Ⅰ. 서 론
야간 운전은 주간보다 낮은 휘도에서 이루어지며, 실제 도로의 시환경은 완전한 암소시(scotopic vision)보다 간체세포와 추체세포가 함께 관여하는 박명시(mesopic vision) 환경에 가깝다. 박명시에서는 광량 감소와 시각계의 적응 변화로 시력, 대비감도 및 색 인지와 같은 시기능이 저하될 수 있으며, 이러한 변화는 야간 도로에서 보행자, 표지판 및 장애물의 탐지를 어렵게 한다.1,2)
야간 운전에서 대표적인 시각적 방해 요인 중 하나는 맞은편 차량의 헤드램프와 도로조명에 의한 눈부심(glare)이다. 특히 불능 눈부심(disability glare)은 안구 내 산란에 의해 미광(straylight)이 형성되고 망막상의 대비가 감소함으로써 시기능이 저하되는 현상으로 설명된다.3) 자동차 전조등은 할로겐에서 HID(high-intensity discharge), LED(light-emitting diode) 등으로 다양화되었으며, 광원별 휘도와 분광분포가 서로 달라 야간 시환경에서 유발되는 시각적 불편과 시각 성능에 미치는 영향도 달라질 수 있다.4,5)
야간의 눈부심과 시각적 불편을 줄이기 위해 황색 또는 오렌지색 계열의 착색필터가 오래전부터 사용되어 왔으며, 단파장 영역을 선택적으로 감소시키는 필터가 산란광을 줄이고 영상의 대비를 개선할 가능성이 제시되어 왔고,6,7) 국내에서도 황색필터의 효과와 굴절이상 교정이 야간 시기능에 미치는 영향을 비교한 연구가 보고되었다.8) 그러나 이러한 이론적 근거에도 불구하고, 황색계 필터가 실제 야간 운전 환경에서 눈부심과 시각 성능에 미치는 영향은 측정 조건에 따라 서로 다르게 보고되어 왔다.
야간 운전 시뮬레이터를 이용한 연구에서는 황색렌즈가 보행자 탐지를 개선하거나 헤드램프 눈부심의 영향을 감소시키지 못한 반면, 최근 실제 하향등(low-beam) 헤드램프 조건을 이용한 연구에서는 일부 눈부심 조건에서 제한적인 이점이 관찰되었으나 전반적인 대비감도는 감소하였다.9,10) 착색필터 관련 문헌 고찰에서도 필터의 시각적 효과는 대상자와 측정 조건에 따라 달라질 수 있어 객관적인 평가의 필요성이 제시되었다.11)
최근 운전 및 눈부심 완화를 목적으로 판매되는 안경렌즈는 착색뿐 아니라 코팅, 렌즈 소재 자체의 흡수 특성, 또는 이들의 복합 방식을 이용하여 서로 다른 분광 특성을 나타낸다. 실제 운전용 안경렌즈를 대상으로 한 연구에서도 착색, 코팅 및 소재 첨가 방식에 따라 가시광선 및 단파장 영역의 분광 투과 특성이 서로 다르게 나타나는 것으로 보고되었고,12) 국내 시판 청색광 차단렌즈의 분광투과율과 시감투과율을 국제표준에 따라 평가한 연구에서도 제조 방식에 따른 광학적 차이가 확인되었다.13) 이러한 차이는 특정 파장의 차단 정도만이 아니라 야간에 필요한 전체 광량과 교통신호색 인지에 영향을 줄 수 있으므로, 야간 운전용 렌즈는 분광 투과 특성과 시감투과율을 함께 평가할 필요가 있다.
ISO 8980-3:2022는 안경렌즈의 투과 특성에 관한 요구사항을 제시하고 있으며, 운전 및 도로 사용을 위한 렌즈에 대해 가시광선 영역의 최소 분광투과율, 박명 및 야간 사용을 위한 시감투과율, 교통신호등 인지와 관련된 상대시감감쇠계수(relative visual attenuation coefficient for incandescent traffic signal light detection)를 규정하고 있다.14) 한편 현재 국내에서 야간 운전 및 눈부심 완화를 표방하며 유통되는 안경렌즈에는 다양한 차단 방식이 적용되고 있으나, 이러한 제품들을 동일한 조건에서 분광투과율, 분광반사율, 시감 특성 및 색도 특성까지 비교하고 야간 운전 관련 광학적 요구사항을 함께 평가한 연구는 상대적으로 제한적이다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 야간 시환경, 운전 및 눈부심 또는 빛 번짐과 관련된 시각적 불편 완화를 목적으로 판매되고 있는 안경렌즈를 대상으로 분광투과율과 분광반사율을 측정하고, 시감투과율(luminous transmittance, ), 시감반사율(luminous reflectance, ) 및 CIE a*, b* 색도 특성을 분석하고자 하였다. 또한 각 렌즈의 필터 범주를 확인하고, ISO 8980-3:2022에 제시된 박명 및 야간 운전 관련 시감투과율, 475~650 nm 영역의 분광투과율 및 교통신호등에 대한 상대시감감쇠계수를 평가하여, 국내 유통 야간 운전 및 눈부심 완화용 안경렌즈의 객관적인 광학 특성과 관련 기준 충족 여부에 대한 기초 자료를 제시하고자 하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 연구 대상 안경렌즈의 선정 및 분류
본 연구에서는 국내에서 유통되고 있는 안경렌즈 중 야간 시환경 및 운전 환경에서의 시각적 불편 완화를 목적으로 판매되는 제품을 연구 대상으로 선정하였다. 연구 대상의 선정은 제조사 또는 국내 공식 유통사에서 제공하는 제품 카탈로그, 기술자료, 제품 포장 또는 렌즈 봉투에 기재된 정보를 기준으로 하였다.
