콘택트 렌즈의 진동에 관한 연구

Vibration of Contact Lenses

주기적으로 변하는 압력이 loose 또는 tight fitting 상태의 콘택트렌즈와 같은 diaphragm에 작용하여 진동이 발생하는 경우 diaphragm의 가장자리(edge)는 단순지지(simply supported) 또는 고정(rigidly clamped) 상태로 가정할 수 있으며, 이러한 가정하에 diaphragm의 진동을 해석할 수 있는 미분방정식과 그 해를 구하는 컴퓨터 프로그램을 작성하였으며 이 컴퓨터 모델을 사용하여 진폭 및 출력을 예측하고 diaphragm의 반경 및 두께, damping, 작용하는 압력의 진동수 등 제반 변수가 진동에 미치는 영향을 모사하였다. 외부 압력의 진동수가 어떤 범위 이상에서는 diaphragm의 파형은 한 개의 peak를 가지는 원호형에서 2개의 peak를 가지는 파도형으로 전환되며 이 때 진동수가 증가함에 따라 diaphragm의 바깥 부분의 peak가 안쪽 peak보다 높아지는 것을 알 수 있다. 이러한 경향이 시작되는 진동수는 diaphragm의 가장자리가 단순지지된 경우가 clamped 된 경우보다 훨씬 낮다. 단순지지된 diaphragm의 진동은 고정단 진동에 비하여 기본 공진(fundamental resonance)이 월등히 낮은 진동수에서 발생하며, 따라서 저주파 영역에서는 진동수가 낮아질수록 두 진동간의 진폭차가 커지지만 고주파 영역에서는 그 차이가 미미하게 된다. 또한 단순지지 diaphragm의 진동의 특징은 진동수의 증가에 따라 여러개의 공진(harmonics)이 발생하지만 전체적으로 진폭은 급격하게 감소한다. 그러나 저주파 영역에서 단순지지 진동의 진폭이 크다고 해도 출력은 낮기 때문에 diaphragm의 진동에 따른 출력(power)은 특정 진동수에서 하나의 주 peak를 갖는다. 단순지지된 diaphragm이 진동할 때 diaphragm의 출력 공진진동수는 두께가 증가할수록 감소한다. 이 경우 형성되는 harmonics의 출력은 기본공진의 강도에 비해 현저하게 떨어지는 것이 진폭의 경우와 대조적이다.

A mathematical model was proposed to analyze the vibration of diaphragm, such as the contact lenses fitted on the eyes, being subjected to the external sinusoidal pressure. The model incorporates the differential equations and their numerical solution program, based on the wave equations. Turbo-C and graphic software, formulated to describe the dependence of the various parameters involved in the vibration. The model predicts the radial distribution of amplitude, frequency dependence of both average displacement amplitude and the power of diaphragm whose edge is being either simply supported or rigidly clamped in vibration. The effect of variables such as thickness, radius, damping coefficients on the vibration characteristics was illustrated by the computer simulation of the derived program. As the frequency of driving pressure increases above the certain value determined by the boundary conditions and parameters the wave shape or pattern changes from simple arc to belly or loops having double antinode. It seems that the effect of outer antinode progressively increases as the frequency increases. If this kind of phenomena occurs to the contact lens on the cornea in vivo, it may cause an abnormal correction power in the lenses or pull off the eye due the increased rise of outer part of the lens.