KR101533341B1

KR101533341B1 - 휴대형 스캐너

Info

Publication number: KR101533341B1
Application number: KR1020140025485A
Authority: KR
Inventors: 이태경
Original assignee: 이태경
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-07-03
Also published as: WO2015133824A1

Abstract

휴대용 스캐너가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너는 광원이 조사되는 광 출력부;와, 상기 광 출력부로부터 출력된 출력광에 대한 초점이 생성되고 상기 출력광에 대한 방향성을 부여하는 광 조사부;와, 상기 광 조사부의 전방에 위치되어 전방과 측방으로 출력광을 안내하는 광 분할부;와, 상기 광 분할부의 전방에 위치되고 상기 광 분할부를 통해 안내된 출력광을 환자의 구강에 배치된 피측정대상물을 향해 반사시키는 제1 반사부;와, 상기 광 분할부의 주위에 배치되고 상기 피측정 대상물에서 제1 반사부를 통해 반사된 반사광 또는 상기 광 분할부에서 측방으로 안내된 출력광을 후방으로 반사시키는 제2 반사부;와, 상기 제2 반사부의 후방에 배치되고 상기 광 분할부로부터의 광이동 거리를 변화시키는 위상 변조부; 및 상기 위상 변조부를 통해 재반사된 광원과 상기 피측정대상물에서 반사된 광원을 수취하는 영상 정보 취득부를 포함한다.

Description

휴대형 스캐너{Portable Scanner}

본 발명은 환자의 치아 또는 피부와 같은 대면적 표면(Meso-scale Surface)에 대한 3차원 측정을 위한 스캐너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저 간섭성 간섭계(Low-coherent Interferometry)를 이용한 휴대형 스캐너에 관한 것이다.

일반적으로 치과 병원에서는 인체 구강내에 적용되는 보철물을 제작하기 위해서 통상적으로 구강내를 본떠(Impression)서 석고모델(Master Model)을 만들고, 상기 석고모델을 기준으로 보철물을 만들어왔다. 상기 석고모델을 몰드로 이용한 제작법은 전통적이고 오랜 시간 동안 진행되어 왔기에 신뢰성과 표준화가 잘되어 있으나, 인상 과정의 오차와 인상재의 혼수비를 맞추는 것이 까다롭고, 온도와 습도 등에 따라 인상재의 경화시간이 달라지는 등 일관된 결과를 기대하는 것이 어려운 점이 있었다.

또한, 실리콘 인상재와 같이 일정한 인상경화조건을 발현하는 재료는 가격이 비싸서 환자의 비용부담이 커지는 단점이 있고, 인상재를 구강내에서 경화 후 탈거하는 과정에서 잘 빠지지 않는 불편함이 있었다.

그리고, 주조를 이용한 보철물의 제작방법이 CAD/CAM을 이용한 방법으로 대체되면서, 보철물 제작을 위한 구강내 조직의 3차원적 데이터를 얻어야 하는 필요성이 대두되었고, 이를 위해 구강내 인상모델을 스캐너를 이용하여 획득하고자 하였으나, 인상과정과 스캐닝 과정이 중복되어 절차상의 번거로움이 증가되는 불편함이 있었다.

이와 같이 재료의 지속적 소비와 일관되지 않은 결과 및 적용과정상의 불편을 해소하고, CAD/CAM 기술을 적극적으로 적용하는 의료환경적 변화에 대응하기 위해, 광학장비를 이용하여 구강내의 3차원 환경을 직접 취득하는 방법이 고안되었다.

이를 위해 프로젝터를 광원으로 하여 구강내에 패턴광원을 조사하고, 이를 카메라로 취득하여 3각법을 이용하여 3차원 데이터로 변환하는 방법이 적용되었으나, 프로젝터를 이용한 광원은 음영대와 양영대 간의 광구배(Light Gradient)의 선예도가 높지 않고, 거리에 따라 빛 번짐이 심해 정밀도를 높이는 데에 한계가 있어 왔다.

또한, 패턴광원의 직접 수취 과정에서 광원의 산란과 난반사와 같은 광학적 문제가 정확한 데이터 수취에 방해요인이 되어, 정확한 3차원 재건에 있어 문제점으로 작용하였다.

또한, 패턴광원의 난반사를 해결하기 위해 스캔 대상면에 반사를 없애기 위한 용도로 이산화티타늄(Titanium dioxide) 분말을 도포하는 방법이 있으나, 도포된 분말의 일관성 없는 도포두께로 인해 결과적으로 대상물에 대한 정확한 3차원 측정이 불가능하고, 도포과정 또는 도포분말 제거과정에서 환자의 불편이 유발되었다.

이를 해결하기 위해 공초점 방식의 스캔방법이 제안되어 분말도포 없이 스캔이 가능하게 되었으나, 공초점 스캐너의 부품인 공초점디스크(Nipkow Disk)의 제조 및 기구조립성이 상대적으로 까다롭고, 공초점 방식에서 필수적으로 적용되어야 하는 고속촬영용 CCD 센서에 요구되는 성능(평균3,000fps 이상)이 상대적으로 높아 기술의 상용화 및 보급화에 어려움이 있어 왔다.

따라서, 환자의 건강 및 편의에 문제를 일으킬 가능성이 적고, 불필요한 분말도포를 배제한 상태에서 정확하게 직접적으로 인체조직을 3차원 모델링 할 수 있으면서 상용화 및 보급화가 용이한 휴대형 스캐너가 필요한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-1043976호 (등록일: 2011년06월17일)

본 발명의 실시예들은 광간섭 효과를 이용하여 환자의 치아 또는 피부와 같은 조직에 대한 정확한 3차원 모델링을 실시할 수 있는 소형화된 휴대형 스캐너를 제공하고자 한다.

본 발명의 휴대용 스캐너는, 광원이 조사되는 광 출력부;와, 상기 광 출력부로부터 출력된 출력광에 대한 초점이 생성되고 상기 출력광에 대한 방향성을 부여하는 광 조사부;와, 상기 광 조사부의 전방에 위치되어 전방과 측방으로 출력광을 안내하는 광 분할부;와, 상기 광 분할부의 전방에 위치되고 상기 광 분할부를 통해 안내된 출력광을 환자의 구강에 배치된 피측정대상물을 향해 반사시키는 제1 반사부;와, 상기 광 분할부의 주위에 배치되고 상기 피측정 대상물에서 제1 반사부를 통해 반사된 반사광 또는 상기 광 분할부에서 측방으로 안내된 출력광을 후방으로 반사시키는 제2 반사부;와, 상기 제2 반사부의 후방에 배치되고 상기 광 분할부로부터의 광이동 거리를 변화시키는 위상 변조부; 및 상기 위상 변조부를 통해 재반사된 광원과 상기 피측정대상물에서 반사된 광원을 수취하는 영상 정보 취득부를 포함한다.

여기서, 상기 광 출력부는 다파장 광원으로서, 엘이디 광(LED light) 또는 고휘도 다이오드 중의 어느 하나 또는 복수 개의 레이저 광원 중에서 선택될 수 있다.

그리고, 상기 광 조사부는 상기 출력광의 서로 다른 파장을 정렬하여 초점이 생성되는 초점 생성부; 및 상기 초점 생성부의 전방에 이격되어 상기 출력광에 직진성을 부여하는 제1 렌즈를 포함한다.