연구 대상 제품군의 선정 기준은 사전에 세 가지 항목으로 정의하였다. 첫째, ‘야간’, ‘밤’, ‘night’, ‘nighttime’ 등 야간 시환경 또는 야간 사용과 관련된 표현, 둘째, ‘운전’, ‘드라이빙’, ‘driver’, ‘driving’ 등 운전 환경 또는 운전자 사용과 관련된 표현, 셋째, ‘눈부심’, ‘빛 번짐’, ‘glare’ 등 강한 광원에 의한 시각적 불편의 완화와 관련된 표현이 제조사 또는 공식 유통사의 제품자료에 모두 포함된 제품군을 선정하였다. 제품자료에 제시된 대비감도 또는 선명도 향상, 자동차 헤드라이트 대응, 청색광 또는 고에너지 가시광선(high-energy visible light, HEV) 차단 등의 표현은 제품의 부가적인 기능 또는 광학적 작용에 관한 설명으로 간주하였으며, 연구 대상 선정의 독립적인 기준으로 사용하지 않았다.
한 브랜드의 선정된 제품군 내에서 차단 정도, 색상 또는 제품 사양이 서로 다른 복수의 제품이 시판되는 경우에는 각 제품을 별도의 시험 대상으로 선정하였다. 이에 따라 국내 브랜드 4개와 해외 브랜드 5개를 포함한 총 9개 브랜드의 13종 안경렌즈를 최종 연구 대상으로 선정하였다(Table 1). 모든 시험렌즈는 굴절률 1.60, 굴절력 0.00 D로 선정하였으며, 중심 두께는 1.86~2.12 mm 범위였다. 브랜드 및 제품에 따른 직접적인 상업적 비교를 최소화하기 위하여 브랜드는 A부터 I까지의 코드로 표기하고, 각 렌즈에는 해당 브랜드 코드와 숫자를 조합한 제품 코드를 부여하였다.
시험렌즈의 광학적 필터링 방식은 분광측정 결과와 독립적으로 제조사 또는 국내 공식 유통사가 제공한 제품 카탈로그, 기술자료 및 제품 설명에서 확인 가능한 광학적 기술정보를 종합하여 코팅형(coating), 소재 첨가형(in-mass), 코팅 및 소재 첨가 복합형(coating + in-mass), 착색형(tinted)의 네 가지 유형으로 분류하였다. 본 연구에서 코팅형은 렌즈 표면의 코팅을 이용하는 방식, 소재 첨가형은 광학적 차단 성분이 렌즈 소재에 포함된 방식, 코팅 및 소재 첨가 복합형은 두 방식을 함께 적용한 경우, 착색형은 제조된 렌즈에 후가공으로 착색을 적용한 방식으로 구분하였다. 공급 형태는 사전에 제작되어 재고로 공급되는 렌즈를 재고형(stock), 처방에 따라 주문 제작되는 렌즈를 주문형(Rx)으로 구분하였다.
2. 분광투과율, 분광반사율 및 색도 측정
시험렌즈의 광학적 특성을 분석하기 위하여 UV-VIS 분광광도계(UV-2450, Shimadzu Corp., Kyoto, Japan)에 장착된 다목적 대형 시료실(MPC-2200, Shimadzu Corp., Kyoto, Japan)을 이용하여 분광투과율(spectral transmittance), 분광반사율(spectral reflectance) 및 색도를 측정하였다. 모든 측정에서 시험렌즈의 기하학적 중심부가 측정 광로의 중심에 위치하도록 장착하였으며, 분광투과율과 분광반사율은 380~780 nm의 파장 범위에서 5 nm 간격으로 측정하였다.
분광반사율은 다목적 대형 시료실의 적분구를 이용하여 8° 입사 조건의 상대 총반사율(relative total reflectance) 방식으로 측정하였으며, 측정된 분광반사율에는 정반사(specular reflection)와 확산반사(diffuse reflection) 성분이 모두 포함되었다. 백색 기준판을 이용하여 기준선 보정을 수행한 후 기준판을 제거하고 동일한 위치에 시험렌즈를 장착하였으며, 시험렌즈의 전면이 입사광을 향하도록 하였다.
