KR101544792B1

KR101544792B1 - 홍채 인식 렌즈 시스템

Info

Publication number: KR101544792B1
Application number: KR1020140193657A
Authority: KR
Inventors: 최순철; 제갈창성; 김양섭; 이영주
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2015-08-18
Also published as: US20160187631A1; US9864179B2

Abstract

본 발명은 홍채 인식 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 광축을 따라 물체로부터 제1렌즈 및 제2렌즈가 배치되어, 홍채와 동공의 영상을 촬영하는 홍채 인식 렌즈 시스템에 있어서, 상기 제1렌즈의 전면부는 중심부에 반사영역이 형성되고, 주변부에는 투과영역이 형성되고, 상기 제1렌즈의 후면부는 중심부에 움푹 파인 투과영역이 형성되고, 주변부에는 반사영역이 형성되며, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈 후면부의 중심부 투과영역 뒤에 위치하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 단일 렌즈에 복수개의 투과영역과 반사영역을 구비하여 렌즈 시스템의 전체 길이는 줄이면서 초점거리를 길게하고, 광축과 광선의 각도를 제어하여 결상이 잘되도록 하여, 광학계의 성능을 높이고, 광학계 전체의 싸이즈를 줄일 수 있도록 하여, 소형, 고해상도의 홍채 인식 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.

Description

홍채 인식 렌즈 시스템{Iris lens system}

본 발명은 홍채 인식 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 단일 렌즈에 반사영역과 투과영역을 복수개 구비하여 렌즈의 길이는 줄인 반면, 초점거리는 커져, 렌즈 시스템 전체 길이를 단축한 홍채 인식 렌즈 시스템에 관한 것이다.

홍채 인식 기술은 렌즈로 홍채의 영상을 촬영하여 패턴으로 코드화해 저장하고, 이것과 입력 영상이 같은지 비교, 판단하는 기술로써, 지문 인식 보다 정확도가 훨씬 높은 기술로 평가 받고 있다.

이러한 홍채 인식 렌즈 시스템은 최근에 모바일용 제품으로 만들어지고 있는데, 홍채의 영상을 크게 기록해야 하고, 그렇게 되면 초점거리가 긴 렌즈를 사용해야 하는데, 이 경우에 렌즈 시스템의 두께가 두꺼워지는 단점이 있으며, 초점거리가 짧은 렌즈를 적용하면 눈을 가까이 하여 촬영하여야 하므로 매우 불편하다.

종래기술로서, 미국특허 US7542219호는 총 6매의 렌즈 시스템으로 구성되며, 초점거리(f) 67.74mm, 렌즈 총 길이(TTL)는 68.53mm, TTL/f=1.01로, 초점거리에 대한 렌즈의 길이 비가 1 이상으로 크다. 즉, 초점거리를 14mm 정도로 스캐일링(scaling)하면 렌즈 총 길이가 14.16mm가 된다. 이 경우 두께가 얇은 스마트폰에는 적용이 불가능하게 된다.

일반적으로 홍채의 크기는 대략 φ12mm에서 φ13mm 정도이다. 초점거리가 14mm인 렌즈의 경우 눈과의 거리를 250mm로 촬영하였을 때 홍채 상의 크기는 0.8mm에서 0.9mm 크기가 되어 홍채 이미지를 정확하게 확보할 수 있다.

그리고, 미국특허 US6980372호는, 3매의 렌즈로 뛰어난 성능을 내는 기술이다. 상기 종래기술의 실시예 1은 초점거리를 1mm로 표준화(normalize)했을 때, optocal length(TTL, 렌즈길이)가 1.195mm이다. 실제 조건으로 변환하기 위해 초점거리를 3mm라 하면, TTL은 3.6mm 정도가 되어 휴대폰에 장착이 가능하다.

그러나, 이 렌즈를 250mm의 위치에 있는 눈을 촬영하였을 경우 홍채 상의 크기는 매우 작은 크기인 0.15mm에서 0.16mm 크기가 되어 홍채 이미지를 정확하게 확보할 수가 없다.

