wangliqxm 发表于 2023-4-1 17:22:55

通过BSDF数据提高光学产品设计精度

什么是BSDF

BSDF(Bidirectional Scattering Distribution Function)是一个用于描述材料表面反射、折射和散射光线的数学模型。它是一种描述材料光学特性的重要参数,是BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)是一种描述材料表面反射光线的数学模型和BTDF(Bidirectional Transmittance Distribution Function)是一种描述材料透射光线的数学模型的统称,可以被用于优化光学产品的设计。
BSDF表示在入射光线方向、入射位置、表面法线方向和出射光线方向下,材料表面对光的散射分布情况。它是一个四维函数,通常使用三维立体角空间表示。在任何一组入射和出射方向之间,BSDF都提供了关于表面材料如何散射光线的详细信息。通过分析BSDF,可以获得关于表面的粗糙度、形状、微观结构、透明度和表面反射率等信息。
BSDF在光学产品设计和分析中具有广泛的应用,例如在照明工程、摄影学、计算机图形学和虚拟现实等领域中。通过使用BSDF,设计人员可以更好地了解材料如何反射和散射光线,并进行材料和元件的优化设计,从而提高光学产品的性能和质量。
为什么需要BSDF

1可以量化产品外观质量

量化物体的整体外观很复杂,因为外观是一种主观品质。但是,外观的某些特定方面可以通过散射测量进行量化:

[*]颜色来自材料反射的光的光谱分布
[*]光泽来自于材料反射的光线几何分布
· 纹理来自于材料反射的光线空间分布



表面的外观和光学性能取决于它如何散射光

2通过纳米级表面粗糙度数据以进行更准确的产品模拟
散射测量可以可视化表面缺陷,例如孔、划痕、凹槽和凸起。如下图所示,散射取决于表面状态并受表面缺陷的影响。



表面质量如何影响光散射

根据所用散射测量设备的分辨率,可以检测到纳米范围内的表面缺陷。这对于微电子和空间应用非常有用,在这些应用中,这种尺寸的缺陷可能会产生重大后果,并且对于在产品开发过程的早期检测至关重要。
3. 可以在设计评估中包含真实世界的体积散射数据

体积散射是光学介质的整体特性,它在材料的体积内散射光。它通常是由材料内部的小颗粒引起的。
可以使用散射测量来获取光学设计中材料和结构的体积散射特性,然后将结果包含在产品模拟中。例如,LightTools 软件可以使用 Gegenbauer 特征对体积散射进行建模。



使用来自散射测量的粒子参数的 LightTools 体积散射分析

光学产品规格经常是从计算机预测中得出的,这些预测假设表面具有理想的特性,使用简单的粗糙度模型,并忽略缺陷。但是,如本文所述,BRDF可能受到表面粗糙度以及材料缺陷、体积不均匀性和污染的影响。通过测量光散射数据,光学工程师可以获得精确的光学模拟数据,从而更好地控制产品质量。
如何测量

如果您有兴趣执行自己的散射测量,可以考虑选择 Synopsys 的仪器。您可以将测量结果导出到光学模拟软件,例如LightTools。



Synopsys测量仪器列表

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