KR101457108B1

KR101457108B1 - 구강 스캐너

Info

Publication number: KR101457108B1
Application number: KR1020120106580A
Authority: KR
Inventors: 김진환; 이현일
Original assignee: 데오덴탈 주식회사
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-10-31
Also published as: CN104812291B; CN104812291A; US20150223916A1; EP2901917A1; EP2901917A4; WO2014051196A1; KR20140039836A; US9522054B2

Abstract

구강 스캐너는, 라인 레이저광을 출력하는 광출력부, 광출력부로부터 출력된 라인 레이저 광을 스캐닝 대상인 치아로 반사시키는 제 1 광학계, 스캐닝 대상인 치아로부터 반사되고 제 1 광학계에 의해 반사된 라인 레이저 광을 센싱하는 광센싱부 및 광출력부 및 제 1 광학계의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부는 제 1 광학계의 반사 각도 및 위치를 제어한다.

Description

구강 스캐너{SCANNER FOR ORAL CAVITY}

본 발명은 구강 내를 스캔하는 구강 스캐너에 관한 것이다.

일반적으로, 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상채득(impression taking) 과정을 통해 환자의 환부에 대한 치료 및 진료를 수행하고 있다. 그런데, 이와 같은 석고 모형을 제작하는 인상채득 과정에서는 재료의 소모 문제 및 교차 감염 등의 문제와 제작된 모형의 파손 가능성 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 CT사진(computer tomography)에 의존함으로써, 3차원적 구조물을 2차원적 평면 계측하는 과정에서 오류가 발생될 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.

한편, 종래에는 환자의 손상된 치아를 복원하기 위한 기공물을 제조해야 할 경우 우선 치과 병원에서 환자의 손상된 치아에 대해 인상채득 과정을 통해 석고 모형을 제작한 후 이에 따른 기공물 제조를 치과 기공사에게 의뢰하였다.

그러나, 이와 같은 종래의 기공물 제조 방법에 따르면, 환자 치아의 현 상태를 진단 및 측정을 위해서 치아 석고 모형으로부터 간접적으로 치료 데이터를 획득하였기 때문에 많은 시간과 노력이 요구되었다.

이와 관련하여, 한국공개특허 제10-2009-0078539호(치과 보철용 3차원 측정장치)에서는, 레이저 빔 발생기에서 조사되는 레이저를 광원으로 하여 측정물 위에 조사된 레이저영상을 취득하는 카메라를 구비하는 영상 취득유닛과, 영상 취득 유닛의 일측에 설치되어 광원 조사방향을 향하여 조명을 실시하는 조명유닛과, 조명유닛의 일측에 설치되어 영상 취득유닛에 대해 전기적 구동원에 의하여 일방향 직선 이동을 실시하는 이송유닛과, 직선 이송유닛과 연동되고 영상 취득유닛에 대해 회전 운동을 실시하는 것으로 전기적 구동원에 의하여 회전하는 회전 이송유닛과, 회전 이송유닛에 탈착 가능하게 구비되어 일체로 연동 이동하는 것으로 측정 대상물을 고정하는 워크 테이블을 포함하는, 구강모형을 스캔하는 치과 보철용 측정 장치를 개시하고 있다.

본 발명의 실시예는 치과 환자의 구강 내에 삽입되어 비접촉식으로 치아를 스캐닝하여 3차원 스캐닝 모델을 생성하도록 하는 구강 스캐너를 제공하고자 한다.

그리고, 본 발명의 실시예는 구강 스캐닝 속도가 증가되고, 구강 스캐너 내부의 밀집된 부품 배치 환경에서도 스캐닝 광원의 출력 경로를 확보할 수 있는 구강 스캐너를 제공하고자 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 구강 스캐너는, 라인 레이저(line lasers) 광을 출력하는 광출력부; 상기 광출력부로부터 출력된 라인 레이저 광을 스캐닝 대상인 치아로 반사시키는 제 1 광학계; 상기 스캐닝 대상인 치아로부터 반사되고 상기 제 1 광학계에 의해 반사된 라인 레이저 광을 센싱하는 광센싱부; 및 상기 광출력부 및 상기 제 1 광학계의 구동을 각각 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 제 1 광학계의 반사 각도 및 위치를 제어한다.

