KR101580463B1 - 홍채인식용 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광선을 차단하는 소재를 포함하는 근적외선 조명을 이용한 홍채인식용 카메라에 적용이 가능한 렌즈이다. 보다 상세하게는 촬영 렌즈가 물체측으로부터 정의 굴절력을 갖고 물체측의 면이 볼록한 메니스커스 형태의 제1렌즈, 조리개, 부의 굴절력을 갖고 상측의 면이 오목한 메니스커스 형태의 제2렌즈, 부의 굴절력을 갖고 물체측 또는 상측의 면 중에서 적어도 하나는 변곡점을 포함한 비구면을 갖는 제3렌즈를 포함하고 다음의 조건을 만족한다.
820㎚<λ<980㎚ ------------- (1)
|f1|<|f2|<|f3| ------------- (2)
여기서, λ는 본 발명의 홍채인식용 렌즈가 동작하는 빛의 파장이고, f1은 제1렌즈 초점거리이며, f2, f3는 각각 제2렌즈, 제3렌즈의 초점거리이다.
따라서 스마트폰이나 태블릿 PC에 적용이 가능하도록 소형이면서 높은 해상도를 갖는다.
또한 본 발명은 상기 렌즈 자체가 가시광선 흡수제를 포함하므로 가시광선을 차단하는 필터를 사용하지 않을 수 있어 부품의 수를 줄여서 생산단가를 낮출 수 있다

Description

홍채인식용 렌즈{IRIS RECOGNITION LENS}

본 발명은 가시광선을 차단하는 소재를 포함하는 근적외선 조명을 이용한 홍채인식용 카메라에 적용이 가능한 렌즈이다. 보다 상세하게는 촬영 렌즈가 물체측으로부터 정의 굴절력을 갖고 물체측의 면이 볼록한 메니스커스 형태의 제1렌즈, 조리개, 부의 굴절력을 갖고 상측의 면이 오목한 메니스커스 형태의 제2렌즈, 부의 굴절력을 갖고 물체측 또는 상측의 면 중에서 적어도 하나는 변곡점을 포함한 비구면을 갖는 제3렌즈를 포함하고 다음의 조건을 만족한다.

820㎚<λ<980㎚ ------------- (1)

|f1|<|f2|<|f3| ------------- (2)

여기서, λ는 본 발명의 홍채인식용 렌즈가 동작하는 빛의 파장이고, f1은 제1렌즈 초점거리이며, f2, f3는 각각 제2렌즈, 제3렌즈의 초점거리이다.

따라서 스마트폰이나 태블릿 PC에 적용이 가능하도록 소형이면서 높은 해상도를 갖는다.

또한 본 발명은 상기 렌즈 자체가 가시광선 흡수제를 포함하므로 가시광선을 차단하는 필터를 사용하지 않을 수 있어 부품의 수를 줄여서 생산단가를 낮출 수 있다.

최근 스마트폰이나 휴대 단말기를 이용하여서 사진을 비롯한 개인정보 및 금융거래에 관련한 중요한 정보를 취급하는 경우가 많아짐에 따라 보안의 중요성이 강조되고 있다.

종래에는 사용자가 암호를 입력하거나 지문을 입력하는 방식을 사용하고 있었으나 일련의 개인정보 유출사건이 발생함에 따라 사용자가 스마트폰이나 휴대 단말기의 중요 정보에 접근하거나 금융거래를 승인하는 방법에 있어서 간편하고도 복제가 어려운 개인인식 기술의 개발이 시급한 실정이다.

이에 최근에는 개인의 홍채 패턴을 사용하는 홍채인식 기술이 도입되고 있다. 홍채인식은 지문과 달리 홍채에 대하여 비접촉으로 카메라를 이용하여 촬영하면 되는 이점이 있고, 사람의 홍채는 개인마다 고유의 패턴을 가지므로 강력한 개인인식 기술이 될 수 있다.

다만, 홍채인식 기술을 스마트폰이나 휴대 단말기에 적용시키기 위해서는 근적외선 조명하에서 작동되고, 짧은 거리에서 작은 범위의 영상을 획득하는 소형화된 카메라 렌즈가 필요하다.

