115年:視光學(2)

關於內聚(convergence)稜鏡度(△)的公式,下列何者正確?

A內聚稜鏡度(△)=雙眼固視遠方物體時的瞳孔間距(公分)/目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離(公尺)
B內聚稜鏡度(△)=雙眼固視近距離物體時的瞳孔間距(公分)/目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離(公尺)
C內聚稜鏡度(△)=雙眼固視遠方物體時的瞳孔間距(公分)/雙眼固視近距離物體時的瞳孔間距 (公分)
D內聚稜鏡度(△)=雙眼固視近距離物體時的瞳孔間距(公分)/雙眼固視遠方物體時的瞳孔間距 (公分)

詳細解析

本題觀念

內聚(convergence)是兩眼視軸朝向近方目標旋轉,使影像能落在雙眼對應位置的動作;所需的內聚稜鏡度取決於兩件事:雙眼瞳孔間距,以及目標平面到雙眼旋轉中心連線的距離。目標越近,兩眼視軸需要向內轉得越多,內聚需求也越大。

幾何關係可寫成:內聚稜鏡度(△)=調節需求(D)×瞳孔間距(cm)。而調節需求約等於 1/目標距離(m),所以可改寫為:內聚稜鏡度(△)=瞳孔間距(cm)/目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離(m)。公式中的瞳距與目標距離必須屬於同一個固視情境;若題目問雙眼固視遠方物體,就使用遠方瞳距與遠方目標距離。

選項分析

A.正確。 這個選項使用雙眼固視遠方物體時的瞳孔間距,除以目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離,單位為 cm/m,正是內聚稜鏡度的幾何公式。其結果符合稜鏡度的定義:在 1 m 距離產生 1 cm 偏移就是 1△,因此 cm/m 的商可直接表達內聚需求。

B.不正確。 這個選項把瞳距換成近距離固視時的瞳距。近方瞳距可能因兩眼內轉後的幾何位置而與遠方瞳距不同;若正在計算遠方固視的內聚需求,分子就應與遠方固視條件一致,不能任意代入近方瞳距。公式的分母雖保留目標距離概念,但分子所代表的固視情境錯置。

C.不正確。 遠方瞳距除以近方瞳距只有比值,兩者單位相同後會互相消去,成為無量綱數字。這個表達沒有納入目標平面距離,無法反映目標越近、內聚需求越大的幾何變化,也不能得到以△表示的內聚稜鏡度。

D.不正確。 近方瞳距除以遠方瞳距同樣只是無量綱比值,沒有目標平面至旋轉中心連線的距離。即使分子分母的順序改變,也不會把瞳距比例轉成內聚稜鏡度;此選項同時缺少決定視軸角度的目標距離。

答案解析

可以用三角形幾何快速理解公式。兩眼旋轉中心相距一段瞳距,當目標位在較近的平面時,左右視軸要在該平面交會,視軸向內的位移與目標距離形成比例。以 1△的定義來看,1 m 處每 1 cm 的位移就是 1△,因此瞳距以 cm 表示、目標距離以 m 表示時,兩者相除就得到△。

本題問的是雙眼固視遠方物體的條件,故公式的分子是遠方瞳距;分母則是遠方目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離。若題目改問近距離固視,應改用近方固視的瞳距與近方目標距離,不能把近、遠兩種條件的資料交叉混用。這也是 B 與 A 的關鍵差別。C、D 看似也使用瞳距,但只有同單位瞳距相除,沒有 cm/m 的長度比例,無法表達稜鏡在目標平面的位移量。

所以正確公式是「遠方固視時的瞳距(公分)/目標平面至雙眼旋轉中心連線的距離(公尺)」,答案為 A。作答時可先檢查三件事:固視距離是否一致、瞳距單位是否為 cm、分母是否保留目標距離;三項都符合,才是可代表△的公式。

核心知識點

  1. 內聚需求與瞳距成正比,與目標距離成反比;目標越近,所需內聚越大。
  2. 內聚稜鏡度可寫為調節需求(D)×瞳距(cm),也可寫成瞳距(cm)/目標距離(m)。
  3. 稜鏡度的單位是△,其幾何意義是每 1 m 產生多少 cm 的偏移,因此 cm/m 的量綱很重要。
  4. 遠方固視使用遠方瞳距與遠方目標距離;近方固視使用相應的近方條件,不能混用。
  5. 只把遠方瞳距與近方瞳距相除,或反過來相除,得到的是無量綱比值,不是內聚稜鏡度。
  6. 面對公式選擇題,先做單位檢查,再檢查目標距離是否出現在分母,最後確認瞳距和固視情境相符。

參考資料

  1. Optometric and Perceptual Issues with Head-mounted Displays, Chapter 6
  2. Prism correction