KR101539425B1 - 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너 - Google Patents

고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전면에 프로젝터 렌즈(110)를 구비하고, 상기 프로젝터 렌즈(110)를 통해 패턴광을 피사체에 출사하는 프로젝터(100); 전면에 카메라 렌즈(210)를 구비하고, 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되어 상기 카메라 렌즈(210)에 의해 통과되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 카메라(200); 상기 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되는 반사광을 제어하는 광학계(300); 및 상기 프로젝터(100), 카메라(200) 및 광학계(300)를 수용하는 하우징(600);을 포함하고, 상기 광학계(300)는 상기 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도로 배치되는 3차원 스캐너를 제공한다.

Description

고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너{3-dimensional scanner capable of acquiring ghostimage-free pictures}
본 발명은 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고스트 이미지의 제거가 용이하고, 장치를 소형화할 수 있는 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너에 관한 것이다.
3차원 스캐너(3-dimensional scanner)는 피사체를 촬영하여 얻어지는 2차원 영상으로부터 3차원 영상을 도출하여 피사체의 실제 영상 이미지와 동일한 영상 정보를 구현하기 위한 장치로, 주로 의료, 정밀 산업 및 광고 산업 등에 사용된다.
구체적으로, 3차원 스캐너는 패턴광을 피사체에 출사하여 상기 피사체로부터 반사되는 패턴이 포함된 다수의 2차원 영상 정보를 획득하고, 상기 2차원 영상 정보로부터 3차원 영상으로 변환하는 방식에 의하여 최종적인 3차원 영상 정보를 획득하게 된다. 이 때, 패턴광을 피사체에 출사하여 상기 피사체로부터 반사되는 패턴이 포함된 다수의 2차원 영상 정보를 획득하는 과정에서 상기 3차원 스캐너의 광원으로부터 출사된 빛이 내부 광학계의 표면에 반사되어 형성되는 고스트 이미지(Ghost image)가 발생하고, 상기 고스트 이미지가 2차원 영상 정보에 포함되는 경우가 빈번하게 발생한다. 이러한 경우에는 최종적인 3차원 영상 정보를 획득할 수 없다는 문제가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 3차원 스캐너를 사용할 경우 고스트 이미지가 형성되는 과정을 개략적으로 설명한 설명도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로젝터 광원(10)으로부터 출사된 패턴광은 프로젝터 렌즈(11)를 통해 광학계(20) 방향으로 전달되고, 상기 광학계(20)를 통과한 패턴광은 피사체(S)에 반사되어 반사광을 형성한다. 그 후, 피사체(S)로부터 반사된 반사광은 광학계(20)로 전달된 후 카메라 렌즈(31)를 통해 카메라(30)로 입사된다. 이 과정에서, 상기 프로젝터 렌즈(11)를 통과한 패턴광은 광학계(20)를 통과하기도 하지만 일부 패턴광은 광학계(20) 표면에서 반사되어 직접 카메라 렌즈(31)를 통해 카메라(30)로 입사된다. 따라서, 이 경우에 카메라(30)에서 획득되는 다수의 2차원 영상 정보는 고스트 이미지(G)를 포함한 디스플레이(D)이므로 이러한 2차원 영상 정보는 사용될 수 없다는 문제점이 있다.
이러한 스캐닝 과정에서 고스트 이미지가 발생하는 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.
