Ⅰ. 서 론
태양광선은 100~380 nm 파장의 자외선, 380~780 nm 파장의 가시광선 및 780~1,400 nm 파장의 근적외선 을 포함하는 전자기파이며, 이중 자외선은 높은 에너지의 단파장으로 인체에 장시간 노출 시 눈과 피부에 다양한 위 험이 발생한다고 알려져 있다.1) 적외선은 열에너지가 가장 높아 장시간 눈에 직접 입사되는 경우 망막이나 맥락막의 세포 조직에 손상을 가져오는 것으로 알려져 있다.2)
이러한 태양광선 중 특정 파장의 유해성으로부터 눈 을 보호하기 위해 일반적으로 착색렌즈를 착용한다. 착 색렌즈는 소재 및 색상에 따라 특정 파장의 빛을 흡수, 차단 또는 투과시켜 시각적 스트레스를 완화시키고,3) 안 질환 증상의 완화 및 대비감도 보정에 주로 사용된다.4)
착색렌즈에 주로 사용되는 갈색, 청색, 회색 및 녹색 은 색상에 따라 빛을 흡수, 차단 또는 투과시키는 특성 이 각기 다르다. 청색렌즈는 단파장을 투과시키고 적색 계열의 장파장을 흡수하므로 물이나 겨울철 눈에 반사되 는 빛에 대해 눈부심을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 녹색렌즈는 청색과 적색계열의 파장을 흡수하여 색수차 를 감소시키며, 갈색렌즈는 장파장을 투과시키고 단파장 을 흡수한다.3) 또한, 회색렌즈는 가시광선 전 파장에 대 해 비슷한 수준으로 흡수하여 본래 색상에 대한 왜곡이 가장 적은 것으로 알려져 있다.5)
이러한 특성에 따라 착색렌즈는 380~700 nm 파장 의 태양광선 영역을 주로 차단하고 그 이상의 파장은 투 과시키기 때문에 착용 후 주시하는 물체의 색이 본래 색 과 다르게 보이는 경향이 있다고 알려져 있다.5) 시감투 과율이 낮아질수록 380~700 nm 영역의 파장은 더욱 차단되고, 700 nm 이상 파장이 투과되면서 적색 계통 이 상대적으로 더 많이 느껴지게 된다.
그러나 비교적 최근 임상에서 사용되고 있는 근적외선 차단렌즈는 착색렌즈를 사용한 선글라스와 다르게 700 nm 이상의 가시광선 중 장파장을 높은 비율로 차단하기 때문에, 앞서 언급한 착색렌즈로 제작된 선글라스를 착 용한 후 본래 색과 다르게 보이는 정도가 다소 감소할 것 으로 예측되며, 주시 물체가 가진 본래 색의 인지를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 현재 청색 영역의 단파장 가 시광선 차단렌즈의 특성이나 근적외선 차단렌즈의 광학 적 특성에 관한 연구가 시행되었으나,6,7) 이들 렌즈의 색 재현성에 관한 연구는 미미한 실정이다.
따라서, 본 연구는 근적외선 차단렌즈 및 4가지 착색렌 즈를 대상으로 카메라를 이용한 가상 교통신호등(적색, 황 색 및 녹색 표)의 객관적 측색과 정상인 대상 교통신호등 의 주관적 측색 결과를 CIE 1976 L*a*b* 및 XYZ 색 표시 계로 표시하고, 색차(△E*ab)를 산출하여 일반 착색렌즈와 근적외선 차단렌즈의 색재현성을 비교 분석하고자 하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 색 재현성의 객관적 측정
1) 연구대상
ISO 8980-3 기준 시감투과율 2등급의 근적외선 차단 렌즈(POV Series, Schneider, Germany)를 수집하고, 비교 대상으로 착색렌즈(갈색, 청색, 회색 및 녹색)를 제작 하였다. 렌즈의 재질은 MR-8(Mitsui Chemicals, Japan) 소재로, 상측정점굴절력은 0.00 D였다.
