KR101698449B1 - 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈 - Google Patents

3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈 Download PDF

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최기봉
최형민
김수한
이천양
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 관한 것으로서, 하우징과, 스크린부재와, 제1구동부와, 고정렌즈와, 가변렌즈와, 제2구동부를 포함한다. 하우징은 내부가 빈 형상으로, 일단부는 이동 단말기의 광원 측에 장착되고, 타단부에는 개구부가 형성된다. 스크린부재는 개구부를 차폐하고, 일방향으로 슬릿이 형성된다. 제1구동부는 스크린부재와 하우징 사이에 결합되고, 스크린부재를 슬릿이 형성된 방향과 교차되는 방향으로 이동시킨다. 고정렌즈는 하우징의 일단부에 결합되어 광원에서 조사된 빛을 집광시킨다. 가변렌즈는 고정렌즈로부터 일정거리 이격되어 하우징의 내부에 배치되고, 고정렌즈에서 집광된 빛을 평행하게 진행시킨다. 제2구동부는 가변렌즈와 하우징 사이에 결합되고, 가변렌즈를 슬릿을 향해 회전시킨다. 이러한 작동과정을 거쳐, 가변렌즈를 통과한 빛이 스크린부재의 슬릿을 통과하면서 직선 형태의 선형빔으로 변형되고, 스크린부재의 이동과 가변렌즈의 회전에 의해 선형빔이 대상물체의 표면을 따라 이동하면서 선형빔의 상이 대상물체에 연속적으로 맺히는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈{The projector module mounted to the mobile for the 3D scanning}
본 발명은 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상물체의 3차원 형상 정보를 획득하기 위해, 이동 단말기의 광원 측에 장착되고, 광원에서 발산된 빛을 직선 형태로 변환하여 대상물체의 표면에 연속적으로 상을 맺도록 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 관한 것이다.
종래의 스캐너는 문서나 그림 등이 재치되는 평면 유리판 하부에 CCD 카메라와 광원을 설치하고, CCD 카메라를 수평이동시켜 스캐닝하는 구조로서, 일반적인 2D 영상을 획득할 수 있었다.
최근에는 2D 영상뿐만 아니라 입체적인 물체를 스캐닝하여 그 물체의 3차원 입체 영상을 획득할 수 있는 3차원 스캐너가 개발되고 있다. 3차원 스캐너는 실물과 거의 똑같은 형상 정보를 사용자에게 제공할 수 있기 때문에, 금형 제작, 결함 검사, 3D 프린터의 형상 데이터 제공, 벤치마킹을 위한 역설계(reverse engeering) 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다.
이러한 3차원 스캐너는 접촉식, 비접촉식, 실루엣 방식으로 크게 구분된다. 이 중, 비접촉식 3차원 스캐너는 광학적 원리와 이미지 프로세싱을 이용하여 사물과 직접적인 접촉을 하지 않고 사물의 형상 정보를 획득하는 방식의 3차원 스캐너로서, 보다 세부적으로는 점군을 조합하는 포인트빔 방식, 직선의 변형 형태를 기하학적으로 해석하는 선형빔 방식, 격자 또는 스트라이프 무늬의 빔이 왜곡되는 것을 이용한 모아레 중첩 방식 등으로 구분된다.
도 1은 종래의 선형빔 방식의 3차원 스캐너의 일례를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 선형빔 방식의 3차원 스캐너는 빛을 출력하는 광원(10)과, 광원(10)의 빛을 선형빔(40) 형태로 출력하는 프로젝터 모듈(20)과, 대상물체(50)에서 반사된 선형빔(40)을 촬영하는 카메라를 포함하는 이미지획득수단(30)과, 획득된 이미지로부터 입체 형상을 산출하는 제어부(60)를 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이 종래의 선형빔 방식의 3차원 스캐너는, 선형빔(40)을 이동시킬 수 있는 별도의 수단이 없다. 이 때문에, 대상물체의 전체 형상을 측정하기 위해 대상물체(50)를 이동시키는 별도의 이송테이블을 구비해야 하거나, 또는 대상물체의 이동이 불가능할 경우, 사용자가 3차원 스캐너를 대상물체의 전 영역을 따라 이동시켜야 하는 문제점이 있다.
