114年:視覺光學

【題組:有一未矯正散光的眼睛(n=1.336) ,其瞳孔直徑為 5 mm,兩個散光軸之屈光力分別為+62.00D@30° meridian; +60.00D@120° meridian。請依序回答下列三題】 (第3題) 此最小錯亂圓之直徑為多少mm?

A0.057 mm
B0.061 mm
C0.072 mm
D0.088 mm

詳細解析

本題觀念:

本題承接前兩題的系列散光案例(30° 為較陡子午線,120° 為較平子午線),在已知 CLC 位置(23.44 mm)的前提下,計算最小錯亂圓(circle of least confusion, CLC)的直徑

CLC 直徑的計算需用到相似三角形原理,公式如下:

dCLC=p×V1VCLCV1d_{CLC} = p \times \frac{|V_1 - V_{CLC}|}{V_1}

或等效地:

dCLC=p×dCLC位置dF1dCLC位置d_{CLC} = p \times \frac{d_{CLC\text{位置}} - d_{F1}}{d_{CLC\text{位置}}}

其中:

  • pp = 瞳孔直徑(pupil diameter,本案例設定值)
  • dF1d_{F1} = 前焦線(30° 子午線)在眼內的位置(mm)
  • dCLCd_{CLC} = CLC 在眼內的位置 = 23.44 mm
  • Sturm 間距的一半 = CLC 與前焦線之間的距離

更直觀的推導:在 CLC 位置前後分別有兩條焦線(F1 在前、F2 在後),CLC 恰好在兩者的屈光力中間。由光線幾何(相似三角形),從前焦線出發的光束到達 CLC 時,其截面直徑正好等於從後焦線出發的光束截面直徑,兩者相交形成最小圓形——即 CLC。

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