112年:視覺光學

某光源位於角膜前表面50 cm,假設角膜前表面的半徑為7.80 mm,其Purkinje I 影像的位置,在角膜後幾mm?

A3.90 mm
B3.87 mm
C3.83 mm
D3.75 mm

詳細解析

本題觀念:

本題考 Purkinje I 影像的位置計算。角膜前表面可視為一個凸面反射鏡(convex mirror),利用球面鏡公式(mirror equation)計算物體在此凸面鏡所成影像的位置,即 Purkinje I 影像所在之處。

選項分析

本題為計算題,以下逐步推導正確答案。

已知條件:

  • 光源(物體)位於角膜前表面前方 u=50 cm=500 mmu = 50\text{ cm} = 500\text{ mm}
  • 角膜前表面曲率半徑:r=7.80 mmr = 7.80\text{ mm}(凸面鏡)

Step 1:求焦距

對於球面反射鏡,焦距為曲率半徑的一半: f=r2=7.802=3.90 mmf = \frac{r}{2} = \frac{7.80}{2} = 3.90\text{ mm}

凸面鏡的焦點在鏡面後方(虛焦點),以符號法則(real is positive, virtual is negative,或 Cartesian sign convention)處理。

Step 2:套用球面鏡公式

使用凸面鏡下的球面鏡公式,採取「光線從左向右入射,物距取負值、焦距取正值(虛焦)」的光學慣例:

1v+1u=1f\frac{1}{v} + \frac{1}{u} = \frac{1}{f}

其中:

  • u=500 mmu = -500\text{ mm}(物在鏡

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