종래 스마트폰에 장착되는 카메라 렌즈를 US 7,375,903을 통해 살펴보면, 상기 카메라 렌즈는 주로 배경이나 인물 촬영이 주목적이므로 화각(Field of View)이 커서 홍채인식을 하기에는 사람의 눈이 너무 작은 영상으로 획득되므로 이를 이용한 프로그램 처리가 힘들고, 카메라 렌즈가 동작하는 빛의 파장이 가시광선이어서 실내와 같이 어두운 곳에서는 촬영이 어려운 문제점이 있다.

따라서 카메라 렌즈를 적외선 조명하에서 짧은 거리에 있는 사람의 눈 부위만 영상으로 획득할 수 있도록 화각을 줄이고, 소형화하여 스마트폰이나 휴대 단말기 등에 탑재할 수 있다면 홍채인식 기술의 대중화에 크게 기여할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 렌즈가 동작하는 빛의 파장이 근적외선의 파장 구간에 위치하도록 하여 홍채인식에 사용되는 근적외선 조명에 대응이 가능한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물체측에 가장 가깝게 위치하는 제1렌즈의 초점거리 짧게 하여 굴절력을 크게 함으로써 홍채인식용 렌즈의 전체길이를 짧게 하면서도, 초점거리를 길게 하여 화각을 줄임으로써 사람의 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있는 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 렌즈의 곡면을 비구면으로 하여 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 양호하게 보정됨과 아울러 소형화에 유리하도록 한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1렌즈를 두껍게 하고, 조리개를 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 위치시켜 렌즈의 입사동을 크게 함으로써, 상기 제1렌즈로 들어오는 근적외선의 양을 증가시켜 어두운 환경에서도 선명한 영상을 획득할 수 있는 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 렌즈 자체에 가시광선 흡수제를 포함시켜 별도의 가시광선 차단필터를 구비하지 않아도 되므로 소형화에 유리하고, 부품의 수가 적어 생산단가가 낮은 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 렌즈를 플라스틱 소재로 만들어 상기 가시광선 흡수제를 첨가하기 용이하게 한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 홍채인식용 렌즈는 다음과 같은 구성을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈는 홍채에 반사되어 입사된 근적외선을 굴절시켜 결상면에 상이 맺히게 하는 렌즈군과, 상기 렌즈군으로 입사되는 근적외선의 양을 조절하는 조리개와, 상기 렌즈군을 통과한 근적외선에 의해 상이 맺히는 결상면을 포함하고, 상기 렌즈군은 물체측으로부터 순서대로 위치하는 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈를 포함하여 소형화되면서도 화각이 좁아 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈는 상기 제1렌즈는 정의 굴절력을 갖는 볼록 메니스커스 렌즈이고, 상기 제2렌즈는 부의 굴절력을 갖는 오목 메니스커스 렌즈이며, 상기 제3렌즈는 부의 굴절력을 갖는 오목 메니스커스 렌즈인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈는 상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 물체측 면 또는 상측 면 중 1면 이상이 비구면인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈는 상기 조리개를 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 위치시키고 상기 조리개의 앞에 위치한 제1렌즈를 상기 제2렌즈보다 두껍게 하여 렌즈의 입사동을 크게 만듬으로써 상기 렌즈군으로 입사되는 근적외선의 양을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈는 이하의 조건을 만족하여 근적외선의 파장 하에서 동작할 수 있는 것을 특징으로 한다.

820㎚<λ<980㎚

여기서, λ는 상기 홍채인식용 렌즈가 동작하는 빛의 파장이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈는 이하의 조건을 만족하여 소형화되면서도 화각이 좁아 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있는 것을 특징으로 한다.

