search
Contact Us
HOME

Journal Search Engine

to

Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1229-6457(Print)
ISSN : 2466-040X(Online)
The Korean Journal of Vision Science Vol.26 No.3 pp.159-168
DOI : https://doi.org/10.17337/JMBI.2024.26.3.159

Consideration on Optical Performance and Development Direction of Near-infrared Blocking Lens

Gu-Hwa Seo1), Myoung-Hoon Jung2), Chang-Jin Kim3), Eun-Jung Choi4)
1)Dept. of Optical Science, Daejeon Institute of Science and Technology, Lecturer, Daejeon
2)Dept. of Optical Science, Daejeon Institute of Science and Technology, Professor, Daejeon
3)Dept. of Optometry, Konyang University, Lecturer, Daejeon
4)Dept. of Optometry, Konyang University, Professor, Daejeon
* Address reprint requests to Eun Jung Choi (https://orcid.org/0000-0002-5020-3055) Dept. of Optometry, Konyang University, Professor, Daejeon TEL: +82-42-600-8425, E-mail: ejchoi@konyang.ac.kr
August 15, 2024 September 25, 2024 September 25, 2024

Abstract


Purpose : The near-infrared blocking rate and luminous transmittance of near-infrared blocking lenses were investigated according to the manufacturing method and the addition of near-infrared blocking additive, and the development direction of near-infrared blocking lenses was discussed.



Methods : The spectral transmittances of 20 types of near-infrared blocking lenses (10 types of C-type, 5 types of M-type, and 5 types of TM-type) of domestic and foreign brands on the market were measured at 5 nm intervals in the 380~1,400 nm range from visible light to near infrared, and the near-infrared blocking rate and luminous transmittance were calculated according to the KS B ISO 13666 standard.



Results : TM-type lenses have the best near-infrared blocking rate with an average of 62.3%, but due to the mirror coating on the tinted lenses, the luminous transmittances were very low with an average of 20.2%. In the case of M-type lenses, the near-infrared blocking effects were clearly shown due to the addition of the near infrared blocking additive, but in reality, the near-infrared blocking performances were lower than those of C-type lenses without the addition of the near-infrared blocking additive, and the luminous transmittances were also low. In C-type lenses without the addition of a near-infrared blocking additive, not only were the near-infrared blocking rates excellent, but the luminous transmittances were also as high as that of AR lens.



Conclusion : If an optimized coating design is applied, it is possible to develop excellent near-infrared blocking lenses that exceed the near-infrared blocking rates of TM-type lenses while showing a high luminous transmittance similar to that of AR lens. Therefore It can be concluded that C-type lenses are the most effective model for near-infrared blocking lenses.


Luminance transmittance , Near-infrared additive , Near-infrared blocking lens , Near infrared blocking rate

근적외선 차단렌즈의 광학적 성능과 개발 방향에 관한 고찰

서구화1), 정명훈2), 김창진3), 최은정4)
1)대전과학기술대학교 안경광학과, 강사, 대전
2)대전과학기술대학교 안경광학과, 교수, 대전
3)건양대학교 안경광학과, 강사, 대전
4)건양대학교 안경광학과, 교수, 대전

    Ⅰ. 서 론

    가시광선(380~780 nm)과 마이크로파(1 mm~1 m) 사이에 위치하는 적외선(infrared ray, IR, 780 nm~ 1 mm)은 근적외선(near infrared ray, NIR, 780~ 1,400 nm), 중적외선(middle infrared ray, MIR, 1,400~3,000 nm), 원적외선(far infrared ray, FIR, 3,000 nm~1 mm)으로 구분한다.1) 적외선은 눈에 보이지 않지만, 피부에는 건조와 노화 현상을, 눈에는 각막, 홍채, 수정체, 망막 등의 각 부위에 열적손상을 일으키는 것으로 알려져 있다.2) 국제비전리방사선보호위원회(International Commission on Non-ionizing Radiation Protection, ICNIRP)에서는 적외선이 눈에 미치는 영향을 가시광선 및 적외선 노출한계에 관한 지침서를 통해 경고하고 있다. 이에 따르면 과다한 적외선에 한계시간 이상 노출될 경우, 380~1,400 nm의 가시광선 및 근적외선으로 인해 망막 및 홍채 열손상이, 800~3,000 nm의 근적외선 및 중적외선으로 인해 수정체 열손상이, 1,400 nm~1 mm의 중적외선 및 원적외선으로 인해 각막 열손상이 발생하여 시력손실이 유발될 수 있다. 그리고 이러한 위험성에 대한 회피반응으로 노출시간을 0.25초에서 10초미만으로 제한하고 있다.3)