그리고 본 발명의 일 측면에 따른 구강 스캐너는, 상기 광출력부로부터 제 1 진행 방향으로 출력된 상기 라인 레이저 광을 상기 제 1 진행 방향과 상이한 제 2 진행 방향으로 반사시키는 제 2 광학계; 및 상기 제 2 광학계로부터 반사된 라인 레이저 광을 상기 제 1 진행 방향으로 반사 시키는 제 3 광학계를 더 포함하되, 상기 제 3 광학계로부터 반사된 라인 레이저 광은 상기 제 1 광학계에 의해 상기 스캐닝 대상인 치아로 반사된다.

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.

그리고, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 인체에 무해한 광원을 이용하여 3차원 스캐닝을 수행함으로써 사용자의 건강에 영향을 미치지 않으면서도 치아를 스캐닝할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 치과 환자의 구강 내에 삽입되어 촬영된 2차원 영상 데이터를 참조하여 치아의 3차원 스캐닝 모델을 보정할 수 있어 편리하다.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 라인형 광원(즉, 라인 레이저 광)을 스캐닝 광원으로 이용함으로써 점광원을 이용한 스캐닝보다 속도를 높일 수 있으며, 치아의 각 부분을 스캐닝하기 위해 스캐닝 광의 출력 위치를 별도로 설정할 필요가 없어 구동부가 필요치 않다. 즉, 구강 스캐너 내부에 광출력부의 구동을 위한 별도의 부재를 수납하기 위한 공간 및 광출력부의 이동 공간이 필요치 않아 구강 스캐너의 소형화 및 부품 배치의 효율면에서 매우 효과적이다.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 출력된 스캐닝 광원의 진행 경로를 변경할 수 있어, 소형화된 구강 스캐너에서도 스캐닝 광원의 진행 경로를 확보할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 데이터 처리부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 일부분의 입체도이다

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 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 평면도이다.

그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이다.

도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 삽입체(101), 본체(102), 가이드부(103), 광학계(104), 광학계 구동부(105), 촬영 소자(106), 촬영 소자 구동부(107), 광출력부(108), 광센싱부(109), 제어부(110) 및 데이터 처리부(111)를 포함하여 구성된다.

삽입체(101)의 프레임은 사용자의 구강 내 삽입이 가능하도록 본체(102)로부터 돌출된 삽입관 형태로써, 하나의 상부면, 두 개의 측면, 하나의 앞면(즉, 구강 내 삽입 시 정면부) 및 하나의 하부면을 포함하는 5면으로 구성될 수 있다.

삽입체(101)의 하부면은 스캐닝을 위한 광원(본 발명의 실시예에서는, ‘라인 레이저(line lasers) 광’인 것을 예로 나타냄)이 치아에 투사될 수 있도록 하고, 촬영 소자(106)가 구강 내 상태를 촬영할 수 있도록 하는 광투과창을 포함하는 구조이다.

삽입체(101)의 상부면은 삽입체(101)가 구강에 삽입되는 방향과 평행한 면이며, 하부면은 상기 상부면과 소정의 각도를 갖는다. 이에 따라, 두 측면은 본체(102)에 가까워질수록 점진적으로 넓어지도록 형성될 수 있다. 이는, 삽입체(101)의 내부를 통해 광학계(104)측으로 출력되는 광원 및 치아로부터 반사되어 광학계(104)를 통해 광센싱부(109)로 입사되는 광원의 진행 경로를 확보하여 광원을 보호하기 위한 것이다. 한편, 도 1 및 도 2에 도시한 삽입체(101)의 형상 이외에, 본 발명의 실시예에 따른 삽입체(101)의 형상은 사용자의 선택에 따라 변경이 가능하다.

삽입체(101)의 내부에는 광출력부(108)로부터 출력되는 라인 레이저 광(이하, ‘출력 광’이라고 함)을 반사시켜 치아에 투사하고, 치아로부터 반사되어 입사되는 광(이하, ‘입사 광’이라고 함)을 광센싱부(109)로 반사시키는 광학계(104)가 광학계 구동부(105)를 통해 가이드부(103)에 연결되어 있다.

이때, 광출력부(108)로부터 출력되는 라인 레이저 광은 광학계(104)를 통해 반사되어 스캐닝 대상 치아에 조사된 후, 치아로부터 반사되어 광학계(104)로 재입사된다. 그리고, 광학계(104)에 재입사된 라인 레이저 광은 광학계(104)를 통해 반사되어 광센싱부(109)로 입사된다.

가이드부(103)는 광학계(104)가 삽입체(101) 내부에 연결되도록 지지하고, 광학계(104)가 삽입체(101)가 삽입되는 방향과 수평으로 전후 슬라이딩 이동되도록 가이드한다.

