안경 렌즈는 어떻게 제조할까요?

자이스의 플라스틱 렌즈부터 유리 렌즈까지 - 안경 렌즈 생산에 관해 알고 싶었던 모든 것

렌즈는 안경에서 가장 중요한 부분이며 최적의 시력을 누리는 데 가장 큰 역할을 합니다. 하지만 렌즈는 안경테에 끼워지기 전에 여러 공정을 거칩니다. BETTER VISION이 유리 및 플라스틱 안경 렌즈 제조 방법을 설명해 드립니다. 렌즈는 무엇으로 만들까요? 개인 맞춤 렌즈와 ‘기성품’ 렌즈의 차이점은 무엇일까요?

안경 렌즈 생산은 안경원 방문으로 시작된다는 것은 당연한 일입니다. 안경원에서는 처방 도수를 측정하고 독특한 시력 프로파일을 작성할 것입니다. 그런 다음 적절한 안경 렌즈를 선택하고, 원하는 안경테에 렌즈를 피팅하는 방법을 결정하기 위해 파라미터들을 측정합니다. 이러한 파라미터들은 중요한 요인들이며, 고객에게 개인 맞춤되고 최적화된 안경 렌즈를 생산하려면 이 데이터를 안경 렌즈 제조사에 전송해야 합니다. 그 다음에는 어떻게 될까요? 시력 분석을 기초로 최신의 고객 맞춤 렌즈를 어떻게 제조할까요? 먼저, 반제품 렌즈를 생산합니다. 이때 (오가닉 유리라고도 하는) 플라스틱과 (미네랄 유리라고도 하는) ‘진짜’ 유리, 두 가지 재질 중에서 선택할 수 있습니다. 이 두 재질은 안경 렌즈 제작의 기반이 됩니다.

렌즈 생산 공정

기본적으로 두 가지 상이한 공정이 사용됩니다. 개인 맞춤 정밀 렌즈는 어떤 제조사에서든 거의 모두 프리폼 기술을 이용하여 제작됩니다. 프리폼 기술은 자이스가 개발한 최첨단 생산 기술이며, 이후 안경 렌즈 산업계 전체가 이 기술의 사용 라이선스를 취득했습니다. 

이 렌즈와 달리, ‘기성품’ 여벌 렌즈는 주조 공정에서 제작됩니다. 이 두 종류의 안경 렌즈에는 차이가 있습니다. 안경원에서는 간단하고 경제적인 안경용으로, 즉 독서용 안경용으로나 착용자에게 교체 렌즈가 급히 필요할 경우에 대개 여벌 렌즈를 선택합니다. 정밀 렌즈와 달리 여벌 렌즈는 개인 맞춤되지 않고 대량으로 제조됩니다. 여벌 렌즈는 표준 시력 교정에는 전혀 부족함이 없지만, 개인 맞춤 정밀 렌즈와 동일한 수준의 성능을 보이지는 않습니다. 개인 맞춤 렌즈를 생산하기 위해 안경원에서는 안경 착용자에 관해 상세하고 종합적인 시력 프로파일을 작성하며 이는 안경 렌즈 제작의 토대가 됩니다.

개인 맞춤 렌즈 제작 9단계

1. 준비

오늘날 안경 렌즈 생산 공정은 대부분 자동화되어 있습니다. 안경원에서 고객의 렌즈 주문을 자이스로 전송하면 생산 1단계가 시작됩니다. 개인 맞춤 렌즈가 계산되고 렌즈 제조에 필요한 데이터가 사용 가능하게 됩니다. 각 생산 주문에 바코드가 지정되어, 렌즈 가공에 필요한 데이터를 실시간으로 각 스테이션에서 식별한 다음 특정 공정 스테이션에 로드할 수 있습니다.

처방에 따라 창고에서 반제품 렌즈가 자동으로 선택됩니다. 좌안용과 우안용의 반제품 렌즈는 전면에 광학 도수가 이미 적용되어 있습니다. 착용자의 Rx 렌즈를 제작하기 위해서는 자이스 프리폼 기술을 이용하여 후면만 가공하면 됩니다. 형태가 아이스하키 퍽과 비슷하여 ‘퍽’이라고도 하는 반제품 렌즈가 자동으로 창고에서 꺼내져 트레이에 놓입니다. 이제 이동이 시작됩니다. 두 개의 안경 렌즈 제작이 완료될 때까지 컨베이어벨트가 트레이를 한 스테이션에서 다음 스테이션으로 운반합니다.

