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Front d’onde

Cette page est un aperçu consacré à la définition du front d’onde et aux principes très généraux relatifs à son étude. D’autres pages sont plus riches en détails et exemples de l’application de l’étude du front d’onde en ophtalmologie (aberrométrie)

Front d’onde : définition

L’étude du front d’onde oculaire fournit des informations sur la qualité optique de l’œil humain. Elle est possible grâce à l’utilisation d’un aberromètre. L’aberrométrie est consacrée à l’étude du front d’onde oculaire et aux indicateurs de qualité optique qui découlent de sa mesure (PSF, MTF, etc.). Le front d’onde est une construction théorique qui représente l’enveloppe des points situés en phase au sein du disque où est réalisé la mesure (la pupille irienne dans le cas du front d’onde oculaire).

Front d’onde : quelques explications

La notion de front d’onde est liée au modèle ondulatoire de la lumière: l’onde lumineuse transporte de l’information sous forme d’une variation périodique du champ électro magnétique. Le front d’onde est une abstraction qui correspond à la représentation des points « en phase » pour la vibration de ce champ électromagnétique. On néglige l’effet de polarisation de la lumière.

Une source ponctuelle émet un front d’onde sphérique dans un milieu de propagation homogène. En effet, la sphère est l’enveloppe qui relie les points situés à la même distance de la source: le chemin optique depuis la source y est constant.

A l’inverse, en vertu du principe de réversibilité de la propagation de la lumière,  un front d’onde sphérique (ou une portion de celui-ci) converge de fait vers un point précis. Un « détecteur » lumineux (capteur CCD, rétine) placé dans le plan de ce point enregistrera une image fidèle car quasi ponctuelle (à la diffraction près).

Front d’onde et rayons lumineux

La propagation des faisceaux lumineux est habituellement représentée par des rayons. Ces rayons marquent en fait la direction de propagation locale du front d’onde. Le rayon est localement perpendiculaire à l’élément de front d’onde qu’il « porte ».  Un faisceau lumineux convergent « à l’infini » est constitué de « rayons » parallèles; le front d’onde (perpendiculaire à ces rayons) est plan.

Front d’onde et Ophtalmologie

En Ophtalmologie, la mesure aberrométrique permet de reconstruire un front d’onde oculaire. Une décomposition du front d’onde en aberrations élémentaires permet de quantifier et qualifier les aberrations responsables des déphasages mesurés (astigmatisme, coma, etc.). Le front d’onde restreint aux aberrations de haut degré représente l’effet cumulé de l' »astigmatisme irrégulier » (ces aberrations ne sont pas, contrairement à celles de bas degré, corrigibles en lunettes). Une fois le front d’onde reconstitué, il est possible en utilisant des formules mathématiques de prédire l’image rétinienne d’un point lumineux source, et prédire la modulation du contraste rétinien. La présence d’un déphasage optique important au niveau du front d’onde (ce déphasage est mesuré vis à vis du front d’onde « idéal » de référence) résulte en une dégradation de l’image rétinienne (perte du stigmatisme) et des contrastes. L’œil humain présente un taux d’aberration optique  faible mais non nul. Quand ces aberrations augmentent, les symptômes en rapport avec une réduction de la qualité optique de l’œil associent en clinique la perception d’un flou variable, de halos marqués autour des sources lumineuses, d’un aspect « dédoublé » de ces mêmes sources (ou de tout point lumineux), etc.

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