如何通过反射率和透射率测量提高光学设计性能

光学技术的发展对材料、表面、组件和系统的质量提出了更高的要求，有时甚至是全新的要求。对于汽车应用中的光学器件，促进高透射率和散射的材料对于光学系统的效率和外观非常重要。对于天文学和星载系统中的光学，材料要求可能大不相同;例如，限制反射率和减少杂散光的材料可能非常重要。

对光学技术中使用的材料的要求要求分析方法包括有关材料特性的足够精确的数据。

在光学设计中包括反射率、透射率和吸收测量，这是有关材料和表面特性的关键信息。这有助于您在物理原型制作和制造之前评估材料对光学产品性能的影响。

以下是一些示例，说明反射率和透射率测量如何借助 Synopsys TIS Pro 仪器改进您的光学产品设计。

反射率和透射率测量的定义

精确的光学系统仿真结果通常依赖于精确的材料和表面特性。几何形状本身并不能决定光分布;需要光学特性来表征能量和光线方向如何变化。我们将描述两个可用于表征表面和材料光学特性的测量量。

第一个量是光的角扩散。这也称为BSDF（双向散射分布函数）。BSDF描述了光在角空间中散射的位置，包括入射光进入时的透射率和/或反射率。

第二个物理量是反射率/透射率（R/T）比。对于此类测量，无论光散射在哪里，当光照射到表面或材料时，量都会对整个反射光或透射光进行积分。

反射率或透射率由总反射光或透射光与输入通量的比值来定义。

光学测量的优势

量化对象的整体外观很复杂，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光散射测量进行量化：

颜色来自材料反射的光的光谱分布

从材料反射的光的几何分布中发光

纹理来自材料反射的光的空间分布

外观的量化需要在物理量和观察者通过视觉测量获得的反应之间建立相关性。BSDF 是整合此信息的物理量

反射率和透射率值可以从BSDF计算，但这在很大程度上取决于仪器精度和测量采样或分辨率。

因此，在BSDF之上单独测量R/T值可以提高光学仿真的准确性。

新思科技 TIS Pro 如何工作

Synopsys REFLET 和 Mini-Diff 产品提供 BSDF 测量。

Synopsys TIS Pro 是一款新产品，允许用户测量表面和材料的反射率/透射率。Synopsys TIS Pro 将集成球体和光谱探测器组装在一个外壳中，可控制杂散光以确保准确的测量结果。

要使用 Synopsys TIS Pro，首先使用仪器随附的标准参考完成校准步骤。

然后，您可以测量光学表面。有两种测量配置：一种用于反射率测量（如图1所示），其中样品放置在积分球的中心;第二个（如图2所示）用于透射率，其中样品放置在入口端口上。

图 1：用于反射率测量的新思科技 TIS Pro 设置

图 2：用于透射率测量的新思科技 TIS Pro 设置

指定要测量的入射角后，即可开始测量过程。来自源和样本的旋转阶段将相应地旋转。然后，Synopsys TIS Pro 会将光线对准样品，其光谱检测器将收集离开积分球的信号，达到指定位置。Synopsys TIS Pro 将该信号与校准信号进行比较，然后计算反射率、透射率或吸收值。

您可以将测量结果导出到光学仿真软件，例如LightTools。

应用示例

新思科技 TIS Pro 是评估光学系统中表面和材料影响的理想选择。您可以使用测量结果来：

表征汽车设计或通用照明系统的反射器/扩散器材料

评估生产中的质量控制

分析航空航天光学器件中使用的镀膜的杂散光抑制

测量光谱行为以纳入逼真的渲染

研究化妆品的光学特性

表征多个入射角的材料

 

图 3：新思科技 TIS Pro 测量结果

审核编辑：郭婷