鏡面反射

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鏡面反射の概念図

水面による反射は、鏡面反射の一種である。

鏡面反射（きょうめんはんしゃ、英:Specular reflection）または正反射（せいはんしゃ）とは、鏡などによる完全な光（あるいはその他の波動）の反射であり、一方向からの光が別の一方向に反射されて出て行くこと。反射の法則により、光の入射角と反射角は反射面に対して同じ角度となる。これを一般に $θ i = θ r$ と表す。

これに対して、拡散反射は入射光が様々な方向に反射されることをいう。鏡面反射と拡散反射の典型例として、塗料の艶のあるものと艶のないものがある。艶なし塗料は拡散反射の割合が強く、艶あり塗料は鏡面反射の割合が強い。高品質の鏡などのよく磨かれた表面は、ほとんど完全な鏡面反射となる。

拡散反射が全く無く、鏡面反射しかしない反射面があったとしても、全ての光が反射されるわけではない。光の一部は、その材質に吸光される。さらに表面の下にある材質によっては、光の一部が表面を通してその材質まで到達する。一般的性質として、入射角 $θ i$ が大きければ大きいほど光の反射率が大きくなる。屈折率の大きい媒質を伝播する光が屈折率の小さい媒質との境界面に当たった場合、全反射が発生することがある。

反射の法則は、平らな境界面上の（短い波長の）平面波の回折から生じる。平坦な境界面が波長よりもずっと大きい場合、境界面の電子が鏡面反射の方向にのみ励起される。鏡面が波長と比較して小さい場合、反射の法則は成り立たず、光の反射は複雑になる。

鏡面反射という用語は可視光線に対するものだが、工学や科学では他の電磁波についてもこの用語を用いる。電磁波以外の波動の鏡面反射も同じ原理に従う。音波を鏡面反射する鏡や原子を鏡面反射する原子鏡もある。固体の鏡で効率的に原子を反射するには、原子が非常に低温であったり、入射角に注意が必要である。これを量子反射と呼ぶ。原子の鏡面反射を強化する鏡として、うね（ridge）のある鏡がある。