114年:視覺光學

一位絕對老花正視眼的患者,戴著近方矯正度+2.50 D的眼鏡。若患者的總焦深(depth of focus )為0.5 D,則患者的景深(depth of field )為何?

A2.5 D
B2.0 D
C1.5 D
D0.5 D

詳細解析

本題觀念:

本題考查絕對老花(absolute presbyopia)患者配戴近方矯正眼鏡後,焦深(depth of focus)與景深(depth of field)的換算關係。兩者皆以屈光度(D)或距離(cm)表示,差異在於焦深是以「像空間(image space)」度量,景深則是以「物空間(object space)」度量。

在絕對老花正視眼中:

  • 調節力(amplitude of accommodation) = 0 D
  • 患者配戴 +2.50 D 的近用鏡片,代表清晰焦點落在 12.50=0.40\frac{1}{2.50} = 0.40 m(即 40 cm)

景深(depth of field)的計算

景深描述的是在物空間中,患者能清晰看見的距離範圍。其與焦深的關係由下列推導而得:

設矯正鏡片度數 F=+2.50DF = +2.50\,\text{D},總焦深 ΔFfocus=0.5D\Delta F_{focus} = 0.5\,\text{D}

患者能清晰看到的屈光度範圍: Fnear=2.50+0.25=2.75Ddnear=12.7536.4cmF_{near} = 2.50 + 0.25 = 2.75\,\text{D} \quad \Rightarrow \quad d_{near} = \frac{1}{2.75} \approx 36.4\,\text{cm} Ffar=2.500.25=2.25Ddfar=12.2544.4cmF_{far} = 2.50 - 0.25 = 2.25\,\text{D} \quad \Rightarrow \quad d_{far} = \frac{1}{2.25} \approx 44.4\,\text{cm}

景深(以屈光度表示)=2.752.25=0.50D= 2.75 - 2.25 = 0.50\,\text{D}

重要觀念:對於**絕對老花(調節力為零)**的患者,景深(depth of field,以 D 計)與焦深(depth of focus)在數值上相等,均為 0.5 D

選項分析

(A) 2.5 D — 此值等同於鏡片本身的矯正度數,與焦深或景深無直接等價關係。❌

(B) 2.0 D — 無對應的計算依據,不正確。❌

(C) 1.5 D — 無對應的計算依據,不正確。❌

(D) 0.5 D — 景深在數值上等於焦深 0.5 D,為正確答案。✅

答案解析

對絕對老花正視眼,調節幅度為零,因此系統的光學景深(depth of field)直接對應焦深(depth of focus)。

焦深(depth of focus)是「像空間」的容許失焦範圍;景深(depth of field)是「物空間」的對應範圍。當調節力為零時,兩者在屈光度數值上相等。

患者的焦深為 0.5 D,景深同樣為 0.5 D(答案 D)。

核心知識點

  1. 焦深(depth of focus):以「像空間」度量,代表成像面可前後移動而仍保持可接受清晰度的範圍
  2. 景深(depth of field):以「物空間」度量,代表物體可前後移動而仍被清晰成像的範圍
  3. 絕對老花:調節幅度 = 0 D,清晰視覺完全依賴鏡片度數與系統焦深/景深
  4. 計算景深的物空間距離範圍時,需用 d=1Fd = \frac{1}{F} 換算屈光度至公尺

參考資料

  1. Depth of field or depth of focus? - PMC
  2. Depth-of-Field of the Accommodating Eye - PMC
  3. Presbyopia - StatPearls - NCBI Bookshelf