홍채 상이 0.8mm에서 0.9mm 크기로 되기 위해서는 눈의 위치를 50mm 정도까지 가까이 해야 되므로, 촬영이 매우 불편하고 정확한 촬영이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 렌즈에 반사영역과 투과영역을 복수개 구비하여 렌즈의 길이는 줄인 반면, 초점거리는 커져, 렌즈 시스템 전체 길이를 단축한 홍채 인식 렌즈 시스템의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광축을 따라 물체로부터 제1렌즈 및 제2렌즈가 배치되어, 홍채와 동공의 영상을 촬영하는 홍채 인식 렌즈 시스템에 있어서, 상기 제1렌즈의 전면부는 중심부에 반사영역이 형성되고, 주변부에는 투과영역이 형성되고, 상기 제1렌즈의 후면부는 중심부에 움푹 파인 투과영역이 형성되고, 주변부에는 반사영역이 형성되며, 상기 제2렌즈는 상기 제1렌즈 후면부의 중심부 투과영역 뒤에 위치하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템을 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 제1렌즈의 전면부 반사영역은, 물체측으로 오목하게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 후면부 반사영역의 내경은 후면부 투과영역의 외경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1렌즈의 후면부 투과영역과 반사영역은, 상기 반사영역의 내경에서부터 상기 투과영역의 외경까지 경사면에 의해 연결형성되는 것이 바람직하며, 상기 경사면은, 광축을 중심으로 전방측으로 수렴하는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 경사면은, 빛차단수단이 더 추가되며, 스텝형으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 홍채 인식 렌즈 시스템은, 광축 상의 물체에서 발산되는 광 다발 중에 유효경의 90% 높이를 진행하는 광선의 진행 방향은, 상기 후면부 반사영역에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang3이라고 하고, 전면부 반사영역에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang4라고 하면, ｜ang3｜>｜ang4｜*2를 만족하도록 구현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 홍채 인식 렌즈 시스템은, 제1렌즈 전면의 정점(頂點)에서 상면까지의 길이(렌즈 시스템의 전체 길이, TTL)와 초점거리(f)가 TTL/f<0.50을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1렌즈 및 제2렌즈는, 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2렌즈 뒤에는 1개~3개의 후방렌즈가 더 광축을 따라 배치되는 것이 바람직하며, 상기 후방렌즈는, 플라스틱 재질로 형성되며, 적어도 1면 이상은 비구면렌즈로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명은 단일 렌즈에 복수개의 투과영역과 반사영역을 구비하여 렌즈 시스템의 전체 길이는 줄이면서 초점거리를 길게하고, 광축과 광선의 각도를 제어하여 결상이 잘되도록 하여, 광학계의 성능을 높이고, 광학계 전체의 싸이즈를 줄일 수 있도록 하여, 소형, 고해상도의 홍채 인식 렌즈 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제1실시예를 나타낸 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제1실시예를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 제1실시예에 따른 수차도를 나타낸 도.
도 4 - 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제2실시예를 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 제2실시예에 따른 수차도를 나타낸 도.
도 6 - 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제3실시예를 나타낸 도.
도 7 - 본 발명의 제3실시예에 따른 수차도를 나타낸 도.
도 8 - 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제4실시예를 나타낸 도.
도 9 - 본 발명의 제4실시예에 따른 수차도를 나타낸 도.

본 발명은 홍채와 동공의 영상을 촬영하는 렌즈 전면의 정점(頂點)에서 상면까지의 길이(렌즈 시스템의 전체 길이, TTL)가 초점거리(f)보다 짧게 구성된 홍채 인식 렌즈 시스템에 관한 것으로서, 특히, 단일 렌즈에 반사영역과 투과영역을 복수개 구비하여 렌즈의 전체 길이는 줄인 반면, 초점거리는 커져, 렌즈 시스템 전체 길이를 단축한 홍채 인식 렌즈 시스템에 관한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 광축을 따라 물체로부터 제1렌즈(L1) 및 제2렌즈(L2)가 배치되어, 홍채와 동공의 영상을 촬영하는 홍채 인식 렌즈 시스템에 있어서, 상기 제1렌즈(L1)의 전면부는 중심부에 반사영역(11)이 형성되고, 주변부에는 투과영역(12)이 형성되고, 상기 제1렌즈(L2)의 후면부는 중심부에 움푹 파인 투과영역(13)이 형성되고, 주변부에는 반사영역(14)이 형성되며, 상기 제2렌즈(L2)는 상기 제1렌즈(L1) 후면부의 중심부 투과영역(13) 뒤에 위치하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 제1렌즈(L1)의 전면부 및 후면부에 반사영역(11),(14)과 투과영역(12),(13)을 구비하되, 반사영역(11),(14)은 제1렌즈(L1)의 전면부 중심부에, 제1렌즈(L1)의 후면부 주변부에 각각 형성되고, 투과영역(12),(13)은 제1렌즈(L1)의 전면부 주변부에, 제1렌즈(L1)의 후면부 중심부에 각각 형성된 것이다.

이러한 제1렌즈(L1)의 형태는 제1렌즈 시스템 전체 길이는 단축시키고, 초점거리는 길게 형성되도록 하여, 소형 홍채 인식 렌즈 시스템의 제공이 가능하도록 한 것이다.

