KR101709975B1 - 무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너 및 이를 이용한 구강 스캐닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 따른 무구동 광학계를 가지는 구강 스캐너는 구강 스캐너 몸체; 상기 구강 스캐너 몸체 내부에 설치되며, 적어도 하나 이상의 파장의 색상을 가지는 광원; 상기 광원과 마주보는 면으로 빛이 입사되고, 그 반대면으로 입사된 빛이 통과하며, 빛의 통과 과정 중에 내부 전반사를 이용하여 입사된 빛을 균질 하게 구성하는 광 파이프; 상기 광 파이프에서 균질화된 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이; 상기 마이크로 렌즈 어레이에서 집광되어 전달되는 빛은 투과하고, 그 외의 빛은 일정 각도로 반사하는 빔 스플리터; 제어부의 제어신호에 연동하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛의 굴절률을 가변 시켜 상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 치아 표면에 포커싱하는 무구동 광학계; 상기 무구동 광학계를 통과한 빛을 일정한 크기로 전달하는 릴레이 광학계; 상기 릴레이 광학계에서 전달된 빛을 상기 구강 스캐너 몸체의 마주보는 위치에 형성된 윈도우를 통해 치아 표면으로 반사하는 반사부재; 및 상기 치아 표면에서 반사되어, 반사부재, 릴레이광학계, 무구동광학계 및 빔 스플리터로 전달되어 반사된 빛이 결상되어 디지털 이미지를 형성하는 이미징 유닛;을 포함하며, 상기 무구동 광학계는 상기 이미징 유닛에 결상되는 치아의 종류에 따라 포커싱 설정값이 가변 될 수 있다.

Description

무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너 및 이를 이용한 구강 스캐닝 방법 {Scanner for oral cavity having No-moving variable focus optics and Oral cavity scanning method thereof}

본 실시예는 구강 스캐너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원의 종류 및 파장에 따른 광학계의 구성을 최적화할 수 있는 무구동광학계를 이용한 포커싱이 가능한 구강 스캐너에 관한 것이다.

일반적으로, 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상채득과정(impression taking)을 통해 환자의 손상된 치아에 대한 치료 및 진료를 수행한다. 보조적인 방법으로 엑스레이와 같은 방사선을 구강의 환부에 투사하여 2차원적인 화면을 획득하거나, 컴퓨터 단층(CT, Computer Tomography) 사진을 이용하기도 하였다.

그러나 이와 같은 방식은 환자에게 많은 불편함을 야기한다. 석고 모형을 만들기 위해서는 일정 시간 이상 동안 반고체 상태의 석고가 들어있는 틀을 입에 문 상태로 기다려야 하는데, 환자가 정확하게 물고 있지 못하거나, 물고 있는 중에 틀이 움직일 경우, 정확한 환자의 치아 모형이 만들어지지 못할 수 있다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 오차가 발생할 수 있으며, 틀을 정확하게 만들었다 하더라도, 기공사에서 틀에 따라 모형을 만드는 과정 중에 오차가 발생할 수도 있다. 특히, 석고틀 등을 여러 명의 환자들이 사용하기 때문에, 소독 등이 충분하게 이루어지지 않을 경우, 위생상 문제가 발생할 수도 있다.

이에 따라, 최근에는 광학기기를 이용하여 환자 구강 내부의 치아 상태를 물리적인 접촉 없이 3차원으로 스캐닝/촬영 하여 정확한 환자 치아의 형상 및 상태를 측정할 수 있는 기술이 활발하게 연구되고 있다.

본 실시예는 소형 광학계에 적합하며, 다양한 광원 및 파장 영역에서도 신속한 응답성을 제공할 수 있으며, 소음, 진동, 수명, 경량화 등을 제공할 수 있는 무구동 광학계를 구비한 구강 스캐너를 제공한다.

