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光学成像原理在防盗门猫眼中的应用

发布时间:2019-10-14 18:35:21点击:
 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。
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