여기에서 광축 상의 물체에서 발산되는 광다발은, 제일 먼저, 상기 제1렌즈(L1)의 전면부의 주변부 투과영역(제2면)(12)을 투과하여, 후면부의 주변부 반사영역(제3면)(14)에서 반사되어, 전면부의 중심부 반사영역(제4면)(11)에서 다시 한번 반사된 후, 후면부 중심부 투과영역(제5면)(13)을 투과하여 상기 제2렌즈(제6면, 제7면)(L2)으로 진행되면서 상면에 결상되게 된다.

상기 제2렌즈(L2)는 상기 제1렌즈(L1)의 후면부 투과영역(13) 뒤에 형성되어, 성능을 보완해주게 된다.

이러한 구조는 렌즈 전체의 길이를 줄이면서, 초점거리를 길게 하여 홍채 인식 렌즈의 성능을 향상시키고, 소형 홍채 인식 렌즈 시스템의 제공이 가능하여, 스마트폰 등 소형 전자기기에 고성능의 홍채 인식 렌즈 시스템의 적용이 가능하게 된다.

여기에서, 상기 제1렌즈(L1)의 전면부 반사영역(11)은 물체측으로 오목하게 형성되어, 상기 제1렌즈(L1)의 후면부의 주변부 반사영역(14)에서 반사된 광선이 다시 반사되어 수렴되도록 하여, 제1렌즈(L1)의 초점거리를 증가시키면서, 결상이 잘 되도록 한 것이다.

또한, 상기 제1렌즈(L1) 후면부의 주변부 반사영역(14)의 내경은 후면부의 중심부 투과영역(13)의 외경보다 크게 형성되며, 상기 반사영역(14)의 내경에서부터 상기 투과영역(13)의 외경까지 경사면(15)에 의해 연결형성되는 것이 바람직하다. 이런 구조는 제1렌즈를 사출성형으로 제작이 가능하도록 한다.

상기 제1렌즈(L1)의 후면부 투과영역(13)은 움푹 파이게 형성되어, 상기 경사면(15)이 광축을 중심으로 전방측으로 수렴되게 형성되도록 한다.

이러한 형태는, 광선이 제1렌즈(L1)의 전면부의 주변부 투과영역(제2면)(12)에서 바로 후면부 투과영역(제5면)(13)을 통과하여 센서에 광이 도달하는 것을 방지한다.

여기에서, 상기 경사면(15)에는 빛차단수단으로 흑칠이나, 블랙본드 코팅을 하여, 상기 제1렌즈 전면부의 주변부 투과영역에서 투과된 광선이 경사면으로 바로 투과되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 플레어(flare)와 같은 불 필요한 광을 차단하기 위한 것이다.

또한, 상기 경사면은 스텝형으로 형성되어, 빛의 차단율을 더욱 높여서 결상 성능을 좋게 한다.

특히, 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템은, 광축 상의 물체에서 발산되는 광 다발 중에 유효경의 90% 높이를 진행하는 광선의 진행 방향은, 상기 후면부 반사영역(14)에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang3이라고 하고, 전면부 반사영역(11)에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang4라고 하면, ｜ang3｜>｜ang4｜*2를 만족하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 광축 상의 물체에서 발산되는 광다발 중에 유효경의 90% 높이(H2)를 진행하는 광선이 상기 제1렌즈(L1) 전면부의 주변부 투과영역(제2면)(12)으로 투과되어 상기 제1렌즈(L1) 후면부의 주변부 반사영역(제3면)(14)에서 반사된 광선이 상기 제1렌즈(L1) 전면부의 중심부 반사영역(제4면)(11)으로 입사되어 반사된 후 상기 제1렌즈(L1) 후면부의 중심부 투과영역(제5면)(13)으로 투과되어 진행하게 된다.

여기에서, 제3면에서 반사되는 광선의 광축과의 각도를 ang3라 하고, 제4면에서 반사되는 광선의 광축과의 각도를 ang4라 하면, ang3는 ang4의 2배 이상 크게 되도록 하여, 이러한 조건을 만족하여야 긴 초점거리를 구현할 수 있게 되는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템은, 제1렌즈 전면의 정점(頂點)에서 상면까지의 길이(렌즈 시스템의 전체 길이, TTL)와 초점거리(f)가 TTL/f<0.50을 만족하도록 하여, 렌즈 시스템 전체의 길이보다 초점거리가 훨씬 큰 값을 가지도록 하여, 초점거리가 길어 홍채 인식 렌즈 고유의 기능을 다하면서, 렌즈 시스템 전체 길이는 단축시켜 소형 고성능의 홍채 인식 렌즈 시스템을 제공할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 홍채 인식 렌즈 시스템에는 상기 제1렌즈(L1) 후면부 중심부의 투과영역(13) 뒤에 제2렌즈(L2)가 배치되고, 상기 제2렌즈(L2) 뒤에 1개~3개의 후방렌즈(L3)가 더 광축을 따라 배치되도록 하여, 결상을 더욱 개선시키도록 할 수 있다.

