KR101782740B1

KR101782740B1 - 3d 구강스캐너 및 이를 포함한 인공 치아 가공 장치

Info

Publication number: KR101782740B1
Application number: KR1020160088930A
Authority: KR
Inventors: 이선구
Original assignee: 문정본; 김태훈
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-09-27

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 본체부;상기 본체부의 선단에 설치되어 구강에 삽입되는 광학부; 및상기 광학부에 수납 설치되는 전방위광학계;를 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수 있다.

Description

3D 구강스캐너 및 이를 포함한 인공 치아 가공 장치{3 DIMENSION ORAL SCANNER AND ARTIFICIAL TOOTH MACHINE DEVICE THEREOF}

본 발명은 3D 구강스캐너와 이를 포함한 인공 치아 가공 장치에 관한 것이다.보다 상세하게는 3D 구강스캐너는 전방위렌즈를 구비한 것이다.

인상채득(impression taking)은 구강 내 치아 및 조직의 상태를 확인하여 환자의 진단 및 치료 계획을 수립하거나 정확한 보철물을 제작하는데 기반이 되는 중요한 임상과정이다.

인상채득 과정은 인상재의 잘못된 선택 또는 사용방법에 따른 인상체 변형과 술자의 숙련도와 상관없는 환자의 거부 반응 등과 같이 다양한 요인들에 의하여 반복 채득이 불가피할 수 있다.또한 인상채득 후 석고 모형을 제작하는 단계에서도 재료가 갖는 미세부 재현의 한계 및 마모 등에 의하여 치과 보철물 제작에 있어 오차를 야기할 수 있다.

따라서 단시간 내의 정확한 인상채득은 치과의사와 환자간의 진료와 치료 예후에 큰 만족감을 줄 수 있으므로, 이를 위한 다양한 인상채득방법이 지속적으로 모색되고 있다.

최근 디지털 기술이 치과 임상 및 기공 과정에 응용되면서 인상채득 역시 인상재를 사용하지 않고 구강 내를 직접 스캔하여 디지털 데이터로 전환한 후 컴퓨터를 기반으로 보철물을 디자인하고 제작하는 새로운 디지털 작업 방식으로 변화되고 있다.이는 방사선 노출의 문제를 가지는 X-ray 방식이나,고가의 장비인 핵자기 공명(nuclear magnetic resonance: NMR) 방식이 아닌,구강 내를 촬영한 영상에 기반한 디지털 영상 처리 방식으로써,안정성 문제를 해결할 수 있고비교적 저가로 제조할 수 있는 이점이 있어 최근 각광받고 있다.

이러한 디지털 방식은 인상채득에 사용되는 재료의 재현성의 한계 및 모형 제작시 발생하는 오차,모형과 기록 보관의 문제,수작업으로 인한 의술식의 민감성이나 제작 표준화의 문제뿐 아니라 작업환경 개선 등에도 긍정적인 효과를 주고 있다.

또한 구강 구조는 매우 복잡하고,광학적 영상을 통하여 살펴야 할 부위는 단면이 아니고 치아를 중심으로 치아의 앞면 및 뒷면 그리고 치아의 끝면 등을 포함하여 치아를 지지하고 있는 잇몸 부분 등을 관찰하여야 하는 어려움을 해소 할 수 있는 장점이 있어 구강 스캔 기술에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

디지털 방식을 기반으로 한 구강 스캔 기술과 관련한 종래의 기술로서 특허문헌1(대한민국공개특허공보 10-2013-0080077)은 상악 및 하악의 전면에 마주하도록 구강내에 설치된 레일(Rail)을 따라 이동하는 이미지 센서 모듈(Image sensor module)를 이용하여 구강 내외의 광학적 영상을 취득할 수 있는 장치를 개시하고 있다.그리고 특허문헌2(미국등록특허공보 6,821,116)는 환자의 구강에 끼워지는 마우스 피스 상에 트랙을 설치하고,트랙을 이동하면서 사용자의 치아를 촬영하는 카메라를 구비한 3D 구강스캐너를 개시하고 있다.

그런데 특허문헌1의 3D 구강스캐너의 경우 이동방향과 수직으로 길게 늘어선 이미지 센서가 레일 상에서 이동해야 하므로, 레일은 이미지 센서 모듈의 이동 방향과 수직한 수직 길이가 전 영역에서 동일한 길이를 가진다.이 경우 절치에서부터 소구치 그리고 대구치 방향으로 갈수록 구강의 폭은 좁아지므로, 상기 레일을 환자의 구강에 설치할 때 어려움이 크고,환자가 느끼는 거부감이 매우 크다.또한 특허문헌 1 및 2와 같이이미지 센서나 카메라가 레일 또는 트랙의 전영역을 이동하는데 소요되는 시간이 커 환자의 거부감은 더욱 커지게 되고 나아가 환자의 거부감에 따른 구강 내의 근육의 움직임에 따른 부정확한 영상이 취득되는 문제가 있다.