2) 연구방법
분광광도계(Cary 500, Agilent, USA)를 사용하여 각 렌즈의 시감투과율, 근적외선 차단율 및 교통신호등에 대한 상대 시각 감쇠 계수(Q-value)를 측정하였다.
색 재현성의 객관적인 측정을 위해 실험실은 ISO 12233 기준에 따라 18%의 반사율을 가진 N5(Neutral gray) 색상의 벽면으로 구성하였다. 회색 배경에 Colorchecker Classic(X-rite Co., USA)을 고정시킨 후 색표를 향해 색온도 6,500 K의 LED 형광등을 조사하였고, 조도는 600 lx가 되도록 조정하였다. 카메라(D7100, Nikon, Japan)에 근적외선 차단렌즈 및 착색렌즈를 장착하여 색표 앞 60 cm 거리에서 촬영하였다. 측색에 사용된 색 표는 크기가 21.59×27.94 cm2이었고, 총 24개의 표준 색상으로 구성되었다. 이 중 15번(Red), 16번(Yellow) 및 14번(Green)의 색표를 주관적 색재현성 결과와 비교 하기 위하여 가상신호등으로 설정하였다.
색재현성 산출 프로그램(Master 4, Imatest, USA) 를 사용하여 각 색표의 CIE 1976 L*a*b* 표색계의 L*, a* 및 b*의 좌표를 각각 얻었고, CIE XYZ 표색계의 X, Y, Z값을 얻은 후 x 및 y좌표로 환산하여 색도그림에 표시하였다. 또한, 본래 색상의 좌표와 촬영된 이미지가 갖는 색상의 좌표에 따른 색 왜곡도를 비교하기 위해 두 좌표의 차이인 △E*ab를 산출하였다.
2. 색 재현성의 주관적인 측정
1) 대상
본 연구는 기관생명윤리위원회(Institutional Review Board, IRB)의 승인을 받았으며(승인번호 EU19-03), 대상자들에게 검사 목적과 내용을 충분히 설명하고 동의 를 구한 후 실시하였다.
주관적인 색재현성의 평가를 위해 본 연구의 취지에 동의하고 색각이상이 없으며, 원거리 나안 시력이 0.8 이상인 32명(남자 11명, 여자 21명, 평균 나이 24.22± 2.84세)을 대상으로 선정하였다. 대상자 수는 G*power Ver 3.1.9.4를 사용하여 산출하였다.
2) 연구방법
실험실의 전체 조명은 6,500 K LED 형광등(FPL36WD, Liteon, Korea) 36개를 사용하였다. 5 m 거리에서 측색 계(Colorimeter 520-06, Yokogawa, Japan)로 교통신 호등(EDN-TS-3MR, Interlightec Co., Korea)의 휘 도(lx)를 측정하였고, 적색, 황색 및 녹색 신호등의 휘도 가 동일해지도록 조명의 일부를 차폐하였다.
신호등의 색상에 따른 주관적 색재현성을 평가하기 위 해 국가기술표준원에서 제공하는 한국색채표준 디지털 팔 레트(Korean Agency for Technology and Standards, Korea)를 노트북 컴퓨터(33.7 cm FHD, LED Display 1920×1080)의 모니터에 출현시켰으며, 모니터의 전체 휘 도는 교통신호등과 유사한 수준의 600 lx로 설정하였다.
모든 대상은 각 렌즈가 장착된 안경을 착용하고, 5 m 전방에 위치한 교통신호등을 주시하는 동안 40 cm 거리 의 노트북에서 출현되는 디지털 팔레트의 색상 중 현재 주시하고 있는 신호등의 색상과 가장 유사하다고 인지되 는 색상을 선택하도록 하였으며, 3회 측정 후 평균값을 산출하였다. 객관적 색재현성과 마찬가지로 신호등의 본 래 색 좌표 및 측색된 좌표의 차이 값으로 △E*ab를 산 출하고 서로 비교 분석하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 일반적인 특성
렌즈의 x 및 y좌표(CIE XYZ)는 근적외선 차단렌즈 x=0.303, y=0.353, 갈색렌즈 x=0.338, y=0.343, 청색 렌즈 x=0.189, y=0.196, 회색렌즈 x=0.255, y=0.260 및 녹색렌즈 x=0.291, y=0.351로 나타났다.