그리고, 상기 초점 생성부는 그린 렌즈(grin lens) 또는 광섬유 또는 핀 홀이 형성된 조리개 중의 어느 하나 또는 그린렌즈와 핀 홀이 형성된 조리개의 조합 또는 광섬유와 핀 홀이 형성된 조리개의 조합 또는 그린렌즈와 핀홀이 형성된 조리개와 광섬유의 조합 중에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 제1 렌즈는 오목렌즈와 볼록렌즈의 조합 또는 볼록렌즈 또는 오목렌즈 또는 평행광 렌즈 중의 어느 하나가 선택될 수 있다.

그리고, 상기 광 분할부는 증착 코팅된 평면유리 또는 증착 코팅된 직각프리즘 또는 증착 코팅된 접합프리즘 중의 어느 하나가 선택될 수 있다.

한편, 본 발명의 휴대용 스캐너는 상기 위상 변조부에서 반사된 반사광과 상기 피측정대상물로부터 반사된 반사광이 서로 간에 교차되면서 발생된 간섭광 또는 상기 피측정대상물에서 반사된 반사광만이 상기 영상 정보 취득부로 선택적으로 입력되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 휴대용 스캐너는 상기 광 분할부의 전방에 위치되어 상기 출력광을 상기 제1 반사부와 대응되는 면적으로 확산시키기 위한 제2 렌즈를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 반사부는 상기 광 분할부의 상부에 위치되어 상기 광 분할부에서 분할된 출력광을 상기 위상 변조부로 반사하는 제1 보조 반사부; 및 상기 광 분할부의 하부에 위치되어 상기 피측정대상물에서 반사되어 상기 광 분할부를 경유하여 측방으로 분할된 반사광 또는 상기 위상 변조부에서 반사되어 제1 보조 반사부를 경유하여 상기 광 분할부를 통과한 반사광이 영상 정보 취득부에 입사되도록 유도하는 제2 보조 반사부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 휴대용 스캐너는 상기 제1 보조 반사부와 상기 위상 변조부 사이에 배치되고 상기 제1 보조 반사부에서 반사된 반사광을 상기 위상 변조부에 집중광으로 전환하는 제3 렌즈를 포함할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너에서, 상기 위상 변조부는 이송부에 의해 일정 속도로 전후방으로 이동되는 디스크;와, 상기 디스크의 전면에 형성되고 상기 제 2 반사부에서 반사된 반사광을 재반사시키는 반사면;과, 상기 디스크의 전후방 이동량 또는 위치를 검출하는 위상 검출부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 디스크를 전후방으로 이동시키는 이송부는 사면캠 기구, 편심캠 기구, 배럴 캠 기구, 트윈 랙 앤 피니언 기구 또는 탄성부재를 구비한 단일 랙 앤 피니언 기구 중의 어느 하나의 기구를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 휴대용 스캐너는 상기 위상 변조부와 광 분할부 사이의 광 경로상에서 상기 광 분할부를 통해 분할된 출력광를 차단하여 상기 위상 변조부의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 영상 정보 취득부에 비간섭광 또는 상기 피측정대상물에서 반사된 반사광만이 수취되도록 하는 차폐부가 구비될 수 있다.

또는, 상기 휴대용 스캐너는 상기 광 출력부 외의 별도의 보조광원이 구비되고, 상기 위상 변조부의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 상기 광 출력부를 대신하여 상기 보조광원이 점등되어 상기 피측정대상물로 출력되어 상기 영상 정보 취득부에 상기 피측정대상물에서 반사된 상기 보조광원의 반사광만이 수취되도록 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너에서, 상기 위상 변조부는 원판 형태로 이루어지고 회전부에 의해 일정 속도로 회전이 이루어지는 디스크;와, 상기 디스크의 원주 방향을 따라 일정 간격을 가지고 깊이가 변화되는 깊이 변화부;와 상기 깊이 변화부의 내측에 위치되어 상기 제2 반사부에서 반사된 반사광을 재반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 깊이 변화부는 적어도 1개 이상의 반사면이 미 형성된 비반사부를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 휴대용 스캐너는 시술자의 손에 파지되는 파지부;와, 상기 파지부의 전방으로 연장되고 선단부에 상기 제1 반사부가 설치되어 환자의 구강 내측으로 삽입되는 삽입부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 휴대용 스캐너는 상기 삽입부에 착탈 가능하게 결합되는 보호 커버를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 휴대용 스캐너는 자유 회전 가능하게 연결된 연결구와, 상기 연결구에서 일정 길이를 가지고 연장된 연장 바가 다관절로 이루어진 스캐너 암을 포함하고, 상기 스캐너 암이 본체에 설치되도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 휴대용 스캐너는 상기 파지홈에 삽입되고 대칭형태로 형성되어 시술자의 손가락이 수용되는 탄성패드를 더 포함할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 휴대용 스캐너는 상기 광 출력부 내지는 상기 보조광원의 점멸 상태와 간격 및 파장과 밝기를 제어하고, 상기 위상 변조부의 작동 상태와, 상기 차폐부의 차폐 여부와 속도 및 주기를 제어하고, 상기 영상 정보 취득부에서 취득된 영상정보를 상기 위상 변조부에서 수취된 데이터 및 위치정보 검출부로부터 수취된 위치정보에 대해 동기화하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 휴대용 스캐너는 상기 제어부에서 수취된 데이터를 연산하여 3차원 영상 정보로 처리하고, 상기 피측정대상물의 컬러정보를 매핑하는 데이터 처리 모듈을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 환자의 치아 치료 및 형상에 대한 정확한 데이터를 획득하고, 이를 3차원으로 모델링하기 위한 휴대용 스캐너를 휴대용으로 사용할 수 있으므로 시술자의 편의성 및 휴대성이 향상되고, 치아에 조사된 반사광의 산란이 최소화되므로 미리미터(mm) 단위의 깊이를 측정하는데 보다 편리하게 사용할 수 있다.

또한 대량 생산이 가능하고 상대적으로 비용이 저렴한 휴대용 스캐너를 제작할 수 있으므로 의료용 장비로 편리하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너를 간략히 도시한 도면.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 휴대용 스캐너에 포함된 전후방향 이동 타입의 위상 변조부에 대한 다양한 실시예를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 휴대용 스캐너에 포함된 회전 디스크 타입의 위상 변조부의 실시예를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너가 설치된 상태를 도시한 설치 사시도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너를 도시한 사시도.
도 10 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너의 작동 상태도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너에 의해 광 간섭이 발생된 상태를 치아(어금니)를 일 예로 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너가 무선 상태로 데이터를 전송하는 상태를 간략히 도시한 사시도.

본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 스캐너의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 휴대용 스캐너(1)는 피측정 대상물(10)인 치아에 대해 광 간섭 효과를 이용하여 스캐닝을 실시하고, 시술자가 사용하기 편리하도록 소형화시켜 상기 치아에 대한 3차원 스캐닝 모델을 생성할 수 있다.

이를 위해 휴대용 스캐너(1)는 내부 부품이 고정되는 몸체부(1a)와, 상기 몸체부(1a)의 전방으로 연장되고 선단부에 환자의 구강 내측으로 삽입되는 삽입부(1b)를 포함한다.