일반적인 구강 스캐너는 구강 내의 촬영 영역이 제한되어 숙련된 촬영 기술과 다수의 촬영 행위가 필요하고,전술한 특허문헌1및 2의 경우,레일상에 이미지 센서의 이동 시간에 따른 구강 스캔 소요 시간이 긴 문제가 있다.이를 해결하기 위한 종래의 기술로서 특허문헌3(대한미국공개특허공보 10-2015-0021310)은 일 회의 촬영으로 모든 치아를 촬영할 수 있도록 치아의 배열 형상에 대응하는 구강촬영용 트레이를 개시하고 있다.그러나,특허문헌3의 구강촬영용 트레이는 상악 또는 하악 중 어느 하나의 모든 치아를 촬영하기 위하여 트레이 상에는 다수의 카메라모듈이 구비되어야 하는 문제가 있고,환자의 구강 구조에 따라서는 트레이가 치아에 설치되지 못하거나,설치되는 경우라도트레이와 치아의 유격이 영역 별로 상이하여 트레이의 영역 중 치아와 접촉하는 영역에서는 제대로된 촬영영상을 얻을 수 없는 한계가 있다.

또한 디지털 데이터 기반의 구강 스캐너의 급속한 개발에도 불구하고구강 내의 촬영에 소요되는 시간은 평균적으로 짧게는 수분 길게는 십분 이상의 시간이 소요되고 있다.즉오랜 시간 동안 술자의 집중이 요구되고, 각 치아를 측정할 때의 측정 위치와 자세를 정확하게 알고 있을 것이 요구되고 있다.또한 환자로 하여금구강 내에 스캐너를 장 시간 물고 있을 것이 요구되어 환자의 불편을 야기하고 있다.이러한 문제를 해결하고자 촬영 시간을 줄일 수 있는 3D 구강스캐너에 대한 연구 개발이 계속되고 있으나 복잡한 구강 구조 및 구강 내의 부분 영역별로 촬영하는 종래의 구강 스캐너의 구조적 한계로 인하여 치아와 잇몸을 영역별로 수회 촬영하는 것이 불가피하여 촬영 시간을 줄이는데 한계가 있다.그리고 전체 치아 형상을 획득하기 위해 각각의 치아를 측정하고 이것을 보정 및 수정하고 전체 치열 영상을 얻기 위한 하나의 데이터로 합성하는 데이터 처리 과정에서 많은 시간이 소요되어 빠르게 구강 내 촬영 결과를 확인하기 어렵고,오류 발생 여부를 확인하는데도 많은 시간이 걸려 오히려 기존의 인상 채득 및 석고 모형 제작보다 시간이 더 소요되는 것이 현실이다.

특허문헌1(대한민국공개특허공보 10-2013-0080077) 특허문헌2(미국등록특허공보 6,821,116) 특허문헌3(대한미국공개특허공보 10-2015-0021310)

본 발명의 목적은 구강 스캔 시간을 최소화할 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 3D영상의 해상도와 분해능을 높여 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 촬영 영상을 최소화하여 복수의 영상들의 합성 시 수반되는 분해능 저하와 해상도 저하 그리고 실제 구강 내 정보와의 오차 문제를 최소화할 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 하악 또는 상악의 전 영역을 한번에 관찰 할 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 3D 구강스캐너가 환자의 구강에 삽입될 때 환자가 어색하거나 불편한 구강 운동을 반복적이고지속적으로 진행함에 따라 느끼는 불편함과 그로 인한 근골격장애 유발 문제를 해소하기 위할 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 누락되는 치아 없이 치열 전체의 내측 및 외측 전체를 촬영할 수 있는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 전방위광학계는 360도 화각을 가진 비구면렌즈를 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 전방위광학계로부터 수신되는 광을 검출하여 상기 구강의 영상을 생성하기 위해 상기 광학부 또는 상기 본체부 중 어느 하나의 내부에 설치되는 촬영부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 광학부 및 상기 전방위광학계 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 위치제어부;를 더 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 광학부에 설치된 복수의 광원을 더 포함하고, 상기 복수의 광원은 순차적 또는 선택적으로 구동하고 상기 복수의 광원의 구동에 따라 순차적 또는 선택적으로 생성된 광은 상기 구강에서 반사되어 상기 전방위광학계로 입사하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 광학부에 설치된 광원부; 및 상기 광원부의 광조사 위치에 따른 영상을 획득하여 처리하는 촬영부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 광출사 전방위광학계; 및 패턴구조광을 생성하여 상기 광출사 전방위광학계를 통해 상기 구강에 조사하기 위해 상기 광학부 또는 상기 몸체부에 설치되는 프로젝터;를 더 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 광출사 전방위광학계는 상기 전방위광학계와 동일한 구조를 가지는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 광출사 전방위광학계와 상기 전방위광학계는 서로 소정의 각을 이루는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 전방위광학계는 인가되는 전압에 따라서 굴절률이 변하는 액체렌즈를 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 구강 내 치아의 일측면의 영상을 획득하기 위한 상기 몸체부에 설치된 미러부;를 더 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너는 상기 구강 내 치아의 일측면의 영상을 획득하기 위한 상기 몸체부에 설치된 미러부;를 더 포함하고, 상기 전방위광학계는 상기 구강에서 반사된 광을 수신하는 제1 전방위영역 및 상기 미러부로부터 반사된 광을 수신하는 제2 전방위영역을 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 촬영부는 상기 제1 및 제2 전방위영역으로 수신되는 광을 동시 또는 순차적 또는 선택적으로 검출하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 구강의 치아는 상기 광학부와 상기 미러부 사이에 위치하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3D 구강스캐너의 상기 전방위광학계는 360도 화각을 가진 렌즈를 포함하는 3D 구강스캐너를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 치아 가공 장치는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너;상기 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터변환장치; 및상기 데이터변환장치로부터 수신한 3차원 데이터에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는 인공 치아 가공 장치를 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공 치아 가공 장치는 본체부, 상기 본체부의 선단에 설치되어 구강에 삽입되는 광학부, 상기 광학부에 수납 설치되는 전방위광학계, 상기 광학부에 설치된 광원부 및 상기 광원부의 광조사 위치에 따른 영상을 획득하여 처리하는 촬영부를 포함하는 3D 구강스캐너; 상기 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터변환장치; 및 상기 데이터변환장치로부터 수신한 3차원 데이터에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는 인공 치아 가공 장치를 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너는 전방위렌즈에 의하여 치열 전체를 한눈에 확인할 수 있어 진단의 정확성과 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한 360도 전 영역을 촬영할 수 있는 전방위광학계를 이용하여치열 전체를 한번에 촬영함으로써촬영 시간과 촬영 횟수를 줄여 환자와 술자의 불편함을 최소화할 수 있다.