|f1|<|f2|<|f3|

여기서, f1은 상기 제1렌즈의 초점거리이고, f2는 상기 제2렌즈의 초점거리이며, f3은 상기 제3렌즈의 초점거리이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 렌즈군은 가시광선 흡수제를 포함하여, 가시광선 필터를 사용하지 않아도 되므로 소형화에 유리한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 렌즈군은 플라스틱 재질의 렌즈이므로 상기 가시광선 흡수제를 포함하기 용이한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제1렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 0.9195mm이고 상측 면의 곡률반경이 1.6103mm이며, 두께는 1.0300mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제1렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제2렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 1.3955mm이고 상측 면의 곡률반경이 0.9337mm이며, 두께는 0.3000mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제2렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제3렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 1.9742mm이고 상측 면의 곡률반경이 1.6682mm이며, 두께는 0.3000mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 홍채인식용 렌즈에 있어서 상기 제3렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 렌즈가 동작하는 빛의 파장이 근적외선의 파장 구간에 위치하도록 하여 홍채인식에 사용되는 근적외선 조명에 대응이 가능한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 물체측에 가장 가깝게 위치하는 제1렌즈의 초점거리 짧게 하여 굴절력을 크게 함으로써 홍채인식용 렌즈의 전체길이를 짧게 하면서도, 초점거리를 길게 하여 화각을 줄임으로써 사람의 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있는 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 렌즈의 곡면을 비구면으로 하여 구면수차, 비점수차, 왜곡수차가 양호하게 보정됨과 아울러 소형화에 유리하도록 한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 제1렌즈를 두껍게 하고, 조리개를 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 위치시켜 렌즈의 입사동을 크게 함으로써, 상기 제1렌즈로 들어오는 근적외선의 양을 증가시켜 어두운 환경에서도 선명한 영상을 획득할 수 있는 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 렌즈 자체에 가시광선 흡수제를 포함시켜 별도의 가시광선 차단필터를 구비하지 않아도 되므로 소형화에 유리하고, 부품의 수가 적어 생산단가가 낮은 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명은 렌즈를 플라스틱 소재로 만들어 상기 가시광선 흡수제를 첨가하기 용이하게 한 홍채인식용 렌즈를 제공하는 효과를 갖는다.

도1은 본 발명인 홍채인식용 렌즈의 구성을 나타내는 측단면도이다.
도2는 본 발명인 홍채인식용 렌즈에 근적외선이 입사될 때의 광로도이다.
도3은 본 발명인 홍채인식용 렌즈의 렌즈군의 초점거리를 설명하기 위한 참고도이다.
도4는 본 발명인 홍채인식용 렌즈의 구면수차, 비점수차 및 왜곡수차를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 발명에서는 광선은 좌측에서 우측으로 광축(Z)과 평행하게 이동하여 렌즈로 입사하고, 홍채인식용 렌즈(1)를 기준으로 좌측은 물체가 존재하는 물체측이고, 우측은 물체의 상이 맺히는 상측으로 정의된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈(1)에 대하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 홍채인식용 렌즈(1)는 근적외선 하에서 작동하고 소형화된 렌즈군(10)과 상기 렌즈군(10)으로 입사되는 근적외선의 양을 조절하는 조리개(30)와 상기 렌즈군(10)을 통과한 근적외선에 의해 상이 맺히는 결상면(50)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 홍채의 영상을 획득하기 위하여 피사체의 영상 정보에 해당되는 근적외선은 물체측으로부터 제1렌즈(11), 조리개(30), 제2렌즈(13), 제3렌즈(15)를 통과하여 상기 결상면(50)에 입사된다.

상기 근적외선은 홍채인식용 렌즈(1)의 렌즈군(10)을 통과하며 굴절되는데, 본 발명에서는 렌즈가 광선을 굴절시키는 힘을 굴절력이라 정의한다. 일반적으로 굴절력은 렌즈 전면·후면의 커브, 렌즈의 굴절률 등에 의해 결정되는데 굴절력의 정확한 수치는 공지된 수학식 등에 의해 계산될 수 있는 것이므로 본 발명에서는 자세한 내용은 생략한다.

상기 굴절력은 정의 굴절력과 부의 굴절력으로 나뉘는데, 정의 굴절력을 가지는 렌즈는 지면과 평행하게 이동하여 렌즈를 통과하는 광선을 수렴하도록 굴절시키고, 부의 굴절력을 가지는 렌즈는 지면과 평행하게 이동하여 렌즈를 통과하는 광선을 발산하도록 굴절시킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈군(10)은 물체측으로부터 순서대로 위치한 제1렌즈(11), 제2렌즈(13) 및 제3렌즈(15)를 포함하는 일군의 렌즈들의 집합이며, 스마트폰이나 휴대용 단말기 등에 구비된 조명으로부터 나와 홍채에 반사되어 입사된 근적외선을 굴절시켜 상기 결상면(50)에 상이 맺히게 한다.