    우리나라 전 국민의 약 56%가 안경 및 콘택트렌즈를 착용하고 있다는 점을 고려할 때, 적외선을 효과적으로 차단해주는 렌즈는 안보건 및 안경시장에 긍정적이라 할 수 있다.4) 최근, 안경업계에서는 청색광의 일부를 차단 해주는 청색광 차단렌즈에 이어 근적외선의 일부를 차단 해주는 근적외선 차단렌즈를 출시하였고, 학계에서는 적외선의 피부 및 눈에 대한 광생물학적 유해성과 더불어 근적외선 차단렌즈에 대한 임상적 연구도 수행하고 있다.5-11) 이와 관련된 몇몇 연구를 살펴보면 다음과 같다.

    착색방식으로 제조된 근적외선 흡수렌즈와 일반적인 착색렌즈를 비교한 결과, 근적외선 흡수렌즈는 선명도나 시력에 있어서 유의한 차이를 보이지 않기 때문에 일상 생활에서 사용하는 데는 무리가 없다. 하지만 장시간의 적외선 노출에 따른 렌즈의 열흡수로 표면이 손상될 수 있으므로 열에 많이 노출되는 환경에서는 렌즈 표면의 손상으로 인한 광학적 성능의 저하를 염두에 두어야 한다.12) Colorchecker Classic 색표를 가상신호등으로 하여 근적외선 차단렌즈와 일반 착색렌즈에 대한 색재현성을 분석한 결과, 디지털카메라와 색좌표계를 활용한 객관적 평가에서 근적외선 차단렌즈의 색재현성은 착색렌즈와 유의한 차이를 보였지만, 안경 착용을 통한 주관적 평가에서는 유의한 차이가 없었다.13) 근적외선 차단렌즈는 시력이나 색채지각, 조절력 등에는 영향을 주지 않으면서 대비감도 향상에는 긍정적이며, 하안검의 피부온도 상승을 억제시키는 효과도 있는 것으로 보고되고 있다.14)

    업계에서는 근적외선 차단렌즈를 눈 주위의 피부노화 예방, 쿨링 효과, 망막 질환 및 백내장 예방 등에 긍정적이라 홍보하고 있다. 하지만 ICNIRP의 보고서에 따르면 적외선이 피부와 눈에 미치는 영향은 적외선의 종류와 부위에 따라 매우 다양함에도, 그 효용성과 관련된 광학적 성능을 표기한 제품은 찾아볼 수 없다. 다수의 렌즈가 사용되는 연구에서라면 근적외선 차단율이나 시감투과율 등과 같은 광학적 성능이 결과에 미치는 영향은 자명한 일이므로 렌즈에 대한 광학적 성능은 필수적으로 조사되고, 제품에도 표기되어야 할 것이다.

    본 연구에서는 광학적 성능을 객관적으로 확인할 수도 없고 비교할 기준도 없는 상태에서 홍보되고 유통되고 있는 국내외 여러 브랜드에 대한 근적외선 차단렌즈의 광학적 성능을 안광학 및 안경렌즈 관련 국제표준에 근거하여 조사하였다. 그리고 이들의 장단점을 비교한 후, 향후 근적외선 차단렌즈의 개발과 관련된 방향에 대하여 논하였다. 본 연구의 결과가 제조사에게는 안경렌즈의 광학적 성능을 분석하고 평가할 수 있는 기술을 확보하는 계기가 되고, 안경사 및 관련 종사자들에게는 제품의 품질을 올바르게 이해하고 평가할 수 있는 교육용 자료가 될 수 있기를 기대한다.

    Ⅱ. 대상 및 방법

    1. 대상

    10개 제조사의 근적외선 차단렌즈 20종을 조사하였다. 제조방식으로 구분하면 코팅방식(coated type, 이하 C-type) 10종, 미러방식(mirror-coated type, 이하 M-type) 5종, 착색미러방식(tinted and mirrorcoated type, 이하 TM-type) 5종이다. 비교를 목적으로, 가공처리 되지 않은 MR8 렌즈(이하 MR8) 1종, 근적외선 차단제가 첨가된 MR8 렌즈(이하 MR8a) 1종, 무반사 코팅 처리된 MR8 렌즈(anti-reflective lens, 이하 AR) 1종, gray 색상으로 착색된 MR8 렌즈(이하 ATgy) 1종도 추가하였다. 각 렌즈의 소재(MR8), 굴절률(1.60), 굴절능(0.00 D)은 모두 동일하다.

