[논문]볼록 검안렌즈의 MTF 성능 분석 및 이론적 해석에 대한 연구

방현진; 이종웅; 손병호; 안교훈; 최은정

doi:10.3807/kjop.2013.24.5.217

볼록 검안렌즈의 MTF 성능 분석 및 이론적 해석에 대한 연구
A Study on Assessment of MTF Performance and Theoretical Analysis of Convex Trial Lenses 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.24 no.5, 2013년, pp.217 - 223

방현진 (청주대학교 레이저광정보공학과) , 이종웅 (청주대학교 레이저광정보공학과) , 손병호 (건양대학교 안경광학과) , 안교훈 (건양대학교 안경광학과) , 최은정 (건양대학교 안경광학과)

초록
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10 diopter에서 20 diopter까지의 양볼록 검안렌즈에 대한 백색광 MTF(Modulation Transter Function)를 각주파수와 시력으로 나타낸 후, 이들을 각각 AIM(Aerial Image Modulation) curve와 비교하였다. 축상시야에서 평가된 양볼록 검안렌즈 모두 시력 2.0까지는 란돌트 링을 분해할 수 있는 MTF를 가지고 있었다. 하지만 반시야각 $5.0^{\circ}$인 비축시야에서는 10 diopter의 검안렌즈는 시력 0.9, 20 diopter의 검안렌즈는 0.8까지 란돌트 링을 분해할 수 있는 것으로 평가되어 시력을 1.0까지 측정하기에는 충분한 해상력을 가지지 못한 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

White light MTF(Modulation Transter Function)s of biconvex trial lenses from 10 to 20 diopter (D) were represented as a function of angular frequency and visual acuity, and then they were compared with AIM(Aerial Image Modulation) curves. All of the biconvex trial lenses evaluated in on-axis mode had MTF performance that could resolve Landolt's ring up to visual acuity 2.0. However, in a half field angle of five degrees, the trial lens of 10 diopters was able to resolve Landolt's ring up to visual acuity 0.9, and that of 20 diopter only up to visual acuity 0.8. This means that the trial lenses in the case of a half field angle of five degrees do not have sufficient resolution to measure visual acuity by 1.0.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내에서 제작되고 있는 양볼록 검안렌즈의 백색광 MTF를 계산하고, AIM(aerial image modulation) curve와 비교하여 특정한 시력(visual acuity, VA)에서 충분한 해상력을 가지는지 평가하였다. 백색광 MTF의 계산에서는 Code V^[6]가 이용되었다.

가설 설정

한국산업규격에 의하면 시력 측정을 위해 방문하는 안경원의 조도는 300 lx~600 lx 로 명시되어 있다.(KSA 3011)^[11] 따라서 본 연구의 MTF 계산에서는 입사동의 직경을 일반적인 실내의 조명 밝기(500 lx) 에서 시력검사를 하는 것으로 가정하여 5 mm로 하였다.^[12]
백색광 MTF의 계산에서는 Code V^[6]가 이용되었다. 입사동의 직경은 밝은 곳에서 시력검사를 하는 것으로 가정하여 5 mm로 하였으며, 정점간의 거리를 고려하여 검안렌즈의 12 mm 뒤에 조리개(눈동자)가 있는 것으로 하였다. 파장에 대한 가중치는 사람 눈의 비시 감도를 고려하여 부여하였고,^[7]상면은 중심시야에서 rms wavefront error가 최소인 지점으로 설정하였다.