상기 후방렌즈(L3)는 렌즈 시스템에 따라 상기 제1렌즈(L1) 후면부 중심부의 투과영역(13)에서의 움푹 파인 부분에 상기 제2렌즈(L2)와 함께 삽입결합될 수도 있으며, 더욱 구체적으로는 상기 경사면(15)의 형태에 대응되게 형성되어, 상기 경사면(15)에 후방렌즈가 결합되도록 형성되어, 초점거리를 고려하면서 렌즈 시스템의 길이를 더욱 줄일 수도 있다.

또한, 본 홍채 인식 렌즈 시스템에 사용되는 제1렌즈(L2) 및 제2렌즈(L2)는 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 후방렌즈(L3)도 플라스틱 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 후방렌즈(L3)는 적어도 1면 이상은 비구면렌즈로 형성되어, 주변부 결상 성능을 높인다.

이와 같이, 본 발명은 단일 렌즈에 복수개의 투과영역과 반사영역을 구비하여 렌즈 시스템의 전체 길이는 줄이면서 초점거리를 길게하고, 광축과 광선의 각도를 제어하여 결상이 잘되도록 하여, 광학계의 성능을 높이고, 광학계 전체의 싸이즈를 줄일 수 있도록 한 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.

<제1실시예>

도 2는 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제1실시예를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 광축을 따라 물체(object)로부터 제1렌즈(L1)가 배치되고, 후면부 투과영역 측에 결상 보완을 위한 한 개의 제2렌즈(L2)가 추가로 배치되어 있다.

다음 표 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학계를 구성하는 렌즈에 대한 데이터를 나타낸 것이다.

surface(면번호)	RDY(곡률반경)	THI(두께)	Nd(굴절률)	Vd(아베수)	반사/투과
OBJ	INFINITY	250
1	INFINITY	TTL/f<0.5082369	AIR
2	-80.25496	3	1.531	55.8	투과
STO	-8.14847	-2.99424	1.531	55.8	반사
4	-3.09051	1	1.531	55.8	반사
5	-8240.77038	1.650175	air
6	-2.83473	0.5	1.531	55.8	투과
7	5.48948	0.414821	air
8	INFINITY	0.2	BSC7_HOYA		투과
9	INFINITY	0.739662
IMG	INFINITY	-0.003

(OBJ : 물체면, STO : 조리개, IMG : 상면(image), Infinity : 평면)

도 2에 도시된 바와 같이 물체(object) 측으로부터 제1렌즈(제2면, STO, 제4면, 제5면)(L1), 제2렌즈(L2)(제6면, 제7면)(L2), 광학필터(OF, 제8면, 제9면)가 배치되며, 광축방향을 X, 광축에 직교하는 방향을 Y축으로 설정할 때, 비구면식은 다음과 같다.

비구면은 상기 수학식 1의 비구면식에 의해 얻어지는 곡선을 광축의 주위로 회전시켜 얻어지는 곡면이며, R은 곡률반경, K는 원추상수, A,B,C,D,E,F는 비구면계수이다.

상기 수학식 1로부터 위의 각 렌즈의 데이타를 갖는 비구면계수는 다음 표 2와 같다.

	K	A	B	C	D
s2	0.00000E+00	-5.84788E-04	1.74139E-05	-1.76378E-07	-6.18046E-08
s3	0.00000E+00	1.57616E-04	4.33592E-06	-3.92504E-08	-1.22178E-08
s4	0.00000E+00	1.81915E-02	-1.47622E-03	-1.37894E-03	-5.09202E-05
s5	0.00000E+00	1.28621E-03	-1.31321E-02	-2.72823E-02	1.19168E-02
s6	0.00000E+00	-4.64043E-01	8.75285E-02	-1.92269E-01	-1.59550E-01
s7	0.00000E+00	-3.72010E-01	2.06789E-01	-1.45199E-01	3.82945E-02

다음 표 3은 상기 제1실시예에 따른 렌즈 시스템의 화각, 상고, 초점거리(f), 전체 렌즈 시스템의 길이(TTL) 및 TTL/f를 나타낸 것으로, 렌즈 전체 시스템의 길이에 비해 초점거리가 2배 이상 되는 고성능 홍채 인식 렌즈를 제공할 수 있었다.

