[논문]청색광 차단렌즈에서 미광이 상의 질에 미치는 영향

육주성; 양석준; 김용권; 최은정

doi:10.5762/kais.2016.17.5.612

청색광 차단렌즈에서 미광이 상의 질에 미치는 영향
Effects of Stray Light in Blue-light Blocking Lens on the Quality of Image 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.5, 2016년, pp.612 - 618

육주성 (건양대학교 안경광학과) , 양석준 (건양대학교 안경광학과) , 김용권 (건양대학교 방사선학과) , 최은정 (건양대학교 안경광학과)

초록
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본 연구의 목적은 청색광 차단 렌즈에서 발생하는 미광이 상의 질에 미치는 영향에 대하여 알아보는 것이다. 이상적인 안경 렌즈, 내부 반사가 없는 무반사 안경 렌즈, 내부 반사가 있는 무반사 안경 렌즈, 그리고 내부 반사가 있는 청색광 차단 렌즈를 설계하고 광도 분포 및 미광 분포를 도출하였다. 설계된 안경 렌즈는 굴절능 0.00 D, 굴절률 1.56, 반지름 155.16 mm 인 메니스커스 렌즈이다. 청색광 차단 렌즈의 피크는 430~440 nm 영역 사이에 있으며, 반사율은 5%, 10%, 15%, 20%이 되도록 설계하였다. 분석 결과에 따르면 청색광 차단 렌즈의 반사율이 증가함에 따라 중심부의 광도의 세기는 감소하고 중심-주변부와 주변부의 미광의 세기는 증가하였다. 이러한 현상은 청색광 차단 렌즈의 반사율이 증가할수록 심화되는 것으로 나타났다. 청색광 차단 렌즈의 반사율 증가는 중심-주변부 및 주변부의 미광을 증가시켜 상의 질을 떨어뜨리므로 청색광 차단 렌즈에서의 반사율은 청색광 차단율 및 시감 투과율을 고려하여 시각적으로 불편함이 없는 수준에서 조절할 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study is to investigate the effects of stray light originating from the blue-light blocking lens on the quality of the image. After designing the ideal spectacle lens, anti-reflection spectacle lens without internal reflection, anti-reflection spectacle lens with internal reflection, and blue-light blocking lens with internal reflection, the light intensity distribution and stray light distribution were derived. The designed spectacle lenses are meniscus lenses with a refractive power of 0.00 D, refractive index of 1.56, and a radius of 155.15 mm. The peaks of reflectance of the 4 types of blue-light blocking lenses are in the range between 430 nm and 440 nm, and their reflectances are 5%, 10%, 15%, and 20%, respectively. According to the analysis results, as the reflectance of the blue-light blocking lens increases, the light intensity in the center of the lens decreases and the intensity of the stray light in the center-periphery and periphery of the lens increases. This trend appeared to intensify with increasing reflectance of the blue-light blocking lenses. Because the increase in the reflectance of the blue-light blocking lens degrades the quality of the image by increasing the intensity of the stray light in the center-periphery and periphery of the lens, its reflectance needs to be adjusted by varying the blue-light blocking ratio and the luminous transmittance, in order to diminish the level of visual discomfort.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 미광분석 기술을 미광으로 인한 잡음광이 많이 발생하는 것으로 알려진 청색광 차단렌즈에 적용하여 미광이 상의 질에 어떠한 방식으로 영향을 미치는지 알아보고 이를 바탕으로 청색광 차단렌즈 개발에 도움이 될 수 있는 방안을 모색하였다.
본 연구의 목적은 최근 청색광의 위험으로부터 눈을 보호할 목적으로 개발된 청색광 차단렌즈에서 발생되는 미광을 분석하고, 이 미광이 상의 질에 어떠한 방식으로 영향을 미치는지를 알아보는데 있다. 이를 위하여 광학 박막용 소프트웨어인 Essential Macleod(Thin Film Center, USA)와 조명광학계 설계분석용 소프트웨어인 LightTools(Synopsys, USA)를 이용하였다.

