4.　反射と屈折

この章では，幾何光学の基本的な法則である，反射の法則と屈折の法則を説明し，前章で解説した光線追跡の手法により，それらによる光の伝搬を計算する。

4.1　正反射と乱反射

光が物体に入る時，その光の一部は，必ず反射する。この時，物体の表面が鏡面のように滑らかな場合，図2.10に示すように，光は一方向に反射し，正反射と呼ぶ。物体の表面に垂直な法線を引き，入射光線とこの法線のなす角度を入射角とすると，光線は，入射光線と法線を含む面内で，法線に対して，入射光線と対称な方向に反射する。この時，反射光線と法線がなす反射角は入射角と等しくなり，これを反射の法則と呼ぶ。通常の物質の表面は，鏡のように滑らかであることは稀で，細かい凹凸がある。このような凹凸がある場合には，それぞれの凹凸に対して反射の法則にしたがって反射するので，トータルで考えると，拡がった範囲に反射する。このような反射を乱反射と呼び，乱反射により，物体は，いろいろな角度から見ることができる。