대한민국 공개특허특1999-0035324호는 "고스트 제거 액츄에이티드 미러 어레이 광학계"에 관한 것으로, 광선을 발생하기 위한 광원; 그 위에 상기 광선이 조명되는 다수의 미러를 포함하고, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 패널; 상기 AMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하며, 그 광축이 상기 광원의 광축과 일치하지 않는 프로젝션 렌즈; 상기 광원으로부터 AMA 패널로 입사되는 광선은 그 하단부를 통과하고 상기 AMA 패널로부터 상기 프로젝션 렌즈로 입사되는 광선은 그 상단부를 통과하도록 배치된 릴레이 렌즈; 및 상기 릴레이 렌즈의 하단부를 통과한 광선을 상기 AMA 패널에 평행광으로 조사하기 위한 필드 렌즈를 구비하는 광학계를 개시하고 있다. 그러나, 상기 공개특허특1999-0035324호는 광학계의 구성이 너무 복잡하고, 제어가 어려우며, 특히 소형화가 어렵고, 광원의 광축과 프로젝션 렌즈의 광축이 동축이 아닌 비축으로 하여도 고스트 이미지가 제거되지 아니한다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 특2000-0044179호는 "박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치"에 관한 것으로, 광선들을 방출하기 위한 광원; 광선들을 반사시키기 위한 미러의 화소들로 구성되며, 각 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형되는 박막형 미러 어레이(TMA) 패널; 상기 광원의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며 상기 광원으로부터 방출된 광선들을 균일하게 만들기 위한 광파이프; 상기 광원의 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 배치되며, 상기 광파이프를 통과한 광선을 집광시키기 위한 소오스 렌즈; 상기 소오스 렌즈의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며, 상기 소오스 렌즈를 통과한 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 소오스 스톱; 상기 소오스 렌즈의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며, 상기 소오스 스톱을 통과한 광선을 평행광으로 상기 TMA 패널에 조사하기 위한 필드 렌즈; 상기 TMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱; 그리고 상기 프로젝션 스톱을 통과한 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 공개특허 특2000-0044179호는 장치 구성 비용이 높고, 고스트 이미지를 제거하기 위한 제어가 매우 어려우며, 특히 광원의 광축과 소오스 렌즈의 광축을 어긋나게 배치하여도 고스트 이미지가 제거되지 아니한다는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0117526호는 "레이저 리페어 장치의 광학계"에 관한 것으로, 기판의 결함을 수정하기 위한 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부; 상기 레이저 발진부로부터 조사된 레이저 빔의 방향을 전환하여 가공시료에 전달하는 빔전달부; 상기 레이저 빔의 사이즈를 변환시켜주는 빔크기 조절부; 및 상기 가공시료 이미지를 실시간으로 촬영하는 영상부;를 포함하되, 상기 레이저 발진부로부터 가공시료에 유도되는 레이저 빔의 유도경로와 상기 가공시료로부터 영상부로 유도되는 이미지 유도경로는 서로 다른 광경로를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어 장치의 광학계를 개시하고 있다. 그러나, 대한민국 공개특허 제10-2011-0117526호는 다수의 미러가 사용되기 때문에 광손실이 높아 해상도가 우수하지 아니하고, 장치 구성이 복잡하여 소형화가 어려우며 광원으로 레이저 빔을 사용하여야 한다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 고스트 이미지의 제거가 용이하고, 장치를 소형화할 수 있으며, 고스트 이미지 제거를 위한 광학계의 제어가 용이한 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 개발하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 고스트 이미지의 제거가 용이한 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장치를 소형화할 수 있는 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고스트 이미지 제거를 위한 광학계의 제어가 용이한 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명하는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 전면에 프로젝터 렌즈(110)를 구비하고, 상기 프로젝터 렌즈(110)를 통해 패턴광을 피사체에 출사하는 프로젝터(100); 전면에 카메라 렌즈(210)를 구비하고, 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되어 상기 카메라 렌즈(210)에 의해 통과되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 카메라(200); 상기 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되는 반사광을 제어하는 광학계(300); 및 상기 프로젝터(100), 카메라(200) 및 광학계(300)를 수용하는 하우징(600);을 포함하고, 상기 광학계(300)는 상기 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도로 배치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 카메라 렌즈(210)는 비구면 렌즈로 구성되고, 상기 비구면 렌즈는 상기 광학계(300)를 통과하면서 변형된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 스캐너는 전면부에 형성되는 프리즘(310)을 더 포함하고, 상기 프리즘(310)은 상기 패턴광 및 반사광을 굴절시켜 상기 광학계(300)에 전달하고, 상기 하우징(600)에 의해 수용되는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘(310)과 광학계(300)는 일체형으로 구성된 복합 광학계인 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 스캐너는 전면부에 형성되는 미러(220)을 더 포함하고, 상기 미러(220)는 상기 패턴광 및 반사광을 반사시켜 상기 광학계(300)에 전달하고, 상기 하우징(600)에 의해 수용되는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 스캐너는 중앙처리장치(400)를 더 포함하고, 상기 중앙처리장치(400)는 패턴광의 정보를 상기 프로젝터(100)에 전송하고, 상기 카메라(200)로부터 전송된 상기 광학계(300)를 통과하면서 변형된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하는 작업을 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙처리장치(400)는 상기 하우징(600)에 내장되는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 스캐너는 상기 카메라(200)에 의해 센싱된 2차원 패턴 영상을 저장하는 저장장치(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 3차원 스캐너는 상기 중앙처리장치(400)에 의해 보정된 2차원 패턴 영상을 저장하는 저장장치(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저장장치(500)는 상기 하우징(600)에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 3차원 스캐너는 전면에 프로젝터 렌즈(110)를 구비하고, 상기 프로젝터 렌즈(110)를 통해 패턴광을 피사체에 출사하는 프로젝터(100); 전면에 카메라 렌즈(210)를 구비하고, 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되어 상기 카메라 렌즈(210)에 의해 통과되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 카메라(200); 상기 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광을 전반사하여 피사체에 전달하고, 상기 피사체로부터 반사되는 반사광을 전반사하여 상기 카메라(200)에 전달하는 경사 프리즘(311); 및 상기 프로젝터(100), 카메라(200) 및 경사 프리즘(311)을 수용하는 하우징(600);을 포함하고, 상기 경사 프리즘(311)은 상기 패턴광이 입사되는 면이 상기 패턴광의 진행 방향과 수직을 이루는 면을 기준으로 5° 내지 40°의 경사 각도로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고스트 이미지의 제거가 용이하고, 장치를 소형화할 수 있으며, 고스트 이미지 제거를 위한 광학계의 제어가 용이한 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 제공하는 발명의 효과를 가진다.
