光学❝深掘り❞トピックス

LED照明ノーツ8.表面の粗さについての考え方
今回は、本連載中のBSDFについての回でも触れた3)、光の回折・拡散・散乱（BSDFはこれらの現象を定量的に表現するためのものであるが）の原因となる物質表面の粗さについて考えてみよう。ここでは表面荒さについての最もシンプルな表現方法について解説させていただきたい。
１．正弦波状表面における散乱
２．粗さの表示
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株式会社タイコ 牛山善太

LED照明ノーツ6.シミュレーションにおける散乱・拡散の表現
様々な様相を呈する、散乱・拡散現象を如何にコンピュータによる照明シミュレーションに用いる事ができるような形で表現できるかは重要な事柄であり、BSDFもその重要な手法の一つであった。
ここでは、さらにBSDFについて、またより直感的で簡単な散乱の表現について考えてみたい。
まずは照明系における拡散性要素の重要性についてから触れさせて頂くこととする。
１．明るさを測定する場合の拡散性の重要性
これまで、明るさを表す単位そのものについては説明をさせて頂かなかったが、
ここで、拡散性の重要性を示す上で必要な、二つの重要な単位について触れさせて頂く。
たとえば図１にある様にスクリーン上に画像が投影されているとする。
もちろん光学系による結像性能を知ることも重要であるが、照明系によるスクリーン上の明るさが均一であることはまず、重要となる。
こうした場合に、もしスクリーンによる光の拡散が位置、方向に対して均一であれば、測定されるべき測光量は照度と言うものである。
照度は披照明面に単位面積あたり、単位時間あたりに達する光のエネルギー（光束）を表す。微小面積dSに到達する光束がΦであれば…。
２．拡散シートのいくつかの効能
３．拡散面の表現について
４．参考文献
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株式会社タイコ 牛山善太

LED照明ノーツ5.基本的な反射、拡散におけるBSDFについて
前回は物質表面の反射・拡散・透過特性を表す関数、BSDFの基本的な定義・性質について説明させていただいた。
理論的な様々な数式からこの関数を決定する事は勿論可能であるし、測定値からこの関数を決定していく事も可能であると言う、実に応用性に富んだ概念である。またどの様なBSDF関数が、換言すれば、拡散分布が、使用目的を達成するために、光学要素の表面に施されるのが適当か？等の解析的な考察にも役に立つ。
今回はそうした折にも有用である、完全拡散、整反射などの基本的な光学現象におけるBSDF関数について触れさせていただきたい。
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株式会社タイコ 牛山善太

LED照明ノーツ４.BSDFについて
　様々な照明系を設計する際には、しばしば光を適当に散らすことの出来る拡散面は重要な要素となる。
当然LEDを用いた照明系においても同様であり、詳しくは本連載において何れ触れさせていただくつもりではあるが、色むらを消したり、影を目立たなくしたり、輝度の集中を避けて品位の高い照明系を目差す場合にも必須となる。
実はこうした拡散面の性質をコンピュータ・シミュレーション的に表現する事は、とくに一般的に利用可能なコンピュータ性能がプアな時代には簡単ではなかった。
また様々な計算方法も存在した。しかし現在では確率的なモンテカルロ法により照明計算のための光線追跡を行うことも主流となり、またこの計算方法にも相性が良く、拡散面の情報は今回解説させていただくBSDF関数によるデータの蓄積、活用がやはり最も汎用性もあり、便利ではないかと言う意見が、多くの照明系評価ソフトにBSDFによる拡散面の表現機能が装備されている事からも判るとおり、説得力を持つに至った。この背景にある、これまでセンシティブ過ぎて困難であったBSDFの測定が現場レベルでも可能となって来たことの意義も大きい。
　
今回は、まず、このBSDFについての基本的な解説をさせていただきたい。
1.表面の散乱反射特性・BRDFの概念
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