제안 방법

광 분석의 기준축은 안경렌즈 후면 정점과 각막 전면 정점을 잇는 광축을 기준(0°)으로 하였다.
본 연구에서는 청색광 차단렌즈에서 발생하는 미광에 대한 분석을 위하여 실제 청색광 차단렌즈를 대표하는 렌즈로서 내부반사가 있는, 그리고 다양한 반사율의 구현을 위한 4종의 반사율을 갖는 청색광 반사코팅 안경렌즈를 설계하였다(Case IV). 그리고 대응하는 비교 광학계로서 이상적인 안경렌즈(Case I), 내부반사가 없는 무반사 안경렌즈(Case II), 내부반사가 있는 무반사 안경렌즈(Case III)를 설계하였다. 이에 대한 광분석 결과를 Fig.
그리고 이 기준축으로부터 벗어난 각도를 Θ 라 하고, -45°≤Θ ≤45° 범위에 걸쳐 광분석을 하였고, Θ =0°, Θ =15°, Θ =30°를 각각 중심부(center), 중심-주변부(center-periphery), 주변부(periphery)라 명명하였다.
Case II는 내부반사가 없는 즉, 미광이 없는 무반사 안경렌즈에 해당한다. 내부반사가 있는 무반사 안경렌즈 와의 광도분포 비교를 위해 설정하였다.
미광분석을 위해서는 우선 미광분석을 위한 모델이 요구되는데 본 연구에서는 내부반사에 의한 산란을 중심으로 아래의 4가지 광학계에 대한 광도분포 및 미광분포를 통해 광분석을 수행하였다.
본 연구에서는 청색광 차단렌즈에서 발생하는 미광에 대한 분석을 위하여 실제 청색광 차단렌즈를 대표하는 렌즈로서 내부반사가 있는, 그리고 다양한 반사율의 구현을 위한 4종의 반사율을 갖는 청색광 반사코팅 안경렌즈를 설계하였다(Case IV). 그리고 대응하는 비교 광학계로서 이상적인 안경렌즈(Case I), 내부반사가 없는 무반사 안경렌즈(Case II), 내부반사가 있는 무반사 안경렌즈(Case III)를 설계하였다.
Case I은 투과율이 100%인 미광이 없는 이상적인 안경렌즈에 해당한다. 이상적인 안경렌즈의 광도분포와 내부반사가 없는 무반사 안경렌즈와의 광도분포 비교를 위하여 설정하였다.
이제 Case III와 Case IV의 미광분포 분석으로 청색광 반사코팅의 미광으로 인한 상의 질 변화를 고찰하도록 한다. Case III와 Case IV의 중심, 중심-주변부, 주변부의 미광의 세기를 표 1에 나타내었다.
설계에 사용한 코팅물질은 SiO₂와 TiO₂이고 반사코팅의 피크는 청색광 위험도가 가장 높은 435∼440 nm 사이에 있도록 하였다. 청색광 반사코팅의 반사율은 최대 피크를 나타내는 파장 에서 약 5%, 10%, 15%, 20%가 되도록 하였다.
청색광 차단을 위한 반사코팅은 박막설계용 소프트웨어인 Essential Macleod로 설계하였다. 설계에 사용한 코팅물질은 SiO₂와 TiO₂이고 반사코팅의 피크는 청색광 위험도가 가장 높은 435∼440 nm 사이에 있도록 하였다.

대상 데이터

광도분석 및 미광분석을 위해 설계한 광학계는 실측을 바탕으로 한 굴절능 0.00 D, 굴절률 1.56, 전⋅후면 반지름 155.16 mm, 중심두께 2.0 mm인 메니스커스형 안경렌즈이다(Fig. 1).
설계에 사용한 코팅물질은 SiO2와 TiO2이고 반사코팅의 피크는 청색광 위험도가 가장 높은 435∼440 nm 사이에 있도록 하였다.

