콘택트 렌즈의 탄성에 관한 연구(I) : 진동에 의한 영향

Elastic Behavior of Contact Lense(I) : Effect of Vibration

주기적으로 변하는 압력이 탈수상태의 HEMA 콘택트 렌즈에 작용하여 진동이 발생하는 경우, 렌즈상의 임의의 위치에서 파형과 평균진폭을 예측할 수 있는 미분방정식과 컴퓨터 프로그램을 유도하였다. 중심부분의 두께 0.08mm, 직경 14mm, 곡율반경 8mm 렌즈의 고유 공진진동수는 추가질량감소법에 의해 5730 Hz으로 측정되었다. 진동에 주로 관여하는 렌즈의 유효반경의 측정값과 고유 공진 진동수값으로부터 base curve를 가지고 있는 상태에서 렌즈의 탄성율(Young's modulus)을 구할 수 있었으며, 본 실험에 사용한 렌즈에서는 그 값이 $4{\times}10^9$ Pa으로 구해졌다. 파동방정식과 탄성이론에 기초를 두고 유도한 컴퓨터 모델을 작동하여 렌즈의 유효 반경, 렌즈두께, damping, 압력진폭, driving 압력의 진동수 등의 변수가 진동에 미치는 영향을 모사하였다. 렌즈의 유효반경이 클수록, 렌즈의 두께가 얇아 질수록 공진진동수는 낮아지며, 공진진동수 감소에 따라 평균진폭의 급격한 증가가 예측되었다. 외부 압력의 진동수가 렌즈의 고유진동수의 정배수에 접근하는 경우 diaphram의 진동 파형은 원호형에서 파도 또는 종(bell)형으로 전환되며 결과적으로 중심부근의 진폭이 갑자기 상승하게 될 것으로 예상된다.

Differential equations and its numerical solution program using Turbo-C were formulated to describe the radical distribution and average displacement amplitude of vibrating dehydrated contact lens(HEMA) driven by sinusoidal or rectangular pressure. The natural resonant frequency of the lens diaphram(thickness 0.08mm, diameter 14mm, curvature radius 8mm) was measured to be 5730 Hz from the extrapolation of frequency vs addedmass to the diaphram curve. The Young's modulus of the lens was measured to be $4{\times}10^9$ Pa with altering the original shape. The effect of parameters such as thickness, effective radius, damping coeff., amplitude of driving pressure on the vibration characteristics was illustrated by the computer simulation of the derived program. When the frequency of driving pressure coincides with the integral multiple of fundamental resonance frequency of the lens the wave pattern changes from arc to bell-shape along the radial position of the diaphram. If this happens to the contact lens on the cornea in vivo, it might create the feel of pull of the lens due to the increased rise of central part of the lens.