제품별로 서로 다른 2개의 독립 렌즈 시료를 사용하였으며, 각 시료에 대해 동일한 조건에서 3회의 기술적 반복측정을 시행하였다. 각 시료의 3회 반복 측정값을 평균하여 시료별 대표 분광값을 산출하였으며, 두 독립 시료의 평균을 해당 제품의 대표 분광투과율과 분광반사율로 사용하였다. 시감투과율, 시감반사율, 색도값, 최소 분광투과율 및 상대시감감쇠계수는 각 시료별 대표 분광값으로부터 각각 산출하였으며, 두 독립 시료의 평균과 시료 간 표준편차를 제시하였다.
렌즈의 색 특성은 측정된 분광 자료를 바탕으로 CIE 표준광원 D65와 10° 표준관찰자 조건을 적용하여 CIE 1976 L*a*b* 표색계의 색좌표를 산출하였다.15-17) 본 연구에서는 렌즈의 색도 특성을 비교하기 위하여 a*와 b* 값을 사용하였다. a*의 양(+)의 값은 적색 방향, 음(-)의 값은 녹색 방향을 나타내며, b*의 양(+)의 값은 황색 방향, 음(-)의 값은 청색 방향을 나타낸다.
3. 시감투과율 및 시감반사율의 산출과 필터 범주 분류
시험렌즈의 가시광선 투과 및 반사 특성을 정량적으로 평가하기 위하여 시감투과율()과 시감반사율()을 산출하였다. 시감투과율과 시감반사율은 각각 식(1)과 식(2)에 따라 CIE 표준광원 D65의 상대분광분포와 명소시 분광시감효율 함수 를 이용하여 다음 식으로 계산하였다.14-16)
산출된 시감투과율에 따라 시험렌즈를 ISO 8980-3: 2022의 분류 기준에 근거하여 범주(category) 0에서 범주 4까지 구분하였다.14) 범주 0은 >80%, 범주 1은 43%<≤80%, 범주 2는 18%<≤43%, 범주 3은 8%<≤18%, 범주 4는 3%<≤8%로 분류하였다.
4. 야간 운전 관련 광학적 기준의 평가
시험렌즈의 박명 및 야간 운전 환경에서의 사용과관련된 광학적 특성을 평가하기 위하여 ISO 8980-3: 2022에 제시된 운전 및 도로 사용 관련 투과율 요구사항 중 본 연구의 측정 범위에 해당하는 세 가지 항목, 즉 시감투과율, 475~650 nm 영역의 분광투과율 및 교통신호등 인지를 위한 상대시감감쇠계수()를 평가하였다.14)
박명 및 야간 조건에서의 운전 및 도로 사용과 관련하여 시험렌즈의 시감투과율이 75% 이상인지 평가하였다. 또한 475~650 nm의 모든 파장에서 분광투과율 가 해당 렌즈 시감투과율의 20% 이상인지 평가하기 위하여, 각 시험렌즈의 해당 파장 범위에서 최소 분광투과율을 산출하고 식(3)의 기준과 비교하였다.
또한 렌즈 착용 시 교통신호등의 색 인지에 미치는 영향을 평가하기 위하여 적색, 황색, 녹색 및 청색 교통신호에 대한 상대시감감쇠계수 을 산출하였다. 은 식(4)와 같이 해당 교통신호광에 대한 렌즈의 시감투과율()을 CIE 표준광원 D65에 대한 시감투과율()로 나눈 값으로 정의하였으며, ISO 13666: 2019의 정의와 ISO 8980-3:2022에 제시된 교통신호 분광자료를 적용하였다.14,18)
적색(), 황색(), 녹색() 및 청색() 신호에 대하여 각각 0.80, 0.60, 0.60 및 0.40 이상인지 평가하였다. 최종적으로 시감투과율 75% 이상, 475~650 nm 전 파장에서의 분광투과율 조건, 네 종류의 교통신호등에 대한 상대시감감쇠계수 조건을 모두 충족한 경우에만 본 연구에서 설정한 야간 운전 관련 광학적 평가 기준을 충족한 것으로 판정하였다. 본 연구에서는 연구 대상 렌즈의 광학적 특성을 분석하여 제품별 대표값을 제시하고, 각 광학적 기준의 충족 여부를 비교하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 연구 대상 안경렌즈의 특성
본 연구에서는 사전에 설정한 선정 기준을 만족하는국내 유통 안경렌즈 중 국내 브랜드 4개와 해외 브랜드 5개, 총 9개 브랜드의 13종을 분석하였다(Table 1). 광학적 필터링 방식에 따라 코팅형(coating) 1종, 소재 첨가형(in-mass) 2종, 코팅 및 소재 첨가 복합형(coating + in-mass) 4종, 착색형(tinted) 6종으로 분류되었으며, 공급 형태는 재고형(stock) 6종과 주문형(Rx) 7종이었다.
