测量材料表面，就可以提升光学设计精确度？

   

光学材料能对光学产品的性能产生举足轻重的影响，随着光学技术的发展，业界对材料、表面、元件和系统的质量要求越来越高，甚至提出了新的需求。例如，在汽车行业中，光学元件需要高透射率和高散射率的材料，这些材料对光学系统的效率和外观来说非常重要。而在天文观测系统和星载系统中，光学元件对材料的要求可能大不相同，比如可能非常看重材料是否能限制反射率并减少杂散光（点击查看相关文章）。

 

从上述文字中，我们可以看到反射率、透射率、吸收率数据及BSDF（双向散射分布函数）是材料和表面特性的关键量化指标，在光学设计中，获取这些精确数据可以帮助开发者在制作物理原型和进行制造之前评估材料，从而在设计阶段就能对光学产品性能进行优化。

 

为确保光学系统仿真获得精确的结果，通常需要足够精确的材料和表面特性数据。单靠几何结构并不能确定出光线的分布；光学属性能够表征能量及光的方向是如何变化的。首先我们要了解用于表征表面和材料光学特性的物理量化的指标。

 

 

 

第一个量是光在角度上的分布，也称为BSDF。BSDF描述了入射光经过透射和/或反射后光线在角度空间中的散射分布情况。

 

 

 

第二个物理量是反射/透射率（R/T）。此类测量不考虑光线的具体散射情况，而是对光线照射到物体表面或材料上的全部反射或透射光线的能量进行积分。  光学测量带来的优势

 

对物体的整体外观进行量化很复杂，因为外观是一个主观的品质。不过，外观的某些特性可以通过光学散射测量来进行量化：

 

• 材料反射光的光谱分布与颜色间的关系
• 材料反射光的几何分布与光泽间的关系
• 材料反射光的空间分布与纹理间的关系

 

要对外观进行量化，需要在物理量和观察者反应之间建立相关性，其中观察者的反应通过视觉测量获得。BSDF就是整合这些信息的物理量。新思科技REFLET和Mini-Diff产品可用于测量BSDF。

 

 

 

通过BSDF计算可以得出反射率值和透射率值，但这非常依赖于仪器的精度以及测量时的采样或分辨率。

 

 

 

因此，在BSDF之外单独测量R值/T值可以提高光学仿真的精确性。

 

 

 

新思科技TIS Pro是新思科技光学测量解决方案的新成员，可帮助用户测量物体表面和材料的反射率/透射率。新思科技TIS Pro的功能是由集成在暗箱中的积分球和光谱探测器实现的，暗箱可以控制杂散光，用以确保测量结果的准确性。

 

新思科技TIS Pro的工作原理

 

在使用新思科技 TIS Pro之前，需要先利用仪器随附的标准样片完成校准步骤。

 

 校准完成后，便可以测量光学表面。有两种测量配置：一种用于测量反射率（如图1所示），其中样本放置在积分球的中心；另一种（如图2所示）用于测量透射率，样本放置在入光口上。

 

 

 

 

 

▲图1：新思科技TIS Pro对反射率进行测量

 

▲图2：新思科技TIS Pro对透射率进行测量

 

在指定要测量的入射角后开始测量。光源和样本的旋转平台将相应地进行旋转。然后，新思科技TIS Pro会将光线对准样本，而光谱探测器则收集离开积分球到达指定位置的信号。新思科技TIS Pro会将该信号与校准信号进行比较，然后计算反射率、透射率或吸收率。

 

 测量结果可以导出到LightTools等光学软件中用于高精度的仿真计算。  应用领域

 

 新思科技TIS Pro非常适用于评估光学系统中表面和材料造成的影响。测量结果可用于以下方面：

 

• 表征用于汽车设计或通用照明系统中的反射片/扩散片材料
• 对量产中的质量控制进行评估
• 分析航空航天光学器件所用镀膜对杂散光的抑制
• 测量用于视觉渲染的光谱行为
• 研究化妆品的光学特性
• 针对多个入射角进行材料表征

 

 

▲图3：新思科技TIS Pro的测量结果‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