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0431-81702023
光学工程
防盗门“猫眼”构造及成像原理
    “猫眼”,是门镜的俗称,一般安装在家居的铁门上。当有人敲门时,屋里的人就可以通过门镜看到门外情况,通过门镜从屋里看屋外时非常清楚,而从屋外看屋里的话,就变得十分模糊了。其实防盗门门镜的构造非常简单,由两片透镜组成,靠门外的是凹透镜,靠门内的是凸透镜,不过门镜成像的原理,还涉及到一些光学知识。

  一、防盗门产品“猫眼”的构造及成像原理

  1、关于人眼:人眼可看成一个特殊而又精密的光学仪器,外来光线经晶状体折射后,在视网膜上成像,使人伤感知图像。晶状体相当于焦距可调的凸透镜,视网膜便是光屏,也就是说人眼成像的像距基本一定,而通过晶状体调焦使物距不同的物体成像。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”.当物体物距为25cm时,成的像最清晰,我们称“明视距离”.有了以上两个概念,对于后面处理门镜所成像人眼能否看清的问题十分关键。

  2、逐次成像法则:表述为:“物体通过前一光学元件所成的像就是后一光学元件的物”。防盗门门镜中有两个透镜,前一透镜所成的像无论能否真正实现成像,它都将作为后一透镜的物来处理。

  3、实物与虚物:通常人们所接触的都是实物,它发出(或反射)的光线是发散的;但有时光线经过光学器件折射后成会聚趋势,这就可视为虚物。

  4、透镜计算符号取定:物距:实物正虚物负:像距:实像正虚像负:焦距:凸透镜正凹透镜负。

  同望远镜、显微镜一样,都是由物镜和目镜组成。望远镜是由两个凸透镜组成,物镜焦距较长,目镜焦距较短;显微镜也是由两个凸透镜组成,物镜焦距很短,目镜焦距较长。“猫眼”不可能是由两个凸透镜组成,因为防盗门的厚度约为4cm,物镜和目镜的距离约为3cm,这也决定了物镜和目镜的焦距不可能较长,否则就不能满足“猫眼”的要求效果,那么“猫眼”的构造究竟是怎样的呢?

  由成像规律可知,景物经物镜(凹透镜)成缩小正立的虚像,此虚像经目镜(凹透镜)再成缩小的正立的虚像,最终的虚像到眼睛的距离小于明视距离,而“猫眼”的孔经仅lcm左右,加之凹透镜发散的缘故,进入人眼的光也很微弱,即不能看清景物。因此,“猫眼”不是由两个凹透镜组成。

  4.1、物镜是凸透镜、目镜是凹透镜的情况

  由透镜成像规律可知,景物(离门1~2m)经物镜(凸透镜)成缩小倒立的实像,此像作为目镜(凹透镜)的虚物再成缩小的虚像,如人眼靠近目镜(凹透镜)观察,这个距离比明视距离小得多,是无法看清的。如果人远离目镜(凹透镜)观察,则景物的成像光线进入人眼睛太少,而且视角也很小,同样无法看清。由此得出结论,用凸透镜作物镜、凹透镜作目镜是不能满足要求的。但也同时给我们启示,它正好满足室外不能看清室内景物的要求。

  4.2、物镜是凹透镜,目镜是凸透镜的情况

  由透镜成像规律可知,景物(离门1~2m)经物镜成缩小的正立的虚像。a.若此虚像在目镜的1倍焦距之外,此虚像作为目镜的虚物再成倒立的实像。这也不能满足要求。b.若景物经物镜成的虚像,在目镜的1倍焦距之内,此虚像作为目镜的虚物再成放大正立的虚像,则能满足要求。

  综上所述防盗门“猫眼”是由一个凹透镜和一个凸透镜组成,物镜是凹透镜,目镜是凸透镜,但物镜的焦距较短,目镜的焦距离较长,且目镜的焦距应等于或大于物镜与目镜的距离(猫眼的长度)和目镜的焦距之和。


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