여기서, 상기 몸체부(1a)는 경우에 따라 스캐너 암에 부착시켜 사용함으로써 시술자가 보다 편리하게 시술을 실시할 수도 있는데, 이와 관련된 실시예가 도 8 및 도 9에 도시되어 있다.

휴대용 스캐너(1)는 파지홈(1d)에 삽입되고 대칭형태로 형성되어 시술자의 손가락이 수용되는 탄성패드(5)를 포함하는데, 상기 탄성패드(5)는 고유의 탄성으로 인해 서로 다른 형태와 크기를 가지는 사용자의 손에 대해서 적응변형되어 편안하게 파지되어 휴대용으로 사용하기가 용이하고, 대칭형태로 인해 왼손과 오른손 각각에 대해 그립성이 균등하게 발휘되고, 휴대용 스캐너(1)를 90도 내지는 180도로 돌려잡아야 하는 경우에 대해서도 손쉽게 파지하는 것이 가능하다.

몸체부(1a)의 외측에는 시술자의 손가락이 안착되는 탄성패드(5)가 고정되도록 파지홈(1d)이 좌우 및 상하 방향으로 대칭형태로 형성되는데, 이와 같이 파지홈(1d)이 형성될 경우 시술자가 오른손잡이 또는 왼손잡이인 경우에 상관없이 모두 사용할 수 있으므로 편의성이 향상되고 휴대가 편리해진다.

파지홈(1d) 내지는 탄성패드(5)는 좌우 및 상하 대칭으로 형성되므로 시술자가 휴대용 스캐너(1)의 삽입부(1b) 방향을 전방으로 위치시킨 상태에서 엄지와 검지를 이용하여 90도 또는 180도 회전시키는 경우에도 탄성패드(5)에 손가락이 안정적으로 안착될 수 있다.

또한, 첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 휴대용 스캐너(1)는 시술자가 손에 파지한 상태로 자유 회전 가능하게 연결된 연결구(1c)에 연결될 수 있고, 다시 상기 연결구(1c)에서 일정 길이를 가지고 연장된 연장 바(1d)가 상호간에 다관절로 연결되어 구성된 스캐너암(1e)이 본체(1f)에 설치될 수 있다.

이 경우 휴대용 스캐너(1)는 연장 바(1d)에 의해 안정적으로 설치된 상태가 유지되어 환자의 구강에 대한 스캐닝이 이루어지는 동안 흔들림으로 인한 노이즈 발생이 최소화되어 보다 정밀한 3차원 데이터가 생성될 수 있다.

본체(1f)는 환자가 착석한 의자에 연결되거나 별도의 구조물일 수 있으며 흔들림이 발생되지 않는 별도의 구조물이 사용될 수도 있다.

다시 도 1로 돌아와 본 발명의 휴대용 스캐너(1)를 상세히 설명하면, 몸체부(1a)의 내측에 위치되고 광원이 조사되는 광 출력부(100)와, 상기 광 출력부(100)로부터 출력된 출력광에 대한 초점이 생성되고 상기 출력광에 대한 방향성을 부여하는 광 조사부(200)와, 상기 광 조사부의 전방에 위치되어 전방과 측방으로 출력광을 안내하는 광 분할부(300)와, 상기 광 분할부(300)의 전방에 위치되고 상기 광 분할부(300)를 통해 안내된 출력광을 환자의 구강에 배치된 피측정 대상물(10)을 향해 반사시키는 제1 반사부(400)와, 상기 광 분할부(300)의 주위에 배치되고 상기 피측정 대상물(10)에서 제1 반사부(400)를 통해 반사된 반사광 또는 상기 광 분할부에서 측방으로 안내된 출력광을 후방으로 반사시키는 제2 반사부(500)와, 상기 제2 반사부(500)의 후방에 배치되고 상기 광 분할부(300)로부터의 광이동 거리를 변화시키는 위상 변조부(600) 및 상기 위상 변조부(600)를 통해 재반사된 광원과 상기 피측정대상물에서 반사된 광원을 수취하는 영상 정보 취득부(700)를 포함한다.

광 출력부(100)는 광대역 광원 내지는 다파장 광원으로서 엘이디 광 또는 고휘도 다이오드 중의 어느 하나 또는 여러 파장의 레이저가 섞인 혼합광원이 선택적으로 사용될 수 있는데, 여기서 광대역 광원 내지는 다파장 광원이라 함은 서로 다른 파장을 갖는 광자가 2개 이상 발산되는 광원을 의미하는 것이다. 또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 엘이디 광으로 기술하고 있지만 이로 한정될 필요는 없으며, 다파장 광원 중 저간섭성과 고휘도를 충족하는 것이면 어느 형태든 가능하다. 또한 상기 엘이디 광의 컬러는 화이트가 사용될 수 있으나 상기 컬러로 반드시 한정되지 않는다.

상기 엘이디 광은 소정의 크기로 이루어진 기판에 설치되고, 상기 기판은 전원이 내장된 배터리 또는 휴대용 스캐너(1)의 외측으로 연장된 전원 케이블(미도시)을 통해 전원을 인가받아 작동된다.

광 조사부(200)는 광 출력부(100)의 전방에 위치되고 초점 생성부(210)와 제1 렌즈(220)를 포함한다. 초점 생성부(210)는 출력광의 서로 다른 파장을 정렬하여 초점이 생성되도록 그린 렌즈(grin lens) 또는 광섬유(optic fiber) 또는 핀 홀이 형성된 조리개 중의 어느 하나 또는 그린렌즈와 핀 홀이 형성된 조리개의 조합 또는 광섬유와 핀 홀이 형성된 조리개의 조합 또는 그린렌즈와 핀홀이 형성된 조리개와 광섬유의 조합이 사용될 수 있다.

즉, 출력광은 서로 다른 파장을 가지고 전방을 향해 조사되는데, 상기 출력광을 그대로 사용할 경우 파장이 정렬되지 않아 환자의 치아에 대한 정확한 간섭무늬 데이터를 취득하기 어려우므로 초점 생성부(210)가 필요하며, 본 발명의 실시예에서는 초점 생성부(210)로서 핀 홀이 형성된 조리개(40)가 설치된 예가 도시되어 있다.

이와 같이, 출력광은 초점 생성부(210)인 조리개(40)를 통과하면서 그 파장이 정렬되어 결맞음성(coherence)을 갖게 된 뒤 전방으로 조사된다. 또한 조리개(40)를 통과한 출력광은 제1 렌즈(220)를 통과한 후에 파장이 일정한 폭을 가지는 평행광 형태로 전환되어 전방을 향해 조사된다.

제1 렌즈(220)는 초점 생성부(210)의 전방에 위치되어 출력광에 직진성을 부여하기 위해 구강용 스캐너(1)의 내측에 고정될 수 있으며, 초점이 생성된 출력광을 광 분할부(300)로 안내한다. 제1 렌즈(220)로 사용되는 렌즈는 오목렌즈와 볼록렌즈의 조합 또는 볼록렌즈 또는 오목렌즈 중의 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있으며, 일 예로 텔리센트릭 렌즈(Telecentric Lens)가 사용되는 것이 바람직하나 상기 렌즈로 반드시 한정되지는 않으며 출력광을 평행광 형태로 변경시킬 수 있는 다른 렌즈가 사용되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

광 분할부(300)는 후술할 위상 변조부(600)에서 반사된 반사광과 피측정대상물(10)에서 반사된 반사광이 서로 간에 교차되면서 발생된 간섭광이 영상 정보 취득부(700)에서 취득되기 위해 설치된다.