준비

2. 블로킹(부착)

다음 단계는 블로킹입니다. 이 단계에서는 보호 코팅이 렌즈 표면에 적용됩니다. 그런 다음 반제품 렌즈가 이른바 ‘블로커’에 부착됩니다. 이 단계는 렌즈를 기계에 적절히 고정하여 가공하기 위해 필요합니다.

블로킹(부착)

3. 가공

블로킹이 완료되면 렌즈를 원하는 형태 및 처방대로 가공합니다. 자이스 프리폼 기술을 이용하여 반제품 렌즈의 전면에는 창고에서 꺼냈을 때 이미 광학 교정 도수가 적용되어 있습니다. 특정 착용자를 위해 후면만 가공하면 됩니다. 이를 위해 약 90초 안에 착용자에게 적합한 형태와 처방 도수를 생성하는 5축 CNC(컴퓨터 수치 제어) 방법을 사용합니다. 기본적으로 3가지 단계를 1분 30초 안에 수행합니다. 렌즈를 거칠게 다듬고, 일반적 형태를 만들고, 그런 다음 천연 다이아몬드를 이용하여 수만 개의 가공점을 정의합니다. 이 방법을 사용하면 제조사는 광학 표면을 고객에게 맞게 자유롭게 형성할 수 있습니다. 즉 프리폼(Freeform)을 만들 수 있습니다.

가공

4. 광택 연마 및 마크 각인

광택 연마 공정에서는 렌즈의 광학 특성을 변화시키는 일 없이 렌즈 표면을 광택나게 연마합니다. 최신 렌즈 코팅을 적용했을 때 코팅이 렌즈와 분리되지 않으려면 렌즈 표면이 완벽해야 합니다. 모든 자이스 렌즈에는 독특한 서명이 있습니다. 레이저를 사용하여 눈에 거의 보이지 않는 ‘Z’ 마크를 렌즈에 새기는 것입니다. 정확한 위치에 표시되는 이 마크는 품질 보증을 위해서도, 나중에 렌즈 연삭 및 중심점 마킹을 돕는 스탬프를 찍기 위해서도 꼭 필요합니다.

광택 연마 및 마크 각인

5. 디블로킹(탈착) 및 세척

이제 렌즈를 디블로킹합니다. 즉 블로커에서 조심스럽게 떼어냅니다. 렌즈를 블로커와 접합하는 금속 합금은 50℃ 이하에서 녹으므로 뜨거운 물에 살짝 담그기만 하면 됩니다. 그런 다음 세차장에서 세차하듯 렌즈를 세척합니다. 브러시, 다양한 세제, 초순수(특히 잘 정수된 물)를 사용하여 렌즈에서 모든 흔적을 제거하고 코팅 준비를 합니다. 그런 다음 렌즈를 헤어드라이어와 유사한 기기로 건조시킵니다. 환경보호는 모든 생산 설비에서 당연히 중요합니다. 금속 합금 등의 재질은 재처리하여 재사용하며 생산에 필요한 물은 환경친화적 방법으로 재활용합니다.

디블로킹(탈착) 및 세척

6. 착색

이 단계에서는 필요한 경우 렌즈에 착색을 합니다. 플라스틱 렌즈는 침염 용기에 넣어 착색하고, 유리 렌즈는 금속 산화물 층에 착색합니다.

인간의 건강이나 환경에 위험을 초래하지 않는 섬유 색상을 플라스틱 렌즈에 사용합니다. 이 공정에는 특별한 노하우가 요구됩니다. 각 렌즈는 개인 맞춤되어 제조되며 자이스는 모든 색상의 착색을 제공하므로 ‘적절한’ 착색을 얻으려면 수많은 경험이 필요합니다.

