Das Auge

1. Das Auge Physikalische Sichtweisen von Nina Völkel Marcel Pösselt und Thomas Stenzel

2. Roter Faden • Entwicklung des Auges vom Einzeller zum Menschen • Das menschliche Auge • Fehlsichtigkeiten beim menschlichen Auge

3. Was ist ein Auge? • Lichtsinnesorgan • Reiz: EM-Wellen 200 – 800 nm • Sehfarbstoffe absorbieren Energie (Rezeptorzellen) • Zunehmende Konzentration → erhöhte Empfindlichkeit • Verschiedenste Erscheinungsformen

4. Augenflecke • Vereinzelte Rezeptoren an bestimmten Stellen oder ganzem Körper • verbunden mit Nervensystem • nur Hell-Dunkel-Wahrnehmung • ggf. Wahrnehmung der Lichtstärke • Würmer, Muscheln, Seesterne etc.

5. Das Flachauge • Lichtsinneszellen in Gruppen • reagieren teilw. auf unterschiedliche Wellenlängen / Intensitäten • ungefähres Richtungssehen durch Position am Körper • z.B. Quallen

6. Das Becherauge (1) • Sehzellen liegen vom Licht abgewandt in einem Becher aus lichtundurchlässigen Pigmentzellen • Richtungssehen möglich • neurale Verrechnung unterschiedlich lokalisierter Augen • z.B. Lanzettenfischchen

7. Das Becherauge (2) • mehrere Sinneszellen in einem Becher • spezifisches Muster je nach Einfallsrichtung • ein Auge genügt zum Richtungssehen • z.B. Strudelwurm

8. Das Napfauge • Sinneszellen dem Licht zugewandt • Weiterentwicklung des Flachauges • ermöglicht Bestimmung der Intensität und der Einfallsrichtung des Lichts, aber kein Bildsehen • z.B. Schnecken

9. Das Lochauge • verbessertes Napfauge (Netzhaut) • Prinzip der Lochkamera • Bildsehen und Entfernungssehen, allerdings lichtschwach und unscharf • z.B. einige Tintenfische

10. Das Blasenauge • Augeninnenraum vollständig vom Außenmedium abgeschlossen (Hornhaut) • mit lichtdurchlässigen Sekreten gefüllt (Linse ohne Akkommodation) • evolutionäre Vorgänger des Auges der Wirbeltiere • z.B. höhere Tintenfische, Schnecken

11. Das Facettenauge • Gesamtbild ist ein Mosaik aus allen Einzelbildern • Anzahl: einige Hundert bis zu einigen Zehntausend • Auflösung durch Anzahl der Einzelaugen begrenzt → weit geringer als Linsenauge • zeitliche Auflösung bei Facettenaugen weit höher sein als bei Linsenaugen (ca. zehnmal so hoch) • Farbempfindlichkeit in den UV-Bereich verschoben • größtes Blickfeld aller bekannten Lebewesen • z. B. Spinnen, Insekten etc. • lassen sich in Evolutionsgeschichte nicht einordnen

12. Das menschliche Auge

13. Äußere Augenhaut • Hornhaut: - Brechkraft in Luft: 41 Dioptrien • Lederhaut: - das weiße des Auges - setzen Augen- muskeln an

14. Mittlere Augenhaut • Iris = Regenbogenhaut: - bildet Pupille, Blende - reguliert Lichteinfall • Aderhaut: - versorgt anliegende Schichten mit Nährstoffen

15. Mittlere Augenhaut • Ziliarkörper: - dient zur Aufhängung der Linse und Akkommodation

16. Innere Augenhaut • Netzhaut: - enthält Licht- sinneszellen - Blinder Fleck - Gelber Fleck

17. BlinderFleck • Stelle der Netzhaut, an der keine Lichtsinnzellen sitzen → Sehnerv

18. Gelber Fleck • Größte Dichte an Sehzellen • Mitte der Netzhaut • Durchmesser 5 mm

19. Stäbchen und Zapfen

20. Bilderzeugung Häufige Darstellung nur mit Brechung durch die Augenlinse

21. Optische Daten des menschlichen Auges • Brechzahlen: - Kammerwasser und Glaskörper: 1,3365 - Linse: 1,42 – 1,46

22. Optische Daten des menschlichen Auges • Brennwerte: - bei Fernakkommodation: insgesamt ca. 58 dpt - durch Hornhaut/Kammerwasser: 41 dpt - durch Linse 17 dpt (29% des Gesamtwertes)

23. Optische Daten des menschlichen Auges • Brennwerte: - bei Nahakkommodation auf 0,1m insgesamt ca. 68 dpt - durch Hornhaut/Kammerwasser: 41 dpt - durch Linse 27 dpt

24. Bessere Darstellung • Hornhaut und Augenlinse als Kombi-Linse - je nach Zustand plankonvex oder bikonvex - Abhängig von Akkommodation

25. Akkommodation • Nah- und Ferneinstellung durch Änderung der Linsenkrümmung

26. Akkommodation

27. Akkommodation schematisch

28. Das Normalsichtige Auge • Vertikaler Durchmesser des Augapfels: 24 mm • Krümmungsradius der Hornhaut: 8 mm • Durchmesser der Linse: ca. 10 mm • Dicke der Linse: 3,6 – 4,4 mm

29. Kurzsichtigkeit

30. Kurzsichtigkeit • Augenachse anormal lang oder Brechkraft der Medien zu stark. • Fernpunkt in endlicher Entfernung vom Auge • Nahpunkt näher am Auge

31. Weitsichtigkeit

32. Weitsichtigkeit • Augenachse anormal kurz oder Brechkraft der Medien zu schwach • Nahe Gegenstände unscharf • Dadurch meist leichtes Schielen • Weit entfernte Gegenstände leicht unscharf

33. Weitere Typen von Fehlsichtigkeit • Stabsichtigkeit durch unregelmäßige Hornhautform • Altersweitsichtigkeit durch abnehmende Akkommodationsfähigkeit

34. Statistische Daten

35. Mögliche Ursachen von Fehlsichtigkeit • Zusammenhang zwischen Lesen und Entstehen von Kurzsichtigkeit • Schlafen bei Licht fördert das Längenwachstum des Augapfels

36. Korrektur von Kurzsichtigkeit

37. Korrektur von Weitsichtigkeit

38. Korrektur von Fehlsichtigkeit • Für Kurzsichtige konkave Linsen (Zerstreuungslinsen) • Für Weitsichtige konvexe Linsen (Sammellinsen)

39. Die Dioptrienzahl • Positive dtp: Sammellinse • Negative dtp: Zerstreuungslinse • Brillenstärke in dtp ist gleich dem Kehrwert der Brennweite in Metern • In der Regel Stärken zwischen -7 und +4 Dioptrien

40. Rechenbeispiel am Modell • Länge normalsichtiges Auge: 0,17 m entspricht: 5,88 dpt • Länge weitsichtiges Auge: 0,15 m entspricht: 6,45 dpt • Es fehlen: 6,45 dpt – 5,88 dpt = 0,57 dpt entspricht: 1,75 m

41. Quellen • Unterricht Physik (Nr. 56, 82, 85 und 86) • www.wikipedia.de • div. Lexika