「全統合散乱」とは何か？

全散乱光 (TIS) の定義

全散乱光 (TIS) は、表面または光学素子からの拡散反射および透過によって、入射光の方向からどの程度の光が偏向（または散乱）されるかを示します。これは、光が表面に入射した際に、拡散反射および透過された光パワーと入射光パワーの比に等しくなります。

TIS = (拡散反射放射束 + 拡散透過放射束) / [(正反射パワー + 正透過パワー) + (拡散反射パワー + 拡散透過パワー)]

これは、TISが0から1の間の値を持つ無次元数であることを意味します。

TISの目的は、正反射光を除いて、すべての方向に散乱した光をすべて収集することです。

光学設計においてTISが重要な理由

TISは、材料の正確な光学特性を得るために不可欠です。これは、光が材料サンプルとどのように相互作用するかを直接測定することを可能にする、いくつかの光学材料性能指標の1つです。

光学設計プロセスにおいて、正確なシミュレーション結果は、正確な光学特性定義（表面およびバルク特性）に依存します。形状だけでは、光の分布を決定できないことがよくあります。光学材料と表面特性は、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します。使用する材料の光学特性を十分な精度で知ることが重要です。その後、結果を光学設計ソフトウェアにエクスポートできます。

正確な測定を行うことは、以下に役立ちます。

• 光学設計ソフトウェアシミュレーションに正確な光学特性を必要とする光学設計エンジニア
• 特定の光学特性を提供する適切な材料を設計する必要があるR&Dエンジニア
• 製造品質保証および管理プロセスの一環としてこれらの特性をチェックする品質管理担当者

TISに加えて、測定される代表的な光学材料性能指標には以下が含まれます。

• 双方向散乱分布関数 (BSDF)
• 反射率、透過率、吸収率

TISの測定方法

TIS測定は、主に正反射および透過した入射光を散乱光から分離する必要があるため、実行が非常に困難です。これらの放射パターンは通常重なり合っており、測定装置の幾何学的配置を使用して簡単に分離することはできません。

以下の段落では、TISを測定するためのいくつかの方法を概説します。

積分球を使用したTISの測定

特別に設計された積分球を使用して、材料サンプルまたは表面のTISを測定できます。理想的には、測定セットアップは、散乱光信号のすべて（正反射を除く）を半球に測定する必要があります。サンプルからの散乱光はランバート反射半球によって積分され、その後、入射ビームの全反射および透過パワー（これも反射半球に測定される）によって正規化されます。

実際には、積分球の出射ポートと入射ポートにサンプルを配置し、レーザー光源で照射して、それぞれ（正反射パワー＋拡散透過パワー）と（拡散反射パワー＋正透過パワー）を測定します。正反射ビームが積分球から出ることを可能にするポートを開いた後、同じ測定を再度実行し、拡散透過パワーおよび拡散反射パワーの測定に含まれないようにします。

BSDFからのTISの測定

また、角度空間でスキャン可能な検出器を備えたゴニオメーターを使用してTISを測定し、サンプルまたは表面のBSDFを測定することもできます。TISは、以下の式に示すように、BSDF測定値から直接計算できます。

ここで、θdとφdは、それぞれ検出器の散乱角と方位角です。

θiとφiは、それぞれ光源の散乱角と方位角です。

θd _{Specular max} および θd _{Specular min} は、BSDFの正反射部分の限界です。

TIS計算の精度は、BSDFの精度とBSDFサンプリングに依存します。解像度が高いほど、TIS評価はより正確になります。

キーサイトはどのようなソリューションを提供していますか？

キーサイトは、光および温度が管理されたラボで測定サービスを提供しています。上記で概説した積分球法を使用してTISを測定できます。

さらに、キーサイトは、TIS計算に使用できるBSDFを測定するためのハイエンド散乱測定器をラボ向けに提供しています。例えば、キーサイトのREFLET 180Sは、これらの測定値からTISを抽出/計算するためにBSDFを測定できます。精度は測定の解像度に依存します。これらの機器の異なる角度分解能により、BSDF測定値から正反射部分をさまざまな精度で抽出できます。