한편, 스마트폰, 태블릿, PDA 등 다양한 이동 단말기에는 기본적으로 백색광을 발산하는 광원과, 카메라와, 제어부를 구비하고 있다. 즉, 3차원 스캐너를 구현하기 위해 필요한 구성 중 프로젝터 모듈을 제외한 나머지 요소가 이동 단말기에 모두 내장되어 있는 것이다.
이러한 이동 단말기를 3차원 스캐너로 활용하기 위해서는, 선형빔의 위치를 이동시킬 수 있는 구동 시스템을 구비하되, 이동 단말기에 장착될 수 있도록 보다 소형화되고 경량화된 프로젝터 모듈이 요구된다. 또한, 이동 단말기의 규격에 맞춰 간편하게 탈부착할 수 있는 프로젝터 모듈이 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1436572호(2014. 09. 11. 등록공고, 발명의 명칭 : 광삼각법을 이용한 3차원형상 측정장치)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이동 단말기의 광원을 선형빔으로 변형시킬 수 있고, 선형빔이 조사되는 지점을 자동으로 이동시킬 수 있으며, 이동 단말기의 규격에 맞춰 간편하게 탈부착할 수 있고, 휴대가 간편하도록 부피는 작고 무게는 가벼운 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 내부가 빈 형상으로, 일단부는 이동 단말기의 광원 측에 장착되고, 타단부에는 개구부가 형성된 하우징; 상기 개구부를 차폐하고, 일방향으로 슬릿이 형성된 스크린부재; 상기 스크린부재와 상기 하우징 사이에 결합되고, 상기 스크린부재를 상기 슬릿이 형성된 방향과 교차되는 방향으로 이동시키며, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제1압전소자 또는 제1전기활성고분자를 구비하는 제1구동부; 상기 하우징의 일단부에 결합되어 상기 광원에서 조사된 빛을 집광시키는 고정렌즈; 상기 고정렌즈로부터 일정거리 이격되어 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 고정렌즈에서 집광된 빛을 평행하게 진행시키는 가변렌즈; 및 상기 가변렌즈와 상기 하우징 사이에 결합되고, 상기 가변렌즈를 상기 슬릿을 향해 회전시키며, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제2압전소자 또는 제2전기활성고분자를 구비하는 제2구동부;를 포함하고, 상기 가변렌즈를 통과한 빛이 상기 슬릿을 통과하면서 직선 형태의 선형빔으로 변형되고, 상기 스크린부재의 이동과 상기 가변렌즈의 회전에 의해 상기 선형빔이 대상물체의 표면을 따라 이동하면서 상기 선형빔의 상이 상기 대상물체에 연속적으로 맺히는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 있어서, 상기 제1압전소자 또는 제1전기활성고분자는, 상기 스크린부재의 양측에 각각 수직으로 결합되고, 전기적 신호에 따라 서로 같은 방향으로 휘어져 상기 스크린부재를 이동시키며, 상기 제2압전소자 또는 제2전기활성고분자는, 상기 가변렌즈의 양측에 각각 수평으로 결합되고, 전기적 신호에 따라 서로 반대 방향으로 휘어져 상기 가변렌즈를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 있어서, 상기 하우징의 일단부에 수평방향으로 결합되어 상기 하우징을 지지하고, 양단부가 상기 이동 단말기의 양측에 탈착가능하게 결합되는 하우징 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 있어서, 상기 하우징 고정부는, 상기 광원을 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 가이드바와, 상기 가이드바의 양단부에 결합되어 상기 이동 단말기의 양측에 밀착고정되는 홀더부재를 구비하고, 상기 하우징의 일단부가 상기 가이드바를 따라 이동가능하게 결합됨으로써, 상기 광원의 위치에 따라 상기 하우징의 위치를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 있어서, 상기 하우징은, 상기 하우징의 내측으로 각각 돌출된 다수의 돌기부를 구비하고, 상기 돌기부에 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부의 일단부가 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 이동 단말기를 3차원 스캐너로 전환하여 사용할 수 있으므로, 이동 단말기의 활용도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 사용자가 언제 어디서든 이동 단말기를 이용해 자유롭게 원하는 대상의 3차원 형상정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 사용자가 제자리에서 간단하게 3차원 스캐닝을 할 수 있다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 획득된 3차원 형상정보를 이동 단말기에 설치된 프로그램(또는 어플리케이션)의 데이터로 이용하여, 디지털 복제, 게임, 학습, SNS 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 보다 소형화되고 경량화된 무소음의 프로젝터 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에 따르면, 이동 단말기의 규격에 맞춰 간편하게 탈부착할 수 있고, 광원의 위치에 맞춰 하우징의 위치를 자유롭게 조정할 수 있다.
