Optische Abbildung durch das Auge. Aufbau des menschlichen Auges

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Pia Schäfer
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1 Optische Abbildung durch das Auge Aufbau des menschlichen Auges

2 Optische Parametrisierung des Auges: Medianwerte für erwachsene Europäer Krümmungsradien: Vorderfläche der Hornhaut 7.72 mm Rückfläche der Hornhaut 6.5 mm Vorderfläche der Linse 10.2 mm Rückfläche der Linse 6 mm Brechungsindizes: Hornhaut vordere Augenkammer Linse 1.42 Glaskörper Luft/Hornhaut/Wasser-System besitzt nur eine Brechkraft von 31,7 dpt (Brennweite = 31,5 mm). Rest durch variable Linse. Dicke: Hornhaut 0.55 mm vordere Augenkammer 3.05 mm Linse 4 mm Glaskörper 16.4 mm

3 Akkommodation Zur scharfen Abbildung eines Objekts in der Entfernung d ist eine zusätzliche Brechkraft von 1/d notwendig. Formveränderung der Linse / Anpassung der Brechkraft Ruhelage des Fokus bei 0,5 2 m d

4 Akkommodation Naheinstellung: Angespannter Ziliarmuskel, entspannte Bänder, starke Krümmung der Linse Ferneinstellung: Entpannter Ziliarmuskel, gespannte Bänder, schwache Krümmung der Linse Nahpunkt für normalsichtiges Auge [m] Aufhängebänder Ziliarmuskel Abnahme des Nahpunktes mit dem Alter Alter: Alters-Weitsichtigkeit /Prebyopie

5 Fehlsichtigkeit und Korrektur

6 Experiment: Augenmodell, Korrektur der Sehschärfe Lampe/Sonne Dia/Objekt g f b Augenlinse/ Linse Netzhaut/ Mattscheibe Kamera/Gehirn Experiment: f = 100 mm g = 225 mm b= mm Objekt wird scharf abgebildet für b = 180 mm (normalsichtiges Auge). Korrektur durch vorgeschaltete Sammel- bzw. Zerstreuungslinsen (Brille) 1 f 1 g 1 b

7 Aufbau der Netzhaut / Retina Innere Segment Mausretina/ Oberfläche Pigmentepithelzellen Synapsen Lichteinfall außen Zapfen Farberkennung ca. 6 Mio Stäbchen Hell/Dunkel ca. 120 Mio. innen

8 Struktur der Sehzellen ständiger Aufbau und Abbau der Disks ca. 16 nm dick ca 10 4 Farbstoffmoleküle Licht Nervenzellen: Weiterleitung der elektrischen Impulse an das Gehirn

9 Stäbchennetzhaut eines Frosches

10 Flächendichte der Sinneszellen * 10 3 /mm 2 Verteilung der Sinneszellen verantwortlich für scharfes Sehen auf der optischen Achse Spektral empfindliche Zapfen R = rot/ G = grün B = blau Exzentrizität [Grad]

11 Zapfen: geringe Lichtempfindlichkeit ( Tagsehen ) 3 Typen mit unterschiedlichen Pigmenten (Farbstoffen/Jodopsine) ca. 6 Millionen im Auge jedes einzeln mit individuellen Nervenzellen verschaltet (große Sehschärfe) Stäbchen: große Lichtempfindlichkeit ( Dämmerungssehen ) kein Farbsehen, nur ein Farbstoff (Rhodopsin) ca. 120 Millionen im Auge jedes etwa 100 zusammengeschaltet (geringe Sehschärfe)

12 Physiologische Lichtempfindlichkeit Strahlungsfluss 1 lm (Lumen) = 1/683 W 555 nm Physiologische Empfindlichkeit des Auges im helladaptierten Zustand (rot, Tagkurve) und nachtadaptiertem Zustand (blau)

13 Farbstoff /Sehpigment der Sinneszellen Farbstoff der Stäbchen Protein Opsin mit Kofaktor Retinal = Rhodopsin (Sehpurpur) in Zapfen: Cyanopsin, Iodopsin, Porphyropsin Rhodopsin

14 Spektrale Empfindlichkeit der Sehzellen in Stäbchen: Protein Opsin mit Kofaktor Retinal = Rhodopsin (Sehpurpur) in Zapfen: Cyanopsin, Iodopsin, Porphyropsin

15 Farbblindheit Ein Zapfensystem fehlt: Protanopen / Deuteranopen / Tritanopen bei Ausfall des 1. / 2. / 3. farbempfindlichen Systems Reduzierte Empfindlichkeit eines Zapfensystems Rot-Grün-Sehschwäche, -Blindheit > 99% der Farbfehlsichtigkeiten, die umgangssprachlich als Farbblindheit bezeichnet werden; angeboren (9% aller Männer, 0,8% aller Frauen) Test auf Rot-Grün-Sehschwäche 17 oder 47

16 Beispiele zur Matrizen-Optik, zu Trajektorien und Phasenraumtransformationen Beispiel 1: Parallelstrahl dünne fokussierende Linse Phasenraumfläche = 0 Strahl mit perfekter Qualität keine Strahlausdehnung im Fokus

17 Beispiel 2: Divergierender Strahl dünne fokussierende Linse Phasenraumfläche = 0 Strahl mit perfekter Qualität Keine Strahlausdehnung im Fokus

18 Beispiel 3: Leicht divergierender Strahl dünne fokussierende Linse endliche Phasenraumfläche Strahl mit endlicher Qualtität Strahlbreite im Fokus endlich

19 Das Physik III-Team wünscht Ihnen allen ein gesegnetes Weihnachtsfest und rutschen Sie gut ins Jahr Wir sehen uns wieder am Montag, d um 8.15 Uhr

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