幾何光学 [S4][対面] ｜シラバス情報

開講年度

2025年度

開講学期

前期

科目名

幾何光学

授業種別

講義

科目名（英語）

Geometrical Optics

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A1100145 幾何光学 [S4][対面]

担当教員

鈴木良政、阿部勝行

単位数

2.0単位

曜日時限

火曜3限

キャンパス

新宿

教室

A-0815教室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 20 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

1) 幾何光学の原理に従って物体から像までの光を光線として追跡できる。2) 薄肉レンズの結像から物体とレンズと像の位置関係及び結像倍率を求めることができる。3) 実際のレンズで発生する収差のメカニズムを知り、その影響を実習で体感する。

受講にあたっての前提条件

特にないが、電磁気学の基礎(Maxwell方程式)はわかっていること。

授業の方法とねらい

観察物体の画像を取り込むときに、観察物体とレンズの適切な位置関係やレンズ仕様の選定を幾何光学の知識から行えるようになる。
今後の研究や卒業後の仕事で光学機器を使う場面で、先鋭な画像や正確なデータを得るために光学系の収差などの影響を考えられるようになる。

AL・ICT活用

実習・フィールドワーク

第1回

授業形態

授業情報欄記載の通り

事前学習

事前学習：光の特性について高校の教科書などで復習しておくこと。

2時間

授業内容

イントロダクションとガイダンス。（阿部、鈴木）
講義のねらいや到達目標を確認する。

事後学習・事前学習

事後学習：本講義の位置づけ、本講義のねらいや到達目標を確認する
事前学習：参考書を一読する。

4時間

第2回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

光の基本特性と光線（鈴木）
光は波、粒子、量子と複数の特性を持つことを理解する。また、そこから光線で光を扱うことの基礎を理解する。

事後学習・事前学習

事後学習：光は電磁波であり、正弦波で表せること、波⾯と光線の関係をテキストで確認すること。
事前学習：電磁波はMaxwell⽅程式で表せることを調べておくこと。
2階の微分⽅程式であるMaxwell⽅程式を解くことで光の振幅は求められるので、2階の微分⽅程式の解法について数学の教科書などで復習しておくこと。

4時間

第3回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

光の物理的表現（鈴木）
光の波動性から光の伝播をMaxwell⽅程式で表すことで偏光を考え、偏光の基本特性を⽰す。
更に、アイコナールを考えることで光線が定義できるので、光の反射・屈折を数式で表現してみる。

事後学習・事前学習

事後学習：「反射・屈折の法則」、「偏光、偏光⽅向を考慮したフレネル反射率」を演習問題で確認する。
事前学習：幾何光学を考える上で重要な基礎原理（フェルマーの原理、ホイヘンスの原理）を推奨する参考書などで調べて整理する。

4時間

第4回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

幾何光学の基礎（鈴木）
幾何光学を考える上で重要な基礎原理（フェルマーの原理、ホイヘンスの原理）と基本法則（反射の法則、屈折の法則）を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後学習：上記の基礎原理と基本法則の応⽤を演習問題で確認する。
事前学習：反射・屈折の法則をミラーやプリズムに適⽤したときの光線がどのように表せるかを調べる。

4時間

第5回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

幾何光学を⽤いた像の伝達（鈴木）
反射・屈折の法則を⽤いて光線がミラーやプリズムでどのように伝達されか、薄⾁レンズの考えを⽤いると物体と像はどのような位置関係で形成されるかを学び、作図を⽤いて像の伝達を考察する。

事後学習・事前学習

事後学習：ミラーやプリズムによって観察物体がどのように⾒えるか、またレンズでその像はどのような位置関係で形成されるかを演習問題で確認する。
事前学習：レンズの焦点、焦点距離、主点、主平⾯、節点の定義について調べておく。

4時間

第6回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

レンズによる結像（鈴木）
厚みのあるレンズによる像の伝達を考える⽅法である近軸理論と、レンズを⽤いた結像で重要な保存則を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後学習：物体を実際のレンズで観察したときの像の伝達を演習問題で確認する。
事前学習：光線追跡法について推奨する参考書などで確認する

