KR101852834B1 - 3차원 구강 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너는, 360도 화각을 가진 렌즈부; 및 패턴이 조사된 피사체로부터 패턴 영상을 수신하여 이를 기초로 상기 피사체의 3차원 영상을 생성하는 영상처리부;를 구비한 영상수신부;를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수 있다.

Description

3차원 구강 스캐너{3-DIMENSION SCANER FOR ORAL CAVITY}

본 발명은 3차원 스캐너에 관한 것으로 보다 상세하게는 구강의 3차원 영상을 획득할 수 있는 스캐너에 관한 것이다.

레이저나 빛을 이용하는 비접촉식 3차원 스캐너는 그 활용 범위가 매우 다양하다. 엔지니어링, 영화, 애니메이션, 산업디자인, 의료, 미술품, 팬시, 문화재 복재 및 복원, 엔터테이먼트 등 사회에서 적용이 되지 않는 범위가 없을 정도로 활용 범위가 매우 넓다.

특히 산업 분야에서 제품의 제조 시간을 단축시키기 위해 많은 투자와 연구를 하는데 3차원 스캐너가 제품의 개발에서부터 양산하는 동안 여러 단계에서 비용을 절감하기 위한 목적으로 활용되고 있다. 현실에 존재하는 것을 3차원 디지털 데이터로 다룰 수 있다는 것은 많은 장점이 있다. 위험한 현장에서 매번 작업하지 않아도 되고, 언제든 필요한 정보를 컴퓨터에서 다시 열어볼 수 있고, 정확한 실물의 3차원 치수 및 형상 정보는 시뮬레이션 및 복제의 과정으로 미래를 좀 더 정확하게 예측 가능하게 해준다.

또한 3차원 스캐너는 의료분야에서 교정기구, 치아 등을 제작하기 위해 환자의 모양에 맞는 맞춤형 기구를 제작하기 위해 사용된다. 이는 전통적으로 석고반죽을 통한 모형 제작방법을 바꾸고 있다. 스캔된 3차원 데이터로부터 전용 소프트웨어를 통해 교정기구, 보철물, 인공기관, 인공치아 등을 디자인하고 CAM 소프트웨어를 통해 가공한다. 특히 치과 부분에서 전통적으로 치아교정 및 수복 작업은 치료 대상 환자 치아의 음형 형상인 임프레션 체득 후, 수복 작업용 다이가 되는 양형 형상인 석고 캐스팅 제작 작업이 선결된다. 그리고 의사 진단에 따라 개별 환자에 따른 맞춤형 인공 의치 및 식립 의치를 모델링하고 생산하는 전반적인 공정이 수작업으로 진행된다. 특히, 인공의 치 및 식립 의치 가공 작업은 도재 적립 방식, 금형 몰드 기반 주조 성형 등 다양하고 복잡한 생산 공정을 거친다. 이러한 전반적인 가공 과정은 기공사의 숙련도 및 심리적인 결정에 전적으로 의존하게 된다. 인공 의치 및 매식 의치의 설계 및 생산 과정에 있어 정밀성, 적합성 향상을 위해 산업계의 생산 공정 기술을 차용하고자 하는 노력은 이미 27년 전 스위스의 NOBELBIO-CARE 및 CEREC 팀에 의해 시도되어 왔다. 이러한 기술도 치아 형상의 자유 곡면 설계가 용이하지 않았다. 또한, CAM/CNC/RP 등 가공용 생산 소재의 한계로 인해 인공치관 생산 및 성형에 난관을 겪었다. 이러한 난관을 극복하기 위해 꾸준히 기술 개발 및 임상실험을 지속하면서 기술적 도전을 지속해왔다. 근자에 디지털 기술과 인공 보철물 소재 기술의 진화가 가속화되면서 치과, 치기공 기술의 CAD/CAM 기술과의 조우는 시험의 기술을 넘어 융합 진화의 현실 기술로 변신하는 중이다. 현재 다양한 솔루션과 덴탈 전용 스캐너가 시장에서 활발하게 경쟁하고 있다.

한편 3차원 스캐너는 크게 레이저 방식과 카메라 방식으로 구분될 수 있고, 레이저 방식은 포인트 투영, 빔 투영 측정 방식으로 사물을 스캔할 수 있고, 카메라 방식은 호 투영, 영역 측정 방식으로 사물을 스캔할 수 있다.

이러한 3차원 스캐너는 고속으로 사물을 측정할 수 있고, 탄력성 있는 제품의 정밀한 측정이 가능하고, 다양한 용도의 CAD와 작업이 가능하며 정확한 형상면 구현이 가능하다는 장점이 있어 각광 받고 있다. 그러나 3차원 스캐너는 측정 정밀도 면에서 접촉식이나 3차원 좌표 측정기(Coordinate Measuring Machine )에 비해 크게 떨어지는 문제가 있고, 측정 영역간 겹치는 형상으로 데이터 후처리가 필요하고, 다수의 영역 들을 결합하여 전체 영상을 획득할 때 오차가 크게 발생하고, 처리 속도가 지연되는 문제가 있다.

또한 3차원 스캐너를 이용한 사물의 측정 방법 중 가장 일반적으로는 사물을 여러 각도에서 촬영한 다음 각 스캔의 매칭되는 포인트를 소프트웨어적으로 마우스만으로 찍어 줌으로써 복수의 스캔 영상을 결합(Merge)하는 것이다. 이러한 방식은 사용자의 숙련도에 따라서 결합된 영상들 간의 차이가 발생하여 정밀한 3차원 영상을 획득하는 데는 한계가 있고, Merge 작업 시 적지 않은 시간이 소요된다.

3차원 스캐너의 3차원 영상 처리 속도를 증가시키기 위한 많은 연구 개발 덕분에 최근에는 3차원 영상 처리 속도가 수 분 정도까지 당겨졌으나, 의료 행위에서와 환자에게 진단 결과를 빠르게 피드백 할 필요가 있는 경우와 같이 빠른 결과를 획득할 필요가 있는 상황에서는 현 수준의 3차원 영상 획득 소요 시간이 만족할 만한 수준은 아닌 것으로 평가되고 있는 실정이다.

