Ⅰ. 서 론
빛은 지구의 생명을 유지하는데 없어서는 안 되는 존재다. 그러나 그 빛이 우리의 몸, 특히 눈에 해롭기 도 하다. 태양광은 우리 눈으로 볼 수 있는 가시광선 (visible light ray), 파장이 긴 적외선(infrared ray), 파장이 짧은 자외선(UV, ultraviolet ray) 영역으로 나눈다.1)
태양에서는 자외선인 UVA, UVB, UVC를 모두 방 출하는데 지구의 오존층이 97~99%를 흡수해버리고 나머지가 지표면에 도달하며 도달한 자외선의 98.7% 는 UVA다. 또한 자외선 LED나 자외선 레이저 기기, 전용의 가스 방전관도 자외선을 방출하는 기구다.2)
자외선을 피부와 눈에 직접적으로 영향을 주며 UVB 는 대기 오존층을 투과하여 눈의 각막에 흡수되는 유해 파로 각막 손상과 설맹(snow blindness) 등을 유발한 다. UVA는 초자체를 경화시키고, 수정체에서 화학반 응을 유발하여 백내장을 촉진시켜 황색 백내장(Brown blindness), 일광 백내장(sunshine cataracts), 설맹 등을 유발시킨다. 또 다른 유해 증상으로는 각막 이영 양증, 일광 망막염증, 황반부 변성증 등을 유발시킨다.3)
플라스틱과 같은 폴리머 형태의 렌즈는 유리렌즈 보다 청색광 차단효과가 있지만 자외선의 모든 영역 에서 차단효과가 있는 것은 아니며, 차단 효과는 재 질에 따라 다양하다. 플라스틱 안경렌즈 재질은 일반 굴절률(n=1.50), 중굴절률 NK55(n=1.56), 고굴절률 MR8(n=1.61), 초고굴절 MR7(n=1.67 이상)로 구분 한다.
김의 연구에서는, CR39 플라스틱 및 유리렌즈는 UVA에 대해 투과성을 갖게 되므로 자외선 제거 안경 을 통하여 이를 차단하는 UV차단렌즈가 필수적이다. 그러므로 올바른 UV차단과 차단효과의 객관적 설정 이 필요하다고 이야기 하였다.4)
본 연구에서는 MR8로 제조된 안경렌즈를 굴절력 별로 분류하여 투과율을 측정 분석하였다. 투과율은 UV(200~380nm), 청광(380~500nm), 가시광선(380~ 750nm), 근적외선(750~1000nm)으로 측정하였고, 가시광선 투과율은 시감도로 전환하여 눈에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 또한 청광 영역을 David L. 청광분석법 따라 MR8 렌즈를 분석하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
시중에서 판매되고 있는 MR8 로 제조된 –8.00D, -7.00D, -6.00D, -5.00D, -4.00D, -3.00D, 0.00D 의 총 7개의 서로 다른 굴절력 렌즈를 선정하였다. 안경 렌즈의 투과율 분석은 UV-VIS Spectrophotometer (SolidSpec 3700)로 행하였으며 200~1000nm까지 5nm 간격으로 측정하였다.
투과율은 ANSI Z80.3 1986 규정에 의해서 파장에 따라 UVC는 200~280nm, UVB는 280~320nm, UVA 는 320~380nm으로 분석하였고, 가시광선은 380~750nm, 근적외선은 750~1000nm으로 분석하였다.
투과율은 가시광선영역에서 ANSI Z80.3~1986 규 정에 의해서 380~750nm까지 CIE(1931) Standard Colorimetric Observer의 Photopic Luminous Efficiency 의 일련의 세로좌표(ordinate)와 Standard Illuminant C의 Spectral Intensity에 의해 측정된 렌즈의 Spectral Transmittance로 표현했다.5)
렌즈의 투과율(τV)는 다음과 같은 수학적 함수로 표현된다.
여기에서 τ(λ) = 분광투과율, V(λ) = 측색표준 관측자, SC(λ) = 발광효율이다.
Fig. 1은 David L.은 청광 영역을 청광영역1(380~450nm, Blue Light1) 청광영역3(470~500nm, Blue Light3) 영역으로 분류하였으며, 청광영역1은 망막 손상 및 세포를 파괴하는 영역, 청광영역2는 눈 분심과 멜라 토닌 생성 억제 영역, 청광영역3은 수면장애 및 우울 증 등의 치료를 위해 사용한 영역으로 분류하였다.6)
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. MR8 렌즈의 굴절력에 따른 투과율 분석
시중에서 판매되고 있는 MR8 로 제조된 –8.00D, -7.00D, -6.00D, -5.00D, -4.00D, -3.00D, 0.00D의 총 7개의 서로 다른 굴절력 렌즈를 선정하여 UV-VIS Spectrophotometers(SolidSpec-3700)으로 행하였 으며 200~1000nm까지 5nm 간격으로 측정하였다.
