Validation de la simulation de l’astigmatisme : application aux verres progressifs

Validation of astigmatism simulation : application to progressive addition lenses

• Auteur / Autrice : Marc Vincent
• Direction : Richard Legras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 19/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Lumière, matière et interfaces (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2020-...)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : René Farcy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Norberto López Gil, Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye, Hélène Rouger, Thierry Lépine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Norberto López Gil, Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique -- Instruments

Oeil -- Accommodation

Optométrie

Verre optique

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Astigmatisme

Simulation

Verres progressifs

Accommodation

Flou

Notation subjective

Astigmatism

Simulation

Progressive Addition lenses

Accommodation

Blur

Image quality score

Résumé

La vision à travers un verre progressif est un processus dynamique tout particulièrement en vision de près lors de la lecture. Le porteur est amené à regarder dans les parties latérales du verre. Or ces zones contiennent de l’astigmatisme qui peut être particulièrement gênant. Il existe différents types de verres progressifs qui se caractérisent par une répartition spécifique de l’astigmatisme en périphérie. L’objectif, à terme, serait de permettre une sélection du verre progressif en présentant au futur porteur des images simulées pour lesquelles il devrait donner des notes liées à la qualité de l’image perçue. A l’aide d’un calcul optique (i.e., convolution entre un objet et une fonction d’étalement du point), nous pouvons simuler l’apparence d’une image vue à travers une certaine optique. L’objectif de ce travail est donc de valider la possibilité de simuler la vision à travers un verre progressif et de faire le lien entre qualité de vision et choix du porteur. Dans un premier temps, nous avons comparé la qualité de vision à travers une optique adaptative simulant des défauts sphériques et cylindriques avec des images simulées rendant compte des mêmes défauts optiques. Une différence de qualité de vision entre 20 (i.e. flou sphérique) et 35% (i.e. flou astigmate) entre flou simulé et optique a été observée. Le flou simulé était toujours plus important que le flou optique. Néanmoins, ces différences demeuraient inférieures à la différence cliniquement significative. Dans un second temps, nous avons directement utilisé un verre progressif. Les défauts optiques testées étaient alors des combinaisons sphériques et cylindriques correspondants à des points précis du verre progressif le long de l’axe horizontal passant par le centre optique de vision de près. Nous avons considéré dans la simulation de nos images que le sujet pouvait plus ou moins accommoder. Nous avons observé que l'accommodation jouait un rôle lors de la comparaison entre le flou optique et le flou simulé. Les sujets presbytes semblent capables de produire un faible niveau d'accommodation qui contrebalance une partie de l'effet délétère de l'astigmatisme sur la qualité de l'image. Nous avons ensuite mis en place un dispositif plein champ d’analyse d’un verre progressif conduisant au choix d’un type de verres progressifs par différents porteurs. Parallèlement, nous avons mesuré la qualité de vision (i.e., notation d’images simulées et mesure d’acuité visuelle) le long de l’axe horizontal de vision de près de ces mêmes sujets. Les résultats de cette dernière étude ont montré que l’acuité visuelle n’est pas un bon test pour prédire la qualité de vision à travers des verres progressifs, le test n’a fonctionné que pour 65% des sujets. Au contraire, le test de notation d’images subjectives a permis de prédire le choix final du design pour 90% des sujets. Bien que les résultats statistiques obtenus pour les différentes conditions d’images simulées montrent une réelle différence entre la condition réelle et simulation, nous observons que les images simulées prenant en compte une part d’accommodation (i.e., changement de sphère dans la simulation) sont plus proches de la réalité. L’accommodation semble donc bien jouer un rôle important lorsqu’un astigmatisme est introduit. L’étude de l’accommodation en présence d’astigmatisme permettrait d’optimiser la simulation des images.

Vision through a progressive addition lens is a dynamic process especially in near vision when reading. The wearer is led to look into the side parts of the lens. These areas contain astigmatism, which can be particularly annoying. There are different types of progressive addition lenses that are characterized by a specific distribution of astigmatism around the periphery. The objective, in the long term, would be to allow a selection of progressive addition lenses by presenting the future wearer with simulated images for which he or she would have to give notes related to the quality of the perceived image. Using an optical calculation (i.e., convolution between an object and a point spread function), we can simulate the appearance of an image seen through an optic. The objective of this work is therefore to validate the possibility of simulating vision through a progressive addition lens and to make the link between vision quality and wearer choice. In a first step, we compared the quality of vision through adaptive optics simulating spherical and cylindrical defocus with simulated images showing the same optical defects. A difference in vision quality between 20 (i.e. spherical blur) and 35% (i.e. astigmatic blur) between simulated and optical blur was observed. The simulated blur was always greater than the optical blur. These differences were less than the clinically significant difference. In a second step, we directly used a progressive addition lens. The optical defocus tested were then spherical and cylindrical combinations corresponding to specific points of the progressive addition lens along the horizontal axis passing through the near vision optical center. We considered in the simulation of our images that the subject could accommodate. We observed that accommodation played a role when comparing the optical blur with the simulated blur. Presbyopic subjects appear to be able to produce a low level of accommodation that offsets some of the deleterious effect of astigmatism on image quality. We then set up a full-field progressive addition lens analysis device leading to the choice of a type of progressive lens by different wearers. At the same time, we measured vision quality (i.e., simulated image scoring and visual acuity measurement) along the horizontal axis of near vision for these same subjects. The results of the latter study showed that visual acuity is not a good test for predicting vision quality through progressive lenses; the test only worked for 65% of the subjects. On the contrary, the subjective image scoring test predicted the final design choice for 90% of the subjects. Although the statistical results obtained for the different simulated image conditions show a real difference between the real and simulated conditions, we observe that simulated images taking into account some accommodation (i.e., change of sphere in the simulation) are closer to reality. Accommodation thus seems to play an important role when astigmatism is introduced. The study of accommodation in the presence of astigmatism would make it possible to optimize the simulation of the images.