Dioptrique oculaire : généralités

1. Biophysique de la vision (étude n'abordant pas l'intervention des voies optiques et du cortex cérébral) Dioptrique oculaire : généralités Mars 2002 Jacques SIMON, Pierre PAYOUX Laboratoire de Biophysique, Faculté de Médecine Toulouse Purpan Remerciements : Professeur Jean-Louis ARNE, Président en exercice de la Société Française d'Ophtalmologie, pour ses conseils et son aimable relecture Madame Pierrette AZUELOS pour sa participation active à la réalisation de ce document

2. 1. Description dioptrique de l ’œil : rétine muscles ciliaires iris cornée procès ciliaires pupille iris macula lutea avec fovea centralis muscles ciliaires procès ciliaires 1.1 forme sphérique de l’oeil 1.2 les enveloppes de l’œil :  la cornée: calotte sphérique transparente, en position antérieure  les procès ciliaires : - renfermant notamment les muscles ciliaires comporte un orifice central ou pupille par lequel la lumière pénètre dans l’oeil - dont la partie antérieure ou iris  la rétine: enveloppe neurosensorielle et pigmentaire renfermant des cellules spécialisées dans la photo-réception : les cônes et les bâtonnets nerf optique

3. rétine muscles ciliaires zonule iris cornée procès ciliaires pupille cristallin vitré macula lutea iris zonule muscles ciliaires procès ciliaires humeur aqueuse 1.3 le contenu de l ’œil :  le cristallin : lentille biconvexe, transparente, située en arrière de l’iris  la zonule : ligament suspenseur reliant la périphérie du cristallin aux procès ciliaires  l ’humeur aqueuse : solution transparente en Av du cristallin (chambre antérieure)  le vitré : gel transparent en Ar du cristallin (chambre postérieure) nerf optique

4. rétine muscles ciliaires ces milieux interviennent par : zonule iris cornée procès ciliaires axe visuel pupille cristallin vitré macula lutea iris zonule axe optique ou géométrique muscles ciliaires procès ciliaires nerf optique humeur aqueuse 1.4 la lumière traverse successivement avant d ’interagir avec la rétine :  la cornée  l’humeur aqueuse  le cristallin - leur transparence  le vitré - la réfraction qu’ils occasionnent  à noter la différence entre axe visuel et axe géométrique de l ’oeil

5. faisceau réfracté faisceau incident faisceau réfléchi air eau 2. La transparence :  permet la propagation de la lumière jusqu’à la rétine  altérée par certaines affections (cataracte) 3. La réfraction : déviation de la lumière lorsqu’elle franchit un dioptre  surface de séparation de 2 milieux transparents,de propriétés optiques différentes,caractérisés par leur indice de réfraction n 3.1 notion de dioptre :  n : grandeur sans dimension (air n=1, eau n=1,33)  forme des dioptres : plans, cylindriques,sphériques  les dioptres de l’œil sont pratiquement sphériques 3.2 phénomène de réfraction :  soit un dioptre plan air-eau  soit un faisceau lumineux incident arrivant sur ce dioptre  une partie est réfléchie : faisceau réfléchi : elle franchit le dioptre en étant plus ou moins déviée : faisceau réfracté  une partie est réfractée  seul le faisceau réfracté nous intéressera par la suite

6. 3.3 réfraction occasionnée par un dioptre sphérique : convergence, divergence 3.3.1 convergence:  soit un dioptre plan convexe  des rayons lumineux initialement parallèles (provenant de l’infini) Fi  convergent en un point situé sur l’axe optique : foyer image Fi 3.3.2 divergence :  soit un dioptre plan concave  des rayons lumineux initialement parallèles (provenant de l’infini) Fi virtuel  divergent  foyer image Fi : virtuel (construction graphique du prolongement des rayons réfractés divergents)

7. 3.4 espace objet, espace image, convention de signe, notion de proximité : R Fi P r > 0 S C espace image espace objet  lumière  soit l ’œil et son axe optique  l ’espace objet est situé en avant de l’œil (à gauche sur le schéma)  l ’espace imageest situé à partir de l ’œil (à droite sur le schéma)  l ’axe optique est orienté dans le sens de propagation de la lumière de G à D  une origine est définie sur l ’axe optique : sommet S de la cornée  les distances sont alors notées algébriquement (ex : r cornée SC>0 )  la position d ’un point sur l ’axe optique est exprimée par l’inverse de la distance le séparant de l’origine : proximité de ce point ( proximité de Fi>0, proximités de R et P<0)  unité de proximité : le m-1 , appelé dioptrie D : 1 D= 1 m-1 

8. 3.5 puissance D d ’un dioptre sphérique :  n2 et n1 : indices de réfraction des milieux en arrière et en avant du dioptre  r : rayon de courbure du dioptre, en valeur algébrique  puissance exprimée en dioptries  comme pour les lentilles : convergence : D > 0, divergence : D < 0  selon les valeurs de n2 ,n1 et r : des dioptres convexes ou concaves peuvent être convergents ou divergents 4. Les dioptres sphériques de l ’œil : d’avant en arrière, la lumière rencontre :  dioptre cornéen antérieur : convergent  dioptre cornéen postérieur : divergent (négligeable)  dioptre cristallinien antérieur : convergent  dioptre cristallinien postérieur : convergent  les caractéristiques de ces différents dioptres sont indiquées, pour mémoire, dans le tableau ci-après :

