Biophysics · 02.03

反射の法則

Law of reflection

🧠 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、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。

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

\theta_i=\theta_r

$θ_i$ 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。

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の原因になる。