광학계 구동부(105)는 광학계(104)와 연결되어 광학계(104)가 가이드부(103)를 따라 슬라이딩 이동될 수 있도록 구동된다. 이때, 광학계 구동부(105)는 제어부(110)의 제어에 따라 구동되어 가이드부(103)를 따라 이동하여 설정된 위치로 이동된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광학계 구동부(105)는 구동원(예를 들어, 모터)에 의해 롤링하는 롤링 부재일 수 있다.

그리고, 광학계 구동부(105)는 제어부(110)의 제어에 따라 광학계(104)를 제 1 기준축을 기준으로 회전시켜 출력 광의 반사 각도를 변경시키는 것도 가능하다. 참고로, 제 1 기준축은 도 1에서 나타낸 A축과 일치하며, 반사 각도는 적어도 둘 이상의 각도로 설정될 수 있다. 이처럼, 광학계(104)의 반사 각도를 변경함으로써, 제 1 반사 각도로 출력 광을 반사할 경우 광원의 입사 및 반사가 왜곡될 가능성이 있는 음영부분(예를 들어, 치아 사이 및 치아 표면의 굴곡 등)에 대해서도 충분한 출력 광의 입사 및 반사 광의 획득이 가능하다.

삽입체(101)의 내부에는 2차원 영상을 촬영하기 위한 촬영 소자(106)가 촬영 소자 구동부(107)를 통해 가이드부(103)에 연결되어 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 촬영 소자(106)는 포토 다이오드를 수광 소자로 하고 전하연계소자(CCD: Charged Coupled Device)를 전하 전송 소자로 한 고체촬상소자 또는 COMS 센서일 수 있으며, 렌즈를 통과한 영상의 빛에 대한 정보를 전기신호로 출력한다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 촬영 소자(106)가 광학계(105) 보다 본체(102)로부터 멀리 떨어진 앞부분에 위치하는 것을 나타내었다. 그런데, 촬영 소자(106)는 광학계(104) 보다 본체(102)의 가까이에 위치하는 것도 가능하다.

이때, 제어부(110)는 촬영 소자(106)가 광학계(104)를 통해 출력 광이 대상 치아에 투사되기 전 또는 후에 해당 치아의 상부에서 2차원 영상을 촬영하도록 제어한다. 이와 같이 함으로써, 광학계(104)로부터 반사되는 출력 광 및 치아로부터 반사된 입사 광이 촬영 소자(106)의 구강 내 상태 촬영 시 발생될 수 있는 빛에 영향을 받지 않을 수 있다.

또한, 촬영 소자 구동부(107)는 광학계(104)와 일정 거리를 유지하도록 광학계(104)의 수평 전후 이동 시 동시에 촬영 소자(106)를 수평 전후 이동시킬 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 촬영 소자(106)가 광학계(104)와 분리된 별개의 부재로 나타내었으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100)에서 촬영 소자(106)는 광학계(104)와 일체형으로 구비될 수 있다. 즉, 광학계(104)의 위치가 이동됨에 따라 촬영 소자(106)의 위치도 이동되며, 이처럼 광학계(104)와 촬영 소자(106)가 일체형인 경우 촬영 소자 구동부(107)는 생략될 수 있다.

본체(102)의 내부에는 광출력부(108), 광센싱부(109), 제어부(110), 및 데이터 처리부(111)이 격납되어 있다.

광출력부(108)는 광학계(104) 측으로 광원(즉, 라인 레이저 광)을 출력한다. 참고로, 광출력부(108)는 레이저 다이오드(laser diode)를 사용할 수 있으며, 크기의 제한을 위하여 가급적 소형인 광출력부를 사용할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 광출력부(108)는 라인형(line type) 광원을 출력하여, 스캐닝 대상 치아에 라인형의 광원이 조사되도록 한다. 즉, 광출력부(108)가 라인 레이저 광을 스캐닝 광원으로 출력함으로써, 한번의 스캐닝 광원 출력시 치아 평면 상의 하나의 라인에 대한 스캐닝 값을 동시에 획득할 수 있어 점광원을 이용한 스캐닝보다 속도를 높일 수 있다.

