Refraction
宝石に入った瞬間から、光は空気中とは別の角度で進む
屈折率が高いほど、光線は法線方向へ強く曲がります。そのため、出ていく前に内部面へ何度も当たりやすくなります。
Optics / Refraction / Total Internal Reflection / Dispersion
宝石は、
光をただ通すだけではない。
空気から入った光は、宝石の中で屈折し、面で反射し、ときには色ごとに少し違う向きへ分かれて出てきます。
このページでは 屈折率、光の強さ、分散、宝石の回転 を動かしながら、内部反射と虹色の広がりを 2D 断面モデルで観察できます。
- 屈折率が高いほど光は強く曲がり、内部で跳ね返りやすくなる
- 分散が大きいほど、色ごとに進路がずれて虹色の広がりが見えやすくなる
- 本物の 3D 宝石ではなく、断面内の光線だけを残した教材用の簡易レイトレースを使っている
Fire
虹色のきらめきは、色ごとの曲がり方の差から生まれる
赤と青ではわずかに屈折率が違うので、出射方向にも差が出ます。この小さなずれが、宝石のファイアとして見えます。
まず見るべきこと
屈折率を上げたときに内部反射が増える変化と、分散を上げたときに出口の虹色が広がる変化を並べると、このモデルの狙いが掴みやすくなります。
Core Idea
宝石の輝きは、単なる透明さではなく、屈折、全反射、分散が同時に起きることで強く見える。
このページでは、宝石断面の多角形と複数の光線だけを使い、どの条件で内部反射が増え、どの条件で虹色が開くかを見やすくしています。
Viewer
宝石の中で光を追う
白い入射光が宝石断面へ入り、内部で反射し、色ごとに少しずれた角度で出ていく様子を観察します。光線は説明用に強調して描いています。
形を変えると、どの面で全反射しやすいかと、虹色の出口の広がり方が変わります。
2.40
高いほど光は強く曲がり、内部面で全反射しやすくなります。ダイヤモンドは高い屈折率を持つ代表例です。
80
強いほど入射ビームと、宝石から出る色光の輝度を高く描きます。
60
高いほど色ごとの屈折率差を大きくし、出口での虹色の開きを強調します。
現在のモデル
見どころ
Simulation
宝石断面のレイトレース
高輝度
白線: 入射光
虹色: 色ごとの出射光
内部の光線: 宝石内での反射経路
臨界角
24.6°
内部反射回数
0
虹色の広がり
0 px
輝きの印象
やわらかい輝き
Reading
宝石の輝きの見方
宝石がきれいに見える理由は、透明であることだけではありません。光がどう入って、どこで跳ね返り、どんな色で出るかが効いています。
Refraction
屈折
空気から宝石へ入るとき、光は曲がります。屈折率が高いほど曲がり方が大きくなり、内部面へ当たる角度も変わります。
Total Internal Reflection
全反射
宝石内部から空気へ出ようとする光が、ある角度より浅いと外へ出られず、面で反射します。これが強いきらめきの一因です。
Dispersion
分散
色によって屈折率が少し違うため、赤と青では出ていく向きがずれます。そのずれが虹色のファイアとして見えます。
Model
この教材モデル
本物の宝石は 3D で、面数ももっと多く、光源環境も複雑です。このページでは断面内の光線だけに絞って、関係を見やすくしています。
Reading Tip
「光が通る」ではなく、「光が中で遊んでから出る」と考えると、宝石の見え方の違いがかなり理解しやすい
屈折率が低いと光は素直に抜けやすく、高いと内部に閉じ込められやすくなります。さらに分散があると、出口で色がほどけて見えます。
Next
光の別の見え方へ進む
宝石での光の曲がりを見たら、波としての光や、電磁気とのつながりも並べてみると理解が広がります。