본 실시예에 따른 무구동 광학계를 가지는 구강 스캐너는 구강 스캐너 몸체; 상기 구강 스캐너 몸체 내부에 설치되며, 적어도 하나 이상의 파장의 색상을 가지는 광원; 상기 광원과 마주보는 면으로 빛이 입사되고, 그 반대면으로 입사된 빛이 통과하며, 빛의 통과 과정 중에 내부 전반사를 이용하여 입사된 빛을 균질 하게 구성하는 광 파이프; 상기 광 파이프에서 균질화된 빛을 집광하는 마이크로 렌즈 어레이; 상기 마이크로 렌즈 어레이에서 집광되어 전달되는 빛은 투과하고, 그 외의 빛은 일정 각도로 반사하는 빔 스플리터; 제어부의 제어신호에 연동하여 상기 빔 스플리터를 통과한 빛의 굴절률을 가변 시켜 상기 빔 스플리터를 통과한 빛을 치아 표면에 포커싱하는 무구동 광학계; 상기 무구동 광학계를 통과한 빛을 일정한 크기로 전달하는 릴레이 광학계; 상기 릴레이 광학계에서 전달된 빛을 상기 구강 스캐너 몸체의 마주보는 위치에 형성된 윈도우를 통해 치아 표면으로 반사하는 반사부재; 및 상기 치아 표면에서 반사되어, 반사부재, 릴레이광학계, 무구동광학계 및 빔 스플리터로 전달되어 반사된 빛이 결상되어 디지털 이미지를 형성하는 이미징 유닛;을 포함하며, 상기 무구동 광학계는 상기 이미징 유닛에 결상되는 치아의 종류에 따라 포커싱 설정값이 가변 될 수 있다.

상기 광원과 광 파이프 사이에 편광부재가 더 설치될 수 있다.

상기 광 파이프는 광 투과성 재질로 형성되며, 일정 길이를 가지는 육각형의 균질화 막대(homogenizing rod)일 수 있다.

상기 릴레이 광학계는 주광선의 경로가 광축과 평행한 적어도 하나의 대물 텔레센트릭 렌즈(objective telecentric lens)를 포함할 수 있다.

상기 이미징 유닛은 상기 빔 스플리터를 통해 전달된 빛이 입사하는 이미징 편광부재; 상기 편광부재의 빛이 통과하는 적어도 하나 이상의 렌즈를 가지는 이미징 광학계; 상기 이미징 광학계를 통과한 빛을 선택적으로 투과하는 핀홀 어레이; 상기 핀홀 어레이를 투과한 빛이 결상되는 촬상소자; 및 상기 촬상소자가 실장되는 회로기판;을 포함할 수 있다.

상기 마이크로 렌즈 어레이, 무구동 광학계 및 릴레이 광학계를 구성하는 렌즈들은 광축을 따라 움직이지 않도록 고정 배치되고, 상기 무구동 광학계를 구성하는 렌즈는 위치 고정된 상태에서 굴절률 변화를 통해 상기 광원의 포커싱 위치가 가변 될 수 있다.

상기 광원은 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 파장의 빛을 조사하는 광학소자일 수 있다.

본 실시예에 따른 무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너를 이용한 구강 스캐닝 방법은 광원에서 조사된 빛을 치아 표면에 결상시켜 치아 이미지를 획득하는 단계; 획득된 치아 이미지를 데이터 베이스와 비교하는 단계; 치아종류를 판단하는 단계; 판단된 치아종류에 따른 최적 포커싱 설정값을 선택하는 단계; 포커싱 설정값을 무구동 광학계에 적용하는 단계; 및 치아종류 확인이 불가능할 경우, 스캐닝 단층 구간을 세부화하는 단계;를 포함할 수 있다.

이상과 같은 본 실시예에 따르면, 기존의 공초점 방식의 구강 스캐너들과 달리 영상획득을 위한 모터 구동부품을 삭제하고, 무구동 광학계를 구비하므로, 모터 구동부품으로 인한 소음, 진동 및 제한 적인 수명 등의 문제 발생을 방지할 수 있다.