특허문헌1: 한국특허공개공보 10-2011-0082759

본 발명은 종래 피사체의 3차원 영상 생성 시 피사체를 영역별로 구분하여 영역 별로 촬영하고 이를 합성하면서 발생하는 영상 오차 발생 문제와 데이터 처리 시간 지연 문제를 해결할 수 있는 3차원 스캐너를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너는, 반사판을 구비한 360도 화각을 가진 렌즈부; 및 패턴이 조사된 피사체로부터 패턴 영상을 수신하여 이를 기초로 상기 피사체의 3차원 영상을 생성하는 영상처리부;를 구비한 영상수신부;를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 렌즈부는 전방위렌즈, 미러형 렌즈 및 어안 렌즈 중 어느 하나인 비구면 렌즈를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너는 상기 패턴을 생성하여 상기 피사체로 조사하는 패턴제너레이터;를 더 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 패턴제너레이터는, 횡축 및 종축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 회전 운동하는 마이크로미러를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 패턴제너레이터는, 광원; 상기 광원으로부터 광을 라인 광으로 변환하는 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈; 및 상기 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈로부터의 라인 광을 상기 피사체로 반사하는 마이크로미러;를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 패턴제너레이터는, 광원; 상기 광원으로부터 광을 미리 결정된 구조의 광으로 변환하여 출력하는 구조 광 패턴 렌즈; 상기 구조 광 패턴 렌즈로부터의 광을 상기 피사체로 반사하는 마이크로미러;를 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너는 상기 피사체에 상기 패턴제너레이터로부터의 패턴 조사 시점과 상기 영상수신부의 영상 수신 시점은 서로 동기화되는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 렌즈부는 구강에 삽입되고 상기 영상처리부는 상기 구강의 3차원 영상을 생성하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 패턴제너레이터는, 상기 광원의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 광원의 구동 시간 및 구동 주기를 제어하고 상기 광원의 구동 시간 및 구동 주기에 따라 상기 피사체에 조사되는 라인 패턴들 간의 간격과 라인 패턴들 각각의 굵기가 조절되는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 영상수신부는 상기 구강의 3차원 영상을 생성하고, 2차원으로 촬영된 영상을 분할하여 보여주는 디스플레이부;를 더 포함하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 치아 가공 장치는 상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 밀링 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및 상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 밀링 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는 인공 치아 가공 장치를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 치아 가공 장치는, 상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 3차원 프린팅용 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및 상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 3차원 프린팅용 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 3차원 프린터;를 포함하는 인공 치아 가공 장치를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 상기 영상수신부는, 촬영된 영상에 기초하여 상악, 하악, 치아 각각의 크기와 위치 정보, 치아들 간의 거리, 치열의 각도 정보를 포함하는 치아 파라미터 검출하여 표시하는 3차원 스캐너를 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 렌즈는 360도 화각을 가지는 비구면렌즈로 구성하여 영상수신부에서 측정되지 않은 피사체의 표면 영역의 존재 가능성을 제거함으로써 최소한의 촬영으로 피사체 표면 전체를 촬영하여 3차원 영상을 생성할 수 있으므로 3차원 영상의 정확도와 품질을 향상시켜 분해능을 크게 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 렌즈는 360도 화각을 가지는 렌즈로 구성함에 따라 피사체의 전체 영역을 한번에 촬영할 수 있어 피사체의 부분 영역 영상의 결합에 따른 오차와 부분 영역 영상 수의 증가에 따른 오차의 누적 문제 해결하고 영상 결합에 따라 소요되는 데이터 처리 시간을 최소화하여 빠르게 3차원 영상을 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 피사체의 촬영 횟수를 최소화하여 작업자의 작업 능률을 향상시킬 수 있고, 본 발명의 실시예가 의료용으로 사용하는 경우, 진료 및 진단 시간을 최소화하여 피시체의 대상인 환자와 술자의 만족감을 크게 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 피사체의 촬영 횟수를 최소화하여 피사체를 복수 회 촬영 시 손 떨림 등의 인공적인 진동이나 기계적인 진동에 따른 복수의 촬영 영상 들간의 편차에 따른 3차원 영상의 정밀도가 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.

또한 미러의 재반사 광을 전방위렌즈로 수신함에 따라 치아의 누락 없이 치열 전체의 내측 및 외측 전체 영역을 모두 촬영할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 3a 및 도 3b는 패턴제너레이터의 구성도.
도 4 및 도 5는 마이크로미러로부터 반사된 라인 패턴이 피사체에 조사되는 형태를 설명하기 위한 도면.
도 6은 마이크로미러의 90도 회전에 따른 라인 패턴의 방향을 달리한 것을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 일부 영역이 구강에 삽입된 경우를 나타낸 도면.
도 9은 360도 화각을 가진 전방위 렌즈의 렌즈 곡률에 따른 빛의 수광 위치를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너를 구비한 인공 치아 가공 장치의 블록도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도.
도 12 및 도 13은 다른 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도.
도 14 및 도 15는 영상수신부에 의해 촬영된 하악의 영상을 나타낸 도면.
도 16은 하악 치열궁에 관한 도면.
도 17은 하악 치열궁의 각을 나타낸 도면.
도 18은 각 형태별 치열궁선을 나타낸 도면.
도 19는 상악 및 하악의 치아들 간의 거리를 나타낸 도면.
도 20은 치열궁의 장경을 나타낸 도면.
도 21 몬슨구와 차악 치열구의 형태 및 교두 경사각을 나타낸 도면.
도 22 및 도 23은 하악대구치 임상치관의 형태와 크기를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 3차원 스캐너의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 영상수신부(100) 및 패턴제너레이터(Patten Generator; 200)를 포함할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)는 제어장치(300)를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 제어장치(300)는 3차원 스캐너(10)와 별도의 모듈로 형성되어 3차원 스캐너(10)와 유선 및/또는 무선 방식으로 통신하여 데이터를 주고 받을 수도 있다.

또한 패턴제너레이터(200)는 영상수신부(100)와 별도의 모듈로 구성될 수 있고, 함께 하나의 모듈로 구성될 수 있다.

영상수신부(100)는 패턴제너레이터(200)로부터 생성된 패턴이 조사된 피사체(S)를 촬영할 수 있다.

즉 패턴제너레이터(200)로부터 출력된 패턴이 피사체(S)의 표면에 조사되고, 패턴 영상은 영상수신부(100)로 입력될 수 있다.

영상수신부(100)는 패턴 영상을 수신하여 3차원 영상을 생성할 수 있다.

또한 영상수신부(100)는 패턴제너레이터(200)로부터의 패턴이 순차적으로 조사된 피사체(S)를 촬영하여 3차원 영상을 생성할 수 있다.

영상수신부(100)와 패턴제너레이터(200)는 일체형 모듈로 제작될 수 있고, 서로 분리되어 각각 조립될 수 있다.

또한 영상수신부(100)와 패턴제너레이터(200)는 상호간에 유선 및/또는 무선 통신을 수행할 수 있다.

영상수신부(100)는 제1 렌즈부(110) 및 영상처리부(130)를 포함할 수 있다. 또한 영상수신부(100)는 렌즈어레이부(120)를 더 포함할 수도 있다.

제1 렌즈부(110)는 360도 화각을 가지는 렌즈(111)를 포함할 수 있고, 360도 화각을 가지는 렌즈(111)는 예를 들어 전방위 렌즈, 밀러형 렌즈, 어안렌즈 중 어느 하나가 될 수 있다.

제1 렌즈부(110)는 광학계의 설계에 따라서 다양하게 구성될 수 있다. 예컨대 제1 렌즈부(110)는 360도 화각을 가지는 렌즈(111) 만으로 구성되거나, 360도 화각을 가지는 렌즈(111)와 추가적인 광학계로 구성될 수도 있다.

