112年:視覺光學

空氣中,在一透鏡前50公分處有一點光源,若其光線形成的最小模糊圈(circle of least confusion )距離透鏡33公分,下列何種鏡片組合不可能為此透鏡?

A+5.00DS/-2.00DC ×090
B+6.00DS/-2.00DC ×180
C+6.50DS/-3.00DC ×090
D+7.00DS/-4.00DC ×180

詳細解析

本題觀念:

本題考察**散光透鏡的最小模糊圈(circle of least confusion, CoLC)球面等效度數(spherical equivalent, SE)**的關係,以及從物距、像距推算透鏡的球柱面組合是否符合條件。

答案解析

核心公式推導:

已知條件:

  • 點光源位於透鏡前 50 公分,空氣中 → 入射聚散度(vergence): L=10.50 m=2.00 D(發散光,負號)L = \frac{1}{-0.50 \text{ m}} = -2.00 \text{ D(發散光,負號)}
  • 最小模糊圈(CoLC)距透鏡 33 公分(透鏡後方): L=1+0.33 m+3.03 DL' = \frac{1}{+0.33 \text{ m}} \approx +3.03 \text{ D}

CoLC 的光學意義: 最小模糊圈的位置對應透鏡的球面等效度數(SE) 所形成的焦點。球面等效度數由入射聚散度與出射聚散度決定: SE=LL=+3.03(2.00)=+5.03 DSE = L' - L = +3.03 - (-2.00) = +5.03 \text{ D}

逐一計算各選項的球面等效度數(SE = Sphere + Cylinder/2):

(A) +5.00DS/2.00DC×090+5.00\text{DS} / -2.00\text{DC} \times 090

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