Der Sehsinn Hans Kehrli, Biologie, Altdorf.

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1 Der Sehsinn Hans Kehrli, Biologie, Altdorf

2 Die Leistungen des Sehsinnes im Überblick:
1 - Bau des Auges 2 - Akkommodation 3 – Adaptation 4 – Netzhaut 5 – Farbensehen 6 - Räuml. Auflö- sungsvermögen 7 - Zeitl. Auflösungs-vermögen 8 – Sehfehler, Linsen 9 – Gelber und blinder Fleck, Operationen 10 – opt. Täuschungen 11 – Kontrastver-stärnkung

3 Das Auge – ein optisches Sinnesorgan

4 1 - Der Aufbau des Auges Weisse Augenhaut Durchsichtige Hornhaut
Bindehaut mit Blutgefässen Öffnung im Apfel, die Pupille Die Iris, ein verstellbarer Ring (Blende) Die Netzhaut, Ort des Sehens Die Linse, bricht das Licht Kristall-körper Seh-nerv

5 Welche Einrichtungen folgen an dieser Stelle gegen innen?
Hornhaut Pupille in Iris Linse Glaskörper Netzhaut

6 1 - Der Aufbau des Auges im Detail
Schichten des Auges Optische Einrich-tungen Wahrnehmung der Lichtqualitäten

7 1 - Auge und Kamera in Vergleich
Tatsächlich gibt es eine hohe Übereinstimmung der einzelnen Teile!

8 2 - Die Abbildung von Objekten im Auge
Brennweiten der Linse Das Auge ist auf WEIT eingestellt Die Lichtbrechung der Linse erzeugt auf der Netzhaut ein scharfes Bild (verkleinert und kopfstehend) Werden Objekte angenähert, muss die Linse ihre Brechkraft verstärken, damit ein scharfes Bild entsteht. Die Brennweite ist geringer. Dies gelingt durch das Abkugeln der Linse!

9 2 - Die Anpassung der Brechkraft der Linse nennt man Akkommodation
Dabei wird die Form der Linse, insbesondere ihre Dicke verändert. Wie?

10 WEIT akkommodiert - Ziliarmuskeln erschlafft - Bänder gespannt - Linse aufgezogen NAH akkommodiert - Ziliarmuskeln kontrahiert - Bänder locker - Linse abgekugelt

11 Dabei spricht man von Adaption!
3 Bei einer Tunnelausfahrt wird unser Auge mit einer Millionenfachen Lichtmenge konfrontiert ….. Eine Anpassung an die veränderte Helligkeit ist nötig, um überhaupt etwas SEHEN zu können. Dasselbe gilbt auch bei der Einfahrt in den Tunnel in umgekehrter Weise! Dabei spricht man von Adaption!

12 Bei Abnahme der Lichtintensität wird die Pupillenöffnung geweitet.
3 - Die Adaption Bei Abnahme der Lichtintensität wird die Pupillenöffnung geweitet.

13 3 - Die Adaption Die hauptsächliche Anpassung an Helligkeitsänderungen erfolgt jedoch an den Sehzellen in der Netzhaut.

14 4 - Die Netzhaut Nehmen Hell-Dunkel-Unterschiede wahr Stäbchen
Erzeugen Farbeindrücke Zapfen Die Netzhaut besitzt Millionen von Sinneszellen, die Licht aufnehmen vermögen. Man unterscheidet von Form und Funktion her Stäbchen und Zapfen. Netzhaut

15 4 - Die Netzhaut Die Netzhaut besitzt nicht nur die Schicht mit Stäbchen und Zapfen, sondern darüber (!) Schichten von Nervenzellen, welche Verschaltungen vornehmen und zum Sehnerv führen! Austrittsstelle des Sehnervs aus der Netzhaut

16 4 - Die Netzhaut Glücklicherweise erkennen wir nicht bloss Hell-Dunkel-Unterschiede sondern Farben.

17 5 – Das Farbensehen Wir nehmen verschiedene Strahlungsqualitäten als Farben wahr, die wir als sichtbares Licht kennzeichnen. Für unser Auge unsichtbar bleiben die Ultraviolette Strahlung, das Infrarot, die Gammastrahlung und die Mikrowellen … Der Unterschied der verschiedenen Strahlen liegt in ihrer Wellenlänge: Blaues Licht hat eine kleinere Wellenlänge als das Rotlicht. Wir sehen Strahlung im Bereich nm als Abfolge vieler Farbtöne.

18 Helle und dunkle Farb-eindrücke sind ein Produkt von Zapfen UND Stäbchen! Stäbchen erzeugen also nicht Schwarz-Weiss-Bilder! Es gibt drei Zapfentypen! Rot-empfindliche Zapfen (560 nm) Grün-empfindliche Zapfen (530 nm) Blau-empfindliche Zapfen (420 nm) Zapfen sind weniger lichtempfindlich als Stäbchen!