    M-type 및 TM-type 렌즈들은 모두 특정한 색상이 강하게 드러나도록 미러코팅(반사코팅) 처리된 렌즈이다. 차이점은 미러코팅 처리 전 상태의 렌즈인 바탕렌즈가, M-type은 착색되지 않은 렌즈이고 TM-type은 착색된 렌즈라는 점이다. M-type 및 TM-type 렌즈들의 색상은 반사되는 색으로 결정되었고, 종류는 5가지(red, green, blue, gold, silver)이다. TM-type 5종에 사용된 바탕렌즈는 모두 같은 종류의 색상(gray)과 투과율(짙기)을 갖는 착색렌즈로, 여기에서는 ATgy로 표기하였다. M-type 및 TM-type은 모두 같은 제조사에서 출시된 제품이다.

    각 렌즈의 구별은 다음과 같이 하였다. 10개 제조사는 각각 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J로 나타내었다. 제조방식은 코팅방식, 미러방식, 착색미러방식을 각각 C, M, TM으로 나타내었다. 색상은 red, green, blue, gold, silver 을 각각 rd, gr, bl, gd, sv로 나타내었다. 이에 따르면 렌즈 AC는 제조사 A, 제조방식 C-type을, 렌즈 AMgr는 제조사 A, 제조방식 M-type, 색상 green을, 렌즈 ATMsv는 제조사 A, 제조방식 TM-type, 색상 silver를 뜻한다. 제조사 A의 제품에는 모두 근적외선 차단제(NIR additive)가 첨가되어 있으며, 제조방식도 C-type, Mtype, TM-type 등으로 다양하였기에 근적외선 차단제 및 제조방식에 따른 비교가 가능하였다.

    2. 방법

    근적외선 차단렌즈의 광학적 성능은 근적외선 차단율(near-infrared blocking rate, 이하 RNIR )과 시감투과율(luminous transmittance, 이하 τ )의 두 가지로 비교하였다. 이들을 구하기 위하여 가시광선에서 근적외선에 이르는 380~1,400 nm 영역에서의 파장에 따른 투과율 t(λ) 을 5 nm 간격으로 측정하였다. 분광광도계 (UV-Vis-NIR 3700, Shimadzu, JAPAN)가 사용되었으며, RNIR 과 τ은 KS B ISO13666 안광학–안경렌즈–용어 규정에 따라 아래와 같이 구하였다.15)

    R N I R = 100 − 1 620   nm ∫ 780 1400 t ( λ ) d λ × 100 ( % )
    (1)

    τ = ∫ 380 780 t ( λ ) V ( λ ) S ( λ ) d λ ∫ 380 780 V ( λ ) S ( λ ) d λ × 100 ( % )
    (2)

    여기서 t (λ)은 렌즈의 파장에 따른 투과율, S (λ)은 CIE 표준광원 D65의 분광분포, V (λ)는 주간시 시감도, λ 는 파장(nm)이다.16)

    Ⅲ. 결 과

    1. 투과율 곡선

    Fig. 1에 근적외선 차단렌즈 20종, AR 1종, ATgy 1 종에 대한 투과율 곡선을 제조방식에 따라 구분하여 나타내었다. 각 그림에서 짙은 실선은 AR 렌즈의 투과율 곡선이다. ATgy 1종은 TM-type의 제조에 사용된 바탕렌즈로 짙은 파선으로 나타내었다.

    Fig. 1에서 AR 렌즈에 대한 근적외선 영역에서의 투과율 곡선을 보면, 장파장 가시광선(약 700 nm)에서부터 근적외선 끝단(1,400 nm)까지 꾸준히 감소하는 경향을 보이고 있다. 특이한 점은 1,180 nm 부근에서 강한 적외선 흡수로 인한 극솟값을 갖는다는 것인데, 모든 렌즈에서 나타난다는 사실로부터 렌즈의 고유한 특성에서 비롯된 것임을 알 수 있다.

    근적외선 차단렌즈 20종에 대한 투과율 곡선의 전반적인 특징을 살펴보면 다음과 같다.

