了解人眼特性對于光學工程師非常重要，因此絕大多數光學系統都以這樣或那樣的方式將眼睛作為系統的最終元件。因此，光學系統的設計者了解眼睛的特性以及功能是至關重要的。

1. 眼睛的構造

眼睛是人體最復雜的感覺器官之一，負責將光信號轉化為神經信號，傳遞至大腦形成視覺。眼球由外到內可分為外層，中層和內層：

外層由角膜和鞏膜組成。角膜：透明、無血管的弧形結構，覆蓋眼球前部，負責屈光（聚焦光線）。鞏膜：白色堅韌的纖維膜，構成眼球后部，維持眼球形狀并保護內部結構。

中層由虹膜，睫狀體組成。虹膜：有色環形膜，中央的孔洞為瞳孔（Pupil），通過收縮或舒張控制進入眼球的光量。其中睫狀體分為：睫狀肌：調節晶狀體形狀（改變焦距，實現“調節”功能）。產生房水：維持眼內壓和營養角膜、晶狀體。脈絡膜：富含血管和色素，為視網膜提供養分并吸收多余光線。

內層即視網膜，由各種感光細胞構成，視桿細胞：對弱光敏感，負責暗視覺。視錐細胞：對強光和顏色敏感，集中在黃斑區，尤其是中央凹處。視神經盤：視神經穿出眼球的部位，無感光細胞，形成“生理盲點”。

      角膜承擔著眼睛絕大部分折射能力，虹膜使眼睛能感覺色彩，能夠張大和縮小以控制進入眼睛的光通量。由虹膜形成的瞳孔直徑可以從弱光下的8mm變化到強光下的不足2mm。眼睛的透鏡是一個由其神經末梢區域周圍大量纖維或韌帶懸吊者的柔軟囊體，通過改變其形狀使眼睛調焦。當與懸吊韌帶相連的括約肌放松時，透鏡具有最平的形狀，正常眼就聚焦于無窮遠；當這些肌肉收縮時，透鏡凸起，其半徑更短，眼睛聚焦在附近物體上，這種過程稱為適應。

      視覺形成的過程：

光線通過角膜和晶狀體折射聚焦。

成像于視網膜，感光細胞將光信號轉化為電信號。

信號經視神經傳遞至大腦視覺皮層，形成視覺。

2.眼睛的特性

眼睛作為人體感官器官之一，擁有許多令人驚嘆的特性。這些特性使其能夠高效、準確地捕捉外界光線并將其轉化為我們理解的視覺信息。

屈光與成像能力:

多重屈光系統： 眼睛擁有角膜、房水、晶狀體和玻璃體等多個透明的屈光介質。它們協同工作，將光線精確地聚焦在視網膜上，就像一個天然的精密照相機鏡頭。

自動調焦： 晶狀體可以改變其曲度，從而改變焦距。這使得眼睛能夠自動對焦，無論看近處（如閱讀）還是遠處（如遠眺），都能保持清晰的圖像。這是其“變焦”能力。

動態的光線調節能力:

瞳孔變光： 虹膜可以像照相機的光圈一樣，根據外界光線的強弱自動調節瞳孔的大小。在強光下瞳孔縮小以減少進光量，避免視網膜過度曝光；在弱光下瞳孔放大以增加進光量，提高視覺敏感度。

寬廣的適應范圍:

明適應與暗適應： 眼睛能夠在從極亮的日光（約10^8 勒克斯）到幾乎黑暗的環境（約10^-6 勒克斯）中進行視覺感知，其適應范圍高達10的14次方。這得益于視網膜上兩種不同的感光細胞（視桿細胞和視錐細胞）以及神經回路的復雜調節。

精細的色彩感知能力:

三色視覺： 視網膜上的視錐細胞有三種類型，分別對紅、綠、藍三種不同波長的光敏感。大腦通過整合這三類細胞的信息，能夠感知并區分數百萬種不同的顏色，形成我們豐富多彩的視覺世界。

高分辨率與細節辨識能力:

黃斑中心凹： 視網膜的黃斑區，特別是中心凹，含有高密度的視錐細胞，是視力最敏銳的區域。它使得我們能夠識別精細的細節，如閱讀文字、辨認人臉。

立體視覺與深度感知:

雙眼視差： 兩只眼睛從略微不同的角度看同一個物體，產生的圖像存在細微差異（視差）。大腦將這兩個圖像整合，形成對物體距離和空間深度的感知，即立體視覺。

眼睛不僅僅是感光器官，它產生的電信號通過視神經傳導至大腦的視覺皮層，由大腦進行復雜的處理、解讀和整合，最終形成我們所理解的視覺圖像和意義。這個過程包括模式識別、記憶關聯、情緒反應等。通過眼睛這個活的光學系統使我們能夠高效、準確地感知和理解周圍的視覺世界。