또한, 실시간으로 스캐닝 되는 치아의 형상 이미지를 데이터 베이스에 저장된 형태와 비교 판단하여, 치아 종류에 따른 무구동 광학계의 최적 설정값을 부여하기 때문에, 신속하고 정확한 구강 내 치아 이미지 스캐닝이 가능하다.

도 1은 본 실시예에 따른 구강 스캐너의 개략적인 도면,
도 2는 도 1의 구강 스캐너의 블록도,
도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 무구동 광학계의 동작을 예시적으로 도시한 도면,
도 5는 본 실시예에 따른 구강 스캐너 시스템의 도면, 그리고,
도 6은 본 실시예에 따른 구강 스캐너를 이용한 구상 스캐닝 방법을 도시한 흐름도 이다.

이하, 본 실시예에 따른 무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너 및 이를 이용한 구강 스캐닝 방법을 도면을 참고하여 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 실시예에 따른 구강 스캐너의 개략적인 도면, 도 2는 도 1의 구강 스캐너의 블록도, 도 3 및 도 4는 본 실시예에 따른 무구동 광학계의 동작을 예시적으로 도시한 도면, 도 5는 본 실시예에 따른 구강 스캐너 시스템의 도면, 그리고, 도 6은 본 실시예에 따른 구강 스캐너를 이용한 구상 스캐닝 방법을 도시한 흐름도 이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 구강 스캐너(1000)는 광원(10), 광학시스템, 무구동 광학계(100), 릴레이 광학계(60) 및 반사부재(70), 이미징 유닛(200)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학시스템은 편광부재(20), 광 파이프(30), 마이크로 렌즈 어레이(40), 빔 스플리터(50)을 포함할 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 광학시스템은 설계에 따라 다양하게 구성할 수 있다. 예컨대, 편광부재(20) 등이 생략될 수도 있고, 광 파이프(30)와 마이크로 렌즈 어레이(40)는 단일 광학계로 대체되는 것도 가능하며, 이들 모두를 하나의 광학 시스템으로 묶어서 구성할 수도 있다.

광원(10)은 LED와 같은 반도체 소자를 이용하여 빛을 조사하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 구강 스캐너 몸체(1001)의 내부에 적어도 하나 이상의 광원소자를 가지도록 형성될 수 있다. 일 예로, 본 실시예에 따르면, 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 광원소자(11)(12)(13)로 구성될 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 단일 파장의 빛을 조사하도록 구성할 수도 있고, 선형 레이저 광을 조사하도록 구성하는 것도 가능하다.

편광부재(20)는 상기 광원(10)에서 조사된 빛이 진동하는 방향을 균일하게 필터링 하기 위한 것으로, x축 또는 y축 방향 중 어느 한 방향으로 필터링 할 수 있다. 한편, 편광부재(20)는 별도의 필터 형태로 광 경로 상에 배치할 수도 있고, 상기 광원을 형성하는 광원소자들의 광 조사면 상에 코팅 또는 필터부착 등으로 구성하는 것도 가능하다.

광 파이프(30)는 균질화 로드(homogenizing rod)로 마련될 수 있으며, 상기 광원(10)의 스펙트럼 특성과 관계 없이 내부 전반사를 이용하여 비균질 광원을 균질 하게 형성할 수 있다. 광 파이프(30)는 육각형상의 기둥 형태로 마련될 수 있으며, 빛이 투과할 수 있도록 광 투과성 재질로 형성될 수 있다.

마이크로 렌즈 어레이(40)는 상기 광 파이프(30)에서 균질화된 빛을 집광하여 빔 스플리터(50) 측으로 전달할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(40)는 집광효율을 향상시킬 수 있는 액정 마이크로 렌즈 어레이로 마련될 수도 있다. 이 경우, 초점 거리 및 집광 효율 등을 전기적으로 조절하는 것도 가능하다. 액정 마이크로 렌즈의 경우 패턴된 전극 구조 및 기판 표면에 형성된 굴곡 구조 등을 이용하여 액정층 내에 굴절률 분포를 조절하여 집광 특성을 조절할 수도 있다.

