5 Geometrische Optik / Auge
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5 Geometrische Optik / Auge Grundkenntnisse in geometrischer Optik werden in der medizinischen Praxis beim Einsatz verschiedener Geräte zur Diagnose und Analyse benötigt, z.B. bei Endoskopie und Mikroskopie. Nicht zuletzt sind sie Voraussetzung dafür, Aufbau und Funktionsweise des (menschlichen) Auges zu verstehen. Das menschliche Auge ist in der Lage, elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis 780 nm zu verarbeiten. Diese Strahlung wird daher als sichtbares Licht bezeichnet. Das Licht gelangt durch die Hornhaut und die Augenlinse auf die Netzhaut. Dort wird der Lichtreiz von lichtempfindlichen Rezeptoren, den Stäbchen und Zapfen, durch einen photochemischen Prozess in eine neuronale Erregung umgewandelt, die über den Sehnerv in Teile des zentralen Nervensystems weitergeleitet und dort verarbeitet wird. Der erste Teil dieses komplexen Bildverarbeitungsprozesses im Auge und im zentralen Nervensystem ist die Erzeugung eines Bildes auf der Netzhaut. Die daran beteiligten Strukturen des Auges sind in Abb. 4 schematisch dargestellt. Die zum Verständnis der Bildentstehung auf der Netzhaut notwendigen physikalischen Grundlagen sollen Sie in diesem Versuch erarbeiten. Lederhaut vordere Augenkammer Glaskörper Hornhaut Aderhaut Sehgrube Sehnerv Pupille Linse Iris Ringmuskel Netzhaut blinder Fleck Abbildung 1: Aufbau des menschlichen Auges. Da die Augenlinse eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Bildern auf der Netzhaut spielt, sollen Sie sich im ersten Versuchsteil zunächst nur mit der Erzeugung eines Bildes eines Gegenstands durch eine Linse beschäftigen: Sie werden diese sogenannte Abbildung für verschiedene Gegenstandsweiten (Abstand Gegenstand-Linse) durchführen und jeweils die Bildweite (den Abstand von der Linse, in dem ein scharfes Bild entsteht) bestimmen. Ihre Aufgabe ist es, herauszufinden, wie Gegenstandsweite und Bildweite zusammenhängen. Danach lernen Sie die Brennweite als eine wichtige Kenngrösse einer Linse und ein Verfahren zu deren Abschätzung kennen. Die Brennweite einer Linse hängt direkt mit der Wölbung der Linsenflächen zusammen. Dies ist wichtig für das Verständnis der Akkommodation beim Auge, bei der sich die Wölbung der Linsenfläche verändert, und für die folgenden Messungen: Im zweiten Versuchsteil experimentieren Sie mit einem Augenmodell, in dem sich (wie im menschlichen Auge) eine akkommodationsfähige Linse befindet. Das ist eine Linse, bei der über die Wölbung der Linsenflächen die Brennweite kontinuierlich verändert werden kann. Am Augenmodell sollen Sie untersuchen, wie es durch das Prinzip der Akkommodation möglich wird, Gegenstände in unterschiedlichen Entfernungen scharf zu sehen. Als Grenze der Akkommodationsfähigkeit im Nahbereich ergibt sich dabei der Nahpunkt. Ausserdem können Sie mit dem Augenmodell wahlweise ein “normalsichtiges”(emmetropes), ein “kurzsichtiges”(myopes) und ein “weitsichtiges”(hyperopes) Auge simulieren. Ziel ist es, die unterschiedlichen Auswirkungen dieser Formen der Fehlsichtigkeit und die Korrekturmöglichkeiten durch geeignete Brillen kennenzulernen.