제안 방법

본 연구에서 제시한 그림 4의 AIM curve는 가시광 영역에서 특정 공간주파수에 대한 정상적인 눈의 최소 MTF 값을 의미한다.^{[9, 15, 16]} 사람 눈에 대한 시력측정은 검안렌즈를 사용하여 시력을 1.0으로 교정한 상태에서 이루어지기 때문에 정상안을 기준으로 한 AIM curve를 이용하였다.
공간주파수와 시력의 환산은 시험렌즈 5 m 전방에 있는 시력 검사용 란돌트 링(Landolt’s ring)이 검안렌즈의 최적상면에 결상할 때를 기준으로 하였으며, 반시야각 0°, 3.5°, 5.0°에서의 tangential MTF와 radial MTF와 AIM curve를 비교하였다.
반시야각 0°, 3.5°, 5.0°에서의 tangential MTF와 radial MTF 그리고 AIM curve가 나타나 있으며, 시험렌즈의 MTF와 AIM curve 의 교점을 기준으로 해상력을 계산하였다.
본 연구의 앞 절에서 계산된 검안렌즈의 제원과 공간주파수를 바탕으로 Code V^[6]를 이용하여 검안렌즈의 MTF 계산을 수행하였다. 양볼록 검안렌즈의 굴절능은 10 ~ 20 diopter 까지 2 diopter씩 증가시키면서 총 6가지의 경우에 대하여 MTF를 계산하였다.
를 이용하여 검안렌즈의 MTF 계산을 수행하였다. 양볼록 검안렌즈의 굴절능은 10 ~ 20 diopter 까지 2 diopter씩 증가시키면서 총 6가지의 경우에 대하여 MTF를 계산하였다. 그림 5에는 반시야각 0°, 3.
정점간의 거리는 각막정점에서 안경렌즈의 상측정점까지의 거리이며, 동양인의 경우에는 12 mm이다. 이 거리가 유지되어야 검안렌즈의 정확한 교정효과를 낼 수 있기 때문에 정점간의 거리를 고려하여 검안렌즈의 12 mm뒤에 조리개가 있는 것으로 하였다. ^[13]
지금까지의 검안렌즈의 평가는 굴절능과 광학적 허용오차만을 기준으로 이루어져 왔으며, 검안렌즈의 해상력에 대한 광학적 성능평가는 이루어지고 있지 않다. 이 연구에서는 양볼록 검안렌즈의 제원을 이용하여 시력을 공간주파수와 각주파수로 환산 하여 백색광 MTF를 계산하고, 이를 AIM curve와 비교하여 검안렌즈 자체의 해상력에 대한 광학적 성능 평가를 수행하였다.
파장에 대한 가중치는 파장별 시감도의 상대적 크기를 비로 나타낸 비시감도와 균일한 조명에서의 환경을 고려하여 부여하였으며,^[14]상면은 중심시야에서 rms wavefront error가 최소인 지점으로 설정하여 시력 검사용 란돌트 링이 검안렌즈의 최적상면에 결상하도록 하였다.

대상 데이터

측정된 곡률반경은 제작과 검사과정의 오차를 포함하고 있으므로 검안렌즈의 해상력 평가에서는 이론적으로 계산된 곡률반경을 사용하여 계산된 MTF를 AIM curve와 비교하였다. 양볼록 검안렌즈의 광학소재는 Schott사의 N-BK7이고 e-선을 기준파장으로 사용하였다.

데이터처리

0°에서의 tangential MTF와 radial MTF 그리고 AIM curve가 나타나 있으며, 양볼록 검안렌즈의 광학적 측면에서의 해상력을 보여주고 있다. Code V^[6]를 이용하여 공간주파수에 대한 기준으로 계산된 MTF를 각주파수에 대한 기준으로 변환하여 MTF를 나타내었으며, 이를 AIM curve와 비교하였다. AIM curve를 계산하는 방법은 시험렌즈의 각주파수를 그림 4에 나타낸 정상안의 AIM curve에 대해 목측을 이용하여 각각의 각주파수에 대한 시각별 AIM data를 얻어낸 뒤, 스플라인(spline) 보간법을 사용하여 중간값을 계산하였다.
127 diopter 였으며, 측정된 곡률반경을 사용한 경우와 계산된 곡률반경을 사용한 경우의 파면수차와 MTF를 Code V^[6]로 계산하여 비교한 결과 거의 차이가 없었다. 측정된 곡률반경은 제작과 검사과정의 오차를 포함하고 있으므로 검안렌즈의 해상력 평가에서는 이론적으로 계산된 곡률반경을 사용하여 계산된 MTF를 AIM curve와 비교하였다. 양볼록 검안렌즈의 광학소재는 Schott사의 N-BK7이고 e-선을 기준파장으로 사용하였다.

