Funktion der Augenlinse

Wir haben im vorherigen Kapitel gelernt, wie Bilder in einer Lochkamera entstehen und was passiert, wenn Licht ins Auge trifft. Wir wollen den Abbildungsvorgang im Auge jetzt nochmal näher untersuchen. Dafür schauen wir uns zuerst an, wie unser Auge aufgebaut ist. Grundsätzlich gilt für alle Experimente: Falls du eine Brille trägst, lasse sie bitte auf und führe sie bitte mit Brille durch.

Wir schauen uns jetzt nahe und ferne Gegenstände einmal genauer an.

Doch wie entstehen nun scharfe und unscharfe Bilder in unserem Auge? Betrachten wir vereinfacht einen Gegenstand (eine Kerze) und ein Modellauge: Um ein scharfes Bild auf dem Schirm zu erzeugen, muss jeder Gegenstandspunkt auf genau einem Bildpunkt abgebildet werden. Wir betrachten so eine Abbildung für einzelne Punkte.

Hier wird genau ein Gegenstandspunkt (der oberste Gegenstandspunkt einer Kerze) auf einen Bildpunkt auf der Netzhaut abgebildet (unterster Bildpunkt). Wir schauen noch einen weiteren Punkt an (den untersten Gegenstandspunkt). Dies geschieht für alle Bildpunkte und so entsteht ein seitenverkehrtes und höhenverkehrtes verkleinertes Bild auf unserer Netzhaut:

Diesen Vorgang kann man auch mit Fachbegriffen beschreiben: Das Licht, welches von der Kerze ausgeht, wird als divergentes Lichtbündel beschrieben und durch die Linse im Auge zu einem konvergenten Lichtbündel. Die Begriffe kommen aus dem Lateinischen und bedeuten übersetzt: Das Licht, welches von der Kerze ausgeht ist „auseinanderstrebend“ und nachdem es die Linse getroffen hat, bezeichnet man es als „zusammenlaufend“. Denn in der Linse wird das Licht gebrochen. Wir können uns das gut vorstellen, wenn wir eine Sammellinse aus Glas anschauen:

Erstens: Licht trifft auf die Linse aus Glas. Das Licht wird beim Übergang von der Luft zum Glas hin gebrochen. Zweitens: Das Licht durchläuft die Linse und trifft wieder auf Luft. Die Lichtbündel werden erneut gebrochen. Durch die Lichtbrechung wird das Lichtbündel konvergent (also zusammenlaufend).

Was passiert nun im Auge, wenn wir die Kerze weiter wegschieben? Hierfür wollen wir uns einmal anschauen, wovon das Bild abhängt:

Fassen wir die Ergebnisse in Bezug für die Bedeutung der Augenlinse zusammen:

• Für jede Entfernung eines Gegenstandes gibt es maximal eine Bildweite, um ein scharfes Bild zu erzeugen (im Brennpunkt). Um Bilder scharf zu stellen, müssen wir die Linse oder den Schirm bewegen. In unserem Auge sind allerdings sowohl die Linse als auch unser „Schirm“ (die Netzhaut) fest und können nicht verschoben werden. Um nun scharfe Bilder zu sehen, verändert unser Auge die Brechkraft der Linse. Das heißt, die Augenlinse wird mithilfe des Ziliarmuskels so verformt, dass sich die Brennweite der Entfernung des Gegenstandes anpasst.
• Die Simulation hat für einen Nahbereich gezeigt, dass kein Bild auf dem Schirm entsteht.

Wir wollen uns beide Aspekte nochmal näher ansehen.

Was passiert, wenn kein Bild auf dem Schirm erzeugt wird?

Wir haben in der Simulation gesehen, dass kein Bild auf dem Schirm entsteht, wenn der Gegenstand sehr nah an der Linse ist (Gegenstandsweite g kleiner als die Brennweite f). Doch aus vorherigen Kapiteln wissen wir: Wenn wir eine Sammellinse (Lupe) auf einen Gegenstand halten, dann wird der Gegenstand vergrößert. Das vergrößerte Bild kann mit einem Schirm aber nicht aufgefangen werden, trotzdem können wir es mit unserem Auge sehen. Daher unterscheidet man zwischen dem reellen Bild (welches auf dem Schirm erzeugt werden kann) und dem virtuellen Bild (welches wir zwar wahrnehmen, aber nicht auf einem Schirm abbilden können).

Wahrnehmung

Wir wissen nun, dass auf unserer Netzhaut ein seiten- und höhenverkehrtes Bild eines Gegenstandes entsteht. Diese Informationen werden an unser Gehirn weitergeleitet und verarbeitet, sodass unser Bild gedreht wird und wir den Gegenstand in richtiger Ausrichtung wahrnehmen. Außerdem können wir räumliche Objekte wahrnehmen, da wir zwei Augen haben und diese zwei Bilder auf der Netzhaut abbilden. Unser Gehirn steuert die Verarbeitung und fügt die beiden Bilder zu einem räumlichen Bild zusammen.

Doch wir können nicht beliebig viele Bilder in einer Sekunde wahrnehmen. Unser Gehirn nimmt etwa 20 Bilder pro Sekunde wahr, sodass wir bei mehreren Bildern pro Sekunde einen bewegten Film sehen. Dieses Phänomen kannst du für ein Daumenkino (im nachfolgenden Exkurs) benutzen.