또한 복수의 영상의 합성에 수반하는 영상의 품질 저하를 방지하여 분해능이 우수하고 고해상도의 품질을 가진 3D 영상을 얻을 수 있다.

또한 특이한 치아 모양과 반사가 심한 입천장과 같은 부위를 영역별로 촬영하는 것이 아닌 일 회의 촬영으로 해당 특이 형상을 가진 치아와 특정 부위 그리고 이를 포함하는 주변 영역을 하나의 영상으로 획득함에 따라 정밀한 스캐닝을 할 수 있다.

또한 미러의 재반사 광을 전방위광학계로 수신함에 따라 치아의 누락 없이 치열 전체의 내측 및 외측 전체 영역을 모두 촬영할 수 있다.

또한 기존 스캔 방식은 치아 하나하나 스캔하여 전체적인 치열구조로 정합하기 때문에 정합오차 및 치열구조의 변형이 발생된다. 이러한 문제점은 본 3D 구강 스캐너에 의하여 단 하번의 스캔으로 변형 없는 치열 전체구조를 고정밀한 3D 모델 생성으로 해결할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도.
도 3 내지 도 5는 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 광출사 전방위광학계를 더 구비한 3D 구강스캐너의 사시도.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 보호부를 더 구비한 3D 구강스캐너의 사시도.
도 10은 바이트부를 더 포함하는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너가 구강 내에 삽입된 경우의 모식도.
도 11은 미러부를 더 포함하는 3D 구강스캐너의 상면도.
도 12는 3D 구강스캐너가 구강 내에 삽입된 경우, 미러부에 의해 반사된 광이 전방위광학계로 입사는 하는 것을 나타낸 모식도.
도 13은 전방위렌즈의 단면도.
도 14 및 도 15는 전방위광학계에 의해 촬영된 하악의 영상을 나타낸 도면.
도 16은 다른 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도.
도 17은 전방위렌즈와 렌즈어레이의 단면도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 정보입력부를 포함한 구상스캐너의 사시도.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 렌즈보호부를 포함한 구상스캐너의 사시도.
도 20은 렌즈보호부와 렌즈보호부에 설치된 발열부재를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 3D 구강스캐너를 구비한 인공 치아 가공 장치의 블록도.
도 22는 패턴마스크 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면.
도 23은 프로젝터 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 24는 포토메트릭 스테레오 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면.
도 25는 다중영상 기반의 3차원 영상 복원 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면.
도 26 및 도 27은 액체렌즈의 단면도.
도 28은 하악 치열궁에 관한 도면.
도 29는 하악 치열궁의 각을 나타낸 도면이고, 도 30은 각 형태별 치열궁선을 나타낸 도면.
도 31은 상악 및 하악의 치아들 간의 거리를 나타낸 도면.
도 32은 치열궁의 장경을 나타낸 도면.
도 33은 몬슨구와 차악 치열구의 형태 및 교두 경사각을 나타낸 도면.
도 34 및 도 35는 하악대구치 임상치관의 형태와 크기를 나타낸 도면.
도 36은 치아 표준치를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 3D 구강스캐너 및 이를 포함한 인공 치아 가공 장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도이다.그리고 도 3 내지 도 6은 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 광학부(30) 및 몸체부(50)를 포함할 수 있다.

전방위광학계(100)는 빛의 반사나 굴절을 이용해서 물체의 상을 만들거나 빛에너지를 전송하기 위해 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 렌즈는 360도 화각을 가지는 렌즈로서, 예를들어 전방위 렌즈, 밀러형 렌즈, 어안렌즈 등 360도 화각을 가져 전방위를 촬영할 수 있는 렌즈가 될 수 있다. 또한 전방위광학계(100)는 360도 화각을 가진 렌즈에 더하여 반사경, 추가적인 렌즈 그리고 프리즘 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

광학부(30) 및 몸체부(50)는 일체로 형성될 수 있고,서로 분리되어 제작되어 서로 결합 설치될 수도 있다.

