Was ist die minimale Brennweite des menschlichen Auges?

Kurze Antwort
Die Brennweite des durchschnittlichen, gesunden, erwachsenen menschlichen Auges im Nahbereich beträgt etwa 18,5 mm. Jugendliche können ihre Objektive weiter auf eine Brennweite von etwa 15,4 mm anpassen.

Hintergrund
Die Brennweite des menschlichen Auges ist der Abstand zwischen Linse und Netzhaut bei scharf gestelltem Objekt (Abb. 1). Daher macht der ...even when considering blurred images tooTeil in der Frage nicht viel Sinn. Daher werde ich meine Antwort nur auf scharfe Bilder konzentrieren (Wortspiel beabsichtigt).

Die Augenlinsen sind in der Mitte dicker als an den Rändern und daher positive und Sammellinsen. Sie bilden ein umgekehrtes Bild auf der lichtempfindlichen Schicht im Augenhintergrund - der Netzhaut (Abb. 1). Das Netzhautbild wird von zwei Linsen geformt: 1) der Hornhaut mit fester Brennweite und 2) der Augenlinse, die ist eine Linse mit variabler Brennweite durch Formänderungen (Abb. 1) genannt Akkommodation und wird durch die Ziliarmuskeln vermittelt (Kolb, 2012) .

Wenn die Ziliarmuskeln entspannt sind, ist die Brennweite der Augenlinse maximal und die entfernten Objekte sind scharf (unendlich). Wenn sich die Ziliarmuskeln zusammenziehen, verkürzen sie die Brennweite der Augenlinse, um nähere Objekte scharf zu stellen. Die beiden Grenzen dieses Bereichs werden Fernpunkt (erschlaffte Ziliarmuskeln) und Nahpunkt (maximale Akkommodation) genannt (Quelle: University of Colorado, Boulder ).

Der Abstand zwischen Augenlinse und Netzhaut beträgt etwa 20 mm. Wenn ein Objekt weit vom Auge entfernt ist (unendlich), befindet sich das Bild im Wesentlichen im Brennpunkt. Daher sollte die Brennweite der Hornhaut und der Augenlinse bei entspannter Augenmuskulatur etwa 20 mm betragen. Die Linsenstärke ist der Kehrwert ihrer Brennweite in Metern. Daher beträgt die Stärke der Hornhaut und der Augenlinse am Fernpunkt etwa 1/0,020 = 50 Dioptrien (Quelle: University of Colorado, Boulder ).

Wenn sich ein Objekt am Nahpunkt befindet (dem nächstgelegenen Punkt, an dem ein Objekt auf der Netzhaut scharf gestellt werden kann), muss die Brennweite der Hornhaut und der Augenlinse geändert werden, damit das Bild entsteht die noch 20 mm entfernte Netzhaut. Der typische Nahpunkt bei einem Erwachsenen beträgt 25 cm, was einer Brennweite der Hornhaut und der Augenlinse von 18,52 mm unter Verwendung der Standard-Raytracing-Regeln für Linsen entspricht . Daher muss die Stärke der Hornhaut und der Augenlinse jetzt etwa 1/0,01852 = 54 Dioptrien betragen. Mit anderen Worten, die Augenmuskeln können einen Akkommodationsbereich von 4 Dioptrien bereitstellen (Quelle: University of Colorado, Boulder ).

Kinder können jedoch auf Punkte fokussieren, die bis zu 6,5 cm entfernt sind, dh eine optische Leistung von 15 Dioptrien, dh eine minimale Brennweite von 15,39 mm.

^{Abb. 1. Menschliches Auge. Oberes Feld: nicht akkommodiertes entspanntes Auge. Untere Tafel: Akkommodiertes Auge. Quelle: Khan Academy}

<sub>Referenz
- Kolb, Makroanatomie des Auges. In: WebVision. Die Organisation der Netzhaut und des visuellen Systems , Moran Eye Center (2012)</sub>