基準設計の物理構成 (Baseline Physical Configuration)

概要 (Overview)

Step 8（基準設計のキャリブレーション）で対象とする MiniTIAS 実機の物理構成を定義する．本ドキュメントは実機写真（REFERENCE/）と Fusion 360 設計データから読み取った構成を、シミュレーション側でどう表現するかの 認識合わせ を残すためのものである．

仕様確定前の暫定値（材料パラメータ・LED 強度等）はキャリブレーション反復で更新する．

実体は configs/scene_baseline.yaml．

座標系 (Coordinate System)

単位: mm（YAML 内）．シミュレータには m に変換して渡す．
原点: STL モデル（Fusion 360 エクスポート）の座標系を踏襲．
主要部品の Z 座標（中心）:
- 評価板（照明ムラ補正ボード）: Z=+4（厚み Z=-4.5〜+12.5）
- LED 基板カバー: Z=-65.3
- スマホ（SH-02M）: Z=-154.4

評価板（照明ムラ補正ボード）

構造

面	法線	Z 座標	構造	役割
表面（外側）	+Z 法線	Z=-2.5〜+12.5（凹凸）	楕円窓 + AR マーカー + カラーチャート	撮影された画像で見える側．スマホで写真を撮るときに映る面
裏面（内側）	-Z 法線	Z=-4.5（平面）	平坦な取付面	照度均一性の評価対象面．LED 光がこの面に均一に届くことが MiniTIAS の設計目的

評価対象面

評価対象は内側（平坦面、-Z 法線面）の照度分布．照明ムラ評価とは「この面に届く光が空間的に均一かどうか」を測ること．

LED（光源）

物理仕様

項目	値	根拠
パッケージ	SMD 2835	REFERENCE/smd2835_datasheets.png
サイズ	2.8 × 3.5 mm	データシート（Samsung / Bridgelux / Lumileds 共通）
配光角（ビーム角）	120°（≒ Lambertian）	データシート

モデル化（光の広がり方）

Mitsuba の AreaLight (rectangle) として表現
発光面の 片面のみ から放射する（direction ベクトルが示す向き側．裏面は完全に発光しない）
放射分布は Lambertian（法線方向で最大，cos(θ) で減衰）
- データシートのビーム角 120° は半値全幅 ±60° に相当し，Lambertian の cos(60°)=0.5 と一致するため矛盾なし
各 LED の direction は z 軸マイナス方向 (0, 0, -1) で全 18 個共通．光は -Z 半球側に Lambertian で広がる
radiance は暫定 1.0 W/sr/m²（キャリブレーション反復で実機 W 値に校正予定）
- 全光束への換算: Φ [W] = radiance × area × π（Lambertian 半球積分）
- 1 LED あたりの面積: 2.8 × 3.5 = 9.8 mm² = 9.8e-6 m²
- radiance=1.0 のとき Φ = 1.0 × 9.8e-6 × π ≈ 3.08e-5 W（極めて小さい．実機 LED は ~0.2 W なので約 6500 倍の校正が必要）

配置

実機の LED 基板は 前側のでっぱりの直角部分 に取り付けられている．3 基板を Z 軸まわりに ±90° 回転で配置：

基板	基板中心 mm	LED 並び方向	個数
下（Y-）	(0, -70.2, -65.3)	X 軸	6
右（X+）	(70.2, 0, -65.3)	Y 軸	6
左（X-）	(-70.2, 0, -65.3)	Y 軸	6

各基板上の LED 6 個は基板の長手方向に約 8.7 mm 間隔で等間隔配置．総数 18 個．

※ 左右基板の中心座標は STL の下基板（LED基板カバー.stl、bbox 中心 (0, -70.2, -65.3)）を基準に Z 軸まわり ±90° 回転で算出した推定値．Fusion 360 設計の実位置と微小なズレがある可能性あり．

カメラ（センサ）

評価板の 内側（平坦面）の照度マップを 2D 画像として直接取得 するため、orthographic（平行投影）センサを使う．

項目	値	意図
`type`	`orthographic`	パースペクティブ歪みを排除し、評価板の各位置の輝度を pixel と 1 対 1 対応させる
`position`	(0, 0, -50) mm	評価板の裏面（Z=-4.5）より少し離れ、かつ LED 基板（Z=-65.3）より評価板側．ray の経路に LED が入らない位置
`target`	(0, 0, 0) mm	評価板の方向（+Z）を見る
`ortho_scale`	(50, 52) mm	評価板の bbox（X=99, Y=102 mm）に余裕を持たせた半幅

カメラ位置が評価板に近すぎる（Z=-10 等）と Mitsuba の orthographic の near_clip 内に入って何も映らないので注意．

レンダリング設定（多重反射の扱い）

Mitsuba 3 の path tracer（モンテカルロ光線追跡）を使用し、多重反射（インターリフレクション）まで含めて計算する．

項目	値	意味
`integrator`	`path`	多重反射を考慮した path tracing．LED → 内壁 → 評価板のような間接照明経路もすべて積分する
`max_depth`	8	ray の最大反射回数．8 回までの反射を追跡（実用上 MiniTIAS の白筐体内多重反射には十分）
`spp`	128	pixel あたりサンプル数．大きいほどノイズ減・計算重．キャリブ反復中の暫定値（512〜1024 に上げる予定）
`variant`	`llvm_ad_rgb`	LLVM JIT による RGB レンダリング．LLVM-C.dll が PATH（または DRJIT_LIBLLVM_PATH）で参照可能なこと