광학부(30)는 몸체부(50)의 일 측에 형성될 수 있다.

광학부(30)의 적어도 일 영역은 환자의 구강에 삽입될 수 있다.즉 광학부(30)의 일부 또는 전부는 환자의 구강에 삽입될 수 있다.

광학부(30)는 평균적인 구강 사이즈 보다 작은 사이즈를 가질 수 있다.따라서 상기 광학부(30)는 구강에 삽입될 수 있다.

몸체부(50)는 광학부(30)와 연결되어 상기 광학부(30)를 고정 및 지지할 수 있다.술자인 사용자는 상기 몸체부(50)를 잡을 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 몸체부(50)에 손잡이 구성이 추가로 설치될 수도 있다.

몸체부(50)는 손잡이가 달린 총 타입(Gun type), 핸들 타입(Handle type), 펜 타입(Pen type)의 형상을 가질 수 있고, 상기 몸체부(50)가 핸들 타입인 경우,보다 상세하게는 파워 그립 타입(Power grip type), 그루밍 브러쉬(Grooming brush type)이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고,사용자가 몸체부(50)를 잡을 수 있는 사이즈와 형상이라면 어떤 것도 가능하다.

한편 광학부 및 몸체부(30, 50)의 도면 형상에 한정하는 것은 아니고, 상기 광학부(30)는 사각형, 원형,타원형등 다양한 형상을 가질 수 있고, 상기 몸체부(50)는 바(Bar) 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

3D 구강스캐너(10)는 전방위광학계(100), 상기 전방위광학계(100)로부터 수신되는 광을 검출하여 환자의 구강 영상을 생성하는 촬영부(300) 및 광원부(500)을 포함할 수 있다.

전방위광학계(100)는 광학부(30)의 일 측에 설치될 수 있고, 촬영부(300)는 광학부(30) 및 몸체부(50) 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.그리고 광원부(500)은 광학부및 몸체부(30, 50) 중 적어도 하나에 설치되거나,광학부및 몸체부(30, 50)와는 별도로 구비되어 상기 광학부및 몸체부(30, 50) 중 어느 하나에 설치될 수 있다.

광원부(500)는 구강의 치아나 잇몸, 혀,구개,후구치 삼각 등의 피사체에 조사되는 광을 생성할 수 있고, 상기 피사체로부터 반사된 광은 상기 전방위광학계(100)를 통과하여 촬영부(300)에 입사함으로써, 상기 촬영부(300)는 상기 피사체를 촬영할 수 있다. 또한 광원부(500)는 레이저광원, 발광다이오드광원, 형광램프광원, 백열램프광원, 할로겐램프광원 중 어느 하나가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 구강에 광을 제공할 수 있는 어떤 광원이라도 가능하다.

도 3을 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 위치제어부(51)를 포함할 수 있다.

위치제어부(51)는 몸체부(50)의 일 단에 설치될 수 있고, 상기 위치제어부(51)는 광학부(30)와 몸체부(50)를 물리적으로 서로 연결시킬 수 있다.

다만,도면에 도시된 위치제어부(51)는 일 예에 불과하고,광학부(30)와 몸체부(50)를 서로 결합시키고, 상기 광학부(30)가 상기 몸체부(50)와는 독립적으로 위치 변경 운동을 할 수 있도록 하는 것이라면 어떤 것이든 가능하다.

몸체부(50)는 고정된 상태에서 광학부(30)는 위치제어부(51)에 의하여 상기 위치제어부(51)를 중심으로 여러 방향으로 위치를 변경할 수 있다.

또한 전방위광학계(100)는 광학부(30)에 설치되고, 상기 전방위광학계(100)의 일부 영역이 외부로 노출될 수 있고,노출면을 통해서 상기 노출면에 대응하는 피사체를 촬영할 수 있다.

예를 들어 3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)가 화살표 방향으로 향해 환자의 구강에 삽입되는 경우, 상기 광학부(30)의 배면에 노출된 전방위광학계(100)는 적어도 하악을 포함한 구강의 영역을 촬영할 수 있다.

도 4를 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)는 복수의 전방위광학계(100)를 포함할 수 있다.

예를 들어,도 4에 도시된 바와 같이 광학부(30)의 상부측 및 하부측으로 적어도 일 영역이 노출된두 개의 전방위광학계(100)를 포함할 수 있고,3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)가 환자의 구강에 삽입되는 경우,두 개의 전방위광학계(100)로부터 하악과 상악을 포함하는 구강 영역을 촬영할 수 있다.또한 광학부(30)가 환자의 구강에 삽입된 후,한번에 하악과 상악을 포함하는 구강 영역을 모두 촬영하거나,하악을 포함하는 구강 영역과 상악을 포함하는 구강 영역을 동시 또는 순차적 또는 선택적으로 촬영할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)는 위치제어부(51)를 중심으로 화살표 방향으로 회전할 수 있다.

도 5 또는 도 6에 도시된 3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)가 환자의 구강에 삽입되는 경우,광학부(30)의 회전에 따라서 하나의 전방위광학계(100)를 이용하여 구강의 모든 영역을 촬영할 수 있다.

