KR101043976B1 - 구강용 스캐너 - Google Patents

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Abstract

구강용 스캐너는, 출력 광을 출력하는 광출력부, 광출력부에서 출력된 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 광학계, 광학계를 제 1 기준축에 따라 회전시켜 출력 광의 반사 각도를 제어하는 광학계 구동부, 광출력부를 제 2 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 출력 광의 출사 위치를 제어하는 광출력 제어부, 출력 광이 스캐닝 대상 치아에서 반사되고 광학계에 의하여 반사된 입사 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광센싱부 및 전기 신호의 정보, 출사 위치의 정보 및 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부를 포함한다.

Description

구강용 스캐너{SCANER FOR ORAL CAVITY}
본 발명은 구강용 스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구강 내에 삽입되어 치아를 스캐닝할 수 있는 구강용 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로, 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상채득과정(impression taking)을 통해 환자의 환부에 대한 치료 및 진료를 수행하고 있다. 그런데, 이와 같은 석고 모형을 제작하는 인상채득과정에서는 재료의 소모문제 및 교차 감염 등의 문제와 제작된 모형의 파손가능성 및 보존 문제 등이 발생하고 있다.
또한, 종래의 구강 내 상태를 파악하기 위해 널리 사용되고 있는 방식은 시트 형상의 필름을 구강 내로 삽입시켜 환자의 손 또는 혀를 이용하여 필름을 환부 근처에 고정한 다음, 엑스레이와 같은 방사선을 구강의 환부에 투사하고 이에 근거한 필름을 이용하는 방식이 제안되고 있다.
그러나, 이러한 방식은 방사선 사진을 이용하여 2차원적으로 수작업을 하여 계측하거나 혹은 CT(computer tomography) 사진에 의존함으로써, 3차원적 구조물을 2차원적 평면 계측하는 과정에서 오류가 발생 될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 환자에게 많은 양의 방사선 조사를 받게 하고, 환자의 경제적인 부담과 시행 단계에서의 복잡성 등으로 많은 임상적 문제점을 야기할 수 있다.
따라서, 환자의 건강상에 문제를 일으킬 가능성이 적으면서도 치아를 정확하게 3차원 모델링할 수 있는 구강용 스캐너가 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예는 사용자의 구강 내에 삽입되어 비접촉식으로 치아를 스캐닝하여 3차원 스캐닝 모델을 생성하는 구강용 스캐너를 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 구강용 스캐너는, 출력 광을 출력하는 광출력부; 상기 광출력부에서 출력된 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 광학계; 상기 광학계를 제 1 기준축에 따라 회전시켜 상기 출력 광의 반사 각도를 제어하는 광학계 구동부; 상기 광출력부를 제 2 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하는 광출력 제어부; 상기 출력 광이 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사되고 상기 광학계에 의하여 반사된 입사 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광센싱부; 및 상기 전기 신호의 정보, 상기 출사 위치의 정보 및 상기 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 상기 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 제2 측면에 따른 구강용 스캐너는, 출력 광을 출력하는 광출력부; 상기 광출력부로부터 출력되는 출력 광을 반사시키는 제 1 광학계; 상기 제 1 광학계를 통해 반사된 출력 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 제 2 광학계; 상기 제 2 광학계를 제 1 기준축에 따라 회전시켜 상기 출력 광의 반사 각도를 제어하는 제 2 광학계 구동부; 상기 제 1 광학계를 제 2 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하는 제 1 광학계 구동부; 상기 출력 광이 상기 스캐닝 대상 치아에 반사되고 상기 제 2 광학계에 의해 반사된 입사 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광센싱부; 및 상기 전기 신호의 정보, 상기 출사 위치의 정보 및 상기 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 상기 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 치과 환자의 구강 내에 삽입되어 비접촉식으로 치아를 스캐닝할 수 있어 대상 치아에 대한 3차원 데이터를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 인체에 무해한 광원을 이용하여 3차원 스캐닝을 수행함으로써 사용자의 건강에 영향을 미치지 않으면서도 치아를 스캐닝할 수 있다는 장점이 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명 하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구강용 스캐너의 평면도이다.
그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너의 구성을 나타내는 블록도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너의 측면도이다.