뿐만 아니라, 점광원을 이용한 스캐닝의 경우 치아의 평면 상 각 위치에 스캐닝 광원을 조사하기 위하여 점광원의 위치를 변경하기 위한 별도의 구동부가 필요하다. 구체적으로, 스캐닝 광원으로서 점광원을 사용할 경우 A축과 수직인 C축을 중심으로 하여, 점광원을 A축과 평행한 방향으로 회전시키거나 A축 방향과 수평 이동시켜 스캐닝 대상 치아의 평면 상 모든 위치에 출력 광이 조사되도록 해야한다. 그러나, 본 발명의 실시예에서는 라인형 광원을 스캐닝 광원으로 이용함으로써 광출력부(108)의 위치를 설정하기 위한 별도의 구동부가 필요치 않아, 본체(102)의 내부에 광출력부(108)의 구동부를 수납하기 위한 공간 및 광출력부(108)의 위치를 변경하기 위한 이동 공간이 필요치 않다. 따라서, 구강 스캐너(100)의 소형화 및 부품 배치의 효율면에서 매우 효과적이다.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 광출력부(108)가 라인 레이저 광을 출력할 때마다 스캐닝 대상 치아의 평면 상 하나의 라인에 대한 스캐닝이 수행되므로, 치아에 대한 3차원 모델링 시 평면 상 일축(axis)(즉, 도 1 및 도 2의 A축)의 좌표값이 자동으로 산출될 수 있다.

광센싱부(109)는 광출력부(108)로부터 출력된 출력 광이 광학계(104)를 통해 스캐닝 대상 치아에 반사되고, 치아에 반사된 후 다시 광학계(104)를 통해 반사된 광을 센싱한다. 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 광센싱부(109)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. PSD 센서는 광전자 센서로서, 광점이 표면에 맺힐 때 광에너지에 비례한 광전류가 입사점에서 발생하여 양단의 전극으로 흐르는 구조를 갖는다.

구체적으로, 광센싱부(109)는 입사 광(즉, 라인 레이저 광)이 입력되는 위치에 따라 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 데이터 처리부(111)로 전송한다.

제어부(110)는 광학계(104), 광출력부(108), 및 촬영 소자(106)의 구동을 각각 제어하여, 스캐닝 대상 치아의 각 부위 및 구강 내 치아들에 대한 3차원 스캐닝 및 2차원 이미지 촬영을 제어한다. 이와 같은, 제어부(110)의 구성 및 동작에 대해서는 하기 도 3을 통해 상세히 설명하도록 한다.

데이터 처리부(111)는 광센싱부(109) 및 촬영 소자(106)로부터 출력되는 신호(또는 데이터)를 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 대한 3차원 모델 및 2차원 이미지를 생성 및 저장한다. 이와 같은, 데이터 처리부(111)의 구성 및 동작에 대해서는 하기 도 4를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(110)는 광출력 제어부(301), 광학계 구동 제어부(302), 및 2차원 영상 촬영 제어부(303)를 포함하여 구성된다.

광출력 제어부(301)는 광출력부(108)가 라인 레이저 광을 설정된 시점에 출력하도록 제어한다.

광학계 구동 제어부(302)는 광학계(104)의 반사 각도 변경 및 위치 이동을 위해 광학계 구동부(105)의 구동을 제어한다. 이때, 광학계 구동 제어부(302)는 광학계(104)가 광학계(104)가 설정된 위치로 이동하도록 광학계 구동부(105)를 가이드부(103)를 따라 설정된 위치로 슬라이딩 이동시킨다. 그리고, 광학계 구동 제어부(302)는 스캐닝할 대상 치아의 위치에 따라 광학계 구동부(105)를 구동시켜 광학계(104)를 수평 전후 이동시킨다.

또한, 광학계 구동 제어부(302)는 제 1 기준축을 기준으로 설정된 각도 만큼 회전되도록 광학계 구동부(105)를 제어할 수 있다. 이때, 스캐닝할 부위에 상응하여 설정된 회전 각도에 따라 광학계 구동부(105)를 구동시켜 광학계(104)를 회전시킨다.

구체적으로, 광학계 구동 제어부(302)는 광학계(104)의 반사 각도를 변경할 때마다, 변경된 반사 각도의 정보를 데이터 처리부(111)로 전달한다. 이때, 광학계 구동 제어부(302)가 제어한 회전 각도의 값(즉, 반사 각도의 정보)에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 대한 평면 일축(즉, 도 1 및 도 2의 B축) 좌표값을 산출할 수 있다.

2차원 영상 촬영 제어부(303)는 촬영 소자(106)가 설정된 촬영 시점에 스캐닝 대상 치아의 2차원 이미지를 촬영하도록 제어한다. 또한, 2차원 영상 촬영 제어부(303)는 촬영 소자(106)가 광학계(104)와 일정 거리 내에서 스캐닝 대상 치아를 촬영할 수 있도록 촬영 소자 구동부(107)가 가이드부(103)를 따라 설정된 위치로 슬라이딩 이동시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 데이터 처리부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 데이터 처리부(111)은 광센싱부(401), 영상 수신부(402), 3차원 데이터 생성부(403) 및 데이터 관리부(404)를 포함하여 구성된다.

