E2 Das Auge als optisches System: Brechung und Akkommodation

Thema

Gemäß dem Modell des Sehstrahls und der Grenzfläche ist die Hornhaut die erste Oberfläche, die ein Sehstrahl beim Eintritt ins Auge durchdringt. Da sich der Brechungsindex der Luft stark vom Brechungsindex der Hornhaut unterscheidet, wird jeder durchtretende Sehstrahl an dieser Grenzfläche zwischen Luft und Hornhaut stark gebrochen. Tatsächlich trägt die Hornhaut allein den größten Teil zur gesamten Brechkraft des Auges bei, eben weil keine andere Grenzfläche im Auge einen so großen Unterschied im Brechungsindex aufweist wie die zwischen Luft und Hornhaut. Nach dem Durchgang durch die Hornhaut trifft der Sehstrahl auf die Linse, die zweite brechende Struktur des Auges, die den Rest der gesamten Brechkraft beisteuert. Anders als die Hornhaut, deren Form sich nach dem Durchgang des Sehstrahls nicht mehr verändert, kann die Linse ihre Form und damit ihre Brechkraft verändern, während das Auge weiterhin funktioniert. Gullstrands schematisches Modell des Auges vereinfacht sowohl die Hornhaut als auch die Linse zu einer kleinen Anzahl idealisierter, gekrümmter Oberflächen mit jeweils eigenem Brechungsindex. Dies ermöglicht die präzise Berechnung des Einfallspunkts jedes Lichtstrahls nach dem Durchgang durch beide Strukturen.

Befindet sich ein Objekt weit vom Auge entfernt, treffen die vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen nahezu parallel auf die Hornhaut. Die im Ruhezustand vorhandene, feste Brechkraft von Hornhaut und Linse reicht aus, um sie präzise auf der Netzhaut zu bündeln. Befindet sich ein Objekt hingegen in der Nähe des Auges, treffen die vom Objekt ausgehenden Lichtstrahlen divergierend auf die Hornhaut. Um sie auf der Netzhaut im selben Punkt zu bündeln, ist eine höhere Brechkraft erforderlich. Diese zusätzliche Brechkraft wird durch die Akkommodation bereitgestellt, welche die Linsenform mithilfe des Ziliarmuskels verändert, wie im Presbyopie-Modell beschrieben.

Die gesamte Brechkraft des Auges in jedem Augenblick ist die Summe der festen Brechkraft der Hornhaut, der festen Brechkraft der ruhenden Linse und der zusätzlichen Brechkraft, die durch die Akkommodation bei nahen Objekten entsteht. Damit sich ein scharfes Bild auf der Netzhaut abbildet, muss diese gesamte Brechkraft in jedem Augenblick an die axiale Länge des Auges und die Entfernung des betrachteten Objekts angepasst werden, wie es das Modell der Brechungsfehler beschreibt: Reicht die gesamte Brechkraft nicht aus, um die Lichtstrahlen präzise auf der Netzhaut zu bündeln, entsteht ein unscharfes Bild vor oder hinter der Netzhaut.

Deshalb ist Gullstrands schematisches Augenmodell, das genau beschreibt, wie Hornhaut und Linse jeden optischen Strahl auf seinem Weg zur Netzhaut brechen und wie die Akkommodation die Brechkraft der Linse in Abhängigkeit von der Entfernung des Objekts verändert, die Grundlage aller nachfolgenden Berechnungen der Augenrefraktion: ob es darum geht, die benötigte optische Korrektur für ein bestimmtes Auge zu bestimmen, die Brechkraft einer Intraokularlinse zu berechnen oder festzulegen, wie stark die Hornhaut bei einer refraktiven Operation umgeformt werden muss – jede optische Korrektur des Auges geht von demselben Modell aus, das die Brechung der optischen Strahlen durch Hornhaut und Linse auf ihrem Weg zur Netzhaut beschreibt.

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