115年:視覺光學(2)

在一模型眼(schematic eye)狀態下,眼睛眼軸長是20.00毫米(mm),則眼睛遠點(far point)為何?〔假設為軸性非正視眼(axial ametropia),正常眼屈光是+60.00 D,空氣和房水的折射率(refractive index)分別是1.000和1.333〕

A15.038毫米(mm)
B150.38毫米(mm)
C618.00毫米(mm)
D61.80毫米(mm)

詳細解析

本題觀念

本題考查模型眼中眼軸長、眼內介質折射率、眼睛總屈光力與遠點之間的關係。遠點是眼睛在放鬆調節時,仍能清楚成像在視網膜上的物點;對軸性非正視眼而言,先求出這個眼軸長所需要的視網膜平面屈光力,再和實際眼睛的 +60.00 D 相減,才能得到遠點的會聚度。眼軸長只有 20.00 mm,比常見正視模型眼的軸長短,因此需要的屈光力較大;但實際總屈光力固定為 +60.00 D,代表焦點傾向落在視網膜後方,遠點是眼後方的虛物點。

在房水中,視網膜平面的會聚度用 V = n/l 表示,其中 n = 1.333、l = 0.02000 m。計算得到 66.65 D,再扣除眼睛本身的 +60.00 D,剩下 +6.65 D 就是入眼光線必須帶有的遠點會聚度。最後取倒數即可得到遠點距離。

選項分析

A. 15.038 mm:錯誤。

這個數值比正確結果小十倍,等同於把 0.15038 m 的單位換算錯誤,或把 6.65 D 的倒數誤寫成 15.038 mm。屈光度的倒數先得到公尺,必須再乘以 1000 才能換成毫米,因此不是 A。

B. 150.38 mm:正確。

20.00 mm 眼軸長在房水中的需求屈光力為 1.333 ÷ 0.02000 = 66.65 D。與實際眼睛 +60.00 D 的差值是 6.65 D,遠點距離為 1 ÷ 6.65 m = 0.15038 m = 150.38 mm。由於短眼軸造成遠視性軸性非正視,這是位於眼後方的虛遠點。

C. 618.00 mm:錯誤。

618.00 mm 相當於 0.618 m,其倒數只有約 1.62 D,無法對應本題由 66.65 D 與 60.00 D 相減所得的 6.65 D。它不是由題目給定的折射率、眼軸長和總屈光力所導出的遠點。

D. 61.80 mm:錯誤。

61.80 mm 等於 0.06180 m,倒數約為 16.18 D,明顯不是 6.65 D。這個選項可能使人只注意到數字 60.00 D,卻沒有先求短眼軸所需的 66.65 D;遠點計算應使用兩者的差值,而不是直接用眼睛總屈光力。

答案解析

模型眼的核心公式是視網膜平面所需屈光力 = 房水折射率 ÷ 眼軸長。把眼軸長換成公尺後:

  • 所需屈光力 = 1.333 ÷ 0.02000 = 66.65 D。
  • 遠點會聚度 = 66.65 − 60.00 = 6.65 D。
  • 遠點距離 = 1 ÷ 6.65 m = 0.15038 m = 150.38 mm。

這裡的 1.333 不能省略,因為光線在房水中傳播,會聚度定義要包含介質折射率。也不能直接以 1 ÷ 0.02000 得到 50 D,因為那會忽略房水和空氣不同的折射率。答案為 B

核心知識點

  • **遠點:**放鬆調節時能在視網膜上成像的物點;若眼睛屬遠視性軸性非正視,遠點可為眼後方的虛物點。
  • **會聚度公式:**在折射率為 n 的介質中,V = n/l,距離 l 要用公尺表示,結果單位為屈光度 D。
  • **模型眼計算:**先以 1.333 ÷ 0.02000 求出短眼軸在視網膜平面所需的 66.65 D,再扣除實際眼睛的 +60.00 D。
  • **單位換算:**6.65 D 的倒數是 0.15038 m,乘以 1000 才是 150.38 mm;不能直接把公尺數當成毫米。
  • **軸性非正視判讀:**眼軸較短而屈光力不變時,焦點傾向在視網膜後方,屬遠視方向;眼軸較長則傾向在視網膜前方,屬近視方向。

參考資料

  1. Generalised models of the vertebrate eye
  2. Optics Lecture
  3. Reduced eye
  4. Vergence (optics)
  5. Far point