먼저, 도 1 및 도 3에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)는 삽입체(10), 본체(20), 가이드(30), 광학계(40), 광학계 구동부재(50), 광출력 소자(60), 광센싱 소자(70), 제어 모듈(80) 및 데이터 처리 모듈(90) 등을 포함하여 구성된다.
이때, 삽입체(10)의 프레임은 사용자의 구강 내 삽입이 가능하도록 본체(20)로부터 돌출된 삽입관 형태로써, 하나의 상부면, 두 개의 측면, 하나의 앞면 및 하나의 하부면을 포함하는 5면으로 구성될 수 있다.
이때, 삽입체(10)의 하부면은 스캐닝을 위한 광원(본 발명의 실시예에서는, '레이저 광'인 것을 예로 나타냄)이 치아에 투사될 수 있도록 하는 광투과창을 포함하는 구조이다.
또한, 삽입체(10)의 상부면은 삽입체(10)가 구강에 삽입되는 방향과 평행한 면이며, 하부면은 상기 상부면과 소정의 각도를 갖는다. 이에 따라, 두 측면은 본체(20)에 가까워질수록 점진적으로 넓어지도록 형성될 수 있다. 이는, 삽입체(10) 의 내부를 통해 광학계(40)측으로 출력되는 광원 및 치아로부터 반사되어 광학계(40)를 통해 광센싱 소자(70)로 입사되는 광원의 진행 경로 확보하여 광원을 보호하기 위한 것이다.
그리고, 삽입체(10)의 내부에는 광출력 소자(60)로부터 출력되는 광원(이하, '출력 광'이라고 함)을 반사시켜 치아에 투사하고, 치아로부터 반사되어 입사되는 광원(이하, '입사 광'이라고 함)을 광센싱 소자(70)로 반사시키는 광학계(40)가 광학계 구동부재(50)를 통해 가이드(30)에 연결되어 있다.
이때, 가이드(30)는 광학계(40)가 삽입체(10) 내부에 연결되도록 지지하고, 제어 모듈(80)의 명령에 따라 모터(미도시) 등에 연결된 롤링 부재(미도시)를 제어하여 광학계(40)를 삽입체(10)가 삽입되는 수평 방향으로 전후 이동시킨다. 또한, 광학계 구동부재(50)는 제어 모듈(80)의 명령에 따라 광학계(40)를 제 1 기준축에 따라 회전시켜 출력 광의 반사 각도를 변경시킨다. 참고로, 제 1 기준축은 도 1에서 나타낸 A축과 일치한다.
한편, 본체(20)의 내부에는 광학계(40) 측으로 광원을 출력하는 광출력 소자(60), 광학계(40)로부터 반사되는 광원을 수신하는 광센싱 소자(70), 광학계(40) 및 광출력 소자(60)의 각 구동을 제어하고 광센싱 소자(70)의 출력 데이터를 처리하는 제어 모듈(80) 및 제어 모듈(80)를 통해 처리된 데이터들을 이용하여 3차원 데이터를 생성하도록 하는 데이터 처리 모듈(90)이 구성된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 광출력 소자(60)는 제 2 기준축에 기준하여 회전되어 출력 광의 출사 각도를 변경시킬 수 있다. 참고로, 제 2 기준축은 상기 제 1 기준축에 수직하며, 도 1에서 나타낸 C축과 일치한다. 또한, 광출력 소자(60)는 좌우측(즉, 도 1에서 나타낸 A축)으로 슬라이딩 방식으로 이동하여 출력 광의 출사 위치를 변경시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 광출력 소자(60)는 레이저 다이오드(laser diode)인 것을 예로 나타내었으며, 크기의 제한을 위하여 가급적 소형인 광출력 소자를 사용할 수 있다. 또한, 광센싱 소자(70)는 전하연계소자(CCD: Charged Coupled Device) 또는 위치 감별 소자(PSD: Position Sensitive Device) 등의 수광 소자일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 PSD 소자인 것을 예로 나타내었다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)의 3차원 스캐닝을 통한 치아 모델링 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 2에서는 도 1 및 도 3에서 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)의 구성을 처리되는 데이터에 기준하여 데이터 측정부(210), 데이터 측정 제어부(220) 및 데이터 처리부(230) 등의 블록도로 나타내었다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 2에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
이때, 데이터 측정부(210)의 광학계(211) 및 광학계 구동부(212)는 도 1 및 도 3에서 나타낸 광학계(40) 및 광학계 구동부재(50)와 동일한 개념이며, 구동 제어부(213)는 도 1 및 도 3에서 나타낸 제어모듈(80)의 일부 구성 또는 전체 구성을 포함하는 개념이다.