화각	9.4도
상고	1.39mm
초점거리(f)	12.5mm
TTL	4.8mm

TTL/f	0.38

도 1에서 제1실시예에 따른 제1렌즈(L1)의 전면부 유효경의 90% 높이 H2는 2.95mm이고, ang3은 39.7도, ang4는 9.4도, ang3/ang4는 4.2였다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 수차도를 나타낸 것이다.

도 3의 첫 번째 데이타는 구면수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프의 색깔은 입사되는 광선의 파장을 나타내는 것이다. 도시된 바와 같이, 그래프들이 중심수직축선에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 구면수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제1실시예의 구면수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 3의 두 번째 데이타는 비점수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프 S는 지면과 수직방향으로 입사하는 광선인 새지털(sagital)을 나타내고, 그래프 T는 지면과 평행방향으로 입사하는 광선인 탄젼셜(tangential)을 나타낸다. 여기에서 그래프 S와 T가 가까울수록 그리고 중심수직축에 근접할수록 비점수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제1실시예의 비점수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 3의 세 번째 데이타는 왜곡수차를 나타낸 것으로서, 가로축은 왜곡도(%)를, 세로축은 상고(mm)를 나타내며, 일반적으로 수차곡선이 -2~2% 범위 내에 들면 양호한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제1실시예의 왜곡수차로 optical distortion(광학적 왜곡)은 1% 이하로, 상당히 양호한 왜곡수차의 보정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

<제2실시예>

도 4는 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제2실시예를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 광축을 따라 물체(object)로부터 제1렌즈(L1)가 배치되고, 후면부 투과영역 측에 결상 보완을 위한 제2렌즈(L2)가 추가로 배치되어 있다.

다음 표 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학계를 구성하는 렌즈에 대한 데이터를 나타낸 것이다.

surface(면번호)	RDY(곡률반경)	THI(두께)	Nd(굴절률)	Vd(아베수)	반사/투과
OBJ	INFINITY	250
1	INFINITY	0.482369	AIR
2	-82.91764	3	1.531	55.8	투과
STO	-8.03947	-2.99424	1.531	55.8	반사
4	-2.78039	1.5	1.531	55.8	반사
5	-25.60729	1.788945	air
6	-0.85986	0.4	1.531	55.8	투과
7	-2.05257	0.90144	air
8	INFINITY	0.2	BSC7_HOYA		투과
9	INFINITY	0.719449
IMG	INFINITY	-0.003

(OBJ : 물체면, STO : 조리개, IMG : 상면(image), Infinity : 평면)

도 4에 도시된 바와 같이 물체(object) 측으로부터 제1렌즈(제2면, STO, 제4면, 제5면)(L1), 제2렌즈(제6면, 제7면)(L2), 광학필터(OF, 제8면, 제9면)가 배치되며, 광축방향을 X, 광축에 직교하는 방향을 Y축으로 설정할 때, 비구면식은 다음과 같다.

상기 수학식 1로부터 위의 각 렌즈의 데이타를 갖는 비구면계수는 다음 표 5와 같다.

	K	A	B	C	D
s2	0.00000E+00	-8.94447E-04	5.10221E-05	-1.78531E-06	2.68219E-08
s3	0.00000E+00	7.19006E-05	1.02366E-05	-2.59603E-07	3.12520E-09
s4	0.00000E+00	1.06253E-02	5.12413E-03	-3.96399E-03	7.57315E-04
s5	0.00000E+00	-3.49773E-02	6.22177E-03	-2.78578E-02	1.25937E-02
s6	0.00000E+00	-3.44407E-01	4.48288E-01	-9.80026E-01	1.48774E+00
s7	0.00000E+00	-2.54258E-01	1.73430E-01	-1.29887E-01	7.14129E-02

다음 표 6은 상기 실시예 2에 따른 렌즈 시스템의 화각, 상고, 초점거리(f), 전체 렌즈 시스템의 길이(TTL) 및 TTL/f를 나타낸 것으로, 렌즈 전체 시스템의 길이에 비해 초점거리가 2배 이상 되는 고성능 홍채 인식 렌즈를 제공할 수 있었다.

화각	6.8도
상고	1.4mm
초점거리(f)	15mm
TTL	5.84mm

TTL/f	0.39

도 1에서 제2실시예에 따른 제1렌즈(L1)의 전면부 유효경의 90% 높이 H2는 2.96mm이고, ang3은 40.7도, ang4는 7.3도, ang3/ang4는 5.6이었다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수차도를 나타낸 것이다.