광센싱부(401)는 광센싱부(109)로부터 출력된 전기 신호에 상응하는 위치 정보(즉, 스캐닝 대상 치아의 부위 별 높이 값)를 생성하여 3차원 데이터 생성부(403)로 전달한다. 이때, 광센싱부(401)가 생성한 높이 값(즉, 전기 신호에 따른 위치 정보)에 기초하여 스캐닝 대상 치아에 대한 높이축(즉, 도 1 및 도 2의 C 축)의 좌표값을 산출할 수 있다.

이때, 광센싱부(401)는 광삼각법(optical triangulation method)을 이용한 변위 측정 방식에 따라 C축의 좌표값을 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)이라 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 φ의 각도를 갖는다.

이때, 물체궤적 상의 광점 이동 거리 p와 이에 대응되는 영상점의 이동거리 q는 하기 수학식 1을 통해 구할 수 있다.

[수학식 1]

참고로, f는 광점에 따른 영상을 수광 소자에 투영하기 위한 영상 렌즈의 초점 거리이고, s는 영상 렌즈와 실제 측정물의 거리이다.

또한, 상기 각도 φ는 하기 수학식 2를 통해 구할 수 있다.

[수학식 2]

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.

영상 수신부(402)는 촬영 소자(106)로부터 촬영된 스캐닝 대상 치아의 2차원 이미지 데이터를 수신하여 사전에 설정된 파일 포맷의 이미지 데이터로 변환하고, 이미지 데이터를 데이터 관리부(404)로 전송한다.

3차원 데이터 생성부(403)는 광센싱부(401)로부터 수신된 A축 좌표 별 C축 좌표값 및 광학계 구동 제어부(302)로부터 수신된 B축 좌표값을 매칭하여 3차원 데이터를 생성한다.

이때, 3차원 데이터 생성부(403)는 생성된 3차원 데이터를 데이터 관리부(404)를 통해 외부 장치(예를 들어, 3차원 모델링 장치)로 출력할 수 있으며, 자체적으로 스캐닝 대상 치아에 대한 3차원 모델을 모델링하여 데이터 관리부(404)를 통해 2차원 이미지와 연계하여 저장할 수 있다.

구체적으로, 3차원 데이터 생성부(403)는 생성된 3차원 데이터들 중 서로 매칭된 A, B 및 C축 좌표 값들을 통합하여 스캐닝 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델을 생성한다.

참고로, 데이터 처리부(111)의 전체 또는 일부 구성은 구강 스캐너(100)의 내부에 포함되거나, 별도의 장치로서 구강 스캐너(100)에 케이블 등으로 연결될 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)의 본체 내부에 데이터 처리부(111)이 구성되고, 데이터 처리부(111) 내에 3차원 데이터 생성부(403)가 포함되는 것을 나타내었다. 그러나, 구강 스캐너의 크기 제한을 위하여 데이터 처리부(111)의 일부 또는 전체 구성이 외부에 구성되는 것도 가능하다.

데이터 관리부(404)는 영상 수신부(402)로부터 수신되는 스캐닝 대상 치아의 2차원 이미지와 3차원 데이터 생성부(403)로부터 수신된 스캐닝 대상 치아에 대한 3차원 데이터(또는 3차원 모델)를 매칭하여 저장한다.

이때, 데이터 관리부(404)는 스캐닝 대상 치아의 3차원 데이터(또는 3차원 모델)와 그에 매칭되는 2차원 이미지를 순차적으로 저장 매체(예를 들어, 데이터 베이스)에 저장할 수 있다.

참고로, 데이터 관리부(404)는 매칭된 3차원 데이터 및 2차원 이미지 데이터를 외부 장치로 전송할 수 있다.

또한, 데이터 관리부(404)는 저장되어 있는 환자 치아의 3차원 스캐닝 모델 및 2차원 이미지를 자체적으로 구비된 출력 부재(화면)(미도시), 데이터 케이블 또는 네트워크 등으로 연결되는 출력 시스템(미도시) 등을 통해 출력할 수 있다.

이와 같이, 대상 치아의 3차원 스캐닝 모델과 매칭되는 2차원 이미지 데이터를 함께 저장 및 출력함으로써, 환자의 환부를 직접 확인하지 않고도 3차원 스캐닝 모델을 좀 더 정확하게 보정 및 확인할 수 있다. 또한, 사용자는 촬영되는 2차원 이미지 데이터를 실시간으로 확인하면서 치아 스캐닝 작업을 수행할 수도 있다.