렌즈별 적색신호등, 황색신호등 및 녹색신호등에 대 한 시각감쇠계수는 근적외선 차단렌즈에서 적색신호등 0.80, 황색신호등 0.92 및 녹색신호등 1.06이었다. 갈 색 렌즈에서 적색신호등 1.38, 황색신호등 1.10 및 녹 색신호등 0.94였다. 청색 렌즈에서 적색신호등 0.66, 황색신호등 0.59 및 녹색신호등 0.95였다. 회색 렌즈에 서 적색신호등 1.17, 황색신호등 0.88 및 녹색신호등 1.07이었다. 녹색 렌즈에서 적색신호등 1.09, 황색신호 등 0.89 및 녹색신호등 1.09로 나타났다. 청색렌즈의 적색신호등과 황색신호등에 대한 시각감쇠계수는 기준 (적색신호등 0.8 이상, 황색신호등 0.8 이상, 녹색신호 등 0.6 이상)보다 낮았다.
또한, 갈색, 회색 및 녹색렌즈는 모두 600 nm 이상 장파장의 분광투과율이 높았으며, 청색렌즈는 400~500 nm 범위의 단파장에서 분광투과율이 높게 나타났다. 근 적외선 차단렌즈는 가시광선 영역(380~780 nm) 뿐만 아니라 1,000 nm의 근적외선 영역까지 투과율이 낮았 으나, 1,020 nm 이상의 파장에서는 투과율이 높게 나 타났다(Table 1, Fig. 1).
2. 색 재현성의 객관적인 비교
각 렌즈를 장착하기 전 카메라로 촬영된 이미지의 색 상과 본래 색상의 차이(ΔE*ab)는 적색, 황색 및 녹색 신 호등에서 각각 20.16±0.28, 9.33±0.37 및 15.05± 0.19로 나타났다(Table 2).
1) 가상 적색신호등의 색 재현성
Colorchecker Classic의 Red 색상에서 근적외선 차 단렌즈, 갈색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 각 각 12.90±1.10, 21.20±0.24, 60.16±0.35, 12.46± 0.83 및 4.33±0.62이었으며, 집단 사이에 유의한 차이 가 있었다(z=22.07, p=0.000).
사후분석 결과 색차이는 근적외선 차단렌즈에서 갈색 및 청색렌즈보다 낮았으며, 녹색렌즈보다 높았고, 회색 렌즈는 서로 유의한 차이가 없었다(Table 3, Fig. 2).
2) 가상 황색신호등의 색 재현성
Colorchecker Classic의 Yellow 색상에서 근적외선 차단렌즈, 갈색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 각각 6.74±0.24, 20.50±1.03, 44.93±0.94, 21.71± 0.41 및 6.29±0.54이었으며, 집단 사이에 유의한 차이 가 있었다(z=21.85, p=0.000). 사후분석 결과 색차이 는 근적외선 차단렌즈에서 갈색, 회색 및 청색렌즈보다 유의하게 낮았으며, 녹색렌즈와 서로 유의한 차이가 없 었다(Table 4, Fig. 3).
3) 가상 녹색신호등의 색 재현성
Colorchecker Classic의 Green 색상에서 근적외선 차단렌즈, 갈색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 4.09±0.33, 13.97±0.11, 44.43±0.25, 27.36±1.36 및 8.40±0.41이었으며, 집단 사이에 유의한 차이가 있 었다(z=23.08, p=0.000).
사후분석 결과 색차이는 근적외선 차단렌즈에서 녹색, 갈 색, 회색 및 청색렌즈보다 유의하게 낮았다(Table 5, Fig. 4).