    첫째, 가시광선 대역(380~780 nm)을 보면, 380~ 450 nm 범위에서는 제조방식과 관계없이 모든 렌즈에서 투과율 곡선은 급격히 증가한다. 이는 안경렌즈에서 나타나는 전형적인 특징이다.17) 450~700 nm 범위에서는 제조방식에 따라 투과율 곡선의 패턴이 크게 다르다. C-type의 투과율 곡선은 AC 렌즈를 제외하고는 대체로 AR 렌즈와 유사한 패턴을 보인다. M-type은 색상에 따라 확연히 구분되며, AR 렌즈에 비해 대체로 투과율 곡선이 낮게 분포한다. TM-type에서는 개별적인 색상과 관련된 특성보다는 바탕렌즈인 ATgy의 투과율 곡선(그림에서 짙은 파선)의 특성이 크게 반영되고 있다. 이로부터 TM-type 렌즈들의 전반적인 광학적 성능은 미러코팅에 의한 특성보다는 바탕렌즈인 착색렌즈(ATgy)의 특성에 의해 결정될 것임을 짐작할 수 있다. 700~780 nm 범위는 가시광선에서 근적외선으로 넘어가는 영역으로 제조방식과 관계없이 모든 렌즈에서 파장에 따라 투과율이 꾸준히 감소한다.

    둘째, 근적외선 대역(780~1,400 nm)을 보면, 780~ 1,000 nm 범위에서는 TM-type의 투과율 곡선은 이 영역의 근적외선을 완벽히 차단할 정도로 낮다. 그리고 1,000~1,400 nm 범위에서는 1,130 nm 부근에서 극댓값을, 1,180 nm 부근에서 극솟값을 보인다. C-type 의 투과율 곡선은 AR 렌즈의 투과율 곡선보다 전반적으로 낮게 분포한다. 하지만 M-type 및 TM-type의 투과율 곡선은 AR 렌즈의 투과율 패턴과 크게 다르지 않다. 이러한 결과로부터 M-Type 및 TM-type 제조방식은 대체로 1,100 nm 이상의 근적외선 차단에는 효과적이지 못하다는 것을 알 수 있다.

    2. 광학적 성능

    식 (1)과 (2)를 통해 산출한 근적외선 차단렌즈의 RNIR 과 τ 을 표 1에 나타내었다. 각 제조방식에서 가장 큰 값은 볼드체로, 가장 작은 값은 이탤릭체로 나타내었다. 추가로 조사된 MR8, AR, MR8a 및 ATgy 렌즈도 함께 상단에 나타내었다.

    Ⅳ. 고 찰

    투과율 곡선과 이로부터 구한 RNIR 및 τ 을 제조방식별로 비교하면서 각각의 특징과 장단점, 그리고 근적 외선 차단렌즈에 대한 개발 방향에 대하여 논하였다.

    1. RNIR 과 τ 의 비교

    RNIR 의 평균은, TM-type(62.3%)이 가장 우수하고, M-type(31.5%)이 가장 저조하다. TM-type(62.3%)은 제조에 사용된 착색렌즈인 바탕렌즈 ATgy(60.2%)와 큰 차이가 없다. 측정된 모든 근적외선 차단렌즈의 RNIR 은 AR 렌즈(19.2%)보다 높다. 이로부터 근적외선을 가장 많이 차단하는 제조방식은 TM-type임을 알 수 있다.

    τ 의 평균은, C-type(95.0%)이 가장 우수하고, TMtype(20.4%)이 가장 저조하다. 비교 대상인 AR 렌즈의 τ 은 98.5%이다.

    2. C-type과 M-type의 비교

    RNIR 의 평균은 C-type(44.5%)이 M-type(31.5%) 보다 우수하다. τ 의 평균도 C-type(95.0%)이 M-type (79.7%)보다 우수하다. 즉, RNIR 및 τ 의 모든 면에서 C-type이 우수하다.

    C-type 중, 가장 우수한 것은 DC 렌즈(RNIR = 56.1%, τ =97.4%)로, 두 값 모두 C-type에서 가장 높다. 반면, 가장 저조한 것은 AC 렌즈(RNIR =26.7%, τ = 91.0%)로, 두 값 모두 C-type에서 가장 낮다. 한편, C-type의 다른 9종 렌즈(BJ~JC: 39.2%≤RNIR ≤ 56.1%)들은 모두 M-type 렌즈(27.9%≤RNIR ≤37.6%) 들보다 RNIR 이 높은데, 오직 AC 렌즈(RNIR =26.7%)만 이 M-type 렌즈들보다 낮다.