도 1은 종래 기술에 따른 3차원 스캐너를 사용할 경우 고스트 이미지가 형성되는 과정을 개략적으로 설명한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 프리즘을 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 복합 광학계를 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 미러를 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 경사 프리즘을 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 9 (A)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 4°로 한 경우 피사체를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이고, 도 9 (B)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 5°로 한 경우 피사체를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이다.
도 10 (A)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 4°로 한 경우 치아를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이고, 도 10 (B)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 5°로 한 경우 치아를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능한 3차원 스캐너를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 스캐너는 프로젝터 렌즈(110)를 구비한 프로젝터(100); 카메라 렌즈(210)를 구비한 카메라(200); 광학계(300) 및 하우징(600)를 포함하여 구성된다.
프로젝터(100)는 자체 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 출사되는 빛에 소정의 패턴을 형성하여 패턴광을 피사체에 조사하는 장치이다. 패턴광을 형성하는 방식은 프로젝터의 전면에 패턴 마스크를 형성하여 빛이 상기 패턴 마스크를 통과하면서 패턴광을 형성하는 아날로그 방식과, 프로젝터(100)에 저장된 패턴 데이터를 디스플레이 방식으로 출사하여 패턴광을 형성하는 디지털 방식이 사용될 수 있다. 프로젝터(100)로부터 출사되는 패턴광은 프로젝터(100) 전면에 구비된 프로젝터 렌즈(110)를 통해 외부로 전달된다.
카메라(200)는 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 장치이다. 반사광은 카메라(200)의 전면에 구비된 카메라 렌즈(210)를 통하여 카메라(200)에 입사되고, 상기 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상은 상기 패턴광이 피사체에 반사될 때 형성되는 영상으로 피사체의 표면에 일정한 패턴이 형성된 형태로 관찰된다. 상기 카메라(200)는 다수의 2차원 패턴 영상을 센싱하고, 상기 다수의 2차원 패턴 영상 정보를 컴퓨터에 전송하면, 컴퓨터는 상기 다수의 2차원 패턴 영상을 3차원 패턴 영상으로 자동 변환할 수 있다.
광학계(300)는 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되는 반사광을 제어하는 장치이다. 광학계(300)는 단일 렌즈로 구성할 수도 있으나, 패턴광 및 반사광의 경로, 휘도 및 해상도를 향상시킬 수 있는 렌즈 복합체로도 구성할 수 있다.
하우징(600)은 프로젝터(100), 카메라(200) 및 광학계(300)를 수용하는 것으로, 3차원 스캐너로 구성할 경우 강도 및 내구성이 우수하고, 중량이 가벼운 플라스틱 소재 또는 플라스틱과 경금속이 결합된 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 프로젝터(100)로부터 패턴광이 출사되면, 상기 패턴광은 프로젝터 렌즈(110)를 통해 붉은색 화살표 방향으로 출사되고, 상기 패턴광은 광학계(300)를 통과하여 피사체(S)에 도달된다. 이 과정에서 일부 패턴광은 광학계(300)를 통과하여 피사체(S)에 도달하지만 일부 패턴광은 상기 광학계(300) 표면에서 반사된다. 그 후, 피사체(S)는 상기 패턴광을 반사하여 반사광을 형성하고, 상기 반사광 중 일부는 광학계(300)를 통해 파란색 화살표 방향으로 이동하여 카메라(200)로 입사된다. 그러나, 일부 반사광은 광학계(300) 표면에서 반사되어 다시 피사체로 출사된 후 다시 카메라(200)로 입사되거나 외부로 출사 또는 입사되어 소실된다.