360도 화각을 가지는 렌즈는 비구면 렌즈로써, 비구면 렌즈의 굴절률에 따라서 비구면 렌즈의 전면에 대응하는 피사체(S)의 영역(S1)뿐만 아니라, 비구면 렌즈의 측면 둘레에 대응하는 피사체(S)의 영역(S2)을 촬영할 수 있으며, 비구면 렌즈의 위치 보다 상부 방향으로 높은 영역에 대응하는 피사체(S)의 영역(S3)을 촬영할 수도 있다.

360도 화각을 가지는 렌즈(111)로부터 피사체(S)의 전체의 영상을 획득할 수 있으므로, 피사체(S)의 부분 영역을 결합하는 과정을 최소화 할 수 있어 영상 결합에 따른 오차 문제를 크게 개선할 수 있어 3차원 영상의 분해능을 크게 높일 수 있다.

영상처리부(130)는 렌즈어레이부(120)로부터 수신된 광을 전달 받아 3차원 영상을 형성할 수 있다.

영상처리부(130)는 촬상소자(131) 및 인쇄회로기판(132)을 포함할 수 있다.

촬상소자(131)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor), CCD(Charged Coupled Device) 또는 PSD(Position Sensitive Device) 등의 수광 소자일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

인쇄회로기판(132)에는 촬상소자(131)가 실장될 수 있다. 또한 도시되지 않은 수동 소자 및 능동소자 들이 함께 인쇄회로기판(132)에 실장되어 촬상소자(131)로 취득된 영상정보를 제어장치(300)로 전달할 수 있다.

영상수신부(100)는 하나의 케이스에 수납될 수 있다. 그리고 3차원 스캐너(10)의 용도에 따라서 케이스의 사이즈가 결정될 수 있다.

즉, 작은 수준의 피사체(S)를 촬영하거나 의료용(예컨대 구강 스캔 용)으로 본 발명의 실시예를 적용하는 경우 케이스는 사용자가 거치하기 용이한 수준의 사이즈를 가질 수 있고, 반도체 패턴 검사나 특정 공간 내의 특정 사물(예컨대 안면 인식) 등과 같이 비교적 큰 사이즈의 피사체(S)를 촬영하는 경우에는 영상수신부(100)가 보다 큰 케이스에 수납되어도 무방하고, 이 경우 영상수신부(100)를 구성하는 구성들의 사이즈도 커질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 케이스는 손잡이가 달린 총 타입(Gun type), 핸들 타입(Handle type), 펜 타입(Pen type)의 형상을 가질 수 있고, 케이스가 핸들 타입인 경우, 보다 상세하게는 파워 그립 타입(Power grip type), 그루밍 브러쉬(Grooming brush type)이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 사용자가 케이스를 잡을 수 있는 사이즈와 형상이라면 어떤 것도 가능하다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 영상수신부(100)는 렌즈부(110)를 수납하는 케이스와 렌즈어레이부(120)를 수납하는 케이스 그리고 영상처리부(130)를 수납하는 케이스들이 서로 결합된 형태가 될 수도 있다.

또한 케이스에는 디스플레이 장치가 구비되어 영상수신부(100)로 수신된 영상을 영상 처리한 2차원 또는 3차원적 이미지 표시 그리고 동영상을 표시할 수 있다.

또한 디스플레이 장치는 3차원 스캐너(10)로부터 생성된 피사체(S)의 3차원 영상을 구획 별로 구분하여 표시할 수 있다. 예컨대, 비구면렌즈(111)로부터 촬영된 곡면형 영상을 평면으로 변환하고, 곡면형 영상을 복수 개로 분할하여 표시할 수도 있다.

또한 영상수신부(100)가 생성한 구강의 3차원 영상을 디스플레이 장치는 2차원 영상으로 분할하여 표시할 수도 있다.

또한 영상수신부(100)는 생성한 3차원 모델의 영상과 촬영된 영상을 디스플레이 장치를 통해 표시할 수도 있다.

또한 디스플레이 장치는 3차원 스캐너(10)에 설치되는 것에 한정하는 것은 아니고, 3차원 스캐너(10)로부터 3차원 영상을 수신하는 외부 기기가 될 수도 있다.

또한 케이스에는 입력 수단이 설치되어 사용자가 입력 수단을 통해 명령 신호를 전송하면 영상수신부(100) 및 패턴제너레이터(200) 그리고 제어장치(300) 중 적어도 하나가 미리 정해진 동작을 수행할 수 있다. 또한 여기서의 입력 수단은 물리적인 버튼이나 터치를 인식하는 터치 입력 수단이 될 수 있다. 다만 입력 수단이 케이스에 설치된 것에 한정하는 것은 아니고, 입력 수단이 예컨대 패널 등과 같이 유선 또는 무선으로 사용자의 명령 신호를 구강 스캐너(10)로 전송하는 구강 스캐너(10)와 물리적으로 분리된 외부 장치가 될 수도 있다.

본 발명의 실시예는 구강에 패턴을 조사하고 패턴 영상을 촬영할 수 있다. 예를 들어 패턴제너레이터(200)로부터 생성된 패턴은 구강에 조사되고, 제1 렌즈부(110)는 구강에 삽입되어 구강의 패턴 영상을 촬영할 수 있다. 다만 본 발명의 실시예는 구강의 패턴 영상을 촬영하는 것에 한정하는 것은 아니고, 반도체 등과 같은 검사 대상물이나 사람의 제스처, 사람의 안면 등과 같은 사람의 신체 일 부위나 각종 사물 등에 조사된 패턴 영상을 촬영하여 3차원 영상을 생성할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 삼각법(triangulation technique)을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다. 보다 상세하게는 패턴제너레이터(200)로부터 조사된 패턴이 피사체(S)에 조사되고, 피사체(S)로부터 반사된 빛은 영상수신부(100)에 입력된다. 이 경우, 패턴제너레이터(200)와 영상수신부(100)의 거리 정보와 영상수신부(100)의 시야에서 얻을 수 있는 영상수신부(100)의 각도 정보와 패턴제너레이터(200)의 각도 정보를 이용하여 영상수신부(100), 패턴제너레이터(200) 그리고 빛이 피사체(S)에 만나는 지점으로부터 형성되는 삼각형을 이용하여 삼각 계산을 통해 피사체(S)의 3차원적 정보를 획득할 수 있다.

종래 삼각법에서는 목표로 하는 표면이 카메라에서 측정되지 않을 가능성을 해결하기 위하여 삼각법의 각도를 최대한 줄이는 시도를 하였으나 삼각법의 각도를 줄이면 그 만큼의 정확성이 떨어지는 문제를 수반하므로 한계가 있었다. 그러나 본원 발명의 실시예의 렌즈부(110)는 360도 화각을 가지는 비구면렌즈로 구성되어 영상수신부(100)에서 측정되지 않는 피사체(S)의 표면 영역의 존재 가능성을 제거함으로써, 삼각법의 각도를 최대한 증가시킬 수 있어 3차원 영상의 정확도를 크게 증가시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이다.