    AC 및 M-type 5종 모두 같은 제조사 A의 제품이라는 점을 상기하고, 이들 제품에 대한 성능이 타사 제품보다 저조한 이유를 살펴보는 것은 근적외선 차단렌즈 설계 및 개발에 도움이 될 것으로 보인다.

    우선, Fig. 1에서 C-type에 대한 투과율 곡선을 보자. AC 렌즈의 투과율 곡선은 나머지 9종(BC~JC)과 다음과 같은 면에서 다르다. 첫째, 가시광선(380~780 nm) 영역에서 투과율 곡선이 C-type의 다른 9종(BJ~JC) 보다 확연히 낮다. 둘째, 근적외선(780~1,400 nm) 영역에서의 투과율 곡선은 다른 9종보다 현저히 높다. 게다가 1,060~1,400 nm 범위에서는 오히려 근적외선 차단설계를 하지 않은 AR 렌즈보다 투과율 곡선이 전반적으로 높다. 셋째, 다른 9종 렌즈(BC~JC)에서는 나타나지 않는 두 개의 흡수선(835 nm와 960 nm 부근)이 관측된다. 이들은 모두, 렌즈의 광학적 성능인 RNIR 과 τ 에 영향을 미치는 요인들이다.

    타사의 렌즈와는 달리 A사의 렌즈에서만 나타나는 이러한 특징의 원인을 알아보기 위하여 5종류 렌즈(MR8, AR, DC, MR8a, AC)에 대한 투과율 곡선을 Fig. 2를 통하여 아래와 같이 비교하였다. 주목할 점은 A사의 근적외선 차단렌즈에는 모두 근적외선 차단제가 첨가되어 있다는 것이다.

    Fig. 2를 참고하여 살펴본 5종류의 렌즈 대한 투과율 곡선의 특징은 다음과 같다.

    첫째, MR8은 어떠한 처리도 하지 않는 렌즈로, 일명 생지렌즈라고도 불린다. 400 nm 부근에서 급격한 상승, 450 nm 파장 이상에서 대체로 일정한 투과율 곡선, 1,180 nm 부근에서 강한 흡수선 출현이라는 특징을 갖는다.

    둘째, AR은 무반사 코팅 MR8 렌즈이다. 가시광선 영역에서 MR8 렌즈보다 높은 투과율 곡선, 근적외선 영역에서 MR8보다 낮은 투과율 곡선, 1,180 nm 부근에서 MR8과 동일한 흡수선 출현이라는 특징을 갖는다. 이러한 특징으로 AR 렌즈는 MR8 렌즈보다 높은 RNIR 과 τ 을 갖게 된다. 표 1에 따르면 AR 렌즈(RNIR = 19.2%, τ =98.5%)의 광학적 성능은 MR8 렌즈(RNIR = 11.9%, τ =88.7%)보다 우수하다.

    셋째, DC는 코팅방식의 MR8 렌즈이다. C-type에서 성능이 가장 우수하다. 가시광선 영역(380~780 nm)에서 AR 렌즈만큼 우수한 투과율 곡선, 근적외선 영역 (780~1,400 nm)에서 MR8 및 AR 렌즈보다 현저히 낮 은 투과율 곡선이라는 특징을 갖는다. 이처럼 우수한 근적외선 차단설계가 적용된 덕분에, DC 렌즈는 C-type 중에서 가장 우수한 근적외선 차단효과(RNIR =56.1%)를 보이면서, 시감투과율(τ =97.4%) 또한 AR 렌즈(τ = 98.5%)에 견줄 만큼 높다.