그리고, 데이터 측정 제어부(220)의 광출력부(221) 및 광센싱부(223)는 도 1 및 도 3에서 나타낸 광출력 소자(60) 및 광센싱 소자(70)와 동일한 개념이며, 광출력 제어부(222)는 도 1 및 도 3에서 나타낸 제어 모듈(80)의 일부 또는 전체 구성을 포함하는 개념이다. 또한, 데이터 측정 제어부(220)의 데이터 전송부(224)는 도 1 및 도 3에서 나타낸 데이터 처리모듈(90)과 동일한 개념이다.
한편, 도 2에서 나타낸 데이터 처리부(230)는 데이터 전송부(224)로부터 출력되는 데이터를 이용하여 대상 치아에 대한 3차원 스캐닝 모델을 생성하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)의 내부에 포함되거나 별도의 장치로서 구강용 스캐너(100)에 케이블 등으로 연결될 수 있다. 도 1 및 도 3에서는 본 발명 의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)의 크기 제한을 위하여 데이터 처리부(230)가 외부에 구성되는 것을 나타내었다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)에서 광출력부(221)는 광출력 제어부(222)의 제어에 따라 설정된 출사 각도 또는 출사 위치에 상응하도록 출력 광(즉, 레이저 광원)을 광학계(211)를 향해 출력한다. 그리고, 광출력 제어부(222)가 제어한 출사 각도 또는 출사 위치의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 A축 좌표 값을 산출할 수 있다.
이때, 광학계(211)는 광학계 구동부(212)의 구동에 따라 설정된 반사 각도에 기초하여 회전되어 있는 상태이다. 구체적으로, 구동 제어부(213)는 스캐닝할 대상 치아의 위치에 따라 광학계(211)를 수평 전후 이동시키고, 스캐닝할 부위에 상응하여 설정된 회전 각도에 따라 광학계 구동부(212)를 구동시켜 광학계(211)를 회전시킨다. 이때, 구동 제어부(213)가 제어한 회전 각도의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 B축 좌표 값을 산출할 수 있다.
그런 후, 광학계(211)를 통해 반사된 출력 광이 대상 치아로부터 반사되어 광학계(211)로 재입사되며, 이와 같은 입사 광은 광학계(211)를 통해 반사되어 광센싱부(223)로 입사된다.
즉, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 광출력 소자(60)로부터 출력된 출력 광이 광학계(40)에 반사되어 대상 치아에 투사되고, 대상 치아로부터 반사된 광이 다시 광학계(40)에 반사되어 광센싱 소자(70)에 입사된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 광센싱 소자(70)는 PSD 소자로서, 입사 광이 입력되는 위치에 따라 전기 신호를 생성한다. 즉, 광센싱부(223)는 상기 생성된 전기 신호에 상응하는 위치 정보를 생성하며, 상기 위치 정보는 대상 치아의 부위 별 높이이다. 이때, 광센싱부(223)가 센싱한 높이의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 C축 좌표 값을 산출할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 광센싱부(223)에 포함되는 PSD 센서는 광전자 센서로 광점이 표면에 맺힐 때 광에너지에 비례한 광전류가 입사점에서 발생하여 양단의 전극으로 흐르는 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 광센싱부(223)는 광삼각법(optical triangulation method)을 이용한 변위 측정 방식에 따라 C축의 좌표 값을 산출할 수 있다. 이러한, 광삼각법은 기하광학원리(geometric optics)에 근거한 2차원 삼각법을 이용한 변위 측정 기법이다. 광삼각법에서는 광학계가 한 평면 내에 존재하며 서로 θ의 각도로 교차하는 두 개의 광축(optical axis)을 중심으로 구성된다.