빔 스플리터(50)는 특정 조건을 만족하는 빛은 투과하고, 해당 조건을 만족하지 않는 빛은 반사하는 특징을 이용하여 광학계의 광 경로를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 빔 스플리터(50)는 편광 빔 스플리터(PBS)로 마련될 수 있다. 편광 빔 스플리터는 P편광을 투과하고, P편광에 수직한 S편광은 반사시킬 수 있어 입사광의 편광상태를 직교성분으로 나눌 수 있다. 이때, S편광을 반사하는 반사면은 유전체다층막을 사용하여 코팅할 수 있으며, 이를 통해 광 손실을 최소화할 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 레이저 빔 등과 같이 광량가변조정이 없는 광원을 사용하거나, 외부 광량 조정이 필요할 경우, 입사 및 반사각도를 가변 할 수 있는 가변식 빔 스플리터(VBS)로 구성할 수도 있다. 이 경우 임의의 편광 방향에 대해서도 사용 가능하며, 투과율 특성은 편광 특성 상태에 따라 결정될 수 있다. 빔 스플리터(50)는 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 합성석영 재질을 사용할 수 있다.

무구동 광학계(100)는 광축(C)에 대하여 고정 배치되어, 통과하는 빛의 굴절률을 제어부(300)의 제어신호에 연동하여 가변 할 수 있다. 무구동 광학계(100)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있으며, 이 렌즈는 광축(C)에 대하여 고정된 상태로 통과하는 빛의 굴절률을 변경하여 광원(10)의 빛의 초점 거리를 조절할 수 있다.

무구동 광학계(100)는 다양하게 구성될 수 있는데, 일 예로 가변 굴절판 형태로 마련될 수 있다. 가변 굴절판으로 구성된 무구동 광학계(100)는 구동전압에 반응하여 광학적 배향 변화되는 다수의 액정 셀(미도시)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 다수의 액정 셀들은 매트릭스 기재에 분산된 형태일 수 있으면, 굴절율 및/또는 시야각을 조절하는 것도 가능하다. 따라서 구동전압이 가해지면, 가변 굴절판의 굴절율은 변화하게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이 전압이 인가되지 않은 0 V(Zero Volt) 상태에서는 굴절율의 변화없이 빛이 그대로 투과한다. 그러나 일정 전압이 인가되면, 도 4에 도시된 바와 같이 가변 굴절판의 굴절율은 변화하여, 광학중심으로부터 가장자리로 가면서 공간적인 구배(기울기, gradient)를 가지도록 하여 치아 표면으로 결상 되는 광원의 빛의 초점거리를 변화시킬 수 있다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 구동전압의 오프(off) 상태에서는 가변 굴절판으로 구성된 무구동 광학계를 전후하여 치아면으로 전달되는 빛이 평행 광 형태를 유지하며 투과할 수 있다. 그러나 구동전압이 온(on)으로 전환되면, 피사체 빛은 가변 굴절판을 투과하면서 평행 광 형태에서 수렴 광 형태로 변화되고, 광축(C) 방향을 따라 소정의 초점거리를 두고 초점을 맺게 된다. 이때, 구동전압의 고저 레벨에 따라 굴절력이 가변화되면서 초점거리가 변화되고, 구동전압을 제어함으로써 초점거리를 조정하는 오토 포커싱 기능을 구현할 수 있다. 상기한 가변 굴절판에는 전원 공급을 위한 적어도 한 쌍 이상의 도전성 레그 등이 마련될 수 있다.

한편, 상기한 실시예에서는 가변 굴절판을 이용한 무구동 광학계(100)의 구성을 예시적으로 설명하였으나, 이를 한정하는 것은 아니다. 무구동 광학계(100)는 상기한 가변 굴절판 이외에도 압전소자를 이용한 구성, MEMS 액츄에이터를 이용한 구성, 액체 렌즈 등으로 치환 가능하며, 렌즈를 광축에 대하여 전진 또는 후퇴하는 방향으로 움직이지 않도록 고정한 상태에서 굴절률을 가변 할 수 있는 구조라면 어떠한 구성이든 치환하여 사용할 수 있다.

