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¿Qué es la función de distribución de la dispersión bidireccional (BSDF)?
Definición de la función de distribución de la dispersión bidireccional (BSDF)
BSDF son las siglas de «función de distribución de la dispersión bidireccional», una función matemática que describe cómo se dispersa la luz desde una superficie.
Se define matemáticamente mediante la siguiente fórmula que aparece en la figura 1, donde:
- L es la luminancia en la superficie de la muestra en la dirección del observador
- E es la iluminancia en la superficie de la muestra procedente de la dirección de la fuente
- Λ es la longitud de onda
Figura 1. Fórmula de la BSDF.
Figura 2. Diagrama que muestra la BSDF, la luz de entrada y la dirección del observador.
En la práctica, este fenómeno suele dividirse en componentes reflejados y transmitidos, que luego se tratan por separado como BRDF (función de distribución de la reflectancia bidireccional) y BTDF (función de distribución de la transmitancia bidireccional).
Figura 3. Luz incidente, reflexión especular, distribución de dispersión reflejada (BRDF), distribución de dispersión transmitida (BTDF), transmisión especular.
Índice
¿Por qué es importante el BSDF en el diseño óptico?
Durante el proceso de diseño óptico, la precisión de los resultados de la simulación depende de la precisión de las propiedades ópticas. La geometría por sí sola no determina la distribución de la luz; son las propiedades ópticas las que determinan cómo varían la energía y la dirección de los rayos. Por este motivo, es importante conocer con la mayor precisión posible las características ópticas de los materiales que se van a utilizar. La mejor forma de obtener características precisas es medir el material directamente y exportar los datos para utilizarlos en una herramienta de software óptico.
Requisitos:
- Los diseñadores ópticos necesitan propiedades ópticas precisas para las simulaciones de trazado de rayos
- Los ingenieros de investigación y desarrollo (I+D) deben diseñar el material adecuado con las propiedades ópticas requeridas
- El proceso de fabricación debe controlar perfectamente el control de calidad
Soluciones:
- Dispersión óptica angular con BSDF
- Índice de propagación de la luz (TIS) (relación entre reflectancia, transmitancia y absorbancia)
¿Qué soluciones ofrece Keysight para medir la BSDF?
La BSDF se puede medir principalmente de dos maneras: mediante goniofotómetros y mediante sistemas basados en cámaras. Keysight ofrece dos soluciones para cada método.
Goniofotómetros
La BSDF se puede medir con un goniofotómetro clásico, en el que una fuente de luz fija ilumina una muestra y un detector móvil gira alrededor de ella para recoger la luz dispersa (o al revés: con una fuente de luz móvil y un detector fijo).
Keysight ofrece dos soluciones de goniofotómetros que se muestran a continuación: el REFLET 180S (izquierda) y el High Specular Bench (derecha).
Para estos sistemas de dispersómetros motorizados de alta resolución y alto rango dinámico, ofrecemos servicios de medición en nuestro laboratorio. El Keysight REFLET 180S también está disponible para su compra.
Especificaciones de la solución
| Característica | Keysight REFLET 180S | Banco de pruebas de alta reflectividad de Keysight |
|---|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| Rango dinámico | 109 | 1013 |
| Longitud de onda | de 400 nm a 1700 nm | De 280 nm a 10,6 µm |
| Ángulos de incidencia | Ajustable: de +90° a –90° | Ajustable: de 90° a 0° |
| Rango angular | Esfera completa | 1 Ajuste de –10° a +90° |
| Precisión angular | < 0.1° | < 0.02° |
| Repetibilidad | < 1% | < 1% |
| Peso | 80 kg | 200 kg |
| Ventajas | • Alto rango dinámico | • Rango dinámico muy alto • Medición con una precisión de 0,002° respecto al ángulo especular |
| Beneficios compartidos | • Alta precisión • Alta repetibilidad • Rango de longitudes de onda personalizable |
|
Sistemas basados en cámaras
También se puede medir la BSDF mediante un sistema basado en una cámara, en el que una fuente ilumina la muestra y un sistema de lentes dirige toda la luz dispersa hacia una cámara.
Keysight desarrolla y fabrica el sistema basado en cámara Mini-Diff V2, que ya está a la venta. El Mini-Diff V2 es un dispositivo portátil, rápido y fácil de usar.
Especificaciones del Mini-Diff V2
| Característica | Keysight Mini-Diff V2 |
|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF |
| Rango dinámico | 105 |
| Longitud de onda | 630 nm, 525 nm, 465 nm, 940 nm |
| Ángulos de incidencia | Fijo: 0°, 20°, 40°, 60° |
| Rango angular | Esfera [0°; 75°] [0°; 360°] |
| Precisión angular | 1° |
| Repetibilidad | < 2% |
| Peso | 2 kg |
| Ventajas | • Plug & play • Fácil de usar y rápido • Portátil y compacto • Precio atractivo |
Todos estos instrumentos te permiten exportar datos de medición a un programa de simulación para utilizarlos en el diseño.
Ejemplo de medición del salpicadero de un vehículo con el Keysight REFLET 180S y diseño con LucidShape
Los equipos de I+D pueden utilizar las mediciones de una superficie destinada al salpicadero de un vehículo para evaluar el tamaño de los granos y determinar cuál es el que menos refleja y más dispersa la luz. El objetivo es conseguir una superficie lo más difusora posible para reducir los reflejos en el parabrisas y garantizar así la seguridad del conductor.
Para comparar la dispersión de la luz en dos superficies del salpicadero con diferentes tamaños de grano, se mediría la BRDF para cuatro ángulos de incidencia (AOI = 10°/30°/50°/70°) utilizando luz blanca.
Figura 4. Ejemplo de una medición en el panel de control con el Keysight REFLET 180S.
Ambas superficies presentan un pico gaussiano amplio con dispersión a ambos lados y un fondo lambertiano.
El nivel del fondo es similar, pero la Referencia 1 es más especular y la Referencia 2 es más difusa; esto demuestra que la Referencia 2 es más adecuada para su uso como panel de control.
Gracias a la posibilidad de exportar los datos de medición a un programa de diseño, puedes utilizar estos datos para realizar una simulación en LucidShape, tal y como se muestra en la figura 5.
Figura 5. Simulación de LucidShape para la comparación de paneles de control.
Utilizando los datos de LucidShape, se puede realizar una simulación y llegar a la misma conclusión: la Referencia 1 es más especular y la Referencia 2 es más difusiva, lo que significa que el conductor sufrirá menos deslumbramiento con la Referencia 2.
La medición directa de la BSDF permite a los diseñadores elegir el material o recubrimiento adecuado, lograr una representación precisa y reducir el coste de la creación de prototipos.
Mida con precisión el BSDF con Keysight
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