新技术使人类能制造更好的透镜和反光镜。动物眼睛使用这种方法已有几世了。
有两种眼睛是大家熟悉的。一种是人与脊椎动物所共有的单眼。一种是昆虫以及其他某些硬壳动物的复眼。两者，虽然都能将来自外部世界的光形成图像，不过，成像的途径却截然不同。
脊椎动物的单眼（虽说都有相似设计特征，但如章鱼等头足类软体动物的眼睛却并无进化），像一架照相机。光线进入眼睛时通过水晶体，使光线发生折射，并在网膜——感光细胞“底片”上形成一完整图像。大脑的视皮质接到来自网膜的神经冲动后（曾经许多前置中继站简单处理），复制这些冲动，使我们看到了外部世界。单眼最基本的一点是，虽有许多感受器，但只有一个水晶体。
昆虫的复眼就不同了。复眼的每只小眼面即是一个水晶体。在每个水晶体下面，有一群感光细胞。所以，每只小眼面即是一只小小的眼睛，能够检测来自一个极小空间区域内不同水平的光线。昆虫的脑集中了来自许多感受器的信息后，即可造成一个外部世界的图像。复眼的光学特性不如单眼，重要受了一个感受器一个水晶体的限制。
单眼和复眼，是两种大家知道得最多的获得外界图像的装置。其实，还有一种被称为重叠复眼的第三种类型。约一个世纪前Sigmund Exner在一些夜里活动的昆虫中，特别像萤火虫、飞蛾等，发现了这类眼睛。重像眼虽说像蜜蜂一样也有许多晶状物，但它却像人眼一样，在视网膜上只形成一个单一图像。不过，在由重像眼和单眼所造成的图像之间却有着极大的区别——重像眼的图像，与其说是倒的，不似说是直的。
可见，自然界中存在有三种已知的光学体系。脊椎动物（以及头足类动物）的眼睛，像照相机。复眼有点像微粒子物理家用以跟踪目标的闪烁计数器。重像眼在技术上尚无类似应用。
重像眼成像质量极佳。在本世纪初，确实曾流行过用萤火虫眼睛水晶体给一些著名自然学家摄影的事。作者本人亦曾作此尝试。
Exner的问题，是要说明当光线正在被大量水晶体折射时单像的成像。其解释如图1所示。每个水晶体必须这样折曲光线，即使得入射线与水晶体轴之间的夹角，等于水晶体轴与折射线之间的夹角。但这里有一个关键，即折射线与入射线是处于水晶体轴的同侧。这相当复杂。不过，作者可以用重像眼的水晶体与普通透镜的对比来进行解释。一般的薄透镜都有一个节点，通过节点的光线并不发生折射；即是说，离开透镜的光线与进入透镜的光线必然通过轴线。如果重像眼也有一个这样的节点，那么就不能工作了。可见它们并不同于普通透镜。正如下述那样，在折光特征方面，其作用更似反光镜。
与昆虫眼睛最相似的常用光学仪器之一是全放大率为1的双透镜望远镜（反相器）。Exner承认这种可能性，但是坚决否认真实水晶体（或晶锥）没有足够曲率，以及水晶体因折射率太低而不能作望远镜的说法。他的解释巧妙而完美。Exner提出了圆柱透镜设想——一种折射率变化的透镜。圆柱透镜材料的变化，使得光线在透镜内不同地方弯曲不等。折射率在轴线处最高，以后即以一种确定的、大致呈抛物线状向透镜表面方向减少。显然，只要圆柱透镜有适当长度，即可使重水晶体按工作所需折曲光线。
仅在近十年内，才人工制造了类似的圆柱水晶体。制造圆柱水晶体的目的，是希望用单一光导来传送图像，而不仅为亮度变化。图像，可使纤维所能输送的信息量大大增加。
身躯细长的十足类甲壳动物包括小虾、龙虾、螯虾、大海虾，全都具有结构与夜间活动昆虫十分相似的眼睛。外面是一层光学元件、其后是“透明区”，“透明区”之内是网膜。半球状感受器的曲率半径，约为眼本身的一半。
标准课本在阐述这些动物图像成像时，假定夜间活动昆虫具有与圆柱水晶体作用相同的光学结构，实际上，这正是Exner本人所相信的。然而，早在六十年代早期，许多人，特别是荷兰生理学家Jan Kuiper等都已指出这是不可能的。而且发现，曾被认为会使入射光线发生折射的“晶锥”，其折射率是很低的，且是单相的，根本不可能像圆柱水晶体那样工作，既然如此，那么这些眼睛又究竟是如何工作的呢？由Kuiper观察结果所引起的混乱是严重的。甚至许多复眼生理学的主要权威，都准备抛弃Exner的二种基本思想——重成像及圆柱水晶体，不仅是对甲壳类，而且还包括昆虫类。
和Exner不同，这些专家认为在“透明区”上面可能存在有“结晶线”或晶束。其作用相当于将光线从每一水晶体传到网膜上每一感受器的光导。这个理论，重又将重像眼变为普通的复眼。像日间活动昆虫一样，每个感光元件都各有自己的水晶体。然而，光导理论在解释为什么夜间活动和深水节是动物二者都有“透明区”这一点上失败了。在Exner理论里，这一点是非常清楚的。要使所有光线都集聚在网膜的焦点上，是需要空间的。有关一点是，重叠机构使眼睛有了一个大的口孔（用摄影术语来说，介于f/0.5与f/1之间），但是，光导认为没有这个优点（普通复眼，每个眼面典型的为f/2）。大口孔（即小的f数）意味，感受器能接收更多的光。若透明区不能形成一个大的口孔，那为什么仅仅只在适于弱光条件下的眼睛中发现了透明区呢？
