110年:眼光概要

若以光的波動性解釋瞳孔大小(pupil size )的光學性質,下列敘述何者錯誤?

A瞳孔大小會影響視覺靈敏度(visual acuity )是由於繞射現象
B光源經過直徑3 mm瞳孔後會在視網膜上產生繞射圖案
C當瞳孔直徑變小,則繞射圖案(Airy disc)會變小
D若瞳孔直徑減小至1.5 mm,則辨識兩物點的解析度會受到限制

詳細解析

本題觀念:

本題以光的波動性(wave optics)解釋瞳孔大小(pupil size)對視覺系統的影響,核心概念為繞射現象(diffraction)、Airy disc 的大小與瞳孔直徑的反比關係,以及視覺靈敏度(visual acuity)的限制。本題為反向題(問「何者錯誤」)。

選項分析

(A) 瞳孔大小會影響視覺靈敏度是由於繞射現象 ✅ 正確陳述。根據波動光學,光線通過瞳孔這個圓形孔徑時會產生繞射,在視網膜上形成 Airy disc 而非完美點像。瞳孔越小,繞射越嚴重,Airy disc 越大,解析度下降。繞射確實是影響視覺靈敏度的機制之一。

(B) 光源經過直徑 3 mm 瞳孔後會在視網膜上產生繞射圖案 ✅ 正確陳述。任何有限孔徑(包括 3 mm 的瞳孔)都會產生繞射,在視網膜上形成 Airy disc 及環狀繞射圖案。3 mm 瞳孔是生理條件下常見的大小,確實會產生繞射圖案。

(C) 當瞳孔直徑變小,則繞射圖案(Airy disc)會變小 ❌ 錯誤陳述(本題答案)。根據繞射理論,Airy disc 的角半徑(angular radius)與孔徑直徑成反比

θ1.22λd\theta \approx 1.22 \frac{\lambda}{d}

其中 λ\lambda 為光波長,dd

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