什么是光散射？
光散射的定义
光散射是指光与含有微粒的介质，或含有缺陷或结构的不同介质之间的界面相互作用时所表现出的现象。它不同于折射（光从一种介质进入另一种介质时折射率发生变化）或反射（光反射回同一介质），这两种现象均受斯涅尔定律的支配。
表面的性质、质地或特定结构，以及光线传播过程中所经过的气体、液体或固体颗粒等因素，都可能导致光散射。光本身的性质——包括其波长和偏振状态——也可能引起光散射。这通常会导致光线变得漫射，同时也可能影响颜色的色散。
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是什么导致了光的散射？
当微米和纳米尺度的表面不连续性及粗糙特征改变光的行为时，就会发生表面散射。根据其尺寸大小，表面的凸起、凹坑及其他几何特征会引起几何散射，因为如果这些结构小于与其相互作用的光波长的10倍，光就会发生反射、折射、偏振或衍射。 诸如油漆、涂层以及污染物等沉积物，即使非常薄或分布稀疏，也会因其性质而改变光的传播行为。
当光线穿过含有颗粒的介质时，会发生体散射。这些颗粒由于具有反射或折射特性而散射光线。这些颗粒可以是活性或被动的，它们会在介质内部以特定的角分布吸收或重新发射光线，且在介质中的大小和浓度各不相同。
图1.鬼影示例：这张用手机拍摄的照片清晰地显示了三组对焦清晰的蜡烛火焰鬼影。此外，还有第四组延伸的鬼影，其中心位于中间那组清晰的鬼影上。
图2.鬼像示例：单个鬼像路径的顺序光线追踪图。视场内物体的光线穿过透镜，并在右侧的探测器上形成像。 随后，探测器将部分光线反射回镜头。镜头的一个表面再将光线反射回探测器，但位置有所不同。这个鬼影图像之所以值得关注，是因为鬼影光几乎聚焦在探测器上，这将导致鬼影图像比光线分散在更大区域时要明亮得多。
为什么光散射在光学设计中是一个问题？
虽然光散射可作为许多照明应用的工具，但在成像应用中却可能成为问题。物体表面散射光线的方式可能会使光线产生额外的路径，从而折返进入光学系统，在最终图像上产生被称为“鬼影”的视觉伪影。机械外壳也可能在系统内部引起不必要的散射。能够追踪散射事件的照明光线追踪应用，可以对这种不必要的散射进行补偿。
有哪些实际案例能说明光学设计依赖于最小化光散射？
各种类型的摄像系统都依赖于光学设计来生成清晰优质的图像，同时也确保不会出现重影。镜头结构越复杂，就越需要考虑光散射问题并加以消除。
在成像设计软件中创建光学系统后，设计师可以在照明设计工具中对该设计进行分析，以识别可能到达成像面的光路，并量化这些光路影响成像质量的可能性。为了在不影响系统整体性能的情况下消除这些辅助光路，您可能需要对主设计进行修改，但也可以通过对已构建的挡光板结构进行微调，从而显著改善成像质量并优化最终图像。
要分析并减少光散射，需要什么？
在使用挡板等结构来最小化鬼影时，对系统进行光线追踪以进行杂散光分析，有助于消除设计中的视觉伪影。为此，您可以使用提供光路分析功能的照明设计软件，该软件能够追踪成像系统中光线可能经过的每一条路径，并考虑设计中的所有结构，包括系统的机械外壳。 该软件能够评估所产生鬼影的强度，精确定位其来源，并使设计师能够通过手动操作或优化技术，消除导致鬼影的表面，或创建具有相同功能的结构。
如何测量光散射？
您可以使用散射仪测量光散射现象。该仪器通过一个或多个光源向表面或介质内发射光，并记录被反射和/或透射回来的光的角分布（强度），从而进行二维或三维测量。 记录结果的方式多种多样，但一种常见的方法是将反射光记录为双向反射分布函数（BRDF），将透射光记录为双向透射分布函数（BTDF）。这两者结合即构成双向散射分布函数（BSDF）。
根据测量方法的不同，您可以使用此功能来定义表面、介质或两者的组合所产生的光散射。根据被测样品的性质，您还可以区分二者中哪一方是散射效应的主要贡献者。完成测量后，您可以对材料或表面的散射谱建立数学拟合模型，并将其用于模拟计算。
如何模拟光散射？
是德科技的仿真软件产品LightTools和LucidShape支持使用光散射测量文件，并具备建模散射效应的功能。根据散射效应的本质特征，您可以使用 Harvey-Shack、ABg、高斯、朗伯以及插值角分布模型等数学模型，对表面散射的光分布进行建模。 对于体散射颗粒，您可以采用米氏理论、亨尼-格林斯坦或格根鲍尔方法，以及其他几种数学模型进行建模。梯度材料也可能产生明显的散射效应，即使这种效应是材料中折射率逐渐变化的结果，具体取决于材料发生变化的位置。
结合优化功能以及光线路径、接收器滤波等进阶 ，加上进阶 模块”中的各项特性，LightTools 能够精确模拟光散射效应，用于散射分析——在该领域，对散射现象的研究至关重要。在 LucidShape 中，您可以利用光散射数据设计时尚的汽车照明系统，同时确保其精度和功能性，从而满足严格的法规要求。
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