对这个现象的解释，非常简单。因为，甲壳类并不同于昆虫类。近十年来，一些专家对昆虫晶锥内部结构的精确测定，充分证明了圆柱水晶体的存在；同样，也肯定了在甲壳类中的存在。直至1975年Klaus Vogt短文发表之前，对于甲壳类动物眼睛的工作情况一直深感神秘。Vogt的看法非常简单：螯虾的眼里并无圆柱水晶体，但却有着呈放射形排列的反光镜。
作者非常赞赏Vogt的解释，认为自己也发现了这个反光镜理论。1976年，作者参加了BRC探险的深海拖网作业。第一次看到了一些深海小虾的眼睛。因为在几百公尺以下这些动物生活的地方，光线非常微弱，所以它们的眼睛并无滤色素，也没有浅水小虾用以减少到达网膜光线的复杂虹膜机构。这意味着，作者可以在日光下研究“适于黑暗”的眼睛水晶体。
作者将眼睛切成一半，并用二个小光源进行照明。在网视上，有二个明显的图像。每一图像的光线，是通过眼表面一个很大区域进入眼睛的。这些即是重像眼。事实证明，晶锥既不是水晶体，也不是锥状的。实际上，它们是一种折射率极低的柔软胶状物。其结构形状像一方盒。
开始，作者不能证明这一点。镜柱不可能是水晶体，但是眼功能正常。当作者正在玩弄眼表面切片，并希望不要得出这些眼睛是上帝故意为适感科学家而特意安放在那里时，发现了这些反光镜。
看一下Exner的图（图1）便可得出，若用平面镜来代替圆柱水晶体，可以获得完全相同的成像光路。但奇怪的是，这个结论在一个世纪以前却未被发现。一开始，对于如何工作这点是明确的。不过，有关圆柱水晶体的说法显然不对，学生听了也深感不理解，不相信。作者所能作的唯一解释是，对于Exner及其同时代人来说，生物反光镜的想法比圆柱水晶体更不易接受。因为在那时，所有反光镜全是闪光金属的，而在生物界里并不存在有金属结构。
今天这已不再是问题了。现在，许多高级反光镜并不再是金属的了，而是由折射率高低不同材料（如镁萤石、硫化锌等）与气垫层交替层叠构成。每层厚1/4波长。这种垫层可保证由各层界面反射来的光线与其他各层反射来的同步。只需六层即可获得极高的反射率。由四十年代、五十年代发展起来的商业反光镜制造法证明，这正是自然界反光镜合成的途径。例如，鱼鳞是一种鸟嘌呤与水的多层体。在螯虾的眼睛里，Vogt也发现了平板状的三层结构，其组成至今未知。但在某些小虾里，反射物质是蝶啶、异黄蝶呤。
Macruran十足类眼睛的非寻常特征是，眼表面小眼面的形状是方的，而不像其他所有复眼那样是六角形的（包括那些折射重像眼）。不过，正因为是正方形的，所以它们看起来不像是生物学的。但这反过来又证明，其必然与反光镜光学系统有关。图2中作者指出，光线是仅在每一四边形银色胶状物柱的一个面上反射。而大部分成像光线将碰到倾斜的柱阵，而不再具有简单的几何学。大多数入射光线，将被胶状柱两边反射。若柱体各面间彼此成直角，那么它们的作用将相当于有入射面和反射面的简单直角反光镜。这即是众所周知的“角反射器”特性——光线沿着与入射路线平行的路线反射。这个原理已用于如顶部有一开口的盒状海洋雷达反射浮标，以将雷达束笔直地反射到发射的船只或飞机。
小虾眼里的角反射器保证经二次反射后的斜射光线，能像图中一次反射光线一样，抵达相同的目的地。大多数进入小虾眼里的光线将被反射二次，但绝不会超过二次。这限制了膜栓的可能形状。
就作者所知，上述成像反射重叠构制还尚未用于人造光学装置。事实上，这种成像质量也并不太好。但当口孔为f/0.5时，则将成为一个非常有效的光收集器；若将一个光源放在其焦点上，即成一准直仪，于是使人想起了光室。不过，若用金属条来制造这种结构，则将比通常用于光室中的透镜更为便宜。
有一种像小虾一样的深水甲壳动物，却没有反射重叠成像机构。这即是大家所知道的须鲸主食，——鳞虾。鳞虾眼睛具有六角形眼面（排除了反光镜栓的可能），解剖发现了一列极像飞蛾那样坚硬而折射率极高的圆柱晶体，有一个透明区和深藏的网膜，整个结构为一折射重叠像眼。鳞虾的成像与Exner从夜间活动昆虫中所观察到的情况完全一样。
怪的是，鳞虾在许多方面像是小虾（十足类）的近亲。实际上，它们的分类也归属同一十足类。作者认为，一个具有不同折射率晶锥的折射光学系统，是不可能演变成为一个方形的，多层表面反射系统的。反过来也一样。二者都是一种高效的，相当复杂的成像装置。不能想象还会有另一种能同样工作的中间形式。显然，二者关系疏远。至于它们外形相似，只是因为它们代表了甲壳水生动物的最好设计。
分类学家是十分守旧的。作者认为，他们在许多方面是顽固的。眼睛是系统发育原型的一个重要指示器；一个具有良好光学特征的设计，一旦进化了—般即不会再变。
作者相信，重像眼问题已经解决。动物用了几万万年的“技术”，正在为人们所掌握。当然，肯定还会有自然工程师的其他一些设计用例有待于人们去解决。
（New Scientist 1979年10月4日10 ~ 13页）