4時間

第7回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

光線追跡法の基礎（鈴木）
薄⾁レンズの結像と近軸理論で近似的なレンズの結像を学んだ後に、実際のレンズによる結像を考えるために、光線追跡法の基礎を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後学習：光学機器で像が形成される範囲などを演習問題で確認する。
事前学習：収差とは何かについて、参考資料を一読して調べておく。

4時間

第8回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

収差概論その１（阿部）
1点から出た光が1点に集光しない現象が収差であることを学ぶ。実際のレンズを用いて収差を実際に体感し、基本的な球面収差について学習する。

事後学習・事前学習

事後学習：スネルの法則と幾何学を用いて、収差の計算を演習問題で行う。
事前学習：収差の数学的な特徴について、参考資料を一読して調べておく。

4時間

第9回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

収差概論その２（阿部）
第8回に引き続き、ザイデルの５収差、⾊収差とその特性について学ぶ。

事後学習・事前学習

事後学習：光学機器とザイデルの５収差の関係について演習問題で確認する。
事前学習：初歩的な光学設計に関して、参考資料を一読して調べておく。

4時間

第10回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

収差補正の基礎（阿部）
観察範囲全体で収差を低減させるために、レンズの形状の変化、凸凹レンズ組合せ、正弦条件といった光学設計の基礎を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後学習：収差を低減させたと実際の画像はどのように変わるかを演習問題で確認する。
事前学習：顕微鏡、カメラにおけるレンズの種類について調べておく。

4時間

第11回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

光学設計の流れと各種光学機器の特徴（阿部）
顕微鏡とカメラを例に光学機器の設計的な特徴を学習する。

事後学習・事前学習

事後学習：各光学機器光学系で特徴的な収差とその発生理由、それらを低減する⽅法と制約事項を演習問題で確認する。
事前学習：顕微鏡、カメラの構成と特徴的な使い方について調べておく。

4時間

第12回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

実習（阿部、鈴木）
全講義内容の確認の為に、エビデントの施設で種々の顕微鏡を⽤いて微細物体の観察を体験する。

事後学習・事前学習

事後学習：実習に使⽤した各種顕微鏡の構成と特徴をレポートとして提出する

4時間

第13回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

実習（阿部、鈴木）
全講義内容の確認の為に、実習（題材としてはデジタルカメラを予定）を実施して、幾何光学の使い方を体験する。

事後学習・事前学習

事後学習：演習に使⽤した各幾何光学の理論、収差補正についてレポートを提出する

4時間

第14回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

各種光学機器の特徴（オンデマンド）
顕微鏡とカメラを例に光学機器の特徴を理解する。

事後学習・事前学習

事後学習：顕微鏡とカメラの光学性能の特徴を整理してレポートを提出する。

6時間

第15回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

学習内容の振り返り（阿部、鈴木）

事後学習

事後学習：これまでの全講義の内容を振り返り、ポイントをまとめる。

4時間

成績評価の方法

授業にきちんと出席し参加した学生に対し、課題レポート、授業中に行う演習問題、小テスト、演習問題での討論などを総合的に評価し、Grade D以上の者に単位を認める。

受講生へのフィードバック方法

各講義で演習問題を実施します。各講義の中で演習問題について口頭で講評を行います。

教科書

特に指定しない。

参考書

・ヘクト光学Ⅰ−基礎と幾何光学− Eugence Hecht著　尾崎義冶、朝倉利光訳　丸善株式会社
・幾何光学　三宅和夫著　共立出版　（古い本なので図書館等に有るか分りません）
・光学入門　岸川利郎著　オプトニクス社
・光機器の光学 Ⅰ、Ⅱ　早水良定著　財団法人日本オプトロニクス協会

オフィスアワー

授業終了後、講師室控え室にて

受講生へのメッセージ

企業の研究開発部門の技術者がどのよう目線で基礎原理等を製品開発に応用するかを授業で示します。
講義と実習で教科書などに載っていない現場の話などをできる限り紹介します。

実務家担当科目

実務経験の内容

顕微鏡の商品開発及び技術開発を基本に、先端的な光学技術の探索と開発を担当。

教職課程認定該当学科

該当なし

その他の資格・認定プログラムとの関連