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O que é a Função de Distribuição de Espalhamento Bidirecional (BSDF)?
Definição de Função de Distribuição de Espalhamento Bidirecional (BSDF)
BSDF significa Função de Distribuição de Espalhamento Bidirecional, uma função matemática que caracteriza a forma como a luz é espalhada por uma superfície.
É definido matematicamente pela seguinte fórmula na figura 1, em que:
- L é a luminância na superfície da amostra na direção do observador
- E é a iluminância na superfície da amostra proveniente da direção da fonte
- Λ é o comprimento de onda
Figura 1. Fórmula para o BSDF.
Figura 2. Diagrama mostrando o BSDF, a luz de entrada e a direção do observador.
Na prática, esse fenômeno é geralmente dividido em componentes refletidos e transmitidos, que são então tratados separadamente como BRDF (Função de Distribuição de Refletância Bidirecional) e BTDF (Função de Distribuição de Transmitância Bidirecional).
Figura 3. Luz incidente, reflexão especular, distribuição de dispersão refletida (BRDF), distribuição de dispersão transmitida (BTDF), transmissão especular.
Índice
Por que o BSDF é importante para um projeto óptico?
Durante um processo de projeto óptico, resultados precisos de simulação dependem de propriedades ópticas precisas. A geometria por si só não determina a distribuição da luz; são as propriedades ópticas que determinam como a energia e a direção dos raios se alteram. Por esse motivo, é importante conhecer com a maior precisão possível as características ópticas dos materiais que serão utilizados. A melhor maneira de obter características precisas é medir o material diretamente e exportar os dados para utilizá-los em uma ferramenta de software óptico.
Requisitos:
- Os projetistas ópticos precisam de propriedades ópticas precisas para simulações de traçado de raios
- Os engenheiros de pesquisa e desenvolvimento (P&D) precisam projetar o material adequado com as propriedades ópticas desejadas
- O processo de fabricação deve controlar rigorosamente a verificação da qualidade
Soluções:
- Dispersão óptica angular com BSDF
- Índice de propagação da luz TIS (relação entre refletância, transmitância e absorvância)
Que soluções a Keysight oferece para medir o BSDF?
É possível medir o BSDF de duas maneiras principais: goniofotômetros e sistemas baseados em câmera. A Keysight oferece duas soluções para cada método.
Goniofotômetros
É possível medir a BSDF com um goniofotômetro clássico, no qual uma fonte de luz estática ilumina uma amostra e um detector móvel gira em torno da amostra para coletar a luz difusa (ou o contrário — com uma fonte de luz móvel e um detector estático).
A Keysight oferece duas soluções de goniofotômetros, ilustradas abaixo: o REFLET 180S (à esquerda) e o High Specular Bench (à direita).
Para esses sistemas de espalhômetro motorizado de alta resolução e alta dinâmica, oferecemos serviços de medição em nosso laboratório. O Keysight REFLET 180S também está disponível para compra.
Especificações da solução
| Destaque | Keysight REFLET 180S | Bancada de alta refletividade da Keysight |
|---|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| Faixa dinâmica | 109 | 1013 |
| Faixa de comprimento de onda | 400 nm a 1700 nm | 280 nm a 10,6 µm |
| Ângulos de incidência | Ajustável: de +90° a –90° | Ajustável: de 90° a 0° |
| Intervalo angular | Esfera completa | 1 Ajuste de –10° a +90° |
| Precisão angular | < 0.1° | < 0.02° |
| Repetibilidade | < 1% | < 1% |
| Peso | 80 kg | 200 kg |
| Vantagens | • Alta faixa dinâmica | • Faixa dinâmica muito ampla • Medição a 0,002° do ponto especular |
| Benefícios compartilhados | • Alta precisão • Alta repetibilidade • Faixa de comprimento de onda personalizável |
|
Sistemas baseados em câmeras
Você também pode medir o BSDF usando um sistema baseado em câmera, no qual uma fonte ilumina a amostra e um sistema de lentes direciona toda a luz espalhada para uma câmera.
A Keysight desenvolve e monta o sistema baseado em câmera Mini-Diff V2, que está disponível para compra. O Mini-Diff V2 é um dispositivo portátil, rápido e fácil de usar.
Especificações do Mini-Diff V2
| Destaque | Keysight Mini-Diff V2 |
|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF |
| Faixa dinâmica | 105 |
| Faixa de comprimento de onda | 630 nm, 525 nm, 465 nm, 940 nm |
| Ângulos de incidência | Fixo: 0°, 20°, 40°, 60° |
| Intervalo angular | Esfera [0°; 75°] [0°; 360°] |
| Precisão angular | 1° |
| Repetibilidade | < 2% |
| Peso | 2 kg |
| Vantagens | • Plug & play • Fácil de usar e rápido • Portátil e compacto • Preço atraente |
Todos esses instrumentos permitem exportar dados de medição para um software de simulação, a fim de serem utilizados no projeto.
Exemplo de medição do painel de instrumentos de um veículo com o Keysight REFLET 180S e projeto com o LucidShape
As equipes de P&D podem utilizar as medições da superfície do material do painel do veículo para avaliar o tamanho dos grãos e determinar qual deles reflete menos e dispersa mais a luz. O objetivo é obter uma superfície com a maior capacidade de difusão possível, a fim de reduzir o reflexo no para-brisa e garantir a segurança do motorista.
Para comparar a dispersão de luz em duas superfícies de painel com diferentes tamanhos de grão, você mediria a BRDF para quatro ângulos de incidência (AOI = 10°/30°/50°/70°) utilizando luz branca.
Figura 4. Exemplo de medição em painel com o Keysight REFLET 180S.
Ambas as superfícies apresentam um grande pico gaussiano com dispersão em cada lado e um fundo lambertiano.
O nível do fundo é semelhante, mas a Referência 1 é mais especular e a Referência 2 é mais difusa; isso mostra que a Referência 2 é mais adequada para uso como painel de controle.
Graças à possibilidade de exportar os dados de medição para um software de projeto, você pode usar esses dados para realizar uma simulação no LucidShape, conforme mostrado na Figura 5.
Figura 5. Simulação no LucidShape para comparação de painéis.
Usando os dados do LucidShape, é possível realizar uma simulação e chegar à mesma conclusão: a Referência 1 é mais especular e a Referência 2 é mais difusa, o que significa que o motorista sofrerá menos ofuscamento com a Referência 2.
A medição direta da BSDF permite que os designers escolham o material ou revestimento adequado, obtenham uma renderização precisa e reduzam o custo da prototipagem.
Meça com precisão o BSDF com a Keysight
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