ASAP在杂散光中的应用

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光学合成孔径成像系统的杂散光分析与抑制

ＤＯＩ：１０．１６１８５／ｊ．ｊｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．２０２１．０４．００８ｈｔｔｐ：／／ｘｂ．ｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ光学合成孔径成像系统的杂散光分析与抑制陈　靖，田爱玲（西安工业大学光电工程学院，西安７１００２１）摘　要：　为了提高光学合成孔径成像系统的成像质量，减小杂散光对成像系统的影响，文中结合杂散光辐照度计算结果和相机参数对光学合成孔径系统进行了杂散光分析。

在杂散光分析软件ＴｒａｃｅＰｒｏ中建立了系统的光机模型，对系统进行杂散光追迹，分析了杂散辐射主要来源。

仿真分析结果表明：设计的遮光罩，采用设置光阑、消杂光螺纹和发黑、涂消光漆等杂散光抑制措施，在光学系统太阳光与光学系统光轴夹角大于１°时，点源透过率均≤１０－４，达到了杂散光抑制的要求，验证了文中杂散光抑制方法的有效性。

关键词：　光学合成孔径；杂散光分析；光线追迹；点源透过率中图号：　Ｏ４３９文献标志码：　Ａ文章编号：　１６７３９９６５（２０２１）０４０４３２０６犃狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犛狌狆狆狉犲狊狊犻狅狀狅犳犛狋狉犪狔犔犻犵犺狋犻狀犪狀犗狆狋犻犮犪犾犛狔狀狋犺犲狋犻犮犃狆犲狉狋狌狉犲犐犿犪犵犻狀犵犛狔狊狋犲犿犆犎犈犖犑犻狀犵，犜犐犃犖犃犻犾犻狀犵（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：　Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆａｎｏｐｔｉｃａｌｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｔｒａｙｌｉｇｈｔｏｎｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｒａｙｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｍａｄｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｔｒａｙｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｎｃｅａｎｄｔｈｅｃａｍｅｒａｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＡｎｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎＴｒａｃｅＰｒｏ，ａｓｔｒａｙｌｉｇｈｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｏｔｒａｃｅｓｔｒａｙｌｉｇｈｔａｎｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍａｉｎｓｏｕｒｃｅｓｏｆｓｔｒａｙｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ，ａｓｈｉｅｌｄｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｏｔｈｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｓｕｃｈａｓｓｅｔｔｉｎｇａｐｅｒｔｕｒｅｓａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｓｔｒａｙｌｉｇｈｔｓｃｒｅｗｓ，ｂｌａｃｋｅｎｉｎｇ，ａｎｄａｐｐｌｙｉｎｇｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎｐａｉｎｔ，ｗｅｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｓｔｒａｙｌｉｇｈｔ．Ｗｈｅｎｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｎｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｃａｌａｘｉｓｗａｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ１°，ｔｈｅｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎｏｒｅｑｕａｌｔｏ１０－４，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｓｔｒａｙ?ｌｉｇｈｔｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：　ｏｐｔｉｃａｌｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｓｔｒａｙｌｉｇｈｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｒａｙｔｒａｃｅ；ｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（ＰＳＴ）第４１卷第４期２０２１年８月西　安　工　业　大　学　学　报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４１Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０２１收稿日期：２０２１０６２８基金资助：陆军装备预研项目（３０１１０２２２××××）；西安市智能探视感知重点实验室项目（２０１８０５０６１ＺＤ１２ＣＧ４５）。

ASAP 高级光学系统分析软件简介

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。

ASAP简介

ASAP 定义ASAP®(Advanced System Analysis Program)在光学设计软件界，是一个已经经过时间证实且成为工业界标准的光学设计软件。

ASAP提供给光学系统工程设计师无与匹敌的设计能力、广泛的应用性、快速的光追踪速度和准确度。

ASAP 精确地仿真在汽车车灯光学系统、生物光学系统、相干光学系统、屏幕展示系统、光学成像系统、光导管系统、照明系统及医学仪器设计上的真实世界实际表现预测。

设计能力ASAP经过了超过20年的持续发展，和其它光学设计软件相比，是一个可以仿真更多光学系统上更广泛的真实物理现象。

ASAP 是一个联结了几何光学和物理光学的全方位3D 光学及机械系统的模型建立软件。

ASAP 内建的绘图工具功能让所有的几何模型、光线追迹的细节和模拟结果的分析都充分可视化。

ASAP 几乎可以处理所有的光学仿真分析，包括了散射效应、衍射效应、反射效应、折射效应、光吸收效应、偏极光效应和高斯光速传导之模拟分析。

广泛的应用性ASAP 现在可和很多的CAD 软件兼容操作应用。

现在有以API 为基础的插入接口可与SolidWorks® 兼容、有以 CAA V5 的插入接口可与CATIA® 兼容、有一个ASAP 特定的IGES轮廓接口和Rhinoceros® 兼容，也有能够输入其它CAD 软件的 IGES 的档案能力，这些功能对于准确和百分之百完整的几何模型转换进入ASAP系统，提供了大量的选择性。