19 Grün-empfindliche Zapfen und Stäbchen (gering) reagieren
Grün-empfindliche Zapfen und Stäbchen (stark) reagieren Farbfläche … tagsüber In der Dämmerung nachts Rot-empfindliche Zapfen und Stäbchen (stark) reagieren Nur Stäbchen reagieren (gering) Weder Zapfen noch Stäbchen werden angeregt

20 Kommt es zu Funktions-störungen bei einem Zapfen-typen ergibt sich eine Farben-blindheit, z. B. rot-grün-blind. Aufgrund der drei Zapfen-typen ergeben sich alle andern Mischfarben Bei weiss werden alle drei gleichermassen angeregt.

21 .. .. .. 6 - Das räumliche Auflösungsvermögen ..
Wir vermögen zwei Bildpunkte voneinander zu unterscheiden. Sind sie sehr klein oder sehr weit weg, ver-schmelzen sie irgendwann zu einem Punkt – dann haben wir die räumliche Auflösungs-grenze unserer Netzhaut überschritten. Probieren sie aus – wann ist ihre Grenze erreicht?

22 7 - Das zeitliche Auflösungsvermögen
Der Balkenbewegung vermag man gut zu folgen. Die Spiralbewegung jedoch verschwimmt.

23 7 - Das zeitliche Auflösungsvermögen
Dieser Ablauf ist so schnell, dass er verschwommen abläuft. Dieser Ablauf ist noch aufzulösen – man erkennt die einzelnen Bilder. Die Grenze liegt bei 25 Bilder pro Sekunde.

24 8 - Sehfehler - Linsen Sammellinsen mit kon-vexer Form sammeln parallele Lichtstrahlen durch Brechung (2x) im Brennpunkt P im Ab-stand der Brennweite. Brennweite P Dünne Linsen haben eine geringere Brech- kraft und damit eine grössere Brennweite.

25 8 - Sehfehler - Linsen Streulinsen mit konkaver Form streuen parallele Lichtstrahlen. Ihre Brennweite ermittelt man geometrisch ….. Je dicker der Rand, desto stärker streuen die Linsen.

26 8 - Sehfehler - Linsen Linsen-Variationen
Auch Kontakt-linsen sind Linsen

27 8 - Sehfehler - Linsen Kontaktlinsen liegen im Trend – aber auch Brillen sind weiterhin modisch und attraktiv.

28 Apropos Brillen …

29 8 - Sehfehler - Korrekturen
Bei Weitsichtigkeit ist der Augapfel zu kurz. Man sieht in der Nähe unscharf. Das scharfe Bild entsteht hinter der Netzhaut Normalsichtiges Auge Weitsichtigkeit Sehkorrektur Die Weitsichtigkeit wird mit einer Sammellinse korrigiert, welche bei der Brechung mithilft und das scharfe Bild wieder auf der Netz-haut abbildet.

30 9 - Sehfehler - Korrekturen
Bei Kurzsichtigkeit ist der Augapfel zu lang. Man sieht in der Ferne unscharf. Das scharfe Bild entsteht vor der Netzhaut. Normalsichtiges Auge Kurzsichtigkeit Sehkorrektur Die Kurzsichtigkeit wird mit einer Streulinse korrigiert, welche der Brechung der Linse entgegenwirkt und das scharfe Bild wieder auf der Netzhaut abbildet.

31 9 – Gelber Fleck und blinder Fleck

32 9 – Gelber Fleck und blinder Fleck
Die Im gelben Fleck beträgt die Verschaltungen von Zapfen und Schaltzellen 1:1. Es ist der Ort des schärfsten Sehens! Austrittsstelle des Sehnervs aus der Netzhaut im blinden Fleck

33 Optische Geräte Fernrohr: Vergrösserung weit entfernter Sterne
Fotoapparat: variable Abbildung von Objekten Lupe als Lesehilfe Mikroskop: Vergrösserung kleiner Objekte

34 Operationen Starke Korrektur bei Weitsichtigkeit: Die Lasig.
Mit einem Laser wird die brechende Hornhaut punktweise abgetragen. Peripher kann auch Kurzsichtigkeit korrigiert werden. Hierbei kann ebenso die fehlerhafte Hornhaut-verkrümmung korrigiert werden.

35 Operationen Starke Korrektur bei Kurzsichtigkeit:
Mit einem Messer wird eine dünne Schicht der Hornhaut abgehoben und im inneren der Hornhaut gelasert, um die erwünschte Korrektur zu erhalten. Dieses Verfahren ist weniger fehlerbehaftet.

36 Operationen Sichere Korrektur bei Kurzsichtigkeit:
Mit einem Rundmesser wird eine Kanüle aussen in die Hornhaut gebohrt, in die ein Korrekturring eingesetzt wird, um eine erhöhte Wölbung der Hornhaut und damit eine Korrektur zu erhalten. Dieses Verfahren ist am sichersten weil am wenigsten invasiv.

