SLPS (Scanning Profiling Profiler) 기반 방법론으로 안구 내 렌즈의 전방 및 후방 산란을 정량적으로 평가

이 스캐닝 광산란 프로파일러(Scanning Light Scattering Profiler)의 전반적인 목적은 인공수정체를 통과하는 산란광의 강도와 방향성을 정량적으로 평가하는 것입니다. 이 시험 방법은 특정 디자인이나 재료가 원치 않는 광산란을 유발하는 데 더 민감한지 여부와 같이 인공수정체 분야의 핵심적인 질문들을 해결하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 정량적 분석이 가능하다는 점이며, 광산란의 방향성을 검출하는 데 사용할 수 있다는 것입니다.

제 실험실의 기술 연구원인 Claudine Krawczyk가 테스트 절차를 시연할 것입니다. 실험 장치는 벤치 탑 위에 조립되어 있습니다. 핵심 장치는 이 프로그래밍 가능한 360도 회전 및 선형 이동 스테이지를 중심으로 설계된 고니오포토미터(goniophotometer)입니다.

스테이지는 평행 이동 및 기울기 조정이 가능한 플랫폼 위에 놓여 있습니다. 스테이지의 확장 가능한 암 끝단에 장착된 포토다이오드가 고니오포토미터(goniophotometer) 센서입니다. 이 센서는 다양한 산란 평면을 측정할 수 있도록 최소 45도까지 조정 가능한 마운트에 지지되어 있습니다.

고니오포토미터(goniophotometer) 상단에 인공수정체를 거치할 플랫폼을 제작합니다. 길이 18인치, 직경 0.5인치의 원통형 포스트 3~4개와 포스트 스탠드를 사용하여 18인치 x 18인치 크기의 준비 보드를 지지합니다. 준비 보드는 그 아래에 매달린 3축 이동 스테이지의 베이스 역할을 합니다.

다음으로, 실험에 사용할 인공 수정체를 준비합니다. 이 다초점 광학 렌즈가 이번 시연에 사용될 것입니다. 구조물의 인공 수정체들은 제자리에 고정되어 있어야 함에 유의하십시오.

이 구조물들과 클램프를 사용하여 렌즈를 플랫폼에 부착하십시오. 여기서는 렌즈가 부착되어 프로토콜에서 사용할 준비가 된 상태입니다. 고니오포토미터(goniophotometer) 광원으로는 좁은 선폭의 레이저 광원을 사용하십시오.

빔을 단일 모드 전송 광섬유로 집광시키기 위해 10Xinfinity 보정 대물렌즈를 선택하십시오. 광원을 평행광으로 만들기 위해 대물렌즈의 초점 위치에 광섬유를 배치하십시오. 다음으로, 가우시안 빔의 직경을 조절하기 위해 광원 앞에 아이리스 조리개를 배치하십시오.

조리개 직경은 인간의 눈을 대표하여 1에서 6mm 사이가 되어야 합니다. 인공수정체가 광원 바로 앞에 위치하고, 렌즈의 초점 평면이 빔과 수직이 되도록 광원을 정렬하십시오. 가장 중요한 단계는 인공수정체가 광원과 적절하게 정렬되었는지 확인하는 것입니다.

빛이 인공수정체 중심을 통과할 때 방향이 바뀌지 않도록 인공수정체를 조정해야 합니다. 인공수정체 뒤에 핀홀 조리개를 사용하여 빛이 렌즈를 통과하기 전의 광원 방향성을 확인함으로써 안구 내 정렬을 수행할 수 있습니다. 렌즈의 위치는 플랫폼 스테이지를 통해 조정 가능합니다.

이제 전동 스테이지의 회전축이 인공수정체 바로 아래에 오도록 위치시킵니다. 이렇게 하면 인공수정체가 고니오포토미터(goniophotometer) 궤적의 중심에 위치하게 됩니다. 선형 이동 암(linear translation arm)을 사용하여 포토다이오드와 인공수정체 사이의 거리를 조절함으로써 신호 강도와 해상도 요구 사항의 균형을 맞춥니다.

본 사례에서 선택한 거리는 6.75 centimeters입니다. 데이터를 수집하기 전, 장치가 실험을 위해 적절히 설정되었는지 확인하십시오. 안내렌즈에 입사하는 빛의 입사각이 0도인지 확인하십시오.

다음으로 조리개에 주의를 기울여, 조리개 크기가 일반적인 홍채 직경과 일치하는지 확인하십시오. 또한 안구 내 렌즈에서 포토다이오드까지의 거리와 포토다이오드의 각도가 정확한지 확인하십시오. 이 단계에서 데이터 수집 자동화 설정을 완료하십시오.

실험 과정에서 회전 스테이지가 인공수정체 주변으로 포토다이오드를 360도 회전시켜 다양한 각도에서 데이터를 수집할 수 있게 합니다. 각도 단계 크기는 자동화 프로그램의 입력 값으로 설정합니다. 실험을 수행하기 전, 내부가 반사 방지 코팅된 용기로 장치를 감싸 외부 빛을 차단하십시오.

광원을 위한 개구부를 반드시 확보하십시오. 준비가 되면 불필요한 모든 조명을 끈 상태에서 실험을 수행하십시오. 빔 직경과 산란광 강도 사이에는 회전 각도의 함수로서 직접적인 상관관계가 있습니다.

단초점 렌즈에 대해 두 개의 아이리스 조리개 값이 이 데이터에 표시되어 있습니다. 검은색 곡선은 아이리스 직경이 1 mm인 경우이며, 빨간색 곡선은 아이리스 조리개가 4.64 mm인 경우입니다.

정성적으로 그 차이는 명확합니다. 해당 데이터는 신호 강도 변화에 대한 정량적 연구를 가능하게 했습니다. 빛 산란 강도는 입사각의 영향 또한 받습니다.

이 그래프에는 단초점 렌즈에 대한 네 가지 서로 다른 입사각의 데이터가 제공됩니다. 입사각이 스침각(grazing angle)에 가까워질수록 대부분의 빛이 렌즈에서 반사되기 때문에 예상대로 산란 강도가 증가합니다. 단초점 렌즈의 데이터와 다초점 렌즈의 데이터를 비교해 보십시오.

데이터는 동일한 입사각에 해당합니다. 입사각이 증가함에 따라 다초점 피크가 넓어지는 것에 유의하십시오. 입사각 80도에서 가장 강한 피크는 전방 산란광과 후방 산란광의 경계에 위치합니다.

이는 눈부심(glare)으로 식별될 수 있습니다. 비록 이 시험편은 인공수정체 테스트를 위해 개발되었으나, 더 폭넓은 영향력을 가지며 콘택트렌즈 및 기타 광학 부품의 테스트에도 적용 가능합니다. 이 영상을 시청하고 나면, 인공수정체를 통과한 후의 빛 산란을 정량적으로 평가하기 위해 고니오포토미터(goniophotometer) 개념을 어떻게 재현하는지에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

레이저 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 실험을 수행할 때는 항상 보호 안경 착용과 같은 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.