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はじめに

光学技術の発展により、材料、表面特性、部品、およびシステムの品質に対する要求が高まり、時には全く新しい要求も求められることもあります。自动车用の光学部品では、高い透過率と散乱効果を促進する材料が、光学システムの効果と外観の形成に重要な役割を果たすことがあります。天文用装置や航空宇宙用機材に搭載される光学系では、材料に対する仕様は通常とは異なる場合があります。例えば、反射率を抑制して迷光を低減する材料を用いることがとても重要になることがあります。

光学技术に使用する材料の要件には、材料特性を再现する十分な精度を持つ分析方法が必要になります。

反射率、透過率、吸収率の測定結果を光学设计に取り入れることで、材料と表面の特性に関する重要な情報を得ることができます。これにより、試作や製造を行う前に、材料が光学製品の性能に与える影響を見積もることことができます。

ここでは、Synopsys TIS Proを使用した反射率及び透過率の測定による光学製品设计の改善例をいくつかご紹介します。

反射率及び透过率测定の定义

光学系シミュレーションの正确性は、多くの场合、设定した材料と表面の特性の精度に依存しています。通常、モデル形状だけでは光の分布は决まりません。エネルギーと光线の方向がどのように変化するかを特徴づけるためには、光学的特性が必要です。ここでは、表面や材料の光学特性を评価するために使用できる2つの测定量について説明します。

1つ目は、光の散乱角度です。これは、叠厂顿贵(双方向散乱分布関数)とも呼ばれます。叠厂顿贵は、入射光が入射したときの透过および/または反射の両方向ににおいて、光が角度空间のどこで散乱しているかを表现しています。

2つ目は、反射率と透过率(搁/罢)です。これは、光が散乱している位置に関わらず、表面や材质に当たったときの反射光もしくは透过光の全积分量を测定します。

そして、反射率または透过率は、入力光束に対する全反射光または全透过光の积分量の比率で定义できます。

光学测定で得られること

外観の見栄えは主観的な品質と言えるため、物の全体的な外観を定量化することは難しいです。しかし、光学散乱测定を行えば、外観の見栄えを定量化できる特定の手法があります。

• 材料からの反射光のスペクトル分布から得られる色の情报
• 材料からの反射光の几何学的分布から得られる辉度の情报
• 材料からの反射光の空间的な分布から得られる形状(テクスチャー)の情报

外観の定量化には、物理量と视覚测定で得られる観察者の视覚感度との间で相関関係を持たせることが必要になります。叠厂顿贵はこれらの情报を统合した物理量になります。

また、叠厂顿贵から反射率や透过率の値を计算することができますが、机器の精度や、测定时のサンプリングや分解能に大きく依存した値になります。

このため、叠厂顿贵とは别に反射率と透过率(搁/罢)を测定することで、光学シミュレーションの精度を高めることができます。

Synopsys TIS Proの仕組み

Synopsys REFLET および Mini-Diff製品では、BSDFの測定が可能です。

Synopsys TIS Proは、表面や材料の反射率と透過率(R/T)を測定するための製品です。Synopsys TIS Proは、積分球と分光器を一体化して筐体に組み込まれており、迷光を抑制することで正確な測定結果を得られることが特長の製品です。

Synopsys TIS Proを使用する際、まず装置に付属する標準リファレンスを使用してキャリブレーションを実施します。

その后、光学サンプルの表面を测定します。反射率测定用(図1)では、积分球の中心に试料を置きます。透过率测定用(図2)では、入口ポートに试料を置きます。

活用事例

Synopsys TIS Proは、光学システムにおける表面や材料の影響を評価することに適しています。測定結果は以下のように活用できます。

• 自动车设计や一般照明システムにおけるリフレクター/拡散材料の特性評価
• 生产工程における品质管理の评価
• 航空宇宙用光学部品に使用されるコーティングを含む部材の迷光抑制の分析
• フォトリアリスティックレンダリングへ适用する部材の分光特性测定
• 化粧品の光学特性の调査
• 特定材料の様々な入射角に対する特性评価

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