KR101748418B1 - 홍채인식용 광학계 - Google Patents

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KR101748418B1
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iris
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박영수
김경승
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해성옵틱스(주)
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    • G06V40/19—Sensors therefor
    • G06K9/00604—
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
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Abstract

홍채인식용 광학계에 관한 발명이 개시된다. 개시된 홍채인식용 광학계는: 피사체 측에 구비되는 대물렌즈와, 피사체의 상이 맺히는 이미지 센서 측에 구비되는 복수개의 보정렌즈 및 보정렌즈와 대물렌즈 사이에 구비되어 광경로를 제어하는 광경로 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

홍채인식용 광학계{OPTICAL SYSTEM OF IRIS RECOGTION}
본 발명은 홍채인식용 광학계에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모바일 및 소형화 기기에 적용하여 일정거리에서 사용자의 홍채를 인식할 수 있는 홍채인식용 광학계에 관한 것이다.
홍채 인식 시스템은 사람마다 고유한 눈동자의 홍채 패턴을 구별해 신분을 증명하는 장치로 다른 생체 인식 방법인 음성이나 지문보다 그 신분 확인의 정확성이 탁월할 뿐만 아니라 고도의 보안성을 자랑한다.
홍채는 눈의 동공과 흰자위의 사이에 존재하는 영역이며 홍채 인식이란 개인마다 각기 다른 홍채 패턴을 분석하고 그 정보를 바탕으로 개인의 신원을 인식하는 기술이라 할 수 있다.
일반적으로, 생체의 특징 정보를 활용하여 개인의 신원을 확인하고 응용하려는 기술 분야에 있어서 핵심이 되는 기술은 입력 영상으로부터 독특한 특징 정보를 효율적으로 획득하는 것이며, 홍채 영상에 대한 특징 추출 방법으로는 가버 변환과 웨이블렛 변환을 주로 사용하고 있다. 웨이블렛 변환은 신호를 다중 해상도(multiresolution)로 해석하는 기법의 일종이며, 푸리에 변환에 기반을 둔 기존의 신호 처리 알고리즘에 비해 속도가 빠르고 시간과 주파수 영역에서 신호의 국소화를 효율적으로 구현하기 때문에, 최근 신호 및 영상처리 분야에 많이 응용되고 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허 10-1046770호(2011.07.06. 공고) “근거리 홍채 인식용 카메라”가 있다.
본 발명의 목적은 원하는 홍채 영상의 크기를 확보할 수 있으며, 왜곡수차, 구면수차 보정이 용이하며, 소형화가 가능한 홍채인식용 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 홍채인식용 광학계는: 피사체 측에 구비되는 대물렌즈와, 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지 센서 측에 구비되는 복수개의 보정렌즈 및 상기 보정렌즈와 상기 대물렌즈 사이에 구비되어 광경로를 제어하는 광경로 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대물렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고, 상기 피사체 측으로 볼록한 볼록평렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보정렌즈는 상기 광경로 제어부 측으로부터 순차적으로 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈를 포함하고, 상기 제1렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고, 상기 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어지며, 상기 제2렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖는 양 볼록렌즈로 이루어지고, 상게 제3렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고, 상기 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광경로 제어부는 초점 거리를 길게 확보할 수 있는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 대물렌즈의 입사면에서 상기 이미지센서까지의 거리를 TTL, 상기 광학계의 초점 거리 f 라고 할 때, 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
1 < TTL/f < 1.5
또한, 상기 보정렌즈는 광학필터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 홍채인식용 광학계는 대물렌즈와 복수의 렌즈로 이루어지는 보정렌즈에 의해 수차 보정이 용이하여 원하는 홍채 영상을 확보함은 물론, 광경로 제어부에 의해 공간활용도를 높여 소형화가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광학필터가 구비되어 홍채 영상에서 특정파장을 선별적으로 투과시켜 더욱 선명한 홍채 영상을 얻을 수 있어 홍채 인식율을 향상시키고, 감도를 개선시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계의 배치를 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 홍채인식용 광학계의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계의 배치를 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계의 종방향 구면수차, 상면만곡 및 왜곡을 보인 수차도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계(100)는 대물렌즈(110), 보정렌즈(120) 및 광경로 제어부(130)를 포함한다.