ASAP 还可以从来自 Lumerical公司的有限差分时域语言FDTD Solutions™，输入 (和输出) 光量场分布。

由ASAP 和有限差分时域语言FDTD Solutions 结合一起，还可以用一种智能型的方式来处理宏光学系统和微量结构光学。

没有其它的软件组合可以跨越此一大光学上的鸿沟。

运算速度运算速度最佳化的ASAP 非续列光线追迹引擎是现有最快速的运算引擎，而且没有像其它的软件为了加快运算速度而用准确度折衷性的对象表面的近似值来作光线追迹运算。

星敏感器杂散光分析与抑制

摘要摘要在航空航天领域，用于确定飞行器姿态的星敏感器得到广泛的应用。

由于复杂的太空光环境导致进入星敏感器的杂散光较为复杂，杂散光的抑制水平决定了星敏感器的定姿精度。

杂散光对于暗弱目标的探测影响很大，到达探测器表面的杂散光会降低像面对比度，增加背景噪声，严重时使探测目标信号被湮没。

基于以上背景，在查阅大量文献的基础上，本文分析了复杂太空光环境的来源和路径，确定了杂散光分析的步骤，介绍了影响杂散光路径的散射模型并提出了杂散光抑制水平的评价函数。

在阅读大量文献后，开展了以下几个方面的研究工作：1）运用不同类型的遮光罩和挡光环设计原理，确定不同位置挡光环的分布。

利用MATLAB软件将遮光罩和挡光环设计程序化，根据设计要求快速得到相关参数并导入ASAP软件中建模。

利用消光比和点源透射率两种评价方式，对系统中三种不同类型的遮光罩进行分析，绘出消光比和点源透射率关于光线离轴角的变化曲线，为遮光罩的设计提供理论分析依据。

利用遮光罩程序设计一种新型遮光罩，设计参数与系统内的遮光罩参数相同，对比两种遮光罩的消光比和点源透射率，得出新型遮光罩优于原遮光罩的结论。

2）采用蒙特卡罗法和重点区域采样法仿真分析。

利用散射特性测量仪器对结构的散射特性进行实测并建立多项式散射模型，散射模型建立的准确与否严重影响杂散光仿真分析的准确性。

讨论了透镜散射模型的建立和结构件散射模型方程的选择。

利用ASAP软件对工作波段为可见光的简单星敏感器系统和复杂星敏感器系统进行杂散光分析，在验证建模准确、散射模型准确、重点区域选择准确等前提下仿真得到不同光线离轴角下点源透射率的数值，与设计要求进行对比。