도 1은 종래의 선형빔 방식의 3차원 스캐너의 일례를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 4는 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 일측 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고,
도 5는 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 가운데 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 타측 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 이용하여 3차원 형상 이미지가 획득되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 나타낸 평면도이고,
도 9는 도 7의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈이 이동 단말기에 장착되는 것을 나타낸 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 일측 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 가운데 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈에서 조사된 선형빔의 상이 대상물체의 타측 영역에 연속적으로 맺히는 것을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 이용하여 3차원 형상 이미지가 획득되는 과정을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈을 나타낸 평면도이고, 도 9는 도 7의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈이 이동 단말기에 장착되는 것을 나타낸 정면도이다.
도 2 내지 도 9을 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈(100)은 대상물체(F)의 3차원 형상 정보를 획득하기 위해 이동 단말기(M)의 광원(L) 측에 장착되는 것으로서, 하우징(110)과, 스크린부재(120)와, 제1구동부(130)와, 고정렌즈(140)와, 가변렌즈(150)와, 제2구동부(160)를 포함한다.
상기 하우징(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 내부가 빈 함체 형상으로, 일단부는 이동 단말기(M)의 광원(L) 측에 장착되고, 타단부에는 일정 너비로 개구부(111)가 형성된다. 하우징(110)은 비교적 가볍고 제작이 용이한 플라스틱 재질로 제작하는 것이 바람직하다.
상기 스크린부재(120)는 하우징(110)에 형성된 개구부(111)의 내측 혹은 외측을 차폐하기 위해 판 형태로 구성되고, 일방향으로 형성된 슬릿(121)을 구비한다. 슬릿(121)은 이동 단말기(M)의 가로 방향 또는 세로 방향으로 스크린부재(120)에 형성될 수 있고, 스크린부재(120)와 분리된 형태로 스크린부재(120)에 회전가능하게 결합될 수도 있다. 구체적으로, 스크린부재(120)의 중앙에 원형홈(미도시)을 형성하고, 원형홈에 스크린부재를 끼워 회전되게 할 수 있다. 이는 이동 단말기(M)의 기울기에 맞춰 슬릿(121)의 각도를 조절할 수 있도록 하기 위함이다.
슬릿(121)은 일정 폭으로 형성된다. 슬릿(121)의 폭이 너무 좁으면, 빛의 회절 현상으로 인해 상이 흐려질 수 있고, 이동 단말기(M)의 제어부(MP)가 상(S)의 패턴을 식별하기 어려워질 수 있다. 슬릿(121)의 폭이 너무 넓으면, 대상물체를 얼마나 많은 조각으로 나눠 스캐닝할 수 있는지를 나타내는 분해능이 떨어질 수 있다.
