[논문]국내 시판 안경렌즈의 성능 분석 및 설계

김세진; 임현선

국내 시판 안경렌즈의 성능 분석 및 설계
The Performance Analysis and Design of Selling Spectacle Lenses in Domestic Market 원문보기

한국안광학회지 = Journal of Korean Ophthalmic Optics Society, v.15 no.4 = no.41, 2010년, pp.355 - 360

김세진 (국민대학교 물리학과) , 임현선 (극동정보대학 안경광학과)

초록
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목적: 국내에서 시판되는 안경렌즈의 성능을 분석하고 최적화 설계로 수차가 보정된 안경렌즈를 설계하였다. 방법: 굴절률 1.6의 재질을 갖는 4개 회사의 ${\pm}$5.00D의 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 중심두께, 곡률반경, 비구면 계수를 측정하였다. Mitutoyo사의 ID-F150으로 중심두께를 측정하였고, Automation Robotics사의 FOCOVISION(SR-2)를 이용하여 곡률반경을 측정하였다. 비구면 계수는 Taylor Hobson사의 PGI 1240S로 측정하였다. 렌즈 후면부터 눈의 회선점까지의 거리 27 mm, 동공직경 4 mm, 중심시야 $30^{\circ}$에서 적은 양의 수차를 갖는 안경렌즈를 설계하였다. 측정 렌즈보다 Axial height를 짧게 함으로써 미용 상의 이점을 높였다. 설계에는 ORA사의 Code V를 이용했다. 결과: -5.00D 비구면 렌즈는 구면 렌즈보다 비점수차와 왜곡수차는 약간 크게 나타났으나 Axial height가 짧고 가장자리 두께가 감소하여 미용 상의 장점이 있다. +5.00D 비구면 렌즈는 왜곡수차의 성능이 향상되고 (-)렌즈와 마찬가지로 Axial height와 중심두께의 감소로 미용 상의 장점을 확인하였다. 최적화 과정을 통한 전면 비구면 렌즈는 비점수차와 왜곡수차가 측정 구면 렌즈보다 좋은 성능과 미용 상의 장점을 확인할 수 있다. 결론: 국내에서 시판되는 비구면 렌즈는 수차의 성능보다는 미용 상의 장점을 키우는 Axial height의 감소와 두께의 감소에 주안점을 둔전면 비구면 설계가 이뤄지고 있다. 최적화 설계이론을 통해 측정렌즈보다 향상된 수차성능과 미용 상의 이점을 모두 갖는 전면 비구면 안경렌즈의 설계를 하였다. 후면 비구면 렌즈의 설계를 통해 전면 비구면 렌즈보다 향상된 성능을 얻을 수 있음을 기대할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Analysis performance for spectacle lens which sales in domestic market and optimization design a spectacle lens which is corrected aberration. Methods: Measured center thickness, radius and aspherical surface coefficient for spherical and aspherical lenses which were ${\pm}$5.00D. Refractive index for every lens was 1.6 and they came from 4 different companies. I used 3 types of equipment to measure lenses. ID-F150 (Mitutoyo) : Center Thickness, FOCOVISION (SR-2, Automation Robotics) : Radius, PGI 1240S (Taylor Hobson) : Aspherical surface coefficient. Designed a lens which had 27 mm of distance from lens rear surface to center of eye, 4 mm of pupil diameter and small aberration on center vision $30^{\circ}C$. To shorten axial distance compared with the measured lens rise merits for cosmetic. Lens Design tool was CODE V (Optical Research Associates). Results: -5.00D aspherical lens had somewhat high astigmatism and distortion compared with the spherical lens. But it had a merit for cosmetic because of short axial height and decrease edge thickness. Improved a performance of distortion and ascertain merits for cosmetic due to short axial height and decrease edge thickness same as (-) lens in case of +5.00 aspherical lens. Though an optimization process front surface aspherical lens had a good performance for astigmatism and distortion and the merit for beauty compared with measured spherical lens. Conclusions: Design trend for domestic aspherical lens is decrease axial height and thickness to increase a merit for cosmetic not but increase performance of aberration. From design theory for optimization design front surface aspherical spectacle lens which has improved performance of aberration and merit for cosmetic at the same time compared with the measured lens. Expect an improved performance from design back aspherical lens compared with front aspherical lens.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

