114年:視覺光學

鏡片阿貝數(Abbe number )越高表示:

A球面像差越高
B球面像差越低
C色像差越高
D色像差越低

詳細解析

本題觀念:

阿貝數(Abbe number),又稱 V 值或色散係數,是衡量光學材質色散程度的指標。阿貝數越高,材質色散越小,色像差(chromatic aberration)越低。

選項分析

(A) 球面像差越高 — 錯誤。阿貝數與球面像差(spherical aberration)無直接關係;球面像差由鏡片形狀與球面設計有關,並非由材質色散決定。

(B) 球面像差越低 — 錯誤。同上,阿貝數描述色散而非球面像差。

(C) 色像差越高 — 錯誤。阿貝數定義為 Vd=nd1nFnCV_d = \frac{n_d - 1}{n_F - n_C},分母為色散大小;阿貝數越大,分母(色散)越小,故色像差越低,而非越高。

(D) 色像差越低 ✓ — 正確。阿貝數越高,表示材質對不同波長光線的折射率差異越小(色散越小),因此不同顏色光線聚焦位置越一致,色像差越低。

答案解析

阿貝數定義公式:

Vd=nd1nFnCV_d = \frac{n_d - 1}{n_F - n_C}

  • ndn_d:黃光(589 nm,Fraunhofer d 線)折射率
  • nFn_F:藍光(486 nm,Fraunhofer F 線)折射率
  • nCn_C:紅光(656 nm,Fraunhofer C 線)折射率

分母 nFnCn_F - n_C 代表材質的色散量(不同波長折射率差值)。

  • 阿貝數越高 → 分母越小 → 色散越小 → 不同顏色光線折射差異越小 → 色像差越低
  • 阿貝數越低 → 色散越大 → 色像差越高

常見鏡片材質比較:

材質折射率阿貝數色像差
CR391.49858低(優良)
冕牌玻璃1.52359
Trivex1.53245
Polycarbonate1.58630高(較差)
高折射率 1.741.74~33

臨床上,阿貝數 > 40 時人眼通常不易察覺色像差;阿貝數 < 35(如 Polycarbonate)部分患者在周邊視野可見彩色邊緣(color fringing)。

答案為 (D)

核心知識點

  1. 阿貝數 = 衡量色像差的指標:越高越好,代表色散越小。
  2. 阿貝數與折射率呈反比趨勢:高折射率材質通常阿貝數較低(色像差較大),這是光學材質設計的基本取捨。
  3. 球面像差 vs. 色像差區分:球面像差由鏡片幾何形狀(球面/非球面設計)決定;色像差由材質折射率隨波長變化(色散)決定,以阿貝數量化。
  4. 臨床應用:建議高度數患者選擇阿貝數較高的材質(如 CR39 或 Trivex),以減少周邊色像差干擾視覺品質。

參考資料

  1. Abbe Value - krspecs.com
  2. Understanding Abbe Value and Why It Matters in Lens Design - IOT Lenses
  3. Abbe Number – chromatic dispersion, constringence - RP Photonics