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门镜的光学原理
更新时间:2005-5-16
  在门上安装一个门镜(俗称“猫眼”),就可在室内观察门外来客是谁,以防不速之客撞入。那么,为什么室内的人通过门镜可看清室外来者,而室外的人不能通过门镜看清室内景物呢?本文以浙江省宁海光学仪器厂生产的MJ—4门镜为例说明其光学原理。
  该门镜的物镜由三个薄凹透镜组成,如图1所示。L1为弯凹透镜,L2、L3为两个平凹透镜;目镜L4为平凸透镜。
  L1用弯透镜,目的是使室外180°范围内的景物都能通过L1成像,这样室内的人可以通过门镜观察门外180°范围的情况。
  由于厂家没有公开该门镜的数据资料,只有用游标卡尺自己测量。只要测出的各透镜缺(或叫球冠)的底面直径b和球缺高度h,如图2所示,就可用求弓形的半径公式R=              算出各透镜球面半径。例如测算L1的外,内球面半径为:
  R1外=24.21mm,
  R1内=6.17mm。
由薄透镜焦距计算公式:
      =(n-1)(     +     )
算出L 的焦距为-9.88mm。同理右求得L2 的焦距为:-10.82mm;L3 的焦距为:-10.92mm;L4 的焦距为30.6mm。计算中我们取玻璃的折射率为1.5。
         物镜是由三个薄凹透镜互相靠拢地放在一起组成的,所以仍可近似的看成是一个组合薄透镜。设其焦距为f  则有:   =      +    +     代入数据求得: f 物 = -3.50mm。组合物镜的光心可认为在物镜组的中心处,测得L4 到物镜组中心距离为24.40mm。
因此,可把门镜等效为由一个为-3.50mm的凹透镜和一个相距为24.40mm,焦距为30.6mm的凸透镜组成的。
        我们知道,人能不能看清一物体(或一个物体所成的像),取决两 个因素:一是该物体(或像)是否在人眼的明视距离内。对于正常眼晴来说,物体(或像)离眼睛的最近距离不得小于10cm。否则就看不清物体(或像)。因为正常眼睛的近点约在10cm的地方。二是有没有足够的光能进入人眼。
          在室内通过门镜看室外景物的光路图如图3所示。设室外景物AB到L物  的距离为1米。AB在L物中成像A1 B1  。由透镜成像公式求得像距为-3.49mm(虚像)。A1B1 对L目 中成像A2B2 时物距为27.89mm。由透镜成像公式可求得像距为-31.49mm。
        可见A2B2到L目的距离大于人眼的明视距离,故人眼完全可以贴在L目附近看清室外景物。
         在室外通过门镜看室内景物的光路图如图4所示。CD(图中未画出),通过凸透镜L目所成的像应是C1D1,设物距为1000mm,则像距为31.57mm(实像)。
         把C1D1 作为L物 的虚物,物距为:-(v1 -d)=-(31.57-24.4)=-7.17mm。可求得:
                    像距=           =-6.84mm(虚像)。
          如果室内景物到镜的距离超过1米,则v2  将更小。室外的人靠近L物观察,由于-0.68cm比正常人眼睛的近点10cm小得多,所以无法看清室内景物.如果人眼退离L物观察,由于门镜内凹透镜的通光直径不足8cm,室内物体的成像光线进入眼睛太少,而且视角又很小,同样无法看清室内景物。
            
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