵！生物醫學：精確模擬光與組織結構交互結果。特有 RSM 模型一真實皮膚模型，采用 Henyey-Greenstein 近似值，Mante CarLo 光線追跡助您分析器官病變! 每一款車燈，每一份設計，每一條光線，盡在您的掌握！SAE ECE和 FMVSS 標準測試，助您順利通過法規！采用 ASAP 縮短研發時間，節約開模費用！您的財富您駕馭！嚴謹精確、可靠精準的模擬結果 ASAP模擬結果實驗室實際結果 ASAP 的燈源模型在幾何形狀和發光度上非常精準，并包括了完整的光譜數據，同時包含了從燈源所得的實際光學和機械的幾何模型。光可被燈源幾何模型反射、拆射或是散射。ASAP 的燈源模型充分地考慮了這些光學的交互作用，而這些光學交互作用在光學系統上可能造成不要的雜散光。嚴謹精確的燈源模型是獲得可靠精準的模擬結果的保證！ ASAP的多核并行計算+遠程分布式處理最新的 ASAP 軟件采用了 CoreMax 技術。可以自動的在電腦上，調動所有核心進行并行計算進程。并可以調用局域網上其他的有安裝ASAP遠程許可證的電腦上，運行所有核心上的并行進程。此外，用戶可以控制每臺機器上訪問的內核數量。這種并行和遠程分布式處理的結合是一種首創，將使 ASAP NextGen 成為最快的光線追跡軟件，超過任何其他光學設計軟件的計算能力。 ASAP基本功能提供幾何光學追跡的算法和物理光學相干高斯光束傳輸算法、BPM算法，因此可以在一個平臺中同時進行幾何光學和物理光學模擬仿真，更可以模擬由于衍射帶來的雜散光。 ASAP建模： ASAP 為用戶提供了多種建模方式選擇。可以讀入在其他 3D 建模軟件里制作的模型（如 CATIA，SolidWorks，Rhino 等）可以實現無縫轉換。操作方式多樣化： ASAP 使用參數化的物理模型來控制光與光學表面發生作用時的表現。用戶可方便地觀察光線進行反射，透射，折射，散射，衍射，雙折射和偏振等現象。使用方便，操作簡單，便于修改。使用 Script 進行編程，是 ASAP 區別于其他軟件的一個重要特點。這種靈活自由的方式，為客戶在模擬仿真工作中提供了極大的自由度，尤其是對于高端用戶如研究所，不會受限于模塊化的界面，確保可以將復雜的光學系統，光學現象進行模擬。 ASAP各種庫：光源庫：用戶可免費使用 ASAP 帶有的精準燈源庫，包括 LED，CCFL 等。用戶可以方便地調用燈源庫內的燈具，也可使用自己擁有的光型文件，在 ASAP里面做成光源。散射模型庫：ASAP 區別于其他軟件的另一大優勢在于強大的散射光學分析能力。系統中光學表面的散射特性會影響照明結果。尤其是對于高端的設計，必須充分考慮光學表面的散射特性。在過去的三十多年中，ASAP 在這方面積累了豐富的經驗。在 ASAP 內建有散射模型庫。用戶可以方便地調用。如果用戶使用的散射模型（如 Diffuser）不在 ASAP 資源庫里，也可用測得的數據在 ASAP 里很容易地建立起該 Diffuser 模型。可以通過預定的散射模型建立各種各樣的實際的散射數據，并可以進行組合。支持從 BSDF 散射測量儀的數據導入。 ASAP優化功能 ASAP 提供目前行業內最先進的優化功能。區別于同類軟件的 Script 編程功能確保用戶可通過編寫 Merit Function 來進行最有效的系統優化。豐富的優化演算法幫助客戶應對不同的設計要求。在 ASAP中，有 3種通用的優化方法：Brent’s Method 、Downhill Simplex 、Simulated Annealing。每一種方法在找尋許多不同成像和照明系統中的最優解中都很有效。 REMOTE 并行運算：支持多臺計算機并行運算的 REMOTE 增強功能。 ASAP 計算 14億條光線所需要的時間，可以看到，通過 REMOTE 功能，增加計算機數量，可以大大縮短運算時間。14億條光線只需要15分鐘。功能列表在 SolidWorks 內建立 ASAP 屬性的 GTX 文件在 SolidWorks 內為物件分層和命名在 Rhinoceros 內建立 ASAP 屬性的 IGES 文件用 ASAP SmartIGES 轉換器來輸入和輸出 IGES 文件用 XML 文件格式來輸入幾何結構和光學屬性支持 Python，VBscript，Jscript 和其他語言內建預定義的 LED，CCFL，白熾燈和 arc 燈源庫拖曳式建立光源、透鏡、玻璃、散射模型和表面特性 600多的例程庫幫您啟動模擬保存、檢查和繼續優化功能，使用 ASAP .osf 文件使用 ASAP Liquid Crystal Cell (LCC) 功能來模擬液晶材料使用 ASAP General Uniaxial Medium(GUM) 