Table 1.은 현재 시중에 판매되고 있는 MR8의 제 조된 안경렌즈를 UV와 청광, 가시광선, 근적외선 투 과율에 대해 굴절력별로 측정하여 투과율 결과를 나 타내었다.
측정된 안경렌즈는 유해광선 자외선을 차단함으로 써 안질환 예방 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된 다. 즉, 염화불화탄소 물질들(Chlorofluorocarbons, CFS)에 의해 오존층 파괴가 심각히 대두되면서 UV 에 관한 관심이 높아지는 지금 자외선의 양이 증가하 면 피부암과 피부병, 백내장, 군날개, 각막 이영양증, 일 광 망막염증, 황반부 변성 등의 질환이 증가하는 것으로 보고 하였다.7) 특히 사람 눈으로 자외선을 볼 수 없는 이유는 각막이 자외선을 흡수하기 때문이다. UVA(320nm~380nm)는 눈에 수정체 색소를 변화시 켜 황색 및 일광 백내장을 유발하고 앞서 설명한 기 타 각막 황반부 질환들을 동반한다.
청광 영역에서는 투과율이 최대 66.71%에서 최소 59.56%으로 측정되었다. 측정된 안경렌즈는 청광 차 단 코팅과 착색을 하지 않은 투명 멀티코팅의 렌즈로 평균 64.49%이 측정되었다. 송 등의 연구에서는 평 균 투과율이 61% 보고되었으며, MR8로 제조된 안경 렌즈의 투과율과 비슷하였다.
청광 영역1은 가시광선 일부분이고, 청색광(380~500nm) 중에서 가장 높은 에너지와 파장이 짧은 특성을 가지고 있다. 청광 영역1에서는 최소 41.28%, 최대 46.60%가 측정되었으며 평균 44.6%였다.
송 등의 연구에 의하면 415nm에서 측정한 안경렌즈 에서는 0.00D에서 국내 D사의 제품은 청광 차단율이 19.7%, C사의 제품은 54.9%로 측정되었고, 외국계회 사인 N사의 제품은 29.4%로 측정되었다. -3.00D에서 국내 D사의 제품은 청광 차단 율이 20.9%, C사의 제 품은 55.2%, 외국계회사인 N사의 제품은 33.2%로 측정되었다. -5.00D에서 국내 D사의 제품은 청광 차 단율이 28.3%, C사의 제품은 73.1%, 외국계회사인 N사의 제품은 36.1%로 보고하였다. MR8로 제조된 0.00D 안경렌즈는 415nm에서 청광 차단율이 73.4% 으로 측정되었다.
청광 영역2는 최소 87.30%, 최대 97.55%가 측정 되었으며 평균 94.9%였다. 청광 영역2는 청광 영역1 가 다르게 급격히 투과율을 증가하는 영역으로 가시 광선의 투과율을 향상시키는 영역이다. 송 등의 연구 에 의하면 450nm에서 측정한 안경렌즈에서는 0.00 D에서 국내 D사의 제품은 청광 차단율이 7.0%, C사 의 제품은 3.2%로 측정되었고, 외국계회사인 N사의 제품은 8.4%로 측정되었다. MR8로 제조된 0.00D 안 경렌즈는 450nm에서 청광 차단율이 2.5%으로 측정 되었다. -3.00D에서 국내 D사의 제품은 청광 차단율 이 15.1%, C사의 제품은 13.3%, 외국계회사인 N사의 제품은 20.0%로 측정되었다. MR8로 제조된 -3.00D 안경렌즈는 450nm에서 청광 차단율이 3.2%으로 측 정되었다.
-5.00D에서 국내 D사의 제품은 청광 차단율이 16.6%, C사의 제품은 18.1%, 외국계회사인 N사의 제품은 24.1% 로 보고하였다. MR8로 제조된 -5.00D 안경렌즈는 450nm 에서 차단율이 4.3%으로 측정되었다.
청광 영역3는 최소 86.83%, 최대 96.55%가 측정 되었으며 평균 94%였다. 청광 영역3은 청광 영역2에 서만큼 높은 투과율이 보였다.
Fig. 2의 경우 시중에서 판매되고 있는 MR8 로 제 조된 –8.00D, -7.00D, -6.00D, -5.00D, -4.00D, -3.00D, 0.00D의 총 7개의 서로 다른 굴절력 렌즈 로 투과율을 측정하였다.