연구 대상 제품들은 모두 야간 운전 및 눈부심 또는 빛 번짐과 관련된 시각적 불편 완화를 공통적으로 표방하고 있었으나, 실제 적용된 광학적 필터링 기술은 다양하였다. 이는 본 연구에서 조사한 야간 운전 및 눈부심 완화용 안경렌즈에 단순한 황색 착색필터뿐 아니라 코팅 방식, 소재 첨가 방식, 두 방식을 병용하는 복합 방식 및 착색 방식 등 다양한 광학적 필터링 기술이 적용되고 있음을 보여준다. 실제 운전용 안경렌즈를 대상으로 한 선행연구에서도 착색, 코팅 및 소재 방식에 따라 가시광선 및 단파장 영역의 투과 특성이 서로 다르게 나타나는 것으로 보고되었다.12)
2. 필터링 방식에 따른 분광투과율 및 분광반사율 특성
시험렌즈의 분광투과율과 분광반사율은 필터링 방식과 제품에 따라 서로 다른 양상을 나타냈다(Fig. 1, 2). 특히 시험렌즈에 따라 단파장 영역의 분광투과율 감소와 함께 분광반사율이 증가하거나, 분광반사율의 뚜렷한 증가 없이 분광투과율이 감소하는 등 서로 다른 양상이 나타났다. 또한 동일한 필터링 기술로 분류된 제품에서도 서로 다른 분광 설계가 나타나, 야간 운전 및 눈부심 완화라는 유사한 사용 목적이 반드시 동일한 광학적 구현방식을 의미하지는 않음을 보여주었다.
1) 코팅형
코팅형 A1은 약 400 nm 이후 분광투과율이 빠르게증가하였으며, 가시광선의 대부분 영역에서 매우 높은 분광투과율을 유지하였다(Fig. 1(a)). 이에 따라 A1의 시감투과율은 98.859%로 전체 시험렌즈 중 가장 높았다(Table 2).
반면 분광반사율에서는 가시광선 단파장 영역에서 전체 시험렌즈 중 가장 뚜렷한 선택적 반사 특성이 나타났으며, 파장이 증가함에 따라 분광반사율이 빠르게 감소하였다(Fig. 2(a)). 이러한 분광투과 및 분광반사 특성은 높은 시감투과율을 유지하면서 코팅에 의해 단파장 영역의 반사를 선택적으로 증가시키는 분광 설계와 부합하는 것으로 해석할 수 있다.
2) 소재 첨가형
소재 첨가형 B1과 C1은 서로 매우 유사한 분광투과율 패턴을 나타냈다(Fig. 1(b)). 두 렌즈 모두 약 415~420 nm 부근까지 낮은 분광투과율을 유지한 후 급격히 증가하였으며, 이후의 가시광선 영역에서는 비교적 높은 분광투과율을 유지하였다. 이러한 분광 투과 특성은 선행연구에서 보고된 소재 첨가형 청색광 차단렌즈의 특성과 유사한 경향을 보였으며, 소재 내부의 광흡수 특성을 이용하여 단파장 영역의 투과율을 선택적으로 감소시키는 소재 첨가형의 특성과 부합하는 것으로 해석된다.13,19) 이러한 선택적 단파장 감쇠에도 불구하고 시감투과율은 B1이 93.758%, C1이 92.604%로 높은 수준을 유지하였다(Table 2).
분광반사율에서도 B1과 C1은 전체적으로 유사한 곡선 형태를 보였으며, 약 510~530 nm 부근에서 완만한 분광반사율 증가가 나타났으나 전반적인 분광반사율 수준은 비교적 낮았다(Fig. 2(b)). 특히 Fig. 1에서 관찰된 단파장 분광투과율 감소에 비해 동일한 파장 영역에서 이에 상응하는 큰 분광반사율 증가는 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 B1과 C1에서 관찰된 단파장 분광투과율 감소가 표면반사의 증가보다는 소재 내부의 흡수 특성과 보다 관련되어 있을 가능성을 시사하며, 소재 첨가형의 특성과 일관된 양상으로 해석할 수 있다.
3) 코팅 및 소재 첨가 복합형
코팅 및 소재 첨가 복합형 D1, E1, F1 및 F2는 모두단파장 영역에서 낮은 분광투과율을 나타낸 후 가시광선 영역에서 높은 분광투과율을 유지하였고, 세부적인 분광 곡선은 두 가지 양상으로 구분되었다(Fig. 1(c)).
D1과 E1은 서로 매우 유사한 분광투과율 곡선을 나타냈으며, 단파장 영역의 분광투과율 감소와 함께 Fig. 2(c)에서 동일한 영역의 비교적 높은 분광반사율이 관찰되었다. 이는 소재 내부의 단파장 흡수와 코팅에 의한 선택적 반사가 함께 기여하는 복합적인 분광 조절 방식과 부합하는 결과로 해석된다.
반면 F1과 F2는 D1과 E1과는 다른 분광반사율 패턴을 보였다. 두 제품은 서로 매우 유사한 분광반사율 곡선을 나타냈으며, 약 455~475 nm의 청색 영역에서 분광반사율이 국소적으로 증가한 후 중간 파장 영역에서는 낮은 분광반사율을 유지하고, 약 650 nm 이후 장파장 영역에서 분광반사율이 다시 증가하는 양상을 보였다(Fig. 2(c)). 동일 제조사의 두 제품에서 유사한 반사 특성이 관찰된 것은 두 렌즈의 코팅에 유사한 분광 특성이 적용되었을 가능성을 시사한다.