多重反射の意味

LED 光が評価板に届く経路は以下のすべてが計算される：

直接光: LED → 評価板（評価板の表面に直接当たる光）
1 回反射: LED → 内壁 → 評価板
2 回反射: LED → 内壁 → 内壁 → 評価板
...
max_depth (8) 回反射まで

MiniTIAS は 白い筐体内壁の多重反射で照明を均一化 する設計のため、多重反射の正確な計算が CoV 値の再現に必須．

制限

現状 Phase A のベイク（visualize/baker.py）は直接照度のみで多重反射を考慮しない．多重反射込みの照度マップを得るには本ドキュメント記載の path tracer（sm-render）を使う．
max_depth を超える反射は無視される．白筐体（reflectance 0.85）で 8 回反射した光のエネルギーは初期の 0.85^8 ≈ 27% まで減衰しているため、無視しても影響は小さい．

筐体（材料）

実機の筐体構造物（前側 / 後側 / LED 基板カバー / 評価板）は すべて同じ 3D プリンタ白素材（PLA / PETG / ABS の白フィラメント）で造形されている．スマホホルダのみ別素材．多重反射で照明を均一化する設計．

部品	材料定義名	材料モデル	reflectance	備考
前側 / 後側（筐体）	`printer_white`	`diffuse`	0.85	3D プリンタ白フィラメント（暫定値．実物の素材データシートで再校正）
LED 基板カバー	`printer_white`	`diffuse`	0.85	同じ 3D プリンタ白素材．不透明な白プラの枠で LED の周囲を囲む構造であり、LED 光が透過するディフューザーではない
評価板	`printer_white`	`diffuse`	0.85	3D プリンタ白．照度マップ上の輝度から照度への換算は `E ≈ pixel × π / 0.85`
スマホホルダ	`holder_dark`	`diffuse`	0.50	別素材（推定．要確認）
スマホ本体（SH-02M）	`phone_body_dark`	`diffuse`	0.05	樹脂・金属の黒系

LED 基板カバーの取り扱いについて

当初 thindielectric（半透明 PMMA）でディフューザーとしてモデル化していたが、実機は 3D プリンタ白素材（不透明）であることが判明したため diffuse 0.85 に変更した．これにより：

LED 光は基板カバーを 透過しない．Lambertian の発光面（AreaLight）から直接シーン空間に放出される
基板カバーの表面は 白プラとして拡散反射 に寄与し、多重反射の経路の一部になる
「半透明ディフューザーで散乱しない」問題は解消（そもそも実機にディフューザーは存在しなかった）

キャリブレーション目標（実測値）

PLAN_02 より：

指標	実測値	仮置き許容範囲
CoV	0.0426	±0.005
中心/周辺比	1.064	±0.02
勾配 (%)	6.23	±1.5

想定どおりの挙動（追加対応不要）

以下は実機と一致する挙動として 意図的にそのままにしている 項目：

評価板の楕円窓からの光漏れ: 楕円窓は撮影用開口で、均一性測定時にも何も塞がない．シミュ上で楕円窓から外部に光が逃げる挙動は実機と整合．
筐体開口部（スマホ取付穴等）からの光漏れ: 同上．実機でも漏れる構造で、シミュも同じ．
被写体（白板）は別途配置しない: 「補正ボード」= 評価板（照明ムラ補正ボード）そのものを指す．楕円窓の奥に追加の白板は置かない．

既知の差分（実機との不一致）

Step 8 進行中に把握した、実機との未解消の差分：

3D プリンタ白素材の反射率の正確な値: 暫定 0.85 だが、実物のフィラメント（PLA / PETG / ABS のどれか）と分光反射率データで再校正が必要．
左右 LED 基板の正確な位置・向き: STL から推定した座標で、Fusion 360 設計とのズレがある可能性．
LED 1 個あたりの実 W 値: 暫定 radiance=1.0 W/sr/m²（≒ 3.08e-5 W）．実機 SMD 2835 の規格値（~0.2 W）との校正係数を確定する必要．
スマホホルダの実素材: 推定 holder_dark (0.50)．実物確認が必要．
評価 ROI の不一致: シミュ側は「評価板内側面の中央 256×256 pixel 矩形」で CoV を算出．MiniTias-Evaluation で実測値 CoV=0.0426 を出した際の ROI 設定（位置・形状）と一致しているか未確認．

参照（References）

実機写真: REFERENCE/housing_interior_real.jpg
LED 基板拡大: REFERENCE/led_board_closeup.jpg
Fusion 360 内部視点: REFERENCE/fusion360_housing_interior.png
LED データシート: REFERENCE/smd2835_datasheets.png
YAML 仕様（一般形）: SPEC_02_シーン定義仕様
基準設定の YAML 実体: configs/scene_baseline.yaml