Brillenoptik – oder: Analytisches Sehen mit einem “Visor” des 21. Jh.

BLOG: Uhura Uraniae

Ko(s)mische StreifzĂŒge durch Zeit und Raum
Uhura Uraniae

Ich nehme jetzt Sternspektren mit meiner Brille. 🙂 Glauben Sie nicht?! Ehrlich! Wie das kommt, lesen Sie hier. Eigentlich eine Geschichte, was meine Augen alles nicht können – obgleich sie als sagenhaft lichtempfindlich gelten (Jupiters Geist = NGC 3242, habe ich schon aus Berliner Randbezirken naked eye gesehen).

Geordie LaForge, der blinde Chefingenieur der USS Picard-Enterprise ist bekannt für seinen Visor. Mit diesem Instrument (ein umfunktionierter Haarreifen) sieht der Blinde mehr als die anderen: ein uraltes Bild, das hier in der Science Fiction aufgegriffen wurde und aus dem Bereich der Metaphysik und des Wundersamen in die technische Realität des erträumten 22. Jahrhunderts geholt wurde.

Nachdem mein Blog den Namen des afrikanischen Kommunikationsoffiziers der Kirk-Enterprise beinhaltet (Nyota Uhura = Stern der Freiheit), kann ich wohl kaum leugnen, dass ich irgendwie auch ein Trekky bin, zumindest ein bißchen: jargon-gesprochen grüße und lebe ich (weitgehend) vulkanisch – nicht aus proklamiertem Nacheiferungsdrang, sondern weil ich einfach so bin. Darum zückte meine linke Augenbraue kürzlich gewaltig (d.i., was Vulkanier tun, wenn Menschen einfach lächeln oder lachen), als ein Freund meine neue Brille einen Visor nannte:

Faszinierend! … dieser Vergleich.

In der Tat sehe ich mit der Brille kuriose Dinge. Darum will ich die interessantesten Stories hier zum besten geben – erläutern sie doch so wunderbar die unendlichen Raffinessen der Brillenoptik, die mindestens so kompliziert und faszinierend ist, wie es Fernrohre sind.

Repetitorium: Grundlagen

Es gibt weitsichtige und kurzsichtige Menschen. Kurzsichtig heißt, dass man in der Nähe alles gut erkennen und in der Ferne nur verschwommen sieht. Man kann also ferne Objekte nicht fokussieren (was die Ursache darin hat, dass der Augapfel zu lang ist und sich der Brennpunkt der Augenlinse folglich mitten im Augapfel befindet und auf der Netzhaut das Bild schon wieder zerläuft). Man kann das korrigieren, indem man vor die natürliche Augenlinse eine konkave (zerstreuende) Brillenlinse setzt. Alternativ kann man warten, bis im Alter die Haut und Muskeln schlaffer werden und sich der Augapfel quasi durch "Ausleihern" verlängert.

So "korrigiert" die natürliche Altersweitsichtigkeit die ehemals kurzsichtigen Augen bei älteren Menschen.

links: kurzsichtig, rechts: weitsichtig 

 

 

 

 

 

 

 

 

Weitsichtige Menschen – wie ich – bleiben jedoch ihr Leben lang weitsichtig. Bei uns ist der Augapfel kürzer als die Brennweite der Augenlinse und das Licht erreicht schon die Netzhaut, bevor es den Brennpunkt erreicht. Man muss das Licht also auf eine kürzere Bahn zwingen und folglich eine bauchige (konvexe), sammelnde Brillenlinse vor die Augen setzen.

Soweit lernt man das bereits in der Schule, denn das ist einfach.

