現(xiàn)代居民家的房子大都安裝了防盜門，在防盜門上可以看到一個(gè)圓形的小孔，小孔中裝有玻璃片，這便是門鏡。透過門鏡，室內(nèi)的人可以清楚地看到室外的“縮小”的人--一個(gè)正立縮小的虛象，從而判斷來人是熟人，還是生人，然后決定是否開門?？墒彝馇瞄T的人卻不能透過玻璃片看清室內(nèi)的景象。裝上此門鏡，對(duì)于家庭的防盜和安全，能發(fā)揮一定的作用。所以，門鏡被稱為“警眼”。又因?yàn)楣饩€通過門鏡折射、反射后在遠(yuǎn)處看它閃光的樣子很類似波斯貓的眼睛，所以它還有別名叫“貓眼”。

我們使用“貓眼”觀察后就知道：人在室外眼睛無論靠近還是遠(yuǎn)離“貓眼”都看不清室內(nèi)景物。人在室內(nèi)眼睛靠近“貓眼”就能清楚地看見室外的人和景物，看見的是景物的正立的虛像，像比景物小。為什么“貓眼”只能使室內(nèi)人看清室外情況，而不能反過來讓室外人看到室內(nèi)情況?它有著怎樣的構(gòu)造呢?

貓眼的構(gòu)造

“貓眼”同望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡一樣，都是由物鏡和目鏡組成，物鏡和目鏡的距離(貓眼的長(zhǎng)度)約為3cm，安裝在防盜門上的圓形小孔內(nèi)(門的厚度約為4cm)?！柏堁邸钡奈镧R是凹透鏡，目鏡是凸透鏡，但物鏡的焦距較短，目鏡的焦距較長(zhǎng)，目鏡的焦距應(yīng)等于或大于貓眼的長(zhǎng)度和物鏡的焦距之和。

為什么這樣的構(gòu)造就能產(chǎn)生我們需要的觀察效果呢?“貓眼”成像的光學(xué)原理又是怎樣的呢?

貓眼的光學(xué)原理

首先，讓我們了解一下人眼是如何看清一個(gè)物體(或像)的

人眼可看成一個(gè)特殊而又精密的光學(xué)儀器，物體發(fā)出的光線經(jīng)晶狀體(相當(dāng)于焦距可調(diào)的凸透鏡)折射后，在視網(wǎng)膜(相當(dāng)于光屏)上成像，人就能看清物體，判斷距離，欣賞五彩繽紛的景色。為看清遠(yuǎn)近不同的物體，眼睛可以通過周圍肌肉的活動(dòng)使晶狀體變厚或變薄以改變焦距，使不同距離的物體都能在視網(wǎng)膜上成清晰的像。若需要較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，最適宜的、不致引起眼睛過度疲勞的距離大約是25cm。這個(gè)距離稱為“明視距離”。但是介于晶狀體的調(diào)焦能力，物距小于10cm的物體是無法在視網(wǎng)膜上成清晰像的，即人眼看不清楚物距小于10cm的物體，我們稱之為“近點(diǎn)”。同時(shí)，人要能看清一個(gè)物體(或一個(gè)景物所成的像)，還必須要有足夠的光能進(jìn)入人眼。所以，人能看清一個(gè)物體(或一個(gè)物體所成的像)要具備兩個(gè)條件：一是該物體(或像)與人眼的距離合適，對(duì)于正常眼睛來說，物體(或像)離眼睛的最近距離不得小于10cm，否則就看不清物體(或像);二是必須有足夠的光能進(jìn)入人眼。

再讓我們來看看“貓眼”的成像光路

當(dāng)我們從門內(nèi)向外看時(shí)，物鏡l1是凹透鏡，目鏡l2是凸透鏡(光路見圖1)。物鏡l1的焦距極短，室外的人或物ab發(fā)出的光經(jīng)過凹透鏡折射成發(fā)散光線，發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線相交成一個(gè)縮得很小的正立虛像a’b’，此像正好落在目鏡l2的焦點(diǎn)之內(nèi)，l2起著放大鏡的作用，所以經(jīng)l2折射后，折射光線的反向延長(zhǎng)線相交，最后得到一個(gè)較為放大的正立虛像a”b”(比景物小)。當(dāng)人在室內(nèi)眼睛靠近“貓眼”觀察時(shí)，此比景物縮小的正立的虛像a”b”正好成在正常人眼的明視距離附近。因此，室內(nèi)的人不用開門，就能

洞察門外的一切景象

那么，同樣通過此“貓眼”，為什么從門外向里看(倒看)時(shí)，卻什么也見不著呢?

當(dāng)我們從門外向里看時(shí)，凹透鏡l1變成了目鏡，凸透鏡l2則成了物鏡(光路見圖2)。室內(nèi)的景物ab發(fā)出的光，通過凸透鏡l2折射后，會(huì)聚的折射光線本應(yīng)相交生成一個(gè)倒立的縮小的實(shí)像a’b’，但是在尚未成像之前就落到發(fā)散的凹透鏡l1上，由于凹透鏡l1焦距極短，對(duì)光線起發(fā)散作用，所以經(jīng)凹透鏡l1折射后，其發(fā)散的折射光線的反向延長(zhǎng)線相交成正立縮小虛像a”b”，成在目鏡l1的右側(cè)2～3cm。人在室外貼近“貓眼”的目鏡l1察看，這樣，人眼與像之間的距離，也只不過3～4cm，這個(gè)距離遠(yuǎn)小于正常人眼的近點(diǎn)，所以不能看清景物。若想保證像與人眼的距離合適，在明視距離的話，則由于門鏡的孔徑很小，又沒有足夠的光能進(jìn)入人眼，所以也一樣不能看清景物。因此，對(duì)于室外的窺視者，室內(nèi)的一切當(dāng)然也就“視而不見”了，圖謀不軌者只能“望門興嘆”!