作者:Ansys 光电大本营 本文作者为:莎益博光学硬件工程师 高卫东 1. 前言 BSDF是双向散射分布函数(Bidirectional scattering distribution function)的缩写。主要应用在计算机仿真物体表面明亮度,与真实人眼所看物体之明亮度相符;另外可应用在背光模块之光学模拟,例如扩散膜之散射性质。 ![]() ![]() 2. BSDF光谱测量中积分问题 Ansys的LMD(原OMS4)是一套实验室级、高动态范围、高角度分辨率材料散射特性BSDF测量设备,其积分球系统可以测量所有反射和透射与波长的关系。 ![]() ![]()
然而,对于厚或非常漫反射的样本(大高斯或朗伯类型),当远离积分球孔的样本产生光扩散时,可能会出现问题。在这种情况下,部分扩散未被考虑在反射和透射 测量内,转化为吸收。 如下图所示,一片3毫米的PMMA板,上面表面有纹理: ![]() 样品放置在样品架上,可以在样品上看到光点(用于测量)。(外部照明拍摄的照片。)当外部照明关闭(只有测量点开启)时,变为: ![]() 可以看到大部分样品被照亮:光线从整个样品表面(顶部和底部)扩散出来,但也从侧面扩散开来。这是由于在纹理表面扩散后,材料板内部的光耦合造成的。这是反射测量的情况,但对于透射来说,问题几乎相同。 因此,反射和透射测量被低估,因为漫射光的一部分没有进入积分球,转化为吸收。所以吸收被高估了。 以下是该样本的测量结果: ![]() 反射值约为25%,透射值约为57%。吸收率是17%。但实际上,吸收率应该接近0%(在这种情况下,样品由PMMA制成,在几厘米的传播距离内,PMMA的吸收可以忽略不计,纹理反射和透射光而不吸收)。采用直接测量法,模拟误差为17% 3. 解决方案 可以通过互补的LMD测量找到解决方案。实际上,BRDF 函数的积分计算给出了反射(和来自 BTDF 的透射)。必须进行日常校准,并及时更新以进行补充测量。 ![]() 为了获得相应的反射和透射值,必须以与积分球系统相同的入射角进行测角测量:反射角度为8°,透射角度为6°(在固定波长下进行测量)。如果可用,最好使用在550nm处过滤的光谱光源,或者选择绿色激光器,或者选择红色激光器。 以下是之前样品的测角结果: ![]() 反射达到31%(而不是25%)。这一比例为1.24。对于透射来说,这几乎是一样的:68%而不是57%:比率为1.2。因此,吸收约为1%,接近预期。 一旦知道了这些比率,它们就可以应用于全部的反射和透射: ![]() 然后将校正后的光谱注入到半光谱BSDF测量中。 4. 总结
![]() 相关阅读 Workbench 驱动 Speos 和 optiSLang 导光条自动优化 基于Ansys OpticStudio与Speos完成3片式LCD投影仪的设计与仿真 2023R1 | Speos 动态仿真助力车灯早期优化 Ansys Zemax 与 Speos 关于汽车投影灯解决方案 联合方案 | Zemax + Speos 助力HUD抬头显示器设计 Lumerical Zemax Speos 联合案例 | CMOS 传感器相机:3D 场景中的图像质量分析 |