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幾何光学(きかこうがく)とは、光の波動性や量子性その他を無視して、光の進む線の性質のみを幾何学的に研究する光学の分野である。

光学機器の設計に重要な位置を占める。光の波長が、(光学系のサイズに比べて)極端に小さい場合の現象を取り扱う。

◆ 歴史

古代のユークリッドの時代には既に存在していた。その当時は、直進と反射のみであったが、近世になって、屈折の法則が発見された。これが、幾何光学の三法則(直進、反射、屈折)である。光線は、この三法則に従う。

◆ 関連する原理・数式

幾何光学の三法則は、「光は最短時間で進むことができる軌道をとる」という、フェルマーの原理に集約される。

後に、

・ 光を波動として考える波動光学

・ 粒子と波動の二重性をもつ量子光学

と発展していく。幾何光学と波動光学を併せて古典光学と呼び、量子光学と区別する。

幾何光学の完成は、波動光学の創始より遅れて、ハミルトンのアイコナール方程式を待たねばならない。

幾何光学は、光の波長が十分短い場合の極限として表すことができる。このとき等位相面が波面であり、等位相面の法線をつないだものが光線である。

◆関連項目

・近軸近似 - 光線が光軸の近くのみを通る場合に成り立つ近似理論

・ガウス光学 - 近軸近似が全空間で成り立つものとしたときの理論

・薄レンズ近似 - ガウス光学でレンズの厚みが無視できる場合

◆外部リンク

・ (社)[外部リンク] 応用物理学会 [外部リンク] 日本光学会 [外部リンク] 光設計研究グループ

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