이때, 두 광축 중 하나는 측정물의 표면에 광점(spot)을 형성하는 집광 광축이며, 다른 하나는 광점의 영상을 수광 소자에 투광하는 영상 광축이다. 여기서, 측정물의 표면에 형성되는 광점은 측정물의 상대 위치가 변함에 따라 집광 광축 상에 직선으로 이동하게 되며 이때의 이동 범위를 물체궤적(object trajectory)라 한다. 또한, 광점이 이동함에 따라 수광 소자 상의 영상 점도 이동하게 되며 이때의 영상점이 이동하는 범위를 영상궤적(image trajectory)라 하며, 영상궤적은 영상 광축의 수직 방향과
Figure 112009077483653-pat00001
의 각도를 갖는다.
이때, 물체궤적 상의 광점 이동 거리 p와 이에 대응되는 영상점의 이동거리 q는 하기 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009077483653-pat00002
참고로, f는 광점에 따른 영상을 수광 소자에 투영하기 위한 영상 렌즈의 초점 거리이고, s는 영상 렌즈와 실제 측정물의 거리이다.
또한, 상기 각도
Figure 112009077483653-pat00003
는 하기 수학식 2를 통해 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009077483653-pat00004
이와 같은, 광삼각법을 본 발명의 실시예에 적용하면 출력 광은 대상 치아의 표면에 광점을 형성하고, 대상 치아에 반사된 광(즉, 입사 광)은 다시 PSD 센서 위에 결상된다. 그러면, PSD 센서에서는 상기 입사 광의 결상 위치에 따른 전기 신호를 출력하게 된다. 이때, 치아의 높이 변화에 따라서 PSD 센서 위에 결상되는 위치가 변하기 때문에 대상 치아의 높이 값을 측정할 수 있다.
그런 다음, 데이터 전송부(224)는 광출력 제어부(222) 및 구동 제어부(213)를 통해 획득한 B축 및 A축 좌표 값과 광센싱부(223)로부터 획득한 C축 좌표 값을 매칭하여 데이터 처리부(230)로 전송한다.
예를 들면, 데이터 전송부(224)는 광출력 제어부(222)에 의하여 제어되는 광출력부(221)의 광의 출사 각도 또는 출사 위치에 따라 A 좌표 값을 산출한다. 또한, 구동 제어부(213)에 의하여 제어되는 광학계(211)의 반사 각도에 따라 B 좌표 값을 산출한다. 또한, 광센싱부(223)에 입사되는 광의 위치에 따라 C 좌표 값을 산출한다.
데이터 처리부(230)는 입력되는 3차원 데이터 정보들에 기초하여 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성한다.
구체적으로, 데이터 처리부(230)의 3차원 데이터 생성부(231)는 데이터 전송부(224)로부터 수신되는 서로 연계된 A, B 및 C축 좌표 값들을 통합하여 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성한다.
그리고, 데이터 저장부(232)는 생성된 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 순차적으로 데이터 베이스 등에 저장한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)는 데이터 저장부(232)에 저장되어 있는 환자 치아의 3차원 스캐닝 모델을 자체적으로 구비된 화면(미도시) 또는 데이터 케이블 등으로 연결되는 출력 시스템(미도시) 등을 통해 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 평면도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 측면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')는 도 1 내지 도 3에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)와는 달리 출력 광을 2차로 반사시켜 대상 치아에 투사하는 방식을 제안한다. 이때, 도 4 내지 도 6에서는 설 명의 편의상 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너(100)와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
구체적으로, 도 4 및 도 6에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')는 삽입체(401)의 내부에 가이드(403), 제 2 광학계(404), 제 2 광학계 구동부재(405)를 포함한다. 그리고, 본체(402)의 내부에 광출력 소자(406), 제 1 광학계(407), 제 1 광학계 구동부재(408), 광센싱 소자(409), 제어모듈(410) 및 데이터 처리모듈(411)을 포함한다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')는 광출력 소자(406)로부터 출력되는 출력 광을 제 1 광학계(407)를 통해 1차 반사하여 제 2 광학계(404)로 출력한다. 이때, 제 1 광학계 구동부재(408)는 제 1 광학계(407)를 제 2 기준축을 기준으로 회전시켜 출력 광의 출사 각도를 변경할 수 있다. 또한, 제1 광학계 구동부재(408)는 제 1 광학계(407)를 좌우측으로 슬라이딩 방식으로 이동시키면서 출력 광의 출사 위치를 변경시킬 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')의 3차원 스캐닝을 통한 치아 모델링 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 5에서는 도 4 및 도 6에서 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')의 구성을 처리되는 데이터에 기준하여 데이터 측정부(510), 데이터 측정 제어부(520) 및 데이터 처리부(530) 등의 블록도로 나타내었다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 5에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성 요소를 의미하며, 소정의 역할들을 수행한다. 그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
이때, 데이터 측정부(510)의 제 2 광학계(511) 및 제 2 광학계 구동부(512)는 도 4 및 도 6에서 나타낸 제 2 광학계(404) 및 제 2 광학계 구동부재(405)와 동일한 개념이며, 제 2 구동 제어부(513)은 도 4 및 도 6에서 나타낸 제어모듈(410)의 일부 구성 또는 전체 구성을 포함하는 개념이다.