릴레이 광학계(60)는 상기 무구동 광학계(100)에서 포커싱 된 빛의 주광선의 경로를 광축과 평행하게 이송할 수 있다. 일반렌즈의 경우에는 물체를 향하는 발행으로 발산(diverged)되는 주광선의 분포를 가지지만, 본 실시예에 따른 릴레이 광학계(60)는 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens)로 구성되어, 치아면을 향해 결상되는 빛을 광축에 평행하도록 형성할 수 있다. 일반적으로 동축조명으로 마련되는 광원(10)의 빛은 동일한 방향성을 가지도록 전달되어야, 결상되는 치아면의 밝기를 고르게 형성할 수 있다. 따라서 릴레이 광학계(60)를 텔레센트릭 렌즈로 구성할 경우, 발산조명과 수광 성분의 빛이 시료에 대한 반사조건이 최적화되어 고른 밝기와 광 효율을 확보할 수 있다. 상기한 텔레센트릭 렌즈로 구성된 릴레이 광학계(60)는 다양하게 구성될 수 있는데, 본 실시예에 따르면, 대물 텔레센트릭 렌즈(objective telecentric lens)로 마련되어 주광선이 물체측 방향으로 평행분포를 가질 수 있도록 마련될 수 있다.

반사부재(70)는 상기한 빔 스플리터(50)를 통과한 패턴광을 반사하여 구강 스캐너 몸체(1001)의 대응되는 위치에 배치된 윈도우(1002)를 통해 치아면(T)에 결상하고, 다시 치아면(T)에서 반사된 반사광을 빔 스플리터(50)의 반사면으로 전달할 수 있다. 반사부재(70)를 마련하면, 치아면(T)의 상부면 등을 용이하게 촬영할 수 있을 뿐만 아니라, 좁은 구강 내부 공간에서 치아를 촬영해야 하는 공간상의 제약에 따른 문제점을 해결할 수도 있다.

이미징 유닛(200)은 상기 반사부재(70)를 통해 반사된 치아면(T)의 영상을 빔 스플리터(50)의 반사면으로부터 전달 받아, 3차원 이미지를 형성할 수 있다. 이미징 유닛(200)은 사용하는 광원(10)의 종류에 따라 다양하게 구성할 수 있는데, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 이미징 편광부재(210), 이미징 광학계(220), 핀홀 어레이(230), 촬상소자(240) 및 인쇄회로기판(250)으로 구성될 수 있다.

이미지 편광부재(210)는 빔 스플리터(50)의 반사면을 통해 결상 된 빛을 다시 필터링 하여 결상되는 빛의 성분을 균일하게 구성할 수 있다. 그리고, 필터링 된 빛을 이미징 광학계(220)와 핀홀 어레이(230)를 통해 3차원 집적영상을 형성할 수 있다. 즉, 집적영상(integral imaging) 기술은 시아각 내에서 연속적인 시점을 갖는 3차원 영상을 형성할 수 있는 기술이다. 즉, 렌즈 어레이를 사용하여 평행광으로부터 점광원 어레이를 핀홀 어레이(230)를 통해 형성하고, PDLC(Polymer-Dispersed Liquid Crystal)를 능동 분산기로 사용하여, 3차원 영상과 2차원 영상을 모두 촬상소자(240)에서 획득하는 것이 가능하다. 이 경우, 1개의 촬상소자(240)만 사용하기 때문에 구조가 간단하고 전력 소모를 줄일 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 이미징 유닛(200)의 구성은 상기한 구성 이외에도 일반적인 영상 촬영장치의 구성을 치환하여 사용하는 것도 가능하다.

