Strahlverfolgung

Im Rahmen der geometrischen Optik wird Licht durch einzelne Strahlen beschrieben. In homogenen Medien wie Luft und Glas breiten sich Strahlen geradlinig aus. An Trennflächen werden sie gebrochen oder reflektiert. Sie ändern ihre Richtung nach wohl bekannten Gesetzen. Diese Gesetze lassen sich leicht in Simulationsprogrammen nachbilden. Auf diese Weise kann der gesamte Weg, den ein Lichtstrahl nimmt, bis zum Auftreffen auf die Zielfläche simuliert werden. Dieses Verfahren nennt man Strahlverfolgung. Zunächst wird der Schnittpunkt eines Strahls mit einer optischen Fläche gesucht, dann seine Richtung entsprechend den optischen Gesetzen geändert. Das wird so lange wiederholt, bis der Strahl eine absorbierende Fläche trifft.

Auf diese Weise lässt sich unmittelbar herausfinden wo ein Strahl endet, der in ein optisches System an einem gegebenen Ort mit einer gegebenen Richtung eingetreten ist. Um die Verteilung der Strahlung zu untersuchen, werden sehr viele Strahlen verfolgt. Deren Eintrittsort und -Richtung werden oft zufällig gewählt, man nennt dies "Monte Carlo" Verfahren in Anspielung an den Ort and der Côte d'Azur, wo der Würfel eine besondere Bedeutung hat. Um zuverlässige Aussagen zu ermöglichen, werden mehrere Millionen Strahlen verfolgt.

Strahlverfolgung ist heute ohne moderne Simulationsprogramme, in denen das optische System modelliert und analysiert wird, nicht mehr denkbar. Die computergestützte Analyse bedarf nach wie vor der Erfahrung eines Optik-Designers, dennoch vereinfacht und beschleunigt sie den Entwicklungsprozess durch die Möglichkeit, die Leistung verschiedener Ansätze rasch zu berechnen.