안경렌즈의 투과율 평가는 투명렌즈의 경우 가시 영역에서 높을수록 좋은 렌즈라 볼 수 있지만 착색렌 즈의 경우 사용목적에 따라 가시영역에서 적정 투과 율의 기준이 다를 수 있으므로 투과율이 높고 낮은 정도에 따라 렌즈를 평가하는 것은 무의미하다. 그러 나 자외선 영역에서는 투과율이 낮을수록 자외선 차 단 효과가 높으므로 좋은 렌즈라 볼 수 있다.10) 측정 된 렌즈는 400nm 이하에서는 거의 모든 영역의 빛을 차단하여 UV 차단점에서 우수한 재질로 분석되었다. 400nm부터는 급격히 투과율이 증가하여 450nm의 주변에서 최대 투과율이 측정되었다.
측정된 MR8 렌즈들은 가시광선 영역에서 최소 78%, 최대 86.93%으로 측정되었다. 투명한 렌즈의 광학 소재 렌즈들은 투과율이 80%이상 나왔으나 굴 절력 –8.00D 렌즈는 78%가 측정되었다.
적외선 영역에서는 모든 렌즈의 투과율이 점진적 으로 감소하였으며 굴절력이 –8.00D 렌즈가 가장 낮 은 77.76%의 투과율이 측정되었다. 이 영역에서는 굴절력이 증가할수록 점진적으로 투과율이 감소하는 경향이 측정되었다.
Fig. 3 경우 투명하고 굴절력이 없는 멀티코팅 MR8과 CR39의 투과율을 비교하였다. MR8의 소재는 400nm까지 거의 모든 빛을 차단하고 있지만, CR39 는 240nm부터 급격히 투과율이 증가하였다. 또한 가 시광선 영역의 400nm에서 750nm까지의 투과율에서 는 MR8이 더 높은 투과율이 측정되었다. 안경렌즈 소재로 CR39보다 MR8의 소재가 유해광선 차단에서 는 광학적으로 더 우수하다고 할 수 있을 것이다.
2. MR8의 투과율에 따른 분광시감도
시중에서 판매되고 있는 MR8 로 제조된 –8.00D, -7.00D, -6.00D, -5.00D, -4.00D, -3.00D, 0.00D 의 총 7개의 서로 다른 굴절력 렌즈로 측정된 투과율 과 표준 시감도 데이터 수치들을 같은 파장에서 곱하 여 최종 분광 시감도를 구할 수 있었다. 투과율이 높 고 시감도 크기가 모두 클 때 최종 시감도의 세기가 100으로 하여 계산하였다. 투과광의 스펙트럼 세기와 시감도 크기가 모두 클 때 최종 분광 비시감도 Pf(λ) 의 세기가 100으로 가장 크며, 이 값의 의는 눈에서 광 민감도가 가장 높은 파장영역이 된다. 투과한 파 장의존 투과율 스펙트럼은 다시 분광비시감도 분포함 수에 의해 상대적 가중치로 재계산됨을 의미한다. 즉, 555 nm 영역에서는 가중치가 가장 커서 최대가 되고 파장이 555 nm에서 멀어질수록 가중치가 상대 적으로 낮게 된다.10) MR8에 대한 380~750nm영역의 시감도의 계산 결과 그래프를 Fig. 5. 나타내었다. 측 정된 렌즈에서는 –3.00D 렌즈가 26.33으로 가장 높 은 값이 계산되었으며, -8.00D 렌즈가 23.67으로 가 장 낮은 계산 값을 얻었다. Fig 4, Table 2
특히 파장에 따른 가중치 값에서 가장 높은 555nm 영역에서는 –3.00D가 96, -8.00D가 86으로 계산되 어 큰 차이 값을 얻었다.
David L.의 분석에 따른 청광 영역1과 청광 영역2 은 눈에 해로운 광이므로 낮은 값일수록 보다 좋은 렌즈라 할 수 있을 것이다. 청광역역1, 청광영역2에 서는 투과율이 낮은 –8.00D 렌즈가 0.81, 5.49로 가 장 낮게 계산되어 청광영역에서는 다른 굴절력렌즈보 다 우수하다고 할 수 있었다.
𡘳. 결 론
본 연구에서는 안경렌즈에서 흔히 쓰이는 MR8 재 질로 제조된 안경렌즈의 광학적 시험 평가를 하였다. 또한 David L.의 분석법에 따라 청광 영역의 빛을 세 분화하여 분석함으로써 청광 빛에 대한 새로운 분석 법을 제시하고자 하였다.