광 분할부(300)는 증착 코팅된 평면유리나 증착 코팅된 직각프리즘, 또는 증착 코팅된 접합프리즘 중의 어느 하나가 경사진(예를 들면, 약 45도) 프리즘 면이 서로 마주보도록 밀착된 구조를 갖는데, 이러한 광 분할부(300)에 출력광이 조사될 경우 일부는 전방으로 직진되었다가 대상물에 조사된 후 반사되어 되돌아오고, 나머지는 후술할 제2 반사부(500)를 거쳐 위상 변조부(600)에서 반사된 뒤 다시 제2 반사부(500)에서 재반사되어 되돌아온다. 그리고, 되돌아오는 반사광들에 의해 생성된 광간섭 영역이 영상 정보 취득부(700)로 입력되어 환자의 치아에 대한 데이터로 저장되는데, 이에 대한 보다 상세한 설명은 제2 반사부(500)를 설명하면서 하기로 한다.

광 분할부(300)는 광 출력부(100)와 서로 마주보는 방향으로 배치되며, 위치를 고정하는 별도의 위치 고정부재(미도시)에 의해 고정 위치가 안정적으로 유지된다.

위상 변조부(600)는 도면을 기준으로 전방 또는 후방을 향하는 방향의 광이동 거리를 변화시키는 구성인데, 이는 광 분할부(300)에서 치아(피측정대상물)와의 제1 길이(L1)와, 상기 광 분할부(300)에서 상기 제1 보조 반사부(510)를 거쳐 위상 변조부(600)에 형성된 반사면(630)까지의 제2 길이(L2)가 동일 길이일 때에는 광 간섭이 발생되고, 상기 제1,2 길이(L1, L2)가 불일치될 경우 광 간섭이 발생되지 않는 현상을 만들어내기 위한 것이다.

본 실시예에 의한 위상 변조부(600)는 구강 스캐너(1)의 내부에서 길이 방향을 기준으로 전후방으로 이동되는 이동 타입과, 회전부에 의해 정위치에서 회전되는 회전 타입으로 구성되어 제2 길이(L2)의 변화를 일으킴으로써 거리에 따른 광 간섭을 유발하고, 이를 통해 3차원 재구성이 가능한 간섭무늬 데이터를 획득할 수 있는데, 위상 변조부(600)의 다양한 실시예에 대해서는 본 발명의 전체적인 구성을 살펴본 후 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

위상 변조부(600)의 다양한 실시예는 광이동 거리를 변화시키는 기구적인 메커니즘에서 차이가 있기는 하지만 이를 이용하는 기본적인 원리는 동일하다. 즉, 모든 위상 변조부(600)에는 반사면(630)이 형성되어 있으며, 위상 검출부(650)가 상기 반사면(630)의 이동에 따른 서로 다른 위치를 감지하여 그 결과를 제어부(800)로 전송하고, 상기 제어부(800)에 입력된 위상 변동 데이터는 영상 정보 취득부(700)로부터 수취된 영상정보 데이터와 상기 휴대형 스캐너의 위치정보 검출부(1000)로부터 수취되어 피측정대상물에 대한 상기 휴대형 스캐너의 상대적 위치를 알 수 있는 위치정보데이터와 함께 동기화되어, 환자의 치아에 대한 3차원 스캐닝 모델 생성을 위한 데이터로 활용되는 것이다.

제2 렌즈(20)는 광 분할부(300)의 전방에 위치되어 상기 광 분할부(300)를 경유한 출력광을 제1 반사부(400)로 확산시킨다. 제1 반사부(400)는 제2 렌즈(20)의 전방으로 일정 거리 이상 이격되어 위치되고, 환자의 치아에 출력광을 반사시키기 위해 45도 경사진 거울 또는 반사 가능한 프리즘이 선택적으로 사용된다. 제1 반사부(400)는 환자의 구강 내에 위치되고 서로 다른 크기로 이루어진 다양한 치아의 크기에 상관없이 출력광이 치아로 조사되도록 상기 치아의 크기보다는 상대적으로 큰 면적으로 이루어져 출력광을 반사한다.

제2 반사부(500)는 제1 보조 반사부(510)와 제2 보조 반사부(520)를 포함하고, 상기 제1 보조 반사부(510)는 광 분할부(300)의 상부에 위치되어 상기 광 분할부(300)에서 분할된 출력광을 위상 변조부(600)로 반사한다.

제2 보조 반사부(520)는 상기 광 분할부(300)의 하부에 위치되어 상기 피측정대상물(10)에서 반사되어 상기 광 분할부(300)를 경유하여 분할된 반사광 또는 상기 위상 변조부(600)에서 반사되어 제1보조 반사부(510)를 경유하여 상기 광 분할부(300)를 통과한 반사광이 영상 정보 취득부(700)에 반사되도록 유도한다.

제1 보조 반사부(510)와 제2 보조 반사부(520)는 상기 광 분할부(300)를 기준으로 각각 상부와 하부에 서로 마주보는 상태로 위치되고, 45도 경사진 반사 프리즘 또는 거울이 사용되어 후방을 향해 반사광을 반사시킨다.

휴대용 스캐너(1)는 상기 제1 보조 반사부(510)와 위상 변조부(600) 사이에 배치되어 상기 제1 보조 반사부(510)에서 반사된 반사광을 상기 위상 변조부(600)에 집중광으로 전환하는 제3 렌즈(30)를 포함한다.

영상 정보 취득부(700)는 통상의 CCD카메라가 사용되는 것이 비용상 유리하지만 다른 특성을 갖는 카메라가 선택적으로 설치될 수도 있다.

데이터 처리 모듈(900)은 위상 변조부(600)에서 반사된 반사광이 피측정대상물에서 반사된 반사광과 광 분할기(300)에서 만남으로써 생성된 간섭무늬 또는 간섭광은 광 분할기(300)로부터 위상 변조부(600)까지의 이동경로 길이와 광 분할기(300)로부터 대상물까지의 광 이동 경로길이가 같은 영역에서만 발생하여 상대적으로 밝은(High Intensity) 영역으로 표시되는 광학적 성질을 이용하여, 밝은 영역이 표시된 영상영역을 X, Y와 같은 2차원 좌표로 변환하고, 위상 변조부(600)에서 수취된 위상 변화값을 Z와 같은 좌표단위로 변환하여 계산함으로써 결과적으로 3차원 영상을 구현하게 된다.

그리고, 더 나아가 밝은 영역을 갖는 영상데이터와 위상변화값으로부터 구현된 개별적인 3차원 영상은 위치정보 검출부(1000)에서 취득된 위치정보데이터를 기반으로 확장 또는 정합되어, 결과적으로 대상물 전체에 대한 3차원 데이터를 구현할 수 있다.

휴대형 스캐너(1)는 스캐닝 과정에서 상기 휴대형 스캐너(1)가 상기 피측정대상물에 대해서 갖는 상대적 위치변화를 검출하는 위치정보 검출부(1000)를 포함하고, 상기 위치정보 검출부(1000)는 자이로센서 또는 지자기센서 또는 가속도 센서 중 어느 하나 또는 두 이상의 조합으로 구성될 수 있다.

