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幾何光学

索引 幾何光学

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。.

31 関係: 原子論反射古代ギリシア屈折幾何学ロジャー・ベーコンプラトンフェルマーの原理アイコナール方程式イブン・ハイサムウィリアム・ローワン・ハミルトンウィテロエンペドクレスエウクレイデスカメラ・オブスクラクラウディオス・プトレマイオス光学光学機器光軸粒子と波動の二重性物理光学視覚設計軌道 (力学)近軸近似薄レンズ量子光学波動波長

原子論

原子論(げんしろん、atomism)とは、“すべての物質は非常に小さな、分割不可能な粒子(Atom、原子)で構成されている”、とする仮説、理論、主義などのこと。.

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反射

反射(はんしゃ、reflection)は、光や音などの波がある面で跳ね返る反応のことである。.

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古代ギリシア

この項目では、太古から古代ローマに占領される以前までの古代ギリシアを扱う。.

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屈折

光が屈折しているため、水中の棒が曲がって見える。 屈折(くっせつ、)とは、波(波動)が異なる媒質を通ることによって進行方向を変えることである。異なる媒質を通るときに、波の周波数が変わらずに進む速度が変わるため進行方向が変わる(エネルギー保存の法則や運動量保存の法則による)。観測されやすい屈折は、波が0度以外の角度で媒質を変えるものである。 光の屈折がもっとも身近な例であるが、例えば音波や水の波動も屈折する。波が進行方向を変える度合いとしてはホイヘンスの原理を使ったスネルの法則が成り立つ。部分的に反射する振る舞いはフレネルの式で表される。なぜ光が屈折するかについては、量子力学的にファインマンの経路積分によって説明される。.

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幾何学

最先端の物理学でも用いられるカラビ-ヤウ多様体の一種。現代幾何学では図も書けないような抽象的な分野も存在する。 幾何学(きかがく、)は、図形や空間の性質について研究する数学の分野である広辞苑第六版「幾何学」より。イエズス会マテオ・リッチによる geometria の中国語訳である。以前は geometria の冒頭の geo- を音訳したものであるという説が広く流布していたが、近年の研究により否定されている。 もともと測量の必要上からエジプトで生まれたものだが、人間に認識できる図形に関する様々な性質を研究する数学の分野としてとくに古代ギリシャにて独自に発達しブリタニカ国際大百科事典2013小項目版「幾何学」より。、これらのおもな成果は紀元前300年ごろユークリッドによってユークリッド原論にまとめられた。その後中世以降のヨーロッパにてユークリッド幾何学を発端とする様々な幾何学が登場することとなる。 幾何学というとユークリッド幾何学のような具体的な平面や空間の図形を扱う幾何学が一般には馴染みが深いであろうが、対象や方法、公理系などが異なる多くの種類の幾何学が存在し、現代においては微分幾何学や代数幾何学、位相幾何学などの高度に抽象的な理論に発達・分化している。 現代の日本の教育では、体系的な初等幾何学はほぼ根絶されかけたが、近年、中・高の数学教育で線型幾何/代数幾何を用いない立体を含む、本格的な綜合幾何は見直されつつある。.

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ロジャー・ベーコン

ャー・ベーコン(、1214年 - 1294年)は、「驚嘆的博士」()とよばれた13世紀イギリスの哲学者。カトリック司祭で、当時としては珍しく理論だけでなく経験知や実験観察を重視したので近代科学の先駆者といわれる。.

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プラトン

プラトン(プラトーン、、Plato、紀元前427年 - 紀元前347年)は、古代ギリシアの哲学者である。ソクラテスの弟子にして、アリストテレスの師に当たる。 プラトンの思想は西洋哲学の主要な源流であり、哲学者ホワイトヘッドは「西洋哲学の歴史とはプラトンへの膨大な注釈である」という趣旨のことを述べた“ヨーロッパの哲学の伝統のもつ一般的性格を最も無難に説明するならば、プラトンに対する一連の脚註から構成されているもの、ということになる”(『過程と実在』)。ちなみに、ホワイトヘッドによるこのプラトン評は「あらゆる西洋哲学はプラトンのイデア論の変奏にすぎない」という文脈で誤って引用されることが多いが、実際には、「プラトンの対話篇にはイデア論を反駁する人物さえ登場していることに見られるように、プラトンの哲学的着想は哲学のあらゆるアイデアをそこに見出しうるほど豊かであった」という意味で評したのである。。『ソクラテスの弁明』や『国家』等の著作で知られる。現存する著作の大半は対話篇という形式を取っており、一部の例外を除けば、プラトンの師であるソクラテスを主要な語り手とする。 青年期はアテナイを代表するレスラーとしても活躍し、イストミア大祭に出場した他、プラトンという名前そのものがレスリングの師から付けられた仇名であると言われているディオゲネス・ラエルティオス『ギリシア哲学者列伝』3巻4節。(中野好夫訳、1984年、pp.