상기 제1구동부(130)는 스크린부재(120)와 하우징(110) 사이에 결합되고, 스크린부재(120)를 슬릿(121)이 형성된 방향과 교차되는 방향으로 이동시킨다. 이는 슬릿(121)을 가변렌즈(150)에서 굴절된 평행광이 조사하는 영역으로 이동/정렬시키기 위함으로, 가변렌즈(150)에 의해 시준(collimating)된 빛이 슬릿(121)에 의해 제한적으로 통과됨으로써, 직선 형태의 선형빔(B)으로 변환된다.
상기 고정렌즈(140)는 하우징(110)의 일단부에 결합되어 이동 단말기(M)의 광원(L)에서 조사된 빛을 집광시킨다. 광원(L)에서 발생되는 빛은 사방으로 발산되는 백색광으로서, 고정렌즈(140)는 백색광을 한 곳으로 모음으로써, 선형빔(B)이 더욱 밝고 뚜렷하게 대상물체에 맺히게 된다.
상기 가변렌즈(150)는 고정렌즈(140)로부터 일정거리 이격되어 하우징(110)의 내부에 배치되고, 고정렌즈(140)에서 집광된 빛을 평행하게 진행시킨다. 가변렌즈(150)는 일면에 형성된 굴절면을 통해 입사된 빛을 평행광 형태로 출사시키는 시준(collimating) 기능을 하고, 슬릿(121)을 향해 빛의 진로를 바꿔주는 굴절 기능을 한다.
상기 제2구동부(160)는 가변렌즈(150)와 하우징(110) 사이에 결합되고, 가변렌즈(150)를 슬릿(121)을 향해 회전시킨다. 따라서, 가변렌즈(150)에서 출사된 빛이 슬릿(121)을 통과하여 선형빔(B)으로 변형되고, 선형빔(B)이 대상물체(F)의 표면을 따라 이동하면서 선형빔(B)의 상(S)이 대상물체(F)에 연속적으로 맺히게 된다. 제1, 2구동부(130, 160)를 하우징(110) 내부에 원활하게 결합시킬 수 있도록 하우징(110)의 내측으로 다수의 돌기부(112)가 각각 돌출되는 것이 바람직하고, 돌기부(112)에는 제1, 2구동부(130, 160)의 일단부가 고정된다.
한편, 이동 단말기(M)에 장착되는 프로젝터 모듈은 구동부의 구조가 간단하고, 부피는 작고, 무게가 가벼울수록 유리하다. 이를 위해, 제1구동부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 스크린부재(120)의 양측에 각각 결합되고, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제1압전소자(131) 또는 제1전기활성고분자(132)로 구성되고, 제2구동부(160)는 가변렌즈(150)의 양측에 각각 결합되고, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제2압전소자(161) 또는 제2전기활성고분자(162)로 구성된다.
제1압전소자(131) 또는 제1전기활성고분자(132)는 스크린부재(120)의 양측에 각각 수직으로 결합되고, 이동 단말기(M)에 내장된 제어부(MP)의 전기적 신호에 따라 서로 같은 방향으로 휘어져 스크린부재(120)를 이동시키며, 제2압전소자(161) 또는 제2전기활성고분자(162)는 가변렌즈(150)의 양측에 각각 수평으로 결합되고, 제어부(MP)의 전기적 신호에 따라 서로 반대 방향으로 휘어져 가변렌즈(150)를 회전시킨다.
제1, 2압전소자(131, 161)는 석영, 로셀염 등과 같이 압력을 가하면 전압이 발생하거나, 반대로 전압을 가하면 부피나 길이가 변화되는 압전소자(piezoelectric element)이고, 제1, 2전기활성고분자(132, 162)는 전기장을 가하면 신축하는 성질을 갖는 인공 중합체로 구성된 전기활성고분자(electro-active polymer, EAP)이다.
제1, 2압전소자(131, 161) 또는 제1, 2전기활성고분자(132, 162)는 바이모프(bimorph) 구조, 즉 두 장의 얇은 압전판 또는 고분자판을 붙인 후, 각각에 서로 반대되는 극성의 전압을 걸어 압전판 또는 고분자판이 상호 작용에 의해 굽힘을 일으켜 변위를 증폭하는 구조로 제작된다.