ORA人사의 Code V 프로그램을 이용하여 측정된 자료를 토대로 동공크기 4 mm, 렌즈 후면에서부터 눈의 회선 점까지 의 거리 27 mm, 중심시 야 30o, 파장 656.2725 nm, 587.5618 nm, 486.1327 nm일 때의 수차 성능을 분석하였다.
구면 렌즈와 비구면 렌즈는 A, B, C, D사의 측정 자료를 토대로 분석하였다. C사의 +5.
국내에서 시판되는 4개 회사의 굴절률 n=1.60 재질의 + 5.00D 렌즈의 중심두께, 곡률반경, 비구면 계수를 측정하였다. 중심두께는 Mitutoyo사의 ID-F150을 이용하였으며 곡률반경은 Automation Robotics사의 FOCOVISION (SR-2)으로 측정하였다.
본 논문에서는 국내에서 시판되는 4개 회사의 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 중심두께], 곡률반경, 비구면 계수를 측정하여 설계 성향과 수차성능을 분석하였다. 최적화 과정을 통하여 기존 안경렌즈의 수차성능을 향상시킬 수 있는 비구면 안경렌즈를 설계하였다.
전면의 비구면 계수를 이용하여 측정한 구면 렌즈와 비구면 렌즈보다 성능이 향상되도록 최적화 설계 과정을 통하여 비점수차는 0.005 mm로 줄이고 왜곡수차는 1% 이내를 만족하는 -5.00D 의 비구면 안경렌즈를 설계하였다. +5.
최적화 과정을 통하여 기존 안경렌즈의 수차성능을 향상시킬 수 있는 비구면 안경렌즈를 설계하였다.
현재 국내에서 시판되고 있는 구면 렌즈와 비구면 렌즈보다 더 적은 비점수차와 왜곡수차를 갖고, 미용 상의 이점도 내세울 수 있도록 Axial height를 줄일 수 있는 곡률반경을 계산하여 최적화 설계 하였다. 현재 국내에서 출시되고 있는 비구면 렌즈는 대부분 전면 비구면 렌즈이다.

대상 데이터

측정한 (十) 구면 렌즈는 0.157 mm 내의 비점수차를 가졌으며 왜곡수차는 2%가 약간 넘는 양을 가졌다. 비구면렌즈에서 D사는 구면렌즈보다 적은 0.

이론/모형

중심두께는 Mitutoyo사의 ID-F150을 이용하였으며 곡률반경은 Automation Robotics사의 FOCOVISION (SR-2)으로 측정하였다. 비구면 계수는 Taylor Hobson사의 PGI 1240S 를 이용하여 측정하였다.
00D 렌즈의 중심두께, 곡률반경, 비구면 계수를 측정하였다. 중심두께는 Mitutoyo사의 ID-F150을 이용하였으며 곡률반경은 Automation Robotics사의 FOCOVISION (SR-2)으로 측정하였다. 비구면 계수는 Taylor Hobson사의 PGI 1240S 를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