특히 도 6의 3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)의 둘레 일부 영역에는 레일(52)이 형성되고,위치제어부(51)가 상기 레일(52)을 따라 이동함에 따라 상기 광학부(30)가 화살표 방향으로 회전할 수 도 있다.

또한 도 5와 같이 회전 운동 가능한 광학부(30)가 환자의 구강에 삽입되고환자의 구강에서 광학부(30)가 회전 운동함에 따라 상기 광학부(30)로부터 외부로 노출된 전방위광학계(100)와 마주하는 구강 내의 영역을 스틸컷 또는 동영상으로연속 촬영할 수 있다.

또한 도 6과 같이 회전 운동 가능한 광학부(30)가 환자의 구강을 향하여 이동 시외부에서 구강을 바라본 영상과 구강 영상을 실시간으로 촬영할 수도 있다.

다만,도 5와 도 6과 같이 광학부(30)가 회전 운동하는 것을 한정하는 것은 아니고,도 5와 도 6의 회전 운동을 모두 수행할 수도 있고,그 외 다른 방향으로의 회전 운동이 가능할 수 있다.

한편 위치제어부(51)는 3D 구강스캐너(10)에 포함된 구동 수단에 의하여 구동될 수 있고, 상기 구동 수단은 일 예로 소형 모터가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 광학부(30)의 움직임을 몸체부(50)와는 독립적으로 제어할 수 있는 수단이라면 어떤 것이든 가능하다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너의 사시도이다.

도 7을 참조하면,전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 광학부(30) 내부에서 미리 설정된 방향으로 회전 가능한 전방위광학계(100)를 포함할 수 있다.

전방위광학계(100)는 위치제어부(51)로부터의 구동력에 기초하여 미리 설정된 방향으로 회전할 수 있다.이 경우,광학부(30)는 고정된 상태를 유지할 수 있다.

광학부(30)가 구강 내에서 회전 운동하지 않도록 하여 환자의 거부감을 줄일 수 있고,도 1 내지 도 6의 실시예의 광학부와 대비하여 상기 광학부(30)의 사이즈의 확대 여유를 크게 할 수 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서,광출사 전방위광학계를 더 구비한 3D 구강스캐너의 사시도이다.

도 8을 참조하면,3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)는 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)를 포함할 수 있고, 상기 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)의 적어도 일부 영역을 외부로 노출될 수 있고, 상기 광출사 전방위광학계(800)로부터 출사된 광이 피사체에 조사되고, 상기 피사체에 의해 반사된 광은 상기 전방위광학계(100)로 입사할 수 있다.

이러한 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)는 광학부(30)에 복수개로 설치될 수 있고, 이 경우,도 4에서 설명한 바와 같이 광학부(30)의 상측 및 하측에 모두 설치될 수도 있다.

또한 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)는 도 7에서 설명한 바와 같이 광학부(30)가 고정된 상태로 상기 광학부(30) 내에서 미리 설정된 방향으로 회전 운동할 수 있다.

도 9는 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서,보호부를 더 구비한 3D 구강스캐너의 사시도이다.

도 9를 참조하면,전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 보호부(31)를 포함할 수 있다.

보호부(31)는 광학부(30)의 외면의 적어도 일 영역을 둘러싸며 배치될 수 있다.

보호부(31)는 탄성재질을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

보호부(31)는 3D 구강스캐너(10)가 구강 내에 삽입되어 구강과 접촉 시 구강 내 피부의 손상이나,치아와의 충격에 따른 환자의 통증 유발을 방지하고,외부로부터의 충격에 따른 3D 구강스캐너(10)의 손상을 방지할 수 있다.

또한 보호부(31)는 탈부착방식으로 광학부(30)에 설치될 수도 있다.

도 10은 바이트부를 더 포함하는 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너가 구강 내에 삽입된 경우의 모식도이다.

도 10을 참조하면,전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 몸체부(50)에 설치된 바이트부(52)를 더 포함할 수 있다.

바이트부(52)는 몸체부(50)의 상면 및 배면 영역 중에서 광학부(30)와 인접한 영역에 설치될 수 있고, 광학부(30)가 환자의 구강 내에 삽입되고,환자가 입을 다물면 환자의 상악의 중절치와 하악의 중절치가 상기 바이트부(52)에 접촉할 수 있다.

바이트부(52)는 상악 및 하악 각각의 중절치가 삽입될 수 있는 홈을 더 구비할 수도 있다.

또한 바이트부(52)는 상악 및 하악 각각의 중절치가 삽입될 수 있도록 하는 몸체부(50)의 상면 및 하면에 형성된 홈이 될 수도 있다.

바이트부(52)에 가해지는 환자의 상악 및 하악으로부터의 압력에 의하여 3D 구강스캐너(10)가 고정 및 지지될 수 있고,구강의 촬영 시 의도치 않은 3D 구강스캐너(10)의 움직임과 환자의 상악 및 하악의 불필요한 유동을 최소화할 수 있다.

