Introduzione al ray tracing 3DIntroduzione al ray tracing 3D
I modelli di ray tracing simulano la luce come raggi che si propagano nello spazio tridimensionale. Sono ideali per dispositivi con geometrie non planari o microstrutturate (ad esempio, array di microlenti, substrati strutturati, elementi per l’estrazione della luce), nei quali le ipotesi di ottica ondulatoria applicate a film sottili non sono più valide.I modelli di ray tracing simulano la luce come raggi che si propagano nello spazio tridimensionale. Sono ideali per dispositivi con geometrie non planari o microstrutturate (ad esempio, array di microlenti, substrati strutturati, elementi per l’estrazione della luce), nei quali le ipotesi di ottica ondulatoria applicate a film sottili non sono più valide.
Dove viene utilizzato nel manuale: per la configurazione pratica di un sistema ottico (definizione delle sorgenti, posizionamento dei rivelatori, esecuzione di simulazioni di tracciamento dei raggi e lettura dei risultati), consultare Sistemi ottici e tracciamento dei raggi. Per informazioni su come vengono registrati i raggi e trasformati in immagini o curve di efficienza, consultare Rivelatori ottici.Dove viene utilizzato nel manuale: per la configurazione pratica di un sistema ottico (definizione delle sorgenti, posizionamento dei rivelatori, esecuzione di simulazioni di tracciamento dei raggi e lettura dei risultati), consultare Sistemi ottici e tracciamento dei raggi. Per informazioni su come vengono registrati i raggi e trasformati in immagini o curve di efficienza, consultare Rivelatori ottici.
Un raggio è definito da un punto \(\mathbf{r}_0\) e da una direzione unitaria \(\hat{\mathbf{d}}\):Un raggio è definito da un punto \(\mathbf{r}_0\) e da una direzione unitaria \(\hat{\mathbf{d}}\):
Quando un raggio colpisce una superficie con vettore normale unitario \(\hat{\mathbf{n}}\), la direzione della riflessione perfettamente speculare è:Quando un raggio colpisce una superficie con vettore normale unitario \(\hat{\mathbf{n}}\), la direzione della riflessione perfettamente speculare è:
Legge di Snell in 3D (forma vettoriale)Legge di Snell in 3D (forma vettoriale)
Siano \(n_1\) e \(n_2\) rispettivamente gli indici di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce e del mezzo in cui la luce si propaga. Definiamo \(\eta = \dfrac{n_1}{n_2}\) e \(c = -\,\hat{\mathbf{n}}\!\cdot\!\hat{\mathbf{d}}\) (il coseno dell’angolo di incidenza, adottando la convenzione secondo cui \(\hat{\mathbf{n}}\) punta verso il mezzo 1). Quindi, la direzione unitaria della luce rifratta (o trasmessa) \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{refr}}\) è:Siano \(n_1\) e \(n_2\) rispettivamente gli indici di rifrazione del mezzo da cui proviene la luce e del mezzo in cui la luce si propaga. Definiamo \(\eta = \dfrac{n_1}{n_2}\) e \(c = -\,\hat{\mathbf{n}}\!\cdot\!\hat{\mathbf{d}}\) (il coseno dell’angolo di incidenza, adottando la convenzione secondo cui \(\hat{\mathbf{n}}\) punta verso il mezzo 1). Quindi, la direzione unitaria della luce rifratta (o trasmessa) \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{refr}}\) è:
L’argomento della radice quadrata applica la legge di Snell, \(n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2\), e ne fa rispettare il vincolo fisico.L’argomento della radice quadrata applica la legge di Snell, \(n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2\), e ne fa rispettare il vincolo fisico.
in tal caso, non esiste una soluzione reale e il raggio subisce una riflessione interna totale; in questa situazione, utilizzare la formula \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{ref}}\) indicata in precedenza.in tal caso, non esiste una soluzione reale e il raggio subisce una riflessione interna totale; in questa situazione, utilizzare la formula \(\hat{\mathbf{d}}_{\mathrm{ref}}\) indicata in precedenza.
Distribuzione dell’energia (opzionale)Distribuzione dell’energia (opzionale)
Per ripartire l’energia tra la riflessione e la trasmissione, utilizzare i coefficienti di Fresnel (media per luce non polarizzata):Per ripartire l’energia tra la riflessione e la trasmissione, utilizzare i coefficienti di Fresnel (media per luce non polarizzata):
dove \(c' = \sqrt{\,1 - \eta^{2}\,(1-c^{2})\,}\) è uguale a \(\cos\theta_2\). Nei materiali assorbenti, utilizzare indici di rifrazione complessi \(n = n' + i\kappa\).dove \(c' = \sqrt{\,1 - \eta^{2}\,(1-c^{2})\,}\) è uguale a \(\cos\theta_2\). Nei materiali assorbenti, utilizzare indici di rifrazione complessi \(n = n' + i\kappa\).
Passaggio successivo (esempio pratico): se si desidera visualizzare graficamente la capacità di elaborazione, il fenomeno del clipping e l’efficienza in funzione della lunghezza d’onda di una lente multi-elemento reale, andare a Cooke Triplet (Parte A). Se si desidera una rapida panoramica dei risultati e dei comandi relativi al tracciamento dei raggi, iniziare con la dimostrazione della teiera.Passaggio successivo (esempio pratico): se si desidera visualizzare graficamente la capacità di elaborazione, il fenomeno del clipping e l’efficienza in funzione della lunghezza d’onda di una lente multi-elemento reale, andare a Cooke Triplet (Parte A). Se si desidera una rapida panoramica dei risultati e dei comandi relativi al tracciamento dei raggi, iniziare con la dimostrazione della teiera.
Usi comuniUsi comuni
- Estrazione della luce negli OLED con substrati strutturatiEstrazione della luce negli OLED con substrati strutturati
- Diffusione/intrappolamento nelle celle solari con superficie strutturata o microstrutturataDiffusione/intrappolamento nelle celle solari con superficie strutturata o microstrutturata
- Accoppiamento a guide d’onda e matrici di microlentiAccoppiamento a guide d’onda e matrici di microlenti
- Perdite dovute all’imballaggio e analisi della luce dispersa nei dispositivi 3DPerdite dovute all’imballaggio e analisi della luce dispersa nei dispositivi 3D
Tutorial e strumenti correlati: Sorgenti luminose, Rivelatori ottici, Editor del piano S e Sistemi ottici e tracciamento dei raggi.Tutorial e strumenti correlati: Sorgenti luminose, Rivelatori ottici, Editor del piano S e Sistemi ottici e tracciamento dei raggi.