反射の法則

🧠 反射では、法線normal 法線（normal）normal（法線） を基準に入射光線 incident ray 入射光線（incident ray） incident ray（入射光線） と反射光線 reflected ray 反射光線（reflected ray） reflected ray（反射光線） が対称になる。

法線を基準にした反射

入射光線incident ray入射光線（incident ray）incident ray（入射光線）、反射光線reflected ray反射光線（reflected ray）reflected ray（反射光線）、境界面の法線 normal 法線（normal） normal（法線） は同一平面内 in-plane 面内（in-plane） in-plane（面内） にあり、幾何光学geometric optics 幾何光学（geometric optics）geometric optics（幾何光学） の光線または平面波の近似では入射角 angle of incidence 入射角（angle of incidence） angle of incidence（入射角） と反射角 angle of reflection 反射角（angle of reflection） angle of reflection（反射角） は等しい。角度は表面そのものではなく法線 normal 法線（normal） normal（法線） から測る。¹

flowchart TD
  A["光線が境界へ入射"]
  B["境界で進行方向が反転"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='normal'>法線</span>に対して同じ角度で反射"]
  A --> B
  B --> C

反射角と像の幾何学

$θ_i$は入射角 angle of incidence入射角（angle of incidence） angle of incidence（入射角）、$θ_r$は反射角 angle of reflection反射角（angle of reflection） angle of reflection（反射角）。

鏡面反射と拡散反射

入射角angle of incidence 入射角（angle of incidence）angle of incidence（入射角） と反射角 angle of reflection 反射角（angle of reflection） angle of reflection（反射角） は法線 normal 法線（normal） normal（法線） から測る。境界を透過する光線では同じ角度基準を使うが、方向は屈折の法則で決まり、その両方をフェルマーの原理Fermat's principleフェルマーの原理（Fermat's principle）Fermat's principle（フェルマーの原理）から導ける。

• 鏡面specular鏡面（specular）specular（鏡面） 反射は滑らかな面で起こり、平行光線は方向を保って反射する。
• 拡散反射diffuse reflection 拡散反射（diffuse reflection）diffuse reflection（拡散反射） は粗い面で多方向へ散るが、各微小面では反射の法則を満たす。
• 平面鏡の像は虚像 virtual image虚像（virtual image） virtual image（虚像）・正立像upright image正立像（upright image）upright image（正立像）、同じ大きさで、鏡の背後に物体と等距離に見える。粗い表面では、表面構造によって鏡面反射 specular reflection 鏡面反射（specular reflection） specular reflection（鏡面反射） 成分と近鏡面 specular 鏡面（specular） specular（鏡面） 散乱成分が変化する。²

医学・測定への応用

眼底鏡ophthalmoscope 眼底鏡（ophthalmoscope）ophthalmoscope（眼底鏡） や光学測定では不要な表面反射が信号損失やグレア glare グレア（glare） glare（グレア） の原因になる。

まとめ

• 反射では、法線normal 法線（normal）normal（法線） を基準に入射光線 incident ray 入射光線（incident ray） incident ray（入射光線） と反射光線 reflected ray 反射光線（reflected ray） reflected ray（反射光線） が対称になる。
• 鏡面反射specular reflection 鏡面反射（specular reflection）specular reflection（鏡面反射） は滑らかな面で起こり、平行光線は方向を保って反射する。
• 眼底鏡ophthalmoscope 眼底鏡（ophthalmoscope）ophthalmoscope（眼底鏡） や光学測定では不要な表面反射が信号損失やグレア glare グレア（glare） glare（グレア） の原因になる。