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안경테(rim)의 커브 설계
  • 강현식 교수
  • 등록 2015-07-31 15:36:38

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  • 안경렌즈의 커브 불일치 시 렌즈 이탈•시력 장애•안정피로 발생… 안경테 디자인 전에 커브 반드시 확인해야
 
1990년대 후반부터 오늘에 이르기까지 안경사들 중에는 안경테의 커브(혹은 곡률)가 렌즈의 커브(곡률)와 일치되지 않는다고 불평하는 사람이 많다.

이러한 불평은 단순히 불평하는 것만으로 종결되는 것이 아니다.

안경테에 박힌 렌즈가 작은 힘(충격)을 받기만 해도 쉽게 빠지고, 또 언젠가는 우연히 저절로 탈락하기도 하며, 심할 경우에는 오목렌즈의 얇은 중앙부(광학대, 光學帶; optical zone)가 테에서 주어지는 힘을 이지지 못하고 변형 되어 시력장애를 일으키기도 하며, 또 테의 역학적(구조적) 강도가 취약할 경우에는 완벽하게 조정된 림(rim)을 왜곡시켜 안정피로를 일으키기도 한다.

해외 바이어가 국산 안경테를 주문할 때 흔히 제시하는 것이 테 커브를 지정하는 것이다(안경렌즈 재질이 유리였던 옛날에는 커브 지정은 거의 없었다).

그렇게 하는 것은 결국 안경의 시광학적 기능(視光學的 機能)을 고려하고 눈의 피로를 해소시키기 위한 의미가 내재(內在)된 것으로 렌즈의 커브와 안경테의 커브가 합치되어 렌즈가 테에 무리 없이 부드럽게 들어가 끼워지도록 만들기 위한 것이다.

따라서 디자이너가 테 커브를 설계할 때는 사전에 반드시 제시된 렌즈의 곡률(커브)을 측정하고, 그 결과를 테의 설계에 반영해야 한다.


■안경테 디자인에 앞서 해야 할 일
안경테 제조업체의 디자이너는 테를 설계하기에 앞서 고객(buyer)이 보내준 주문서(order sheet)와 설계 도면을 잘 살펴야 한다.

만약 주문서에 테 커브의 지정이 없다면 바이어에게 확인부터 받아야 한다. 특히 대량의 선글라스를 수주했을 때는 렌즈의 재질과 곡률을 측정한 후 테의 커브를 결정(설계)하는 것이 좋다.

선글라스니까 기본 커브 6커브로 설계하는 것은 무모한 일이다. 왜냐하면 PC렌즈인 경우에는 6커브 보다는 4커브로 설계하는 편이 좋기 때문이다.

고글은 7커브, 8커브 심지어는 9커브로도 설계하지만 보통 선글라스(CR-39 렌즈)는 6커브로 설계한다. 대량 수주했을 경우 렌즈 커브와 테 커브가 합치(合致)되면, 렌즈 끼우는 작업 능률이 향상되고, 잘 들어맞기 때문에 렌즈를 끼웠을 때 응력 또는 왜력(歪力)이 발생하지 않아서 렌즈의 광학적 성능을 저해 받지 않게 된다.

그러나 렌즈의 곡률과 테의 곡률이 불합치(不合致)되면 테로부터 압력을 받은 렌즈 부위에서는(특히 렌즈를 금속테 등에 무리하게 끼웠을 때) 복굴절이 발생하고, 또 편광기를 통해서 검사하면 관찰자는 어두운 광학적 주름진 무늬를 볼 수 있게 된다.

렌즈를 테에 끼웠을 때 복굴절 등의 현상이 출현하면 테와 렌즈의 비틀림과 복굴절 현상으로 렌즈의 광학적 성능이 저하되고, 자연시(自然視)가 방해 받게 된다. 이러한 현상이 편광 선글라스에서 나타날 경우에는 편광도가 떨어지므로 주의해야 한다.

