20.4: Fokussierung von Licht im Auge

Lichtstrahlen treten durch die Hornhaut in das Auge ein, ein transparentes, kuppelförmiges Gewebe, das die äußerste Schicht des Auges bildet. Die Hornhaut biegt oder bricht die Lichtstrahlen, die zur Pupille reisen. Die Form der Hornhaut bestimmt, wie stark das Licht gebogen wird und ob das Bild korrekt auf der Netzhaut am hinteren Teil des Auges fokussiert wird. Nachdem das Licht beide Brechungsschichten durchquert hat, konvergiert es in einem einzigen Brennpunkt auf eine kleine Fläche. Hier beginnen die Photorezeptoren, sichtbare Photonen in elektrische Signale umzuwandeln, die über Nervenfasern an Ihr Gehirn zur Interpretation gesendet werden – was letztendlich als Sehen bekannt ist.

Die Brechkraft des menschlichen Auges ist seine Fähigkeit, Lichtstrahlen zu biegen, wenn sie in das Auge eintreten, um sie auf der Netzhaut am hinteren Teil des Auges zu fokussieren. Dies ist notwendig, weil das in das Auge eintretende Licht anfangs divergent ist, aber die Bilder, die wir wahrnehmen, müssen klar und fokussiert sein. Die Brechkraft des menschlichen Auges wird in Dioptrien (D) gemessen.

Die Hornhaut ist die primäre refraktive Oberfläche des Auges und liefert etwa zwei Drittel der Brechkraft des Auges. Die Linse des Auges, die sich hinter der Iris befindet, stellt das verbleibende Drittel der Brechkraft des Auges bereit.

Die Linse kann ihre Form ändern, was als Akkommodation bekannt ist, und ermöglicht es dem Auge, sich auf Objekte in verschiedenen Entfernungen zu fokussieren. Die kristalline Linse des Auges befindet sich direkt hinter der Iris und der Pupille und fokussiert das Licht weiter auf die Netzhaut. Im Gegensatz zu einer starren Kamera-Linse sind unsere kristallinen Linsen elastisch und können je nach Sehbedürfnissen für nahe oder ferne Objekte ihre Form ändern.

Wenn Sie ein Objekt betrachten, das näher als 20 Fuß entfernt ist (Nahsicht), müssen Ihre Augen sich anpassen, indem sie stärker gekrümmt werden, um nahe Objekte richtig zu fokussieren. Wenn Sie ein Objekt betrachten, das weiter als 20 Fuß entfernt ist (Fernsicht), müssen Ihre Augen weniger gekrümmt werden, um ferne Objekte richtig zu fokussieren.

Die Menge der Biegung oder Krümmung, die auf einfallende Lichtstrahlen angewendet wird, hängt von dem Brechungsindex einer Person ab: Ein höherer Brechungsindex bedeutet, dass mehr Krümmung der einfallenden Lichtstrahlen erforderlich ist, und umgekehrt. Menschen mit Myopie (Kurzsichtigkeit) haben zu viel anatomische Krümmung in ihren Augen. Dies führt dazu, dass einfallendes Licht zu früh fokussiert wird, bevor es die Netzhaut erreicht, was zu verschwommenem Sehen beim Betrachten von entfernten Objekten führt. Umgekehrt haben Menschen mit Hyperopie (Weitsichtigkeit) eine zu geringe anatomische Krümmung in ihren Augen. Dies führt dazu, dass einfallende Lichtstrahlen nicht ausreichend gebogen werden, bevor sie ihre Netzhäute erreichen, und als Ergebnis verschwommenes Sehen beim Betrachten von nahen Objekten verursachen.

Einige andere Arten von Brechungsfehlern können im menschlichen Auge auftreten, einschließlich:

1. Astigmatismus tritt auf, wenn die Hornhaut, die klare vordere Oberfläche des Auges, fußballförmig statt kugelförmig ist, was zu verschwommenem und verzerrtem Sehen in jeder Entfernung führt.
2. Presbyopie ist eine altersbedingte Erkrankung, die typischerweise auftritt, wenn die Augenlinse weniger flexibel ist, was zu Schwierigkeiten führt, nahe Objekte zu fokussieren.

Diese Brechungsfehler können durch geeignete Brillen oder Kontaktlinsen oder in einigen extremen Fällen durch Operationen korrigiert werden.

In einem normalen menschlichen Auge biegen sich Lichtstrahlen, wenn sie eindringen, an der Hornhaut und an der Linse, um ein umgekehrtes Bild auf der Netzhaut zu bilden. Das Ausmaß, in dem Strahlen konvergieren, wird als Brechkraft bezeichnet.

Mit Hilfe der Ziliarmuskulatur kann die Linse die Brechkraft des Auges so verändern, dass sie nahe und ferne Objekte sehen kann.

Um auf ein Objekt bis zu einer Entfernung von 10 cm zu fokussieren, verdickt sich die Linse, wodurch die Brechkraft erhöht wird.

Wenn der Abstand des Objekts zum Auge zunimmt, flacht sich die Linse ab, um ihre Brechkraft zu verringern. Bei ca. 6 m Entfernung wird die Linse am dünnsten.

Es gibt zwei Hauptrefraktionsprobleme des Auges.

Bei Myopie – Kurzsichtigkeit – ist die Ruhekrümmung der Linse ungewöhnlich dick oder der Augapfel ist ungewöhnlich lang, mit einem Brennpunkt vor der Netzhaut. Dies kann mit einer konkaven Linse korrigiert werden.

Bei Weitsichtigkeit ist die Linse dünner als normal oder der Augapfel ist ungewöhnlich flach. Das Bild konvergiert also hinter der Netzhaut. Dies kann mit einer konvexen Linse korrigiert werden.