제어부(800)는 광 출력부(100)의 점멸여부와, 광 출력부(100)의 점멸시간간격과, 광 출력부(100)의 파장 및 위상 변조부(600)의 작동여부와, 위상 변조부(600)의 작동속도 및 위상 변조부(600)로부터 수취되는 위상값과, 위치정보 검출부(1000)로부터 수취되는 위치변화값과 영상 정보 취득부(700)의 취득 여부와 영상 정보 취득부(700)의 취득시간 간격과 영상 정보 취득부(700)의 셔터속도와, 차폐부(4)의 차폐여부와 차폐주기 및 속도를 제어할 수 있다. 제어부(800)는 제어 대상값과 영상 정보 취득부(700)로부터 취득되는 영상정보를 동기화하고, 동기화된 정보는 통합되어 최소의 신호형태로 전송되도록 변환될 수 있다.

또한, 휴대용 스캐너(1)는 제어부(800)에서 수취된 데이터를 연산하여 3차원 영상 정보로 정합 및 모델링을 실시하고, 추가적으로 모델링데이터에 피측정대상물(10)이 갖는 컬러정보를 매핑하는 것을 특징으로 하는 데이터 처리 모듈(900)을 포함할 수도 있다.

즉, 본 발명의 휴대용 스캐너(1)는 위상 변조(600)부와 광 분할부(300) 사이의 광 경로상에 구비되면서 광 분할부(300)를 통해 분할된 출력광를 차단하여, 상기 위상 변조부(600)의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 영상 정보 취득부(700)로 비간섭광 또는 피측정대상물(10)의 컬러정보가 수취되도록 함으로써 피측정대상물(10)의 표면컬러 영상정보가 취득되도록 하는 차폐부(4)를 포함할 수 있다. 상기 차폐부(4)는 위상 변조부(600)에 연동되어 사용되거나, 또는 제어부(800)에 의해 독립적으로 제어될 수도 있다.

대안적으로, 휴대용 스캐너(1)는 도 10 및 도 11에 도시된 것과 같이 보조광원(101)을 별도로 구비할 수 있는데, 위상 변조부(600)의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 또는 위상변조주기와 무관하게 광 출력부(100)의 전원을 차단하고 보조광원(101)을 점등하여 영상 정보 취득부(700)로 보조광원(101)의 반사광이 수취되도록 함으로써 피측정대상물(10)의 표면컬러 영상정보가 취득되도록 하는 것도 가능하다. 이때, 보조광원(101)은 삽입부(1b) 내부 또는 외부에 별도로 구비되거나 광 분할기(300)의 측방 또는 광 분할부(300)와 제1 반사부(400) 사이에 구비될 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 휴대용 스캐너(1)는 3차원 스캐닝 모델에 컬러 매핑을 진행하는 것은 물론 구강사진기로도 활용할 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같이, 위상 변조부(600)는 구강 스캐너(1)의 내부에서 길이 방향을 기준으로 전후방으로 이동되는 이동 타입과, 회전부에 의해 정위치에서 회전되는 회전 타입으로 구성될 수 있는데, 이에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 본 발명의 다양한 위상 변조부(600)를 설명함에 있어서 사용되는 "디스크(610)"의 구성은 그 용어에서 통상적으로 파악되는 원판 형상의 의미에도 불구하고 반사면(630)이 형성된 이동체를 통칭하는 것으로 사용됨을 유념할 필요가 있다.

첨부된 도 2를 참조하면, 위상 변조부(600)가 이동 타입으로 구성될 경우 이송부(601)에 의해 일정 속도로 전후방으로 이동되는 디스크(610)와, 상기 디스크(610)의 전면에 형성되고 상기 제 2 반사부에서 반사된 반사광을 재반사시키는 반사면(630)과, 상기 디스크의 전후방 이동량 또는 위치를 검출하는 위상 검출부(650)를 포함한다.

도 2에 도시된 실시예에서의 이송부(601)는 모터(601a)에 설치된 모터축에 삽입되고 전면이 일측 방향으로 경사진 경사면이 형성된 사면캠(601b)과, 상기 사면캠(601b)이 삽입된 케이스(601c)의 내부에 삽입되고 상기 사면캠(601b)의 경사면에 일단이 지지되어 케이스(601c)의 외측으로 연장되며 타단에 설치된 탄성부재(601e)에 지지되어 상기 사면캠(601b)에 의해 전, 후 방향으로 이동되는 슬라이딩 부재(601d)를 포함한다.

탄성부재(601e)는 디스크(610)의 전방에 위치되어 상기 디스크(610)에 대한 왕복 이송 복원력을 발생시키는데 본 실시예에서는 코일 스프링을 사용하는 것으로 한정하나 탄성 복원력이 발생되는 다른 스프링이 사용되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

사면캠(601b)은 원통 형태로 이루어지고, 전면에 경사면이 형성되어 슬라이딩 부재(601d)가 상기 경사면과 면 또는 점 접촉된 상태로 위치되고, 전술한 탄성부재(601e)에 의해 경사면으로 항시 탄지된 상태가 유지된다.

사면캠(601b)이 회전될 경우 슬라이딩 부재(601d)는 경사면에 의해 탄성부재(601e)를 향해 전방 또는 후방으로 이동되며 케이스(601c)에 부분 삽입된 상태이므로 외측으로 이탈되지 않고 안정적으로 이동된다.

위상 변조부의 다른 실시예로서 편심캠(601g)을 이용하여 이송부를 구성한 일 예는 도 3에 도시되어 있다. 참고로, 도 3 내지 도 6의 실시예는 서로 다른 구조를 갖는 이송부의 구성을 중심으로 설명할 것이며, 모터(601a)나 제 2 반사부에서 반사된 반사광을 재반사시키는 반사면(630), 디스크(610)의 전후방 이동량 또는 위치를 검출하는 위상 검출부(650)와 같이 공통되는 구성 또는 그밖에 통상의 기술자에게 자명한 주지관용기술에 대한 설명 내지는 도시는 생략될 수 있다.

첨부된 도 3을 참조하면, 위상 변조부(600)는 모터(미도시)의 회전력을 전달받는 편심캠(601g)과, 상기 편심캠(601g)과 접촉된 상태로 위치되는 디스크(610)의 전면에 형성된 반사면(630)과, 상기 디스크(610)의 전면에 위치되어 편심캠(601g)의 회전에 따른 디스크(610)의 전후 방향으로의 이동을 지지하는 탄성부재(601e)를 포함한다.

편심캠(601g)은 모터축이 편심된 위치에 삽입되어 있으므로 상기 편심캠(601g)이 회전될 경우 상기 디스크(610)가 화살표로 도시된 바와 같이 전후 방향으로 이동되면서 치아와의 상대 거리가 변화된다.

그리고, 캠을 이용한 또 다른 실시예로서 배럴 캠(601h)(Barrel Cam)을 이용하는 위상 변조부(600)의 또 다른 실시예를 도 4에 도시하였다.

배럴 캠(601h)은 원통체의 표면에 나선형의 홈(601i)을 형성한 것인데, 종동체인 디스크(610)에 고정된 가이드 핀(601j)이 상기 홈(601i) 안에 끼워져 있고, 이에 따라 모터(601a)의 모터축에 연결된 배럴 캠(601h)이 회전하면 홈(601i)의 형상을 따라 가이드 핀(601j)이 이동함으로써 결과적으로 디스크(610)가 전후 방향으로 이동하게 된다. 여기서, 도 4에 도시되어 있지는 않지만, 종동체인 디스크(610)의 이동을 전후 방향으로 제한하는 가이드 부재가 구비되어야 함은 통상의 기술자라면 자명하게 이해할 것이다.

