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全反射 (TIR) 双方向散乱分布 (BSDF) とは何か？
全反射 (TIR) 双方向散乱分布 (BSDF) の定義
光学設計において、全反射 (TIR) 双方向散乱分布関数 (BSDF) は、内部BSDFとも呼ばれ、2つの異なる媒体を隔てる界面で測定される双方向散乱分布関数に相当します。その目的は、材料の内部から表面散乱を測定することです。これは、表面散乱と全反射現象が2つの別々の媒体で同時に発生する粗い表面を持つ材料に特に関連があります。LightToolsでモデル化されたVDIテクスチャを持つライトガイドの例については、画像を参照してください。
他のBSDFと同様に、光の向きを考慮する必要があります。この図は、各ケースをどのように命名できるかを示しています。このような測定は、散乱要素を薄い拡散板と見なせない場合に非常に役立ちます。例えば、グレイン加工された表面仕上げと組み合わせたライトパイプでは、TIR BSDF測定を考慮する必要があります。
目次
なぜTIRは光学設計にとって重要なのか？
従来のBSDFと同様に、TIR BSDFは角度光学散乱を測定するための不可欠なツールです。これは、使用する材料の光学特性を可能な限り正確に知るためのいくつかの方法の1つです。
光学設計において、正確なシミュレーション結果は正確な光学特性に依存します。実際、形状だけでは光の分布は決まらず、光線のエネルギーと方向がどのように変化するかを決定するのは光学特性です。正確な特性を得る最善の方法は、材料を直接測定し、そのデータを光学ソフトウェアツールで使用するためにエクスポートすることです。
正確な測定は、設計プロセス全体に利益をもたらします。
- 光学設計者は、光線追跡シミュレーションのために正確な光学特性を必要とします。
- R&Dエンジニアは、与えられた光学特性を持つ適切な材料を設計する必要があります。
- 品質保証担当者は、製造プロセスにおける品質チェックを完全に管理する必要があります。
キーサイトはTIR測定のためにどのようなソリューションを提供していますか？
TIRは、最も複雑な散乱測定の1つです。キーサイトはTIR測定のために、Keysight REFLET 180SとKeysight Mini-Diff V2の2つのソリューションを提供しています。
Keysight REFLET 180S
これには、上部の研磨された表面がBSDF結果（フレネル損失と散乱）に影響を与えないような特別な測定セットアップが必要です。キーサイトの方法では、上部の研磨された表面に半球レンズを取り付け、その屈折率をサンプルに可能な限り近づけます。
この半球は、測定されない表面上の入射／出射光の屈折を除去します。キーサイトの方法では、光学的な接触を作り出すために屈折率整合液も使用し、それによって界面でのフレネル反射を除去します。
その後、Keysight REFLET 180Sを使用して標準的なBRDFまたはBTDF測定を実行できます。
サンプルを完全に特性評価するには、4つの異なる測定構成が必要になります。
この図は、VDI仕上げ面に対するKeysight REFLET 180Sから得られた結果を示しています。
Mini-Diff V2
LightToolsとそのマイクロファセット散乱モデルを組み合わせて、Keysight Mini-Diff V2装置を使用することで、TIR測定も実行できます。
このソリューションは、LightToolsマイクロファセット散乱モデルと、Mini-Diff V2で実行された1つのBTDF測定（1つの波長で測定された入射角0°のフロントBTDF）を組み合わせたものです。この設定には、未測定の表面で屈折が発生しないという利点があります。
ExcelでMini-Diff V2の測定結果をフォーマットした後、マイクロファセットモデルのためにLightToolsにデータをインポートできます。
マイクロファセット散乱モデルは、小さなファセットを持つ仮想的な表面仕上げを構築します。これらのファセットの傾斜は、ビームが特定の入射角で表面に当たったときに、出射光線が1つの分布と一致するように設定されます。他の入射角の場合、モデルはマイクロファセットのジオメトリに従って分布を計算します。その後、このジオメトリを他のすべてのシミュレーションに使用できます。
以下の比較チャートは、シミュレーション結果が同等の測定結果と非常に密接に追従していることで、この方法を検証します。
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