렌즈가 발랑 까져 가지고 말이야!

렌즈 안팎의 뒤집힘을 쉽게 확인할 수 있는 콘택트렌즈 케이스

소프트 콘택트렌즈는 안팎이 뒤집혀도 눈으로 알아보기 어렵습니다. 뒤집힌 줄 모르고 끼면 이물감과 통증이 생기고, 다시 꺼내 확인하는 동안 렌즈가 오염되거나 찢어지기도 합니다. 렌즈에 우연히 빛을 비추었다가 정상 렌즈는 테두리가 초승달처럼 빛나고 뒤집힌 렌즈는 빛나지 않는다는 것을 발견했고, 빛의 굴절과 전반사로 그 까닭을 밝혀 뚜껑을 열고 LED만 켜면 뒤집힘이 보이는 렌즈 케이스를 만들었습니다. 렌즈를 손으로 만지지 않아도 되어 위생적입니다.

파란 LED를 켠 투명 렌즈 케이스: 왼쪽 뒤집힌 렌즈는 빛나지 않고 오른쪽 정상 렌즈는 테두리가 빛난다 — 왼쪽은 뒤집힌 렌즈, 오른쪽은 정상 렌즈 · 정상 렌즈의 테두리만 빛납니다 (1차 작품)

발명 요약

제43회 전국학생과학발명품경진대회 3015 전시 차트: 렌즈가 발랑 까져 가지고 말이야! 렌즈 안팎의 뒤집힘을 쉽게 구별할 수 있는 렌즈케이스 — 제43회 전국학생과학발명품경진대회 전시 차트 · 누르면 PDF로 크게 볼 수 있습니다

전시 부스

제43회 전국학생과학발명품경진대회 3015 전시대: 보라색 단 위에 최종 작품과 1~4차 작품, 렌즈 사진, 설문 결과판, 세균 배양 배지, 렌즈 모형, 실험 도구, 실패한 작품 — 제43회 전국학생과학발명품경진대회 전시대 · 누르면 크게 볼 수 있습니다

차트 아래 전시대에 처음부터 마지막까지 만든 렌즈 케이스를 순서대로 늘어놓고, 발명의 필요성을 보여 주는 설문과 세균 배양 결과도 함께 놓았습니다.

1
최종 작품
전시대 맨 위에 놓은 마지막 렌즈 케이스
2
1~4차 작품
고칠 때마다 렌즈가 빛나는 사진과 함께 놓았습니다. LED 1개 → 여러 개 → 광확산 파이프로 광원 넓히기 → LED 기울이기
3
여러 가지 렌즈 케이스
재질과 색, 모양이 다른 케이스로 비교했습니다.
4
렌즈 불편 설문 결과
렌즈를 꼈다가 빼서 다시 낀 적이 있다는 응답이 98%였습니다.
5
세균 배양 배지
한 번에 낀 렌즈와, 뺐다가 다시 낀 렌즈의 세균을 배양해 비교했습니다.
6
뒤집힌 렌즈와 정상 렌즈 모형
반으로 자른 공으로 렌즈가 뒤집힌 모습과 정상인 모습을 보여 줍니다.
7
가장자리 빛남 실험 도구
빛의 각도에 따라 렌즈 가장자리가 빛나는지 알아본 도구
8
고장 나거나 실패한 작품
만들다 실패한 케이스들도 함께 전시했습니다.

발명 과정

예비 실험: 물을 채운 페트리 접시에 LED를 비추었을 때 왼쪽 뒤집힌 렌즈는 테두리가 빛나지 않고 오른쪽 정상 렌즈는 테두리가 빛난다

발견 · 예비 실험테두리가 빛나는 렌즈

물을 채운 페트리 접시에 렌즈를 넣고 LED와 카메라의 각도와 거리를 바꿔 가며 찍었습니다. LED와 카메라를 서로 대각 방향에 두었을 때 정상 렌즈의 테두리만 초승달 모양으로 빛났습니다.

정상 렌즈만 테두리가 빛난다

Algodoo 2D 광학 시뮬레이션: 렌즈 끝부분에서 빛이 꺾여 나오는 곳을 빨간 원으로 표시

원리 · 시뮬레이션왜 빛날까?

렌즈 테두리로 들어온 빛은 굴절과 전반사를 거쳐 나오는데, 뒤집히면 테두리 모양이 달라져 빛이 나오는 방향이 바뀝니다. Algodoo로 2D 광학 시뮬레이션을, Blender로 3D 광학 시뮬레이션을 해 실험과 같은 결과를 얻었습니다.

빛의 굴절 + 전반사

2차 작품: 분홍 렌즈 케이스 안 정상 렌즈의 테두리가 반원 모양으로 빛나는 모습

제작 · 개선더 잘 보이는 케이스로

1차 작품은 투명 렌즈 케이스에 450nm 파란 LED와 코인 전지를 달았습니다. 시뮬레이션에서 광원이 많을수록 더 넓게 빛나는 것을 보고, 2차 작품에는 네오픽셀 LED 3개를 달아 빛나는 테두리가 더 넓고 잘 보이게 했습니다. 이어서 광원의 면적과 LED 각도, 케이스 재질과 구조를 바꿔 가며 다듬었습니다.

LED 개수 · 각도 · 재질 최적화