3）利用基于双柱罐的点源透射率测试方法，这是一种国外测量点源透射率较为普遍的测试方法。

介绍了点源透射率测试的设备、方法和测试步骤。

对可见光简单星敏感器光学系统的点源透射率实测，得出点源透射率的实测数据并绘制曲线与仿真分析数值对比，分析误差。

通过对比后，利用验证分析的评价指标，仿真值与分析值相互验证，实测表明仿真分析的正确性。

物理实验技术中的杂散光抑制技巧

物理实验技术中的杂散光抑制技巧在物理实验中，杂散光是一个常见的干扰源，它会对实验结果的准确性产生不利影响。

为了保证实验结果的可靠性，科学家们发展了许多抑制杂散光的技巧。

本文将介绍一些常用的物理实验技术中的杂散光抑制技巧。

首先，我们先来了解一下杂散光的来源。

杂散光主要包括背景光、散射光和漏光。

背景光是由于实验环境的不完全屏蔽而引入的光线，它可能来自室外自然光、室内灯光等。

散射光是由于光在实验装置内的各种界面上发生反射、折射和散射而产生的干扰光，例如光束经过透镜、反射镜等光学元件时产生的散射。

漏光是指本不应出现在特定区域的光线，但由于装置本身不完美或者实验操作不当而产生的干扰光。

接下来，我们将介绍一些常用的抑制杂散光的技巧。

第一，使用光学滤波器。

光学滤波器是一种将特定波长或一定范围内的光线滤除的装置。

通过在光路中加入适当的滤光片，可以选择性地去除掉背景光中的特定波长成分。

例如，在荧光实验中，可以使用荧光滤波器屏蔽掉背景光，使得只有来自荧光物质本身的光被探测器接收到。

第二，优化实验装置。

一个好的实验装置应该具备良好的光学特性，同时合理设计光路，避免无谓的光路折射和散射。

例如，在干涉实验中，为了减小散射光的影响，可以采用非反射涂层的光学元件，减少光线在界面上的反射。

另外，合理的光路设计可以避免漏光现象的发生，例如在显微镜实验中，应尽量将光线集中到观察目标上，减少漏光到背景的可能性。

第三，使用干扰光检测器。

干扰光检测器是专门用来检测和分析杂散光的仪器。

它通过接收和记录杂散光的特性，如强度、波长等，以便分析和抑制杂散光的来源。

通过使用干扰光检测器，科学家们可以更好地了解杂散光的特性，并采取相应的抑制措施。

第四，进行信号处理。

对于某些实验中无法完全消除的杂散光，可以采用信号处理技术来抑制其干扰。

例如，在光学成像实验中，可以利用数字图像处理技术，通过滤波、背景减除等方法来消除背景噪声和散射光的影响，提高图像的质量和对比度。

FRED 在杂散光分析中的应用

FRED在雜散光分析中的應用雜散光問題出現在幾乎所有的光機系統或者照明系統中。

通過遮擋或者移除零件、表面塗漆以及在光學器件進行鍍膜都可以減少或者消除雜散光。

在本文中，我們會對雜散光做出定義並且說明怎樣利用FRED 來分析和減少雜散光問題。

1、什麼是雜散光？簡單來說，雜散光就是不需要的噪音(光)，它是由光機結構、視場外光源或者不完善的光學零件產生的，或者由光學或者照明系統自身的熱輻射引起的。

FRED 善於發現這些不需要的噪音，它將運用它的虛擬樣機研究分析能力來幫助我們消除它。

在成像系統中，雜散光的成因有很多，具體如下：鬼像它之所以叫鬼像正是因為像面離焦或者是由明亮的光源成鬼影一樣的像。

鬼像是由透鏡表面的反射引起的。

光必須從透鏡表面反射偶數次才會形成鬼像。

有兩次反射鬼像，四次反射鬼像等等。

僅一個鏡面（比如卡塞格林望遠鏡）構成的光學系統是不會形成鬼像的。

如果陽光在拍攝視場內或附近時，鬼像就會出現在影像中。

汽車的頭燈或者街燈也會在夜間攝影時造成雜散光。

如果光亮源很小，各個鬼像會形成光學系統的孔徑光闌的形態。

在下圖1中呈現的就是一個很好的鬼像例子，其中一個雙膠合透鏡有著完美鍍膜的透鏡而另外一個光學系統的透鏡則沒有鍍任何膜。

追跡由一點發出的21*21的柵格光線以覆蓋系統的第一片透鏡。

直接入射在諸如卡塞格林式系統中，當中心遮攔太大並且／或者望遠鏡鏡筒太短的時候，直接入射就會發生。

視場以外的光線能夠進入望遠鏡，直接越過次鏡，穿越主鏡的開孔，從而以雜散光的形式直接打到焦平面上。

如下圖2所示的那種望遠鏡系統，假如陽光可以直接進入的話，那這種雜散光危害是非常大的，對系統來說簡直就是一場災難。

圖1—兩個雙膠合透鏡，上面的雙膠合透鏡，在它的各個透鏡上都鍍有理想的增透膜。

下面的雙膠合透鏡由於其透鏡沒有鍍膜，各個光學表面有菲涅爾損耗從而產生鬼像。

我們已經改變了在各個表面的光線追跡控制，因此從這個表面反射的由於菲涅爾損耗而出現的光線變成了藍色。

ASAP杂散分析说明

格点光源在Z=-23.226平面上的位置
格点光源在空间内的矢量图
追迹光束
在这里我们主要探究的是ASAP在杂散光分析方面上的功能，因此，在光线追迹之前，需要对系统的低通量阈值，以及光线的分裂代数提前进行设定。
对于既有透射又有反射的光学系统ASAP不可能对光线一直进行追迹，因此，我们需要对低光通量进行设置。Halt命令控制相对光通量的最低限值（系统内定为1X10^-6）。Split设置光线所允许的分裂代数。为了能够更加清楚的观察ASAP光线的追迹，我们这里设置光源为1X3 共3条。分裂代数为2。
图中第一行是几何物件的定义（位置，孔径，曲率，离轴，倾斜）。第二行定义集合物件的光学性质，这里定义它的分界面为1%的反射99%透射，分界面两侧介质为Air和PK2。建立的几何模型如右图所示：
产生光源
光源的产生大致分三步： 1.光线的起始位置 2.光线的起始方向 3.光线的光通量
Grid定义光源为半径为2.5的圆形格子光源。 Source定义光线的方向为平行于X轴的平行光。 Flux定义了光线的光通量。
模型的建立
首先进入ASAP Builder界面。如右图所示。
然后开始建模 1.定义系统设定值，如单位，波长等
2.定义光学材料及镀层。折射率，反射透射系数等。
PK2,SF2为两种玻璃材料， Pabsorb为完全吸收，所以设定反射率投射率均为0, Ptransmit 为完全投射，Ttransmit为1%的反射以及99%的投射，Tblack 为1%的反射99%的吸收。 3 为每一个物件定义几何形状 4 给定每个物件的光学性质
镜筒反射杂光分析
光线追迹操作界面
光线追迹二维图示ห้องสมุดไป่ตู้

ASAP简介

ASAP简介一、光学系统分析软件ASAPASAP™全称为Advanced System Analysis Program，即高级系统分析程序。

ASAP是由美国Breault Research Organization. Inc (BRO)公司开发的高级光学系统分析模拟软件。

经过近三十年的发展，ASAP光学软件在照明系统、汽车车灯光学系统、生物光学系统、相干光学系统、屏幕展示系统、光学成像系统、光导管系统及医学仪器设计等诸多领域都得到了行业的认可和信赖。

