光学成像原理在防盗门猫眼中的应用

董梦玥

【摘 要】随着国民经济的不断增长，大众生活水平的不断提升，人们开始越来越关注到居住防盗安全问题。防盗门为现代居民住宅最普遍应用的大门类型，在防盗门上我们可以清晰看到有一个门镜，该门镜又人称作为“猫眼”。透过“猫眼”，住宅内的人可以有效看到门外的“缩小”的人一个正立缩小的虚像，从而判断是否是自己所熟悉的人，再决定是否打开防盗门。门外的人透过“猫眼”是看不清住宅内情况的，防盗门猫眼制作正是应用了光学成像原理，本文将进一步对其展开分析与探讨。

【关键词】光学成像原理；防盗门；猫眼

引言

在传统家庭住宅中，人们安装的门是普通木门或者铁门，室内居住的人要想看见室外的物体或者人，就必须打开房门，或者通过声音辨清室外是否是熟人，这样无疑会给自己带来一定的危险。防盗门的安装能够帮助居民在不打开门的情况下看清室外景象。防盗门中猫眼的构造其实很简单，其主要是由两片透镜组成，靠近门外的透镜是凹透镜，靠近门内的透镜是凸透镜。光学成像原理在防盗门猫眼中的应用，能够让室内的人透过猫眼看清门外视角约为120°范围内的清晰景象，而室外的人透过猫眼是无法看到门内景象的。这样一来就充分保障了居民住宅的防盗安全，避免轻易打开房门让陌生人进入到室内，威胁到自身的生命安全和财产安全。

1.防盜门猫眼的构造

与市场中的显微镜、望远镜设备一样，防盗门猫眼的构造也是由物镜和目镜组成的，制作人员会将猫眼中物镜与目镜的距离科学设置在3cm左右，然后再将其安装在防盗门上的圆形小孔内，防盗门的厚度通常会保持在4cm左右，这样才能够最大化发挥出猫眼的防盗作用。猫眼中物镜俗称为凹透镜，目镜俗称为凸透镜。它们两者之间相比较，凹透镜的焦距较短，凸透镜的焦距会更长一些。猫眼长度和凹透镜的焦距之和必须等于或者小于凸透镜的焦距数值，这样才能够有效产生光学成像效果。

2.光学成像原理在防盗门猫眼中的应用

在日常生活中，人们必须通过眼睛去看清远景不同的物体，眼睛能够利用周围肌肉的活动有效改变晶体状的厚度大小，从而调整焦距数值，促使不同距离的景象物体都能够在眼睛视网膜上形成清晰的像。如果当人们需要进行长时间的学习工作，为了确保眼睛不至于那么疲劳，最好将眼睛与观察对象的距离控制在25cm左右，这个距离被人称作为“明视距离”。由于眼睛晶状体的调焦能力是有限的，一旦物体与眼睛的距离小于10cm，那么物体就无法清晰的在视网膜成像，这就是“近点”原理。随着人类年龄的增大，人眼看清物体的最小距离会慢慢增大，正常青年人的近点距离为10cm左右，而中老男人的近点距离则来到了40cm左右。此外，除了和物体距离有关，人要看清一个物体还必须借助充足的光线。因此，我们可以科学总结出人要清晰看见一个物体，必须确保具备两个基础条件：1）人眼到物体的有效距离，小于10cm通常是看不清物体的；2）眼睛观看范围内的光线较为充足。

当我们从门内透过猫眼向门外看时，防盗门猫眼光学成像如下图1所示，其中L■是凹透镜，L■是凸透镜。从图中可以看出，凹透镜的焦距较短，站在门外的人或者物体AB发出的光经过凹透镜折射成发散光线，该光线的反向延长线会在猫眼内相交成一个缩小的正立虚像A'B'，该虚像会落在凸透镜的焦点之内。而凸透镜在猫眼中所起到的作用就是放大，因此，通过凸透镜折射后，折射光线反向延长线会成功相交，就能够得到一个放大的正立虚像A"B"，该虚像比实际物体要小。当门内的人用眼睛去靠近猫眼观察门外情况时，比实际物体小的正立虚像A"B"会有效落在人眼明视距离范围内。这样一来，住宅内的人通过利用防盗门猫眼的功能，就能洞察门外猫眼视野内的清晰景象，避免陌生人入室抢劫危险的发生。

当我们从门外透过猫眼向门内看时，猫眼光学成像如下图2所示。其中凹透镜L■变成了目镜，而凸透镜L■则变成了物镜。室内物体AB发出的光会经过凸透镜L■折射后，折射光线会成功相交形成一个倒立缩小的实像A'B'，然而其在未成像之前会落到发散的凹透镜L■上。与凸透镜相比较，凹透镜的焦距是偏短的，对光线会起到发散的作用。因此，光线经过凹透镜L■折射后，正常发散的折射光线的反向延长线会成功相交成正立缩小的虚像A"B"，该虚像会成像在目镜L■的右侧2-3cm。当人站在室外透过猫眼去看室内情况时，眼睛与猫眼成像之间的实际距离只有3-4cm，此距离远远小于正常人眼的距离，物体自然无法清晰在视网膜上成像。如果想将物体成像与眼睛的距离控制在合理范围内，但是由于防盗门猫眼的直径很小，无法让更多光线进入到人体眼睛中，那么室外的人照样无法看清室内物体，这样一来室外可能存在的不法分子就无法掌握到室内具体情况。

3.结束语

综上所述，在现代城镇居民家庭生活中，人们普遍选择安装了防盗门用来观察室外的具体情况，避免在无意中打开房门让陌生人进入到室内，实施违法行为。防盗门中的猫眼通过利用光学成像原理，能够让室内的人透过猫眼清晰看到室外视场角约为120°范围内的景象，而室外的人透过猫眼却是模糊一片，无法看到任何清晰景象，这样就能够保障室内人的防盗安全。

【参考文献】

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