106年:視覺光學(3)

瞳孔與角膜的距離為 4 mm,假設分隔房水與空氣的角膜曲率半徑為 8 mm,且其折射率為 1.33,則瞳孔的成像位置為:

A實像且較實際距離遠
B實像且較實際距離近
C虛像且較實際距離遠
D虛像且較實際距離近

詳細解析

本題觀念:

本題考查「單一球面折射(refraction at a single spherical surface)」公式的應用。我們從眼外觀察眼內瞳孔時,瞳孔的光線穿越角膜(cornea)折射後進入空氣,形成一個虛像(virtual image)。本題要求計算此虛像的位置,並判斷它與實際距離的關係。

選項分析

單一球面折射公式(sign convention:距離以頂點為原點,光線行進方向為正):

n2vn1u=n2n1R\frac{n_2}{v} - \frac{n_1}{u} = \frac{n_2 - n_1}{R}

題目設定:

  • 觀察方向:眼外觀察者的光線由空氣(n2=1.0n_2 = 1.0)穿越角膜曲面進入房水(n1=1.33n_1 = 1.33),但成像時我們以「折射介質為空氣」,即光從房水折射出到空氣:n1=1.33n_1 = 1.33(房水),n2=1.0n_2 = 1.0(空氣)
  • 瞳孔(物體)位於角膜後方 4 mm:u=4 mmu = -4\ \text{mm}(物在頂點左側)
  • 角膜曲率半徑 R=+8 mmR = +8\ \text{mm}(球心在光線出射側,即空氣側,為正)

代入公式:

1.0v1.334=1.01.338\frac{1.0}{v} - \frac{1.33}{-4} = \frac{1.0 - 1.33}{8}

$$\frac{1}{v} + 0.3325 = -0.04125$

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