한편 도면에 도시된 바와 같이 바이트부(52)가 몸체부(50)에 설치되는 것에 한정하는 것은 아니고,몸체부(5)의 상면 그리고 하면 일 영역에 환자의 절치가 삽입될 수 있는 홈을 형성함으로써 바이트부를 형성할 수도 있다.

도 11은 미러부를 더 포함하는 3D 구강스캐너의 상면도이고,도 12는 3D 구강스캐너가 구강 내에 삽입된 경우,미러부에 의해 반사된 광이 전방위광학계로 입사는 하는 것을 나타낸 모식도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면,전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 미러부(200)를 더 포함할 수 있다.

3D 구강스캐너(10)가 구강에 삽입된 경우,광학부(30)와 미러부(200) 사이에 치열이 배열될 수 있다.

또한 미러부(200)는 구강 외부에 배치되어 구강으로부터, 예를 들어 치열의 일측으로부터 보다 상세하게는 환자가 입을 벌렸을 때 외부로 노출되는 치열의 측면으로부터 반사되는 광을 재 반사할 수 있는 기구부가 될 수 있다.

미러부(200)는 제1 미러부(210) 및 제2미러부(220)를 포함할 수 있다.

광학부(30)와 대면하는 제1및 제2미러부(210, 220)의 내측 영역에는 반사물질이 형성될 수 있다.

제1및 제2미러부(210, 220)는 일체로 형성될 수 있고,분리되어 따로따로 제작될 수 있다.또한 제1및 제2미러부(210, 220)는 전체로써 U자 형상 또는 환자의 평균적인 치열의 전체 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

제1미러부(210)는 몸체부(50)의 일 측면에 형성되고,제2미러부(220)는 몸체부(50)의 타 측면에 형성될 수 있다.

제1미러부(210)는 몸체부(50)로부터 연장되고,광학부(30)와 이격된 상태로 상기 광학부(30)의 둘레의 일 방향을 따라 연장될 수 있고,제2미러부(220)는 몸체부(50)로부터 연장되고,광학부(30)의 이격된 상태로 상기 광학부(30)의 둘레의 타 방향을 따라 연장될 수 있다.즉 제1및 제2미러부(210, 220) 각각은 광학부(30)의 외측면의 일부를 커버할 수 있다.

제1및 제2미러부(210, 220) 각각의 연장된 길이는 환자의 치아의 평균적인 중절치에서 대구치까지의 길이가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고,중절치부터 대구치까지 이들에 의해 반사된 광이 미러에 도달할 수 있을 정도의 길이가 될 수 있다.

전방위광학계(100)의 제1전방위영역(100a)에는 치아의 내측 법랑질 영역,치아의 법랑질의 상부 영역 그리고 구강 내측 잇몸 영역을 포함한 영역에 반사된 광이 입사될 수 있고, 상기 전방위광학계(100)의 제2 전방위영역(100b)에는 치아의 외측 법랑질과 구강 외측 잇몸 영역을 포함한 영역에서 반사되어 미러부(200)의 내측에서 2차 반사된 광이 입사할 수 있다.

다만 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 전방위광학계(100)의 렌즈의 곡률에 따라서 치아의 외측 법랑질 영역에서 반사된 광이 제1전방위영역(100a)에 입사할 수도 있고,미러부(200)는 상기 제1전방위영역(100a)에 도달하지 못하는 광을 반사하는 구강 내의 영역으로부터의 광을 제2전방위영역(100b)으로 재반사 시킬 수도 있다.

한편 도면에 도시된 제1전방위영역(100a)은 광학부(30)에서 노출된 전방위광학계(100)의 중심 영역을 포함한 영역이고,제2전방위영역(100b)은 상기 제1전방위영역(100a)을 둘러싼 영역이나, 이에 한정하는 것은 아니고,예를 들어 상기 제2 전방위영역(100b)은 구강 내의 구개편도와 인접한 영역이 될 수도 있다.

즉,제1 전방위영역(100a)은 미러부(200)가 존재하지 않는 경우,반사 광이 입사하는 영역이고,제2전방위영역(100b)은 상기 제1전방위영역(100a)을 제외한 영역이 되도록 하여,전방위광학계(100)의 영역 중에서 광이 입사되지 못하여 촬영 영역이 되지 못하는 영역을 제2전방위영역(100b)으로 활용할 수 있도록 한다.

또한 촬영부(300)는 제1전방위영역(100a)으로부터 들어오는 광의 검출 동작과 제2전방위영역(100b)으로부터 들어오는 광의 검출 동작을 동시 또는 순차적 또는 선택적으로 진행할 수도 있다.

또한 제1및 제2미러부(210, 220) 각각은 몸체부(50)의 배면 방향으로 연장되어 상기 몸체부(50)의 배면에서 서로 연결되도록 할 수 있다.따라서 환자가 몸체부(50)에 설치된 바이트부(52)를 물고 있는 경우라도 절치로부터의 반사광이 미러부(200)의 영역 중 몸체부(50)의 배면에 대응하는 영역에 도달할 수 있으므로절치를 포함한 영역과 같이 누락되는 영역 없이치열의 전체 영상을 촬영할 수 있다.

또한 제1및 제2미러부(210,220)는 광학부(30)의 움직임 또는 전방위광학계(100)의 움직임에 대응하여 동시에 움직이는 운동을 할 수도 있고,광학부및 몸체부(30, 50)와는 독립적으로 각도 변경이 가능할 수 있다.