이론/모형

Code V^[6]를 이용하여 공간주파수에 대한 기준으로 계산된 MTF를 각주파수에 대한 기준으로 변환하여 MTF를 나타내었으며, 이를 AIM curve와 비교하였다. AIM curve를 계산하는 방법은 시험렌즈의 각주파수를 그림 4에 나타낸 정상안의 AIM curve에 대해 목측을 이용하여 각각의 각주파수에 대한 시각별 AIM data를 얻어낸 뒤, 스플라인(spline) 보간법을 사용하여 중간값을 계산하였다. 6개의 시험렌즈 모두 축상시야 MTF가 비축시야 MTF보다 광학적 성능이 우수한 것을 확인하였으며, 시험렌즈의 굴절능이 증가할수록 광학적 성능이 저하되는 것을 알 수 있었다.

성능/효과

AIM curve를 계산하는 방법은 시험렌즈의 각주파수를 그림 4에 나타낸 정상안의 AIM curve에 대해 목측을 이용하여 각각의 각주파수에 대한 시각별 AIM data를 얻어낸 뒤, 스플라인(spline) 보간법을 사용하여 중간값을 계산하였다. 6개의 시험렌즈 모두 축상시야 MTF가 비축시야 MTF보다 광학적 성능이 우수한 것을 확인하였으며, 시험렌즈의 굴절능이 증가할수록 광학적 성능이 저하되는 것을 알 수 있었다. 반시야각 3.
반시야각 3.5° 와 5.0° 의 경우, radial MTF가 tangential MTF 보다 더 높은 값으로 계산되었으며, 반시야각 5.0°의 tangential MTF가 가장 낮은 광학적 성능을 나타내는 것을 확인할 수있었다.
반시야각 3.5°와 5.0°의 tangential MTF는 radial MTF보다 분해능이 떨어지고, 반시야각 5.0°의 tangential MTF는 6개의 시험렌즈에서 가장 낮은 분해능을 가지고 있음을 확인하였다.
반시야각 5.0°의 tangential MTF는 모든 굴절능에 대해서 가장 낮은 분해능을 나타내고 있으며, 굴절능이 10 diopter인 경우는 시력 0.9, 20 diopter인 경우는 0.8까지 란돌트 링을 분해할 수 있는 것으로 확인하였다.
반시야각 5.0°의 tangential MTF에서 굴절능이 10 diopter인 경우는 시력 0.9, 20 diopter인 경우는 시력 0.8까지 란돌트 링을 분해할 수 있음을 확인하였다.
축상시야에 대한 검안렌즈의 광학적 성능 평가를 통해 시력 2.0의 교정시력을 가지는 원시안에 대하여 시력검사가 충분히 이루어질 수 있음을 확인하였다. 하지만 비축시야를 고려한 검안렌즈의 광학적 평가에서는 반시야각 5.
축상시야에서는 10 ~ 20 diopter 까지 시력 2.0에서 란돌트 링을 분해할 수있으며, 반시야각 3.5° 와 5.0°에서는 tangential MTF가 radial MTF 보다 분해능이 떨어지는 것을 확인하였다.
축상시야에서는 10 ~ 20 diopter까지 시력 2.0에서 란돌트 링을 분해할 수 있는 것으로 확인하였으며, 비축시야에서는 시험렌즈의 굴절능이 증가할수록 란돌트 링을 분해할 수 있는 시력이 감소하는 것을 알 수 있었다. 반시야각 3.
하지만 비축시야를 고려한 검안렌즈의 광학적 평가에서는 반시야각 5.0°인 경우, 시력 1.0의 교정시력에서 검안렌즈를 이용한 시력검사가 이루어질 수 없음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	축상시야에 대한 검안렌즈의 광학적 성능 평가를 통해 알아낸 시력검사가 이루어질 수 없는 경우는?	0의 교정시력을 가지는 원시안에 대하여 시력검사가 충분히 이루어질 수 있음을 확인하였다. 하지만 비축시야를 고려한 검안렌즈의 광학적 평가에서는 반시야각 5.0°인 경우, 시력 1.0의 교정시력에서 검안렌즈를 이용한 시력검사가 이루어질 수 없음을 확인하였다. 비축시야에 대한 검안렌즈의 광학적 성능 평가의 기준이 확립되어야 할 것으로 생각되며, 광학적 성능 향상을 위한 검안렌즈의 설계보완이 필요함을알 수 있다.
	검안렌즈란?	[2, 3] 하지만 검안 렌즈에 대한 국제규격(ISO 9801)[4]은 굴절능에 대한 허용오차만을 규정하고 있을 뿐 렌즈자체의 광학적 성능평가에 대한 기준은 확립되어 있지 않은 상태이다. 검안렌즈는 굴절능만 가지는 단순한 구조의 광학계이지만 자각식 굴절검사를 실시하거나 처방도수를 최종적으로 확인하기 위해 사용되는 중요한 광학계이다. [5] 따라서 검안렌즈는 현재 규정된 안광학적 허용오차 및 굴절능뿐만 아니라 MTF측정을 통한 렌즈의 광학적 성능평가도 고려되어져야 할 것으로 여겨지고 있다.
	광학계의 최종적인 성능평가로 주로 사용되는 방법은?	8%로 증가하여 인구의 2명중 1명은 안경을 사용하는 것으로 나타났으며, [1] 안경렌즈의 품질과 시력측정용 검안렌즈 (trial lens)에 대한 성능을 체계적으로 관리하기 위하여 객관적인 성능평가의 필요성이 증대되고 있다. 현재 광학계의 최종적인 성능평가에는 광학계의 공간분해능을 나타내는 MTF (modulation transfer function)를 측정하는 방법이 많이 사용 되고 있다. 일반적인 광학설계에서는 광학계의 수차와 MTF 를 확인하는 것은 중요한 설계기준이 된다.

