虹のような色彩を伴うシミュレーションを行います。

下図は今回のシミュレーションの結果です。

下の明るい虹が「主虹」と呼ばれております。上の薄い虹が「副虹」は呼ばれております。

その間の暗い部分は「アレキサンダーの暗帯」と呼ばれるそうです。

副虹は暗く、赤から紫への色の並びが、主虹とは逆となります。

まず、虹の基本的な原理を確認します。

虹は空気中の水滴による屈折と反射によって発生します。

空気中には水滴が浮かんでおります。

この水滴に太陽の光が入射すると、波長ごとに異なる方向に屈折します。

屈折したそれぞれの波長の光は、水滴内部にて鏡面反射（一部の光は通過します。）をして

再び空気中へ抜け出してきます。

虹を見る時、この空気中に抜け出してきた光を観測することとなります。

この現象をノンシーケンシャルにて再現すると下図のようになります。

左上に太陽光として光源を設置しました。

光源には黒体放射を指定しています。

温度は太陽と同じく6000ケルビンに設定しました。

波長は、0.4um～0.7umの間で100波長指定しています。

右側にある円形（球形）のオブジェクトは水滴を表しています。

光線はほとんどが水滴を透過します。

しかし、光線の一部は水滴の内部に侵入し、フレネル反射(反射率2%)したのちに

水滴の下部から射出されます。

これが主虹及びその下方の明るい領域を作り上げます。

水滴の内部に侵入した光線の一部は、２度反射して水滴から射出されます。

水滴内部の反射率は2%のため、2度反射された光は1度反射された光と比較すると、

2%しかエネルギーしかありません。

シミュレーションを行った結果は下記となります。

このままでは、暗闇に浮かぶ虹となるため、背景が青空となるようにオブジェクトを設置します。

青空とするオブジェクトの反射率は下記のように設定しました。

短波長側の反射率を高くしたため、青く色づきます。

※この反射率は実際の空気の散乱特性とは異なります。青空を模すために設定しました。

光線追跡を行うと下記の結果を取得できます。

このシミュレーションでは、Detector Color のローカル座標軸を表示すると、ｙ軸が下になっていることが分かりました。

Detector Viewer では通常の虹のような円弧が描けていますが、実際は上下反転していて、NSC シェーデッドモデルでもそのように表示されています。

もっと実際の虹のようなシミュレーション結果を得るにはどうすればよいでしょうか。

ご質問いただき、ありがとうございます。
 

ご指摘は仰る通りです。

実際の現象と照らし合わせると、人間の目で見るため画像は反転いたします。

こちらの記事ではその説明が抜けておりました。申し訳ございませんでした。

そこで、より実際の虹のようなシミュレーション結果にするためには

人間の目をシミュレーションに加えてみてはいかがでしょうか。

弊社ナレッジベースには人間の目のモデルの記事もございますので

参考にそちらのリンクを記載いたします。
人間の眼の OpticStudio でのモデル – 日本語ヘルプ (zemax.com)