3. 색 재현성의 주관적인 비교
나안으로 신호등을 주시했을 때 인지된 색상과 본래 색상 간 차이(ΔE*ab)는 적색, 황색 및 녹색신호등에서 각각 27.63±5.15, 23.34±7.81 및 81.56±10.33로 나타났다(Table 6).
1) 적색 교통신호등의 색 재현성
적색 신호등을 주시하는 동안, IR, 갈색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 각각 15.97±9.51, 11.03± 9.46, 16.24±10.06, 18.88±10.33 및 14.81±10.59 이었으며, 집단 간 서로 유의한 차이가 발견되었다(z=2.61, p=0.040).
사후분석 결과 근적외선 차단렌즈의 색 차이는 회색 렌즈에 비해 낮았으며, 갈색렌즈에 비해 통계적으로 유 의하게 높았다(Table 7, Fig. 5).
2) 황색 교통신호등의 색 재현성
황색 신호등을 주시하는 동안, 근적외선 차단렌즈, 갈 색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 각각 15.62± 10.90, 14.46±9.69, 14.59±10.13, 15.91±10.47 및 15.96±11.23이었으며, 집단 사이에 유의한 차이가 없었다(z=0.15, p=0.960).
사후분석 결과 모든 렌즈 사이에서 색차이는 유의한 차이가 없었다(Table 8, Fig. 6).
3) 녹색 교통신호등의 색 재현성
녹색 신호등을 주시하는 동안, 근적외선 차단렌즈, 갈 색, 청색, 회색 및 녹색렌즈의 ΔE*ab 값은 각각 15.62± 10.90, 14.46±9.69, 14.59±10.13, 15.91±10.47 및 15.96±11.23이었으며, 집단 사이에 유의한 차이가 없 었다(z=0.15, p=0.960).
사후분석 결과 모든 렌즈 사이에서 색차이는 유의한 차이가 없었다(Table 9, Fig. 7).
이상과 같이 객관적 및 주관적 평가 결과를 비교하였 을 때, 객관적 평가에서 근적외선 차단렌즈의 색재현성 은 좋은 것으로 나타났지만, 주관적 평가에서는 서로 차 이가 없는 것으로 나타났다. 객관적 및 주관적 평가 결 과의 차이는 사람과 디지털 카메라의 색상 인지 과정의 차이로 인해 발생한 것으로 생각된다.
Ⅳ. 고 찰
태양광선은 눈 속으로 입사할 때 눈의 굴절면에서 반 사되고, 눈 내부의 매질에 의해 흡수, 산란되고 일부만 망막에 도달한다.8) 그 중 망막에 도달하는 전체 파장 범 위는 380~1,400 nm이며 390~740 nm의 일부 범위가 가시광선으로 추정된다.9) 일반적으로 유해광선 차단 및 눈부심 방지 등을 위한 목적으로 안경렌즈의 내부나 외 부에 적절한 광학적 필터를 가입시키는 방법이 사용된 다.10) 비교적 최근에 개발되어 임상에서 처방되기 시작 한 근적외선 차단렌즈는 태양광선 중 780~1,400 nm 영역의 근적외선을 주로 차단하는 목적으로 출시되었다. 선글라스에 주로 사용되는 착색렌즈는 장파장의 가시광 선을 거의 차단시키지 못하는 반면,3) 근적외선 차단렌즈 는 700 nm 이상의 파장을 높은 비율로 차단하기 때문 에 근적외선 차단렌즈 착용자가 물체를 주시할 때 색상 이 붉게 보이는 정도가 감소할 것으로 예측되었다. 착색 렌즈는 색상별로 투과나 흡수하는 특성이 다르다.
착색렌즈 착용 시 색인지에 미치는 영향에 대한 연구 는 다양하게 진행되어 왔다. 착색렌즈의 객관적 색재현 성을 평가하기 위한 현재까지의 연구는 주로 색각검사를 통한 연구가 가장 많았다.
