แสงเป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการมองเห็น ในทางฟิสิกส์ถือว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ประมาณ 300,000 กม./วินาที มีคุณสมบัติในการกระจายพลังงานออกมาที่ความยาวคลื่นต่างๆ กัน แหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ ที่รู้จักกันดีคือดวงอาทิตย์ซึ่งให้พลังงานออกมาที่ความยาวคลื่นต่างๆ กว้างมากตั้งแต่รังสีคอสมิกจนถึงคลื่นวิทยุ ดังรูป

                     

แต่แถบพลังงานที่มีอิทธิพลต่อตาคนเราและทำให้เกิดการมองเห็นเป็นเพียงช่วงแคบๆ ระหว่าง 380 - 780 นาโนเมตร เราเรียกช่วงของการกระจายนี้ว่า Visible spectrum
                          
ช่วงความยาวคลื่นเหล่านี้เราสามารถแยกให้เห็นแถบของการกระจายพลังงานอย่างกว้างๆได้ 7 แถบ แต่ละแถบของการกระจาย พลังงานเรียกว่า Spectrum ช่วงการกระจายที่ต่างกันทำให้เรามองเห็นสีต่างกันดังตารางข้างล่าง

                          

แถบสีแต่ละแถบในช่วง Visible Spectrum ซึ่งให้แสงสีต่างกันเราไม่สามารถแยกให้เห็นส่วนประกอบของแต่ละแถบสีได้ ไม่ว่าด้วยวิธีใดๆและเราเรียกแถบสีนี้ว่า แสงเอกพันธ์ (Homogeneous Light) แต่เมื่อนำแสงเหล่านี้มารวมกันจะทำให้เกิด แสงสีใหม่เราเรียกแสงสีที่เกิดขึ้นใหม่นี้ว่าแสงวิวิธพันธ์ (Non-Homogeneous Light) เช่นแสงจากดวงอาทิตย์เกิดจาก การรวมกันของแสงทั้ง 7 สีในช่วง Visible Spectrum เป็นต้น

ตา และองค์ประกอบของตา

                    

ตาคนเราแต่ละข้างจะมีโครงสร้างดังรูปซึ่งประกอบด้วย
1. Sclera เป็นส่วนของตาขาวทั้งหมดทำหน้าที่ห่อหุ้มลูกตาเอาไว้
2. Cornea กระจกตา เป็นเยื่อบางใส อยู่ด้านนอกของลูกตา ทำหน้าที่หักเหแสงให้ตกลงบน Retina โดยแสงจะส่องผ่านรูม่านตา (Pupil) ซึ่งจะรับแสงมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับการบีบรัดตัวของม่านตา (Iris) ทั้งนี้แสงส่วนใหญ่จะถูกหักเหด้วย Cornea ส่วนที่เหลือจะถูกปรับละเอียดอีกครั้งด้วยเลนซ์
3. Choroid ประกอบด้วยเส้นเลือดต่างๆ มากมายเพื่อหล่อเลี้ยงดวงตา
4. Iris ม่านตา ทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่ retina อย่างเหมาะสม
5. Ciliary Body หรือ Ciliary Muscle เป็นกล้ามเนื้อที่ทำหน้าที่บีบบังคับเลนซ์ให้พองหรือแฟบเข้า เพื่อรับภาพเข้าสู่จุดโฟกัส
6. Ciliary Zonules หรือ Ciliary Fibers เป็นเอ็นยึดระหว่าง Ciliary Body กับเลนซ์ เมื่อตาได้รับภาพวัตถุ กล้ามเนื้อของ Ciliary Body จะกระทำต่อ Zonules เป็นเหตุให้เลนซ์ขยายตัวขึ้นและรับภาพนั้นเข้าสู่จุดโฟกัสโดยทำงานสัมพันธ์กับม่านตา และขณะที่วัตถุเคลื่อนห่างจากดวงตา กล้ามเนื้อจะคลายตัวออกทำให้เลนซ์แฟบลง กระบวนการที่เกิดขึ้นเรียกว่า Accommodation ค่า Magnitude ของ Accommodation จะลดลงตามอายุที่เพิ่มขึ้นทำให้การมองเห็นไม่ชัดเจน การลดลงของค่า Magnitude เชื่อว่าเป็นเพราะการแข็งตัวของเลนซ์ภาวะอย่างนี้เรียกว่า Presbyopia ซึ่งจะเริ่มเป็นเมื่ออายุราว 40 ปีขึ้นไป
7. Fovea เป็นจุดเล็กๆ บนเรตินา ซึ่งเป็นจุดที่มองเห็นชัดที่สุด
8. Optic nerves ประสาทตาซึ่งต่อเชื่อมกับเซลรับแสงบนเรตินามีจำนวนนับล้านเส้น
9. Retina เป็นส่วนของเซลรับแสง ประกอบด้วยเซลไวแสง 2 ชนิดคือ Cones กับ Rods
                           