상기 제1렌즈(11)는 물체측 면(S1)과 상측 면(S2)을 포함하고, 정의 굴절력을 가지며, 광축(Z) 근방에서 물체측에 볼록한 메니스커스 형상으로, 볼록 메니스커스 렌즈인 것이 바람직하다.

상기 제2렌즈(13)는 물체측 면(S4)과 상측 면(S5)을 포함하고, 부의 굴절력을 가지며, 광축(Z) 근방에서 상측에 오목한 메니스커스 형상으로, 오목 메니스커스 렌즈인 것이 바람직하다.

상기 제3렌즈(15)는 물체측 면(S6)과 상측 면(S7)을 포함하고, 부의 굴절력을 가지며, 광축(Z) 근방에서 상측에 오목한 메니스커스 형상으로, 오목 메니스커스 렌즈인 것이 바람직하다.

상기 메니스커스 형상은 렌즈의 한 형태로써 초승달 모양과 같이 동일한 방향으로 곡면을 가공한 렌즈를 의미하며, 렌즈의 중심부가 주변부보다 두꺼운 메니스커스 렌즈를 볼록 메니스커스 렌즈라 하고, 렌즈의 중심부가 주변부보다 얇은 메니스커스 렌즈를 오목 메니스커스 렌즈라 한다.

상기 볼록 메니스커스 렌즈는 집광작용을 하기 때문에 정의 굴절력을 갖고, 상기 오목 메니스커스 렌즈는 발산작용을 하기 때문에 부의 굴절력을 갖는다.

본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1렌즈(11)를 통과하는 근적외선은 상기 제1렌즈(11)의 정의 굴절력에 의해 수렴하므로 상기 제1렌즈(11)의 중심보다 주변의 광로가 길어지게 되어 상의 포커스가 흐려질 수 있는데, 상기 제1렌즈(11)를 통과하는 근적외선을 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(13)를 통과시켜 상기 제2렌즈(13)의 중심보다 주변의 광로를 짧게 함으로써 상의 중심과 주변의 포커스 차이를 줄인다.

상기 제1렌즈(11), 제2렌즈(13) 또는 제3렌즈(15)의 물체측 면(S1, S4, S6)과 상측 면(S2, S5, S7) 중 하나 이상은 비구면 계수에 의해 규정되는 비구면으로 만들어 총 3매라는 적은 렌즈 매수로 효과적인 수차 보정이 가능하다.

렌즈는 구면렌즈와 비구면렌즈로 나뉜다. 비구면렌즈는 렌즈 표면의 곡선이 가지는 차원(예를 들면, 2차원 곡선, 3차원 곡선)이 구면렌즈와 다르므로 다양한 특성을 나타낼 수 있는데 이를 통해 수차 보정을 할 수 있다. 상기 비구면렌즈를 통한 수차보정은 공지기술에 해당하므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 제3렌즈(15)는 부의 굴절력을 갖지만 거의 굴절력이 없어 상의 중심과 주변의 미세한 초점 조정을 하여 고해상도의 영상을 획득할 수 있다.

상기 렌즈군(10)은 가시광선 흡수재를 포함한다. 기존의 적외선 렌즈는 렌즈와 센서 사이에 가시광선을 차단하는 필터를 별도로 구비하여야 했기 때문에 소형화에 불리한 단점이 있었으므로, 본 발명에서는 렌즈군(10) 자체에 가시광선 흡수재를 포함시켜 소형화에 유리하게 하였고 부품의 수를 줄여 생산단가를 낮출 수 있도록 하였다.

상기 렌즈군(10)은 가시광선 흡수재를 포함하므로 근적외선은 투과시키고, 가시광선은 흡수 또는 반사시킨다.

상기 렌즈군(10)은 플라스틱 소재로 만들어질 수 있다. 따라서 상기 가시광선 흡수제를 첨가하기에 용이하다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 타소재를 사용하여 만들어질 수도 있다.