도 2에 따른 실시예를 설명함에 있어서, 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하고 공통된 기능과 그에 따른 효과에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 다른 실시예에 따른 영상수신부(100)는 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120) 및 영상처리부(130) 그리고 반사부재(140)를 포함할 수 있다.

렌즈부(110)는 렌즈어레이부(120)의 광축에 수직하게 위치할 수 있다.

반사부재(140)는 렌즈부(110)를 통과한 빛을 반사하여 렌즈어레이부(120)로 전달할 수 있다.

반사부재(140)를 마련하여 렌즈부(110)가 좁은 공간에 삽입되어 좁은 공간 내를 촬영할 수 있도록 한다. 여기서의 좁은 공간은 예컨대 구강이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

한편 영상처리부(130)는 렌즈부(110)의 광축에 나란히 배치되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 예컨대 영상처리부(130)가 렌즈부(110)의 광축에 수직하게 배치된 경우, 렌즈부(110)와 영상처리부(130) 사이에는 반사부재(140)가 배치되어 렌즈부(110)를 통과한 광이 반사부재에 반사되어 영상처리부(130)로 전달되도록 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 패턴제너레이터의 구성도이다. 그리고 도 4 및 도 5는 마이크로미러로부터 반사된 라인 패턴이 피사체에 조사되는 형태를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 6은 마이크로미러의 90도 회전에 따른 라인 패턴의 방향을 달리한 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 패턴제너레이터(200)는 광원부(210), 제2 렌즈부(220), 미러부(230) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다.

광원부(210)는 광원(211)을 포함할 수 있다.

광원(211)은 발광다이오드, 레이저 다이오드(laser diode)중 어느 하나가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 광을 생성하여 출력할 수 있는 어떠한 광원이라도 본 발명의 실시예를 구성할 수 있다.

광원부(210)는 제어부(240)로부터의 광원 제어 신호에 기초하여 광원(211)의 구동 여부 및 구동 시간을 조절할 수 있다. 일 예로 제어부(240)는 광원부(210)로 펄스변조신호를 전송할 수 있다. 그리고 광원부(210)는 펄스변조신호가 하이 레벨(High level)일 때 광원(211)을 턴-온(turn-on)하고, 펄스변조신호가 로우 레벨(Low level)일 때 광원(211)을 턴-오프(turn-off)할 수 있다. 또한 광원부(210)는 펄스변조신호가 하이 레벨을 유지하는 동안 광원(211)의 턴-온을 유지하고, 펄스변조신호가 로우 레벨을 유지하는 동안 광원(211)의 턴-오프를 유지할 수 있다.

이와 같이 펄스변조신호에 의해 피사체(S)에 조사되는 패턴을 이루는 라인 패턴들 각각의 굵기와 서로간의 이격 거리가 조절될 수 있다.

광원부(210)로부터 출력된 광은 제2 렌즈부(220)를 통해 미러부(230)에 조사될 수 있다.

한편 광원부(210)로부터 출력되는 광의 파장대역은 가시광선 또는 적외선 계열이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예컨대 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 광원소자로 구성되거나 단일 파장의 빛을 조사하도록 구성될 수 있으며 선형 레이저 광을 조사하도록 구성될 수도 있다.

제2 렌즈부(220)는 광원부(210)로부터의 출력된 광을 수신하여 라인(line) 광을 출력할 수 있다.

제2 렌즈부(220)가 라인 광을 출력하기 위한 일 실시예를 설명한다.

도 3a를 참조하면, 제2 렌즈부(220)는 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈(221)를 포함할 수 있다. 여기서의 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈의 일 예는 실린더렌즈가 될 수 있다.

실린더렌즈(221)는 일 예로 반원통(Semi-Cylinder) 형상을 가질 수 있다. 따라서 광원부(210)로부터 광을 수신하는 실린더렌즈(221)의 입사면은 비곡면이고, 수신한 광을 출사하는 실린더렌즈(221)의 출사면은 곡면이 될 수 있다. 그리고 실린더렌즈(221)의 입사면으로 수신된 광은 출사면을 통해 라인 형태의 광이 출력될 수 있다. 그리고 실린더렌즈(221)로부터 출력된 라인 광은 미러부(230)에 조사될 수 있다.

또한 제2 렌즈부(220)는 광원부(210)로부터의 출력된 광을 평행 광으로 변환하고, 평행 광을 라인 광으로 다시 변환하여 출력할 수 있다.

제2 렌즈부(220)가 광원부(210)로부터의 출력된 광을 평행 광으로 변환하기 위한 일 실시예를 설명하면, 제2 렌즈부(220)는 평행광변환렌즈(222)를 포함할 수 있다. 평행광변환렌즈(222)는 일 예로 콜리메이팅(Collimating) 렌즈가 될 수 있다.

콜리메이팅 렌즈(222)는 광원부(210)로부터 출력된 광을 평행에 가깝게 광 경로를 형성하여 실린더렌즈(221)로 조사할 수 있다.

또한 도 3b를 참조하면, 제2 렌즈부(220)는 콜리메이트 렌즈(Collimator Lens: 224)를 포함할 수 있다.

콜리메이트 렌즈(224)는 후술할 마이크로미러(231)의 사이즈에 맞게 수신한 패턴 광을 크기를 조절하여 마이크로미러(231)에 조사할 수 있다. 즉 콜리메이트 렌즈(224)는 마이크로미러(231)의 사이즈에 매칭하여 수신한 광을 마이크로미터(231)에 포커싱(Focusing) 조사 할 수 있다.

한편 제2 렌즈부(220)는 실린더렌즈(221)와 콜리메이트 렌즈(224)를 모두 포함할 수 있고, 이 경우, 실린더렌즈(221)는 콜리메이트 렌즈(224)와 미러부(230) 사이에서 광축을 따라 콜리메이트 렌즈(224) 및 미러부(230)와 나란히 위치할 수 있고, 콜리메이트 렌즈(224)는 실린더렌즈(221)와 미러부(230) 사이에서 광축을 따라 실린더렌즈(221) 및 미러부(230)와 나란히 위치할 수도 있다.

미러부(230)는 렌즈부(220)로부터 출력된 라인 광을 반사하여 피사체(S)에 조사할 수 있다.

미러부(230)는 횡축 또는 종축 방향의 회전축, 즉 1 자유도를 가지고 회전 운동하거나, 횡축 및 종축 방향의 회전축, 즉 2 자유도를 가지고 회전 운동할 수 있다.

또한 미러부(230)가 2 자유도를 가지는 경우, 횡축 및 중축 방향의 회전축을 동시에 또는 서로 독립적으로 제어할 수 있다.

미러부(230)는 마이크로미러(231)와 마이크로미러(231)의 회전 운동을 제어하는 미러제어부(232)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고 미러제어부(232)는 미러부(230)와 별도로 구성되거나 제어부(240)와 함께 구성될 수도 있다.