흥미롭게도 F1과 F2의 시감투과율은 각각 93.784%와 93.595%로 거의 동일하였으나, F2는 F1보다 단파장 영역에서 선택적인 분광투과율 감소가 더 뚜렷하였다. 이는 하나의 시감투과율 값만으로 렌즈의 파장 선택성을 충분히 설명할 수 없음을 보여준다.
따라서 코팅 및 소재 첨가 복합형은 하나의 균일한 분광 특성을 나타내는 기술군이라기보다, 소재 흡수와 코팅 반사의 조합 및 분광 설계에 따라 서로 다른 광학적 특성이 구현될 수 있는 방식으로 이해하는 것이 적절하다.
4) 착색형
착색형 G1, G2, H1, I1, I2 및 I3의 분광투과율은다른 기술군보다 제품 간 차이가 크게 나타났다(Fig. 1(d)). 시감투과율 역시 50.102~85.531%로 넓은 범위를 보였다.
G1은 다른 착색형 렌즈와 구별되는 독특한 분광 곡선을 나타냈다. 단파장 영역에서 선택적인 분광투과율 감소가 나타나는 동시에 약 570~590 nm 부근에서 뚜렷한 국소적 분광투과율 저하(notch)가 관찰되었다. 반면 다른 착색형 렌즈들은 전반적으로 단파장 영역에서 낮은 분광투과율을 보이고 파장이 증가함에 따라 분광투과율이 증가하는 형태를 나타냈다. 특히 시감투과율이 낮은제품에서는 분광투과율이 감소하는 영역이 보다 긴 파장쪽으로 확장되는 양상이 관찰되었다.
그러나 Fig. 2(d)에서 착색형 렌즈들의 분광반사율은 분광투과율에서 관찰된 큰 제품 간 차이에 비해 상대적으로 유사한 형태를 나타냈으며, 대체로 약 520~570 nm 부근의 녹색-황록색 영역에서 완만한 분광반사율 증가가 관찰되었다. 이처럼 제품 간 분광투과율 차이에 비해 분광반사율의 차이가 상대적으로 크지 않았다는 점은 착색형 렌즈의 분광투과율 차이에 표면반사보다는 착색에 의한 흡수 특성이 주로 기여했을 가능성을 시사한다.
전체적으로 분광투과율(Fig. 1)과 분광반사율(Fig. 2)의 결과는 야간 운전 및 눈부심 완화를 표방하는 렌즈라도 광학적 구현 방식이 서로 상당히 다를 수 있음을 보여준다. 본 연구의 코팅형 A1은 높은 시감투과율을 유지하면서 단파장 영역에서 선택적인 반사 특성을 나타냈으며, 소재 첨가형 B1과 C1은 표면반사의 큰 증가 없이 단파장 영역의 분광투과율이 선택적으로 감소하였다. 코팅 및 소재 첨가 복합형에서는 소재 흡수와 코팅 반사의 조합에 따라 서로 다른 분광 특성이 나타났으며, 착색형에서는 제품에 따라 분광투과율 감소가 보다 넓은 가시광선 영역으로 확장되는 양상이 관찰되었다. 이러한 결과는 기존 청색광 차단렌즈 연구에서 제조 방식에 따라 서로 다른 분광 투과 특성이 나타난다는 보고와도 일치한다.13,20,21)
3. 시감투과율, 시감반사율 및 색도 특성
각 시험렌즈의 시감투과율, 시감반사율, 필터 범주 및 CIE a*, b* 값을 Table 2에 제시하였다. 전체 시험렌즈의 시감투과율은 50.102~98.859%였으며, 총 13종 중 10종은 범주 0, H1, I2 및 I3의 3종은 범주 1로 분류되었다. 범주 2 이상에 해당하는 렌즈는 없었다.
시감반사율은 0.666~2.202%로 전반적으로 낮은 수준을 보였으며, 제품에 따라 차이가 나타났다. 분광반사율에서는 특정 파장 영역에서 제품별로 뚜렷한 차이가 나타났으나, 시감반사율은 모든 제품에서 낮은 수준을 유지하였다. 이는 가 파장별 분광반사율을 CIE 표준광원 D65의 상대분광분포와 명소시 분광시감효율 함수 에 따라 가중하여 산출한 값이기 때문이다. 따라서 특정 파장 영역의 선택적 반사 특성을 평가할 때에는 단일한 시감반사율 값뿐 아니라 Fig. 2와 같은 파장별 분광반사율을 함께 고려할 필요가 있다.
