Die optischen Fehler des Auges werden in Anlehnung an die optischen Fehler bei Kameras und Teleskopen unterteilt in Fehler niedriger Ordnung (Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit, Hornhautverkrümmung) und Fehler höherer Ordnung (sphärische Aberration, Coma, Trifoil)

● Fehler niedriger Ordnung: Myopie, Hyperopie und Astigmatismus


Kurzsichtigkeit (Myopie)
Die Brechkraft der Hornhaut ist zu stark oder der Augapfel ist zu lang gebaut. Die Lichtstrahlen bündeln sich vor der Netzhaut. In der Ferne wird unscharf, in der Nähe (kurz) wird scharf gesehen.




Weitsichtigkeit (Hyperopie)
Die Brechkraft der Hornhaut ist zu schwach oder das Auge ist zu kurz gebaut. Die Lichtstrahlen bündeln sich hinter der Netzhaut (wenn die Akkommodation fehlt oder zu schwach ist).




Hornhautverkrümmung ( Astigmatismus)
Die Lichtstrahlen haben zwei oder mehr Brennpunkte. Statt eines Sternes am Himmel sieht man einen Strich oder Stab (daher auch Stabsichtigkeit genannt).




● Fehler höherer Ordnung:


Sphärische Aberration (Öffnungsfehler)

Die sphärische Aberration zeigt sich bei Lichtstrahlen, die am Rand der Hornhaut und Linse einfallen und dort stärker oder schwächer gebrochen werden als im Zentrum. Diese Lichtstrahlen werden in einer anderen Entfernung fokussiert als die zentral einfallenden Lichtstrahlen, die genau auf der Netzhautebene gesammelt werden. Die Folge ist ein leicht verschwommenes Bild bei weiter Pupille. Bei enger Pupille werden die Randstrahlen abgeblendet. Das Maß der sphärischen Aberration ist der Q-Faktor (Q-value), er wird in µm angegeben.
Positive sphärische Aberration der Hornhaut: achsenferne Lichtstrahlen werden stärker gebrochen als achsennahe Lichtstrahlen (die Brechkraft am Rand der Hornhaut ist etwas stärker als im Zentrum). Dies nennt man auch eine oblate Krümmung der Hornhaut mit einem positiven Q-Faktor.
Negative sphärische Aberration der Hornhaut: achsenferne Lichtstrahlen werden schwächer gebrochen als achsennahe Lichtstrahlen (die Brechkraft am Rand der Hornhaut ist etwas schwächer als im Zentrum). Diese optische Eigenschaft nennt man auch prolate Hornhaut mit einem negativen Q-Faktor. Die natürliche sphärische Aberration der Hornhaut ist prolat, der natürliche Q-Faktor beträgt -0.5 µm.
Sphärische Aberration des menschlichen Auges:
Das menschliche Auge weist eine natürliche sphärische Aberration auf, die aus der negativen sph. A. der Hornhaut und der positiven sph. A. der Linse resultiert. Diese ist bis zum Alter bis ca. 40 Jahren nahezu gleich null und nimmt ab dem 40. Lebensjahr zu.

Sphärische Aberration als Animation =>hier

Genauere Erklärung der sphärischen Aberration => www.leica-camera.com oder mein Artikel über Wellenfrontanalyse unter wikipedia => www.wikipedia.de

Weltraumteleskop Hubble und sphärische Aberration

Die ersten Bilder des Weltraumteleskops Hubble waren enttäuschend schlecht wegen der im Hauptspiegel vorhandenen sphärischen Aberration. Der Spiegel hatte zum Rand hin eine Abschwächung der Brechkraft und damit eine sphärische Aberration von 2,5 µm, was zu deutlichen Bildfehlern führte. Erst durch die erste von mehreren bemannten Reparatur-Einsätzen konnte das Teleskop richtig eingestellt werden und lieferte danach exzellente Bilder link zur NASA ...



Coma-Fehler (Asymmetriefehler, von gr. Coma: Haar, Schweif)
Lichtstrahlen, die schräg zur optischen Achse in die Pupille des Auges einfallen, werden auch abseits dieser Achse gebündelt. Bei unvollkommenen optischen Systemen wie dem Auge erfolgt diese Bündelung asymmetrisch. Anstelle eines scharfen Beugungsscheibchens entsteht ein Bildpunkt mit zum Rand der Optik gerichtetem „Schweif“, der dem Phänomen den Namen gibt (vom griechischen κόμη = Haar). Durch Abblenden der Randstrahlen (Verengung der Pupille) kann die Erscheinung gemindert werden. Die Coma ist somit eine Sonderform der sphärischen Aberration (Betrachtung der schräg einfallenden Randstrahlen).

Die optischen Fehler werden meist als Zernicke-Polynome dargestellt, wobei die zentralen Fehler (z.B. defocus, coma, spherical und secondary coma) am stärksten wirken:


Bilder mit freundlicher Genehmigung durch L. Buratto

Bei der wellenfrontgeführten Lasik (Wellenfront-Lasik) lassen sich Fehler höherer Ordnung, wenn sie präoperativ nennenswert vorhanden sind, durch gezielt verteilte Laserimpulse minimieren. Dies ist nur in unter 10% der Fälle notwendig. In 90% der Fälle ergibt die wellenfrontoptimierte Lasik dieselben guten Ergebnisse.

Weitere Literatur:
www.wikipedia.de (Wellenfrontanalyse)
Buch von J. F. Bille u. Mitarb (2005): Medizinische Optik, Teil III ... Auszüge lesen


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