揭开人眼神秘的面纱（3）

Uncover the mystery of the human eye（3）

都世民（Du Shimin)

人眼是照相机吗？

曾记得上个世纪50年代末，上中学物理课时，课夲把人的眼睛和照相机的原理看成相似。如下是在百度网上搜索的解读，可以找到眼科专家对人眼结构的论述，仍然把人的眼睛看成照相机。

上海新视界眼科医院近视专科手术专家  李海燕博士详解眼球结构（图片—介绍）

他是从眼睛的疾病和治疗方法，来阐述眼睛的结构。他把眼睛的结构比作照相机。

图一·把眼睛的结构比作照相机

人眼成像原理的这种教授法不知讲了多少年！这类教科书是用了好多年。延续到现在。

如果把眼球比作照相机。光首先进入眼球的透明角膜。它占眼球表面积的1/6，直径为11.5毫米，中央厚0.6毫米，旁边厚1毫米。俗称"黑眼珠"。角膜组织分5层：上皮层、前弹力层、基质层、后弹力层、内皮细胞层。角膜上皮层有十分敏感的感觉神经末梢。

瞳孔好像照相机的光圈。晶状体好像照相机的全自动变焦镜头，位于瞳孔虹膜后面，呈双凸透镜。正常人既能看近又能看远，全依赖于晶状体的调节。视网膜好像照相机的胶卷，起感光功能。感光最敏锐的那部分，称为黄斑。虽然视网膜很薄，结构却很复杂，分为10层，感光的细胞主要是视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞主要负责明亮视觉和色觉，视杆细胞主要负责阴暗视觉。脉络膜-是照相机的暗箱。主要由血管组成，因此还兼有营养眼球的责任。物像是在视网膜上形成的，而视觉是在大脑皮层的视觉中枢产生的。

    视觉的形成过程大致是：外界物体反射来的光线，依次经过角膜、瞳孔、晶状体和玻璃体，并经过晶状体等的折射，最终落在视网膜上，形成一个物像。视网膜上有对光线敏感的细胞。这些细胞将图像信息通过视神经传给大脑的一定区域，人就产生了视觉。视觉的形成过程可表示为下图

图二·人眼机理的框图

以上对人眼结构和机理的解释，已经考虑到微观层面，已经将视觉感官系统与大脑神经相联系，这种解释有没有问题呢？下面来讨论这些问题。

人眼看成相机有什么问题呢？

1）在上个世纪50年代，见到的照相机都是黑白的，后来有了彩色照相机，如今是数码相机。相机变化了，原来有底片，现在没有底片。人的眼睛还是原来样子，没有变化。我们没有理由不怀疑这种说法的不正确！

2）从图三可以看出，成像后的像与原来的像是倒着的，其实我们看见的物体不是倒像，说明这种解释方法是有问题！

图三·人的眼睛比做照相机的示意图

3）人的眼睛可以看见各种颜色，用相机是解释不了的。

4）人的眼睛可以扫描、跟踪、定位、分辨和识别。照相机没有这种功能。

如上所述，人的眼睛看成照相机有问题。人眼产生的信号是什么类型？是模拟信号还是数字信号？过去的相机是模拟信号，胶片显像；如今数码相机是数字信号，无需胶片。按生物学观点，人眼的信号是将光信号变成电信号。却不承认光信号是交变电磁场，电信号只有离子通道的电流，没有磁流，没有场的信号。早年相机是黑白，后来是彩色。如今是数码彩色摄像和照像合一的相机，无胶卷底片。不存在哪种相机。不管是单反，卡片，家用便携相机或其他相机，能决定它是否接近人眼的。不存在卡片机比单反机，单反机比卡片机哪个更接近人眼的关系。另外相机原理解读的构造，得到的是缩小的倒像，而且与色感无关。不能不怀疑这种解释有问题。其实人眼的结构非常复杂 ，我们很难以传统相机的模式来解读。

图四· 人的眼睛的各部分结构的侧视图

微小光学破解人眼之谜

从时空变化看，2500年前佛学、道学、中医对眼睛都有论述。而现代科技则是近100多年的事。无论那个学科，都是将光与眼紧密联系在一起。1854年，麦克斯韦还是年青时代，就开始研究人眼和动物眼睛，发表了鱼眼透镜的论文，提岀了变折射率的概念。麦克斯韦想弄清动物眼的色感之谜。

奇怪的是近代医学、生物学和物理学等学科，在论述眼睛结构和工作机理时，都不涉及电磁理论的论述，都认为眼是宏观成像装置。在生物学未探明视网膜结构之前，都是以宏观光学视角给出的成像原理。而微观电磁学是因为无需求，无学者关注的原因，使很多人不知道新的学科---微小光学已经诞生了。

另外，也是因为现代科技专业越分越细，越来越多，各自都有自己权威和门户，巳形成社会共识。一旦垮学科，有些权威发表的言论就有问题了，说了就不算数了。

一百年前，麦克斯韦电磁理论不可能涉及微观和纳观层面的应用研究，即使生物学家中有人想到要用麦克斯韦电磁理论，受专业限制无能为力。即便微小光学已经诞生，他们不一定了解和相信。