상기 조리개(30)는 상기 제1렌즈(11)의 상측 면(S2)과 상기 제2렌즈(13)의 물체측 면(S4) 사이에 위치하고, 일정 형상을 가지나 바람직하게는 얇은 판으로써 원형고리의 형상을 가지며, 일반적인 조리개(30)와 같이 내부의 빈 공간을 열거나 조일 수 있도록 형성되어 렌즈로 들어오는 근적외선의 양을 조절한다.

상기 조리개(30)는 상의 주변부의 포커스를 흐리게 하는 광선을 차단하는 비네팅 효과가 있으므로, 결상면(50)에 맺히는 상의 주변부를 선명하게 한다.

상기 조리개(30)는 상기 제1렌즈(11)와 제2렌즈(13) 사이에 위치하여 상기 제1렌즈(11)의 앞에 위치할 때보다 렌즈의 입사동을 커지게 할 수 있으므로 상기 홍채인식용 렌즈(1)로 들어오는 근적외선의 양을 증가시킬 수 있다.

상기 렌즈의 입사동은 렌즈를 물체측에서 바라보았을 때 보이는 허상의 조리개 구경으로써, 본 발명에서는 도 2에 도시된 A에서 A'에 이르는 구경을 의미한다.(만약 상기 조리개(30)가 상기 제1렌즈(11)의 앞에 위치한다면 입사동은 B에서 B'만큼의 구경이 된다) 입사동을 크게 하면 렌즈로 들어오는 근적외선의 양이 증가하므로 어두운 곳에서도 홍채의 상을 선명하게 획득할 수 있다.

상기 제1렌즈(11)는 상기 제2렌즈(13)와 제3렌즈(15)와 비교하여 렌즈의 두께가 두꺼운데 이 역시 상기 입사동을 크게 하기 위함으로써, 상기 제1렌즈(11)가 얇을 때보다 A에서 A'에 이르는 구경이 커지게 되므로 렌즈로 들어오는 근적외선의 양을 증가시킬 수 있다.

상기 결상면(50)은 홍채의 상이 맺히는 곳으로, 피사체 영상에 대응하는 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 CCD 또는 CMOS와 같은 이미지 센서를 포함할 수 있다.

상기 홍채인식용 렌즈(1)는 이하의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

820㎚<λ<980㎚ ------------- (1)

|f1|<|f2|<|f3| ------------- (2)

여기서, λ는 상기 홍채인식용 렌즈(1)가 동작하는 빛의 파장이고, f1은 상기 제1렌즈(11)의 초점거리이고, f2는 상기 제2렌즈(13)의 초점거리이며, f3은 상기 제3렌즈(15)의 초점거리이다.

상기 [조건식 1]은 상기 홍채인식용 렌즈(1)가 동작하는 빛의 파장 범위를 나타내는 것이다. 일반적으로 적외선은 800nm ~ 4000nm의 범위를 가진다. 따라서 상기 홍채인식용 렌즈(1)가 상기 [조건식 1]을 만족함으로써 홍채인식에 사용되는 근적외선 조명에 대응이 가능해진다.

상기 [조건식 2]는 상기 렌즈군(10)의 초점거리 절대값의 상관관계를 나타내는 것이다. 물체측에 가장 가깝게 위치하는 상기 제1렌즈(11)의 초점거리가 짧을수록 굴절력이 커지므로 상기 홍채인식용 렌즈(1)의 렌즈군(10)의 전체길이를 짧게 하면서도, 초점거리를 길게 하여 화각을 줄임으로써(초점거리와 화각은 반비례관계이다) 사람의 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있다.

일반적으로 렌즈군의 초점길이는 제2주점으로부터 상이 맺히는 결상면까지의 거리를 의미하는데, 상기 제2주점은 상기 렌즈군과 같은 역할을 하는 1매로 된 가상의 렌즈가 있다고 할 때 그 렌즈의 중심점을 의미한다. 광선이 상기 렌즈군으로 들어가는 궤적을 연장한 선과 광선이 렌즈군에서 빠져나간 궤적을 연장한 선이 교차하는 지점에서 광축으로 수선을 그었을 때, 상기 수선과 광축이 교차하는 지점이 된다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 홍채인식용 렌즈(1)의 제2주점은 상기 제1렌즈(11)의 C점으로 들어오는 광선의 궤적을 연장한 선(C')과 상기 제3렌즈(15)의 D점으로 나가는 광선의 궤적을 연장한 선(D')의 교점(E')에서 광축(Z)으로 수선을 그었을 때, 상기 광축(Z)과 교차하는 E점이 된다. 따라서 상기 홍채인식용 렌즈(1)의 초점거리는 상기 E점으로부터 결상면(50)까지의 거리이다.

