Grundlagen der Optik

Zusammenfassung

Als Augenarzt ist es sehr wichtig zu wissen, ob eine eingeschränkte Sehkraft refraktiv bedingt ist oder ob eine andere Pathologie dahintersteckt. Die Refraktion nimmt daher am Anfang einer jeden Augenuntersuchung einen wichtigen Stellenwert ein. Dafür ist es wichtig, die Grundgesetze der Optik zu kennen. So ist es bei der Anpassung von sphärischen und zylindrischen Gläsern interessant zu wissen, welche Eigenschaften die jeweiligen Linsen haben. Auch sollte man über die Strahlengänge und Brechungsgesetze bei der Anpassung von Brillengläsern und Prismen Bescheid wissen. Zudem sollte man bei der Verordnung von Brillengläsern Hornhautscheitelabstandsänderungen beachten und Umrechnungen für die Stärke von Kontaktlinsen kennen. Nur wenn man ein tieferes Verständnis für die Refraktion und die Korrektion fehlsichtiger Augen hat, kann man auch optimale Sehhilfen bei schwierigeren Refraktionsverhältnissen anpassen.

In diesem Beitrag werden die Grundlagen der Optik von Strahlengängen bis hin zu Prismen und Linsen vermittelt, soweit sie für das tiefere Verständnis der Refraktion und der Korrektion des fehlsichtigen Auges durch Sehhilfen wichtig sind.

Abstract

As an ophthalmologist, it is very important to know whether limited vision is caused by refractive problems or whether there is another pathology behind it. Thatʼs why refraction plays a key role at the beginning of every eye examination. Therefore, it is important to know the basic principles of optics. When fitting spherical and cylindrical lenses, it is interesting to know which properties the respective lenses have. One should also be aware of the optical paths and refraction laws when fitting spectacle lenses and prisms. In addition, when prescribing spectacle lenses, one should consider changes in the distance between corneal apex and spectacle lens and know conversions for the strength of contact lenses. Only if you have a deeper understanding of refraction and correction of refractive errors you will be able to adjust optimal vision aids for more difficult refraction conditions.

Kernaussagen

• Die paraxiale Näherung ist für alle hier dargestellten optischen Betrachtungen ausreichend genau.

• Licht breitet sich in einem homogenen Medium mit konstantem Brechungsindex geradlinig aus und nimmt dabei den schnellsten aller möglichen Wege.

• Das Reflexionsgesetz lautet: Einfallswinkel = Ausfallswinkel.

• Beim Übergang von einem optischen Medium mit dem Brechungsindex n zu einem anderen Medium mit dem Index n′ ändert ein Lichtstrahl abrupt seine Richtung. Die Ablenkung hängt vom Unterschied n und n′ und Einfallswinkel ab (Brechungsgesetz).

• In der Brillenoptik (im Gegensatz zur allgemeinen Optik) werden aus abbildungstechnischen Gründen Linsen verwendet, die aus einer konvexen Vorderfläche und einer konkaven Rückfläche bestehen:

  • Pluslinsen (Sammellinsen): in der Mitte dicker als am Rand, vergrößern;

  • Minuslinse (Zerstreuungslinse): in der Mitte dünner als am Rand, verkleinern.

• Die Stärke der Strahlbrechung an einer Kugelfläche mit Radius r wird als Flächenbrechwert D bezeichnet und hängt nur von r und von der Brechzahl ab.

• Die Gesamtbrechkraft der Linse D wird mit der Gullstrand-Gleichung berechnet.

• In der augenoptischen Praxis wird die Stärke von Brillen- oder Refraktionsgläsern als Scheitelbrechwert angegeben und gemessen. Der Scheitelbrechwert ist der Kehrwert des Abstands (in m) vom augenseitigen Scheitelpunkt zum bildseitigen Brennpunkt.

