Propagation of a General Gaussian Beam by Paraxial Ray Tracing in an Arbitrary Optical System

주원돈 한국물리학회 2011 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.58 No.4

We describe the propagation of general partially coherent axially symmetric and nonsymmetric Gaussian light beams in free space and through an arbitrary optical system with classical paraxial ray tracing. We show that such beams can be described by using the same parameters as those used for a classical coherent Gaussian beam. Kogelnik’s “ABCD” law is also true for general Gaussian beams.

유연기판 태양전지가 설치된 온실 내의 광분포 분석 및 적상추의 생산

임은정,Seo Gyeong-Su,Hwang Inha,Shin Il-Kyung,오명민 한국원예학회 2024 원예과학기술지 Vol.42 No.2

최근 작물 재배면적 상부에 태양전지를 설치하여 잉여의 태양광을 에너지 발전에 사용하는 solar sharing 개념의 영농형 태양광발전 시스템이 주목을 받고 있다. 하지만 대부분의 적용은 노지재배이며 태양전지 설치를 위한 구조물에 따른 문제점이대두되면서 본 연구에서는 유연기판 태양전지를 활용하여 영농형 태양광발전 시스템을 시설원예로 적용하기 위해 재배실험을 수행하였다. 실험에는 적상추가 사용되었으며 태양전지가 온실 천장의 한 면에만 설치된 태양광Ⅰ, 두 면 모두에 설치된 태양광Ⅱ 그리고 설치되지 않은 대조구의 세 단동 아치형 비닐하우스에서 재배되었다. 또한 온실 내부 면적 전체의 광량 및 태양고도 변화에 따른 일중 변화를 위해 시뮬레이션상에 온실 조건을 구현하여 광추적 시뮬레이션을 수행하였다. 두 처리구 온실에서의 월별 발전량은 태양광Ⅰ, 태양광Ⅱ에서 각각 평균 156.85kWh, 323.34kWh였다. 태양전지에 의한 차광으로 인해 온실내부에서 측정된 DLI값은 대조구 대비 태양광Ⅰ에서 86%, 태양광Ⅱ는 71%를 보였으며, 동일한 조건에서 광추적 시뮬레이션 결과 DLI값은 측정값과 14.8µmol·m-2·day-1의 평균제곱근오차를 기록했다. 재배 결과 지상부생체중, 엽면적, SPAD, 안토시아닌 함량과 같은 전 항목에서 처리에 따른 통계적 유의성을 보이지는 않았다. 이를 통해 유연기판 태양전지가 설치된 온실에서의 상추과 같은 광요구도가 낮은 엽채류 생산이 가능함을 확인하였다. Recently, agrivoltaic systems, which utilize a solar-sharing conception by having solar cells installed on top of the cultivation area, using the extra solar light for photovoltaics, have been attracting attention. However, most applications are reported in open-field conditions, and some issues have been raised about the installation of these structures. Accordingly, we conducted a cultivation experiment in which an agrivoltaic system was applied to protected horticulture with flexible solar cells. Red leaf lettuce was used in the experiment and was cultivated in three single greenhouses with the system installed either on one side of the greenhouse ceiling, denoted as photovoltaic I, or on both sides denoted as photovoltaic Ⅱ. The control system used no agrivoltaic system. A ray-tracing simulation was also conducted to determine the light distribution of the total greenhouse floor area and daily difference according to solar altitude changes. It was found that the monthly amounts of energy generated in the greenhouses were 156.85 and 323.34 kWh for photovoltaic Ⅰ and photovoltaic Ⅱ, respectively. Due to the area shaded from light by the solar cells, daily light integral (DLI) values were 86% of the control for photovoltaic Ⅰ and 71% for photovoltaic Ⅱ. In the results of the ray-tracing simulation under identical conditions, the root mean square error between the calculated DLI and the measured DLI was 14.8 µmol·m-2·day-1. The shoot fresh weight, leaf area, SPAD and anthocyanin content of red leaf lettuces showed no significant differences according to the treatment. Through this study, it was confirmed that greenhouses with flexible solar cells can be applied for the production of leafy vegetable such as lettuce with low light saturation points.

조명기구용 프리즘의 광학 설계법에 관한 연구

석대일,이창모,김훈,Seok, Dae-Il,Lee, Chang-Mo,Kim, Hoon 한국조명전기설비학회 2007 조명·전기설비학회논문지 Vol.21 No.6

특정한 배광 구현을 위하여 부피를 갖는 실제 광원에 대한 프리즘 설계법을 연구하였다. 입사각을 알고 목표 방향으로 광선을 보내려 할 때, 프리즘 정각을 구하는 수식을 유도하였고, 순차적으로 프리즘 정각을 구하였다. 점광원으로 가정한 설계 결과의 문제점을 분석한 후 이를 보완하여 부피를 갖는 광원에 적용할 수 있는 설계법을 도출하였다. 각각의 설계 결과로 나온 배광과 효율을 비교, 분석하였고 보완된 설계법을 통해 개선된 결과를 얻을 수 있었다. We studied prism design method for actual light source that have bulk in order to accomplish particular intensity distribution. When we know incidence angle and try to send ray to given direction, numerical formula that yields prism vertical angle, and then vertical angles were calculated sequentially. After analyzing problem that supposing to point light source, supplemented this and derived applicable prism design method on bulk light source. The intensity distribution and efficiency that came out by each design results were compared and analyzed, we got improved results through supplemented design method.