일반적으로 렌즈의 초점길이는 렌즈의 중심점으로부터 상이 맺히는 곳(광선이 모이는 곳)까지의 거리이므로 렌즈와 결상면(50)까지의 거리보다 클 수 없다. 따라서 상기 제1렌즈(11), 제2렌즈(13) 또는 제3렌즈(15)가 단독으로 사용되었을 때의 초점길이는 상기 렌즈들로부터 상기 결상면(50)까지의 거리보다 클 수 없다. 그러나 상기 홍채인식용 렌즈(1)의 상기 [조건식 2]를 만족하는 상기 렌즈군(10)은 상기 렌즈들(11, 13, 15)이 단독으로 사용될 때의 초점길이보다 더 긴 초점길이를 가진다. 따라서 상기 홍채인식용 렌즈(1)의 전체 길이가 크게 증가하지 않아 소형화에 부담이 없으면서도, 초점거리가 길어 화각이 좁기 때문에 사람의 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있다.

본 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈(1)의 광학데이터는 표1과 같다.

면번호(Si)	곡률반경(Ri)	면간격(Di)	굴절률(Ndi)	분산치(νdi)	비고
S1*	0.9195	1.0300	1.51520	56.6
S2*	1.6103	0.1500
S3	∞	0.0800			조리개
S4*	1.3955	0.3000	1.51520	56.6
S5*	0.9337	0.1325
S6*	1.9742	0.3000	1.51520	56.6
S7*	1.6682	1.0066
S8	∞				결상면

상기 * 표시는 비구면을 나타낸다

상기 표1의 실시예에서 렌즈군(10)의 초점거리(f)는 3.10mm, 조리개 값(F)은 2.23, 화각은 11.3°이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 면번호(Si)는 상기 도1에 도시된 바와 같이 물체 측에 가장 가깝게 위치한 구성요소의 면을 1번째로 하고 상 측을 향함에 따라 순차 증가하도록 하여 부호를 붙인 i번째의 면의 번호를 나타낸다.

상기 곡률반경(Ri)는 상기 면번호(Si)에 대응시켜서 물체 측에서 i번째 면의 곡률반경의 값을 나타낸다. 그 단위는 mm이다. 만약 Si가 비구면인 경우, 그 곡률반경은 광축(Z) 근방의 곡률반경의 값을 나타낸다.

상기 면간격(Di)은 상기 면번호(Si)에 대응시켜서 물체 측에서 i번째 면과 i+1번째 면의 광축(Z) 상의 간격을 나타낸다. 그 단위는 mm이다.

상기 굴절률(Ndi) 및 분산치(νdi)는 조리개(30)와 결상면(50)을 제외한 상기 제1렌즈(11), 제2렌즈(13), 제3렌즈(15)의 굴절율 및 분산치(아베수)의 값을 나타낸다.

본 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈(1)의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수는 표2와 같다.

면번호	k	A4	A6	A8	A10
1	-0.708891	0.833842E-01	0.646217E-01	-0.278508E-02	0.713688E-01
2	5.720564	0.971435E-01	-0.670672E+00	-0.861678E-01	-0.555072E+01
4	0.000000	0.174146E+00	-0.128384E+01	-0.421345E+01	-0.534481E+01
5	0.000000	-0.189225E+00	-0.130559E+01	-0.207623E+02	0.324363E+02
6	-33.118738	-0.836381E+00	-0.397346E+01	0.881438E+00	-0.545603E+00
7	0.000000	-0.913283E+00	-0.951808E+00	0.958740E+01	-0.147232E+02

상기 표2의 비구면 렌즈에 대한 비구면 계수 값은 비구면 방정식인 다음의 수학식 1로부터 얻을 수 있다.