CIE a*, b* 색도 분포에서도 제품 간 차이가 명확하게 나타났다(Fig. 3). A1, B1, C1, D1, E1, F1, F2 및 G1은 상대적으로 원점에 가까운 영역에 군집하였으며, 확대도(Fig. 3(b))에서는 원점에 가까운 제품군 내에서도 제품별로 서로 다른 a* 및 b* 위치가 구체적으로 확인되었다.
반면 G2, H1 및 I1은 b* 값이 각각 45.270, 67.270 및 44.390으로 크게 증가하여 황색 방향으로 뚜렷한 이동을 보였다. I2와 I3에서는 b*가 각각 102.340과 113.330으로 더욱 증가하였으며, a*도 각각 14.220과 38.740으로 양의 방향으로 이동하여 황색뿐 아니라 적색 방향의 색도 변화가 크게 나타났다.
이러한 색도 변화는 Fig. 1에서 관찰된 착색형 렌즈의 단파장 영역 투과율 감소와 관련된 것으로 해석할 수 있다. 단파장 영역의 투과율이 크게 감소하고 상대적으로 장파장 영역의 투과율이 유지된 제품에서는 b*가 양의 방향으로 크게 나타났으며, 낮은 투과율 영역이 보다 긴 파장 쪽으로 확장된 I2와 I3에서는 a*도 함께 증가하였다.
그러나 a*, b* 값은 렌즈의 색 특성을 객관적으로 나타내는 지표이므로, 특정 색상만으로 야간 시각 성능이나 눈부심 완화 효과를 판단하기는 어렵다. 황색 또는장파장 통과형 필터의 시각적 효과에 대해서도 선행연구결과가 일관되지 않았으며, 일부 연구에서는 야간 운전상황에서 보행자 탐지나 눈부심에 대한 뚜렷한 이점이확인되지 않았다.9-11)
4. 야간 운전 관련 광학적 기준의 평가
시험렌즈의 야간 운전 관련 광학적 요구사항 평가 결과를 Table 3과 Fig. 4에 제시하였다.
시감투과율 75% 이상 기준에서는 총 13종 중 11종이 기준을 충족하였으며, I2와 I3는 각각 68.131%와 50.102%로 기준을 충족하지 못하였다. H1은 범주 1에해당하였으나 시감투과율이 77.843%로 75% 이상을 유지하여 야간 운전 관련 시감투과율 기준은 충족하였다(Fig. 4).
이 결과는 ISO 8980-3의 필터 범주와 박명 및 야간운전 사용을 위한 시감투과율 기준을 동일한 개념으로 해석해서는 안 됨을 보여준다.14) 범주 1은 43%<≤80%의 넓은 범위를 포함하기 때문에 동일 범주 1에 속하더라도 75% 기준의 충족 여부는 서로 달라질 수 있다.
475~650 nm 영역의 분광투과율 조건에서는 총 13 종 중 I2와 I3를 제외한 11종이 전 파장에서 0.20 이상의 조건을 충족하였다. I2와 I3의 최소 분광투과율은 각각 6.725%와 1.347%로, 각 렌즈에서 요구되는 기준값보다 낮았다. 이 기준은 시감투과율에 따른 필터 범주나 박명 및 야간 운전을 위한 75% 기준과는 별개로, 운전 및 도로 사용을 위한 렌즈에 적용되는 분광투과율 요구사항이며, 475~650 nm 범위에서 특정 파장의 투과율이 지나치게 낮아지는지를 평가하는 기준이다.14)
교통신호등 인지를 위한 상대시감감쇠계수에서는 I2를 포함한 12종이 적색, 황색, 녹색 및 청색 신호에 대한 기준을 모두 충족하였다. I2는 시감투과율과 475~650 nm 분광투과율 기준을 충족하지 못하였지만, 네 종류의 기준은 모두 충족하였다. 반면 I3는 적색, 황색 및 녹색 기준은 충족하였으나 =0.325로 청색 신호 기준 0.40을 충족하지 못하였다.
I2에서 시감투과율 기준을 충족하지 못하였음에도 모든 교통신호색의 상대시감감쇠계수 기준을 충족한 것은 두 지표의 산출 및 평가 방식이 서로 다르기 때문으로 해석할 수 있다. 시감투과율()은 CIE 표준광원 D65에 대한 렌즈의 전체적인 시감가중 투과 수준을 나타내는 반면, 상대시감감쇠계수()는 해당 교통신호광에 대한 시감투과율()을 CIE 표준광원 D65에 대한 시감투과율()로 나누어 정규화한 상대값이다.14,18) 따라서 전체 시감투과율이 낮더라도 특정 교통신호색에 대한 시감투과율이 전체 시감투과율에 비해 상대적으로 과도하게 감소하지 않는 경우에는 상대시감감쇠계수 기준을 충족할 수 있다. 실제로 I2는 =1.403, =1.237, =0.842 및 =0.503으로 네 교통신호색에 대한 기준을 모두 충족하였다. 또한 475~650 nm 분광투과율 기준은 해당 범위의 모든 파장에서 분광투과율 가 0.20 이상인지 평가하는 반면, 상대시감감쇠계수()는 각 교통신호의 분광분포에 따른 시감가중 투과율을 이용하여 산출된다. 따라서 475~650 nm 범위의 특정 파장에서 분광투과율이 낮더라도 해당 교통신호광의 전체적인 시감가중 투과가 상대적으로 유지되는 경우에는 상대시감감쇠계수 기준을 충족할 수 있다.