한편, 구강 스캐너(100)의 좀 더 편리한 사용을 위해서 구강 스캐너(100)는 소형화될 수 있으며, 이에 따라 본체(102) 내부의 공간 효율성을 높이기 위해 격납된 각 부재(즉, 광출력부, 광센싱부, 제어부 및 데이터 처리부)의 구성 위치가 밀집될 수 있다.

이에 따라, 구강 스캐너(100)의 광출력부(108)로부터 출력되는 라인 레이저 광의 진행 경로를 확보하기 위해서, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 구강 스캐너(100)는 앞서 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)와는 달리 광출력부(108)로부터 출력된 라인 레이저 광의 진행 경로를 변경하여 광학계(104)로 입사시키는 방식으로 구성될 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 라인 레이저 광의 진행 경로를 변경하여 광학계로 입사시키는 방식을 적용한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 구강 스캐너에 대해서 설명하도록 한다. 참고로, 도 5 내지 도 8에서는 설명의 편의상 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 삽입체(101)의 내부에 가이드부(103), 제 1 광학계(104), 광학계 구동부(105), 촬영 소자(106) 및 촬영 소자 구동부(107)를 포함한다. 그리고, 본체(102)의 내부에 광출력부(108), 제 2 광학계(112), 제 3 광학계(113), 광센싱부(109), 제어부(110), 및 데이터 처리부(111)를 포함한다.

이때, 도 5에서는 광출력부(108)의 삽입체 방향 정면에 다른 부(즉, 광센싱부, 제어부, 데이터 처리부)들이 구비된 것을 나타내었다. 따라서, 광출력부(108)로부터 출력되는 라인 레이저 광의 경로를 확보하기 위해서, 제 2 및 제 3 광학계(112, 113)가 구비된다. 참고로, 도 5에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100)에 2개의 경로 변경용 광학계가 구비된 것을 나타내었으나, 본체(102) 내부에 구성된 부재들의 위치 및 광출력부(108)의 출력 광 진행 경로에 따라 둘 이상의 위치에 경로 변경용 광학계가 설치될 수 있다.

구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이 광출력부(108)로부터 출력된 라인 레이저 광은 제 2 광학계(112)를 통해 수직 방향(즉, 도 5의 C축 윗 방향)으로 반사되고, 제 2 광학계(112)에 반사된 라인 레이저 광은 제 3 광학계(113)에 반사되어 다시 원래의 진행 방향(즉, 도 5의 B 축 제 1 광학계 방향)으로 출력된다. 즉, 삽입체(101) 측의 제 1 광학계(104) 방향으로 출력된다. 이와 같은 제 1 광학계(104)에 출력 광(즉, 라인 레이저 광)이 입사된 이후의 구강 스캐너(100)의 동작은 이상에서 설명한 바와 동일하다.

도 5에서는 광출력부(108)로부터 제 1 진행 방향으로 출력된 라인 레이저 광이 제 2 광학계(112)에 반사되어 제 1 진행 방향과는 상이한 제 2 진행 방향으로 진행 경로가 변경된 후, 다시 제 3 광학계(113)에 반사되어 원래의 제 1 진행 방향으로 재변경된 것을 나타내었다. 참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 적어도 둘 이상의 경로 변경용 광학계를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 따라 광출력부(108)로부터 출력된 스캐닝 광원이 적어도 두번 이상 진행 경로를 변경할 수도 있다.

참고로, 상기 도 5에서는 제 2 및 제 3 광학계(112, 113)의 반사 각도 및 위치가 고정되어 있어 상기 반사 각도 또는 위치를 변경시키는 구동부를 따로 도시하지 않았으나, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 제 2 및 제 3 광학계 구동부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제어부(110)의 제어에 따라 제 2 및 제 3 광학계 구동부가 구동할 수 있다.