이와 같은 소재와 구조로 이루어진 제1, 2구동부(130, 160)는 기존의 전기 모터, 유압 모터에 비해 응답속도가 빠르고, 상대적으로 발생 변위가 크며, 동력 전달을 위한 별도의 기구가 필요 없고, 소음이 발생되지 않는다. 이를 통해, 구조는 간단하고 소음이 없으며, 보다 소형화되고 경량화된 프로젝터 모듈을 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 프로젝터 모듈을 이동 단말기(M)에 장착하여, 이동 단말기(M)를 3차원 스캐너로 전환하여 사용할 수 있으므로, 사용자가 언제 어디서든 이동 단말기(M)를 이용해 자유롭게 원하는 대상의 3차원 형상정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
또한, 획득된 3차원 형상정보를 이동 단말기(M)에 설치된 프로그램(또는 어플리케이션)의 데이터로 이용하여, 디지털 복제, 게임, 학습, SNS 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 부가적인 효과가 있다.
본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은 다음과 같이 작동되면서 대상물체(F)에 선형빔(B)의 상(S)을 맺게 된다.
도 4와 도 7을 참조하면, 사용자의 스캔 요청 신호가 이동 단말기(M)의 제어부(MP)에 입력되면, 제어부(MP)는 제1압전소자(131) 또는 제1전기활성고분자(132)의 단자에 (+) 또는 (-) 전압을 인가한다. 이에 따라, 한 쌍의 제1압전소자(131) 또는 제1전기활성고분자(132)가 동시에 일측으로 굽어지고, 스크린부재(120)가 하우징(110)의 일측으로 이동하게 된다.
이와 동시에 제어부(MP)는 한 쌍의 제2압전소자(161) 또는 제2전기활성고분자(162)의 단자에 각각 서로 반대되는 극성의 전압을 인가한다. 이에 따라, 한 쌍의 제2압전소자(161) 또는 제2전기활성고분자(162) 중 하나는 위로 굽어지고 다른 하나는 아래로 굽어져, 가변렌즈(150)가 스크린부재(120)에 구비된 슬릿(121)을 향해 회전된다.
스크린부재(120)에 구비된 슬릿(121)이 개구부(111)의 일측에 위치되고, 가변렌즈(150)가 슬릿(121)의 위치에 맞춰 일정각도로 회전하게 되면, 광원(L)에서 빛이 발산된다. 광원(L)에서 발산된 빛은 고정렌즈(140)에 의해 집광되고, 가변렌즈(150)에 의해 굴절되어 슬릿(121)을 향해 평행광 형태로 변형되며, 슬릿(121)을 통과하면서 선형빔(B)으로 다시 변형되어 대상물체(F)의 일측 영역에 선형빔(B)의 상(S)을 맺게 된다.
이후, 제1, 2압전소자(131, 161) 또는 제1, 2전기활성고분자(132, 162)에 인가된 전압이 제어부(MP)에 미리 설정된 조건에 따라 일정비율로 감소된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 제1, 2압전소자(131, 161) 또는 제1, 2전기활성고분자(132, 162)가 일자 형태로 펴지면서, 선형빔(B)의 상(S)이 대상물체(F)의 가운데 영역으로 이동하게 된다.
그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(MP)에 의해 제1, 2압전소자(131, 161) 또는 제1, 2전기활성고분자(132, 162)의 단자에 반대 전압이 인가되고, 인가된 전압이 일정비율로 상승된다. 이에 따라, 제1, 2압전소자(131, 161) 또는 제1, 2전기활성고분자(132, 162)가 반대 방향으로 점차 굽어지면서 스크린부재(120)는 하우징(110)의 타측으로 이동하게 되고, 가변렌즈(150)는 스크린부재(120)에 구비된 슬릿(121)을 향해 반대로 회전하게 됨으로써, 선형빔(B)의 상(S)이 대상물체(F)의 타측 영역으로 이동하게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐 선형빔(B)의 상(S)이 대상물체(F)의 표면을 따라 연속적으로 이동하면서 대상물체(F)의 3차원 형상에 대한 이미지(G)를 제어부(MP)에 제공하게 된다.
