E6 Aberrações Oculares e Frente de Onda

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Conforme descrito pelo modelo do olho como um sistema óptico, quando a córnea e o cristalino refratam com precisão os raios ópticos emanados de um único ponto em um objeto, esses raios convergem para o mesmo ponto na retina, e a frente de onda — a superfície que conecta todos os pontos de luz que estão na mesma fase — emerge do olho com uma forma perfeitamente esférica, centrada nesse ponto de convergência. Em um olho real, no entanto, a forma exata da córnea e do cristalino nunca é perfeita, e a frente de onda que sai do olho desvia-se, em maior ou menor grau, dessa forma esférica ideal; esse desvio entre a forma real da frente de onda e a forma esférica ideal é chamado de aberração óptica do olho.

Como o desvio entre a frente de onda real e a frente de onda esférica ideal não é uniforme em toda a pupila, mas sim possui sua própria forma complexa, este modelo o decompõe em uma soma de formas elementares mais simples, os polinômios de Zernike. Cada um desses polinômios possui seu próprio coeficiente, que mede o quanto aquela forma elementar específica contribui para o desvio total da frente de onda. Quanto maior o coeficiente para uma determinada forma elementar, maior seu peso no desvio total da frente de onda e maior a aberração óptica que ela contribui por si só.

Entre essas formas elementares, as de ordem inferior variam de forma suave e uniforme por toda a pupila: o desfoque, que desvia a frente de onda igualmente da forma esférica ideal em todas as direções, e o astigmatismo, que a desvia de forma diferente dependendo de sua orientação dentro da pupila, conforme descrito pelo modelo de erros refrativos. As aberrações elementares de ordem superior, por outro lado, variam de forma mais irregular e localizada dentro da pupila: coma, trevo e aberração esférica contribuem cada uma com um desvio com sua própria forma única e mais complexa do que o desfoque ou o astigmatismo. Portanto, nenhuma lente simples com uma única curvatura uniforme pode corrigi-las da mesma forma que corrige o desfoque ou o astigmatismo.

Cada uma dessas aberrações elementares degrada a imagem retiniana à sua maneira: o desfoque dispersa o ponto de luz que deveria convergir na retina em um círculo desfocado distribuído uniformemente em todas as direções; o astigmatismo o dispersa de forma desigual, mais desfocado em uma orientação do que perpendicular a ela; o coma o dispersa assimetricamente, com uma cauda estendendo-se para um dos lados; a aberração em trevo o dispersa em três lóbulos distribuídos ao redor do ponto; a aberração esférica faz com que os raios que passam pelo centro da pupila e aqueles que passam pela sua periferia convirjam em pontos diferentes ao longo do eixo óptico, em vez de convergirem todos juntos na retina. Quanto maior a pupila, mais raios periféricos atravessam o olho e mais perceptíveis se tornam essas aberrações de ordem superior na imagem retiniana. Por outro lado, com uma pupila pequena, esses mesmos raios periféricos são bloqueados e a imagem fica mais próxima daquela imposta apenas pelo limite de difração.

A soma de todas essas formas elementares, tanto de baixa quanto de alta ordem, reconstrói o desvio total da frente de onda real em relação à frente de onda esférica ideal e, portanto, a qualidade óptica completa daquele olho em particular, além do limite já imposto pela difração na própria pupila, de acordo com o modelo de difração e o limite de resolução. Essa mesma decomposição da frente de onda em polinômios de Zernike é o que reconstrói o modelo de aberrometria a partir do que é capturado por um sensor Hartmann-Shack ou um disco de Tscherning, e é também o que guia a cirurgia refrativa guiada por frente de onda, remodelando a córnea de forma personalizada para cancelar, forma elementar por forma elementar, a aberração óptica de cada olho.

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