인쇄회로기판(250)에는 촬상소자(240)가 실장 될 수 있으며, 미도시 된 수동 및 능동소자 들이 함께 실장 되어 이미징 유닛(200)에서 취득된 2차원 및 3차원 영상정보를 제어부(300) 측으로 전달할 수 있다.

제어부(300)는 상기한 무구동 광학계(100)를 포함한 구강 스캐너의 동작을 제어하기 위한 것으로, 미도시 된 저장부에 치아 형상 정보에 대한 데이터베이스를 구비할 수 있다. 제어부(300)는 이미징 유닛(200)에서 획득한 치아면(T)의 영상 정보와 미리 저장된 치아 형상 데이터 베이스의 이미지를 비교하여, 촬영된 치아의 종류를 판단하여, 치아 종류에 따른 무구동 광학계(100)의 최적 설정값을 부여할 수 있다.

사용자는 본 실시예에 따른 구강 스캐너를 치아면(T)과 일정 거리 이격 된 상태로 사용하지만, 구강 내부 공간이 협소하여 최대 이격 거리는 제한적이므로, 치아 종류에 따라 포커싱이 예상되는 거리는 크게 차이 나지 않는다. 따라서, 스캐닝 된 치아면(T)의 이미지를 이용하여 치아의 종류가 판단되면, 기설정 된 최적 포커싱 설정값을 무구동 광학계(100)로 전달하여, 최소한의 굴절률 변화로 포커싱 작업을 완료할 수 있도록 구성할 수 있어, 장치의 응답속도를 개선할 수 있다.

한편 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 구강 스캐너(1000)는 제어부(300)를 포함하는 시스템 바디(1100)와 구강 스캐너(1000)와 시스템 바디(1100)를 연결하는 배선부재(1200) 및 디스플레이 유닛(1300)을 포함할 수 있다.

시스템 바디(1100)의 내부에는 전원부(미도시)와 제어부(300)가 설치될 수 있으며, 노출된 부분에는 조작부(1110)가 마련되어, 구강 스캐너(1000)의 작동을 제어할 수 있다.

배선부재(1200)는 일단은 시스템 바디(1100)와 연결되고, 타단은 구강 스캐너(1000)와 연결되어, 구강 스캐너(1000)에 전원을 공급하면서, 구강 스캐너(1000)를 통해 획득된 이미지 정보를 제어부(300) 측에 전달할 수 있다.

디스플레이 유닛(1300)은 상기 구강 스캐너(1000)에서 획득된 이미지 정보를 실시간으로 사용자에게 제공하여, 실제 스캐닝 되고 있는 치아면(T)의 이미지가 정상적으로 스캐닝 되고 있는지의 여부를 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 한다.

한편, 제어부(300)는 연결수단(1400)을 이용하여 3차원 프린터(400)와 연결되어, 획득된 치아면(T)의 이미지에 대응되는 입체 모형을 바로 형성할 수 있다. 이와 같이, 3차원 스캐닝을 이용하여 치아면(T)의 영상을 획득하면, 실제 환자의 치아와 동일한 모형을 제조하는 것이 가능하다.

도 6은 본 실시예에 따른 무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너를 이용한 구강 스캐닝 방법을 개략적으로 도시한 흐름도 이다.

본 실시예에 따른 구강 스캐너(1000)를 이용하여 치아면(T)의 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 치아면(T)을 따라 구강 스캐너(1000)를 이동할 때, 치아번호 순서대로 진행할 수 있다. 치아번호는 FDI World Dental Federation Notation을 사용할 수 있다. 즉, 영구치는 상악우측 대문니를 11번으로 시작하여 상악우측 사랑니를 18번으로, 상악좌측치아들은 21번부터 28번, 하악조측치아들은 31번부터 38번, 하악우측치아들은 41번부터 48번으로 부를 수 있다. 따라서, 상기한 치아번호 순서대로 진행함에 있어, 사용자가 먼저 치아번호를 수동으로 입력하여, 그 순서대로 치아를 스캐닝할 수도 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 사용자가 랜덤하게 치아를 스캐닝한 후, 연속적으로 취득된 스캐닝 영상을 통해 자동으로 해당 치아의 종류를 이미지 처리를 통해 확인하는 것도 가능하다(S10).