마이크로미러는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술에 의하여 제작될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 마이크로미러(231)는 횡축 지지대와 종축 지지대로 구성될 수 있고, 미러제어부(232)의 제어 하에 일정한 주기로 횡축 좌우회전 운동 할 수 있고, 종축 상하회전 운동 할 수 있다. 또한 광원부(210)로부터의 광의 경로 상의 실린더렌즈(221)를 통과한 광이 마이크로미러(231)의 표면에 집광되어 조사되고, 마이크로미러(231)의 회전각도에 따라서 적어도 하나 이상의 라인 패턴을 피사체(S)에 조사할 수 있다.

보다 상세하게는 미러제어부(232)가 마이크로미러(231)를 횡축 방향으로 1초에 N번 좌우 회전시키는 경우, 피사체(S)에 2N개의 라인 패턴이 형성될 수 있다. 또한 미러제어부(232)가 마이크로미러(231)를 종축 방향으로 1초에 M번 상하 회전시키는 경우, 2M개의 프레임 레이트의 화면 투영이 가능하게 된다.

다음으로 영상수신부(100)는 피사체(S)에 순차적으로 조사된 패턴 영상을 수신할 수 있다.

또한 패턴의 피사체(S)에 조사 시점과 영상수신부(100)의 패턴 영상 수신 시점은 서로 동기화될 수 있고, 이러한 동기화는 제어장치(300)에 의하여 수행될 수 있다.

이 경우 패턴제너레이터(200)로부터 생성되어 피사체(S)에 조사된 패턴은 피사체(S) 표면의 요철에 의해서 왜곡될 수 있고, 영상수신부(100)는 패턴의 왜곡 정보를 포함하는 패턴 영상을 수신하여 피사체(S)의 3차원 영상을 생성할 수 있다.

또한 영상수신부(100) 또는 제어장치(300)는 메모리를 구비할 수 있고, 순차적인 패턴이 피사체(S)에 조사됨에 따라 영상수신부(100)는 패턴 영상을 순차적으로 수신하여 메모리에 기억할 수 있다. 그리고 영상수신부(100)는 메모리에 기억된 영상 정보에 기초하여 3차원 좌표에 대한 데이터를 추출하고 와이어프레임을 구성하여 3차원 영상을 형성할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 메모리에 기억된 영상 정보는 외부 기기에 전달되고, 외부 기기에 의하여 피사체(S)의 3차원 영상이 형성될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 또한 미러제어부(232)는 마이크로미러(231)를 90도 회전 시킬 수 있다. 즉 90도 회전 전 마이크로미러(231)의 횡축이 90도 회전 후 종축이 되도록 하고, 90도 회전 전 마이크로미러(231)의 종축이 90도 회전 후 횡축이 되도록 할 수 있다.

이 경우, 마이크로미러(231)에 집광 조사된 광은 피사체(S)에 수직 라인 패턴을 형성할 수 있고, 마이크로미러(231)의 종축 및 횡축 중 적어도 어느 하나의 축에 따른 회전 시 복수의 라인 패턴이 피사체(S)에 형성될 수 있다.

한편 광원부(210)로부터의 광이 마이크로미러(231)에 직접 조사될 수도 있다.

이 경우 마이크로미러(231)에 조사된 광을 반사시키기 위하여 광원부(210)로부터의 광 경로의 각도와 마이크로미러(231)와의 거리에 비례하여 마이크로미러(231)의 표면 치수가 커질 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따르면 제2 렌즈부(220)는 광원부(210)로부터의 출력된 광을 수신하여 십자 형상의 광, 방사형 형상의 광을 출력할 수 있다.

이와 같이 제2 렌즈부(220)가 다양한 구조의 형상을 가진 광을 출력하기 위하여 제2 렌즈부(220)는 구조 광(structured illumination) 패턴 렌즈(223)를 포함할 수 있다.

제2 렌즈부(220)는 구조 광 패턴 렌즈의 형상에 따라 다양한 구조를 가진 광을 출력하여 해당 형상의 광이 미러부(230)에 조사되도록 할 수 있다.

또한 제2 렌즈부(220)로부터의 출력되는 광의 구조는 피사체(S)의 종류에 따른 심도 측정 정도, 분해능과 초점 등에 따라 달라 질 수 있다.

한편 제2 렌즈부(220)는 설계에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예컨대 제2 렌즈부(220)는 실린더렌즈(221)로 구성되거나, 구조 광 패턴 렌즈로 구성될 수 있고, 실린더렌즈(221)와 추가적인 광학계를 포함할 수 있으며, 구조 광 패턴 렌즈와 추가적인 광학계를 포함하여 구성될 수도 있다.

영상수신부(100)에 의해 생성된 3차원 영상은 디스플레이 장치에 의해 표시될 수 있다.

또한 디스플레이 장치는 영상수신부(100) 또는 패턴제너레이터(200) 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 별도로 구비되어 영상수신부(100)로부터 3차원 영상을 수신하여 표시할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 일부 영역이 구강에 삽입된 경우를 나타낸 도면이고, 도 9은 360도 화각을 가진 전방위 렌즈의 렌즈 곡률에 따른 빛의 수광 위치를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 영상수신부(100), 패턴제너레이터(200), 제어장치(300) 그리고 미러 장치(400)를 포함할 수 있다.

미러 장치(400)는 영상수신부(100)의 렌즈부(110)의 주변에 위치할 수 있다. 또한 미러 장치(400)는 렌즈부(110)의 일 둘레를 둘러싸며 위치할 수 있다.

또한 미러 장치(400)는 영상수신부(100)를 수납하는 케이스(20)에 설치될 수 있고, 렌즈부(110)의 일 둘레를 둘러싸며 케이스(20)에 배치될 수 있다.

또한 미러 장치(400)는 전체로써 U자 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 미러 장치(400)는 케이스에 탈착 가능한 형태로 케이스에 설치될 수도 있다.

3차원 스캐너(10)가 구강 촬영용으로 사용하는 경우, 영상수신부(100)의 제1 렌즈부(110)의 일 영역, 보다 상세하게는 360도 화각을 가진 렌즈(111) 중 적어도 일 영역이 구강에 삽입되어 구강을 촬영할 수 있도록 하고, 미러 장치(400)는 구강 외부에 위치하여 하악 및/또는 상악의 외측면으로부터 반사된 광을 재 반사하여 렌즈부(110)로 전달할 수 있다.

전방위렌즈(111)의 제1 전방위영역(111a)에는 치아의 내측 법랑질 영역, 치아의 법랑질의 상부 영역 그리고 구강 내측 잇몸 영역을 포함한 영역에 반사된 패턴 영상이 입사될 수 있고, 전방위렌즈(111)의 제2 전방위영역(111b)에는 치아의 외측 법랑질과 구강 외측 잇몸 영역을 포함한 영역에서 반사되어 미러장치(400)의 내측에서 2차 반사된 패턴 영상이 입사할 수 있다.