도 13은 전방위렌즈의 단면도이고,도 14 및 도 15는 전방위광학계에 의해 촬영된 하악의 영상을 나타낸 도면이다.그리고 도 16은 다른 실시예에 따른 전방위렌즈의 단면도이며, 도 17은 전방위렌즈와 렌즈어레이의 단면도이다.

도 13및 도 15를 참조하면,본 발명의 실시예에 따른 3D 구강스캐너(10)의 전방위광학계(100)는 전방위렌즈(110)를 포함할 수 있다.

전방위렌즈(110)는 비구면렌즈가 될 수 있다.

촬영부(300)는 전방위렌즈(110)로부터 전방위의 영상을 수신할 수 있다.

3D 구강스캐너(10)의 광학부(30)가 구강 내에 삽입된 상태에서 촬영부(300)는 상악 및 하악 중 적어도 하나를 촬영할 수 있다.

또한 도 14 및 도 15에서 영상의 중앙 영역은 비촬영영역으로써,암구영역으로 정의할 수 있다.

전방위렌즈(110)는복수의 굴절면과 복수의 반사코팅면을 포함할 수 있다.

전방위렌즈(110)는 두 개의 굴절면과 두 개의 반사코팅면을 포함할 수 있다.

굴절부(111), 수평부(113), 반사코팅(114), 내측오목부(115), 내측굴절부(116) 및 내측반사코팅(117)을 포함할 수 있다.

상기 굴절부(111)는 입사광이 굴절되도록 형성될 수 있고, 상기 수평부(113)는 상기 굴절부(111)의 끝 단에 수평하게 형성될 수 있고, 상기 반사코팅(114)은 상기 수평부(113)에 형성되어 내측반사코팅(117)으로부터 반사되는 입사광을 반사시켜 내측오목부(115)로 입사광을 제공할 수 있고, 상기 내측오목부(115)는 상기 반사코팅(114)을 통해 반사된 입사광을 후방으로 제공하도록 다시 굴절시킬 수 있으며, 상기 내측반사코팅(117)은 상기 내측굴절부(116)에 형성되어 굴절부로부터 입사되는 입사광을 반사코팅으로 반사시킬 수 있다.

전방위렌즈(110) 자체는 비구면이 아닌 구면으로 형성함으로써 가공의 용이성을 높이고,제조 원가를 절감시킬 수 있다.

또한 굴절부(111)와 내측오목부(115) 및 내측굴절부(116)가 구면으로 형성되어 비구면시의 가공의 어려운 문제를 해결하면서도 전방위 촬영이 가능하도록 할 수 있다.

전방위렌즈(110)의 가상의 중앙축(CL)을 기준으로 내측굴절부(116)의 경사는 굴절부(111)의 경사보다 가파를 수 있다.

또한 내측오목부(115)는 초점을 맞추기 위하여 형성될 수 있다.

또한 전방위광학계(100)는 내측오목부(115)에 의하여 후방으로 제공되는 입사광을 수신하는 렌즈어레이(150)를 더 포함할 수 있다.

또한 치아의 영역 별로 복수회 촬영하여 촬영된 복수의 영상을 합성할 필요 없이 한번의 촬영으로 치아 전체 영역을 촬영할 수 있으므로,영상 합성에 따른 왜곡을 방지할 수 있고,치아의 촬영 시간을 단축하여,진담 및 검사 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

도 16 및 도 17을 참조하면,다른 실시예에 따른 전방위렌즈(110)는 일면에 볼록한 제1 입사면(121)이 형성되고 타면에 제1 출사면(123)이 형성되며, 상기 제1 입사면(121) 중앙에 제1 반사면(125)이 형성되는 제1 렌즈(120) 및 일면에 제2 입사면(131)이 형성되고 타면에 볼록한 제2 반사면(133)이 형성되며, 상기 제2 반사면(133) 중앙에 제2 출사면(135)이 형성되는 제2 렌즈(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 입사면(121)을 통해 입사한 광선은 제1 출사면(123) 및 제2 입사면(131)의 접합면을 거쳐 제2 반사면(133)에서 반사되고, 제2 반사면(133)에서 반사된 광선은 제1 출사면(123) 및 제2 입사면(131)의 접합면을 거쳐 제1 반사면(125)에서 반사된 후, 제1 출사면(123) 및 제2 입사면(131)의 접합면을 거쳐 제2 출사면(135)을 통해 출사될 수 있다.

제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)는 광선의 반사와 굴절을 이용한 반사굴절식 렌즈로서, 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130)를 통해 360도 전방위 영상을 획득할 수 있다.

제1 반사면(125) 및 제2 반사면(133)에 가시광선을 반사시킬 수 있는 물질 예를 들어 알루미늄, 은 등의 물질이 코팅되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 반사면(125) 및 제2 출사면(135)은 도면상에 평평하게 도시되었으나 이는 하나의 실시형태일 뿐 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있다.

