光の反射・光の透過

1．光の反射

光が物体に当たり、その光が跳ね返ることを反射といいます。光の反射はおおきく「正反射」と「拡散反射」に分類されます。

「正反射」とは、入射角と反射角が等しい反射のことです。正反射は、鏡や水面など、表面に凸凹のない、平滑な表面で起こります。
正反射は、日常生活のさまざまな場面で観察することができます。以下に例を挙げます。
・鏡に映る自分
・水面に映る景色
・太陽光が道路や水面に反射してキラキラと輝く

また、以下のような産業分野でも利用されています。
・鏡やレンズなどの反射光学機器
・光ファイバーなどの通信技術

一方、「拡散反射」とは、入射角に関係なく、さまざまな方向に反射することです。拡散反射は、平滑でない表面で起こります。

拡散反射は、日常生活のさまざまな場面で観察することができます。以下に例を挙げます。
・白い壁や紙に当たった光が、さまざまな方向に広がる
・空に舞う雪や粉塵が、太陽光を拡散させて、白く輝く
・道路標識は、夜間に車のヘッドライトの光を反射してドライバーに見やすくしている
・りんごやみかんなどの果物は、表面がでこぼこしているため、光を拡散反射してつや消しのように見える

また、以下のような産業分野でも利用されています。
・塗料やコーティングなどの表面処理技術
・プロジェクションスクリーンや、液晶ディスプレイなどのディスプレイ

2．分光反射率曲線

物体が、光のどの波長を、どれくらいの割合で反射するのかを示したものを、「分光反射率」といいます。また、分光反射率をグラフで示したもののことを、「分光反射率曲線」といいます。

分光反射率曲線は、光の「波長」（横軸）と、その波長の光の「反射率」（縦軸）の関係を表したグラフです。このグラフから、物体が光のどの波長を反射し、どの波長を吸収しているかを判断することができます。
分光反射率曲線は、0%から100%の範囲で表され、0%はすべての光が吸収され、100%はすべての光が反射されることを表します。また、30%のものは、30%の光が反射され、70%の光が吸収されることを表します。

分光反射率曲線を見ることで、物体がどのような色に見えるのかを判断することが出来ます。 例えば、低波長の反射率が高く、中波長、高波長の反射率が低ければ、物体は青色に見えます。また、全波長の反射率が高ければ白色に見え、全波長の反射率が低ければ黒色に見えます。全波長の反射率が中間くらいなら、灰色に見えます。

3．光の透過

物体に当たった光が、物体を通過して反対側に出ることを「透過」といいます。光の透過は大きく「正透過」と「拡散透過」に分類されます。

「正透過」とは、入射した光が、物体内部で散乱することなく、直進して反対側に出ることを指します。正透過は、物体の表面が滑らかで、物質の屈折率が一定である場合に起こります。例えば、ガラスや水などの透明な物体は、正透過を起こします。

「拡散透過」とは、入射した光が、物体内部で散乱されて、さまざまな方向に出てることを指します。拡散透過は、物体の表面が凸凹していたり、物質の屈折率が一定でなかったりする場合に起こります。例えば、曇りガラスや紙などの不透明な物体は、拡散透過を起こします。

また、「正透過」と「拡散透過」の両方が起こることもあります。例えば、「ステンドグラス」は、ガラスを色とりどりに着色し、カットして組み合わせた装飾品です。ステンドグラスのガラスは、一般的なガラスと比べて表面が粗いため、拡散透過が起こりやすいです。ただし、表面が平坦な部分に関しては、正透過が起こります。このように、ステンドグラスは、光の正透過と拡散透過の両方によって、その美しい色彩と光り方を生み出しています。

4．分光透過率曲線

物体に入射した光が、どれくらいの割合で透過されたかを、波長別に示したものを「分光透過率」といいます。また、分光透過率をグラフで示したものを、「分光透過率曲線」といいます。

分光透過率曲線の横軸は波長で、縦軸は透過率です。透過率は、100％が完全に透過し、0％が完全に吸収されたことを意味します。

分光透過率曲線は、物質の色や性質を調べるために用いられます。以下に、例を挙げます。

・ガラスの分光透過率は、可視光線の全波長域で1に近いため、ガラスは透明に見えます。
・水の分光透過率曲線は、可視光線の短波長の光を多く透過し、中波長や長波長の光を多く吸収するため、水は青く見えます。
・日焼け止めの分光透過率曲線は、紫外線の波長を吸収するため、日焼け止めを塗ると紫外線を防ぐことができます。
・サングラスの分光透過率曲線は、製品によって大きく異なります。紫外線カットを重視したものは、紫外線領域の透過率が非常に低くなっています。また、特定の色調を強調するものは、その色に対応する波長域の透過率が高くなっています。