S10단계에서 치아 이미지가 획득되면, 제어부(300)는 구강 스캐너(1000)의 이미징 유닛(200)이 취득한 3차원 이미지 정보와 데이터 베이스에 저장된 이미지를 비교한다. 이때, S10단계와 같이 치아번호에 따라 스캐닝을 수행할 경우, 치아번호에 맵핑된 기존 치아의 이미지와 비교할 수 있기 때문에 보다 신속하고 정확한 비교 작업을 수행할 수 있다. 그러나 사용자가 치아번호에 따른 스캐닝을 수행하지 않을 수도 있기 때문에, 이는 설정 모드를 통해 치아번호에 따른 스캐닝인지, 랜덤 스캐닝인지를 선택할 수도 있다(S20).

S20단계에서 데이터 베이스에 저장된 치아 이미지와 스캐닝된 치아 이미지를 비교하여, 현재 스캐닝한 치아의 종류가 어떤 종류인지 판단할 수 있다. 치아 종류의 판단은 치아의 전체적인 윤곽 스캐닝이 종료될 경우, 이 정보를 바로 데이터 베이스의 이미지와 비교하여, 수행할 수도 있고, 전체적인 치아 모양이 스캐닝 되기 전에 취득된 부분 이미지만으로 비교 판단하는 것도 가능하다. 통상 구강 스캐닝은 치아별로 수행하기 보다는 멈춤 없이 연속적인 촬영을 통해 스캐닝이 이루어지므로, 촬영이 이루어지는 동안, 치아종류의 비교에 지나치게 많은 시간이 할애될 경우, 종류 판단 이전에 다음 치아의 스캐닝이 이루어질 수도 있기 때문이다(S30).

S30단계에서 치아종류가 판단될 경우, 해당 치아에 최적화된 포커싱 설정값을 선택할 수 있다. 예컨대, 앞니에 해당하는 11, 21, 31, 41번 치아의 경우에는 치아 끝단은 좁고 예리한 형상이므로 치아 면적이 좁게 형성되므로, 포커싱 위치가 포커싱 위치에 급격하게 변할 수 있다. 반면, 어금니에 해당하는 16, 17, 26, 27, 36, 37, 46, 47번 치아의 경우에는 상부면은 넓고 평평한 형상이므로 치아 면적은 넓게 형성되므로, 포커싱 위치가 완만하게 변할 수 있다. 따라서 이와 같은 설정값을 미리 설정하여 스캐닝을 수행할 경우 보다 신속하고 정확한 구강 스캐닝이 가능하다. 특히, 포커싱 영역 및 범위가 미리 설정되므로, 블리딩 또는 이물질 등에 의한 스캐닝 방해 요인의 영향을 최소화할 수 있다(S40).

S40에서 치아별 포커싱 설정값이 선택되면, 제어부(300)는 설정값을 무구동 광학계(100) 측에 적용하여 스캐닝 구동을 수행할 수 있다. 이때, 사용자는 통상 본 실시예에 따른 구강 스캐너(1000)를 일정한 속도로 치아면(T)을 따라 이동하는데, 디스플레이 유닛(1300)에서는 획득된 치아의 3차원 이미지를 실시간으로 출력하여, 사용자가 정확하게 구강 스캐닝을 수행하고 있는지의 여부를 확인할 수 있다. 한편, S40단계의 설정값은 디스플레이 유닛(1300)에 출력하여, 앞니, 송곳니 등과 같은 치아의 번호에 따른 설정값 선택 유무와 함께, 현재 스캐닝 중인 치아의 종류, 상태, 이상 여부 등을 함께 출력하는 것도 가능하다(S50).