ASAP ™在光学设计软件界，是一个已经经过时间证实且成为工业界标准的光学设计软件。

ASAP提供给光学系统工程设计师无与匹敌的设计能力、广泛的应用性、快速的光追踪速度和准确度。

ASAP精确地预测在汽车车灯光学系统、生物光学系统、相干光学系统、屏幕展示系统、光学成像系统、光导管系统、照明系统及医学仪器设计中的全真表现。

ASAP是现有最精巧熟练的光学应用软件程序，有必须的功能可以解决最难办的光学设计和分析问题。

可模型化每一个从简单的反光镜、镜片到复杂的成像和聚光的仪器系统，并考虑了相干光学效应。

可利用灯源影像、点光源、平行光源和扇形光创造高准确的的光源模型，或是模型化完整的光源几何模型和其结合的光学特性来仿真白热灯炮、(LEDs) 、冷阴极荧光灯(CCFLs)，和高强度的放电弧形灯炮。

在ASAP 的核心是非续列光线追迹引擎，此非续列光线追迹引擎以它的效率和准确度闻名整个光学软件界。

它可以将光线以任何次序或是次数投射在表面，而且光分裂会自动发生。

ASAP的每一个功能可以在一般桌上型记算机上快速的最佳化运用。

你可以在几分锺内透过简单的系统追踪数百万的光线。

可以向前、向后、连续地或是阶段性地追踪光线。

ASAP 基本上是一种具有弹性及效率之光学系统模型化的工具，它可以利用蒙地卡罗光线追迹的技术做光-机结构间的仿真，它可以不必假设系统之对称性，做单轴、全域、三维坐标的模拟。

荧光检测器杂散光抑制研究

荧光检测器杂散光抑制研究
金玉希;黄梅珍;吴平;王尧;黄鹏飞
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2011(45)11
【摘要】以液相色谱荧光检测器中的单色器为研究对象,分析了单色器杂散光的主要来源;通过ASAP软件建模,对单色器中杂散光的分布进行了模拟,提出了抑制杂散光的几种结构设计,包括光阑、叶片和挡板,研究比较了它们对杂散光的抑制效果;在单色器中同时加上这3种结构后,杂散光抑制比到达了80%以上.通过实验对模拟结果进行了验证,实验结果与模拟结果基本吻合.
【总页数】5页(P1602-1606)
【关键词】荧光检测器;单色器;杂散光;叶片结构
【作者】金玉希;黄梅珍;吴平;王尧;黄鹏飞
【作者单位】上海交通大学物理系光科学与工程研究中心;上海交通大学电子信息与电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH741
【相关文献】
1.“高分四号”卫星相机杂散光分析与抑制技术研究 [J], 石栋梁;肖琴;练敏隆
2.基于杂散光抑制要求的光学表面粗糙度控制方法研究 [J], 宋延松;杨建峰;李福;马小龙;王红
3.风云二号辐射计百叶窗式遮光罩杂散光抑制研究 [J], 李欣耀;陈福春;陈桂林
4.小型化全景系统的杂散光分析与抑制方法研究 [J], 李禹衡; 刘智颖; 黄蕴涵; 王旭
5.激光通信终端光学系统杂散光抑制技术研究 [J], 赵迎;接长伟
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光学仿真软件

光学仿真软件光学设计软件被工程师和科学家用来完成各种各样的工作包括照度计算、激光束传播、杂散光分析和任意的光学设计。

这种软件能够进行精确快速的虚拟原型设计它可以在产品制造之前对其进行光学性能的预测和分析。

它经常被用来设计涉及到很多领域的光学系统如镜片和平面镜组合的各种产品包括摄影器材医学仪器航空航天系统。

“这些对于光学设计者来说是一个令人兴奋地时代” Breault 研究机构的科学软件应用主管Kyle Ferrio说“由于光学性能的发展工业需要精密的光学设计软件设计出虚拟原型和制造业综合。