도 5의 첫 번째 데이타는 구면수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 초점(mm)을 나타내며, 그래프의 색깔은 입사되는 광선의 파장을 나타내는 것이다. 도시된 바와 같이, 그래프들이 중심수직축선에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 구면수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제2실시예의 구면수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 5의 두 번째 데이타는 비점수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프 S는 지면과 수직방향으로 입사하는 광선인 새지털(sagital)을 나타내고, 그래프 T는 지면과 평행방향으로 입사하는 광선인 탄젼셜(tangential)을 나타낸다. 여기에서 그래프 S와 T가 가까울수록 그리고 중심수직축에 근접할수록 비점수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제2실시예의 비점수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 5의 세 번째 데이타는 왜곡수차를 나타낸 것으로서, 가로축은 왜곡도(%)를, 세로축은 상고(mm)를 나타내며, 일반적으로 수차곡선이 -2~2% 범위 내에 들면 양호한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제2실시예의 왜곡수차로 optical distortion(광학적 왜곡)은 1% 이하로, 상당히 양호한 왜곡수차의 보정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

<제3실시예>

도 6은 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제3실시예를 나타낸 것이다.

다음 표 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학계를 구성하는 렌즈에 대한 데이터를 나타낸 것이다.

surface(면번호)	RDY(곡률반경)	THI(두께)	Nd(굴절률)	Vd(아베수)	반사/투과
OBJ	INFINITY	250
1	INFINITY	0.482369	AIR
2	-87.16477	3	1.531	55.8	투과
STO	-7.89313	-2.99424	1.531	55.8	반사
4	-2.66669	1.5	1.531	55.8	반사
5	-708.62504	1.28214	air
6	-0.93239	0.5	1.531	55.8	투과
7	-2.4082	0.198294	air
8	INFINITY	0.2	BSC7_HOYA		투과
9	INFINITY	1.171931
IMG	INFINITY	-0.003

(OBJ : 물체면, STO : 조리개, IMG : 상면(image), Infinity : 평면)

도 6에 도시된 바와 같이 물체(object) 측으로부터 제1렌즈(제2면, STO, 제4면, 제5면)(L1), 제2렌즈(제6면, 제7면)(L2), 광학필터(OF, 제8면, 제9면)가 배치되며, 광축방향을 X, 광축에 직교하는 방향을 Y축으로 설정할 때, 비구면식은 다음과 같다.

상기 수학식 1로부터 위의 각 렌즈의 데이타를 갖는 비구면계수는 다음 표 8과 같다.

	K	A	B	C	D
s2	0.00000E+00	-4.29964E-04	2.46195E-05	-5.04219E-07	-5.89745E-08
s3	0.00000E+00	2.07443E-04	5.81400E-06	1.66055E-08	-1.64183E-08
s4	0.00000E+00	2.71089E-02	-3.05819E-04	-3.11957E-03	4.26787E-04
s5	0.00000E+00	1.40824E-02	-2.17048E-02	-7.26781E-02	3.75238E-02
s6	0.00000E+00	-2.49028E-01	2.30129E-01	-1.07488E+00	8.47561E-01
s7	0.00000E+00	-1.76071E-01	1.08090E-01	-1.66337E-01	8.38103E-02

다음 표 9는 상기 제3실시예에 따른 렌즈 시스템의 화각, 상고, 초점거리(f), 전체 렌즈 시스템의 길이(TTL) 및 TTL/f를 나타낸 것으로, 렌즈 전체 시스템의 길이에 비해 초점거리가 2배 이상 되는 고성능 홍채 인식 렌즈를 제공할 수 있었다.

화각	7.2도
상고	1.3mm
초점거리(f)	14mm
TTL	5.18mm

TTL/f	0.37

도 1에서 실시예 2에 따른 제1렌즈(L1)의 전면부 유효경의 90% 높이 H2는 2.88mm이고, ang3은 39.6도, ang4는 9.2도, ang3/ang4는 4.3이었다.

도 7은는 본 발명의 제3실시예에 따른 수차도를 나타낸 것이다.