대물렌즈(110)는 피사체 측에 구비된다. 이러한 대물렌즈(110)는 정(+)의 굴절률을 갖고, 피사체 측으로 볼록한 볼록평렌즈로 이루어진다. 즉, 홍채 영상이 입사되는 입사면(S1)과, 입사면(S1)으로 입사된 홍채 영상이 출사되는 출사면(S2)을 포함하여 구성되고, 입사면(S1)이 피사체 측으로 볼록하게 형성된다. 홍채 영상은 입사면(S1)으로 입사될 때와 출사면(S2)으로 출사될 때 굴절이 일어난다.
보정렌즈(120)는 피사체의 상이 맺히는 이미지 센서 측에 구비된다. 이러한 보정렌즈(120)는 광경로 제어부(130) 측으로부터 순차적으로 배열된 제1렌즈(122), 제2렌즈(124), 제3렌즈(126)를 포함한다. 보정렌즈(120)는 여러 장의 렌즈로 구성됨으로써, 수차 보정이 용이하다.
제1렌즈(122)는 부(-)의 굴절률을 갖고, 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어진다. 즉, 제1렌즈(122)는 광경로 제어부(130)를 통해 홍채 영상의 입사되는 입사면(S4)과, 홍채 영상의 출사되는 출사면(S5)을 포함하고, 입사면(S4)과 출사면(S5)이 이미지 센서측으로 볼록한 형상으로 형성된다.
제2렌즈(124)는 정(+)의 굴절률을 갖는 양 볼록렌즈로 이루어진다. 즉, 제2렌즈(124)는 입사면(S6)과 출사면(S7)이 상호 외측으로 볼록한 형상으로 형성된다.
또한, 제3렌즈(126)는 제3렌즈(126)는 부(-)의 굴절률을 갖고, 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어진다, 제3렌즈(126) 또한, 제1렌즈(122)와 유사하게 입사면(S8)과 출사면(S9)이 이미지 센서 측으로 볼록한 형상으로 형성된다.
이처럼 보정렌즈(120)은 복수의 렌즈가 배치되어 여러 수차를 보정할 수 있다.
광경로 제어부(130)는 보정렌즈(120)와 대물렌즈(110) 사이에 구비되어 광경로를 제어한다. 이러한 광경로 제어부(130)는 초점 거리를 길게 확보할 수 있는 프리즘을 포함한다. 즉, 프리즘으로 이루어지는 광경로 제어부(130)는 반사면(S3)이 구비되어 반사면(S3)을 이용하여 광경로를 전환시킴으로써, 초점 거리를 길게 확대할 수 있어 광학계(100) 전체 두께가 감소되고 이에 따라 상대적으로 얇은 휴대 단말이나 박형 홍채 인식 카메라모듈에 적합하게 채용될 수 있다.
대물렌즈(110)의 입사면(S1)에서 이미지 센서까지의 거리를 TTL, 광학계(100)의 초점 거리를 f라고 할 때, 다음 식을 만족한다.
1 < TTL/f < 1.5
상기한 조건은 광학계(100)를 소형화하기 위한 조건이다. 도 2에서 도시된 바와 같이 TTL/f가 하한값 1 이하인 경우, 왜곡수차, 구면수차 보정이 및 광학계(100)의 소형화가 유리하지만, 300mm에서 원하는 홍채 영상의 크기가 확보하기 어려워진다.
그리고, TTL/f가 상한값 1.5 이상인 경우, 원하는 홍채 영상의 크기를 확보할 수 있으나 왜곡수차, 구면수차 보정의 어려움이 있고, 광학계(100)의 소형화가 어려워진다.
따라서, 상기한 조건을 만족하므로서, 광학계(100)의 소형화 및 수차 보정이 유리하다.
한편, 보정렌즈(120)는 광학필터(140)가 구비된다. 광학필터(140)는 홍채 영상에서 특정파장을 선별적으로 투과시켜 더욱 선명한 홍채 영상을 제공한다. 즉, 가시광선을 제외한 특정파장(IR)에 대한 투과 특성을 지닌 필터로 이루어져 홍채 인식율을 향상시키고, 감도를 개선시킬 수 있다.
이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계(100)의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
대물렌즈(110)의 입사면(S1)을 통해 홍채 영상이 입사되고, 출사면(S2)을 통해 출사된다. 대물렌즈(110)를 통과한 홍채 영상은 광경로 제어부(130)의 반사면(S3)에 의해 광경로가 전환되어 보정렌즈(120)로 전달된다.
이처럼 대물렌즈(110)와 보정렌즈(120)는 프리즘으로 이루어지는 광경로 제어부(130)에 의해 수직방향으로 배치될 수 있어 공간활용도를 높여 소형화가 가능하다. 즉, 모바일 및 소형화기기에 적용이 용이하다.
광경로 제어부(130)에 의해 광경로가 전환된 홍채 영상은 제1,2,3렌즈(122,124,126)로 이루어지는 보정렌즈(120)에 의해 수차를 최소화하여 이미지센서에 전달된다. 그리고, 제1렌즈(122)와 제2렌즈(124) 사이에는 광학필터(140)가 구비되어 홍채 인식율을 향상시키고, 감도를 개선시킬 수 있다.
그리고, 대물렌즈(110)의 입사면에서 이미지 센서까지의 거리를 TTL, 광학계(100)의 초점 거리를 f라고 할 때, 1 < TTL/f < 1.5 를 만족함으로써, 원하는 홍채 영상의 크기를 확보할 수 있고, 왜곡수차, 구면수차 보정이 가능하며, 광학계(100)를 소형화할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채인식용 광학계에 의하면, 대물렌즈와 복수의 렌즈로 이루어지는 보정렌즈에 의해 수차 보정이 용이하여 원하는 홍채 영상을 확보함은 물론, 광경로 제어부에 의해 공간활용도를 높여 소형화가 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 광학계 110 : 대물렌즈
120 : 보정렌즈 122 : 제1렌즈
124 : 제2렌즈 126 : 제3렌즈
130 : 광경로 제어부 140 : 광학필터