그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100)의 제어부(110)는 광출력 제어부(701), 제 1 광학계 구동부(702), 제 2 광학계 구동부(703) 및 2차원 영상 촬영 제어부(704)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 광학계 구동 제어부(703)는 제 2 및 제 3 광학계(112, 113)의 각 구동부(미도시)를 제어하여, 제 2 및 제 3 광학계(112, 113)의 위치 또는 반사 각도를 제어한다. 이에 따라, 광출력부(108)로부터 출력된 라인 레이저 광의 진행 경로를 세밀하게 조정할 수 있으며, 본체(102) 내부에서 상기 다른 부재들의 위치가 변경되더라도 라인 레이저 광의 출력 경로를 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광출력 제어부(701), 제 1 광학계 구동 제어부(702) 및 2 차원 영상 촬영 제어부(704)는 각각 상기 도 3에서 설명한 광출력 제어부(301), 광학계 구동 제어부(302),및 2차원 영상 촬영 제어부(303)과 동일 또는 유사한 제어를 수행한다. 참고로, 광출력 제어부(701)는 도 3에서 설명한 광출력 제어부(301)와 동일 또는 유사한 제어를 수행하되, 출력 광의 경로 변경을 고려한 시점에 라인 레이저 광이 출력되도록 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 측면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 일부분의 입체도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100’)는, 삽입체(101’), 본체(102’), 가이드부(103’), 제 1 광학계(104’), 제 1 광학계 구동부(105’), 촬영 소자(106’), 촬영 소자 구동부(107’), 광출력부(108’), 광센싱부(109’), 제어부(110’), 데이터 처리부(111’), 제 2 광학계(112’) 및 제 3 광학계(113’), 광학계(104’) 및 광학계 구동부(105’)의 위치를 이동시키는 바(bar) 형태의 슬라이딩 바(114’) 및 슬라이딩 바(114’)를 동작시키는 슬라이딩 바 구동부(115’)를 포함하여 구성된다. 참고로, 구강 스캐너(100’)의 각 구성(즉, 각 부)은 앞서 도 1 내지 도 6에서 설명한 각 구성(즉, 각 부)과 대응되므로 설명의 편의상 대응되는 구성들의 동작에 대한 상세한 내용은 생략하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100’)의 광학계 구동부(105’) 및 촬영 소자 구동부(107’)는 광학계(104’)와 촬영 소자(106’)를 각각 슬라이딩 바(114’)와 연결하여 슬라이딩 바(114’)의 위치 이동에 따라 광학계(104’) 및 촬영 소자(106’)의 위치가 변경된다.

구체적으로, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 구강 스캐너(100’)의 슬라이딩 바(114’)가 가이드부(103’)를 따라 슬라이딩하는 동작을 통해, 슬라이딩 바(114’)에 연결된 제 1 광학계(104’)가 전/후로 위치가 이동된다. 이때, 슬라이딩 바 구동부(115’)는, 슬라이딩 바(114’)와 접촉하여 슬라이딩 바(114’)가 슬라이딩 동작하도록 롤링시키는 롤링부를 포함하는 구동 모터(예를 들어, 롤링부와 일체형 또는 결합형)로 구성될 수 있다. 참고로, 설명의 편의상 도 8의 (a)에서는, 촬영 소자(106’) 및 촬영 소자 구동부(107’)를 생략하였다. 또한, 제 1 광학계(104’)는 제 1 광학계 구동부(105’)를 통해 슬라이딩 바(114’)와 연결될 수 있다.

다시 도 7로 돌아가서, 본체(104’) 내에 설치된 슬라이딩 바 구동부(115’)의 부피 및 슬라이딩 바(114’)의 슬라이딩 동작으로 인해 본체(104’) 내부 측에서 라인 레이저 광의 진행 경로 확보가 어려울 수 있다.

예를 들어, 상기 도 1 및 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에서와 같이 광출력부(108)가 광학계(104)와 대응하는 일직선 상에 위치한 경우를 적용하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬라이딩 바(114’) 및 슬라이딩 바 구동부(115’)의 적어도 일부가 광출력부(108)와 광학계(104)의 사이에 위치하게 라인 레이저 광의 진행 경로를 방해할 수 있다. 즉, 슬라이딩 바(114’)는 가이드부(103’)를 따라 전후 이동하며, 슬라이딩 바(114’)의 전후 이동 공간을 확보할 경우 광출력부(108)의 라인 레이저 광의 진행 경로가 확보되는데 어려움이 있다.

따라서, 도 7에서와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너(100’)에서는, 광출력부(108’)가 본체(102’) 내 슬라이딩 바(114’)의 이동 경로 공간과 이격되어 구비될 수 있다. 이때, 광출력부(108’)로부터 제 1 진행 방향으로 출력된 라인 레이저 광은, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 2 광학계(112’)에 반사되어 제 1 진행 방향과는 상이한 제 2 진행 방향으로 진행 경로가 변경된 후, 다시 제 3 광학계(113’)에 반사되어 원래의 제 1 진행 방향으로 재변경되어 라인 레이저 광의 광학계(104’)에 대한 입사 경로가 확보된다.

이상에서, 본 발명의 실시예에 따른 도 3, 도 4 및 도 6에 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.

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.