또한, 제 2 광학계(511), 제 2 광학계 구동부(512) 및 제 2 구동 제어부(513)는 도 2에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계(211), 광학계 구동부(212) 및 구동 제어부(213)와 동일한 동작을 수행한다.
그리고, 데이터 측정 제어부(520)의 제 1 광학계(521) 및 제 1 광학계 구동부(522)는 도 4 및 도 6에서 나타낸 제 1 광학계(407) 및 제 1 광학계 구동부 재(408)과 동일한 개념이며, 제 1 구동 제어부(523)는 제어모듈(410)의 일부 구성 또는 전체 구성을 포함하는 개념이다.
또한, 데이터 측정 제어부(520)의 광출력부(524) 및 광센싱부(525)는 도 4 및 도 6에서 나타낸 광출력 소자(406) 및 광센싱 소자(409)와 동일한 개념이며, 데이터 전송부(526)는 도 4 및 도 6에서 나타낸 데이터 처리모듈(411)의 일부 구성 또는 전체 구성을 포함하는 개념이다.
한편, 도 5에서 나타낸 데이터 처리부(530)는 데이터 전송부(526)로부터 출력되는 데이터를 이용하여 대상 치아에 대한 3차원 스캐닝 모델을 생성하며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')의 내부에 포함되거나 별도의 장치로서 구강용 스캐너(100')에 케이블 등으로 연결될 수 있다. 도 4 및 도 6에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')의 크기 제한을 위하여 데이터 처리부(530)가 외부에 구성되는 것을 나타내었다.
또한, 광센싱부(525), 데이터 전송부(526) 및 데이터 처리부(530)는 각각 도 2에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 광센싱부(223), 데이터 전송부(224) 및 데이터 처리부(230)와 동일한 동작을 수행한다.
먼저, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너(100')에서 광출력부(524)로부터 직선으로 출력되는 출력 광(즉, 레이저 광원)이 제 1 광학계(521)를 통해 설정된 출사 각도 또는 출사 위치로 1차 반사된다.
구체적으로, 제 1 광학계(521)는 제 1 구동 제어부(523)의 제어에 따라 제 1 광학계 구동부(522)가 구동됨에 따라 설정된 출사 각도로 회전되어 있는 상태이다. 여기서, 제 1 광학계 구동부(522)는 제 1 구동 제어부(523)의 명령에 따라 제 1 광학계(521)를 상기 제 2 기준축에 따라 회전시켜 출력 광의 출사 각도를 변경시킨다. 참고로, 제 2 기준축은 도 4에서 나타낸 C축과 일치한다. 이때, 제 1 구동 제어부(523)가 제어한 출사 각도의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 A축 좌표 값을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 광학계 구동부(522)가 제1 광학계(521)를 좌우측으로 슬라이딩 방식으로 이동시켜 출력 광의 출사 위치를 변경시키는 것도 가능하다. 이때, 제 1 구동 제어부(523)가 제어한 출사 위치의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 A축 좌표 값을 산출할 수 있다.