다만 이에 한정하는 것은 아니고, 전방위렌즈(111)의 렌즈의 곡률에 따라서 치아의 외측 법랑질 영역에서 반사된 광이 제1 전방위영역(111a)에 입사할 수도 있고, 미러장치(400)는 제1 전방위영역(111a)에 도달하지 못하는 광을 반사하는 구강 영역으로부터의 광을 제2 전방위영역(111b)으로 재반사 시킬 수도 있다.

한편 도면에 도시된 제1 전방위영역(111a)은 케이스(20)에서 노출된 전방위렌즈(111)의 중심 영역을 포함한 영역이고, 제2 전방위영역(111b)은 제1 전방위영역(111a)을 둘러싼 영역이나, 이에 한정하는 것은 아니고, 예를 들어 상기 제2 전방위영역(111b)은 구강의 구개편도와 인접한 영역이 될 수도 있다.

즉, 제1 전방위영역(111a)은 미러 장치(400)가 존재하지 않는 경우, 반사 광이 입사하는 영역이고, 제2 전방위영역(111b)은 제1 전방위영역(111a)을 제외한 영역이 되도록 하여, 전방위렌즈(111)의 영역 중에서 광이 입사되지 못하여 촬영 영역이 되지 못하는 영역을 제2 전방위영역(111b)으로 활용할 수 있도록 한다.

또한 영상수신부(100)는 제1 전방위영역(111a)으로부터 들어오는 광의 검출 동작과 제2 전방위영역(111b)으로부터 들어오는 광의 검출 동작을 순차적으로 진행할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너를 구비한 인공 치아 가공 장치의 블록도이다.

도 10을 참조하면, 인공 치아 가공 장치(1)는 3차원 스캐너(10), 데이터변환장치(13) 그리고 밀링장치(15)를 포함할 수 있다.

데이터변환장치(13)는 3차원 스캐너(10)의해 3차원적으로 측정되어 디지털 데이터로 변환된 영상 정보를 수신하여 이를 3차원 데이터로 변환할 수 있다.

또한 데이터변환장치(13)는 제작 데이터를 생성하고, 이를 밀링 스트립으로 변환하여 밀링장치(15)로 제공할 수 있다.

CAD, CAM 기반의 데이터 변환장치가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 2차원 데이터를 3차원 데이터로 변환할 수 있는 장치라면 어떤 것이라도 가능하다.

밀링장치(15)는 데이터변환장치(13)로부터 수신한 밀링 스트립을 이용하여 인공 치아를 생성할 수 있다.

밀링장치(15)는 공간적으로 2개의 방향으로 밀링 방향점이 결정된 2축 밀링 장치, 공간적으로 3개의 방향으로 밀링 방향점이 결정된 3축 밀링 장치, 공간적으로 3개축뿐만 아니라 텐션 브릿지(tension bridge)가 존재하여 무한히 다양하게 회전할 수 있는 4번째 축을 구비한 4축 밀링 장치 및 전술한 4축에 더하여 회전 가능한 스핀들(spindle)의 5번째 축을 구비한 5축의 밀링 장치가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 3차원 스캐너(10), 데이터변환장치(13) 및 밀링장치(15)는 유선 또는 무선으로 서로 통신할 수 있다.

또한 다른 실시예에 따른 인공치아 가공 장치(1)는 3차원 스캐너(10)로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 3 차원 프린팅용 스트립으로 변환하는 데이터변환장치(13) 및 데이터변환장치(13)로부터 수신한 상기 3차원 프린팅용 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 3차원 프린터를 포함할 수도 있다.

예를 들어 WLAN(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 블루투스(Bluetooth) 방식 등의 무선 통신 방식 또는 시스템 구현 방식에 따라 이더넷(Ethernet), xDSL(ADSL, VDSL), HFC(Hybrid Fiber Coaxial Cable), FTTC(Fiber to The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 유선 통신 방식을 이용할 수도 있으며, USB 3.0 통신 방식을 이용할 수도 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 데이터 전송이 가능한 통신 방식이라면 어떠한 것도 가능하다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈부(110)가 포함하는 일 예로써의 전방위렌즈(111)는 비구면렌즈가 될 수 있다. 촬상소자(131)는 전방위렌즈(111)로부터 전방위의 영상을 수신할 수 있다.

3차원 구강 스캐너(10)의 전방위렌즈(111)가 예를 들어 구강 내에 삽입된 상태에서 영상수신부(100)는 상악 및 하악 중 적어도 하나를 촬영할 수 있다.

전방위렌즈(111)는 복수의 굴절면과 복수의 반사코팅면을 포함할 수 있다.

전방위렌즈(111)는 두 개의 굴절면과 두 개의 반사코팅면을 포함할 수 있다.

굴절부(111c), 수평부(113), 반사코팅(114), 내측오목부(115), 내측굴절부(116) 및 내측반사코팅(117)을 포함할 수 있다.

상기 굴절부(111c)는 입사광이 굴절되도록 형성될 수 있고, 상기 수평부(113)는 상기 굴절부(111)의 끝 단에 수평하게 형성될 수 있고, 상기 반사코팅(114)은 상기 수평부(113)에 형성되어 내측반사코팅(117)으로부터 반사되는 입사광을 반사시켜 내측오목부(115)로 입사광을 제공할 수 있고, 상기 내측오목부(115)는 상기 반사코팅(114)을 통해 반사된 입사광을 후방으로 제공하도록 다시 굴절시킬 수 있으며, 상기 내측반사코팅(117)은 상기 내측굴절부(116)에 형성되어 굴절부로부터 입사되는 입사광을 반사코팅으로 반사시킬 수 있다.

전방위렌즈(111) 자체는 비구면이 아닌 구면으로 형성함으로써 가공의 용이성을 높이고, 제조 원가를 절감시킬 수 있다.

또한 굴절부(111c)와 내측오목부(115) 및 내측굴절부(116)가 구면으로 형성되어 비구면시의 가공의 어려운 문제를 해결하면서도 전방위 촬영이 가능하도록 할 수 있다.

전방위렌즈(111)의 가상의 중앙축(CL)을 기준으로 내측굴절부(116)의 경사는 굴절부(111)의 경사보다 가파를 수 있다.

또한 내측오목부(115)는 초점을 맞추기 위하여 형성될 수 있다.

또한 전방위렌즈(111)의 반사코팅(114)면에는 반사판이 설치될 수도 있다.

또한 전방위렌즈(111)의 반사코팅(114)에 대응하는 면에는 반사코팅 없이 반사판이 설치될 수도 있다.