” Ferrio解释到光学设计者对社会做重要贡献有着悠久的历史但目前他们正将光学设计在各个领域推向革新时代比如安全娱乐和绿色能源。

光学设计软件是通过将一个设计中所用到的所有的光学器件的形状、位置和材料用数学描写工作的。

典型的光学设计软件包括三个过程数值输入评估优化。

数值输入是正式描述质疑设计的过程经常会用到网上的镜片库。

评估阶段是决定光学系统的性能水平在哪个点。

优化—光学设计软件的焦点—重新设计并改进光学系统的结构以达到理想的规格。

光学设计软件的设计方法可以主要分为以下三类连续光线追踪不连续光线追踪和FDTD时域有限差分法模拟。

连续光线追踪用来模拟光学系统的几何的组件定义目标物的光学性能用定向光线近似光源然后通过系统模型预言在真实世界中这些方向传播的光线的行为。

连续光线追踪法中光学系统在某个时间点被分割为一个元件且光是按照之前规定好的顺序从一个面到另外一个面的。

与光线连续追踪法不同不连续光线追踪法允许光线与面之间随意的多接触这可以通过一个自动光线分裂过程实现。

由于不连续光线追踪法允许光线散射和光线与系统组件自然的相互作用这种方法可以让科学家比用连续光线追踪法更精确地预测光学系统在真实世界的行为。

光学设计软件的第三种方法—FDTD模拟—当系统的光学特征因光波长的缩放而收缩时提供精确度增加的需要。

FDTD模拟通过微米和纳米级结构传播电磁场工作的用来预测微光学系统行为。

ASAP物理光学与杂散光分析 - 20140708

将照片变成光源来进行成像系统评估
Light Source Model from CCD camera (.bmp file imported into ASAP)
ASAP Optical System Model
2015/3/2
Copyright © Wuhan Asdoptics Science And Technology Co.,Ltd
2015/3/2 Copyright © Wuhan Asdoptics Science And Technology Co.,Ltd slide 2
经历
• He received a B.S. in mathematics from Yale University, and M.S. and Ph.D. in optical sciences from the University of Arizona under Dr. Roland Shack. • APART™ 传承下来的。 ASAP 当年不少软件中，唯一
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赋予导入模型的光学属性（材料和膜层）
散射和菲涅耳公式光线分裂
2015/3/2
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查看3D图形
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2015/3/2
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支持导入CAD文件

光学系统杂散光分析

近日，完成了成像和非成像方面完整的杂散光实例分析，并总结如下。

下文仅是一家之言，仅供大家参考。

谢绝转载。

杂散光（Stray light）是光学系统中不受欢迎的光线。

成像系统和非成像系统都存在杂散光问题，甚至人眼都有这个问题。

杂散光主要表现形式有：鬼像（Ghost）：由光学表面的多次反射光形成。

散射光线。

来源自光学元件，机械表面（主要来源）：镜头外壳，固定支架，遮光罩，拦光挡片等。

遮光罩使用不当出现的漏光。

杂散光的其它来源：衍射：由遮光罩边缘引起的衍射；另外，由于衍射元件通常只处理一阶衍射，其余阶就成为杂散光的来源了。

Lyout光栏是天文望远镜中消除衍射效应的典型器件。

热效应：探测器因环境因素，或机械结构和系统硬件引起的热效应而产生杂散信号。

杂光（Veiling Glare）是到达成像系统传感器的杂散光，会导致成像系统性能的衰减。

杂光主要有两种成分：散射光和鬼像。

一次反射鬼像影响最大的是高功率激光系统，二次反射鬼像主要影响成像系统和红外系统。

鬼像又分鬼像焦点像（ghost focus images）和鬼像光瞳像（Ghost pupil images）。

前者是由物面形成的，后者由光瞳形成的。

由于光瞳是系统全视场能量积分处，所以其影响可能也会很大。

对于高功率激光系统而言，除了要避免成像光路形成的内焦点，还要避免鬼像光路形成的鬼像内焦点。

鬼像分析可分为轴上点近轴光路分析和照明方式的分析。

前者就是用成像软件进行鬼像光路分析完成。

照明方式分析，实际就是采用商用照明软件所使用的“二叉树”（分裂光线）方法完成。

一般而言，应用成像软件进行鬼像光路分析，还可以优化光学系统结构，比如：ZEMAX、CODE V；照明可以完成杂光系数分析，当然，有一些照明软件也可以优化机械结构，比如LT、ASAP。

几种消杂光的办法如下：1、更改光学类型，优化系统结构，或优化机械结构2、增加消杂光光栏3、用螺纹消杂光4、对镜筒内壁采用无光发黑氧化，或者喷无光漆，或贴消光绒毛。

基于ASAP的散射光双光束干涉仿真.

《物理光学》课程基于ASAP的散射光双光束干涉仿真Two-beam-interference——diverging beams组长姓名：李钟炜学号：U201314394专业班级：光电1312小组成员：李修哲张洋洋安昊胡琦黄海章完成日期：2015.12.5摘要光的干涉是物理光学中最重要的现象之一。

本文分析了MIT实验视频中的光学原理，提炼了其物理模型。

视频利用迈克尔逊干涉仪进行分振幅产生两相干光，在接收屏上观察到等倾圆纹。

本文记录了利用强大的光学设计软件ASAP 对该物理模型进行仿真的过程。

关键词：光的干涉，迈克尔逊干涉仪，ASAP一、实验目的与光学原理【实验目的】1.观看MIT实验视频并了解其中物理光学内容2.认识迈克尔孙干涉仪的结构及了解其干涉原理3.学习ASAP软件的使用及相关程序的编写4.利用ASAP软件仿真迈克耳孙干涉仪并观察干涉现象5.将系统仿真结果与理论干涉结果进行比较【光学原理】迈克耳孙干涉仪是应用光的干涉原理，测量长度或长度变化的精密的光学仪器，其光路图如图。

从氦氖激光器发出的单色光s，经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束，该光束射到与光束成45˚倾斜的分光板G1上，G1的后表面镀有铝或银的半反射膜，光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)和(2)。