이처럼, 제 1 광학계(521)를 통해 반사된 출력 광은 제 2 광학계(511)로 투사되고, 제 2 광학계(511)로부터 설정된 반사 각도로 2차 반사되어 대상 치아에 투사된다. 이때, 제 2 광학계(511)는 제 2 구동 제어부(513)의 제어에 따라 제 2 광학계 구동부(512)가 구동함에 따라 설정된 반사 각도로 회전되어 있는 상태로써, 제 2 광학계(511)는 상기 제 1 기준축에 따라 회전된다. 참고로, 제 1 기준축은 도 4에서 나타낸 A축과 일치한다. 이때, 제 2 구동 제어부(513)가 제어한 반사 각도의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 B축 좌표 값을 산출할 수 있다.
그런 후, 제 2 광학계(511)를 통해 반사된 출력 광이 대상 치아로부터 반사되어 제 2 광학계(511)로 재입사되며, 이와 같은 입사 광은 제 2 광학계(511)를 통해 반사되어 광센싱부(525)로 입사된다.
즉, 도 6에서 나타낸 바와 같이, 광출력 소자(406)로부터 출력된 출력 광이 제 1 광학계(407)에 1차 반사되어 제 2 광학계(404)로 투사되고, 제 2 광학계(404)에 2차 반사된 출력 광이 대상 치아에 투사된다. 그리고, 대상 치아로부터 반사된 입사 광이 다시 제 2 광학계(404)에 반사되어 광센싱 소자(409)에 입사된다.
따라서, 광센싱부(525)는 입사 광이 입사된 위치에 따른 전기 신호에 상응하는 위치 정보를 생성하며, 상기 위치 정보는 대상 치아의 부위 별 높이이다. 그리고, 광센싱부(525)가 센싱한 높이의 값에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 투사된 출력 광의 C축 좌표 값을 산출할 수 있다.
그런 다음, 데이터 전송부(526)는 제 1 구동 제어부(523) 및 제 2 구동 제어부(513)를 통해 획득한 A축 및 B축 좌표 값과 광센싱부(523)로부터 획득한 C축 좌표 값을 매칭하여 데이터 처리부(530)로 전송한다.
데이터 처리부(530)는 입력되는 3차원 데이터 정보들에 기초하여 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성한다.
구체적으로, 데이터 처리부(530)의 3차원 데이터 생성부(531)는 데이터 전송부(526)로부터 수신되는 서로 연계된 A, B 및 C축 좌표 값들을 통합하여 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성한다.
그리고, 데이터 저장부(532)는 생성된 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 순차적으로 데이터 베이스 등에 저장한다.
본 발명의 장치 및 방법은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구강용 스캐너의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 스캐너의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 스캐너의 측면도이다.

Claims (14)

  1. 구강용 스캐너에 있어서,
    출력 광을 출력하는 광출력부;
    상기 광출력부를 제 1 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하는 광출력 제어부;
    상기 광출력 제어부에 의해 출사 위치가 제어된 출력 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 광학계;
    상기 광학계를 상기 제 1 기준축과 수직한 제 2 기준축에 따라 회전시켜 상기 출력 광의 반사 각도를 제어하는 광학계 구동부;
    상기 광학계를 상기 광출력부로부터 미리 설정된 거리 내에서 이동되도록 안내하는 가이드;
    상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 후, 상기 광학계에 의하여 반사된 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광센싱부;
    상기 전기 신호의 정보, 상기 출사 위치의 정보 및 상기 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 상기 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부 및
    상기 가이드, 상기 광학계 및 상기 광학계 구동부를 격납하고, 상기 구강용 스캐너의 구강 내 삽입을 가이드하는 삽입체를 포함하되,
    상기 삽입체는 상기 구강용 스캐너의 구강 내 삽입 방향과 평행한 상부면과, 상기 상부면과 소정의 각도를 갖는 하부면을 구비하여 상기 출력 광 및 상기 광학계에 의하여 반사된 광의 진행 경로를 확보하고,
    상기 삽입체는 상기 광학계에 의하여 반사된 출력 광이 상기 스캐닝 대상 치아로 진행하고, 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 광이 상기 광학계로 진행하도록 하는 상기 하부면에 형성된 광투과창을 포함하고,