功能定義非同軸材料在斯托克頓矢量模式里模擬和追跡偏振光器件模型化諸如 MUELLER 片等可改變偏振光的程度和狀態的器件模型化利用偏振光效應來設計背光顯示板用 BRO Digitizer 輸入光源模型使用增強的 REMOTE 功能進行分布式處理使用 CONFORMAL radiometry 來觀察、分析和監測光分布情況可建立包含大量物件和光源的系統模型化光學和機械系統部件模型化成像系統，照明系統和聚光設備模型化可見光，紫外光和紅外輻射系統模型化表面散射（BRDF）和體散射模型化光纖傳輸和光纖耦合模型化復雜系統的輻射分析模型化偏振光和相干光效應利用高斯光束分解來傳輸和分析波前利用 ASAP BPM 算法來模擬微結構中的光傳播進行雙精度的光線追跡并分析每條光線的信息進行 CIE 顏色分析利用 ASAP 優化功能對光學系統進行優化分析在 ASAP Builde r或 scripts 中進行系統容差分析讀入 CODE V®， OSLO®， SYNOPSYS™ 和 ZEMAX® 生成的文件輸入和輸出 FDTD Solutions™ 的復雜矢量場分布輸入由 Radiant Sources 測得的光源數據支持 SolidWorks 3D 建模引擎 ASAP分析功能輻射學分析、雜散光分析、偏振分析、波動光學分析、散射分析、高斯光束分析、象差分析、CIE 分析、光線分析。照明/非成像光學設計分析： ASAP 提供對照度、光強、亮度等輻射物理量的計算，簡單易用，并有各類圖表用于演示和分析。用戶可以通過它計算任何 CAD 輸出模型表面的輻射性能，不管是平面還是不規則曲面。不規則曲面上的照度分析: 通過在 OBJECT 后面加上BIN命令，ASAP可以計算非平面上的照度。如下所示，ASAP可以計算類圓柱面上的照度分布。 CATIA模塊增加 CATIA 模組后，可從 ASAP 內直接讀入 CATIA V5 的文件。BRO 采用了 CAA V5 的文件結構，因此 CATIA 用戶可以充分信任CATIA模塊提供的無縫轉換！ ELTM模塊 ELTM 模塊為車燈設計者提供了一種可以自動分析是否通過 SAE, FMVSS, ECE 法規的功能。通過簡單有序地操作，設計者可以從ELTM里看到哪些測試點未通過法規以及為何未通過。雜光分析能力： 200多個項目：Infra-Red Astronomy Satellite（IRAS）, SIRTF, ISO, MERIS,Galileo,Cassini,ESA’s—X-Ray Mirror Module Telescope（XMM）。 ASAP 在雜散光分析領域有將近30年的歷史。 2010年6月24-25日，在法國 Toulouse, 由 CNES,EADS/ ASTRIUM, EADS/SODERN and THALES ALENIA SPACE in association with the Centre for Technical Competence（CCT）等部門聯合舉辦的雜散光 Workshop 上，ASAP 被公認為最普遍采用的雜散光分析工具，會議收到的論文中，絕大多數是在 ASAP 的幫助下完成的，無論數量還是質量都超過其他商業雜散光分析工具。一、通過重點采樣可實現快速高效的雜光追跡重點采樣的主要原理是: 在需要關注的物件表面附件定義邊緣實體，然后利用 TOWARDS 命令將散射光線散射至該邊緣實體。從而避免了追跡大量不需要的散射光線。如下圖所示，利用 TOWARDS 命令使光線只向一個環形區域散射: 二、雜光路徑報表輸出系統由三片透鏡組成。光源在軸上。序列追跡時，光線分布如右圖所示。考慮透鏡表面的剩余反射時，追跡后的光線分布如圖a。上述的光線追跡圖實際上由6條路徑組成，每一條路徑的具體情況如表a。可以看到各條路徑的光線數目、光通量、所占的比例、目前所在的位置，傳輸過程中與元件的交叉次數，以及在表面上的反射和散射情況。可以畫出各條路徑具體的傳輸情況，以便找到合理的解決措施。下面畫出第二條路徑的具體情況: 可以看到這條路經在傳輸過程中形成了2個焦點，如果入射光能量較高，這2個焦點附近不得放置光學元件。三、反向追跡查找雜光源頭在分析面上選擇所關心的光斑部分，選擇構成這部分光斑的光線，然后利用 REVERSE 命令將光線反向，并將其作為光源反向追跡至其初始位置，從而獲得雜散光源頭的信息。四、雜散光分析能力 ASAP 具備在儀器加工之前就通過虛擬的模型分析模擬所有這些雜散光現象的能力，并可以提供給光學工程師必需的工具來分析以及修正雜散光問題。用戶能夠在 ASAP 里建模復雜的光機系統，這些系統的零件都具有用雙向散射分布函數（BSDF）所描述的精確地反射和散射光學特性。ASAP 采用精妙的模擬技術，如“重點采樣”方法，來有效地建模隨機散射問題。