Farnsworth11)는 20명의 성인을 대상으로 녹색, 주 황색, 황색, 회색의 착색렌즈 착용에 따른 색인지의 변 화를 알아보기 위하여 100 색상검사를 사용하였고, 녹 색과 회색에서는 색인지에 방해가 되는 시각적 왜곡이 거의 나타나지 않았지만, 주황색에서는 색왜곡이 가장 크게 나타났다고 보고하였다.
Jung12)의 연구에서도 100 색상검사를 이용하였으며, 3,000 K와 6,500 K에서 각각 회색 및 적색렌즈의 색지 각이 가장 좋은 것으로 나타났다.
Lee and Chu13)은 20% 및 70% 두 가지 차단율의 회 색, 녹색, 황색 및 갈색렌즈를 사용하여 한식색각검사와 Farnsworth panel D-15검사를 실시하여, 착색렌즈의 농도가 증가할수록 착용자의 시각적 인지능력이 감소하 는 것을 보고했다. 하지만 이전의 연구에서는 색재현성 을 평가하기 위한 방법으로 피검자의 주관적 인지능력만 측정하였고 객관적인 평가는 분석되지 않았다.13) 따라서 본 연구에서는 이전의 연구 결과에 더하여 객관적인 색 인지능력을 평가하기 위해 디지털 카메라에 착색렌즈를 장착하고 Colorchecker Classic(Macbeth, USA)의 측 색을 통해 색상 구현 정도를 파악하였다.
본 연구의 객관적 측색 결과, 근적외선 차단렌즈를 착 용한 후 교통신호등과 유사한 15번(Red), 16번(Yellow) 및 14번(Green) 색표를 각각 제시하였을 때, 15번(Red) 색표를 주시하는 동안 녹색렌즈에 이어 색재현성이 좋은 것으로 나타났고, 16번(Yellow) 및 14번(Green) 색표 는 다른 착색렌즈와 비교하여 색재현성이 가장 좋은 것 으로 나타났다(p＜0.050).
또한, 색재현성을 평가하기 위하여 객관적인 측색뿐 만 아니라 보다 다양한 방법으로 연구가 수행되었으며, Rabin 등14)은 비행기 조종사 중 일부가 착색렌즈 착용 시 계기판 경고등의 색상 구분이 어려웠으며, 착색된 색 상이 무채색이 아닌 경우, 색 구분에 혼동이 더해진다고 보고하였다.
Song and Lee15)의 선글라스 착용 시 교통신호등 색 감 변화에 대한 연구에서는 적색, 황색, 녹색, 청색, 갈 색 및 검정색 렌즈를 이용하여 교통신호등의 분광투과율 을 측정한 후 주파장을 결정하는데 자극치의 계산법을 제시하였다. 이에 더하여, 본 연구는 대상자가 인지하는 색을 각각의 색 좌표로 설정하여, 주관적 측색 결과를 수치화하고자 하였다.
주관적 측색을 위해 모든 대상이 각 렌즈가 삽입된 안 경을 착용하고, LED 3색 교통신호등과 한국색채표준 디 지털 팔레트를 사용하여 색인지 정도를 파악하였다. 그 결과, 적색 신호등 주시 시 착색렌즈 사이에서 색차이는 통계적으로 유의한 차이가 있었으며(z=2.61, p=0.040), 사후분석 결과 회색렌즈가 갈색렌즈에 비해 통계적으로 유의하게 높은 것으로 나타났다. 하지만 황색 및 녹색 신호등을 주시할 때 렌즈 사이에서 유의한 차이가 없었 다(p=0.960). 또한, 본 연구에서 발견된 교통신호등 좌 표 및 한국색채표준 디지털팔레트 색좌표의 차이는 녹색 신호등과 가장 유사한 색상을 디지털팔레트에서 제시하 였음에도 불구하고 조명과 디스플레이 화면의 색상이 다 르기 때문이었던 것으로 생각된다.
설문을 통해 자각적 색재현성을 평가한 결과, 청색렌즈 착용 시 색상의 왜곡을 가장 많이 느끼는 것으로 나타났다. 그러나 근적외선 차단렌즈, 갈색, 회색 및 녹색렌즈의 착 용 시에는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p＞0.050).