00D 의 비구면 안경렌즈를 설계하였다. +5.00D 렌즈는 0.034 mm 의 비점수차와 1.68%의 왜곡수차를 가짐으로써 측정한 구면 렌즈와 비구면 렌즈보다 성능이 향상됨을 확인하였다. 설계 렌즈 데이터를 Table 1에 나타냈고, Fig.
00D 의 렌즈에서 구면 렌즈가 비점수차와 왜곡수차 성능이 더 좋지만, D사를 제외한 A, B, C사의 비구면 렌즈는 후면의 sag값을 감소시켜 곡률을 편평하게 하여 상의 장점이 있으을 확인하였다. +5.00D 의 렌즈에서는 비구면 렌즈의 비점수차 성능은 떨어지지만 왜곡수차는 약간 향상되었으며, 전면 sag 값을 작게 만들어 상의 장점이 있음을 확인하였다. sag 값으로 인한 Axial height를 Fig.
전면 비구면 렌즈가 후면 비구면 렌즈보다 비점수차와 왜곡수차 량이 크게 나타나지만 Axial height 와 가장자리 두께를 줄임으로써 미용 상의 이점을 내세울 수 있다. +5.00D 의 전면 비구면 렌즈는 구면 렌즈보다 비점수차가 평균 0.42 mm 로 크게 나타났으나 왜곡수차는 2% 이내로 평균적으로 2.32%가 넘는 구면 렌즈보다 적은 양이었고, 중심두께와 Axial height의 감소로 미용상의 이점을 내세울 수 있다.
있었다. -5.00D의 전면 비구면 렌즈의 비점수차는 0.03 mm 내외인 구면 렌즈보다 평균 0.6 mm로 크게 나타났으며, 왜곡수차는 1%인 구면 렌즈보다 평균적으로 2.24%로 크게 나타남을 확인하였다. 전면 비구면 렌즈가 후면 비구면 렌즈보다 비점수차와 왜곡수차 량이 크게 나타나지만 Axial height 와 가장자리 두께를 줄임으로써 미용 상의 이점을 내세울 수 있다.
00D 렌즈를 두 방법으로 설계했을 때의 비점수차를 나타낸 그래프이다. Antonin Miks[이의 안경렌즈 설계 방법 중 왜곡수차와 비점수차를 함께 제거한 렌즈는 전면비구면과 후면 비구면 모두 Shen Weimin[기의 설계 방법보다 비점수차량이 많았지만, 나머지 렌즈는 더 적은 비점수차를 갖는 것을 확인하였다. 두 방법 모두 후면 비구면 렌즈의 설계가 비점수차를 최소화 시킬수 있는 방법임을 확인할 수 있다.
Axial height는 최적화 설계를 통한 -5.00D 의 전면 비구면 렌즈에서 8.49 mm로 가장 긴 Axial height를 갖는 A사의 구면 렌즈와 비교했을 때 최대 10.7% 감소하였다. +5.
비구면 (十) 렌즈에서 A, D사는 구면 렌즈보다 큰 오차율을 가졌고, B사는 더 적은 오차를 가짐을 확인하였다. B, D사의 비구면 렌즈는 설계 공차의 범위내의 오차를 가졌으며, A사는 공차의 범위를 넘어간 3.1%의 오차율을 갖는 것으로 확인되었다.
국내에서 시판되는 -5.00D 의 렌즈에서 구면 렌즈가 비점수차와 왜곡수차 성능이 더 좋지만, D사를 제외한 A, B, C사의 비구면 렌즈는 후면의 sag값을 감소시켜 곡률을 편평하게 하여 상의 장점이 있으을 확인하였다. +5.
Antonin Miks[이의 안경렌즈 설계 방법 중 왜곡수차와 비점수차를 함께 제거한 렌즈는 전면비구면과 후면 비구면 모두 Shen Weimin[기의 설계 방법보다 비점수차량이 많았지만, 나머지 렌즈는 더 적은 비점수차를 갖는 것을 확인하였다. 두 방법 모두 후면 비구면 렌즈의 설계가 비점수차를 최소화 시킬수 있는 방법임을 확인할 수 있다.
첫 번째, 상질을 저하시키는 비점수차와 왜곡수차가 감소하는 설계가 이뤄져야 한다. 두 번째, 안경렌즈의 무게를 감소 시켜 착용의 부담을 줄이고, 편평한 곡률을 갖도록 미용적인 기능도 고려해야 한다. 현재 안경렌즈는 미용적인 기능을 많이 고려하여 좀 더 편평하고, 가볍게 만드는 설계가 이뤄지고 있다.
38%로 상측정점굴절력의 오차가 가장 크게 나타났으나 설계 공차의 범위를 만족한다. 비구면 (十) 렌즈에서 A, D사는 구면 렌즈보다 큰 오차율을 가졌고, B사는 더 적은 오차를 가짐을 확인하였다. B, D사의 비구면 렌즈는 설계 공차의 범위내의 오차를 가졌으며, A사는 공차의 범위를 넘어간 3.
157 mm 내의 비점수차를 가졌으며 왜곡수차는 2%가 약간 넘는 양을 가졌다. 비구면렌즈에서 D사는 구면렌즈보다 적은 0.07 mm 의 비점수차를 가졌고, A, B 사는 구면 렌즈보다 큰 비점수차가 나타났으며, 왜곡수차는 구면 렌즈보다는 약간 작은 1.9% 내로 나타났다. 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 비점수차와 왜곡수차를 Fig.
전면 비구면으로 설계한 안경렌즈는 현재 국내에서 시판되는 안경렌즈보다 적은 양의 비점수차와 왜곡수차를 가짐으로써 광학적 성능이 우수하고, Axial height와 가장자리 두께의 감소로 미용 상의 이점이 있음을 알 수 있었다.
측정한 구면 렌즈와 비구면 렌즈 모두 아주 작eDiopter 단위의 비점수차와 왜곡수차를 갖는 것을 확인하였다. 편의상 수차를 비교하기 위해 비점수차는 mm 단위로, 왜곡수차는 %로 환산해서 표시하였다.

후속연구

현재 국내에서 출시되고 있는 비구면 렌즈는 대부분 전면 비구면 렌즈이다. 전면 비구면 렌즈에 비하여 가격이 비싸지만 광학적 성능이 좀 더 우수한 후면 비구면 렌즈의 출시도 활성화되기를 기대한다.

참고문헌 (7)

Wen-Shing Sun, Chuen-Lin Tien, Ching-Cherng Sun, Ming-Wen Chang, and Horng Chang, "Ophthalmic lens design with the optimization of the aspherical coefficients", Optical Engineering, 39(4):978-988(2000).

상세보기
Robert E., Hopkins, "Military Standardization on Handbook, Optical Design", MIL-HDBK-141, Washington 25 D,C, USA, pp. 5.1-5.37(1962).
Ron Rabbetts, "Back vertex power measurement tolerances for spectacle lenses", Optician, pp. 25(2010).
Jason Lane, "Tutorial on ISO 10110 Optical Drawing Standard OPTI 521- Intro to Opto-Mechanical Engineering" (2009).
"Quantitative Standards for Spectacle Lenses", Victorian College of Optometry(1988).
Antonin Miks, Jiri Novak, and Pavel Novak, "Third-order design of aspheric spectacle lenses", Opt. Int. J. Light EIectron. Opt., 121(23):2097-2104(2010).

상세보기
Shen Weimin, and Xue Mingqiu, "Aberration Analysis and Optical Design of Aspheric Spectacle Lens", Acta Optica Sinica, 22(6):743-748(2002).

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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