이상과 같은 사유로 테의 커브를 설계할 때는 그 테에 끼울 렌즈의 곡률 측정치와 굴절률을 반영시켜야 한다.


■렌즈의 굴절률과 곡률측정
안경렌즈용 광학재질의 중요한 요소에는 굴절률과 아베수(아베數)가 있다. 이것을 광학정수(光學定數)라고 하는데 이 중에서 굴절률은 안경원에서도 측정 가능하다.

굴절률은 렌즈미터와 렌즈 커브계(lens gage)를 사용해서 실용 값을 측정할 수 있고, 렌즈의 커브는 렌즈 커브계로 직접 측정할 수 있다.


(1)렌즈 커브의 측정 방법
렌즈 커브는 구면곡률을 측정한 값으로 렌즈 연마기술자 등은 흔히 ‘몇 커브’라고 말한다. 렌즈의 굴절력을 면 굴절력이든 총 굴절력이든 다 같이 D(디옵터 단위)로 표기한다.

그렇지만 면 굴절력은 diopter curve(속칭 커브(곡률))를 의미하고, 총 굴절력은 초점거리(m)의 역수인 도수를 나타낸다. 굴절력 표기는 같으나 커브를 말할 때와 도수를 말할 때 D값은 그 의미가 다르다.

렌즈의 커브를 측정하기 위해서는 렌즈 커브계 또는 렌즈 커브 계측기(計測器)를 사용한다. 렌즈 커브계는 한 개의 지침(指針)과 일렬로 배치된 3개의 핀(중앙 핀은 상•하로 움직이고, 양측 핀은 고정되어 있음), 그리고 면 굴절력이 표기된 숫자판으로 되어있다. 지침은 평면을 측정할 때만 영(zero)을 가리키는데 0을 가리키지 않는다고 보정할 필요는 없다.

렌즈의 곡률을 측정하기 위해서는 렌즈 커브계의 3개의 핀을 렌즈 면에 대고 볼록면의 커브를 측정할 때는 ‘+’눈금의 값(커브)을 읽고, 오목면의 커브를 측정할 때는 ‘-’눈금을 읽으면 된다. 또 측정렌즈의 총 굴절력을 알고 싶으면 전•후면의 면 굴절력을 보태면(代數和) 된다.

예를 들어 볼록면의 곡률 측정치가 +6커브이고 오목면의 커브가 -8커브이면 이 렌즈의 굴절력은 -2D렌즈이다. 또 볼록면의 곡률 측정치가 +6커브이고 오목면의 측정치가 -4커브이면 이 렌즈의 굴절력은 +2D이다.
 
그런데 렌즈 커브계의 눈금은 보통 안경 크라운 유리의 굴절률 n=1.523을 기준으로 해서 눈금을 매겼기 때문에 이것으로 굴절률이 다른 플라스틱 렌즈의 커브를 측정했다면, 이 측정치(면 굴절력)는 식(1)로 보정해야 한다.

보정된 실제의 면 굴절력= (우측 참조)
 
예를 들어 PC렌즈의 볼록면 커브를 커브계로 측정한 결과 +5.40D였다고 하면 이 렌즈의 실제 커브는 다음과 같이 계산한다. 단 PC렌즈의 굴절률은 n=1.586이다.

보정된 PC렌즈의 실제 면 굴절력= (우측 참조)
 
즉 커브계로 측정한 PC렌즈의 커브는 5.40D(5.4커브)였으나 보정한 후의 실제 커브는 +6.0커브이다. 여기서 +부호는 볼록면을 나타내며 오목면의 커브를 측정했다면 -부호를 붙인다. 또 렌즈의 곡률반경은 식(2)로 계산한다.

D : 면 굴절력(속칭:커브)
n : 렌즈 소재의 굴절률
r : 렌즈의 곡률반경(㎜)

실제의 커브 측정값이 +6커브이고 굴절률이 n=1.586이므로 계산 결과는 다음과 같다.
(우측 참조)
 
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