9. puissance n2 r n1 dioptre cornéen ant. cornée=1,377 + 48 D air = 1 + 7,8.10-3 m cornéen post. ha = 1,337 cornée=1,377 + 6,65.10-3 m - 6 D ha = 1,337 crist. =1,42 + 8 D + 10,2.10-3 m cristallinien ant. crist. = 1,42 hv. = 1,336 + 14 D + 6,5.10-3 m cristallinien post.  En pratique, seuls doivent être pris en considération : - la cornée dans son ensemble : plan-convexe, convergente, puissance : + 42 D - le cristallin dans son ensemble : biconvexe, convergent, puissance : + 18 D  Remarques concernant la puissance globale du cristallin (+ 18 D) : - il s’agit de sa puissance dite basale, ou de repos, ou "non accommodée" : elle permet la vision nette de loin ( de l ’infini jusqu’à 5 mètres de l ’œil) - elle est inférieure à la somme des puissances des dioptres cristalliniens ant. et post. qui est de + 22 D - le cristallin en place dans l’œil ne développe qu’une puissance de +12 D - les 2 remarques précédentes relèvent des systèmes optiques centrés - pour permettre la vision nette de près ( moins de 5 m) : la puissance du cristallin augmente de 15 D au maximum : phénomène d’accommodation

10. 5. Caractéristiques dioptriques de l’œil normal : n= 1,336 Fi sur la rétine L = 60 D 24 mm 6,4 mm  système convergent de puissance basale : 60 ± 2 D  diamètre antéro-postérieur (longueur) = 24 mm  foyer image Fi situé sur la rétine : - du fait des valeurs harmonieuses des 2 paramètres précédents - assure la vision nette de loin 6. L ’œil simplifié :  l ’œil est un système centré constitué de 4 dioptres  l ’œil simplifié substitue à ces 4 dioptres 1 seule lentille convergente L dont les caractéristiques apparaissent sur le schéma ci-dessous : S

11.  objet ponctuel doit donner une image ponctuelle R=  R=  objet ponctuel à l ’infini située sur la rétine  rétine 7. Conditions de vision normale : stigmatisme, emmétropie, accommodation 7.1. Stigmatisme (étymologie : "le point" ) :  le stigmatisme est assuré par la symétrie de révolution sphérique des dioptres oculaires, en particulier du dioptre cornéen antérieur  lorsque cette condition n ’est pas réalisée, on parle d ’astigmatisme 7.2. Emmétropie (étymologie : "œil bien proportionné") : doit donner une image ponctuelle  rétine et l’infini sont le conjugué l’un de l’autre (principe du retour inverse de la lumière) Fi

12.  l ’œil développant sa puissance basale : - le foyer image Fi doit se trouver sur la rétine, - le conjugué de la rétine doit se trouver à l’infini et s’appelle le rémotum R  l ’emmétropie est assurée par les valeurs harmonieuses de la puissance dioptrique basale de l ’œil et de son diamètre antéro-postérieur : Puissance de l ’oeil Diamètre antéro-postérieur de l ’oeil + 60 D 24 mm + 60 à + 62 D légèrement inf. à 24 mm + 58 à + 60 D légèrement sup. à 24 mm  lorsque ces conditions ne sont pas réalisées, on parle d’amétropie : myopie et hypermétropie 7.3. Accommodation :  un objet ponctuel proche de l ’œil émet des rayons lumineux divergents  si la puissance de l ’œil était fixe : l ’image ponctuelle de cet objet se formerait en arrière de la rétine et l ’image rétinienne serait floue : cercle ou tache de diffusion

13. cristallin accommodé Image rétinienne nette Objet rapproché Objet rapproché Image nette Image rétinienne floue  pour amener cette image sur la rétine, la puissance du cristallin augmente : phénomène d ’accommodation Accommodation : amène l’image nette sur la rétine  l ’accommodation est assurée par le cristallin, la zonule et le muscle ciliaire  lorsque l ’accommodation est maximale, le conjugué de la rétine s’appelle le Proximum P : point le plus proche de l ’œil dont la vision peut être nette  l ’accommodation diminue avec l ’âge, la vision de près est gênée : apparition de la presbytie (étymologie : "le vieillard")

14.  vision nette : s ’étend du Rémotum (l’ ) au Proximum (7 à 33 cm de l ’œil) vision nette R=  P˜- 0,3 m vision floue 7.4. Au total : œil normal : stigmate, emmétrope et accommode normalement :  vision floue : entre le Proximum et l ’œil, d ’autant plus que l ’objet est proche de l ’oeil  cette stricte normalité est rare (13,5 % des adultes jeunes)  œil amétrope (myope,hypermétrope) : voit de façon nette entre son Rémotum et son Proximum, mais ceux-ci sont situés en positions différentes de celles de l ’emmétrope

15. Oeil = système optique complexe, comprenant :  un ensemble de milieux transparents et convergents  un diaphragme d ’ouverture variable : la pupille  un système de mise au point en fonction de la distance : le cristallin  un récepteur sensible à la lumière : la rétine