착색

7. 코팅

이제 최종 단계의 생산 공정에 이릅니다. 기술적으로 가장 까다로운 이 공정에서는 안경 렌즈에 코팅을 적용합니다. 코팅은 렌즈에서 스크래치를 방지하고 내구성을 강화시키며, 바람이 불거나 악천후일 때도 선명한 시야를 보장하고, 먼지를 제거하며, 성가신 반사를 감소시키고, 운전을 하거나 컴퓨터에서 작업할 때 다양한 기능적 이점을 제공합니다. 유리 렌즈와 달리 플라스틱 렌즈는 자체로는 스크래치를 적절히 방지할 수 없습니다. 그러므로 자이스 플라스틱 렌즈에는 스크래치를 예방하기 위해 적절한 하드 코팅이 항상 필요합니다. 하드 코팅은 침염 공정에서 래커를 이용하여 플라스틱 렌즈에 적용되어, 렌즈를 단단하게 만듭니다. 다양한 고객 맞춤 래커 가운데 어떤 것을 사용할지는 플라스틱 재질과 렌즈의 두께에 따라 달라집니다. 초음파 세척 후 진공 증착 공정에서 코팅 층을 추가합니다. 반사방지 층을 적용하는 것인데, 최신 렌즈에서는 반사방지 층을 최대 9층까지 추가할 수 있습니다. 코팅의 최종 층은 렌즈의 표면을 극도로 매끄럽게 만들어, 먼지와 물방울이 달라붙지 않게 합니다. 안경 렌즈 코팅에 관한 자세한 정보는 여기를 참조하세요.  

코팅

8. 품질 보증

렌즈가 거의 완성되었습니다. 하지만 렌즈들이 자이스의 엄격한 품질 보증 요건을 충족시키나요? 렌즈들이 요건을 만족시키도록 배송 전에 각 렌즈를 철저히 검사합니다. 먼지나 손상이 없는지 육안 검사도 하고, 각 렌즈가 필요한 사양을 충족시키는지 기계 검사도 합니다. 디옵터, 축, 실린더, 두께, 디자인, 직경이 정확한가요? 렌즈에 결함이 없으면 최종 단계에서 ‘스탬프’가 찍힙니다. 이 방향 스탬프는 렌즈를 정렬하는 데 사용되며 안경원에서 렌즈를 안경테에 정확히 끼우는 것을 돕습니다. 이 스탬프는 최종 안경을 착용자에게 내주기 전에 제거됩니다.

자이스를 뜻하는 Z 마크는 모든 품질 보증 단계가 성공적으로 완료되고 렌즈가 실제로 자이스 품질을 갖추고 있을 경우에만 새겨집니다. Z 마크는 자이스의 서명으로, 모든 개별 렌즈에 새겨진 자이스의 품질 약속입니다.

품질 보증

9. 렌즈 조제가공

일반적으로는 안경원에서 조제가공을 합니다. 조제가공이란 렌즈를 안경테에 끼우는 일을 가리키는 용어입니다. 이 공정은 ㎛의 정밀성을 요구합니다. 최적으로 피팅된 렌즈만이 완벽하게 시력 교정을 할 수 있기 때문입니다.

렌즈 조제가공

여벌 렌즈와 반제품 렌즈는 어떻게 만들까요?

플라스틱 여벌 렌즈 및 반제품 렌즈는 주조 공정으로 제작합니다. 자외선 흡수 향상 등을 위한 특별 성분을 단량체라고 하는 액상 물질에 첨가합니다. 이 혼합물을 금형에 주입하여 경화시킨 후 잔류 응력이 감소하도록 가공합니다. 그러면 반제품 렌즈는 사용 준비가 됩니다. 반제품 렌즈를 여벌 렌즈로 사용하려면 하드 코팅 및 필요한 경우 추가 코팅을 적용합니다. 

이러한 공정은 유리 반제품 렌즈에서는 약간 달라집니다. 먼저 석영, 탄산칼륨, 나트륨칼륨, 산화칼륨 등 천연 물질을 1400℃~1500℃로 녹여 유리 혼합물을 만듭니다. 그런 다음 이 혼합물을 압착하여 ‘프레싱’이라고 하는 1~3㎝의 둥근 유리 블록을 형성시킵니다. 전면은 다음 단계에서 가공합니다. 다이아몬드 연삭 공구를 사용하여 렌즈를 처방된 형태대로 정확히 제작하고, 광택나게 연마하여 투명하게 만듭니다. 이제 한쪽 면이 이미 연삭된 투명한 반제품 렌즈를 얻게 됩니다.