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フェルマーの原理

フェルマーの原理(フェルマーのげんり)とは、幾何光学における基礎原理のひとつ。 光は光学的距離が最短になる経路、すなわち進むのにかかる時間の停留点になる経路を通る、という原理。この原理からスネルの法則などの幾何光学の法則が導かれる。 1661年にフェルマーが発見したため、この名がある。 変分原理のひとつ。.

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アイコナール方程式

幾何光学において、アイコナール方程式は光の伝播をあらわす基礎方程式である。 形式的には解析力学のハミルトン=ヤコビの方程式と同じ形である。 幾何光学の近似(波長が十分小さい)のもとで、マクスウェルの方程式から等位相面をあらわす量L(\boldsymbol)(アイコナール)をあらわす以下の式を得る。 \left| \operatorname\,L \right|^2.

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イブン・ハイサム

イブン・アル=ハイサム(Ibn al-Haitham、本名アブー・アリー・アル=ハサン・イブン・アル=ハサン・イブン・アル=ハイサム Abū ‘Alī al-Haṣan ibn al-Haṣan ibn al-Haytham、أبو علي الحسن بن الحسن بن الهيثم. )は、イスラム圏の数学者、天文学者、物理学者、医学者、哲学者、音楽学者(965年 - 1040年)。イラクの都市バスラ出身であったことからアル=バスリー(al-Basri)とも呼ばれていた。西洋ではアルハゼン、アルハーゼン(Alhacen 、Alhazen)の名で知られていた。 イブン・ハイサムは光学の諸原理の発見と科学実験手法の発展に対し、近代科学へ重要な貢献をした人物である。また彼が残した光学に関する書物、レンズや鏡を使った屈折や反射の実験などから「光学の父」ともみなされている。月にあるクレーター「アルハゼン・クレーター」 (Alhazen crater) は彼の栄誉を称えて名づけられている。.

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ウィリアム・ローワン・ハミルトン

ウィリアム・ローワン・ハミルトン(William Rowan Hamilton、1805年8月4日 - 1865年9月2日)は、アイルランド・ダブリン生まれのイギリスの数学者、物理学者。四元数と呼ばれる高次複素数を発見したことで知られる。また、イングランドの数学者アーサー・ケイリーに与えた影響は大きい。.

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ウィテロ

''Vitellonis Thuringopoloni opticae libri decem''の表紙 ウィテロ(Witelo; Erazmus Ciolek Witelo; Witelon; Vitellio; Vitello; Vitello Thuringopolonis; Vitulon; Erazm Ciołek)は、13世紀ポーランドの修道士、神学者、物理学者、自然哲学者、数学者である。1230年頃に恐らくレグニツァで生まれ、1280年より後、1314年より前に死去した。ウィテロはポーランドの哲学の歴史では重要な人物である。月には、彼の名前にちなんだウィテロというクレーターがある。.

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エンペドクレス

ンペドクレス(Ἐμπεδοκλῆς 、Empedocles、紀元前490年頃 – 紀元前430年頃)は、古代ギリシアの自然哲学者、医者、詩人、政治家。アクラガス(現イタリアのアグリジェント)の出身。四元素説を唱えた。弁論術の祖とされる。名家の出身で、彼の祖父は紀元前496年に行われたオリンピア競技(競馬)で優勝した。彼自身も優勝したことがあるようだ。ピタゴラス学派に学びパルメニデスの教えを受けたとされる。.