    넷째, MR8a는 근적외선 차단제 첨가 MR8 렌즈이다. 근적외선 차단제가 첨가되지 않은 MR8 렌즈에 비해 가시광선 전 영역(380~780 nm)에 걸친 낮은 투과율 곡선, 830 nm와 960 nm 부근에서의 두 흡수선 출현, 1,100~1,400 nm 영역에서 MR8 렌즈와 비슷한 투과율 곡선이라는 특징을 갖는다. 투과율 곡선을 보면, 근적외선 차단제는 830 nm와 960 nm 부근에서의 두 흡수선으로 인한 근적외선 차단효과를 확실히 보여준다는 장점이 있다. 하지만, 가시광선 영역에서의 광범위한 투과율 곡선의 감소는 τ 의 감소를 초래한다는 점, 그리고 1,100~1,400 nm 영역에서 MR8 렌즈와 큰 차이가 없는 투과율 곡선을 보인다는 점에서 근적외선 차단제의 사용은 오히려 단점으로 지적될 수 있다. 표 1에 따르면 근적외선 차단제가 첨가된 MR8a 렌즈(RNIR =21.2%, τ =84.0%)는 첨가되지 않은 MR8 렌즈(RNIR =11.9% τ =88.7%)보다 RNIR 은 증가하지만, C-type(평균 RNIR = 44.5%)을 넘어서는 우수한 근적외선 차단율을 보이지는 않는다. 오히려 τ 의 감소를 초래할 뿐이다.

    다섯째, AC는 근적외선 차단제 첨가 및 코팅방식의 MR8 렌즈이다. C-type에서 성능이 가장 저조하다. 가시광선 영역(380~780 nm)에서의 투과율 곡선이 AR이나 DC보다 현저히 낮다는 점, 근적외선 영역(780~ 1,400 nm)에서의 투과율 곡선은 DC 렌즈보다 상당히 높다는 점이 특징이다.

    같은 코팅방식으로 제조되었지만, 근적외선 차단제가 첨가된 AC와 첨가되지 않은 DC, 두 렌즈를 비교해보자. DC 렌즈(RNIR =56.1% τ =97.4%)는 AC 렌즈(RNIR = 26.7% τ =91.0%)보다 월등히 우수하다. 게다가 근적외선 차단제가 첨가된 AC 렌즈는, C-type 전체 렌즈 중에서 RNIR 도 τ 도 모두 가장 저조하다. 이와 같은 AC 및 DC 렌즈의 사례로부터 근적외선 차단제의 첨가 없이, 오직 코팅방식만으로도 상당히 우수한 성능의 근적 외선 차단렌즈를 개발할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.

    한 가지 더 논의할 수 있는 것은, 근적외선 차단제를 사용한 상태에서 최적의 코팅설계를 수행하면 보다 나은 성능의 렌즈를 개발할 수도 있지 않겠느냐 하는 점이다. 하지만 근적외선 차단제로 야기되는 가시광선 영역에서의 전반적인 투과율 곡선의 감소는 광흡수 현상으로 나타나는 것으로, 이는 최적의 코팅설계를 한다 해도 해결될 수 있는 문제가 아니다. 결국, 근적외선 차단제의 사용은 적절한 선택이라고 볼 수 없다.

    3. M-type과 TM-type의 비교

    두 제조방식 모두 같은 제조사인 A사에서 출시한 제품들이다. TM-type 제조에 사용된 바탕렌즈는 색상이 gray 한 가지로, 제조사 A, 착색방식 T이므로 ATgy로 표기하였다. M-type과 TM-type에 대한 비교를 다음과 같이 하였다.

    첫째, Fig. 1에서 M-type과 TM-type의 투과율 곡선을 비교해보면, M-type의 경우는 렌즈의 색상에 따라 투과율 곡선이 확연히 구분되어 보인다. 하지만 TM-type의 경우는 색상과 관계없이 전반적으로 유사한 패턴의 투과율 곡선을 보인다. 짙은 파선으로 나타낸 바탕렌즈 ATgy의 투과율 곡선을 TM-type 5종과 비교하면 더 잘 알 수 있다. 즉, M-type의 투과율 곡선이 색상에 따라 잘 구분되는 것과는 달리, TM-type의 투과율 곡선은 전반적으로 바탕렌즈인 착색렌즈 ATgy의 투과율 곡선 특성을 그대로 따른다. 이러한 점은 표 1의 결과에서도 확인할 수 있다. 즉, TM-type의 근적외선 차단율 평균(RNIR =62.3%)은 ATgy 렌즈의 평균(RNIR = 60.2%)과 큰 차이가 없다. 표준편차를 비교하면 Mtype의 경우는 ±3.8%인데, TM-type의 경우는 ±1.9%로 M-type보다 작다. 이러한 결과로부터 M-type의 경우는 미러코팅으로 인해 나타나는 반사특성이 렌즈 전체의 광학적 특성을 좌우하지만, TM-type의 경우는 미러코팅에 의한 반사특성보다는 바탕렌즈인 착색렌즈의 색상 및 투과율 특성이 렌즈 전체의 광학적 특성에 영향을 미 친다는 것을 알 수 있다.

