管中窥豹只见一斑，为何猫眼就能看到室外全貌？

“管中窥豹”是一个成语，意思就是说从一个小竹管里观察豹子并不能够看到豹子的全貌，而只能看到它身上的一个斑点。

为什么从竹管中观察豹子只能看到一个斑点呢？因为竹管的横截面只有那么大，所以就只能看到那么大的一块影像。同样的，如果我们在自己的门上钻出一个小孔，通过这个小孔也只能够看到一点点外面的影像，可如果在这个小孔上安装一个“猫眼”，那情况就完全不同了。“猫眼”又称为门镜，是一种让人在屋子里就可以观察屋外环境的光学装置，而且这种小装置还充分考虑到了隐私性，那就是只能从屋子里向外看，而屋外却看不到屋里的情况。

为什么管中窥豹只见一斑，而猫眼就可以看到屋外的全貌呢？屋外的人又为什么无法反向查看屋里的情况呢？

一般来讲，我们所看到的物体的影像可以分为两类，即实像和虚像。“实像”顾名思义就是物体真实的影像，是由实际的光线汇聚而成的，所以实像可以被光屏接收，并在光屏上呈现出来。“虚像”同样顾名思义，就是物体虚假的影像，是实际的光线被光学元件反射或折射之后，在其反射或折射光线的反向延长线上相交处所呈现出来的影像，虚像并不是实际的光线，所以光屏是无法接收到的，更不可能在光屏上呈现出来。当然，人之所以能够看到虚像，当然是因为有光线进入了眼睛，只不过这些光线并非来自于虚像，而是来自于被光学元件反射或折射的光线。

我们通过透镜所看到的影像都是虚像，通过凸透镜，我们可以看到放大的虚像，而通过凹透镜，我们则可以看到缩小的虚像。

那么猫眼是什么呢？猫眼其实就是一个由两块透镜所组成的光学系统，其中凹透镜在这里充当物镜，也就是靠近门外的一侧，而凸透镜充当目镜，也就是靠近屋里的一侧。在没有安装透镜的情况下，从门上的小孔向外看，只能看到有限的影像，但安装了透镜之后情况就不同了，光线会因为透镜而发生折射，于是我们便能够看到更为广阔的影像。

门外的影像在经过猫眼的时候首先会通过凹透镜，凹透镜会使得光线发散，于是在折射光线的反向延长线上就会形成一个正立缩小的虚像。

接下来这个正立缩小的虚像又会通过凸透镜，凸透镜具有汇聚光线的作用，所以光线在通过凸透镜后会在它的方向延长线上形成一个正立放大的虚像，当然，这个放大的虚像只是针对凹透镜所呈现的缩小的虚像而言的，其并没有物体原本的影像大。这个经由凸透镜折射所生成的正立放大的虚像就是我们通过猫眼所看到的影像。是不是觉得这个凸透镜有些多余？似乎它只是起到了一个放大的作用，有没有它似乎都不影响我们一览外面的全貌，别急，这个凸透镜其实另有作用。

如果猫眼上只有一块凹透镜，那么这个猫眼就是双向的，既可以从屋里观察屋外，也可以从屋外窥视屋里，那么为什么加了凸透镜之后，猫眼就变成单向的了呢？

让我们来看一看如果从屋外向屋里窥视，会是怎样一种情况。反过来之后，物体的影像会首先经过凸透镜，经过凸透镜的光线会发生汇聚，但是凸透镜的焦距比较长，所以还没有实现成像，折射后的光线就会再次穿过凹透镜，穿过凹透镜的光线会发散，于是就会直接在反向延长线上形成一个正立的虚像。不还是成像了吗？在外面不就可以看到了？

的确是成像了，理论上似乎在外面的确应该可以看得到，但问题在于猫眼很小，所以想要看到猫眼内的影像就必须要将眼睛贴近猫眼，而凹透镜的焦距很短，此时所成影像距离眼睛只有2-3厘米。

这里要提出一个概念，那就是“人眼的近点”，所谓“人眼的近点”，就是人的眼睛所能够看清的最近距离，一般情况下这个距离是10厘米左右，显然2-3厘米太近了，所以反看猫眼看到的只能是一片模糊。由此可见，在猫眼这个光学系统中，凹透镜和凸透镜都是必不可少的，没有凹透镜就无法看到广阔的天地，而没有凸透镜，猫眼就会变为一个双向的观察系统，这可就尴尬了。

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