BSDF는 양방향 산란 분포 함수의 약자로, 표면에서 빛이 산란되는 방식을 특징짓는 수학적 함수입니다. Bidirectional Scattering Distribution Function의 줄임말입니다.
수학적으로 정의된 BSDF 함수 식은 다음과 같습니다.
함수 정의
실제로 이 현상은 일반적으로 반사 및 투과로 구분되며, BRDF와 BTDF로 별도로 고려됩니다.
광학 설계에 BSDF가 중요한 이유는 무엇일까요?
광학 설계 과정에서 정확한 시뮬레이션 결과는 정확도 높은 광학 특성에 의존합니다. 실제로 광선의 에너지와 방향이 어떻게 변화하는지는 광학적 특성에 따라 결정되며, 형상만으로는 광 분포를 결정할 수 없습니다. 따라서 사용할 재질의 광학적 특성을 가능한 한 정확하게 파악하는 것이 중요합니다. 정확한 특성을 얻는 가장 좋은 방법은 재질을 직접 측정하고 광학 소프트웨어로 사용할 데이터를 내보내는 것입니다.
상황:
솔루션:
Synopsys는 BSDF 측정을 위해 어떤 솔루션을 제공하나요?
BSDF를 측정하는 방법에는 고니오포토미터와 카메라 기반 시스템이라는 두 가지 주요 방법이 있습니다. Synopsys는 두 가지 솔루션을 모두 제공합니다.
고니오미터 기반의 측정 장비
고정된 광원이 샘플을 비추고 이동식 검출기가 샘플 주위를 회전하여 산란광을 수집하는 고전적인 고니오포토미터 (또는 그 반대 - 이동식 광원과 고정된 검출기 사용)를 사용하여 BSDF를 측정할 수 있습니다.
Synopsys는 두가지 고니오포토미터 솔루션을 제공합니다. Synopsys REFLET 180S 와 High Specular Bench.
Synopsys High Specular Bench와 같은 이러한 고해상도, 고동적 전동 산란 장비의 경우 Synopsys 프랑스 지사의 광학 전문 랩에서 측정 서비스를 제공합니다. 원하시는 고객께서는 Synopsys REFLET 180S를 구매하실 수 있습니다.
| Synopsys REFLET 180S | Synopsys High Specular | |
|---|---|---|
| Type (측정분야) |
BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| Dynamic range (동작 범위) |
109 | 1013 |
| Wavelength range (광원의 파장) |
400nm to 1700nm | 280nm to 10,6µm |
| Incident angles (측정 입사 각도) |
Tunable: +90° to -90° | Tunable: 90° to 0° |
| Angular range (측정 각도 범위) |
Full sphere | 1 Plan from -10° to +90° |
| Angular accuracy (정확도) |
< 0.1° | < 0.02° |
| Repeatability (반복성) |
< 1% | < 1% |
| Weight (무게) |
80 kg | 200 kg |
| Advantages (특장점) |
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카메라 기반의 측정 장비
광원이 샘플을 비추고 렌즈 시스템이 산란된 모든 빛을 카메라로 보내는 카메라 기반 측정 장비를 사용하여 BSDF를 측정할 수도 있습니다.
Synopsys는 두 가지 카메라 기반 시스템인 Synopsys Mini-Diff V2와 Synopsys Mini-Diff VPro를 개발 및 조립하며, 두 제품 모두 구매할 수 있습니다. Synopsys Mini-Diff VPro(왼쪽)는 자체 "암실" 및 온도 제어 기능과 함께 제공됩니다. Mini-Diff V2(오른쪽)는 보다 신속하고 쉽게 사용할 수 있는 휴대용 측정 장비입니다.
| Synopsys Mini-Diff V2 | Synopsys Mini-Diff VPro | |
|---|---|---|
| Type (측정분야) |
BRDF/BTDF | BRDF/BTDF |
| Dynamic range (동작 범위) |
105 | BRDF 105 BTDF 106 |
| Wavelength range (광원의 파장) |
630nm, 525nm, 465nm, 940nm | 630nm, 525nm, 465nm |
| Incident angles (측정 입사 각도) |
Fixed: 0°, 20°, 40°, 60° | Tunable: 0° to 60° |
| Angular range (측정 각도 범위) |
Sphere [0° ; 75°] [0° ; 360°] | Sphere [0° ; 75°] [0° ; 360°] |
| Angular accuracy (정확도) |
1° | 0,5° |
| Repeatability (반복성) |
<2% | <2% |
| Weight (무게) |
2 kg | 42 kg |
| Advantages (특장점) |
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위의 측정 장비를 사용할 경우, 측정 데이터를 시뮬레이션 소프트웨어로 내보내 설계에 활용할 수 있습니다.
Precision Light Scatter Data for Faster, More Cost-Effective Optical Product Development
Synopsys REFLET 180S와 LucidShape을 사용한 차량 대시보드 측정 및 설계 예시
자동차 대시보드 소재의 표면 측정은 R&D에서 입자 크기를 평가하여 반사가 가장 적고 산란이 가장 많은 소재를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 목적은 운전자의 안전을 위해 앞 유리의 반사를 줄이기 위해 가능한 한 가장 확산되는 표면을 선택하는 것입니다.
입자 크기가 다른 두 대시보드 표면의 산란을 비교하기 위해 백색광으로 네 가지 입사각(AOI=10°/30°/50°/70°)에 대한 BRDF를 측정합니다.
두 표면 모두 각 사이드에 산란이 있는 큰 가우시안 피크와 램버시안 백그라운드가 있습니다.
백그라운드의 수준은 비슷하지만 좌측의 레퍼런스 1이 더 정반사 성향이 짙고 우측의 레퍼런스 2가 더 확산 성향이 있어서 대시보드로 사용하기에는 레퍼런스 2가 더 적합하다는 것을 보여줍니다.
측정 데이터를 설계 소프트웨어로 내보낼 수 있는 기능 덕분에 이 데이터를 사용하여 LucidShape에서 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다.
LucidShape의 데이터를 사용하여 시뮬레이션을 수행하면 동일한 결론을 도출할 수 있습니다: 레퍼런스 1은 반사광이 더 강하고 레퍼런스 2는 확산성이 더 강하므로 운전자는 레퍼런스 2를 사용하면 눈부심을 덜 느낄 수 있습니다.
설계자는 BSDF를 직접 측정하여 올바른 소재 또는 코팅을 선택하고 정확한 렌더링을 구현하며 프로토타입 제작 비용을 절감할 수 있습니다.
