Das Auge ist eines der wichtigsten Wahrnehmungsorgane des Menschen. Sehen ermöglicht dem Gehirn, die Umwelt in Bildern wahrzunehmen. Für gute Bilder ist die fehlerfreie Übertragung im Auge notwendig und gerade hier hakt es manchmal. Brillen unterstützen die Augen und korrigieren Sehfehler. Brillenträgern begegnet dabei häufig der Begriff Sphäre. Ein Wert, der in den Brillenpass eingetragen wird und bei dem sich nicht selbstverständlich erschließt, was sich dahinter verbirgt.
Die Physik im Alltag
Der Begriff Sphäre ist der griechischen Sprache entnommen und steht für eine kugelförmige Oberfläche. Bei einem genauen Blick auf die Brillengläser zeigt sich, dass die Linsen eine gewölbte Oberfläche haben. Aus der Physik ist bekannt, dass Lichtstrahlen beim Eintritt in ein Medium gebrochen werden. Je nach Ausrichtung und Stärke der Wölbung einer Linse werden Strahlen zur Mitte hin gebrochen oder gestreut. Optiker sprechen von Streu- und Sammellinsen. Die Sammellinse hat eine außen liegende Wölbung, eine Streulinse ist nach innen gewölbt. Die Oberflächen erinnern an Kugeln, und eben diese Oberflächen werden Sphären genannt. Je nach dem wird stark die Kugelform ausgeprägt, werden die Lichtstrahlen abgelenkt.
Die Lichtstrahlen treffen sich nach dem Durchlaufen der Linsen in einem Punkt, dem Brennpunkt. Im Brennpunkt bilden die Lichtstrahlen ein Bild. Der Abstand zwischen Linse und scharfer Abbildung ist die Brennweite. Für Glaslinsen ist dies ein fester Wert.
Die Physik am Auge
Das menschliche Auge ist eine Sammellinse. Einfallende Lichtstrahlen werden zu einem Bild gebündelt, das auf der Netzhaut scharf abgebildet wird. Im Unterschied zu einer Brille mit einer festen Brennweite muss sich das Auge in Sekunden auf die Fern- und Nahsicht einstellen. Ein kompliziertes Muskelsystem ist dafür verantwortlich, dass wir schnell zwischen den unterschiedlichen Entfernungen wechseln können. Nun sind Muskeln nicht die zuverlässigsten Körperteile und das reibungslose Anpassen kann gestört werden.
Eine Brille kann helfen, das Sehen zu korrigieren. Je nach Linsenform wird der Brennpunkt wieder so eingestellt, dass das Gehirn aus einfallenden Lichtstrahlen ein scharfes Bild erzeugen kann. Brillenträger sind Besitzer eines Linsensystems, das aus einfallenden Lichtwellen ein scharfes Bild auf der Netzhaut im Auge projiziert.
Der Zusammenhang zwischen Sphäre und Dioptrien
Der Begriff Sphäre kann mit Krümmungsgrad gleichgesetzt werden. Da Linsen einer Brille nur der Ausschnitt einer Kugel sind, kann der Krümmungsgrad eine weite Spanne haben. Je nachdem, wie stark die Lichtwellen gebrochen werden, liegt der Brennpunkt näher an der Linse oder weiter entfernt. Dieses Phänomen ermöglicht es, Brillen für Kurz- und Weitsichtigkeit zu erstellen, erfordert im Normalfall jedoch den Brillenwechsel, wenn ein Brillenträger beide Fehlsichtigkeiten zeigt. Aus der sogenannten Brennweite wird die für Brillenträger so wichtige Dioptrienzahl berechnet. Der französische Augenarzt Monoyer hat die Dioptrie eingeführt, um Fehlsichtigkeit eine Einheit zu geben. Die Dioptrienzahl wird im Brillenpass in Schritten von 0,25 Dioptrien angegeben. Die Zahl 0 steht für die Normalsichtigkeit.
Das Auge hat im Idealfall einen natürlichen Brechwert von 59 Dioptrien. Im Falle einer Kurzsichtigkeit wird das Licht vom Auge stärker gebrochen und Motive in der Ferne wirken unscharf.
Der Optiker passt in diesem Fall eine Zerstreuungslinse an. Die Sphäre ist konkav geformt, also nach innen gewölbt und verlängert den Weg der Lichtstrahlen. Die Zerstreuungslinse verschiebt die Brennweite nach hinten und hat eine negative Dioptrienzahl. Die Zerstreuungslinse wird auch als Minusglas bezeichnet.
Bei einer Weitsichtigkeit wird das Licht nicht stark genug gebündelt. Die passende Brille hat eine nach außen gewölbte Sphäre. Die Sammellinse verkürzt die Brennweite und die Dioptrienzahl hat ein positives Vorzeichen. Die Angabe der Sphäre gibt also genaue Auskunft darüber, welche Fehlsichtigkeit vorliegt und wie stark die Wölbung der Linse ist. Je höher die Dioptrienzahl, desto stärker ist der Grad der Korrektur.
Früher haben dicke Brillengläser schon optisch auf eine Dioptrienzahl weit entfernt von der null hingewiesen. Moderne Fertigungstechniken ermöglichen einen feinen Schliff und erlauben die Gläserstärke auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Bei der Verwendung von torischen oder asphärischen Brillen ist die Sphäre nicht gleichmäßig geschliffen. Häufig ist das Glas in der Mitte stärker und läuft zum Rand flach aus. Die Vorteile liegen in der Anpassung an viele Brillenfassungen und das Auge wird für den Gegenüber nicht so stark vergrößert.