    둘째, TM-type의 또 다른 특징은, 800~1,000 nm 영역에서의 근적외선은 거의 완벽히 차단하지만, 1,000~ 1,400 nm 영역의 근적외선은 상당량 투과시킨다는 점이다. 이러한 특징은 Fig. 1의 TM-type과 ATgy 사이의 투과율 곡선을 비교하면, 바탕렌즈인 ATgy의 특성에서 비롯된 것임을 쉽게 알 수 있다. 이는 바탕렌즈인 착색렌즈 ATgy의 특성이 TM-type 렌즈들의 근적외선 차단율에 크게 영향을 미친다는 사실을 말해주는 것이다.

    결국, TM-type에서 나타나는 높은 근적외선 차단효과는 미러코팅에 의해 나타나는 것이 아니라 바탕렌즈인 착색렌즈의 광학적 특성에 의해 나타난 것임을 알 수 있다. 한편, TM-type은 평균 τ =20.4%로 매우 낮기 때문에 일상생활에서 사용하기에는 무리한 면이 있을 것으로 보인다.

    4. C-type과 TM-type의 비교

    Fig. 1에서 C-type 및 TM-type에 대한 투과율 곡선을 비교해보면, 1,000~1,400 nm 영역에서는 대체로 TM-type의 근적외선 투과율 곡선이 C-type의 투과율 곡선보다 높다. 이로부터 1,000~1,400 nm 영역에서는 TM-type의 근적외선 차단효과가 C-type 보다 저조하다는 것을 알 수 있다. 이어서 TM-type(평균 RNIR = 62.3%)과 C-type에서 가장 우수한 DC(RNIR =56.1%) 를 비교해보면, 6.2% 정도밖에 차이가 나지 않는다. 이로부터 C-type만으로도 TM-type을 넘어서는 근적외선 차단율을 갖는 렌즈의 개발 가능성을 엿볼 수 있다.

    이상을 종합하면, AR 렌즈 수준의 높은 τ 과 TMtype의 RNIR 을 넘어서는 우수한 근적외선 차단렌즈의 개발 가능성을 타진해 볼 수 있다는 점에서 근적외선 차 단렌즈의 설계 방향은 C-type 렌즈가 가장 효과적이라 할 수 있다.

    덧붙여 말하면, 제조사가 렌즈의 성능을 분석할 수 있는 기술을 보유하였더라면, 근적외선 첨가제를 사용하는 일은 배제되었을 것이다. 일본의 경우, 일본안경보급광 학기검사협회(JSOI)에서 공인된 국제표준의 규정에 따라 안경렌즈의 광학적 성능에 대한 측정과 분석을 대행 하고 있다.18) 국내의 경우, 이를 수행할 수 있는 기관이 없다는 점은 매우 안타까운 일이라 하겠다.

    렌즈의 광학적 성능은 반드시 제품에 표기되어야 할 중요한 항목으로, 향후 광학적 성능표기는 의무화되어야 할 일이다. 또한, 제조사들의 광학적 성능평가기술의 확보는 선택이 아닌 필수이며, 문제해결을 위해서는 협회도 적극 동참해야 할 것으로 사료된다.

    Ⅴ. 결 론

    시중에서 유통되고 있는 근적외선 차단렌즈에 대한 광학적 성능으로 근적외선 차단율과 시감투과율을 제조 방식 및 근적외선 차단제 첨가 여부에 따라 조사한 후, 근적외선 차단렌즈의 개발 방향에 대하여 알아보았다. 조사된 근적외선 차단렌즈는 코팅방식(C—type) 10종, 미러방식(M—type) 5종, 착색미러방식(TM—type) 5종으로 시중에서 유통되고 있는 제품들이다.

    조사된 렌즈를 분석한 결과, 근적외선 차단율은 TM —type이 평균 62.3%로 가장 우수하였지만, 착색렌즈에 미러코팅을 한 관계로 시감투과율이 평균 20.2%로 매우 낮았다. M—type의 경우는 근적외선 차단제의 첨가로 인한 근적외선 차단효과가 확실하게 나타나기는 했지만, 실제로는 근적외선 차단제가 첨가되지 않은 C-type 렌즈의 근적외선 차단율보다 그 성능이 떨어졌고, 시감투과율 또한 낮았다.