선형빔(B)의 상(S)을 이용하여 대상물체(F)의 3차원 형상 데이터를 산출하는 과정은 도 7에 도시된 바와 같이 대상물체(F)에 맺힌 선형빔(B)의 상(S)을 이동 단말기(M)의 카메라(C)가 연속적으로 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지(G)의 기하학적 관계로부터 대상물체(F)의 3차원 좌표를 산출하게 된다. 구체적으로는, 선형빔(B)이 진행하는 방향에 대한 평면방정식과 카메라(C)에 캡쳐된 이미지(G)의 픽셀(pixel)이 이루는 직선방정식의 교점을 구하고, 이를 통해 획득된 교점을 모델링 공간상의 공간좌표에 그대로 복원함으로써, 사용자에게 대상물체(F)의 입체적인 형상을 제공하게 된다.
종래에는 대상물체(F)의 전체 형상을 측정하기 위해, 3차원 스캐너가 고정된 상태에서 대상물체(F)를 이동시키거나, 혹은 3차원 스캐너를 대상물체(F)의 전체 영역에 걸쳐 이동시켜야 했으나, 본 발명에 따른 프로젝터 모듈이 장착된 이동 단말기(M)는, 선형빔(B)이 대상물체(F)의 표면을 따라 자동으로 이동되므로, 사용자가 제자리에서 간단하게 3차원 스캐닝을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 일례로서, 프로젝터 모듈을 이동 단말기(M)에 고정할 수 있도록 본 발명은 하우징 고정부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징 고정부(170)는 도 8 또는 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 일단부에 수평방향으로 결합되어 하우징(110)을 지지하고, 양단부가 이동 단말기(M)의 양측에 탈착가능하게 결합된다. 하우징 고정부(170)는 광원(L)을 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 가이드바(171)와, 가이드바(171)의 양단부에 결합되어 이동 단말기(M)의 양측에 밀착고정되는 홀더부재(172)를 구비하고, 하우징(110)의 일단부가 가이드바(171)를 따라 이동가능하게 결합됨으로써, 광원(L)의 위치에 따라 하우징(110, 구체적으로는 개구부)의 위치를 조정할 수 있도록 구성된다.
하우징(110)의 일단부 양측에 돌출형성된 결합구(113)에 삽입되는 홀더부재(172)는 이동 단말기(M)의 양측 베젤부(미도시)에 억지끼움 방식으로 결합되고, 홀더부재(172)가 베젤부에서 이탈되지 않도록 홀더부재(172)의 단부에는 걸림턱(172a)이 형성된다. 또한, 이동 단말기(M)의 너비에 관계없이 하우징(110)을 고정할 수 있도록 홀더부재(172) 사이의 간격을 조정 가능하게 구성하는 것이 바람직하고, 하우징(110) 및 홀더부재(172)가 3차원 스캐닝 과정 중에 움직이지 않도록 하우징(110) 및 홀더부재(172)에는 이동잠금수단(173, 174)이 구비되는 것이 바람직하다. 이외에도 프로젝터 모듈을 이동 단말기(M)에 탈부착하기 위해, 다양한 원터치 결합 방식들이 프로젝터 모듈에 적용될 수 있으므로, 하우징 고정부(170)의 형태와 구조는 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 이동 단말기에 프로젝터 모듈을 장착하여 이동 단말기를 3차원 스캐너로 전환하여 사용할 수 있으므로, 이동 단말기의 활용도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 사용자가 이동 단말기와 프로젝터 모듈을 휴대하고 있으면, 언제 어디서든 이동 단말기를 이용해 자유롭게 원하는 대상의 3차원 형상정보를 획득할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 선형빔이 대상물체의 표면을 따라 자동으로 이동되므로, 사용자가 제자리에서 간단하게 3차원 스캐닝을 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 획득된 3차원 형상정보를 이동 단말기에 설치된 프로그램(또는 어플리케이션)의 데이터로 이용하여, 디지털 