도 7의 첫 번째 데이타는 구면수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프의 색깔은 입사되는 광선의 파장을 나타내는 것이다. 도시된 바와 같이, 그래프들이 중심수직축선에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 구면수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제3실시예의 구면수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 7의 두 번째 데이타는 비점수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프 S는 지면과 수직방향으로 입사하는 광선인 새지털(sagital)을 나타내고, 그래프 T는 지면과 평행방향으로 입사하는 광선인 탄젼셜(tangential)을 나타낸다. 여기에서 그래프 S와 T가 가까울수록 그리고 중심수직축에 근접할수록 비점수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제3실시예의 비점수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 7의 세 번째 데이타는 왜곡수차를 나타낸 것으로서, 가로축은 왜곡도(%)를, 세로축은 상고(mm)를 나타내며, 일반적으로 수차곡선이 -2~2% 범위 내에 들면 양호한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제3실시예의 왜곡수차로 optical distortion(광학적 왜곡)은 1% 이하로, 상당히 양호한 왜곡수차의 보정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

<제4실시예>

도 9은 본 발명에 따른 홍채 인식 렌즈 시스템의 제4실시예를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 광축을 따라 물체(object)로부터 제1렌즈(L1)가 배치되고, 후면부 투과영역 측에 결상 보완을 위한 제2렌즈(L2), 한 개의 후방렌즈(L3)가 추가로 배치되어 있다.

다음 표 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 광학계를 구성하는 렌즈에 대한 데이터를 나타낸 것이다.

surface(면번호)	RDY(곡률반경)	THI(두께)	Nd(굴절률)	Vd(아베수)	반사/투과
OBJ	INFINITY	250
1	INFINITY	0.482369	AIR
2	-80.25496	3	1.531	55.8	투과
STO	-8.14847	-3	1.531	55.8	반사
4	-3.09051	1	1.531	55.8	반사
5	-8240.77038	1.7014	air
6	-6.91422	0.367171	1.531	55.8	투과
7	2.29258	0.263221	air
8	-2.10241	0.4	1.531	55.8	투과
9	-2.22302	0.3
10	INFINITY	0.2	BSC7_HOYA		투과
11	INFINITY	0.242072
IMG	INFINITY	0.007933

(OBJ : 물체면, STO : 조리개, IMG : 상면(image), Infinity : 평면)

도 8에 도시된 바와 같이 물체(object) 측으로부터 제1렌즈(제2면, STO, 제4면, 제5면)(L1), 제2렌즈(제6면, 제7면)(L2), 후방렌즈(제8면, 제9면)(L3), 광학필터(OF, 제10면, 제11면)가 배치되며, 광축방향을 X, 광축에 직교하는 방향을 Y축으로 설정할 때, 비구면식은 다음과 같다.

상기 수학식 1로부터 위의 각 렌즈의 데이타를 갖는 비구면계수는 다음 표 11과 같다.

	K	A	B	C	D
s2	0.00000E+00	-5.84788E-04	1.74139E-05	-1.76378E-07	-6.18046E-08
s3	0.00000E+00	1.57616E-04	4.33592E-06	-3.92504E-08	-1.22178E-08
s4	0.00000E+00	1.81915E-02	-1.47622E-03	-1.37894E-03	-5.09202E-05
s5	0.00000E+00	1.28621E-03	-1.31321E-02	-2.72823E-02	1.19168E-02
s6	0.00000E+00	-6.48531E-01	-1.29005E-01	-1.29166E-01	2.00471E-01
s7	0.00000E+00	-4.61947E-01	1.71920E-01	-1.32810E-02	-1.06120E-02
s8	0.00000E+00	2.90959E-01	-2.58501E-02	-1.29675E-02	6.71501E-03
s9	0.00000E+00	6.11891E-02	8.39769E-02	4.54155E-03	-5.79719E-03

다음 표 12는 상기 제4실시예에 따른 렌즈 시스템의 화각, 상고, 초점거리(f), 전체 렌즈 시스템의 길이(TTL) 및 TTL/f를 나타낸 것으로, 렌즈 전체 시스템의 길이에 비해 초점거리가 2배 이상 되는 고성능 홍채 인식 렌즈를 제공할 수 있었다.

화각	9.4도
상고	1.4mm
초점거리(f)	12.5mm
TTL	4.78mm

TTL/f	0.38

도 1에서 제4실시예에 따른 제1렌즈(L1)의 전면부 유효경의 90% 높이 H2는 2.95mm이고, ang3은 39.7도, ang4는 9.5도, ang3/ang4는 4.2이었다.

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 수차도를 나타낸 것이다.

도 9의 첫 번째 데이타는 구면수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프의 색깔은 입사되는 광선의 파장을 나타내는 것이다. 도시된 바와 같이, 그래프들이 중심수직축선에 근접할수록 그리고 서로 근접할수록 구면수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제4실시예의 구면수차는 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 9의 두 번째 데이타는 비점수차를 나타낸 것으로서, 세로축은 상고(mm)를 가로축은 각 상고의 초점(mm)을 나타내며, 그래프 S는 지면과 수직방향으로 입사하는 광선인 새지털(sagital)을 나타내고, 그래프 T는 지면과 평행방향으로 입사하는 광선인 탄젼셜(tangential)을 나타낸다. 여기에서 그래프 S와 T가 가까울수록 그리고 중심수직축에 근접할수록 비점수차의 보정성이 좋은 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제4실시예의 비점수차는 0.9필드 이상을 제외하고 0.025mm(초점) 이하로 양호한 것으로 판단된다.