객관적 및 주관적 평가 결과를 서로 비교하였을 때, 객관적 평가 시 근적외선 차단렌즈의 색재현성은 좋은 것으로 나타났지만, 주관적 평가에서는 서로 차이가 없 는 것으로 나타났다. 객관적 평가 결과와 주관적 평가 결과의 차이는 사람과 디지털 카메라의 색상 인지 과정 의 차이로 인해 발생한 것으로 생각된다. 사람이 색을 인지하는 과정은 광원으로부터 방사된 빛이 물체에 닿았 을 때, 특정 파장을 흡수하거나 투과 또는 반사시키는 현상이 나타나며, 이 과정에서 인지되는 색상이 달라질 수 있을 것이다.
다수의 연구에서 물체의 색은 눈으로 들어와 망막을 자 극하여 신경 흥분이 일어나며, 다시 제1시중추에 전달되 어 순응, 대비 및 잔상 등과 같은 조건 반사적인 현상이 발생한다. 이러한 반응이 대뇌로 전달되면 비로소 색을 인지하는 것이 가능하게 된다. 이때, 대뇌로 전달된 자극 은 그 사람의 경험이나 의식과 같은 총괄적인 정신 활동 결과로 비로소 색상을 인지하는 것으로 제시되었다.16-18) 이와 마찬가지로 본 연구에서 측색된 색상은 대상의 후천 적인 학습효과의 영향을 받아 주관적인 차이를 명확하게 구분하는데 다소 한계가 있었던 것으로 예상된다.
따라서, 근적외선 차단렌즈의 주관적 색재현성을 평 가하기 위하여, 다양한 측색 조건에서 정량적 특성을 보 다 명확하게 측정할 수 있는 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Ⅴ. 결 론
근적외선 차단렌즈의 색 재현성을 착색렌즈와 비교 분석 및 평가한 결과는 다음과 같다.
교통신호등의 색상 인지능력의 분석을 위한 상대적 시각 감쇠 계수(Q-value)를 측정하였을 때, 청색렌즈를 제외한 모든 렌즈가 정상 범위였고, 청색렌즈는 적색 및 황색 신호등에서 낮게 측정되었다.
색재현성의 객관적 측정 결과, 15번(Red) 색표에서 근적외선 차단렌즈의 ΔE*ab는 녹색렌즈보다 컸고, 갈색 과 청색렌즈보다 작았으며, 회색렌즈와 유의한 차이가 없었다(p=0.000). 16번(Yellow) 색표에서 근적외선 차 단렌즈의 ΔE*ab는 갈색, 회색 및 청색렌즈보다 작았으 며 녹색렌즈와 유의한 차이가 없었다(p=0.960). 14번 (Green) 색표에서 근적외선 차단렌즈의 ΔE*ab는 갈색, 회색, 청색 및 녹색렌즈보다 작았다(p=0.960).
색재현성의 주관적 측정 결과, 근적외선 차단렌즈 착 용 후 적색 신호등을 주시하였을 때 측정된 ΔE*ab는 갈 색렌즈에 비하여 높았지만 녹색 및 청색렌즈와 유사하였 고, 회색렌즈에 비하여 낮은 것으로 나타났다(p ＜0.050). 하지만 황색 및 녹색 신호등 주시 시에는 근 적외선 차단렌즈 및 착색렌즈 간 유의한 차이가 나타나 지 않았다(p＞0.050).
이상으로, 본 연구에서 나타난 근적외선 차단렌즈 의 색재현성은 객관적 측색에서 다른 렌즈와 비교하여 색 왜곡도가 가장 낮은 것으로 나타났다. 근적외선 차단 렌즈의 색재현성을 평가하기 위하여, 다양한 측색 조건 에서 정량적 특성을 보다 명확하게 측정할 수 있는 후속 연구가 필요할 것으로 생각된다.