여기서, 상기 z는 광축(Z)으로부터 높이가 h인 비구면상의 좌표점으로부터 비구면 정점에서의 접선(광축(Z)에 수직인 선)까지의 거리를 나타낸다.

상기 k는 코닉상수이며 c는 비구면 정점에서의 렌즈곡률로 곡률반경의 역수이고, A4, A6, A8, A10 등은 비구면 계수를 나타낸다.

즉, 상기 제1렌즈(11), 제2렌즈(13) 및 제3렌즈(15)는 상기의 비구면 계수 값을 갖는 비구면을 포함하며, 이를 통해 구면수차, 비점수차, 왜곡수차를 보정할 수 있다.

도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 구면수차(a), 비점수차(b) 및 왜곡수차(c)를 나타낸다.

상기 구면수차는 근적외선(λ=820, 850, 880nm)에 따른 구면수차를 나타내고, 상기 비점수차는 상의 높이에 따른 탄젠셜면과 새지털면의 수차특성을 나타내며, 상기 왜곡수차는 상의 높이에 따른 왜곡도를 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 모든 수차에서 상들의 값이 축에 인접하게 나타나므로, 본 발명의 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈(1)는 수차 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

본 실시예에 따른 홍채인식용 렌즈(1)의 [조건식 2]에 따른 계산 값은 표3과 같다.

조건식(2)	실시예
|f1|<|f2|<|f3|	2.82 < 7.14 < 31.77

상기 제1렌즈(11)는 초점거리의 절대값이 2.82이고, 상기 제2렌즈(13)는 초점거리의 절대값이 7.14이며, 상기 제3렌즈(15)는 초점거리의 절대값이 31.77로 상기 조건식(2)를 만족한다.

출원인은 이하에서 앞서 본 실시예의 작용관계를 설명한다.

상기 홍채인식용 렌즈(1)는 상기 렌즈군(10), 조리개(30) 및 결상면(50)을 포함한다. 상기 렌즈군(10)은 [조건식 1]을 만족하면서 가시광선 흡수제가 첨가되어 있으므로 스마트폰이나 휴대단말기의 적외선 조명에서 나와 홍채에 반사되는 근적외선은 받아들이고 상기 근적외선과 함께 입사되는 불필요한 가시광선은 흡수 또는 반사시켜 선명한 홍채의 영상을 획득할 수 있다.

상기 근적외선은 정의 굴절력을 갖는 상기 제1렌즈(11)를 통과하여 상기 조리개(30)를 거쳐 상기 제2렌즈(13)에 입사된다.

상기 제1렌즈(11)는 [조건식 2]를 만족하도록 설계되므로 초점거리의 절대값이 상기 제2렌즈(13) 및 제3렌즈(15)의 값보다 작아 높은 정의 굴절력을 가진다. 따라서 상기 홍체인식용 렌즈(1)를 소형화하면서도 초점거리를 길게 하여 화각을 줄임으로써 사람의 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있다.

상기 조리개(30)는 상기 제1렌즈(11)와 제2렌즈(13) 사이에 위치하고, 상기 제1렌즈(11)를 두껍게 하여 렌즈의 입사동을 크게함으로써 상기 홍채인식용 렌즈(1)로 들어오는 빛의 양을 증가시켜 어두운 환경에서도 선명한 홍채의 영상을 획득할 수 있다.

상기 조리개(30)는 상의 주변부의 포커스를 흐리게 하는 광선을 차단하는 비네팅 효과가 있으므로, 결상면(50)에 맺히는 상의 주변부를 선명하게 한다.

상기 근적외선은 비교적 높은 부의 굴절력을 가진 제2렌즈(13)를 통과하여 상기 제3렌즈(15)로 입사된다.

상기 제1렌즈(11)를 통과하는 근적외선은 상기 제1렌즈(11)가 정의 굴절력을 가지므로 상기 제1렌즈(11)의 중심보다 주변의 광로가 길어지게 되어 상의 포커스가 흐려질 수 있는데, 상기 제1렌즈(11)를 통과하는 근적외선을 부의 굴절력을 가지는 제2렌즈(13)를 통과하도록 하여 상기 제2렌즈(13)의 중심보다 주변의 광로를 짧게 함으로써 상기 렌즈군(10)의 중심을 통과하는 근적외선과 주변을 통과하는 근적외선의 광로의 길이를 비슷하게 맞추어 상의 중심과 주변의 포커스 차이를 줄인다.

