E6 Aberrations oculaires et front donde

Topique

Selon le modèle de l'œil comme système optique, lorsque la cornée et le cristallin réfractent précisément les rayons optiques issus d'un point unique d'un objet, ces rayons convergent tous vers un même point de la rétine, et le front d'onde – la surface reliant tous les points lumineux en phase – émerge de l'œil sous une forme parfaitement sphérique, centrée sur ce point de convergence. Dans un œil réel, cependant, la forme exacte de la cornée et du cristallin n'est jamais parfaite, et le front d'onde sortant de l'œil s'écarte, plus ou moins, de cette forme sphérique idéale ; cet écart entre la forme réelle du front d'onde et sa forme sphérique idéale est appelé aberration optique de l'œil.

Puisque l'écart entre le front d'onde réel et le front d'onde sphérique idéal n'est pas uniforme sur toute la pupille, mais présente une forme complexe, ce modèle le décompose en une somme de formes élémentaires plus simples : les polynômes de Zernike. Chacun de ces polynômes possède son propre coefficient, qui mesure sa contribution à la déviation totale du front d'onde. Plus le coefficient d'une forme élémentaire est élevé, plus son poids dans la déviation totale du front d'onde est important, et plus l'aberration optique qu'elle engendre est grande.

Parmi ces formes élémentaires, celles d'ordre inférieur varient de manière continue et uniforme sur toute la pupille : le défaut de mise au point, qui dévie le front d'onde de façon égale par rapport à la forme sphérique idéale dans toutes les directions, et l'astigmatisme, qui le dévie différemment selon son orientation dans la pupille, comme le décrit le modèle des erreurs de réfraction. Les aberrations élémentaires d'ordre supérieur, en revanche, varient de manière plus irrégulière et locale dans la pupille : la coma, l'aberration en trèfle et l'aberration sphérique contribuent chacune à une déviation dont la forme est unique et plus complexe que celle du défaut de mise au point ou de l'astigmatisme. Par conséquent, aucune lentille simple à courbure uniforme ne peut les corriger de la même manière que le défaut de mise au point ou l'astigmatisme.

Chacune de ces aberrations élémentaires dégrade l'image rétinienne de manière spécifique : le défaut de mise au point disperse le point lumineux qui devrait converger sur la rétine en un cercle flou uniformément réparti dans toutes les directions ; l'astigmatisme le disperse de manière inégale, plus flou dans une direction que perpendiculairement à celle-ci ; la coma le disperse de façon asymétrique, avec une traînée s'étendant d'un côté ; l'aberration en trèfle le disperse en trois lobes répartis autour du point ; l'aberration sphérique fait que les rayons passant par le centre de la pupille et ceux passant par sa périphérie convergent en différents points de l'axe optique, au lieu de converger tous ensemble sur la rétine. Plus la pupille est grande, plus les rayons périphériques traversent l'œil, et plus ces aberrations d'ordre supérieur sont visibles sur l'image rétinienne. Inversement, avec une petite pupille, ces mêmes rayons périphériques sont bloqués, et l'image se rapproche de celle imposée uniquement par la limite de diffraction.

La somme de toutes ces formes élémentaires, d'ordre inférieur et supérieur, reconstitue l'écart total du front d'onde réel par rapport au front d'onde sphérique idéal, et donc la qualité optique complète de cet œil, au-delà de la limite imposée par la diffraction dans la pupille elle-même, conformément au modèle de diffraction et à la limite de résolution. Cette même décomposition du front d'onde en polynômes de Zernike permet de reconstruire le modèle d'aberrométrie à partir des données capturées par un capteur Hartmann-Shack ou un disque de Tscherning. Elle guide également la chirurgie réfractive guidée par front d'onde, remodelant la cornée de manière personnalisée pour corriger, forme élémentaire par forme élémentaire, l'aberration optique de chaque œil.

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