115年:視覺光學(2)

一個正視眼的人,假設其為絕對老花眼(absolute presbyopia),看近時戴著+2.50 D的眼鏡。若此人的總景深(depth of field)為0.5 D,則其可看近的範圍為多少?

A眼前44.44公分至眼前36.36公分處
B眼前50公分至眼前33.33公分處
C眼前36.36公分至眼前30.77公分處
D眼前50公分至眼前40公分處

詳細解析

本題觀念

這是一題把景深用屈光度表示,再換算成物距的光學計算。正視眼的絕對老花眼沒有可用的生理調節,因此看近所需的屈光力由 +2.50 D 眼鏡提供。屈光度 D 與距離的關係是 D = 1/距離(公尺),所以 +2.50 D 的名目工作距離為 1/2.50 = 0.40 m,也就是 40 cm。總景深 0.5 D 代表在名目屈光度兩側合計可容許 0.5 D;若以名目焦點對稱分配,就是各側 ±0.25 D。

選項分析

  • A(正確):名目屈光度為 2.50 D,加上景深兩側的 ±0.25 D,範圍是 2.25~2.75 D。用距離=1/D 換算:1/2.25 m = 0.4444 m = 44.44 cm;1/2.75 m = 0.3636 m = 36.36 cm。因此由遠到近是眼前 44.44 公分至 36.36 公分。

  • B(錯誤):50 cm 對應 2.00 D,33.33 cm 對應約 3.00 D,屈光度範圍為 2.00~3.00 D,兩端相差 1.00 D,不是題目給的總景深 0.5 D。

  • C(錯誤):36.36 cm 對應 2.75 D,30.77 cm 對應約 3.25 D,這個範圍的中心是 3.00 D,不是眼鏡提供的 2.50 D,因此整體焦點位置往更近處偏移。

  • D(錯誤):50 cm 對應 2.00 D,40 cm 對應 2.50 D,只涵蓋名目屈光度的一側,沒有在 2.50 D 兩側各加入 0.25 D,也不是總景深 0.5 D 的完整範圍。

答案解析

先處理「總景深」:0.5 D ÷ 2 = 0.25 D,所以名目 +2.50 D 的可接受屈光度是 2.50 − 0.25 = 2.25 D,到 2.50 + 0.25 = 2.75 D。再把每個屈光度取倒數並換成公分,2.25 D 對應 44.44 cm,2.75 D 對應 36.36 cm。距離越近,所需屈光度越高,所以排列時要由較遠的 44.44 cm 寫到較近的 36.36 cm。答案為 A。

計算時不能直接把 0.5 D 加到單側,也不能先把 2.50 D 當成距離 2.50 m。D 的定義是每公尺的屈光力,必須先求出屈光度範圍,再使用「距離(m)=1/D」換算。因為眼鏡度數的中心是 2.50 D,兩側景深也應以這個中心對稱展開。

核心知識點

  1. 屈光度公式:D = 1/距離(公尺);距離(公尺)= 1/D。
  2. +2.50 D 的名目工作距離為 0.40 m,即 40 cm。
  3. 總景深 0.5 D 若以中心對稱分配,兩側各為 0.25 D。
  4. 可接受屈光度範圍為 2.25~2.75 D,換算後為 44.44~36.36 cm。
  5. 屈光度越高代表物體越近;把 D 範圍換成距離後,數值順序會反向。
  6. 絕對老花眼沒有可用調節,近用眼鏡提供名目近用屈光力;景深是在此中心值周圍提供容許範圍。

參考資料

  1. Dioptre
  2. Depth of field and visual acuity
  3. Depth of focus and visual performance
  4. Depth of field in vision