그리고, 배럴 캠(601h)의 회전각도에 따른 디스크(610)의 전후 이동량은 원통체의 표면에 나선형의 홈(601i)의 프로파일에 좌우되는데, 제어의 편의성을 위해서 배럴 캠(601h)의 회전각도에 따른 디스크(610)의 전후 이동량이 선형적인 변화를 갖도록 단순화시키는 것이 유리할 수 있다. 이는 배럴 캠(601h)의 원통 표면을 직사각형의 전개도로 표현할 때 홈(601i)의 프로파일이 전개도 상에서 일정한 각도를 가진 직선으로 나타나는 것을 의미하며, 이때 상기 홈(601i)의 프로파일을 나타내는 직선의 기울기가 배럴 캠(601h)의 회전각도에 따른 디스크(610)의 전후 이동량을 결정하게 된다.

한편, 위상 변조부(600)가 이동 타입으로 구성되는 실시예는 캠 타입 이외에 기어 타입으로 구현되는 것도 가능하며, 이러한 실시예가 도 5 및 도 6에 도시되어 있다.

도 5의 실시예는 트윈 랙 앤 피니언 타입으로 명명할 수 있는데, 모터(601a)의 모터축에 결합된 구동기어인 제1 평기어(601k)에 한 쌍의 종동기어인 제2 평기어(601l)가 180도 대향하여 치합되고, 제2 평기어(601l)의 축 상에 형성된 제3 평기어(601m)가 디스크(610) 측면에 각각 180도 대향하여 구비된 랙(601n)(Rack)에 치합된 구조를 가지는 것이며, 이에 따라 모터(601a)가 정·역회전하면 위상 변조부(600)가 전후 방향으로 이동하게 되는 것이다. 여기서, 본 발명의 실시예에는 평기어가 적용되는 것으로 도시 및 설명되었지만, 헬리컬 기어가 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 기어 타입의 위상 변조부(600)의 실시예로서는 도 6의 탄성부재를 구비한 랙 앤 피니언 타입으로도 구현될 수 있다. 도 6의 실시예는 기본적으로 디스크(610)에 하나의 랙(601n)이 구비되고, 상기 랙(601n)과 치합되는 피니언(601o)이 모터(601a)와 연결된 랙 앤 피니언 구조인 것은 도 5의 실시예와 유사하여 단일 랙 앤 피니언 타입으로 명명할 수 있는데, 이러한 본 실시예에서는 피니언(601o)의 일측단에 기어가 미형성된 평면 구간이 존재함에 따라 회전주기 중 일부 구간에서는 랙(601h)과의 치합이 해제될 수 있기 때문에 디스크(610)의 일측(반사면이 형성된 쪽의 반대측)에 탄성부재(601e)를 설치하여 위상변조부(600)의 초기 위치를 복원시키는 것이 특징이다. 즉, 도 6의 탄성부재(601e)와 결합된 단일 랙 앤 피니언 타입의 이송부는, 피니언(601o)의 일부 구간에 기어가 미형성된 평면 구간을 형성함으로써 피니언(601o)이 회전한 끝에 평면 구간이 랙(601h)과 만나게 되면 탄성부재(601e)의 탄성력으로 디스크(610)를 초기 위치로 신속하게 자동으로 복귀시키도록 구성된 것이다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 위상 변조부(600)로서 회전부에 의해 정위치에서 회전되는 회전 타입은 도 7에 도시되어 있다.

첨부된 도 7을 참조하면, 위상 변조부(600)는 원판 형태로 이루어지고 회전부(602)에 의해 일정 속도로 회전이 이루어지는 디스크(610)를 포함하되, 상기 디스크(610)는 원주 방향을 따라 일정 간격을 가지고 깊이가 변화되는 깊이 변화부(620)의 내측에 위치되어 상기 제2 반사부(500)에서 반사된 반사광을 재반사 시키는 반사면(630)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

디스크(610)는 원주 방향을 따라 복수 개의 반사면(630)이 형성되어 있는데, 상기 반사면(630)의 깊이는 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라서 갈수록 그 깊이가 깊어지도록 이루어짐으로써 디스크(610)를 전후 방향으로 이동하지 않고서도 제2 거리(L2)에 대한 변화를 유발시켜 광 간섭 효과를 야기시킬 수 있다.

깊이 변화부(620)는 디스크(610)의 중앙을 기준으로 원주 방향에 방사 상태로 일정 간격을 가지고 배치되되 반사면(630)이 상기 제1 보조 반사부(510)와 마주보는 상태로 위치되므로, 상기 제1 보조 반사부(510)를 통해 반사되는 반사광을 재반사시킬 수 있다. 상기 반사면(630)은 반사가 가능한 렌즈 또는 반사 가능한 필름 중의 어느 하나가 선택적으로 사용되며 전술한 구성 이외의 다른 구성으로 변경될 수 있다.

여기서, 복수의 깊이 변화부(620)에는 적어도 하나 이상의 비반사부(640)가 포함될 수 있는데, 상기 비반사부(640)에는 반사면이 미 형성되어 제어부(800)에 치아의 실제 형성 정보가 입력된다. 디스크(610)는 회전부(602)에 의해 소정의 속도로 회전이 이루어지는데, 상기 비반사부(640)는 디스크(610)의 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 반사면(630) 중 n개만 반사면(630)이 미 형성되어 있으므로 제어부(800)에 디스크(610)의 1회전이 이루어질 때 마다 광 간섭이 이루어지지 않은 피측정대상물(10)의 컬러 영상이 영상 정보 취득부(700)로 입력된다.

회전부(602)는 통상의 모터가 사용되나, 디스크(610)를 회전시킬 수 있는 다른 구성이 사용되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 의한 휴대용 스캐너의 사용 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 9 내지 도 11을 참조하면, 시술자는 환자마다 새로운 보호커버(3)를 삽입부(1b)에 결합시킴으로써 휴대용 스캐너(1)를 위생적으로 사용할 수 있으며, 이때 제1 반사부(400)와 대응되는 보호커버(3)의 면은 개구되어 있다.

시술자는 휴대용 스캐너(1)를 사용하고자 할 경우 보호커버(3)를 삽입부(1b)의 외측으로 분리시키거나 교체한 후에 탄성패드(5)에 엄지와 검지, 중지를 위치시켜 안정적으로 파지한다. 상기 탄성패드(5)는 시술자가 휴대용 스캐너(1)를 어느 방향에서 파지하는 경우에도 엄지와 검지, 중지가 안착되므로 보다 편리하게 사용할 수 있다.

시술자는 탄성패드(5)를 손으로 파지한 후에 삽입부(1b)를 환자의 구강에 위치시킨 상태에서 스위치(미도시)를 누르면, 엘이디 광에서 초점 생성부(210)를 향해 출력광이 조사되는데, 상기 출력광은 초점 생성부(210)에서 초점이 생성된 후에 제1 렌즈(220)를 경유하면서 직진성이 부여되어 광 분할부(300)로 이동된다.