• Die prismatische Ablenkung einer Linse wird als prismatische Nebenwirkung bezeichnet und besitzt klinische Relevanz bei der Dezentrierung von Brillengläsern, bei Anisometropie und Brillenkorrektur sowie bei der Schielwinkelbestimmung.

• Emmetropie: Die Brechkraft der Augenmedien (Cornea und Linse) ist auf die Baulänge des Auges abgestimmt. Das Auge hat eine Brechkraft von ca. 60 dpt, etwa ⅔ davon entfallen auf die Cornea.

• Sphärische Fehlsichtigkeit (Missverhältnis zwischen Brechkraft und Baulänge):

  • Myopie: Brechkraft des Auges entweder zu stark oder zu große Baulänge des Auges.

  • Hyperopie: Brechkraft zu schwach in Bezug auf die Lage der Netzhaut oder zu kurze Baulänge des Auges.

• Astigmatische Fehlsichtigkeit: unterschiedlich starke Brechkräfte in senkrecht zueinander stehenden Meridianen.

• Bei der Refraktionsbestimmung werden Planzylinder verwendet. Diese haben senkrecht zur Achse die angegebene Wirkung, parallel zur Achse die Wirkung Null.

• Die Gesamtwirkung zweier Planzylinder ist im Allgemeinen eine sphärozylindrische Wirkung (sph … cyl … A …). Es gibt folgende Sonderfälle:

  • Werden zwei Planzylinder unterschiedlicher Stärke mit parallelen Achsen kombiniert, addieren sich einfach ihre Zylinderstärken unter Beachtung ihrer Vorzeichen. Der neue Zylinder besitzt dieselbe Achse wie die beiden einzelnen Zylinder.

  • Sind die Stärken der beiden zu kombinierenden Planzylinder entgegengesetzt gleich groß und stehen ihre Achsen senkrecht zueinander, so entsteht ein Kreuzzylinder (Hauptschnittwirkungen entgegengesetzt bei gleich großer Stärke).

• Sphärozylindrische Wirkungen können sowohl in Plus- oder in Minuszylinder-Schreibweise angegeben und ineinander umgerechnet werden.

• Bei stärkeren Fehlsichtigkeiten (Brille: ab ±5 dpt; Kontaktlinsen ab ±3 dpt) muss darüber hinaus der Hornhautscheitelabstand berücksichtigt werden: Die Stärke einer Brillenlinse/einer Kontaktlinse ist nur dann korrekt, wenn deren Brennpunkt im Fernpunkt des Auges liegt. Daher ist ggf. eine Umrechnung zwischen Refraktionsglas und Brillenglas/Kontaktlinse nötig.

Schlüsselwörter

Optik - Refraktion - Brillenkorrektion - sphärische Linse - Zylinderlinse

Key words

optics - refraction - eyeglass correction - spherical lens - cylindrical lens

• Literatur

• 1 Diepes H. Refraktionsbestimmung. 3. Aufl.. Heidelberg: DOZ-Verlag Optische Fachveröffentlichung; 2004
• 2 Diepes H, Blendowske R. Optik und Technik der Brille. 2. Aufl.. Heidelberg: DOZ-Verlag Optische Fachveröffentlichung; 2005
• 3 Goersch H. Handbuch für Augenoptik. Carl Zeiss Oberkochen. 4. Aufl.. Geislingen an der Steige: Maurer Druck + Verlag; 2000
• 4 Lachenmayr B, Friedburg D, Buser A. Auge – Brille – Refraktion. 5. Aufl.. Stuttgart: Thieme; 2016
• 5 Methling D. Bestimmen von Sehhilfen. 3. Aufl.. Stuttgart: Thieme; 2012
• 6 Reiner J. Auge und Brille. 3. Aufl.. Stuttgart: Enke; 1978
• 7 Roth G, Baust D. Allgemeine Optik – ein Schulbuch und Leitfaden. 3. Aufl.. Heidelberg: DOZ-Verlag Optische Fachveröffentlichung; 1995