入射角とは？
入射角とは、入ってくる光線と、光が2つの透明な媒質の境界に当たる点での法線（面に垂直な線）との間の角度のことです。光がある媒質から別の媒質へ進むとき、進路は曲がります。これを「屈折」と呼びます。本ツールは、スネルの法則を用いて屈折角からもとの入射角を逆算します。スネルの法則は世界共通の光学の関係式であり、国や単位系を問わず成り立ちます。
使い方
まず、光が出発する1つ目の媒質の屈折率（\(n_1\)）、屈折して進む2つ目の媒質の屈折率（\(n_2\)）、そして測定した屈折角\(\theta_r\)（度）を入力してください。ツールが入射角\(\theta_i\)（度）を返します。代表的な屈折率は、空気 ≈ 1.00、水 ≈ 1.33、クラウンガラス ≈ 1.50、ダイヤモンド ≈ 2.42 です。
計算式の解説
スネルの法則は \(n_1 \cdot \sin\theta_i = n_2 \cdot \sin\theta_r\) で表されます。これを入射角について解くと
$$\theta_i = \arcsin\!\left(\frac{n_2 \cdot \sin\!\left(\theta_r\right)}{n_1}\right)$$となります。arcsin（逆正弦）は引数が −1 から 1 の範囲にあるときだけ定義されます。もし \(\frac{n_2 \cdot \sin\theta_r}{n_1}\) が 1 を超える場合、実数の入射角は存在しません。これは物理的には全反射、あるいは成立しない配置を意味します。
計算例
光が空気（\(n_1 = 1.0\)）から出てガラス（\(n_2 = 1.5\)）に入り、\(\theta_r = 19.47°\) に屈折したとします。このとき \(\sin\theta_r \approx 0.3334\) なので、
$$\frac{n_2 \cdot \sin\theta_r}{n_1} = 1.5 \times 0.3334 = 0.5001$$となります。\(\arcsin(0.5001) \approx 30.0°\) なので、光はもともと法線から約30度の角度で面に当たっていたことになります。
一般的な材料の屈折率
スネルの法則は各媒質の屈折率 \(n\) に依存しています。入射角は測定した屈折角から以下の式を使って求めることができます：
$$\theta_i = \arcsin\!\left(\frac{n_2 \sin\theta_r}{n_1}\right)$$以下の表は、一般的な透明媒質の代表的な屈折率を示しています。すべての値はナトリウムD線（\(\lambda \approx 589\,\text{nm}\)、黄色光）について室温で示されています。屈折率は波長（分散）と温度により若干変化します。
| 材料 | 屈折率 \(n\) |
|---|---|
| 真空 | 1.0000 |
| 空気（0 °C、1 atm） | 1.0003 |
| 氷 | 1.31 |
| 水（20 °C） | 1.333 |
| エタノール | 1.361 |
| 融融石英 | 1.46 |
| クラウンガラス | 1.52 |
| フリントガラス | 1.62 |
| サファイア | 1.77 |
| ジルコン | 1.92 |
| ダイヤモンド | 2.42 |
空気の屈折率は1に非常に近いため、入門的な問題では \(n_{\text{air}} \approx 1.0000\) と扱うことが一般的です。高い精度が必要な場合にのみ、より正確な1.0003を使用してください。
よくある質問
エラーや90°が表示されたら？ \(\frac{n_2 \cdot \sin\theta_r}{n_1}\) が 1 より大きい場合、屈折としては成立しない配置（全反射）であり、実数の入射角は存在しません。
媒質を入れ替えてもいいですか？ はい。ただし \(n_1\) は入射光が出発する媒質、\(\theta_r\) は2つ目の媒質で測定した角度になるように注意してください。
答えは度ですか、ラジアンですか？ 入力・出力ともにすべて度（degrees）で扱います。