출력광은 광 분할부(300)를 경유하여 제2 렌즈(20) 및 제1 반사부(400)로 이동된 후에, 상기 제1 반사부(400)의 자체 경사각에 의해 도면에 도시된 상태로 환자의 치아를 향해 조사되고, 상기 치아에 조사된 출력광은 재반사된 후에 제1 반사부(400)를 경유하여 광 분할부(300)로 이동된다.

반사광은 제1 보조 반사부(510)와 제3 렌즈(30)를 경유하여 위상 변조부(600)의 디스크(610)로 조사되고, 상기 디스크(610)에 형성된 반사면(630)에 재반사되어 제1 보조 반사부(510)를 향해 이동된다.

디스크(610)는 이송부(601)에 의해 전후방향으로 이동하거나 또는 회전부(602)에 의해 소정의 속도로 회전되고, 이를 통해 전술한 제1 길이(L1)와 제2 길이(L2)가 서로 간에 일치되는 구간을 달리하여 광간섭 데이터를 수취할 수 있는데, 이때 제1 길이(L1)과 제2 길이(L2)가 동일한(또는 거의 동일한) 피측정대상물의 영역에 대해서만 광간섭이 검출되고, 그 외의 불일치 되는 영역에서는 광간섭이 검출되지 않게 된다.

상기 간섭광은 레이저와 같은 가간섭성(Coherency)이 좋은 광원에서는 제1길이(L1)와 제2길이(L2)차가 파장의 배수관계에 있을 때도 간섭무늬가 등고선 또는 직선 등의 무늬형태로 발생할 수 있는데, 이는 위상모호성 또는 기생무늬라는 문제가 될 수 있다. 즉, 제1길이(L1)와 제2길이(L2)가 서로간에 일치할 때만 광간섭이 있는 경우가 길이판정을 더 정확하게 할 수 있는데, 이를 위해서 저결맞음광원(Low-coherent Light)를 사용한다. 저결맞음광원은 백색광과 같이 여러 파장의 광이 혼재된 광원이 적용되며, 일 예로 LED나 고휘도 다이오드 또는 복수 개의 레이저 광원을 섞은 다파장 광원이 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 아니한다.

저결맞음광원이 사용될 경우 제1길이(L1)와 제2길이(L2)가 일치한 또는 거의 일치한 위상변조구간에서만 간섭광이 발생되는데, 이는 상대적인 빛의 밝기로 표현된다. 즉, 광간섭이 발생한 부분은 밝은(High Intensity) 영역으로 나타나며, 이러한 특성은 간섭무늬의 패턴형상만을 이용하여 계산하는 단일파장에 의한 간섭계보다 계산이 용이하게 진행될 수 있게 한다.

즉, 대면적(Meso-scale)에서는 간섭무늬가 발생하더라도 작게 보이며, 간섭이 일어난 부분이 상대적으로 밝게 되므로, 제1길이(L1)와 제2길이(L2)가 같은 영역은 전체적으로 밝은 영역으로 지정할 수 있기 때문이다.

시술자는 환자의 치아에 대한 보다 정확한 3차원 스캐닝 데이터를 획득하기 위해 상기 삽입부(1b)를 치아 주변의 다양한 위치로 이동시키면서 치아에 대한 스캐닝 데이터를 제어부(800)로 입력시킬 수 있다.

반사광은 제1 보조 반사부(510)와 광 분할부(300) 및 제2 보조 반사부(520)를 경유하여 영상 정보 취득부(700)에 입력되고, 상기 휴대용 스캐너(1)의 이동에 따른 이동 변위는 위치정보 검출부(1000)를 통해 제어부(800)로 입력된 후에 데이터처리부를 통해 영상정보데이터를 정합하는 데에 활용된다.

첨부된 도 12의 (a) 내지 (b)를 참조하면, 치아에 대한 스캐닝을 실시하면 광 간섭이 발생될 경우 등고선 또는 직선이 혼합된 형태로 다양한 광 간섭 무늬영역이 생성되는데, 상기 광 간섭 무늬영역은 2D의 사진 영상에서 X, Y 좌표값으로 간주할 수 있고, 위상 변조부(600)의 이동값은 피측정대상물에 대한 깊이값으로서 Z좌표값으로 환산될 수 있어, 최종적으로 환자의 치아에 대한 3차원 모델링이 생성된다.

참고로 도 12 (a)의 밝은 부분은 검은 부분에 비해 상대적으로 깊이(depth)가 다른 곳에 해당되는데, 깊이 차이는 영상정보가 취득되는 시간차 동안에 이동한 위상 변조부의 이동거리와 같다고 간주할 수 있다. 또한, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 대한 3차원 모델링이 이루어진 형상을 일 예로 나타낸 도면이다.

상기의 3차원 모델링 과정에서 상기 차폐부(4)를 이용하여 제1 보조 반사부(510)를 경유하는 빛을 차단하면 간섭무늬가 발생하지 않은 영상정보를 상기 영상 정보 취득부(700)가 수취하게 되고, 상기 간섭무늬가 없는 영상정보로부터 추출한 피측정대상물(10)의 컬러정보를 상기 데이터처리모듈(900)에서 처리된 3차원 모델링에 매핑하면 실제와 같은 3차원 모델링을 구현할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 별도의 보조광원(101)을 구비하고, 위상 변조부(600)의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 또는 위상변조주기와 무관하게 광 출력부(100)의 전원을 차단하고 보조광원(101)을 점등하여 영상 정보 취득부(700)로 보조광원(101)의 반사광이 수취되도록 함으로써 피측정대상물(10)의 표면컬러 영상정보가 취득되도록 하는 것도 가능하다.

그리고, 첨부된 도 13을 참조하면, 본 실시예에 의한 휴대용 스캐너(1)는 무선 방식으로 서버 또는 컴퓨터 본체와 연결될 수 있는데, 이 경우 휴대용 스캐너(1)에 설치된 무선 통신 모듈(50)을 통해 무선으로 접속되어 환자의 구강에 대한 데이터를 보다 편리하게 전송시켜 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 치환 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

20, 30 : 제2,3 렌즈 100 : 광 출력부
200 : 광 조사부 210 : 초점 생성부
220 : 제1 렌즈 300 : 광 분할부
400 : 제1 반사부 500 : 제2 반사부
510, 520 : 제1,2 보조 반사부
600 : 위상 변조부 610 : 디스크
620 : 깊이 변화부 630 : 반사면
650 : 위상 검출부 700 : 영상 정보 취득부
800 : 제어부 900 : 데이터 처리 모듈
1000: 위치정보 검출부