什么是微小光学？

光学的发展可以分成宏观光学、微小光学和纳米光学三个发展阶段。这是从制作工艺和光学元件尺度来界定。微小光学是微米尺度范畴内的光学。它研究的是微米尺度光学元件的光学微加工工艺，以及光信息在这类光学元件中的传播、变换、成像的物理机理和应用的前沿学科。微小光学的产生是受科学技术信息化和智能化的推动，它的发展反过来又大大促进科学技术信息化和智能化的发展。

微小光学是研究微米、亚微米尺度内光与物质的相互作用和光学元件（包括光源、光纤、波导、折射和衍射型微透镜、微棱镜等）的光学微加工技术，以及利用该元件实现光信息的发射、耦合、传输、变换、分光、成像和图像处理等功能的理论和技术，是光学的新发展、光学与微电子和微机械相互融合、渗透、交叉形成重要前沿学科。在20世纪中叶，人们把研究微弱光信号的增强、显示、变换的学科称为“微光学”或“微光夜视”。因此，该领域不能称为“微光学”，而称为“微小光学”。

微小光学的具体研究内容是：（1）折射型微透镜及阵列。主要包括各种微米尺度(几微米至1mm)的折射型微透镜及透镜阵列、微反射镜、微棱镜、波导光栅等。（2）衍射光学元件。它是利用光衍射效应的复合成像理论，通过光学微加工技术制作的表面微结构，形成具有高衍射效率的光学元件。（3）光学微加工工艺。它是制作微米尺度光学元件的光学加工技术和方法。主要有微光刻、离子束刻蚀、微图形产生激光束直写、光刻热熔和光刻离子交换等。（4）微小光学元件性能的测试技术。（5）微小光学功能材料。制作微小光学元件的基底材料，晶片和光电元件混合集成的基底材料，包括特种玻璃、有机硅、半导体材料、特种聚合物、光波导材料和封装材料等。（6）微小光学元件的二维和三维集成技术。主要是微小光学系统的结构设计理论和集成技术，微小光学元件的耦合、对准、传输、变换技术集成器件的装配封装技术，这是微小光学元件本身的集成技术。

人眼的水晶体是典型的变折射率介质

1974 年，我国龚袒同教授提出变折射率概念。变折射率介质的折射率不是常数，而是按一定规律变化的。因此，变折射率介质是一种非均匀介质，也有人称为祶度折射率介质或渐变折射率介质。

在自然界中，变折射率介质是普遍存在的。例如，人眼的水晶体和地球的大气层就是一种典型的变折射率介质。天文折射也是很早就被人们观察到的变折射率问题。早在公元 100 年就对它进行了研究。此外，人们熟知的“海市蜃楼”奇景，也是由于大气层折射率的局部变化，对地面景色产生折射，出现的一种奇特现象。很多人不知道这是变折射率介质引起的。

微小光学专家在他们专著＂微小光学与微透镜阵列＂中明确指出：人眼的水晶体是一种典型的变折射率介质。并指出微小光学应与生物学交叉结合。该如何结合呢？

1利用微小光学已有的理论和加工技术，搞清楚人眼水晶体的变折射率类型；2仿制人眼水晶体并进行相关试验验证。现有的变折射率透镜是采用聚合物加工，与人眼材料属性不相吻合，需要研究人眼晶体材料属性和生物特征；3进行成像特性研究；4微小光学专家认为人眼是成像装置，与过去传统解读不同的是，这里的成像多了变折射率透镜的引入。5如果这项工作完成，能否验证人眼色感功能和人眼的搜索、跟踪、识别功能。6微小光学专家介入这项研究，不一定了解视网膜结构，在这里变成多学科汇集点，也是难点。其上视细胞尺寸是微米尺度，细胞间距是纳米尺度，工作波长也是纳米尺度，使问题复杂化。

微小光学揭示岀什么问题？

眼睛的研究由来已久，几千年来经历细化和深化过程。微小光学的介入揭示了以下问题：

1）微小光学将小宇宙中信息量最大的视觉感官系统，由宏观2厘米的眼球碎化为微米量级。将玻璃体看成水晶体，利用麦克斯韦电磁理论把水晶体视为变折射率透镜。

2）验证了《金刚经》指出：＂三千大千世界。碎为微尘。＂

3）揭示了视觉感官系统多层面链接，包括宏观到微观。这当中沒有映射的神经回路。依据的是伟大麦克斯韦电磁理论。

4）突破了传统知识框架：把人的眼睛看成照相机是有问题的。人的眼睛不能用照相机解读！

5）人的视觉感官是一个复杂的生物系统。不能用神经元摡念，通过计算机求解出其信息关系。

6）微小光学的介入，玻璃体看成水晶体，视为变折射率透镜。天线专家明确指出人眼中有变折射率透镜天线。能否用天线概念解读人眼可以扫描、跟踪、定位、分辨和识别的功能机理。

下面将继续讨论人的眼睛是否有天线？（待续）