这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1和M2上，经两平面镜反射至G1后汇合在一起。

仔细调节M1和M2，就可以在E处观察到干涉条纹。

G2为补偿板，其材料和厚度与G1相同，用以补偿光束(2)的光程，使光束(2)与光束(1)在玻璃中走过的光程大致相等。

1、等倾干涉条纹等倾干涉条纹是迈克耳孙干涉仪所能产生的一种重要的干涉图样,如图所示。

当M 1和M 2垂直时，像M '2是M 2对半反射膜的虚象，其位置在M 1附近。

当所用光源为单色扩展光源时，我们在E 处观察到的干涉条纹可以看作实反射镜M 1和虚反射镜M '2所反射的光叠加而成的。

第14章-透镜实体

l第 14 章透镜实体LENS ENTITIESASAP 支持三种实体形态。

我们已经介绍了曲面为基础及边缘为基础之实体，我们现在将讨论第三种实体形态︰透镜。

虽然我们以前做过模型化透镜，我们总是使用optical 命令（在Builder 中从System＞ Geometry＞Surfaces＞Spherical）。

透镜实体会是一个较好的选择吗？不，不一定是。

透镜实体有一些特殊性质，同时也有一些特殊的限制。

名称就有一些会令人误解。

这一类的实体被称为“透镜”，因为实体的本性及其参数化非常类似于在透镜设计程序中所使用的。

ASAP的透镜实体包含透镜，反射镜，开口窗，棱镜甚至望远镜等模型化。

在下面这节中，我们将解释这些组件所共有的特性，及它们如何被视为差异当被模型化为透镜实体，而不是表面或边缘实体时。

透镜实体是什么？What is a Lens Entity?在ASAP 中，一个透镜为基础的实体是一序列折射或反射的二次圆锥曲面（图14.1）。

这整个的顺序被视为单一对象处理。

光线必须依序进入第一或者最后圆锥曲面，同时必须从最后一曲面或第一曲面出去，光线传播依顺序通过介于其间的圆锥曲面。

假如光线无法与下一个圆锥曲面接触到，光线将会停止。

图14.1一个ASAP 透镜实体是一序列的圆锥曲面。

这序列被视为单一的对象来处理。

如图所示，光线自左向右，或自右向左进行，但它们必须碰到序列中每一个圆锥曲面。

这个序列的行为很清楚的是违反ASAP 原则。

由于这点，所有我们的对象都被当作独立的对象，及光线以完全无限制之方式穿越系统。

为什么我们要定义一个实体entity，却打破精确光线追迹的基本原则？这里有几个理由︰• 如同我们在第一章中所提示的，序列式的光线追迹较快。

这九个透镜（十八个圆锥曲面）显示在图14.1，一个透镜序列模式的光线追迹将比十八个optical 曲面及九个tube 管状边缘快五倍。

• 透镜实体将比较容易以古典光学参数定义，例如焦距，厚度，弯曲因子，放大率，及视场角等。

ASAP杂散光分析材料

ASAP杂散光分析材料_文档视界Stray light calculation methods with optical ray trace softwareGary L. PetersonBreault Research Organization6400 East Grant Road, Suite 350, Tucson, Arizona 85715 Copyright 1999, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). This paper will be published in the proceedings from the July 1999 SPIE Annual Conference held in Denver, Colorado, and is made available as a preprint with permission of SPIE. Single print or electronic copies for personal use only are allowed. Systematic or multiple reproduction, or distribution to multiple locations through an electronic listserver or other electronic means, or duplication of any material in this paper for a fee or for commercial purposes is prohibited. By choosing to view or print this document, you agree to all the provisions of the copyright law protecting it.ABSTRACTFaster, better, and cheaper computers make it seem as if any optical calculation can be performed. However, in most cases brute force stray light calculations are still impossible.This paper discusses why this is so, and why it is unlikely to change in the near future. Standard software techniques for solving this problem are then presented, along with a discussion of how old techniques are used to take advantage of the new features that are available in the latest generation of optical analysis software.Keywords: Stray light, scatter, optical analysis software, ray trace software1. INTRODUCTIONStray light calculations are done to find out how unwanted light propagates to a detector or focal plane and to determine if its irradiance is large enough to cause a problem. Faster, larger, and cheaper computers, as well as the advent of commercial optical analysis software have made these calculations faster and easier to perform. However, brute-force stray light calculations are still impossible. Fortunately, optical analysis software and standard stray light analysis techniques can be combined to simplify and automate identification of stray light paths. Importance sampling is then used to perform quantitative stray light calculations in a reasonable time.2. BRUTE-FORCE STRAY LIGHT CALCULATIONSOne way of performing a stray light calculation is to do a direct computer simulation of the way light propagates through an optical system. This direct, or brute-force simulation consists of1. constructing a computer model of the baffles, vanes, housings, struts, lenses, and mirrors of an optical system, and2. tracing lots of rays through the system, allowing them to scatter, reflect and generally rattle around inside until some of them make it to the detector.This approach has several attractive features:1. It requires minimal labor on the part of the stray light analyst. Labor is expensive. Computers are cheap, large, and fast. So this seems to be a good allocation of resource.2. It is a good simulation of the real world. Light really does scatter and reflect in all possible directions until a small fraction of it actually makes it to the detector.3. It requires little knowledge of optics. The computer performs all of the imaging, propagation, and scatter calculations, so personnel without formal training in optics can be employed in the task.4. It is unbiased. No preconceived ideas about what are the most important paths, or how light should propagate within thesystem are imposed on the calculation. The computer simply performs a random real-world simulation of how light actually propagates.There is only one problem with this method: it doesn't work! To see why, consider a stray light analysis of a simple Cassegrain telescope that is illustrated in Figure (1). As shown in the figure, it is usually necessary to model stray light paths that have as many as two bounces, or scatters, from the source to the detector. How much time is needed to perform such a calculation? To find out, assume an initial sampling of the entrance aperture with a 1000 ×1000 grid of rays. Furthermore, assume each time a ray hits a surface that enough scattered rays are generated to sample the hemisphere above that surface with a density of one ray for each square degree. How many rays are needed and how long will it take to trace them? There are one million initial rays, and there a 20,600 square degrees in a hemisphere. So when each of the one million initial rays strikes a surface it generates 20,600 rays. Furthermore, since we want include as many as two scatters, each scattered ray generates 20,600 additional rays when it strikes a surface. Therefore, an estimate for the total number of rays required to perform this calculation is1 million × (20,600)2 = 4 × 1014 rays,or 400 million million. A the present time, a typical ray trace speed through a complex system on a Pentium TM class computer is 1 million rays per hour. Dividing the number of rays by this rate gives a total ray trace time of 4 × 108 hours, or 46,000 years! And that is for only one source located at a single position or direction. Clearly, the brute-force approach is not a practical method.Figure 1: Example of two scatters inside a Cassegrain telescope.3. SYSTEMATIC STRAY LIGHT CALCULATIONSIn practice, the time required for a stray light calculation is greatly reduced by abandoning the brute-force approach and applying two tools: 1. systematic identification of stray light paths, and 2.importance sampling (or directed scatter). Both of these tools have been used in the stray light community for over twenty years, but modern computers and software allow even novice stray light analysts to apply them reliably.1Systematic identification of stray light paths starts atthe detector to identify the critical objects. A critical object is any object or surface that is seen from the detector, including objects that are seen as images in mirrors and lenses. Critical objects are important in stray light analysis because 100% of the stray light comes from these objects. If the detector cannot see an object, then no stray light comes from it.Critical objects are identified by tracing rays backward from the detector. This is illustrated in Figure (2). Any object or surface that is intersected by a ray is a critical object. The figure shows an in-plane ray trace (for clarity), but in practice a full three-dimensional ray trace is done to obtain a complete list of critical objects. Furthermore, an actual ray trace should include a series of point sources across the detector, or rays should be randomly distributed within the detector area and within the hemisphere above the detector. After the ray trace, a list of all of the objects intersected by rays is made for later reference.Note that using a computer to find critical objects preserves some of