109年:視覺光學(1)

一個簡化的眼球模型(reduced schematic eye ),其角膜和水晶體如同一片+60 D的透鏡且不考慮透鏡的厚度,而視網膜位在此透鏡後方20毫米。假設介質為空氣,在未調節的狀況下,此眼球之遠點位於眼前多少公分?

A1.54
B1.81
C10
D100

詳細解析

本題觀念:

本題考查簡化眼球模型(reduced schematic eye)的遠點(far point)計算,利用薄透鏡公式(thin lens vergence formula)求出未調節狀態下眼球的遠點位置。

答案解析

已知條件:

  • 簡化眼球的等效透鏡度數:P=+60P = +60 D
  • 視網膜(像面)距透鏡距離:dimg=20 mm=0.020 md_{img} = 20 \text{ mm} = 0.020 \text{ m}
  • 介質為空氣(n=1n = 1
  • 問:未調節時遠點(far point)距眼前多少公分?

方法:使用薄透鏡出射聚散度公式(vergence formula)

Vout=Vin+PV_{out} = V_{in} + P

其中:

  • VoutV_{out}:通過透鏡後的聚散度(出射聚散度),以視網膜為成像平面
  • VinV_{in}:入射聚散度(來自遠點的光線)
  • PP:透鏡度數 =+60= +60 D

VoutV_{out}

遠點的定義是「在未調節狀態下,眼球能清晰成像在視網膜上的最遠物點」。即遠點發出的光線,經透鏡折射後,恰好聚焦在視網膜上。

Vout=ndimg=10.020=+50 DV_{out} = \frac{n}{d_{img}} = \frac{1}{0.020} = +50 \text{ D}

(光線聚焦於透鏡後方 20mm 處 = 視網膜)

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