이러한 결과는 전체적인 시감가중 투과 수준을 평가 하는 시감투과율과 교통신호색의 상대적인 감쇠 특성을 평가하는 상대시감감쇠계수가 서로 다른 광학적 특성을 반영함을 보여준다. 따라서 야간 운전 관련 광학적 요구사항의 충족 여부를 특정 하나의 광학적 지표나 색상 특성만으로 판단하기보다는, 시감투과율, 475~650 nm 영역의 최소 분광투과율 및 교통신호색에 대한 상대시감감쇠계수를 종합적으로 평가할 필요가 있다.
최종적으로 본 연구에서 평가한 세 가지 야간 운전 관련 광학적 요구사항을 모두 충족한 렌즈는 총 13종 중 11종이었다. I2는 시감투과율과 475~650 nm 분광투과율 기준을 충족하지 못하였고, I3는 이 두 기준과 함께 청색 교통신호에 대한 상대시감감쇠계수 기준도 충족하지 못하였다.
5. 야간 운전 및 눈부심 완화용 렌즈 평가의 임상적· 실무적 의미
본 연구의 제품들은 모두 야간 운전 및 눈부심 또는빛 번짐 완화라는 유사한 사용 목적을 표방하고 있었으나, 실제 분광투과율, 분광반사율, 시감투과율 및 색도 특성은 제품마다 상당한 차이를 보였다. 특히 Fig. 1과 Fig. 2를 함께 분석한 결과, 일부 제품은 높은 시감투과율을 유지하면서 특정 단파장 영역의 분광 특성을 선택적으로 조절한 반면, 일부 제품은 소재 흡수 또는 착색을 통해 보다 넓은 파장 영역에서 투과율을 감소시키는 특성을 나타냈다.
최근 안경렌즈에서는 청색광 또는 단파장 조절 기능과 야간 운전 및 눈부심 완화 기능이 하나의 제품에 함께 적용되는 경우가 있으나, 본 연구 결과는 이러한 기능적 표방이 반드시 동일한 분광 특성을 의미하지는 않음을 보여준다. 특히 야간 시환경은 기본적으로 광량이 감소한 조건이므로, 단파장을 얼마나 많이 차단하는가만을 평가하기보다 충분한 시감투과율을 유지하면서 어떤 파장 영역을 선택적으로 조절하는가를 함께 고려할 필요가 있다.
이러한 관점에서 A1과 I2/I3는 서로 대비되는 특성을 보여준다. A1은 단파장 영역에서 선택적인 반사 특성을 나타내면서도 전체 시험렌즈 중 가장 높은 시감투과율을 유지하였다. 반면 I2와 I3는 넓은 파장 영역에서 투과율이 감소하면서 시감투과율이 75% 미만으로 낮아졌고, I3에서는 청색 교통신호에 대한 상대시감감쇠계수까지기준을 충족하지 못하였다.
따라서 야간 운전용 렌즈에서 더 강한 차단이 반드시 본 연구에서 평가한 야간 운전 관련 광학적 요구사항을 충족하는 데 유리한 것은 아니며, 충분한 시감투과율을 유지하면서 특정 파장 영역을 선택적으로 조절하는 특성을 함께 고려할 필요가 있다. 한편 황색 야간 운전용 렌즈가 야간 운전 시뮬레이터에서 보행자 탐지를 개선하거나 헤드램프 눈부심의 영향을 감소시키지 못하였다는 연구와, 실제 하향등 헤드램프 조건에서 일부 제한적인 눈부심 개선과 동시에 저휘도 대비감도 저하가 보고된 연구 결과와도 연결된다.9,10)
또한 실제 도로 환경에서는 할로겐, HID 및 LED 등광원에 따라 분광분포가 서로 다르므로, 동일한 렌즈라 하더라도 입사 광원의 분광 특성에 따라 렌즈 투과 후의 분광 구성과 시각적 영향이 달라질 수 있다.5) 이러한 점을 고려하면 렌즈 자체의 분광 특성뿐 아니라 실제 사용 환경의 광원 특성도 함께 고려할 필요가 있다고 판단된다.
따라서 야간 운전 및 눈부심 완화용 안경렌즈를 평가 하고 선택할 때에는 제품명, 색상 또는 특정 파장의 차단 정도만을 기준으로 판단하기보다 시감투과율, 전체 분광 투과 특성, 분광 반사 특성, 색도 및 교통신호색 관련 광학적 요구사항을 종합적으로 고려할 필요가 있다. 또한 제조사와 유통사는 소비자와 안경사가 제품의 야간 사용 특성을 객관적으로 이해할 수 있도록 시감투과율, 주요 분광 특성 및 야간 운전 관련 광학 정보를 보다 명확하게 제시할 필요가 있다고 사료된다.