참고문헌 (16)

S. H. Kim, "Guideline for test methods of uncut finished spectacle lenses," National Institute of Food and Drug Safety Evaluation (2011).
J. U. Lee and K. H. Hong, "Development of numerical calculation software for OTF from lens design data," Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 4, 381-389 (1993).
K. W. Park and J. U. Lee, "A study for stray light distribution of mobile phone camera consisting of two aspheric lenses," Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 20, 6-15 (2009).

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ISO 9801, "Ophthalmic instruments-trial case lenses," International Organization for Standardization, Geneva (1997).
S. Y. Park and B. Y. Mun, "Research on the actual state of domestic trial lens," Korean J. Vis. Sci. 9, 401-412 (2007).
Code-V Reference Manual, Optical Research Associates, Vol. 1, Chapter 7.
S. J. Williamson and H. Z. Cummins, Light and Color in Nature and Art, 1st ed. (John Wiley & Sons Ltd., New York, USA, 1983), p. 173.
S. K. Oh, J. U. Lee, W. G. Kwon, and K. H. Hong, "Three-spherical-mirror system corrected for three kinds of third order aberrations," Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 6, 93-100 (1995).
S. K. Kim and S. C. Park, "Prediction of visual performance using contrast sensitivity function and modulation transfer function," Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 15, 461-468 (2004).

원문보기 상세보기
S. H. Han, B. H. Kim, J. H. Yoon, S. E. Lee, S. M. Park, J. H. Jeong, and E. J. Kim, "Change in the eyes' refractive power and pupil's size following intensity of illumination using auto ref-keratometer," Korean J. Vis. Sci. 15, 1-7 (2013).
KSA 3011, "Recommended levels of illumination," Korean Industrial Standards (2008).
B. U. Ko, W. Y. Ryu, and W. C. Park, "Pupil size in the normal korean population according to age and illuminance," J. Korean Ophthalmol. Soc. 52, 401-406 (2011).

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P. J. Sung, Optometry, 8th ed. (Daihak Pub. Co., Seoul, Korea, 2013), p. 71.
Y. G. Kim and H. J. Park, "Research on optimizing luminosity factor through color filter Y1-X GX, Y1-X PX," J. Korean Oph. Opt. Soc. 14, 47-56 (2009).
W. J. Smith, Modern Optical Engineering, 4th ed. (McGraw Hill, New York, USA, 2008), Chapter 15.
W. Wei, W. Zhao-Qi, W. Yan, Z. Tong, and Z. Kan-Xing, "Measurements of AIM for visible wavelength based on individual eye model," Chin. Phys. Lett. 23, 3263-3266 (2006).

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저자의 다른 논문 :

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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