플라스틱 및 유리 이중초점 렌즈 생산

이중초점 렌즈란 한 시야부로는 근거리 물체를 보고 다른 시야부로는 원거리 물체를 보는 안경 렌즈 유형을 말합니다. 이중초점 렌즈는 유리로도 플라스틱으로도 만들 수 있습니다. 하지만 제작 공정은 재질에 따라 현격히 달라집니다. 유리 이중초점 렌즈에서는 반제품 렌즈에 추가 렌즈가 통합되는데, 추가 렌즈의 상반부는 주 렌즈와 굴절력이 동일한 반면, 하반 근용부는 주 렌즈보다 굴절력이 강합니다. 먼저, 추가 렌즈의 후면을 연삭하고 연마합니다. 다음으로, 추가 렌즈의 굴곡진 쪽을 주 렌즈의 옴폭한 곳에 넣습니다. 이제 렌즈가 하나로 보일 때까지 추가 렌즈를 주 렌즈와 함께 녹이고 연마합니다. 그런 다음 이중초점 렌즈를 더 가공하려면 전면과 후면을 연삭하고 연마합니다.

플라스틱 이중초점 렌즈의 제조는 이보다 훨씬 덜 복잡합니다. 유리 이중초점 렌즈와 달리 근용부 굴절력을 얻기 위해 추가 렌즈가 필요하지 않습니다. 그 대신 해당 부분이 훨씬 심하게 굴곡지게 됩니다. 이러한 곡률을 얻으려면 적합한 금형에 반제품 렌즈를 주입해야 합니다.

누진 렌즈는 어떻게 생산할까요

누진 렌즈 개발에 결정적으로 중요한 요인은 그 용도를 아는 것입니다. 착용자는 컴퓨터 화면 작업 등의 특별한 목적으로 렌즈를 착용하나요? 또는 평범한 일상 활동을 위해 렌즈를 착용하나요? 수백 가지 미지변수가 있는 수학 방정식처럼, 렌즈 디자인을 계산할 때는 수많은 요인이 작용합니다. 따라서 렌즈 생산이 복잡한 과제라는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 누진 렌즈 생산을 위해서는 특수 연삭기를 사용하여 반제품 안경 렌즈를 계산된 디자인대로 연삭합니다. 누진 렌즈는 여러 테스트 단계를 거쳐 최적화한 이후에 비로소 공개되고 배치 생산이 시작됩니다. 누진 렌즈 디자인은 최초의 렌즈 시제품이 나올 때까지 끊임없이 수정되고 미세 조정이 이루어집니다. 시험 착용자는 착용감 확인을 위해 렌즈를 시험합니다. 시험 착용자가 특정한 렌즈 디자인에 만족한 후에야 비로소 배치 생산과 마케팅이 시작됩니다.  

개인 맞춤 피팅: 나만큼 독특한 안경

분명히 ‘기성품’ 안경은 다양한 활동과 시력 장애 교정에 부족함이 없기는 합니다. 하지만 완벽하게 고객 맞춤된 안경은 훨씬 다양한 기능을 발휘할 수 있습니다. 예를 들어 여벌 렌즈는 각 눈의 초점을 조절하지만, 안경 렌즈가 어떤 안경테에서든 눈앞에 잘 맞는지는 고려되지 않습니다. 안경 착용자가 안경테를 통해 보는 자세값이 렌즈 생산에 더 많이 반영될수록, 렌즈 제조가 더욱 정밀해져 착용자가 최상의 자연스러운 시력을 누리게 됩니다. 이를 달성하기 위해 안경원에서는 초점 이외에도 수많은 다른 얼굴 파라미터를 0.1㎜까지 정밀하게 알아내야 합니다. 안경원에서는 착용자에 관해 더 많이 알수록 자이스 렌즈 디자인을 더욱 정밀하게 최적화할 수 있습니다. 안경원에서는 자이스 측정 장비로 작업하면 ‘데이터 전송 오류’를 방지할 수 있으므로 이 역시 유익할 것입니다.

안경테, 렌즈, 개인의 시력 요구, 착용자 얼굴형을 완벽히 조화시키지 못하면, 특히 나이가 있거나 흔치 않은 시력 장애가 있는 경우 편안하고 자연스러운 시력을 얻을 수 없습니다. 자이스 프리폼 기술은 안경 렌즈 착용자의 수많은 개인 데이터를 수용하고, 복잡한 수학 계산을 활용하여 정밀히 제조되고 피팅된 렌즈를 생산하여, 착용자가 선택한 안경테로 최상의 시력을 누리게 합니다. 그 결과 다양한 시거리를 최대의 시야로 선명하게 볼 수 있으며 탁월한 착용감도 느낄 수 있습니다. 더욱 복잡하고 독특한 상황에 처할수록 개인 맞춤 렌즈와 여벌 렌즈의 차이가 현저하게 벌어질 수 있습니다.

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안경의 역사 ‘확대용 돌’에서 패션으로 진화하기까지
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