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Introduction à l’optique oculaire

Œil et optique : les bases

Cette page ainsi est une introduction à l’optique oculaire, également appelée optique physiologique: elle fournit  une description simplifiée et accessible de la manière dont l’œil traite la lumière qu’il capte pour permettre au voies visuelles d’acheminer vers le cerveau une information qui donnera naissance à la sensation visuelle.

 « Il y a des yeux qui reçoivent la lumière et il y a des yeux qui la donnent… » (Paul Claudel)

Introduction à la vision

La vision est le fruit d’une interaction utile entre l’œil et la lumière. Si la sensation visuelle a pour siège le cerveau, l’œil est un organe capteur de lumière.

La première étape de la cascade visuelle peut être qualifiée d’optique : elle a pour but de former sur la rétine, le tissu photosensible qui tapisse la paroi interne du globe oculaire, une image aussi fidèle que possible du monde environnant. La lumière est une « information », qui, lorsque elle est émise par une source lumineuse, voyage dans l’espace environnant. Le trajet qu’emprunte cette information est généralement représenté sous la forme de lignes droites appelées « rayons ». Quand l’oeil capte ces rayons, il capte une partie de l’information émise par la source lumineuse.

Pour permettre à notre cerveau de produire une sensation visuelle, il faut que l’oeil transmette cette information à la rétine, qui est un tissu neurologique relié au cerveau par les voies visuelles.  L’image rétinienne naît donc de la focalisation sur la rétine des rayons lumineux émis par les objets observés puis captés par l’œil. Pour former une image rétinienne suffisamment nette, les structures oculaires transparentes doivent imprimer aux rayons lumineux captés un trajet aboutissant à les faire converger vers la rétine; on parle de « réfraction » des rayons lumineux. Le trajet des rayons lumineux au sein de la cornée et du cristallin obéit aux lois de la réfraction ; connaître ces lois est donc indispensable pour comprendre et prédire la manière donc l’œil perçoit le monde environnant.  Myopie, hypermétropie ou astigmatisme sont autant d’erreurs réfractives (appelées « amétropies« ), qui découlent d’une réfraction imparfaite (d’un trajet imparfait) des rayons lumineux vers la rétine.

oeil rayons et système optique

L’œil est un capteur de lumière: les rayons, qui matérialisent le trajet de « l’information lumineuse » sont émis par un objet source. Pour que cette information puisse être utilisée pour former une « image » de la source, il faut qu’elle soit reçue par un système optique (un « objectif ») dont le rôle est de dévier les rayons captés de manière à ce qu’ils convergent en un même point, idéalement situé dans le plan d’une surface sensible à la lumière. Dans le cas de l’œil humain, le système optique est constitué par la cornée et le cristallin, et la surface photosensible est située au sein de la rétine et recouverte de cellules appelées photorécepteurs.

L’étude des lois fondamentales de l’optique peut s’avérer rébarbative ou aride, particulièrement quand elle est présentée sans lien direct et explicatif avec certains phénomènes concrets : même les concepts les plus élémentaires comme la propagation de rayons lumineux peuvent alors apparaître dénués de sens véritable pour le lecteur non spécialiste. L’étude de la réfraction de la lumière par les tissus oculaires porte essentiellement sur la propagation des rayons lumineux au travers des systèmes optiques et de l’œil fait partie de l’optique dite «géométrique». Ce domaine est incontournable pour comprendre les mécanismes, conséquences et moyens de correction des défauts optiques de l’œil (les amétropies). Il n’est malheureusement pas suffisant pour appréhender pleinement le mécanisme de la formation des images rétiniennes.

Le recours à des notions d’optique complémentaires, qui découlent du champ de l’optique  dite « ondulatoire » permet d’expliciter certains phénomènes qui participent à la formation de ces images.

Les pages de cette introduction à l’optique oculaire ont donc pour ambition d’expliquer comment s’effectue l’étape initiale de la vision, qui est une étape optique : elles s’adressent aux lecteurs novices, qui n’ont pas forcément de connaissances en optique, mais qui souhaitent comprendre comment s’effectue l’étape initiale de la vision, qui met en jeu la lumière émise par les sources présentent dans notre environnement visuel et l’oeil. Elle doit servir d’introduction voire d’ « intermédiation », en fournissant les fondamentaux et prérequis utiles  pour aborder le contenu de rubriques plus spécialisées de ce site.

Certaines répétitions sont volontaires, dans le but d’insister sur les concepts les plus importants. Le lecteur pourra ainsi mieux comprendre comment sont conçues les méthodes d’exploration, de modélisation, et de correction de la réfraction de l’œil humain.

Nous aborderons ainsi successivement :

– Les principes généraux qui régissent le trajet de la lumière de la source lumineuse observée à la rétine : cette étape est importante, car elle conditionne la qualité de l’image que les rayons captés formeront sur l’écran rétinien.

– L’image rétinienne : nous étudierons comment il est possible d’étudier la qualité de cette image vis à vis de la source lumineuse, ce qui requiert de la décomposer en sous unités élémentaires: un ensemble de points image, ou un ensemble de fréquences spatiales

– Le chemin des rayons au travers des éléments de l’oeil qui réfractent la lumière: la cornée et le cristallin. Ce chemin optique dépend de propriétés physiques particulières et obéit à certaines lois, comme la loi de la réfraction.

 

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