防盗门猫眼的光学原理

现代居民家的房子大都安装了防盗门在防盗门上可以看到一个圆形的小孔小孔中装有玻璃片这便是门镜透过门镜室内的人可以清楚地看到室外的缩小的人一个正立缩小的虚象从而判断来人是熟人还是生人然后决定是否开门可室外敲门的人却不能透过玻璃片看清室内的景象装上此门镜对于家庭的防盗和安全能发挥一定的作用所以门镜被称为警眼又因为光线通过门镜折射反射后在远处看它闪光的样子很类似波斯猫的眼睛所以它还有别名叫猫眼

我们使用猫眼观察后就知道人在室外眼睛无论靠近还是远离猫眼都看不清室内景物人在室内眼睛靠近猫眼就能清楚地看见室外的人和景物看见的是景物的正立的虚像像比景物小为什么猫眼只能使室内人看清室外情况而不能反过来让室外人看到室内情况?它有着怎样的构造呢?

猫眼的构造

猫眼同望远镜显微镜一样都是由物镜和目镜组成物镜和目镜的距离猫眼的长度约为3cm安装在防盗门上的圆形小孔内门的厚度约为4cm猫眼的物镜是凹透镜目镜是凸透镜但物镜的焦距较短目镜的焦距较长目镜的焦距应等于或大于猫眼的长度和物镜的焦距之和

为什么这样的构造就能产生我们需要的观察效果呢?猫眼成像的光学原理又是怎样的呢?

猫眼的光学原理

首先让我们了解一下人眼是如何看清一个物体或像的

人眼可看成一个特殊而又精密的光学仪器物体发出的光线经晶状体相当于焦距可调的凸透镜折射后在视网膜相当于光屏上成像人就能看清物体判断距离欣赏五彩缤纷的景色为看清远近不同的物体眼睛可以通过周围肌肉的活动使晶状体变厚或变薄以改变焦距使不同距离的物体都能在视网膜上成清晰的像若需要较长时间工作时最适宜的不致引起眼睛过度疲劳的距离大约是25cm这个距离称为明视距离但是介于晶状体的调焦能力物距小于10cm的物体是无法在视网膜上成清晰像的即人眼看不清楚物距小于10cm的物体我们称之为近点同时人要能看清一个物体或一个景物所成的像还必须要有足够的光能进入人眼所以人能看清一个物体或一个物体所成的像要具备两个条件一是该物体或像与人眼的距离合适对于正常眼睛来说物体或像离眼睛的最近距离不得小于10cm否则就看不清物体或像;二是必须有足够的光能进入人眼

再让我们来看看猫眼的成像光路

当我们从门内向外看时物镜l1是凹透镜目镜l2是凸透镜光路见图1物镜l1的焦距极短室外的人或物ab发出的光经过凹透镜折射成发散光线发散光线的反向延长线相交成一个缩得很小的正立虚像a’b’此像正好落在目镜l2的焦点之内l2起着放大镜的作用所以经l2折射后折射光线的反向延长线相交最后得到一个较为放大的正立虚像ab比景物小当人在室内眼睛靠近猫眼观察时此比景物缩小的正立的虚像ab正好成在正常人眼的明视距离附近因此室内的人不用开门就能

洞察门外的一切景象

那么同样通过此猫眼为什么从门外向里看倒看时却什么也见不着呢?

当我们从门外向里看时凹透镜l1变成了目镜凸透镜l2则成了物镜光路见图2室内的景物ab发出的光通过凸透镜l2折射后会聚的折射光线本应相交生成一个倒立的缩小的实像a’b’但是在尚未成像之前就落到发散的凹透镜l1上由于凹透镜l1焦距极短对光线起发散作用所以经凹透镜l1折射后其发散的折射光线的反向延长线相交成正立缩小虚像ab成在目镜l1的右侧2～3cm人在室外贴近猫眼的目镜l1察看这样人眼与像之间的距离也只不过3～4cm这个距离远小于正常人眼的近点所以不能看清景物若想保证像与人眼的距离合适在明视距离的话则由于门镜的孔径很小又没有足够的光能进入人眼所以也一样不能看清景物因此对于室外的窥视者室内的一切当然也就视而不见了图谋不轨者只能望门兴叹!