    상기 광 출력 제어부는 상기 출력 광이 상기 삽입체의 상부면과 평행하게 진행하도록 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하고,
    상기 가이드는 상기 삽입체의 상부면에 결합되어, 상기 광학계를 상기 삽입체의 상부면을 따라 전후 이동시키고,
    상기 광학계는 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사되어 상기 광투과창을 통과한 광을 상기 광 센싱부로 반사시키는 구강용 스캐너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 전송부는,
    상기 반사 각도의 값에 따라 결정되는 B축 좌표, 상기 출사 위치의 값에 따라 결정되는 A축 좌표 및 상기 전기 신호에 따라 결정된 상기 스캐닝 대상 치아의 높이의 값에 따른 C축 좌표를 전송하는 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광센싱부는,
    상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 후 상기 광학계에 의하여 반사된 광이 광센싱 소자에 입사된 위치에 따라 상기 전기 신호 값을 결정하고, 상기 전기 신호 값에 상응하는 C축 좌표 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기준축은 상기 3차원 스캐닝 모델에 대한 C축과 동일하고, 상기 제 2 기준축은 상기 3차원 스캐닝 모델에 대한 A축과 동일하며, 상기 A축 및 C축은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 구강용 스캐너에 있어서,
    출력 광을 출력하는 광출력부;
    상기 광출력부로부터 출력된 출력 광을 반사시키는 제 1 광학계;
    상기 제 1 광학계를 통해 반사된 출력 광을 스캐닝 대상 치아로 반사시키는 제 2 광학계;
    상기 제 1 광학계를 제 1 기준축에 따라 회전시키거나 좌우측으로 이동시켜 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하는 제 1 광학계 구동부;
    상기 제 2 광학계를 상기 제 1 기준축과 수직한 제 2 기준축에 따라 회전시켜 상기 출력 광의 반사 각도를 제어하는 제 2 광학계 구동부;
    상기 제 2 광학계를 상기 광출력부로부터 미리 설정된 거리 내에서 이동되도록 안내하는 가이드;
    상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 후, 상기 제 2 광학계에 의하여 반사된 광을 센싱하여 전기 신호로 변환하는 광 센싱부;
    상기 전기 신호의 정보, 상기 출사 위치의 정보 및 상기 반사 각도의 정보를 3차원 데이터 생성부로 전송하여 상기 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 데이터 전송부; 및
    상기 가이드, 상기 제 2 광학계 및 상기 제 2 광학계 구동부를 격납하고, 상기 구강용 스캐너의 구강 내 삽입을 가이드하는 삽입체를 구비하되,
    상기 삽입체는 상기 구강용 스캐너의 구강 내 삽입 방향과 평행한 상부면과 상기 상부면과 소정의 각도를 갖는 하부면을 구비하여 상기 출력 광 및 상기 제 2 광학계에 의하여 반사된 광의 진행 경로를 확보하고,
    상기 삽입체는 상기 제 2 광학계에 의하여 반사된 출력 광이 상기 스캐닝 대상 치아로 진행하고, 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사된 광이 상기 제 2 광학계로 진행하도록 하는 상기 하부면에 형성된 광투과창을 포함하고,
    상기 제 1 광학계 구동부는 상기 출력 광이 상기 삽입체의 상부면과 평행하게 진행하도록 상기 출력 광의 출사 위치를 제어하고,
    상기 가이드는 상기 삽입체의 상부면에 결합되어, 상기 제 2 광학계를 상기 삽입체의 상부면을 따라 전후 이동시키고,
    상기 제 2 광학계는 상기 스캐닝 대상 치아에서 반사되어 상기 광투과창을 통과한 광을 상기 광 센싱부로 반사시키는 구강용 스캐너.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 전송부는,
    상기 반사 각도의 값에 따라 결정되는 B축 좌표, 상기 출사 위치의 값에 따라 결정되는 A축 좌표 및 상기 전기 신호에 따라 결정된 상기 스캐닝 대상 치아의 높이의 값에 따른 C축 좌표를 전송하는 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광센싱부는,
    상기 제 2 광학계에 의하여 반사된 광이 광센싱 소자에 입사된 위치에 따라 상기 전기 신호 값을 결정하고, 상기 전기 신호 값에 상응하는 C축 좌표 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기준축은 상기 3차원 스캐닝 모델에 대한 C축과 동일하고, 상기 제 2 기준축은 상기 3차원 스캐닝 모델에 대한 A축과 동일하며, 상기 A축 및 C축은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 구강용 스캐너.
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