The optical simulation of an air-guide edge-lit

Kim, S.J.,Joo, B.Y.,Kim, B.M. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft m. b. H 2014 OPTIK -STUTTGART- Vol.125 No.19

The air-guide edge-lit without a light guide panel has been developed to meet the low manufacturing cost of a surface illuminator. The performance of the light guide inside the air layer between the curved reflector, used as the rear surface, and a flat light diffuse plate, at the front surface, depends on the shape of reflector curve and the BRDF (bidirectional reflectance distribution function) of the material of reflector. The goal of this study is to develop a ray-tracing simulation model in order to design the curve shape of the air-guide edge-lit meeting the luminance uniformity. In the present study, the BRDFs of reflector materials were measured and calibrated. The simulation accuracy in the luminance uniformity of the model was examined, and the influence of BRDF at the high angle of incidence on simulation accuracy was discussed.

효율적인 피사계 심도 생성을 위한 두 가지 기법

서영선(Young-Seon Suh),임인성(Insung Ihm) 한국컴퓨터그래픽스학회 2008 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.14 No.3

피사계 심도란 카메라에서 초점이 맞은 지점을 전후로 초점이 맞은 것과 유사한 선명도를 가지는 영역을 말한다. 이 영역을 벗어난 물체들은 아웃 포커싱 되어 흐릿하게 보이게 된다. 렌더링 한 이미지에 피사계 심도 효과를 내게 되면 그렇지 않은 이미지에 비해 훨씬 사실적인 영상을 얻을 수 있다. 렌더링에서 피사계 심도 효과를 내기 위한 기존 연구는 크게 두가지로 나눌 수 있다. 먼저 분산 광선 추적법은 한 픽셀에 대해 주어진 렌즈 영역을 샘플링 하는 방법이다. 이 방법은 샘플링 횟수가 많아질수록 노이즈가 없는 정확한 영상을 얻게 되지만 그러기 위해서는 시간이 매우 많이 걸린다. 반면 후처리 방법은 광선 추적법 등을 이용하여 얻은 핀홀 카메라 이미지와 깊이 정보를 이용하여 피사계 심도 효과를 내는 것인데 분산 광선 추적법 만큼 정확하지는 않지만 훨씬 빠른 속도로 유사한 결과를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 후처리 방법은 핀홀 카메라에서 생성된 이미지만을 이용하므로 실제 렌즈에서 보이는 모든 정보를 알 수 없다는 한계가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 두 가지 형태의 방법을 각각 발전시켜 후처리 기반 피사계 심도 계산의 정확도를 높이는 방법과 분산 광선 추적법의 계산 속도를 향상 시키는 방법을 제시한다. The depth of field is the range that the objects inside of this range treated to be focused. Objects that are placed out of this range are out of focus and become blurred. In computer graphics, generating depth of field effects gives a great reality to rendered images. The previous researches on the depth of field in computer graphics can be divided into two major categories. One of them is the distributed ray tracing that samples the lens area against each pixel. It is possible to obtain precise results without noise if enough number of samples are taken. However, to make a good result, a great number of samples are needed, resulting in an enormous timing requirement. The other approach is the method that approximates depth of field effect by post-processing an image and its depth values computed using a pin-hole camera. Though the second technique is not that physically correct like distributed ray tracing, many approaches which using this idea have been introduced because it is much faster than the firstapproach. But the post-processing have some limitations because of the lack of ray information. In this paper, we first present an improvement technique that corrects the previous post-processing methods and then propose another one that accelerates the distributed ray tracing by using a radiance caching method.

필드 분포 및 Z-점수를 기반으로 한 대형 건축물의 차폐 특성 및 최적화 수신 지점 해석

임동준,이재욱,권종화,형창희,황정환 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.10

본 논문에서는 광선 추적법 기반의 상용 3D 시뮬레이션 툴인 Winprop을 이용하여 대형 건축물 내부의 필드 분포를분석하고 확률론적 알고리즘인 PEPWB 방법 및 수치 해석 방법 기반의 상용 3D 시뮬레이션 툴과의 비교를 통해 차폐특성 및 수신 지점을 해석하고자 한다. 대형 건축물의 정확한 차폐 특성을 해석하기 위해서는 공간 내부를 대표하는수신 지점을 찾는 것이 중요하다. 건축물 내부에서는 전파의 반사, 투과, 회절, 산란 특성에 의해서 공진이 일어나 특정지점에서 낮거나 높은 수신 전력이 나타날 수 있다. 따라서 내부의 필드 분포를 분석함으로써 실제 측정 환경에서 차폐특성을 해석하기 위한 적합한 수신 구역을 선정할 수 있다.

리어램프의 접등시물레이션을 위한 물리기반의 랜더링 기법

이명영,송근원,이철희,하영호 한국화상학회 2006 한국화상학회지 Vol.12 No.4

리어램프의 점등시뮬레이션을 위한 물리기반의 랜더링 기법

이명영 ( Myong Young Lee ),송근원 ( Kun Weon Song ),이철희 ( Cheol Hee Lee ),하영호 ( Yeong Ho Ha ) 한국화상학회 2006 한국화상학회지 Vol.12 No.4