E6 Aberraciones Oculares y Frente de Onda

Tópico

Tal como describe el modelo del ojo como sistema óptico, cuando la córnea y el cristalino refractan con precisión los rayos ópticos que salen de un único punto de un objeto, esos rayos convergen todos sobre el mismo punto de la retina, y el frente de onda —la superficie que conecta todos los puntos de esa luz que están en la misma fase— sale del ojo con una forma perfectamente esférica, centrada en ese punto de convergencia. En un ojo real, sin embargo, la forma exacta de la córnea y del cristalino nunca es perfecta, y el frente de onda que sale del ojo se aparta, en mayor o menor medida, de esa forma esférica ideal; a esa desviación entre la forma real del frente de onda y la forma esférica ideal se le llama aberración óptica del ojo.

Como esa desviación entre el frente de onda real y el frente de onda esférico ideal no es igual en todos los puntos de la pupila, sino que tiene una forma propia y compleja, este modelo la descompone en una suma de formas elementales más simples, los polinomios de Zernike, cada uno de ellos con un coeficiente propio que mide cuánto contribuye esa forma elemental en particular a la desviación total del frente de onda. Cuanto mayor es el coeficiente que corresponde a una forma elemental determinada, mayor es el peso de esa forma elemental dentro de la desviación total del frente de onda, y mayor la aberración óptica que esa forma elemental aporta por sí sola.

Entre esas formas elementales, las de orden bajo son las que varían de manera suave y uniforme a lo largo de toda la pupila: el desenfoque, que aparta por igual al frente de onda de la forma esférica ideal en todas las direcciones, y el astigmatismo, que lo aparta de manera distinta según la orientación dentro de la pupila, tal como describe el modelo de las ametropías. Las formas elementales de orden alto, en cambio, varían de manera más irregular y localizada dentro de la pupila: el coma, el trébol y la aberración esférica aportan cada uno una desviación con una forma propia y más compleja que la del desenfoque o el astigmatismo, y por eso ninguna lente simple, con una única curvatura uniforme, logra corregirlas de la misma manera en que corrige el desenfoque o el astigmatismo.

Cada una de esas formas elementales degrada la imagen retiniana de una manera propia: el desenfoque esparce el punto de luz que debería converger en la retina en un círculo borroso parejo en todas las direcciones; el astigmatismo lo esparce de manera desigual, más borroso en una orientación que en la perpendicular a ella; el coma lo esparce de manera asimétrica, con una cola que se extiende hacia un solo lado; el trébol lo esparce en tres lóbulos distribuidos alrededor del punto; y la aberración esférica hace que los rayos que atraviesan el centro de la pupila y los que atraviesan su periferia converjan en puntos distintos a lo largo del eje óptico, en vez de converger todos juntos sobre la retina. Cuanto mayor es la pupila, más rayos periféricos atraviesan el ojo y más notorias se vuelven estas aberraciones de orden alto sobre la imagen retiniana, mientras que con una pupila pequeña esos mismos rayos periféricos quedan bloqueados y la imagen se acerca más a la que impone únicamente el límite de difracción.

La suma de todas esas formas elementales, de orden bajo y de orden alto, reconstruye la desviación total del frente de onda real respecto del frente de onda esférico ideal, y con ella la calidad óptica completa de ese ojo en particular, más allá del límite que ya impone la propia difracción en la pupila según el modelo de difracción y límite de resolución. Esa misma descomposición del frente de onda en polinomios de Zernike es la que reconstruye el modelo de aberrometría a partir de lo que capta un sensor de Hartmann-Shack o un disco de Tscherning, y es también la que guía a la cirugía refractiva guiada por frente de onda, remodelando la córnea de manera personalizada para cancelar, forma elemental por forma elemental, la aberración óptica propia de cada ojo.

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