도 9의 세 번째 데이타는 왜곡수차를 나타낸 것으로서, 가로축은 왜곡도(%)를, 세로축은 상고(mm)를 나타내며, 일반적으로 수차곡선이 -2~2% 범위 내에 들면 양호한 것으로 알려져 있으며, 본 발명에 따른 제4실시예의 왜곡수차로 optical distortion(광학적 왜곡)은 0.9필드 이상을 제외하고 1% 이하로, 상당히 양호한 왜곡수차의 보정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 실시예에 의해 구현된 홍채 인식 렌즈 시스템은, 기본적으로 단일 렌즈 내에 복수개의 반사영역과 투과영역을 구비하고, 반사영역과 투과영역 간의 형상 및 수치를 규정하여, TTL/f가 0.50 이하의 초점거리를 제공하여, 홍채 인식 렌즈 시스템의 소형화 및 고해상도를 구현하고자 하는 것이다.

특히, 광축 상의 물체에서 발산되는 광 다발 중에 유효경의 90% 높이를 진행하는 광선의 진행 방향은, 상기 후면부 반사영역에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang3이라고 하고, 전면부 반사영역에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang4라고 하면, ｜ang3｜>｜ang4｜*2를 만족하도록 설계하여, 초점거리를 길게 구현하면서, 구면수차, 비점수차, 왜곡수차 등이 모두 양호하게 나타나 결상 및 해상도가 뛰어난 홍채 인식 렌즈 시스템을 제공할 수 있도록 하는 것이다.

L1 : 제1렌즈 11 : 반사영역(전면부)
12 : 투과영역(전면부) 13 : 투과영역(후면부)
14 : 반사영역(후면부) 15 : 경사면
L2 : 제2렌즈 L3 : 후방렌즈

Claims

광축을 따라 물체로부터 제1렌즈(L1) 및 제2렌즈(L2)가 배치되어, 홍채와 동공의 영상을 촬영하는 홍채 인식 렌즈 시스템에 있어서,
상기 제1렌즈(L1)의 전면부는 중심부에 반사영역(11)이 형성되고, 주변부에는 투과영역(12)이 형성되고,
상기 제1렌즈(L1)의 후면부는 중심부에 움푹 파인 투과영역(13)이 형성되고, 주변부에는 반사영역(14)이 형성되며,
상기 제2렌즈(L2)는 상기 제1렌즈(L1) 후면부의 중심부 투과영역(13) 뒤에 위치하되,
상기 제1렌즈(L1)의 후면부 투과영역(13)과 반사영역(14)은,
상기 반사영역(14)의 내경에서부터 상기 투과영역(13)의 외경까지 경사면(15)에 의해 연결형성되며, 상기 경사면(15)은, 스텝형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1렌즈(L1)의 전면부 반사영역(11)은,
물체측으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1렌즈(L1)의 후면부 반사영역(14)의 내경은 후면부 투과영역(13)의 외경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 경사면(15)은,
광축을 중심으로 전방측으로 수렴하는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 경사면(15)은,
빛차단수단이 더 추가되는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 홍채 인식 렌즈 시스템은.
광축 상의 물체에서 발산되는 광 다발 중에 유효경의 90% 높이를 진행하는 광선의 진행 방향은, 상기 후면부 반사영역(14)에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang3이라고 하고, 전면부 반사영역(11)에서 반사된 광선의 광축과의 각도를 ang4라고 하면, ｜ang3｜>｜ang4｜*2를 만족하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 홍채 인식 렌즈 시스템은,
제1렌즈(L1) 전면의 정점(頂點)에서 상면까지의 길이(렌즈 시스템의 전체 길이, TTL)와 초점거리(f)가 TTL/f<0.50을 만족하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1렌즈(L1) 및 제2렌즈(L2)는,
플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제2렌즈(L2) 뒤에는 1개~3개의 후방렌즈(L3)가 더 광축을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.
제 11항에 있어서, 상기 후방렌즈(L3)는,
플라스틱 재질로 형성되며, 적어도 1면 이상은 비구면렌즈로 형성된 것을 특징으로 하는 홍채 인식 렌즈 시스템.