복제, 게임, 학습, SNS 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 부가적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 압전소자 또는 전기활성고분자를 이용해 구동부를 구성함으로써, 보다 소형화되고 경량화된 무소음의 프로젝터 모듈을 제공할 수 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈은, 모듈 일단부에 결합된 하우징 고정부를 통해, 이동 단말기의 규격에 맞춰 간편하게 탈부착할 수 있고, 광원의 위치에 맞춰 하우징의 위치를 자유롭게 조정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈
110 : 하우징
120 : 스크린부재
130 : 제1구동부
140 : 고정렌즈
150 : 가변렌즈
160 : 제2구동부
170 : 하우징 고정부

Claims (6)

  1. 내부가 빈 형상으로, 일단부는 이동 단말기의 광원 측에 장착되고, 타단부에는 개구부가 형성된 하우징;
    상기 개구부를 차폐하고, 일방향으로 슬릿이 형성된 스크린부재;
    상기 스크린부재와 상기 하우징 사이에 결합되고, 상기 스크린부재를 상기 슬릿이 형성된 방향과 교차되는 방향으로 이동시키며, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제1압전소자 또는 제1전기활성고분자를 구비하는 제1구동부;
    상기 하우징의 일단부에 결합되어 상기 광원에서 조사된 빛을 집광시키는 고정렌즈;
    상기 고정렌즈로부터 일정거리 이격되어 상기 하우징의 내부에 배치되고, 상기 고정렌즈에서 집광된 빛을 평행하게 진행시키는 가변렌즈; 및
    상기 가변렌즈와 상기 하우징 사이에 결합되고, 상기 가변렌즈를 상기 슬릿을 향해 회전시키며, 전기적 신호에 따라 구동되는 한 쌍의 제2압전소자 또는 제2전기활성고분자를 구비하는 제2구동부;를 포함하고,
    상기 가변렌즈를 통과한 빛이 상기 슬릿을 통과하면서 직선 형태의 선형빔으로 변형되고, 상기 스크린부재의 이동과 상기 가변렌즈의 회전에 의해 상기 선형빔이 대상물체의 표면을 따라 이동하면서 상기 선형빔의 상이 상기 대상물체에 연속적으로 맺히는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1압전소자 또는 제1전기활성고분자는,
    상기 스크린부재의 양측에 각각 수직으로 결합되고, 전기적 신호에 따라 서로 같은 방향으로 휘어져 상기 스크린부재를 이동시키며,
    상기 제2압전소자 또는 제2전기활성고분자는,
    상기 가변렌즈의 양측에 각각 수평으로 결합되고, 전기적 신호에 따라 서로 반대 방향으로 휘어져 상기 가변렌즈를 회전시키는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 일단부에 수평방향으로 결합되어 상기 하우징을 지지하고, 양단부가 상기 이동 단말기의 양측에 탈착가능하게 결합되는 하우징 고정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징 고정부는,
    상기 광원을 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 한 쌍의 가이드바와, 상기 가이드바의 양단부에 결합되어 상기 이동 단말기의 양측에 밀착고정되는 홀더부재를 구비하고,
    상기 하우징의 일단부가 상기 가이드바를 따라 이동가능하게 결합됨으로써,
    상기 광원의 위치에 따라 상기 하우징의 위치를 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 하우징의 내측으로 각각 돌출된 다수의 돌기부를 구비하고,
    상기 돌기부에 상기 제1구동부 및 상기 제2구동부의 일단부가 고정되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝을 위한 이동 단말기용 프로젝터 모듈.
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