이론/모형

본 연구의 목적은 최근 청색광의 위험으로부터 눈을 보호할 목적으로 개발된 청색광 차단렌즈에서 발생되는 미광을 분석하고, 이 미광이 상의 질에 어떠한 방식으로 영향을 미치는지를 알아보는데 있다. 이를 위하여 광학 박막용 소프트웨어인 Essential Macleod(Thin Film Center, USA)와 조명광학계 설계분석용 소프트웨어인 LightTools(Synopsys, USA)를 이용하였다.

성능/효과

결과에 따르면 청색광 반사코팅의 반사율이 증가할수록 중심부(0°) 근처에서는 미광이 감소하는 것으로 나타난 반면, 중심-주변부(15°) 및 주변부(30°)에서는 미광이 증가한다.
0% 정도 감소한 것이다. 결과적으로 청색광 반사코팅의 청색광 반사율 증가는 중심부 투과율 감소를 유발시키고 있음을 확인할 수 있다.
결국, 청색광 차단렌즈에서 상의 질은 청색광 반사코팅으로 인한 중심부에서의 광도 감소와 주변부에서의 미광 증가에서 비롯되며 이러한 현상은 청색광 반사코팅의 반사율이 증가할수록 심화된다고 결론지을 수 있다.
중심부에서의 광도 감소는 청색광 반사코팅에 의한 빛의 반사로 인한 손실에 기인한 것이고, 주변부에서의 광도의 증가는 미광에 의한 것임을 알 수 있다. 결국, 청색광 차단렌즈에서의 상의 질 저하는 청색광 반사코팅에 의한 중심에서의 광도 감소와 내부반사에 의한 주변부에서의 광도 증가에 기인하는 방식으로 유발된다고 결론지을 수 있다.
이러한 미광분석 결과에 따르면 미광은 중심부에서의 미광은 다소 감소하고 중심-주변부와 주변부에서의 미광은 크게 증가하는 방식으로 상의 질 저하를 유발하고 있음을 알 수 있다. 그리고 이러한 현상은 청색광 반사코팅의 반사율이 증가할수록 더 심해진다.

후속연구

따라서 청색광 차단렌즈에서의 청색광 반사코팅의 반사율 설계 시에는 청색광 반사코팅의 반사율이 증가할수록 상의 질이 저하되므로 청색광 차단렌즈의 성능을 좌우하는 성능지표인 청색광 차단율, 시감투과율, 청색광 위험 등을 종합적으로 고려하여 시각적으로 불편이 없는 수준에서 적절히 조절할 필요가 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	청색광은 무엇인가?	435～440 nm를 중심으로 한 일정 대역의 단파장 가시광선은 푸른 빛을 띠기 때문에 청색광(blue light)이라 하는데[1], 광생물학적 노출한계를 넘어서면 망막에 광화학적 손상을 일으켜 시력을 저하시키고 심하면 실명에도 이르게 하며[2], 노인성 연령관련 황반변성을 가속시킬 수 있는 것으로도 알려져 있다[3,4].
	Essential Macleod는 어디에 주로 쓰이는 소프트웨어인가?	Essential Macleod는 안경렌즈에서 뿐만 아니라 광학 산업 및 연구소에서도 널리 사용되는 박막설계용 소프트웨어이다. LightTools는 실내·외 조명, 자동차 전조등을 비롯하여 거의 모든 광원의 설계는 물론, 3D 모델링을 기반으로 한 공간적 광분석[17]과 더불어 미광분석도 가능한 소프트웨어이다.
	청색광 차단렌즈은 어떤 문제점이 있는가?	현재 시중에는 LED 광원에서 방출되는 청색광의 일부를 차단시켜주는 것으로 알려진 청색광 차단렌즈 (blue-light blocking lens)라 불리는 안경렌즈가 유통되고 있다[1,10,12]. 그런데 이 렌즈에서는 난시[13]에서와는 다른 미광(stray light)[14]으로 인한 흐리고 번지는 반사상이 발생된다는 문제점이 있다. 미광은 정상광(normal light)의 경로에서 벗어나 결상면에 입사되는 불필요한 잡음광(noise light)으로서 정상적인 상의 결상을 방해하여 상의 질을 저하시킨다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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