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エウクレイデス

ラファエロの壁画「アテナイの学堂」に画かれたエウクレイデス アレクサンドリアのエウクレイデス(、、(ユークリッド)、紀元前3世紀? - )は、古代ギリシアの数学者、天文学者とされる。数学史上最も重要な著作の1つ『原論』(ユークリッド原論)の著者であり、「幾何学の父」と称される。 プトレマイオス1世治世下(紀元前323年-283年)のアレクサンドリアで活動した。『原論』は19世紀末から20世紀初頭まで数学(特に幾何学)の教科書として使われ続けた。線の定義について、「線は幅のない長さである」、「線の端は点である」など述べられている。基本的にその中で今日ユークリッド幾何学と呼ばれている体系が少数の公理系から構築されている。エウクレイデスは他に光学、透視図法、円錐曲線論、球面天文学、誤謬推理論、図形分割論、天秤などについても著述を残したとされている。 なお、エウクレイデスという名はギリシア語で「よき栄光」を意味する。その実在を疑う説もあり、その説によると『原論』は複数人の共著であり、エウクレイデスは共同筆名とされる。 確実に言えることは、彼が古代の卓越した数学者で、アレクサンドリアで数学を教えていたこと、またそこで数学の一派をなしたことである。ユークリッド幾何学の祖で、原論では平面・立体幾何学、整数論、無理数論などの当時の数学が公理的方法によって組み立てられているが、これは古代ギリシア数学の一つの成果として受け止められている。.

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カメラ・オブスクラ

手持ち式カメラ・オブスクラ 手持ち式カメラ・オブスクラの使い方 カメラ・オブスクラ(、「暗い部屋」の意味。カメラ・オブスキュラ、カメラ・オブスクーラとも)は、写真の原理による投影像を得る装置で、実用的な用途としてはもっぱら素描などのために使われた。写真術の歴史においても重要で、写真機を「カメラ」と呼ぶのはカメラ・オブスクラに由来する。最初に「カメラ・オブスクラ」という言葉を用いたのはヨハネス・ケプラーとされる。.

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クラウディオス・プトレマイオス

André_Thevet作。 クラウディオス・プトレマイオス(Κλαύδιος Πτολεμαῖος, Claudius Ptolemaeus, 83年頃 - 168年頃)は、数学、天文学、占星学、音楽学、光学、地理学、地図製作学など幅広い分野にわたる業績を残した古代ローマの学者。エジプトのアレクサンドリアで活躍した。『アルマゲスト』、『テトラビブロス』、『ゲオグラフィア』など、古代末期から中世を通して、ユーラシア大陸の西半分のいくつかの文明にて権威とみなされ、また、これらの文明の宇宙観や世界観に大きな影響を与えた学術書の著者である。英称はトレミー (Ptolemy)。.

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上方から入ってきた光の道筋が、散乱によって見えている様子。(米国のアンテロープ・キャニオンにて) 光(ひかり)とは、基本的には、人間の目を刺激して明るさを感じさせるものである。 現代の自然科学の分野では、光を「可視光線」と、異なった名称で呼ぶことも行われている。つまり「光」は電磁波の一種と位置付けつつ説明されており、同分野では「光」という言葉で赤外線・紫外線まで含めて指していることも多い。 光は宗教や、哲学、自然科学、物理などの考察の対象とされている。.

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光学

光学(こうがく、)は、光の振舞いと性質および光と物質の相互作用について研究する、物理学のひとつの部門。光学現象を説明し、またそれによって裏付けられる。 光学で通常扱うのは、電磁波のうち光と呼ばれる波長域(可視光、あるいはより広く赤外線から紫外線まで)である。光は電磁波の一種であるため、光学は電磁気学の一部門でもあり、電波やX線・マイクロ波などと類似の現象がみられる。光の量子的性質による光学現象もあり、量子力学に関連するそのような分野は量子光学と呼ばれる。.

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光学機器

光学機器(こうがくきき、、)とは、光の作用や性質を利用した機器の総称である。レンズやミラー、プリズムなどで構成され、光の直進や屈折、反射、干渉などを利用する器械で、視覚に絡んだものや計測機器のようなものが多い。.

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光軸

光軸(こうじく)とは.