도 12 및 도 13은 다른 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전방위렌즈(111)의 일 예를 설명하면, 전방위렌즈(111)는 일면에 볼록한 제1 입사면(111d)이 형성되고 타면에 제1 출사면(111e)이 형성되며, 상기 제1 입사면(111d) 중앙에 제1 반사면(111f)이 형성되는 제1 렌즈(111x) 및 일면에 제2 입사면(111g)이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면(111h)이 형성되며, 상기 제2 반사면(111h) 중앙에 제2 출사면(111i)이 형성되는 제2 렌즈(111y)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 입사면(111d)을 통해 입사한 광선은 제1 출사면(111e) 및 제2 입사면(111g)의 접합면을 거쳐 제2 반사면(111h)에서 반사되고, 제2 반사면(111h)에서 반사된 광선은 제1 출사면(111e) 및 제2 입사면(111g)의 접합면을 거쳐 제1 반사면(111f)에서 반사된 후, 제1 출사면(111e) 및 제2 입사면(111g)의 접합면을 거쳐 제2 출사면(111i)을 통해 출사될 수 있다.

제1 렌즈(111x) 및 제2 렌즈(111y)는 광선의 반사와 굴절을 이용한 반사굴절식 렌즈로서, 제1 렌즈(111x) 및 제2 렌즈(111y)를 통해 360도 전방위 영상을 획득할 수 있다.

제1 반사면(111f) 및 제2 반사면(111h)에 가시광선을 반사시킬 수 있는 물질 예를 들어 알루미늄, 은 등의 물질이 코팅되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 반사면(111f) 및 제2 출사면(111i)은 도면상에 평평하게 도시되었으나 이는 하나의 실시형태일 뿐 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있다.

제1 렌즈(111x)는 외부의 광선이 입사하는 렌즈로서, 일면에 제1 입사면(111d)이 볼록하게 형성되고 제1 입사면(111d)을 통해 외부의 광선이 입사할 수 있다. 제1 렌즈(111x)의 타면에는 제1 출사면(111e)이 형성되어 제1 입사면(111d)으로 입사한 광선이 제1 출사면(111e)으로 출사할 수 있다. 또한, 제1 입사면(111d)의 중앙에 제1 반사면(111f)이 형성될 수 있다.

제2 렌즈(111y)는 제1 렌즈(111x)와 접합하는 렌즈로서, 구체적으로 제2 렌즈(111y)의 일면에 제2 입사면(111g)이 형성되고, 제2 입사면(111g)이 제1 출사면(111e)과 접합할 수 있다. 제2 렌즈(111y)의 타면에는 볼록한 제2 반사면(111h)이 형성되고, 제2 반사면(111h)의 중앙에 제1 입사면(111d)을 통해 입사한 광선이 출사할 수 있는 제2 출사면(111i)이 형성될 수 있다.

외부로부터 입사하는 광선은 제1 입사면(111d)이 볼록하게 형성됨으로써 소정 각도로 굴절되어 모이게 된다. 이러한 이유로 제2 렌즈(111y)의 직경이 제1 렌즈(111x)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.

또한 제1 출사면(111e)과 제2 입사면(111g)의 접합면이 평평하지 않게 형성하되, 서로 대응하도록 형성된 후 서로 밀착하여 접합될 수 있다.

도 11 내지 도 13에서 전방위렌즈(111) 구조의 일 예를 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 전방위렌즈(111)가 이에 한정하는 것은 아니다.

도 14 및 도 15는 영상수신부에 의해 촬영된 하악의 영상을 나타낸 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예는 치아의 영역 별로 복수회 촬영하여 촬영된 복수의 영상을 합성할 필요 없이 한번의 촬영으로 치아 전체 영역을 촬영할 수 있으므로, 영상 합성에 따른 왜곡을 방지할 수 있고, 치아의 촬영 시간을 단축하여, 진담 및 검사 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 패턴 투영 방식의 경우, 피사체(S)의 부분 영역 별로 패턴 영상을 촬영하여 이를 하나의 전체 영상으로 합성하는 과정을 거친다. 그러나 다수의 형상 영상을 모아서 전체 구조의 3차원 영상을 생성할 때, 영상들의 결합에 따른 오차가 누적되어 3차원 영상의 정확도가 크게 감소하는 문제가 있다. 아울러 다수의 형상의 영상들을 결합할 때의 데이터 처리 속도가 증가하는 문제가 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 360도 화각의 렌즈(111)를 이용함에 따라 피사체(S)의 전제적인 영상을 한번에 획득할 수 있어 영상 결합에 따른 오차 문제 그리고 영상 결합에 소요되는 지연 시간 문제를 해결할 수 있다. 또한 구강과 같이 매우 복잡한 구조를 가지는 피사체(S)의 경우, 본 발명의 실시예의 효과는 더욱 극대화될 수 있다. 또한 구강의 치아 형상과 같이 아주 작은 영역에서 큰 변화를 가지는 피사체(S)의 부분 영역을 촬영하고 이를 합성하는 과정에서는 전술한 문제가 더 커지는 점을 고려해볼 때, 구강과 같이 매우 복잡한 구조를 가지는 피사체의 3차원 영상을 생성할 때 본원 발명의 실시예가 가진 효과는 더욱 극대화 될 수 있다.

도 16은 하악 치열궁에 관한 도면이고, 도 17은 하악 치열궁의 각을 나타낸 도면이고, 도 18은 각 형태별 치열궁선을 나타낸 도면이고, 도 19는 상악 및 하악의 치아들 간의 거리를 나타낸 도면이고, 도 20은 치열궁의 장경을 나타낸 도면이고, 도 21 몬슨구와 차악 치열구의 형태 및 교두 경사각을 나타낸 도면이고, 도 22 및 도 23은 하악대구치 임상치관의 형태와 크기를 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너(10)의 영상수신부(100)는 3차원 영상에 기초하여 상악 및 하악 그리고 치아 각각과 치아들 간의 거리에 대해 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 영상수신부(100)로부터의 영상 데이터를 수신한 제어장치(300)에서 상악 및 하악 그리고 치아 각각과 치아들 간의 거리에 대해 정밀하게 측정할 수도 있다.