the advantages of the brute-force approach. It is unbiased. Given an accurate and complete model of thesystem and a dense collection of rays on the detector, the computer will find all objects that are visible from the detector without regard to the analyst's preconceptions about what should or should not be seen. The calculation can also be performed without an extensive knowledge of optics, as the computer handles all of the imaging during the ray trace. After identifying the critical objects, the next step is to identify illuminated objects. For a given source and source location, an illuminated object is any object or surface that receives power from the source, either directly, or after reflection and refraction by the mirrors and lenses. Objects that are illuminated indirectly by scattered light are not included in this list.Illuminated objects are identified by doing a forward ray trace through the system. Rays are traced forward from the source through the entrance of the optical system. Any object or surface that is struck by a ray is an illuminated object. This is again a fully three-dimensional ray trace so that all objects are identified. After the ray trace, a complete list of illuminated objects is made. In general, the list of illuminated objects changes with source position, so there are usually several of these lists: one for each source and sourcelocation. As with the backward ray trace that was used to identify critical objects, using a computer to identify illuminated objects is unbiased and does not require an extensive knowledge of optics.Systematic identification of stray light paths is done by comparing the lists of critical and illuminated objects. Any object or surface that is on both the critical object list and the illuminated object list defines a first order stray light path. That is, the source and detector are connected by scatter from a single surface. At this time there is enough information to make design changes that will reduce the stray light background. In most cases, if first order stray light paths exist they are the dominant source of stray light. Stray light is reduced by either moving the object or surface so it is no longer seen from the detector or directly illuminated, or by inserting a baffle that blocks the detector's view of the object or blocks illumination of the object.Second order, or two-scatter, stray light paths are found by connecting objects on the list of illuminated objects with the list of critical objects. That is, if an object on the critical-object list is seen from an illuminated object, then a second order path exists in which light from the source isscattered from the illuminated object to the critical object, and then scattered from the critical object to the detector. In most cases, it is obvious whether or not an optical path exists from the illuminated object to the critical object. But if there is doubt, ray tracing can be performed to find out. An extended source is placed over the illuminated object (or critical object) and a three dimensional ray trace is performed. If rays from the illuminated object strike the critical object (or vice versa), then a second order path exists. In general, the list of second order stray light paths consists of all possible connections between objects on the list of critical objects and objects on the list of illuminated objects. While the number of second order stray light paths is often large, the above procedure for identifying them is easy to apply and the chances of overlooking an important stray light path are small.Note that no scatter calculations have been performed yet. The backward and forward ray traces consist entirely of refractions and reflections from the lenses and mirrors, and straight line transfers from one object to another. Because of this, a dense sampling of the system in the critical and illuminated object ray traces is practical: again, typicallya million rays can be traced on Pentium TM class computers in about an hour.Now that a complete list of first and second order stray light paths exists, it is time to perform quantitative stray light calculations. These calculations are made practical by using importance sampling or directed scatter. The vast majority of light that strikes an illuminated object never makes it to a critical object or the detector. Because of this, simulating scatter by tracing rays in all possible directions is a tremendous waste of computer time on rays the contribute absolutely nothing to the stray light calculation. The idea behind importance sampling is to avoid this waste by tracing only rays that propagate in interesting, or important directions. That is, towards critical objects or the detector. This idea is illustrated for first and second order scatter in Figures (3) and (4). In Figure (3), rays from a source that strike the front surface of three vanes next to the primary mirror are scattered towards the image of the detector in the secondary mirror, which causes them to propagate directly to the detector. In Figure (4), rays that strike the housing around the secondary mirror are scattered towards the primary mirror, and are then scattered again towards the image of the detectorin the secondary mirror. Vast savings in computer time are obtained by tracing only a small number of rays towards the areas of interest.Naturally, in order to get the right answer it is not sufficient to simply send all of the scattered rays in interesting directions. The quantitative aspects of this approach must be accounted for. In particular, each ray must be assigned a power, and the power of scattered rays must be scaled in proportion to the power of the incident rays, the solid angle subtended by the important area, the scatter properties (Bidirectional Scatter Distribution Function, or BSDF) of the surface, and the cosine obliquity factor of the scattering surface. Fortunately, this quantitative aspect of the ray trace is generally handled entirely by the optical ray trace software.Importance sampling works well when combined with the stray light paths that were identified in the backward and forward ray traces. For each first order stray light path, an important area is defined over the image of the detector as seen from each object that is both an illuminated and a critical object. Foreach second order stray light path, an important area is placed over each critical object (or image of the critical object) in addition to an important area over the detector image.Once the important areas are defined quantitative stray light calculations begin. Rays are traced from the source into the system. Then rays are scattered from each illuminated object towards the image of the detector (first order stray light paths) or towards the critical objects (second order stray light paths), and from critical objects to the detector image. The end result is an accurate stray light calculation that avoids tracing rays propagating in uninteresting directions, and thereby reduces the computer time required by many orders of magnitude.4. CONCLUSIONIn most cases, brute-force stray light calculations are still well beyond the capabilities of computers that are currently available. However, using computers and optical ray trace software to implement standard stray light techniques allows systematic identification of stray light paths to be performed without an extensive knowledge of optics. In addition, importance sampling vastly reduces the computer time required to perform quantitative stray light calculations so that anaccurate stray light irradiance can be obtained.ACKNOWLEDGMENTThe author gratefully acknowledges Robert P. Breault for introducing him to the use of critical and illuminated objects to identify stray light paths.REFERENCE1. Robert P. Breault, "Control of Stray Light", in Handbook of Optics, Volume 1 (McGraw-Hill,New York, 1995), Chapter 38.。