한편, S30단계에서 사용자의 실수 또는 블리딩이나 이물질 등에 의해 정확한 스캐닝이 이루어지지 않을 경우, 또는 각각의 단층 이미지 구간의 촬영된 이미지를 비교하여, 인접한 영상정보가 갑작스럽게 차이가 날 경우에는 디스플레이 유닛(1300)에 경고문구 등을 표시할 수 있다. 이와 함께, 제어부는 스캐닝 단층 구간을 세분화하여 잘못 스캐닝 된 부분이 정상적으로 스캐닝 될 수 있도록 설정값을 조정할 수 있다. 만일 잘못 스캐닝된 것이 아니라면, 각각의 영상들 사이 영역이 지나치게 넓게 형성된 것이기 때문에, 이를 보정할 수 있도록 단층영상 구간을 보다 세분화할 수 있도록 구성할 수 있다. 그리고, 세분화된 단층 구간으로 다시 S10단계로 진행하여 치아 이미지를 다시 획득할 수 있다(S60).

이와 같은 본 실시예에 따르면, 광학계를 구성하는 렌즈가 광축을 따라 전진 또는 후퇴하지 않고, 전압 조절에 따라 통과하는 빛의 굴절률만 변화시키므로, 기존의 오토포커싱 장치를 구성하는 구동모터의 작동소음 및 진동에 의한 영향을 받지 않는다. 또한, 구동모터를 사용하지 않기 때문에 장기간 사용하더라도 구동모터 고장 또는 신뢰성 저하에 따른 수명저하 문제가 발생하지 않는다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10; 광원 20; 편광부재
30; 광 파이프 40; 마이크로 렌즈 어레이
50; 빔 스플리터 60; 릴레이 광학계
70; 반사부재 100; 무구동 광학계
200; 이미징 유닛 210; 이미징 편광부재
220; 이미징 광학계 230; 핀홀 어레이
240; 촬상소자 250; 인쇄회로기판
300; 제어부 400; 3D 프린터

Claims (10)

1. 치아로 조사될 광을 생성하는 광원;
   상기 치아에 대한 3D 이미지 생성을 위해, 상기 치아를 촬영하는 촬영부;
   상기 치아에 대한 초점 거리를 조정하기 위한 무구동 광학계; 및
   상기 무구동 광학계를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 무구동 광학계는,
   렌즈의 위치가 고정된 상태로 상기 치아에 대한 초점 거리를 조정하여, 상기 촬영부에 의해 각기 다른 깊이의 치아 이미지들이 생성되도록 하며,
   상기 제어부는,
   상기 치아의 종류에 따라 상기 무구동 광학계의 초점 거리를 각기 다른 방식으로 조정하고,
   생성된 치아 이미지들로부터 재스캐닝할 부분을 탐색하고, 초점 거리를 세분화하여 상기 부분의 치아 이미지들을 재생성하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너.
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 무구동 광학계는,
   상기 제어부에 의해 생성되어 입력되는 제어 신호에 의해 굴절률이 변화하여, 상기 초점 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 무구동 광학계와 상기 치아 사이의 광축 상에 위치하는 광학계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너.
   
7. 구강 스캐닝 방법에 있어서,
   광원이, 치아로 조사될 광을 생성하는 단계;
   무구동 광학계가, 상기 치아에 대한 초점 거리를 조정하는 단계; 및
   상기 치아에 대한 3D 이미지 생성을 위해, 촬영부가 상기 치아를 촬영하는 단계;를 포함하고,
   상기 조정단계는,
   상기 무구동 광학계가 상기 치아에 대한 초점 거리를 조정하여, 상기 촬영 단계에서 각기 다른 깊이의 치아 이미지들이 생성되도록 하되,
   상기 치아의 종류에 따라 상기 무구동 광학계의 초점 거리를 각기 다른 방식으로 조정하고,
   상기 구강 스캐닝 방법은,
   생성된 치아 이미지들로부터 재스캐닝할 부분을 탐색하고, 초점 거리를 세분화하여 상기 부분의 치아 이미지들을 재생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐닝 방법.
   
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