보다 상세하게는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너(10)는 좌우 중절치 사시의 중암점에서 좌우 견치교두정을 이은선과 기준선이 만나는 점까지의 거리인 견치 고경(CH)을 측정할 수 있다. 또한 좌우 중절치 사이의 중앙점에서 좌우 제2대구치 원심협측교두정을 이은선과 기준선이 만나는 점까지의 거리인 제2대구치 고경(M2H)을 측정할 수 있고, 좌우 견치교두정간의 거리인 견치 폭경(CW)을 측정할 수 있고, 좌우 제1대구치 근심협측교두정간의 거리인 제1대구치간 폭경(M1W)을 측정할 수 있으며, 좌우 제2대구치 원심협측교두정간의 거리인 제2대구치간 폭경(M2W)을 측정할 수 있다. 또한 양견치간 거리(Intercanine distance), 견치 순면 최대풍융간의 거리(Canine-labial height of cotour), 양 제1대구치 근심설측교두정간의 거리(Intercanine distance), 양 제2대치구 근심설측교두를 기준으로 그 외측 치조제간의 거리, hamular notch간의 거리(Interhamular notch distance), 절치유두(Incidive papilla)와 중절치(Central Inciaor) 순면 최대풍융까지의 거리, 절치유두Incidive papilla)와 양 견치를 이은 선(Intercanine Iine)까지의 전후 관계치, 구개소와(Palatine fovea)와 중절치(Central Incisor) 순면 최대풍융까지의 거리를 의미하고, CI - LV는 중절치(Central incisor)로부터 전치부 순측전쟁 (Labial vestibule)까지의 수직거리, 제1대치구 근심설측교두정으로부터 구치부 협측전정(Buccal vrstibule)까지의 수직거리, Hamular notch로부터 기즌교합평면 (Occlusal plare)까지의 수직거리, Palatal vault로부터 교합면까지의 수직거리를 측정할 수 있다. 그리고 도면 19의 ①의 양 견치 교두정간의 거리, 도면 19의 ②의 제1대구치 근심설측교두정간의 거리, 도면 19의 ③의 제1소구치 협측교두정, 도면 19의 ④의 제2대구치 협측교두정, 치열궁 장경, 치관의 길이, 치근의 길이, 치관의 근원심경, 치경부의 근원심경, 치관의 협설경, 치경부의 협설경, 근심부의 치경선높이, 원심부의 치경선높이를 정밀하게 측정할 수 있다.

또한 도 17에서의 좌측 견치각(LCA)의 egi의 각도, 우측 견치각(RCA)의 ace의 각도, 중절치각(IA)의 ceg의 각도 및 견치각(CA)의 좌우 견치각의 합의 평균(ace의 각도 + egi의 각도) / 2를 정밀하게 측정할 수 있다.

또한 영상수신부(100)는 촬영된 영상에 기초하여 이미 저장된 알고리즘에 따라 상악, 하악, 치아 각각의 크기와 위치 정보, 치아들 간의 거리, 치열의 각도 정보 등의 구강 구조에 대한 정밀한 산출 결과를 디스플레이 장치를 통해 표시할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1: 인공 치아 가공 장치
10: 3차원 스캐너
13: 데이터변환장치
15: 밀링장치
100: 영상수신부
110: 렌즈부
111: 360도 화각을 가지는 렌즈
111a: 제1 전방위영역
111b: 제2 전방위영역
111c: 굴절부
113: 수평부
114: 반사코팅
115: 내측오목부
116: 내측굴절부
117: 내측반사코팅
111d: 제1 입사면
111e: 제1 출사면
111f: 제1 반사면
111x: 제1 렌즈
111g: 제2 입사면
111h: 제2 반사면
111i: 제2 출사면
111y: 제2 렌즈
120: 렌즈어레이부
130: 영상처리부
131: 촬상소자
132: 인쇄회로기판
140: 반사부재
200: 패턴제너레이터
210: 광원부
220: 제2 렌즈부
221: 실린더렌즈
222: 평행광변환렌즈
230: 미러부
231: 마이크로미러
232: 미러제어부
240: 제어부
300: 제어장치
400: 미러 장치

Claims (19)

1. 반사판을 구비한 360도 화각을 가진 렌즈부; 및
   패턴이 조사된 피사체로부터 패턴 영상을 수신하여 이를 기초로 상기 피사체의 3차원 영상을 생성하는 영상처리부;를 구비한 영상수신부;를 포함하는
   3차원 스캐너.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 렌즈부는
   전방위렌즈, 미러형 렌즈 및 어안 렌즈 중 어느 하나인 비구면 렌즈를 포함하는
   3차원 스캐너.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 패턴을 생성하여 상기 피사체로 조사하는 패턴제너레이터;를 더 포함하는
   3차원 스캐너.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 패턴제너레이터는,
   횡축 및 종축 중 적어도 어느 하나의 방향으로 회전 운동하는 마이크로미러를 포함하는
   3차원 스캐너.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 패턴제너레이터는,
   광원;
   상기 광원으로부터 광을 라인 광으로 변환하는 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈; 및
   상기 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈로부터의 라인 광을 상기 피사체로 반사하는 마이크로미러;를 포함하는
   3차원 스캐너.
6. 제3 항에 있어서,
   상기 패턴제너레이터는,
   광원;
   상기 광원으로부터 광을 미리 결정된 구조의 광으로 변환하여 출력하는 구조 광 패턴 렌즈;
   상기 구조 광 패턴 렌즈로부터의 광을 상기 피사체로 반사하는 마이크로미러;를 포함하는
   3차원 스캐너.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 피사체에 상기 패턴제너레이터로부터의 패턴 조사 시점과
   상기 영상수신부의 영상 수신 시점은 서로 동기화되는
   3차원 스캐너.
8. 제1 항, 제4 항, 제5 항 및 제6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 렌즈부는 구강에 삽입되고
   상기 영상처리부는 상기 구강의 3차원 영상을 생성하는
   3차원 스캐너.
9. 제5 항 또는 제6 항에 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 패턴제너레이터는,
   상기 광원의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 광원의 구동 시간 및 구동 주기를 제어하고
   상기 광원의 구동 시간 및 구동 주기에 따라 상기 피사체에 조사되는 라인 패턴들 간의 간격과 라인 패턴들 각각의 굵기가 조절되는
   3차원 스캐너.
10. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항에 있어서
    상기 영상수신부는 구강의 3차원 영상을 생성하고,
    2차원으로 촬영된 영상을 분할하여 보여주는 디스플레이부;를 더 포함하는
    3차원 스캐너.
11. 제8 항에 있어서
    상기 영상수신부는 구강의 3차원 영상을 생성하고,
    2차원으로 촬영된 영상을 분할하여 보여주는 디스플레이부;를 더 포함하는
    3차원 스캐너.
12. 제9 항에 있어서
    상기 영상수신부는 구강의 3차원 영상을 생성하고,
    2차원으로 촬영된 영상을 분할하여 보여주는 디스플레이부;를 더 포함하는
    3차원 스캐너.
13. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 밀링 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 밀링 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
14. 제8 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 밀링 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 밀링 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
    
15. 제9 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 밀링 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 밀링 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
16. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나의 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 3차원 프린팅용 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 3차원 프린팅용 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 3차원 프린터;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
17. 제8 항의 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 3차원 프린팅용 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 3차원 프린팅용 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 3차원 프린터;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
18. 제9 항의 항의 3차원 스캐너;
    상기 3차원 스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하여 제작 데이터를 생성하고 이를 3차원 프린팅용 스트립으로 변환하는 데이터변환장치; 및
    상기 데이터변환장치로부터 수신한 상기 3차원 프린팅용 스트립에 기초하여 인공 치아를 생성하는 3차원 프린터;를 포함하는
    인공 치아 가공 장치.
19. 제1 항에 있어서,
    상기 영상수신부는,
    촬영된 영상에 기초하여 상악, 하악, 치아 각각의 크기와 위치 정보, 치아들 간의 거리, 치열의 각도 정보를 포함하는 치아 파라미터 검출하여 표시하는
    3차원 스캐너.
    
    

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