112年:視覺光學

瞳孔與角膜的距離3.6 mm,瞳孔直徑3 mm,房水折射率1.333,角膜曲率半徑為7.8 mm,請問瞳孔看起來距離角膜多遠?其大小看起來為何?

A瞳孔距離角膜3.32 mm,大小3.46 mm
B瞳孔距離角膜3.05 mm,大小3.39 mm
C瞳孔距離角膜3.85 mm,大小3.52 mm
D瞳孔距離角膜3.73 mm,大小3.28 mm

詳細解析

本題觀念:

從眼睛外部觀察,瞳孔(pupil)看起來比實際更靠前、更大,因為角膜(cornea)扮演折射面的作用,對瞳孔產生虛像(virtual image),此虛像即稱為入射瞳(entrance pupil)。本題考查透過**單一折射面成像公式(single refracting surface formula)**計算瞳孔的表觀位置(apparent depth)及表觀大小(apparent size)。

選項分析

計算過程:

已知條件:

  • 瞳孔(物體)距角膜:u=3.6u = 3.6 mm(在角膜後方,在房水中)
  • 瞳孔直徑:ho=3h_o = 3 mm
  • 房水折射率(光從房水中出發):n1=1.333n_1 = 1.333
  • 空氣折射率(觀察者在外):n2=1.000n_2 = 1.000
  • 角膜曲率半徑:R=7.8R = 7.8 mm(角膜向外凸,圓心在眼內)

符號規則(Cartesian sign convention,光從左向右傳播):

  • 光從房水(n1=1.333n_1 = 1.333)出發,穿過角膜前表面折射進入空氣(n2=1.000n_2 = 1.000
  • 物體(瞳孔)在角膜後方(光入射側):u=3.6u = -3.6 mm(負號)
  • 角膜表面凸向外(圓心在右/像側):R=7.8R = -7.8 mm(光從房水側看,面心在光行進方向的反側)

**Step 1:用

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