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이론적으로 매우 흥미롭고 실용적인 면에서도 매우 중요한 분야다. 2개의 방해석 편광 프리즘이 있는 현미경을 이용하여 얇고 투명한 암석조각을 주로 연구하는 암석분류학에서는, 암석을 구성하는 광물처럼 외형적인 결정형태를 갖추지 못하고 있더라도 광물의 몇 가지 광학적 특성을 통해 쉽게 광물을 구별할 수 있다.

모든 결정은 투과된 평면편광에 대한 작용에 따라 아래에 상술하는 다섯 집단으로 분류되는데, 이는 여섯 가지의 결정계(2번째 群은 2개의 결정계를 포함하고 있음)에 상응한다. 각 계의 여러 가지 대칭군들은 아주 드문 경우를 제외하고는 광학적으로 동일하다.

① 광학적 등방결정(등축정계)：각 색깔의 빛에 대해 1가지의 굴절률만을 갖는다. ② 광학적 단축결정(정방정계 혹은 육방정계)：복굴절을 하여 모든 색깔의 광선에 대해 2개의 굴절률을 가지며, 광학축에 대하여 하나는 평행이고 다른 하나는 수직이다. ③ 광학적 복축결정(사방정계)：서로 직교하는 광학축을 따라 3가지의 굴절률을 갖는다. 3개의 광학축은 3개의 결정축에 해당한다. ④ 광학적 복축결정(단사정계)：3개의 광학축 중 하나만 결정축에 해당한다. ⑤ 광학적 복축결정(삼사정계)：광학축과 결정축 사이에 고정된 명확한 관계가 없다.