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粒子と波動の二重性

粒子と波動の二重性(りゅうしとはどうのにじゅうせい、Wave–particle duality)とは、量子論・量子力学における「量子」が、古典的な見方からすると、粒子的な性質と波動的な性質の両方を持つという性質のことである。 光のような物理現象が示す、このような性質への着目は、クリスティアーン・ホイヘンスとアイザック・ニュートンにより光の「本質」についての対立した理論(光の粒子説と光の波動説)が提出された1600年代に遡る。その後19世紀後半以降、アルベルト・アインシュタインやルイ・ド・ブロイらをはじめとする多くの研究によって、光や電子をはじめ、そういった現象を見せる全てのものは、古典的粒子のような性質も古典的波動のような性質も持つ、という「二重性」のある「量子」であると結論付けられた。この現象は、素粒子だけではなく、原子や分子といった複合粒子でも見られる。実際にはマクロサイズの粒子も波動性を持つが、干渉のような波動性に基づく現象を観測するのは、相当する波長の短さのために困難である。.

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線(せん)とは、細長く描かれたものや連続して細長いものをいう。なお、点により断続して描かれるものを点線(てんせん)といい、点線などに対して切れ目のない普通の線は実線と呼ぶ。.

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物理光学

物理光学(ぶつりこうがく)または波動光学(はどうこうがく)は、物理学において光学の一分野であり、干渉・回折・偏光など幾何光学による光線近似が適用できない現象を扱う。量子ノイズや光通信などコヒーレンス理論の範疇とされる現象は含まないことが多い。.

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視覚

視覚(しかく、)とは、眼を受容器とする感覚のこと。.

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設計

設計(せっけい、design)とは、建築物や工業製品等といったシステムの具現化のため、必要とする機能を検討するなどの準備であり、その成果物としては仕様書や設計図・設計書等、場合によっては模型などを作ることもある。.

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軌道 (力学)

2つの異なる質量の物体が、同じ重心の周りの軌道を回っている 軌道(きどう、orbit)とは力学において、ある物体が重力などの向心力の影響を受けて他の物体の周囲を運動する経路を指す。.

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近軸近似

幾何光学において、近軸近似とは(レンズなどの)光学系の光線追跡をおこなう際の近似の一種である。 近軸光線とは、光学系の光軸に対してなす角θが小さく、かつ、その経路がすべて光軸の近くを通っているような光線である。このとき光線の経路を計算する際に以下のような近似が可能になる。(θの単位はラジアンとする。) 近軸近似は一次のオーダーの近似の光線追跡や、ガウス光学で用いられる。光線行列解析もこの近似を使う手法の一つである。 二次のオーダーの近似も、近軸近似と呼ばれることがある。上記の近似式で sin θ と tan θ に関しては既に θ の二次のオーダーまで正確である。 cos θ に関してはテイラー級数の次の項まで展開する必要があるため、次のようになる。 角θが10°程度以下ならば近軸近似はかなり正確であるが、それより大きい角度だと不正確となる。 より大きな角度では、光軸を含む平面だけを通るようなメリディオナル光線と、そうでないサジタル光線とを区別して扱う必要がある。.

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薄レンズ

薄レンズ(うすレンズ)とは、焦点距離に比べて2面の距離が十分小さいレンズをさす光学での用語である。薄レンズではないレンズは「厚レンズ」と呼ばれることがある。 薄レンズ近似とは、レンズの厚みによる光学的な影響を無視して光線追跡などの計算を簡略化する手法である。この手法は近軸近似と組み合わせて用いられることが多い。 Category:幾何光学.

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量子光学

量子光学(りょうしこうがく、quantum optics)は、物理学の研究分野の1つで、量子力学を基礎として光のふるまいや光と物質の相互作用を研究する分野である。光の波動性を電磁場として量子化することで生まれた。フーリエ光学などにより実用化されている。.

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波動

波動(はどう、英語:wave)とは、単に波とも呼ばれ、同じようなパターンが空間を伝播する現象のことである。 海や湖などの水面に生じる波動に関しては波を参照のこと。 量子力学では、物質(粒子)も波動的な性質を持つとされている。.

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波長

波長(はちょう、Wellenlänge、wavelength)とは、空間を伝わる波(波動)の持つ周期的な長さのこと。空間は3次元と限る必要はない。 正弦波を考えると(つまり波形が時間や、空間の位置によって変わらない状態)、波長λには、 の関係がある。 \begin k \end は波数、 \begin \omega \end は角振動数、 \begin v \end は波の位相速度、 \begin f \end は振動数(周波数)である。波数 \begin k \end は k.

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