Unsichtbares Infrarot: grünes Bild bleibt bei Fehlfokus scharf

Schaut man auf ein grünes E, sieht das Auge es nur so lange scharf, wie die Linse ihre Arbeit tut. In einer Studie, veröffentlicht in Optics Letters, zeigten Forscher am Internationalen Zentrum für translationale Augenforschung (ICTER), angesiedelt am Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften, dass ein grünes E, gezeichnet mit unsichtbarem Infrarotlicht, seine Kanten deutlich besser behält, wenn das Auge nicht perfekt auf es fokussiert ist.

Ein gesundes Auge verändert die Form seiner Linse, um sich an die Entfernung des betrachteten Objekts anzupassen, ein Vorgang namens Akkommodation. Am Kopf getragene Displays wie VR- und AR-Headsets können diese Kopplung aufbrechen: Ein virtuelles Objekt kann in einer Entfernung erscheinen, während die Optik verlangt, dass das Auge auf eine andere fokussiert. Das Auge muss dann gegen das Display arbeiten, und das Bild verschwimmt.

Das ICTER-Team arbeitet am Zwei-Photonen-Sehen. Nahinfrarotimpulse bleiben normalerweise unbemerkt, doch wenn zwei Photonen nahezu gleichzeitig absorbiert werden, entspricht ihre gemeinsame Energie ungefähr der eines einzelnen Photons mit der halben Wellenlänge. Infrarotlicht von etwa 1040 nm erzeugt daher eine Wahrnehmung, die 520 nm Grün nahekommt. Der Reiz wurde von einem Scanlaser gezeichnet, der so schnell über die Netzhaut wanderte, dass ein 12,5 Bogenminuten hoher Buchstabe entstand, der 50-mal pro Sekunde aufgefrischt wurde. Die 12 Teilnehmer, acht Männer und vier Frauen im Alter von 25 bis 47 Jahren, hatten alle gutes Sehvermögen; ihr dominantes Auge wurde allein getestet. Die Forscher glichen für jede Person die wahrgenommene Helligkeit der beiden Buchstaben an und fügten dann in Schritten von 0,5 Dioptrien, einer Einheit der optischen Brechkraft, negative Defokussierung hinzu, bis eine leichte, aber anhaltende Unschärfe auftrat.

Bei der nicht presbyopen Gruppe behielt der Infrarotbuchstabe seine Schärfe bis zu 6,6 ± 0,7 Dioptrien Defokussierung, gegenüber 4,3 ± 0,7 Dioptrien bei sichtbarem Licht. Die Schwellen lagen bei Teilnehmern mit Presbyopie, dem altersbedingten Verlust der Nahsicht, niedriger, bei 2,7 ± 0,4 gegenüber 1,9 ± 0,3 Dioptrien, doch der Vorteil blieb bestehen. In beiden Gruppen war der Bereich, in dem das Infrarotbild scharf blieb, mehr als 1,4-mal so breit. Der Effekt zeigte sich bei allen 12 Teilnehmern, wenn auch in unterschiedlicher Stärke.

Für Träger von VR- und AR-Headsets bedeutet das praktisch einen größeren Spielraum, bevor das Bild weich wirkt, wenn Auge und Display nicht übereinstimmen. Die Studie nennt jedoch kein Datum für ein solches Display, und das Team gibt keinen Zeitplan an. Die Messungen stammen von einer kleinen Gruppe gesunder Erwachsener im Labor und beschreiben eine Wahrnehmung, kein Produkt. Die Arbeit belegt, dass ein auf Zwei-Photonen-Sehen beruhendes Bild Fokusfehler verträgt, die das konventionelle Bild unscharf machen.