Claims (6)

  1. 피사체 측에 구비되는 대물렌즈와, 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지 센서 측에 구비되는 복수개의 보정렌즈 및 상기 보정렌즈와 상기 대물렌즈 사이에 구비되어 광경로를 제어하는 광경로 제어부를 포함하고;
    상기 보정렌즈는 상기 광경로 제어부 측으로부터 순차적으로 배열된 제1렌즈, 제2렌즈, 제3렌즈를 포함하고;
    상기 제1렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고, 상기 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어지며;
    상기 제2렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖는 양 볼록렌즈로 이루어지고;
    상기 제3렌즈는 부(-)의 굴절률을 갖고, 상기 이미지 센서 측으로 볼록한 메니스커스 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계.
  2. 피사체 측에 구비되는 대물렌즈와, 상기 피사체의 상이 맺히는 이미지 센서 측에 구비되는 복수개의 보정렌즈 및 상기 보정렌즈와 상기 대물렌즈 사이에 구비되어 광경로를 제어하는 광경로 제어부를 포함하고;
    상기 대물렌즈의 입사면에서 상기 이미지센서까지의 거리를 TTL, 상기 광학계의 초점 거리 f 라고 할 때, 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계.
    1 < TTL/f < 1.5
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 대물렌즈는 정(+)의 굴절률을 갖고, 상기 피사체 측으로 볼록한 볼록평렌즈인 것을 특징으로 하는 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 광경로 제어부는 초점 거리를 길게 확보할 수 있는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보정렌즈는 광학필터가 구비되는 것을 특징으로 하는 홍채 인식용 카메라모듈의 광학계.
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200327691Y1 (ko) * 2003-06-24 2003-09-26 박래복 홍채영상 획득장치
KR101001338B1 (ko) * 2009-08-24 2010-12-14 씨엠아이텍주식회사 신원 확인 장치

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