100, 100’: 구강 스캐너
101, 101’: 삽입체
102, 102’: 본체
103, 103’: 가이드부
104, 104’: 광학계
105, 105’: 광학계 구동부
106, 106’: 촬영 소자
107, 107’: 촬영 소자 구동부
108, 108’: 광출력부
109, 109’: 광센싱부
110, 110’: 제어부
111, 111’: 데이터 처리부
112, 112’: 경로 변경용 광학계
113, 113’: 경로 변경용 광학계
114’: 슬라이딩 바
115’:슬라이딩 바 구동부

Claims

구강 스캐너에 있어서,
라인 레이저(line lasers) 광을 출력하는 광출력부;
상기 광출력부로부터 출력된 라인 레이저 광을 스캐닝 대상인 치아로 반사 시키는 제 1 광학계;
상기 스캐닝 대상인 치아로부터 반사되고 상기 제 1 광학계에 의해 반사된 라인 레이저 광을 센싱하는 광센싱부; 및
상기 광출력부의 구동을 제어하고, 상기 제 1 광학계의 반사 각도 및 위치 중 적어도 하나에 대한 구동을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 광출력부, 상기 광센싱부 및 상기 제어부가 격납되는 본체; 및
상기 제1 광학계가 설치되고, 구강 내 삽입 가능하도록 상기 본체로부터 돌출 형성된 삽입체로 구성되며,
상기 삽입체 내부에 설치되어, 상기 삽입체의 구강 내 삽입 방향과 수평한 전후 방향으로의 슬라이딩을 가이드하는 가이드부;
일단부가 상기 제 1 광학계와 연결되고, 상기 가이드부를 따라 상기 삽입체로부터 상기 본체의 적어도 일 영역까지 슬라이딩하여 상기 제 1 광학계를 상기 전후 방향으로 이동시키는 슬라이딩 바;
상기 본체에 격납되어, 상기 광출력부로부터 제 1 진행 방향으로 출력된 상기 라인 레이저 광을 상기 제 1 진행 방향과 상이한 제 2 진행 방향으로 반사시키는 제 2 광학계; 및
상기 본체에 격납되어, 상기 제 2 광학계로부터 반사된 라인 레이저 광을 상기 제 1 진행 방향으로 반사시키는 제 3 광학계를 더 포함하고,
상기 제 3 광학계로부터 반사된 라인 레이저 광은 상기 제 1 광학계에 의해 상기 스캐닝 대상인 치아로 반사되고,
상기 광출력부, 상기 제 2 광학계 및 상기 제 3 광학계는 상기 본체 내 상기 슬라이딩 바의 이동 경로 공간과 이격되어 구비되는 구강 스캐너.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 광센싱부로부터 출력된 센싱 값들 및 상기 제 1 광학계의 반사 각도의 값에 기초하여 상기 스캐닝 대상인 치아의 3차원 모델 생성을 위한 3차원 데이터를 생성하는 데이터 처리부를 더 포함하는 구강 스캐너.
제 3 항에 있어서,
상기 데이터 처리부는,
상기 제 1 광학계의 반사 각도의 값에 기초하여 상기 스캐닝 대상인 치아의 평면 A 축의 좌표 데이터를 생성하고, 상기 센싱 값들에 기초하여 상기 치아의 상기 A 축에 수직하는 평면 B 축 라인(line)의 좌표 별 높이 값 데이터를 생성하는 구강 스캐너.
제 1 항에 있어서,
상기 스캐닝 대상인 치아의 2차원 이미지를 촬영하는 2차원 영상 촬영 소자를 더 포함하는 구강 스캐너.
제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 광출력부가 상기 라인 레이저 광을 출력하기 전 또는 후에 상기 2차원 영상 촬영 소자가 상기 스캐닝 대상인 치아의 2차원 영상을 촬영하도록 제어하는 구강 스캐너.
제 5 항에 있어서,
상기 광센싱부로부터 출력된 전기 신호 값들 및 상기 제 1 광학계의 반사 각도의 값에 기초하여 상기 스캐닝 대상인 치아의 3차원 모델 생성을 위한 3차원 데이터를 생성하고,
상기 2차원 영상 촬영 소자로부터 출력되는 2차원 이미지를 상기 3차원 데이터에 매칭하여 저장하는 데이터 처리부를 더 포함하는 구강 스캐너.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 삽입체의 일면은,
상기 제 1 광학계에 반사된 상기 라인 레이저 광이 상기 스캐닝 대상인 치아로 조사되도록 하는 광투과창을 포함하는 구강 스캐너.