여기서, 본 발명의 광학계(300)는 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도(Tilting angle)로 배치하는 것이 바람직하다. 만약 상기 틸팅 각도가 5° 미만일 경우에는 고스트 이미지(Ghost image) 제거가 어렵고, 틸팅 각도가 40°를 초과하는 경우 광학계(300)를 통과하여 최종적으로 카메라(200)에서 센싱되는 2차원 패턴 영상의 변형의 정도가 너무 커서 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하는 것이 어렵기 때문이다.
비록 도 3에서는 패턴광이 마치 수평선을 기준으로 소정의 각도를 가지는 것을 표현되었으나, 실질적으로 패턴광의 진행 방향은 수평선과 거의 평행하고, 본 발명의 3차원 스캐너는 소형으로 제작되므로 프로젝터(100)와 카메라(200)의 거리, 또는 프로젝터(100)와 광학계(300)의 거리에 따른 각도의 미차는 거의 무시할 수 있다. 즉, 본 발명의 광학계(300)는 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도로 배치되기 때문에 프로젝터 렌즈(110)로부터 출사되는 일부 패턴광은 상기 광학계(300) 표면에서 보라색 화살표 방향으로 반사되어 결과적으로 고스트 이미지가 제거된 2차원 패턴 영상의 획득이 가능하다.
또한, 광학계(300)가 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도로 배치되는 경우 상기 광학계(300)를 통과하여 카메라(200)에 의해 센싱되는 영상은 변형된다. 따라서, 카메라(200) 전면에 카메라 비구면 렌즈(211)를 사용하여 상기 변형된 영상을 실제 영상으로 보정할 수 있다. 상기 카메라 비구면 렌즈는 왜곡된 이미지를 보정하기 위한 것으로, 구면 렌즈의 왜곡 보정률의 한계를 뛰어넘기 위하여 사용되기 때문에 변형된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 용이하게 보정 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 프리즘을 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 복합 광학계를 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 미러를 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
본 발명에 따른 3차원 스캐너는 도 3과 같이 피사체가 스캐너와 수평한 방향에서 촬영될 수도 있으나, 피사체의 형태 또는 공간의 제약 등의 이유로 피사체가 스캐너에 대하여 수평 촬영이 어려울 수도 있다. 이 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 스캐너는 전면부에 형성되는 프리즘(310)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상기 프리즘(310)은 패턴광 및 반사광을 굴절시켜 광학계(300)에 전달하고, 하우징(600)에 의해 수용되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 프리즘(310)과 광학계(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복합 광학계로 구성될 수 있다. 상기 복합 광학계는 일체형으로 구성되기 때문에 고스트 이미지 제거를 위한 광학계의 제어 정확도 및 용이성을 제고할 수 있고, 소형화할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 3차원 스캐너는 도 6에 도시된 바와 같이 전면부에 형성되는 미러(220)을 더 포함하도록 구성할 수 있다. 상기 미러(220)는 상기 패턴광 및 반사광을 반사시켜 상기 광학계(300)에 전달하고, 상기 하우징(600)에 의해 수용되도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 경사 프리즘을 포함하는 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 3차원 스캐너는 전면에 프로젝터 렌즈(110)를 구비하고, 상기 프로젝터 렌즈(110)를 통해 패턴광을 피사체에 출사하는 프로젝터(100); 전면에 카메라 렌즈(210)를 구비하고, 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되어 상기 카메라 렌즈(210)에 의해 통과되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 카메라(200); 상기 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광을 전반사하여 피사체에 전달하고, 상기 피사체로부터 반사되는 반사광을 전반사하여 상기 카메라(200)에 전달하는 경사 프리즘(311); 및 상기 프로젝터(100), 카메라(200) 및 경사 프리즘(311)을 수용하는 하우징(600);을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 경사 프리즘(311)은 광학계 및 프리즘의 기능을 수행하고, 패턴광이 입사되는 면이 상기 패턴광의 진행 방향과 수직을 이루는 면을 기준으로 5° 내지 40°의 경사 각도로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 경사 프리즘(311)을 포함하는 3차원 스캐너는 장치를 단순화 및 경량화할 수 있고, 고스트 이미지 제거를 위한 제어가 용이하다는 이점을 갖는다.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3차원 스캐너의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 스캐너는 중앙처리장치(400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 중앙처리장치(400)는 패턴광의 정보를 프로젝터(100)에 전송하고, 상기 카메라(200)로부터 전송된 상기 광학계(300)를 통과하면서 변형된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하는 작업을 처리하는 것이 가능하다. 구체적으로, 중앙처리장치(400)는 상기 변형된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하기 위해 틸딩 각도에 따른 자동 보정이 가능한 소프트웨어를 포함하는 것이 바람직하다. 중앙처리장치(400)는 본 발명의 3차원 스캐너에 대하여 외장형으로 사용될 수도 있으나, 하우징(600)에 내장되도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 3차원 스캐너는 카메라(200)에 의해 센싱된 2차원 패턴 영상을 저장하는 저장장치(500)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 저장장치(500)는 중앙처리장치(400)와 함께 사용될 경우 중앙처리장치(400)에 의해 보정된 2차원 패턴 영상도 저장하도록 구성될 수 있다. 상기 저장장치(500)는 외장형으로 사용될 수도 있으나, 하우징(600)에 내장되는 것이 바람직하다.