ABER

Die Natur ist selten so einfach wie wir es uns für die Schule wünschen würden. In Wirklichkeit sind z.B. meine Augen viel komplizierter:

Astigmatismus

Ich habe auch einen leichten Astigmatismus. Das kennt man aus der Teleskopoptik auch als "Stäbchensichtigkeit", d.h. ein Lichtpunkt wird auf der Netzhaut nicht als Lichtpunkt abgebildet, sondern als Strichlein. Die Augenlinse ist also derart asphärisch, dass sie das Licht gar nicht in einen Brennpunkt sammelt, sondern in eine kleine Brennlinie

Physikalisch gesprochen: Bei einem schräg einfallenden Lichtstrahl werden sagittale und meridionale Strahlbündel nicht in den gleichen Brennpunkt konzentriert. Folglich sehe ich ohne Brille die Sterne unfreiwillig als kleine längliche Gebilde – das Wort "Glüh-Würmchen" erhielte hier eine neue Bedeutung. 😉

Um das zu korrigieren, muss man eine Brillenlinse asphärisch schleifen – man sagt: zylindrisch. Die Ausrichtungen (Winkel) der Zylinderachsen geben an, wie die Brennlinien der Brillengläser liegen. Sie korrigieren die Zylinderwinkel der Augenlinse so, dass Punkte wieder in Punkte abgebildet werden.

 Strahlengang in einer Zylinderlinse

Kurzsichtiger Astigmatismus wird durch konvexkonkave (statt bikonkaver) Brillenlinsen korrigiert, weitsichtiger Astigmatismus durch konkavkonvexe (statt bikonvexer) Brillengläser. Astigmatische Menschen haben also Menisken (grch. méniskos = Möndchen) vor den Augen.

Der Nachteil bei der Benutzung derartiger Brillen ist, dass man jede kleinste Schrägstellung merkt:

a) Kürzlich hatte sich die Brille fast unmerklich verstellt; im Spiegel erkannte ich keine Unregelmäßigkeit relativ zum Gesicht usw., aber ich sah die "Sterne" im Lichtleiter-Planetarium, die brillante Punkte sein sollten, immer als Mercedes-Sterne, also mit drei Spikes.

b) Einmal kam ich sehr unsanft mit dem Kopf irgendwo gegen und meine Brille war leicht schief auf der Nase. – Ich konnte ohne Kopfschmerzen nicht mehr hindurchschauen bis der Optiker es gerichtet hatte.

Weiteres

Erschwerend hinzu kommt dann noch eine Hornhautverkrümmung. Auch diese kann man korrigieren und zwar mit Prismen im Glas. Gleitsichtbrillen sind (so habe ich gehört) ein "Abfallprodukt" der Astrophysik, da diese Art der Optikkorrektur wohl zuerst für Teleskoptechniken entwickelt wurde. Sie sind aber auch ganz nützlich, wenn man ungefähr so scharf sieht, wie das HST vor der Reparatur.

Durch die Prismen im Brillenglas sieht man allerdings Farbsäume bei kontrastreichen Bildern. Wenn ich also etwas im wahrsten Wortsinn "schwarz auf weiß" lese, dann sehe ich durch meine Brille um jeden Buchstaben rechts einen rötlichen und links einen bläulichen Farbsaum – ungefähr so, als wenn man Venus durch ein Tschibo-Teleskop betrachtet.
Natürlich ist das nicht besonders schön, gerade zu Anfang sehr ungewohnt, aber man gewöhnt sich an vieles. Allein durch diese Farbeffekte hat man den Eindruck, dass die Bilder "tanzen" oder wabern.

3D-Sehen …

… kann ich nicht: zumindest nicht von Natur aus. Die Fernseher der neuesten Generation, die ich auf großen Messen wie der Berliner IFA stets bestaune, zeigten mir also (bisher) eine Welt, die meine Augen in natura gar nicht hätten sehen können.

