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Che cos'è la funzione di distribuzione della diffusione bidirezionale (BSDF)?
Definizione della funzione di distribuzione della diffusione bidirezionale (BSDF)
BSDF è l'acronimo di «Bidirectional Scattering Distribution Function» (funzione di distribuzione della diffusione bidirezionale), ovvero una funzione matematica che descrive il modo in cui la luce viene diffusa da una superficie.
È definito matematicamente dalla seguente formula riportata nella figura 1, dove:
- L è la luminanza sulla superficie del campione nella direzione dell'osservatore
- E è l'illuminamento sulla superficie del campione proveniente dalla direzione della sorgente
- Λ è la lunghezza d'onda
Figura 1. Formula del BSDF.
Figura 2. Diagramma che mostra il BSDF, la luce in ingresso e la direzione dell'osservatore.
In pratica, questo fenomeno viene solitamente suddiviso in componenti riflesse e trasmesse, che vengono poi trattate separatamente come BRDF (funzione di distribuzione della riflettanza bidirezionale) e BTDF (funzione di distribuzione della trasmittanza bidirezionale).
Figura 3. Luce incidente, riflessione speculare, distribuzione della diffusione riflessa (BRDF), distribuzione della diffusione trasmessa (BTDF), trasmissione speculare.
Indice dei contenuti
Perché il BSDF è importante nella progettazione ottica?
Nel corso di un processo di progettazione ottica, l'accuratezza dei risultati di simulazione dipende dall'accuratezza delle proprietà ottiche. La geometria da sola non determina la distribuzione della luce; sono le proprietà ottiche a determinare come cambiano l'energia e la direzione dei raggi. Per questo motivo, è importante conoscere con la massima precisione possibile le caratteristiche ottiche dei materiali che si intende utilizzare. Il modo migliore per ottenere caratteristiche precise è misurare direttamente il materiale ed esportare i dati da utilizzare in uno strumento software ottico.
Requisiti:
- I progettisti ottici hanno bisogno di proprietà ottiche precise per le simulazioni di ray tracing
- Gli ingegneri del settore ricerca e sviluppo (R&S) devono progettare il materiale adeguato con le proprietà ottiche richieste
- Il processo di produzione deve garantire un controllo di qualità impeccabile
Soluzioni:
- Diffusione ottica angolare con BSDF
- Indice di propagazione della luce TIS (rapporto tra riflettanza, trasmittanza e assorbanza)
Quali soluzioni offre Keysight per la misurazione del BSDF?
È possibile misurare il BSDF in due modi principali: tramite goniofotometri e tramite sistemi basati su telecamera. Keysight offre due soluzioni per ciascun metodo.
Goniofotometri
È possibile misurare il BSDF utilizzando un goniofotometro classico, in cui una sorgente luminosa fissa illumina un campione e un rilevatore mobile ruota attorno al campione per raccogliere la luce diffusa (o viceversa: con una sorgente luminosa mobile e un rilevatore fisso).
Keysight offre due soluzioni di goniofotometri illustrate di seguito: il REFLET 180S (a sinistra) e l'High Specular Bench (a destra).
Per questi sistemi di scatterometri motorizzati ad alta risoluzione e alta dinamica, offriamo servizi di misurazione presso il nostro laboratorio. È inoltre possibile acquistare il Keysight REFLET 180S.
Specifiche della soluzione
| Caratteristica | Keysight REFLET 180S | Banco di prova ad alta riflettività Keysight |
|---|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| Gamma dinamica | 109 | 1013 |
| Gamma di lunghezze d'onda | da 400 nm a 1700 nm | da 280 nm a 10,6 µm |
| Angoli di incidenza | Regolabile: da +90° a –90° | Regolabile: da 90° a 0° |
| Campo angolare | Sfera intera | 1 Regolazione da –10° a +90° |
| Precisione angolare | < 0.1° | < 0.02° |
| Ripetibilità | < 1% | < 1% |
| Peso | 80 kg | 200 kg |
| Vantaggi | • Ampia gamma dinamica | • Gamma dinamica molto elevata • Misurazione con una precisione di 0,002° rispetto alla superficie speculare |
| Vantaggi condivisi | • Elevata precisione • Elevata ripetibilità • Intervallo di lunghezze d'onda personalizzabile |
|
Sistemi basati su telecamere
È inoltre possibile misurare il BSDF utilizzando un sistema basato su telecamera, in cui una sorgente illumina il campione e un sistema di lenti convoglia tutta la luce diffusa verso una telecamera.
Keysight sviluppa e produce il sistema basato su telecamera Mini-Diff V2, disponibile in commercio. Il Mini-Diff V2 è un dispositivo portatile, veloce e facile da usare.
Specifiche tecniche del Mini-Diff V2
| Caratteristica | Keysight Mini-Diff V2 |
|---|---|
| Tipo | BRDF/BTDF |
| Gamma dinamica | 105 |
| Gamma di lunghezze d'onda | 630 nm, 525 nm, 465 nm, 940 nm |
| Angoli di incidenza | Fisse: 0°, 20°, 40°, 60° |
| Campo angolare | Sfera [0°; 75°] [0°; 360°] |
| Precisione angolare | 1° |
| Ripetibilità | < 2% |
| Peso | 2 kg |
| Vantaggi | • Plug & play • Facile da usare e veloce • Portatile e compatto • Prezzo interessante |
Tutti questi strumenti consentono di esportare i dati di misurazione in un software di simulazione da utilizzare per la progettazione.
Esempio di misurazione del cruscotto di un veicolo con il Keysight REFLET 180S e progettazione con LucidShape
I team di ricerca e sviluppo possono utilizzare le misurazioni di una superficie del materiale del cruscotto dell'auto per valutare la dimensione delle particelle e determinare quale di esse rifletta meno e diffonda maggiormente la luce. L'obiettivo è ottenere una superficie il più possibile diffusiva, al fine di ridurre i riflessi sul parabrezza a garanzia della sicurezza del conducente.
Per confrontare la diffusione della luce su due superfici del cruscotto con granulometrie diverse, occorre misurare il BRDF per quattro angoli di incidenza (AOI = 10°/30°/50°/70°) utilizzando una luce bianca.
Figura 4. Esempio di misurazione su pannello di controllo con Keysight REFLET 180S.
Entrambe le superfici presentano un ampio picco gaussiano con una dispersione su entrambi i lati e uno sfondo lambertiano.
Il livello di sfondo è simile, ma il Riferimento 1 presenta una maggiore riflessione speculare mentre il Riferimento 2 è più diffuso; ciò dimostra che il Riferimento 2 è più adatto per essere utilizzato come dashboard.
Grazie alla possibilità di esportare i dati di misurazione in un software di progettazione, è possibile utilizzare tali dati per eseguire una simulazione in LucidShape, come illustrato nella Figura 5.
Figura 5. Simulazione con LucidShape per il confronto tra dashboard.
Utilizzando i dati disponibili in LucidShape, è possibile eseguire una simulazione e giungere alla stessa conclusione: il Riferimento 1 è più speculare, mentre il Riferimento 2 è più diffuso, il che significa che con il Riferimento 2 il conducente subirà un abbagliamento minore.
La misurazione diretta del BSDF consente ai progettisti di scegliere il materiale o il rivestimento più adatto, ottenere una resa accurata e ridurre i costi di prototipazione.
Misurare con precisione il BSDF con Keysight
Offriamo soluzioni precise per l'analisi della diffusione della luce, che consentono uno sviluppo più rapido ed economico dei prodotti ottici. Scopri di più sulle nostre apparecchiature per la misurazione della diffusione ottica e sui servizi di misurazione SmartStart.
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