ASAP 讓用戶可以從數值和圖表兩方面去評估光學系統的散射路徑并發現和修正雜散光問題。盡管如此，擁有一套功能強大，快速和精準的仿真工具只是成功的雜散光分析的一部分。除了 ASAP 精湛的雜散光分析能力外，BRO 公司提供極具針對性的雜散光課程、鬼像分析課程和波動光學課程來讓用戶掌握雜光分析科學。BRO 的課程確保學員能夠有效地分析和解決他遇到的困難的雜散光問題。 --提供 ASAP BSDF Fitting Utility 工具，進行散射模型建模 -- ASAP 提供 Lambertian, Harvey, Polynomial 等多種散射模型，可以對不同的光學表面特性進行精確模擬 --對光譜儀、激光系統、日冕觀測儀和其他各種光學儀器進行雜散光分析 --提供相干光源，相干光被經常用來分析雜散光。ASAP 可以模擬相干光源，對其的傳播和最終分布進行精確地光場幅度和相位分布計算，精確處理衍射等現象 --使用 DECOMPOSE DIRECTION和DECOMPOSE POSITION 來對光束進行分解，分析微小面型 --對成像系統、二極管激光器、干涉儀、光柵系統、光學標準具等進行分析 --依照雜散光分析流程，幫助光學工程師尋找雜散光的來源 -- 進行基本的輻射學和輻射物理量計算 --合理使用光闌(Stop)和光瞳(Pupil)來進行雜散光分析 --加入基本的隔板和擋光板來進行雜散光分析 --利用 PATHS 功能，可以對光線路徑進行分類，篩選定位出雜光的位置。 --進行鬼像和雜散光計算，從鬼像中減少雜散光 --評估雜散光分析的準確度 --計算來自物件邊緣的雜散光 --分析來自各向異性表面的散射光 --計算紅外系統的雜散光 --計算鬼像輻射照度 --提供 ASAP Scatter 命令和應用 --計算來自于被污染的鏡面或透鏡的散射光 --提供偏振光源五、雜散光及鬼像分析實例物理光學分析功能： ASAP 采用為高斯光束迭加的方法。任何復合場都可以使用高斯光束迭加表示，并且這種現象是使用 ASAP 研究波動現象的基礎。 ASAP 中包含兩種波動光學傳播。使用時間很長的一種方法是高斯光束傳播，一種方法是光束傳播法(BPM)。BPM 用于處理傳統高斯光束法不能很好處理的微觀結構。偏正分析——偏振相關元件包括： 1、由瓊斯矩陣模擬理想光學元件，包括:垂直線偏器、水平線偏器、±45°線偏器、1/4波片、1/2片、右旋圓振光偏器以及左旋圓振光偏器; 2、利用 MEDIA CRYSTAL 命令模擬單軸雙折射晶體; 3、利用 MULLER 命令模擬不同透反系數的偏振相關元件; 4、利用 RPM 命令模擬真實的偏器; 5、利用 RRM 命令模擬真實的延遲器; 6、利用 GUM 命令模擬一般的單軸介質; 7、利用 LCC 命令模擬液晶元件; 8、利用 CPE 命令模擬級聯的偏振相關元件 ASAP BIO 將生物系統中光學現象的模擬能力推進到一個嶄新的水平 ASAP BIO 具有與許多其它模擬生物系統中光傳播和散射的工具通過CAD 文件進行數據交換的能力。生物系統包括使用 CT 或者 MRI 掃描獲得的表面，通常涵蓋了成千上萬個物件。CAD 互通性和先進的光線追跡能力使得 ASAP BIO 能夠輸入、分析并且能夠對這些結構進行精細解析。生物光學——高精度地模擬光與細胞的相互作用模擬光在生物組織系統內傳播和散射。是唯一能夠模擬自定義波長的光與生物組織在人體皮膚內發生作用的軟件。也是唯一能夠精確模擬單眼和雙眼系統的軟件。應用領域客戶分布經過近30年的發展，ASAP 軟件已被業界所認可，客戶遍布全球40多個國家。客戶中既有位于世界500強的大公司，也有正處于創業階段，蓬勃發展的中小企業。國際上比較知名的客戶有： GE，Sony, Ford，Kodak, Xerox, Stanley, Olympus, Philips，General Motors，Allied Signal，IBM，Samsung...... 國內比較知名的部分客戶有：國防科大、國家天文臺、西安光機所、瑞聲科技、大疆科技、長春光機所、上海光機所、成都光電所、上海航天802、中航工業613、浙江大學、復旦大學、香港理工大學、暨南大學、五邑大學、華南理工大學、天津工業大學、上海小系車燈、華中科技大學、中北大學、鄭州大學、AL-Lighting, Philips 等。 ASAP 已經成為國際知名企業進行高品質產品研發的首選光學軟件。BRO 公司以強大的 ASAP 軟件、全面的客戶教育培訓和及時細致的技術支持，幫助客戶不斷提高產品性能，在行業中保持優勢地位!

武漢墨光科技有限公司 2022-10-19

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