37 Operationen Starke Korrektur bei Kurzsichtigkeit:
Zwischen Iris und Linse wird eine künstliche Linse eingesetzt, um eine erhöhte Brechkraft und damit eine Korrektur zu erhalten.

38 Der graue Star Getrübte Linse, getrübte Sicht Im Alter kommt es zur Trübung der Linse und dadurch zu einer allmählichen Erblin-dung. Der einfache Austausch der inneren Linse bringt die vollständige Sehtüchtigkeit zurück!

39 Das räumliche Sehen Voraussetzung für das räumliche Sehen sind zwei Augen!

40 Nur im überlappenden Bereich kann räumlich gesehen werden.
Der Mensch besitzt ein enges aber weiträumiges Blickfeld im Vergleich zum Hund.

41 Stereobilder ermöglichen uns, zwei Bilder getrennt wahrzu-nehmen und zu kombinieren, dass ein räumlicher Eindruck entsteht. Bei Brillen mit Farbfilter wird dem „roten“ Auge nur das grüne Bild präsentiert, dem „grünen“ Auge nur das rote Bild.

42 3 D – Bilder setzen auf die Tatsache: Bei einem regel-mässigen Muster werden zwei Punkte, die näher bei-einander liegen als näher empfunden. Dadurch wird ebenso eine räumliche Illusion erzeugt.

43 Die Informationen des Sehnerves gelangen in die Rinde am Hinterkopf, zur Sehrinde.
Dort sieht das Hirn!

44 Optische Täuschungen Die Informationen werden im Gehirn neu dar-gestellt, bewertet und interpretiert. Diese Deutung ist oftmals willkürlich, lässt also auch Fehldeutungen zu …. Und damit sind wir bei den optischen Täuschungen. Dabei wird nicht als Auge sondern nur das Hirn getäuscht!

45 Vexierbilder - Umklappbilder
Vase oder zwei Gesichter? Mädchen oder alte Frau?

46 Räumliche Täuschungen
Objekte, die in der geometrischen Wirk-lichkeit gar nicht existieren können.

47 Räumliche Täuschungen
Die berühmten Bilder von M. C. Escher!

48 Räumliche Täuschungen

49 Linientäuschungen Die Querstriche verleiten uns anzunehmen, dass die langen Linien nicht parallel sind … sie sind es natürlich schon!

50 11 - Kontrastverstärkung
Unser Netzhautbild +/-ohne Bearbeitung: Beispiel Buchstaben Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Nach der Kontrastverstärkung

51 Beispiel Kreise: Wie unterscheiden sich die inneren Kreise farblich?
Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Gar nicht; sie haben alle dieselbe Farbe!

52 Beispiel Kreise: Wir meinen nur, sie würden gegen rechts heller, weil wir ihre Farbe relativ zur Umgebung beurteilen oder einschätzen. Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden.

53 Prinzip der Kontrastverstärkung: Helligkeitsunterschiede werden relativ zueinander verstärkt, damit Übergänge deutlicher erkennbar werden. Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Durch die Organisation von rezeptiven Feldern auf der Netzhaut kommt er zu einer mathematischen Kontrastierung zwischen dem Zentrum und der Peripherie des Feldes. Sinnesreize werden somit verdeutlicht. Rezeptive Felder

54 Jeder Streifen ist völlig ein-heitlich ge-färbt.
Beispiel Streifen Was lässt sich über die Einheitlichkeit der Farbe eines Streifens sagen? Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Der dunkle linke Rand und der helle rechte Rand kommt nur durch Kontrastverstär-kung zustande. Jeder Streifen ist völlig ein-heitlich ge-färbt.

55 Jeder Streifen ist völlig einheitlich gefärbt.
Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Beispiel Streifen

56 Bildhafte Erklärung der Kontrastverstärkung:
Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Realer Farbübergang bei Streifen: Farbübergang durch Kontrastverstärkung:

57 Welche Farbe hat der horizontale Balken?
Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Er ist einfarbig grau. In der Mitte besteht kurz Übereinstimmung mit der Umgebung.

58 Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden.
Er ist einfarbig grau.

59 Beispiel Schneeflocken vor dunkler Wand:
Beispiel Schneeflocken vor hellem Sonnenlicht: Helles ist lokal heller, dunkles ist lokal dunkler geworden. Sie erscheinen (auf der Schattenseite) relativ zum Hintergrund dunkler, werden somit abgedunkelt: grau.

60 Die Leistungen des Sehsinnes im Überblick:
1 - Bau des Auges 2 - Akkommodation 3 – Adaptation 4 – Netzhaut 5 – Farbensehen 6 - Räuml. Auflö- sungsvermögen 7 - Zeitl. Auflösungs-vermögen 8 – Sehfehler, Linsen 9 – Gelber und blinder Fleck, Operationen 10 – opt. Täuschungen 11 – Kontrastver-stärnkung