光學(xué)成像原理在防盜門貓眼中的應(yīng)用

董夢(mèng)玥

【摘 要】隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，大眾生活水平的不斷提升，人們開始越來越關(guān)注到居住防盜安全問題。防盜門為現(xiàn)代居民住宅最普遍應(yīng)用的大門類型，在防盜門上我們可以清晰看到有一個(gè)門鏡，該門鏡又人稱作為“貓眼”。透過“貓眼”，住宅內(nèi)的人可以有效看到門外的“縮小”的人一個(gè)正立縮小的虛像，從而判斷是否是自己所熟悉的人，再?zèng)Q定是否打開防盜門。門外的人透過“貓眼”是看不清住宅內(nèi)情況的，防盜門貓眼制作正是應(yīng)用了光學(xué)成像原理，本文將進(jìn)一步對(duì)其展開分析與探討。

【關(guān)鍵詞】光學(xué)成像原理；防盜門；貓眼

引言

在傳統(tǒng)家庭住宅中，人們安裝的門是普通木門或者鐵門，室內(nèi)居住的人要想看見室外的物體或者人，就必須打開房門，或者通過聲音辨清室外是否是熟人，這樣無疑會(huì)給自己帶來一定的危險(xiǎn)。防盜門的安裝能夠幫助居民在不打開門的情況下看清室外景象。防盜門中貓眼的構(gòu)造其實(shí)很簡(jiǎn)單，其主要是由兩片透鏡組成，靠近門外的透鏡是凹透鏡，靠近門內(nèi)的透鏡是凸透鏡。光學(xué)成像原理在防盜門貓眼中的應(yīng)用，能夠讓室內(nèi)的人透過貓眼看清門外視角約為120°范圍內(nèi)的清晰景象，而室外的人透過貓眼是無法看到門內(nèi)景象的。這樣一來就充分保障了居民住宅的防盜安全，避免輕易打開房門讓陌生人進(jìn)入到室內(nèi)，威脅到自身的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。

1.防盜門貓眼的構(gòu)造

與市場(chǎng)中的顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡設(shè)備一樣，防盜門貓眼的構(gòu)造也是由物鏡和目鏡組成的，制作人員會(huì)將貓眼中物鏡與目鏡的距離科學(xué)設(shè)置在3cm左右，然后再將其安裝在防盜門上的圓形小孔內(nèi)，防盜門的厚度通常會(huì)保持在4cm左右，這樣才能夠最大化發(fā)揮出貓眼的防盜作用。貓眼中物鏡俗稱為凹透鏡，目鏡俗稱為凸透鏡。它們兩者之間相比較，凹透鏡的焦距較短，凸透鏡的焦距會(huì)更長(zhǎng)一些。貓眼長(zhǎng)度和凹透鏡的焦距之和必須等于或者小于凸透鏡的焦距數(shù)值，這樣才能夠有效產(chǎn)生光學(xué)成像效果。

2.光學(xué)成像原理在防盜門貓眼中的應(yīng)用

在日常生活中，人們必須通過眼睛去看清遠(yuǎn)景不同的物體，眼睛能夠利用周圍肌肉的活動(dòng)有效改變晶體狀的厚度大小，從而調(diào)整焦距數(shù)值，促使不同距離的景象物體都能夠在眼睛視網(wǎng)膜上形成清晰的像。如果當(dāng)人們需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)工作，為了確保眼睛不至于那么疲勞，最好將眼睛與觀察對(duì)象的距離控制在25cm左右，這個(gè)距離被人稱作為“明視距離”。由于眼睛晶狀體的調(diào)焦能力是有限的，一旦物體與眼睛的距離小于10cm，那么物體就無法清晰的在視網(wǎng)膜成像，這就是“近點(diǎn)”原理。隨著人類年齡的增大，人眼看清物體的最小距離會(huì)慢慢增大，正常青年人的近點(diǎn)距離為10cm左右，而中老男人的近點(diǎn)距離則來到了40cm左右。此外，除了和物體距離有關(guān)，人要看清一個(gè)物體還必須借助充足的光線。因此，我們可以科學(xué)總結(jié)出人要清晰看見一個(gè)物體，必須確保具備兩個(gè)基礎(chǔ)條件：1）人眼到物體的有效距離，小于10cm通常是看不清物體的；2）眼睛觀看范圍內(nèi)的光線較為充足。

當(dāng)我們從門內(nèi)透過貓眼向門外看時(shí)，防盜門貓眼光學(xué)成像如下圖1所示，其中L■是凹透鏡，L■是凸透鏡。從圖中可以看出，凹透鏡的焦距較短，站在門外的人或者物體AB發(fā)出的光經(jīng)過凹透鏡折射成發(fā)散光線，該光線的反向延長(zhǎng)線會(huì)在貓眼內(nèi)相交成一個(gè)縮小的正立虛像A'B'，該虛像會(huì)落在凸透鏡的焦點(diǎn)之內(nèi)。而凸透鏡在貓眼中所起到的作用就是放大，因此，通過凸透鏡折射后，折射光線反向延長(zhǎng)線會(huì)成功相交，就能夠得到一個(gè)放大的正立虛像A"B"，該虛像比實(shí)際物體要小。當(dāng)門內(nèi)的人用眼睛去靠近貓眼觀察門外情況時(shí)，比實(shí)際物體小的正立虛像A"B"會(huì)有效落在人眼明視距離范圍內(nèi)。這樣一來，住宅內(nèi)的人通過利用防盜門貓眼的功能，就能洞察門外貓眼視野內(nèi)的清晰景象，避免陌生人入室搶劫危險(xiǎn)的發(fā)生。

當(dāng)我們從門外透過貓眼向門內(nèi)看時(shí)，貓眼光學(xué)成像如下圖2所示。其中凹透鏡L■變成了目鏡，而凸透鏡L■則變成了物鏡。室內(nèi)物體AB發(fā)出的光會(huì)經(jīng)過凸透鏡L■折射后，折射光線會(huì)成功相交形成一個(gè)倒立縮小的實(shí)像A'B'，然而其在未成像之前會(huì)落到發(fā)散的凹透鏡L■上。與凸透鏡相比較，凹透鏡的焦距是偏短的，對(duì)光線會(huì)起到發(fā)散的作用。因此，光線經(jīng)過凹透鏡L■折射后，正常發(fā)散的折射光線的反向延長(zhǎng)線會(huì)成功相交成正立縮小的虛像A"B"，該虛像會(huì)成像在目鏡L■的右側(cè)2-3cm。當(dāng)人站在室外透過貓眼去看室內(nèi)情況時(shí)，眼睛與貓眼成像之間的實(shí)際距離只有3-4cm，此距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常人眼的距離，物體自然無法清晰在視網(wǎng)膜上成像。如果想將物體成像與眼睛的距離控制在合理范圍內(nèi)，但是由于防盜門貓眼的直徑很小，無法讓更多光線進(jìn)入到人體眼睛中，那么室外的人照樣無法看清室內(nèi)物體，這樣一來室外可能存在的不法分子就無法掌握到室內(nèi)具體情況。

3.結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代城鎮(zhèn)居民家庭生活中，人們普遍選擇安裝了防盜門用來觀察室外的具體情況，避免在無意中打開房門讓陌生人進(jìn)入到室內(nèi)，實(shí)施違法行為。防盜門中的貓眼通過利用光學(xué)成像原理，能夠讓室內(nèi)的人透過貓眼清晰看到室外視場(chǎng)角約為120°范圍內(nèi)的景象，而室外的人透過貓眼卻是模糊一片，無法看到任何清晰景象，這樣就能夠保障室內(nèi)人的防盜安全。

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