Cones เซลรับแสงที่มีลักษณะเป็นแท่งทู่ๆ รวมกันอยู่อย่างหนาแน่นบริเวณรอบๆ Fovea มีจำนวน 6-7 ล้านอันแบ่งเป็น 3 กลุ่มมีความไวต่อแสงสีต่างกันคือไวต่อแสงสีแดง, เขียวและน้ำเงิน

                               

Cones จะมีผลต่อการมองเห็นแบบ daylight เท่านั้นซึ่งจะเริ่มทำงานเมื่อได้รับแสงประมาณ 1 fl. (foot-Lambert) ขึ้นไป การมองเห็นสีต่างๆ ขึ้นอยู่กับการทำงานของ Cones ถ้า Cones ทั้ง 3 กลุ่มทำงานพร้อมกันเท่าๆ กันจะมองเห็นเป็นแสงสีขาวหรือไม่มีสี ถ้า Cones ตัวใดตัวหนึ่งเสียไปจะทำให้เกิดตาบอดสี

Rods เซลรับแสงที่มีลักษณะเป็นแท่งยาวๆ ไวแสงมาก กระจายอยู่บริเวณรอบนอก Fovea มีจำนวนประมาณ 100 ล้านอัน rods จำนวนหลายพันตัวถูกต่ออยู่กับเส้นประสาท 1 เส้นจึงทำให้ความคมชัดของการมองเห็นต่ำมาก จะไม่ปรากฏสีต่างๆ ในระบบของ rods จะเห็นเป็นเพียงขาว-ดำเท่านั้น rods จะทำงานเมื่อได้รับแสงสว่างน้อยๆ คือระหว่าง - 1 fl.

การกระจายตัวของเซลรับแสงบนเรตินาแสดงดังรูป

                                           

จากการทำงานของ Cones และ Rods ก็พอจะแบ่งระดับการมองเห็นออกเป็น 3 ระดับคือ
1. Scotopic Vision เป็นช่วงที่ Rods ทำงานเพียงอย่างเดียวจะมองเห็นวัตถุต่างๆเป็นสีขาว-ดำเท่านั้น โดยแสงที่ได้รับมีค่าระหว่าง - fl.
2. Mesopic Vision เป็นช่วงที่ Rods และ Cones ทำงานร่วมกันทำให้มองเห็นวัตถุเป็นสีปนขาว-ดำ แต่ไม่สามารถระบุให้แน่ชัดได้ว่าเป็นสีใด เป็นภาวะแสงสลัวที่มีความสว่างประมาณ - 1 fl.
3. Photopic Vision เป็นช่วงที่ Cones ทำงานเพียงอย่างเดียวจะมองเห็นวัตถุต่างๆ เป็นสีถูกต้องและบอกรายละเอียดของวัตถุได้ชัดเจน เมื่อได้รับแสงสว่างตั้งแต่ 1 fl. ขึ้นไป

การมองเห็นทั้ง 3 ระดับเมื่อทำการทดสอบกับตาคนปกติโดยการวัดจุดเริ่มตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่ความยาวคลื่นต่างๆ ในย่าน Scotopic และ Photopic พบว่าตาคนเรามีความไวต่อแสงสีที่ความยาวคลื่น 510 nM. (ในย่าน Scotopic) และ 555 nM. (ในย่าน Photopic) มากที่สุด ซึ่งเป็นประโยชน์ในการเลือกใช้แหล่งกำเนิดแสงที่ให้แสงสีเหมาะสมกับการนำไปใช้งาน

ความชัดเจนแม่นยำของการมองเห็น (Visual Acuity) ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลัก 4 ตัวคือ

1. ขนาดของวัตถุ (Size) เป็นขนาดที่ตกกระทบบนเรตินาซึ่งวัดอยู่ในรูปของมุมแห่งการมอง (Visual angle) ที่ถูกกำหนดด้วยระยะทางกับขนาดทางกายภาพของวัตถุ และพบว่าคนเราจะมองเห็นภาพชัดเจนที่สุดที่มุมประมาณ 1.4 - 2 องศา
2. ความสว่าง (Luminance) ขึ้นอยู่กับปริมาณแสงที่ตกกระทบพื้นผิวใดๆ แล้วสะท้อนเข้าสู่ตาเราในปริมาณที่เหมาะสม
3. ความแตกต่างของสีวัตถุกับพื้นผิวโดยรอบ (Contrast) เป็นความแตกต่างระหว่างวัตถุกับฉากหลัง เกิดขึ้นโดยการสะท้อนแสงจากพื้นผิววัตถุนั้นๆ เข้าตาเรา โดยพื้นผิวเหล่านั้นอาจมีสีหรือความสว่างแตกต่างกัน ถ้าความแตกต่างยิ่งมากก็จะยิ่งมองเห็นวัตถุชัดเจนขึ้น
4. เวลา (Time) เวลาที่ใช้มองต้องมากพอที่จะระบุรายละเอียดของวัตถุนั้นๆ ได้