ASAP杂散分析说明

镜筒反射杂光分析
格点光源在空间内的矢量图格点光源在z23226平面上的位置追迹光束在这里我们主要探究的是asap在杂散光分析方面上的功能因此在光线追迹之前需要对系统的低通量阈值以及光线的分裂代数提前进行设定
ASAP杂散分析
ASAP分析过程
1.建立系统模型对系统中的每一个元件定义，确定几何形状及给定光学特性。 2.产生光源定义及确定一束光，可以精确地模拟发光光源的光学特性。 3.追迹光束让光束通过光学系统
图中第一行是几何物件的定义（位置，孔径，曲率，离轴，倾斜）。第二行定义集合物件的光学性质，这里定义它的分界面为1%的反射99%透射，分界面两侧介质为Air和PK2。建立的几何模型如右图所示：
产生光源
光源的产生大致分三步： 1.光线的起始位置 2.光线的起始方向 3.光线的光通量
Grid定义光源为半径为2.5的圆形格子光源。 Source定义光线的方向为平行于X轴的平行光。 Flux定义了光线的光通量。
光线追迹操作界面
光线追迹二维图示
光线追迹三维图
当光线分裂次数设置为3代时：
ASAP关于反射杂光
在上边建模的基础上，系统的几何结构不发生变化，添加镜筒，改变透镜介质面上的参数即可。在这里我们将透镜设置为理想状态，即只发生折射。镜筒内壁设置为99%的吸收以及1%的反射。
加上镜筒的几何图形
这里采用ASAP图形使用者界面（GUI），经由ASAP Builder及一个具有功能选单对话框组成的组织来进行建模。
模型的建立
首先进入ASAP Builder界面。如右图所示。
然后开始建模 1.定义系统设定值，如单位，波长等
2.定义光学材料及镀层。折射率，反射透射系数等。