Der Grund: Meine Augen sind derart verschieden (verschiedene Stärke der Linse (Dioptrien), verschiedene Zylinderwinkel, verschiedene Hornhautverkrümmung), dass das Gehirn es nicht schafft, die Bilder von links und rechts zu überlagern. Das Gehirn "sieht" also immer nur mit einem Auge; es wechselt ab – wertet mal das linke und mal das rechte Auge aus, aber es kann nie beide Bilder gleichzeitig verwenden. ("Silberblick") Ich stelle mir das immer ein bißchen vor wie die Halbbilder beim alten Fernsehübertragungen: Man hat natürlich eine Vorstellung von "hinten" und "vorne" und von Räumlichkeit, aber es ist kein echtes 3D-Bild.

Erst mit der neuen Brille, die alle der genannten Fehlsichtigkeiten korrigiert, liefern beide Augen annähernd kongruente Bilder. So kann das Gehirn die Bilder überlagern und mich "stereo" sehen lassen. Auch an den Rändern des Bildfeldes sieht alles plötzlich sehr viel flacher aus, wo ich vorher eine tonnenförmige Verzeichnung (siehe Abb. links: inneres Quadrat) beobachtete.

Ich war anfangs sehr irritiert, als ich plötzlich jeden Huckel auf der Straße wirklich plastisch sehen konnte, bevor ich ihn überfuhr. Plötzlich war die Realität so wie es die modernen IMAX-Bilder vor"gaukeln"! Ich muss gestehen, dass ich zu Anfang ein wenig überfordert war mit den Informationen über diese zusätzliche Dimension und mich sehr langsam bewegte. – Wie muss es dann erst den vielzitierten 2D-Wesen der Mathematik ergehen, wenn sie plötzlich mit einer unbekannten dritten Dimension konfrontiert werden…  

Geben Sie’s zu:
Ist das nicht ein Hauch von erlebter Science Fiction?!

Vor allem:
Das faszinierenste, das mir bisher passiert ist, war in einem Planetarium. Es war dunkel, also Sternhimmelansicht und ich schaute mich um, wobei ich den Kopf drehte.

Einer der zahlreichen Spiegel auf der Peripherie reflektierte einen Lichtstrahl schräg in meine Brille – und ich sah ein Emissionsspektrum! Ich konnte die Lichtquelle nicht wirklich ausfindig machen. Aufgrund meiner Sitzposition vermute ich aber, dass das Licht direkt aus dem Starball gekommen sein muss. Was ich gesehen hatte, war demnach in gewisser Weise ein "Sternspektrum", aber ich weiß es nicht genau. Es gab eine starke Linie im grünlichen Blau und ein paar schwächere Linien im orange, genau weiß ich leider auch das jetzt nicht mehr.

Zusammengefasst:

Das Planetarium müht sich ab, ein schönes und korrektes Abbild des natürlichen Sternhimmels zu zeichnen, eine möglichst fehlerfreie Illusion. Im Publikum spektroskopiert Klein-Susanne bei jedem Blinzeln heimlich vor sich hin und bemerkt folglich den "Betrug", also, dass es sich nur um eine Kopie und nicht das Original handelt, weil hier alle Sterne das gleiche Spektrum haben. 

Ein echter Visor, dieses Ding! – Ich sehe räumlich und ich sehe Spektren: ein wahrhaft analytischer 3D-Blick.

 


nota bene: allen anderslautenden Gerüchten zum Trotz habe ich weder Gravitationslinsen vor den Augen noch ein Nachtsichtgerät, also für IR bin ich leiderzumglück auch nur über die Haut empfindlich und um Ecken gucken kann ich auch nicht mit der Brille. Daran arbeiten wir noch! 😉

 

Veröffentlicht von

"physics was my first love and it will be my last physics of the future and physics of the past" Die Autorin ist seit 1998 als Astronomin tÀtig (UniversitÀten, Planetarien, öffentliche Sternwarten, u.a.). Ihr fachlicher Hintergrund besteht in Physik, Wissenschaftsgeschichte und Fachdidaktik (neue Medien). Sie ist aufgewachsen im wiedervereinigten Berlin, zuhause auf dem Planeten Erde.

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