도 9 (A)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 4°로 한 경우 피사체를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이고, 도 9 (B)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 5°로 한 경우 피사체를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이고, 도 10 (A)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 4°로 한 경우 치아를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이고, 도 10 (B)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 5°로 한 경우 치아를 촬영한 2차원 패턴 영상의 사진이다.
도 9 (A) 및 도 10 (A)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 4°로 배치한 경우에는 카메라에 의해 센싱된 2차원 패턴 영상에 고스트 이미지가 하나 또는 다수개가 포함되어 관찰되므로 3차원 변환을 위한 2차원 패턴 영상으로 사용될 수 없다. 그러나, 도 9 (B) 및 도 10 (B)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 스캐너의 광학계 틸팅 각도를 5°로 배치한 경우에는 카메라에 의해 센싱된 2차원 패턴 영상에 고스트 이미지가 전혀 검출되지 아니하므로 고스트 이미지가 제거된 영상 획득이 가능하다는 이점을 갖는다. 특히 본 발명의 3차원 스캐너는 장치를 단순하게 구성할 수 있고, 소형으로 제작될 수 있다는 이점을 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 프로젝터 110: 프로젝터 렌즈
200: 카메라 210: 카메라 렌즈
211: 카메라 비구면 렌즈 300: 광학계
310: 프리즘 311: 경사 프리즘
320: 미러 400: 중앙처리장치
500: 저장장치 600: 하우징

Claims (11)

  1. 전면에 프로젝터 렌즈(110)를 구비하고, 상기 프로젝터 렌즈(110)를 통해 패턴광을 피사체에 출사하는 프로젝터(100);
    전면에 비구면 렌즈로 이루어진 카메라 렌즈(210)를 구비하고, 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되어 상기 카메라 렌즈(210)에 의해 통과되는 반사광에 의해 형성되는 2차원 패턴 영상을 센싱하는 카메라(200);
    상기 프로젝터(100)로부터 피사체에 출사되는 패턴광 및 상기 패턴광에 의해 피사체에 반사되는 반사광을 제어하는 광학계(300);
    상기 광학계의 전면에 배치되어 상기 패턴광 및 반사광을 굴절시키는 프리즘(310);
    상기 패턴광의 정보를 상기 프로젝터(100)에 전송하고, 상기 카메라(200)로부터 전송된 2차원 패턴 영상을 실제 2차원 패턴 영상으로 보정하는 작업을 처리하는 중앙처리장치(400); 및
    상기 프로젝터(100), 카메라(200), 광학계(300), 프리즘(310) 및 중앙처리장치(400)를 수용하는 하우징(600);을 포함하고,
    상기 광학계(300)는 상기 패턴광의 진행 방향과 수직 방향을 기준으로 좌우로 5° 내지 40°의 틸팅 각도로 배치되며,
    상기 광학계(300)와 프리즘(310)은 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  2. 삭제
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  7. 삭제
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  9. 제1항에 있어서, 상기 3차원 스캐너는 상기 중앙처리장치(400)에 의해 보정된 2차원 패턴 영상을 저장하는 저장장치(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  10. 제9항에 있어서, 상기 저장장치(500)는 상기 하우징(600)에 내장되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
  11. 삭제
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