    제조방식 및 근적외선 차단제 사용 여부를 종합하면, 근적외선 차단렌즈의 설계 방향은 C-type이 가장 효과적이며, 최적의 코팅설계가 적용된다면 AR 렌즈 수준의 높은 시감투과율을 보이면서, TM-type의 근적외선 차단율을 능가하는 우수한 품질의 근적외선 차단렌즈 개발 가능성이 열려있다고 하겠다.

    Acknowledgement

    This paper was supported by the Konyang University Research Fund in 2023.

    Figure

    KJVS-26-3-159_F1.gif

    Transmittance curves for various lenses.

    KJVS-26-3-159_F2.gif

    Transmittance curves for MR8, AR, DC, MR8a, and AC lenses.

    Table

    Near-infrared blocking rate RNIR and luminous transmittance τ for various lenses

    SD<sup>*</sup>: standard deviation

    Reference

    1. ICNIRP: Infrared radiation, 2013. Available at https://www.icnirp.org/en/frequencies/infrared/index.html. Accessed August 4, 2024.
    2. de Fez MD, Luque MJ et al.: Enhancement of contrast sensitivity and losses of chromatic discrimination with tinted lenses. Optom Vis Sci. 79(9), 590-597, 2002.
    3. ICNIRP: ICNIRP Guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics 105(1), 74-96, 2014.
    4. Korean Optometric Association: 2021 National eyeglasses and contact lens usage survey, 2021. Available at http://www.optic.or.kr/boards/glasses/view?page=4&id=3876. Accessed August 4, 2024.
    5. Choi EJ: Analysis of blue light in automotive lamps for night vision driver lens development. J Korean Oph Opt Soc. 23(1), 65-72, 2018.
    6. Jung MH, Yang SJ et al.: Evaluation of blue light hazards in LED lightings. J Korean Oph Opt Soc. 20(3), 293-300, 2015.
    7. Son YH, Yang SJ et al.: Performance optimization of blue-light blocking lens through analysis of blue light rmitted from LED light sources. J Korean Oph Opt Soc. 21(4), 393-400, 2016.
    8. Lee YH, Park SW et al.: The analysis of the effect the minute quantities of infrared rays that were not filtered by IR cut-off filter has on digital images. J Korea Contents Assoc. 11(5), 205-215, 2011.
    9. Cho S, Shin MH et al.: Effects of infrared radiation and heat on human skin aging in vivo. J Investig Dermatol Symp Proc. 14(1), 15-19, 2009.
    10. Kim NR, Sim JW: A study of effect on skin temperature by jadeite powder containing O/W emulsion formulation. J Soc Cosmet Sci. 44(2), 201-210, 2018.
    11. Jung HM, Won DY et al.: Implementation of radiation damage in vitro model using swine skin. J Korean Soc Radiol. 10(2), 139-144, 2016.
    12. Kim MC, Pyo JY et al.: Analysis on optical and heat blocking characteristics of near-infrared absorbing lenses. Korean J Vis Sci. 21(4), 607-619, 2019.
    13. Lee GE, Pyo JY et al.: Analysis on the color reproduction of near infrared absorbing lenses and tinted lenses. Korean J Vis Sci. 22(1), 1-10, 2020.
    14. Lee SG: The Effect of Near-infrared Blocking Eyeglasses on Visual Function, Daegu Catholic University MS Thesis, pp.6-7, 2021.
    15. ISO: ISO 13666:2019 Ophthalmic optics – spectacle lenses – vocabulary, 2019. Available at https://www.iso.org/standard/68450.html. Accessed August 4, 2024.
    16. Jung MS, Choi EJ: A study on methods of analysis and evaluation of blue light blocking tinted lens using yellow-tinted lenses. J Korean Oph Opt Soc. 23(1), 57-63, 2018.
    17. Kim CJ, Choi SY et al.: Evaluation of blue-light blocking ratio and luminous transmittance of blue-light blocking lens based on international standard. J Korean Och Opt Soc. 19(2), 135-143, 2014.
    18. JSOI: Japan Spectacles and Popular Optics Inspection Institute. Available at http://www.jsoi.or.jp. Accessed August 5, 2024.
    Copyright © The Korean Society of Vision Science. All rights reserved.