본 연구에는 몇 가지 제한점이 있다. 첫째, 렌즈의 흡수율, 코팅층의 구성 및 렌즈 내부의 색소나 소재 성분을 직접 분석하지 않았으므로, 분광투과율과 분광반사율에 근거한 광학적 기전의 해석에는 한계가 있다. 둘째, 이러한 렌즈를 실제 착용했을 때 나타나는 눈부심, 대비감도 또는 운전 관련 시각적 수행 능력과 같은 임상적 효과를 직접 평가하지 않고 렌즈의 광학적 특성과 ISO 8980-3의 투과 요구사항을 중심으로 평가하였다. 따라서 본 연구에서 확인된 분광 특성 및 광학적 요구사항의 충족 여부를 실제 눈부심 완화 효과나 야간 운전 시의 시각적 수행 능력과 직접적으로 동일시하여 해석하기는 어렵다. 셋째, 본 연구에서 적용한 ISO 8980-3 관련 평가는 본 연구의 측정 범위에서 평가 가능한 박명 및 야간 운전 관련 광학적 요구사항에 한정되며, ISO 8980-3의 모든 요구사항에 대한 전체 적합성(conformity)을 의미하지 않는다. 넷째, 연구 대상은 시감투과율이나 필터 범주가 아니라 제조사 또는 국내 공식 유통사의 제품 정보에서 야간, 운전 및 눈부심 또는 빛 번짐과 관련된 표현을 모두 포함한 제품군을 기준으로 선정하였다. 결과적으로 본 연구에 포함된 13종은 필터 범주 0과 1에 한정되었으며, 범주 2~4에 해당하는 낮은 시감투과율의 렌즈는 포함되지 않았다. 따라서 본 연구 결과를 국내 유통 야간 운전 및 눈부심 완화용 안경렌즈 전체에 일반화하는 데에는 제한이 있다. 다섯째, 본 연구의 시감투과율은 ISO 기준에 따라 CIE 표준광원 D65의 상대분광분포를 적용하여 산출하였다. 그러나 실제 야간 도로 환경에서 사용되는 자동차 전조등은 할로겐, HID 및 LED 등 광원에 따라 분광분포가 서로 다르므로, D65를 기준으로 산출한 시감투과율만으로 실제 전조등 조건에서의 렌즈 투과 후 분광 특성과 시각적 영향을 모두 반영하는 데에는 한계가 있다. 이러한 제한점을 고려하여, 향후 실제 야간 시환경과 자동차 광원 조건에서 렌즈의 광학 특성과 눈부심, 대비감도 및 시각적 수행 능력을 함께 평가한다면, 렌즈의 광학적 특성과 실제 시각적 효과의 관계를 보다 구체적으로 확인할 수 있을 것으로 기대된다.
Ⅳ. 결 론
본 연구에서는 국내에서 야간 운전 및 눈부심 또는 빛 번짐 완화와 관련하여 판매되는 9개 브랜드 13종의 안경렌즈를 대상으로 분광투과율, 분광반사율, 시감투과율, 시감반사율 및 색도 특성을 분석하고, 박명 및 야간 운전과 관련된 광학적 요구사항을 평가하였다.
연구 대상 렌즈에는 코팅형, 소재 첨가형, 코팅 및 소재 첨가 복합형과 착색형 등 다양한 광학적 필터링 방식이 적용되어 있었으며, 동일한 사용 목적을 표방하는 제품 간에도 분광 특성과 색도 특성에 상당한 차이가 나타났다. 본 연구의 코팅형, 소재 첨가형 및 복합형 렌즈에서는 대체로 높은 시감투과율이 나타난 반면, 일부 착색형 렌즈에서는 뚜렷한 색도 변화와 함께 시감투과율이 크게 감소하였다.
야간 운전 관련 광학적 기준을 평가한 결과 총 13종 중 11종이 본 연구에서 평가한 세 가지 광학적 요구사항을 모두 충족하였다. I2와 I3는 시감투과율 75% 이상 기준과 475~650 nm 영역의 분광투과율 기준을 충족하지 못하였으며, I3는 청색 교통신호에 대한 상대시감감쇠계수 기준도 충족하지 못하였다.
이상의 결과는 야간 운전 및 눈부심 완화를 표방하는 안경렌즈라도 필터링 방식과 분광 특성에 따라 광학 특성과 야간 운전 관련 요구사항의 충족 여부가 달라질 수 있음을 보여준다. 따라서 이러한 렌즈를 평가하고 선택할 때에는 제품의 명칭이나 색상, 특정 파장의 차단 기능만을 고려하기보다 시감투과율, 파장별 투과 특성 및 교통신호색에 대한 광학적 특성을 함께 고려할 필요가 있다. 본 연구 결과는 국내 유통 렌즈의 객관적인 광학 특성을 이해하고, 야간 운전 관련 제품 정보의 제공과 렌즈 선택 및 처방 시 고려사항을 마련하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.











