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Die Optik des Auges basiert auf der Lichtbrechung an Hornhaut und Linse, wobei Fehlsichtigkeiten wie Myopie und Hyperopie durch das Missverhältnis von Augapfellänge und Brechkraft entstehen.
Das menschliche Auge fungiert physikalisch wie eine Kamera. Das einfallende Licht wird durch den Brechungsapparat, bestehend aus der Hornhaut (Cornea), dem Kammerwasser, der Linse und dem Glaskörper, gebündelt. Das Ziel ist es, ein scharfes, verkleinertes und auf dem Kopf stehendes Bild auf der Netzhaut (Retina) zu erzeugen.
Die Stärke, mit der ein optisches System Licht bündelt, nennt man Brechkraft (Symbol: D). Sie wird in der Einheit Dioptrie (1/m) gemessen. Ein gesundes, entspanntes Auge hat eine Gesamtbrechkraft von etwa 60 Dioptrien, wobei die Hornhaut mit ca. 43 Dioptrien den größten Anteil leistet, während die Linse für die Feinjustierung zuständig ist.
Bei der Myopie (Kurzsichtigkeit) ist das Auge im Verhältnis zur Brechkraft zu lang oder die Brechkraft der Linse/Hornhaut zu stark. Die Lichtstrahlen werden bereits *vor* der Netzhaut im Glaskörper fokussiert. In der Ferne liegende Objekte erscheinen daher unscharf. Man kann sich das Auge wie einen Projektor vorstellen, der zu weit von der Leinwand entfernt steht.
Zur Korrektur der Myopie wird eine Zerstreuungslinse (Konkavlinse) verwendet. Diese Linse hat eine negative Brechkraft (Minus-Dioptrien). Sie spreizt die parallel einfallenden Lichtstrahlen leicht auf, sodass der Brennpunkt nach hinten verschoben wird und exakt auf der Netzhaut landet.
Die Hyperopie (Weitsichtigkeit) ist das physikalische Gegenteil: Der Augapfel ist zu kurz oder die Brechkraft zu schwach. Der theoretische Brennpunkt läge *hinter* der Netzhaut. Nahe Objekte können nicht scharf abgebildet werden, da das System das Licht nicht stark genug bündeln kann.
Die Korrektur der Hyperopie erfolgt durch eine Sammellinse (Konvexlinse) mit positiver Brechkraft (Plus-Dioptrien). Diese unterstützt den Brechungsapparat des Auges, indem sie die Lichtstrahlen bereits vor dem Auftreffen auf das Auge leicht vorbündelt, wodurch der Brennpunkt nach vorne auf die Netzhaut wandert.
Die Fähigkeit des Auges, die Brechkraft der Linse durch Muskelkraft (Ziliarmuskel) anzupassen, nennt man Akkommodation. Durch Abkugelung der Linse erhöht sich deren Brechkraft für die Nahsicht. Mit zunehmendem Alter verliert die Linse an Elastizität, was zur Presbyopie (Altersweitsichtigkeit) führt – hierbei handelt es sich um einen Funktionsverlust der Akkommodation, nicht primär um eine Fehlstellung des Augapfels.
Ein wichtiger Zusammenhang in der Optik ist die Formel für die Brechkraft: D = 1/f, wobei f die Brennweite in Metern ist. Eine Linse mit einer kurzen Brennweite hat also eine hohe Brechkraft. Dies ist entscheidend für das Verständnis, warum eine stark gekrümmte Linse (kleine Brennweite) Licht stärker bricht als eine flache Linse.