Claims

광원이 조사되는 광 출력부(100);
상기 광 출력부(100)로부터 출력된 출력광에 대한 초점이 생성되고 상기 출력광에 대한 방향성을 부여하는 광 조사부(200);
상기 광 조사부의 전방에 위치되어 전방과 측방으로 출력광을 안내하는 광 분할부(300);
상기 광 분할부(300)의 전방에 위치되고 상기 광 분할부(300)를 통해 안내된 출력광을 환자의 구강에 배치된 피측정대상물(10)을 향해 반사시키는 제1 반사부(400);
상기 광 분할부(300)의 주위에 배치되고 상기 피측정 대상물(10)에서 제1 반사부(400)를 통해 반사된 반사광 또는 상기 광 분할부에서 측방으로 안내된 출력광을 후방으로 반사시키는 제2 반사부(500);
상기 제2 반사부(500)의 후방에 배치되고 상기 광 분할부(300)로부터의 광이동 거리를 변화시키는 위상 변조부(600); 및
상기 위상 변조부(600)를 통해 재반사된 광원과 상기 피측정대상물에서 반사된 광원을 수취하는 영상 정보 취득부(700)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 광 출력부(100)는,
다파장 광원으로서, 엘이디 광(LED light) 또는 고휘도 다이오드 중의 어느 하나 또는 복수 개의 레이저 광원 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 광 조사부(200)는,
상기 출력광의 서로 다른 파장을 정렬하여 초점이 생성되는 초점 생성부(210); 및
상기 초점 생성부(210)의 전방에 이격되어 상기 출력광에 직진성을 부여하는 제1 렌즈(220)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 초점 생성부(210)는,
그린 렌즈(grin lens) 또는 광섬유 또는 핀 홀이 형성된 조리개(40) 중의 어느 하나 또는 그린렌즈와 핀 홀이 형성된 조리개(40)의 조합 또는 광섬유와 핀 홀이 형성된 조리개(40)의 조합 또는 그린렌즈와 핀홀이 형성된 조리개와 광섬유의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제3항에 있어서,
상기 제1 렌즈(220)는,
오목렌즈와 볼록렌즈의 조합 또는 볼록렌즈 또는 오목렌즈 또는 평행광 렌즈 중의 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 광 분할부(300)는,
증착 코팅된 평면유리 또는 증착 코팅된 직각프리즘 또는 증착 코팅된 접합프리즘 중의 어느 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 위상 변조부(600)에서 반사된 반사광과 상기 피측정대상물(10)로부터 반사된 반사광이 서로 간에 교차되면서 발생된 간섭광 또는 상기 피측정대상물(10)에서 반사된 반사광만이 상기 영상 정보 취득부(700)로 선택적으로 입력되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는
상기 광 분할부(300)의 전방에 위치되어 상기 출력광을 상기 제1 반사부(400)와 대응되는 면적으로 확산시키기 위한 제2 렌즈(20)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 제2 반사부(500)는,
상기 광 분할부(300)의 상부에 위치되어 상기 광 분할부(300)에서 분할된 출력광을 상기 위상 변조부(600)로 반사하는 제1 보조 반사부(510); 및
상기 광 분할부의 하부에 위치되어 상기 피측정대상물(10)에서 반사되어 상기 광 분할부를 경유하여 측방으로 분할된 반사광 또는 상기 위상 변조부(600)에서 반사되어 제1 보조 반사부(510)를 경유하여 상기 광 분할부(300)를 통과한 반사광이 영상 정보 취득부(700)에 입사되도록 유도하는 제2 보조 반사부(520)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제9항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 제1 보조 반사부(510)와 상기 위상 변조부(600) 사이에 배치되고 상기 제1 보조 반사부에서 반사된 반사광을 상기 위상 변조부(600)에 집중광으로 전환하는 제3 렌즈(30)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 위상 변조부(600)는,
이송부(601)에 의해 일정 속도로 전후방으로 이동되는 디스크(610);
상기 디스크(610)의 전면에 형성되고 상기 제 2 반사부에서 반사된 반사광을 재반사시키는 반사면(630);
상기 디스크(610)의 전후방 이동량 또는 위치를 검출하는 위상 검출부(650)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제11항에 있어서,
상기 디스크(610)를 전후방으로 이동시키는 이송부는 사면캠 기구, 편심캠 기구, 배럴 캠 기구, 트윈 랙 앤 피니언 기구 또는 탄성부재를 구비한 단일 랙 앤 피니언 기구 중의 어느 하나의 기구를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 위상 변조부(600)는,
원판 형태로 이루어지고 회전부에 의해 일정 속도로 회전이 이루어지는 디스크(610);
상기 디스크(610)의 원주 방향을 따라 일정 간격을 가지고 깊이가 변화되는 깊이 변화부(620);
상기 깊이 변화부(620)의 내측에 위치되어 상기 제2 반사부에서 반사된 반사광을 재 반사 시키는 반사면(630)을 포함하는 휴대용 스캐너.
제13항에 있어서,
상기 깊이 변화부(620)는,
적어도 1개 이상의 반사면이 미 형성된 비반사부(640)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 위상 변조부(600)와 광 분할부(300) 사이의 광 경로상에서 상기 광 분할부(300)를 통해 분할된 출력광를 차단하여 상기 위상 변조부(600)의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 영상 정보 취득부(700)에 비간섭광 또는 상기 피측정대상물에서 반사된 반사광만이 수취되도록 하는 차폐부(4)가 구비된 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 광 출력부(100) 외의 별도의 보조광원(101)이 구비되고, 상기 위상 변조부(600)의 위상변조 주기 중 적어도 1회에 대해 상기 광 출력부(100)를 대신하여 상기 보조광원(101)이 점등되어 상기 피측정대상물(10)로 출력되어 상기 영상 정보 취득부(700)에 상기 피측정대상물에서 반사된 상기 보조광원의 반사광만이 수취되도록 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
시술자의 손에 파지되는 몸체부(1a);
상기 몸체부(1a)의 전방으로 연장되고 선단부에 상기 제1 반사부가 설치되어 환자의 구강 내측으로 삽입되는 삽입부(1b)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제17항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 삽입부(1b)에 착탈 가능하게 결합되는 보호 커버(3)를 더 포함하는 휴대용 스캐너.
제1항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
자유 회전 가능하게 연결된 연결구(1c)와, 상기 연결구에서 일정 길이를 가지고 연장된 연장 바(1d)가 다관절로 이루어진 스캐너 암(1e)을 포함하고, 상기 스캐너 암(1e)이 본체(1f)에 설치되는 것을 특징으로 하는 휴대용 스캐너.
제17항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 몸체부(1a)의 외측에 형성된 파지홈(1d)에 삽입되고 대칭형태로 형성되어 시술자의 손가락이 수용되는 탄성패드(5)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제16항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 광 출력부(100) 내지는 상기 보조광원(101)의 점멸 상태와 간격 및 파장과 밝기를 제어하고, 상기 위상 변조부(600)의 작동 상태를 제어하며, 상기 영상 정보 취득부(700)에서 취득된 영상정보를 상기 위상 변조부(600)에서 수취된 데이터 및 위치정보 검출부(1000)로부터 수취된 위치정보에 대해 동기화하는 제어부(800)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제15항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 광 출력부(100)의 점멸 상태와 간격 및 파장과 밝기를 제어하고, 상기 위상 변조부(600)의 작동 상태와, 상기 차폐부(4)의 차폐 여부와 속도 및 주기를 제어하고, 상기 영상 정보 취득부(700)에서 취득된 영상정보를 상기 위상 변조부(600)에서 수취된 데이터 및 위치정보 검출부(1000)로부터 수취된 위치정보에 대해 동기화하는 제어부(800)를 포함하는 휴대용 스캐너.
제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 휴대용 스캐너는,
상기 제어부(800)에서 수취된 데이터를 연산하여 3차원 영상 정보로 처리하고, 상기 피측정대상물의 컬러정보를 매핑하는 데이터 처리 모듈(900)을 포함하는 휴대용 스캐너.