상기 근적외선은 제3렌즈(15)가 굴절력이 거의 없으므로 약간만 굴절되어 결상면(50)에 입사되어 홍채의 영상을 획득하게 된다.

상기 제3렌즈(15)는 변곡점을 포함한 비구면을 포함하므로 미세한 초점을 맞춰주어 선명한 영상을 획득할 수 있다.

상기 제1렌즈(11), 제2렌즈(13) 및 제3렌즈(15)를 비구면으로 하여 3매라는 적은 렌즈 매수로 효과적으로 수차 보정을 할 수 있고 소형화에 유리하다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1:홍채인식용 렌즈
10:렌즈군
11:제1렌즈 13:제2렌즈 15:제3렌즈
30:조리개 50:결상면 Z:광축
Si:물체측에서 제i번째의 렌즈면
Ri:물체측에서 제i번째의 렌즈면의 곡률반경
Di:물체측에서 제i번째와 제(i+1)번째의 렌즈면의 면간격

Claims (14)

1. 홍채에 반사되어 입사된 근적외선을 굴절시켜 결상면에 상이 맺히게 하는 렌즈군과, 상기 렌즈군으로 입사되는 근적외선의 양을 조절하는 조리개와, 상기 렌즈군을 통과한 근적외선에 의해 상이 맺히는 결상면을 포함하고,
   상기 렌즈군은 광축 근방에서 물체측에 볼록한 형상으로 볼록 메니스커스 렌즈인 정의 굴절력을 갖는 제1렌즈, 광축 근방에서 상측에 오목한 형상으로 오목 메니스커스 렌즈인 부의 굴절력을 갖는 제2렌즈 및 광축 근방에서 상측에 오목한 형상으로 부의 굴절력을 갖는 오목 메니스커스 렌즈인 제3렌즈를 포함하고 상기 제1렌즈, 제2렌즈 및 제3렌즈는 물체측으로부터 순서대로 위치하며,
   상기 조리개를 상기 제1렌즈와 제2렌즈 사이에 위치시키고 상기 조리개의 앞에 위치한 제1렌즈를 상기 제2렌즈보다 두껍게 하여 렌즈의 입사동을 크게 만듬으로써 상기 렌즈군으로 입사되는 근적외선의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하며,
   상기 렌즈군은 하의 조건을 만족하여 소형화되면서도 화각이 좁아 홍채 부위만 영상으로 획득할 수 있는 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
   |f1|<|f2|<|f3|
   여기서, f1은 상기 제1렌즈의 초점거리이고, f2는 상기 제2렌즈의 초점거리이며, f3은 상기 제3렌즈의 초점거리이다.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈의 물체측 면 또는 상측 면 중 1면 이상이 비구면인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 홍채인식용 렌즈는 이하의 조건을 만족하여 근적외선의 파장 하에서 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
   820㎚<λ<980㎚
   여기서, λ는 상기 홍채인식용 렌즈가 동작하는 빛의 파장이다.
6. 삭제
7. 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈군은 가시광선 흡수제를 포함하여,
   가시광선 필터를 사용하지 않아도 되므로 소형화에 유리한 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
8. 제7항에 있어서, 상기 렌즈군은 플라스틱 재질의 렌즈이므로 상기 가시광선 흡수제를 포함하기 용이한 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
9. 제1항, 제3항, 제5항 및 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 0.9195mm이고 상측 면의 곡률반경이 1.6103mm이며, 두께는 1.0300mm인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 1.3955mm이고 상측 면의 곡률반경이 0.9337mm이며, 두께는 0.3000mm인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제3렌즈는 물체측 면의 곡률반경이 1.9742mm이고 상측 면의 곡률반경이 1.6682mm이며, 두께는 0.3000mm인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제3렌즈의 굴절률은 1.51520이고, 분산치는 56.6인 것을 특징으로 하는 홍채인식용 렌즈.

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