제1 렌즈(120)는 외부의 광선이 입사하는 렌즈로서, 일면에 제1 입사면(121)이 볼록하게 형성되고 제1 입사면(121)을 통해 외부의 광선이 입사할 수 있다. 제1 렌즈(120)의 타면에는 제1 출사면(123)이 형성되어 제1 입사면(121)으로 입사한 광선이 제1 출사면(123)으로 출사할 수 있다. 또한, 제1 입사면(121)의 중앙에 제1 반사면(125)이 형성될 수 있다.

제2 렌즈(130)는 제1 렌즈(120)와 접합하는 렌즈로서, 구체적으로 제2 렌즈(130)의 일면에 제2 입사면(131)이 형성되고, 제2 입사면(131)이 제1 출사면(123)과 접합할 수 있다. 제2 렌즈(130)의 타면에는 볼록한 제2 반사면(133)이 형성되고, 제2 반사면(133)의 중앙에 제1 입사면(121)을 통해 입사한 광선이 출사할 수 있는 제2 출사면(135)이 형성될 수 있다.

외부로부터 입사하는 광선은 제1 입사면(121)이 볼록하게 형성됨으로써 소정 각도로 굴절되어 모이게 된다. 이러한 이유로 제2 렌즈(130)의 직경이 제1 렌즈(120)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.

또한 제1 출사면(123)과 제2 입사면(131)의 접합면이 평평하지 않게 형성하되, 서로 대응하도록 형성된 후 서로 밀착하여 접합될 수 있다.

또한 전방위렌즈(110)의 제1 렌즈(120) 및 제2 렌즈(130) 외에도 렌즈어레이(150)는 제2 출사면(135)의 후방에 배치되는 복수 개의 렌즈를 포함할 수 있다.

렌즈어레이(150)의 복수 개의 렌즈는 동일한 광축을 이루면서 일렬로 배치되며, 앞서 설명한 바와 같이 색수차 보정을 위해 크라운 계열과 플린트 계열의 렌즈를 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 크라운 계열은 NBK7 소재로 이루어질 수 있고, 플린트 계열은 NSF15, NSF8 소재로 이루어질 수 있다. 위의 예처럼 렌즈의 소재를 3종류로 한정하면 소재의 종류를 줄일 수 있어 양산화에 유리한 장점이 있다.

또한렌즈어레이(150)를 제3 렌즈(153) 내지 제9 렌즈(159)를 이용하여 구성할 수 있다.

또한 C는 크라운 계열 소재의 렌즈를 의미하고, F는 플린트 계열의 소재를 의미한다.

렌즈어레이(150)의 복수 개의 렌즈를 배치할 때 제5 렌즈(155) 와 제6 렌즈(156)를 곡률반경을 서로 다르게 하고, 렌즈의 가장자리만 접하는 에지 콘택트(Edge contact) 방식으로 제5 렌즈(155)와 제6 렌즈(156)의 가장자리만 접합함으로써 편심의 측정을 용이하게 할 수 있고, 렌즈 간의 광축을 편하게 맞출 수 있다. 제5 렌즈(155)와 제6 렌즈(156)를 에지 콘택트 방식으로 접합할 때, 제5 렌즈(155)와 제6 렌즈(156) 사이에는 소정간격의 공간이 형성되는데, 이 공간의 간격이 너무 크게 형성되거나 작게 형성되면 이미지 센서(310)에 맺히는 상이 어긋나 제대로 된 화각을 확보하지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해 제5 렌즈(155)의 곡률반경과 제6 렌즈(156)의 곡률반경이 적절하게 선택되어 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 렌즈어레이(150)는 셔터(Shutter) 방식의 적외선 필터(151)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 적외선 필터(151)를 닫아 적외선을 차단시키고, 적외선 필터(151)를 열어 적외선을 통과시킬 수 있다.

한편 전방위렌즈(110)의 외면 및 내면의 굴절각은 전술한 바에 한정하는 것은 아니고 각 면의 영역별로 상이하게 설계할 수 있다.

도 28은 하악 치열궁에 관한 도면이고,도 29는 하악 치열궁의 각을 나타낸 도면이고,도 30은 각 형태별 치열궁선을 나타낸 도면이고,도 31은 상악 및 하악의 치아들 간의 거리를 나타낸 도면이고,도 32은 치열궁의 장경을 나타낸 도면이고,도 33은 몬슨구와 차악 치열구의 형태 및 교두 경사각을 나타낸 도면이고,도 34 및 도 35는 하악대구치 임상치관의 형태와 크기를 나타낸 도면이며,도 36은 치아 표준치를 나타낸 도면이다.

전방위렌즈(110)의 외면 및 내면 각각의 영역별 굴절각 및 외곡률은 사람의 악궁의 평균적인 계측치, 상하악 아치 및 치아 크기 계측치,아동 견치 및 소구치의 폭경합치를 모두 고려하여 결정할 수 있다.

보다 상세하게는 도 28과 표1내지 표 3의 악궁계측치를 고려하여 결정할 수 있다.

여기서의 견치 고경(CH)은 좌우 중절치 사이의 중앙점에서 좌우 견치교두정을 이은선과 기준선이 만나는 점까지의 거리를 의미하고,제2대구치 고경(M2H)는 좌우 중절치 사이의 중앙점에서 좌우 제2대구치 원심협측교두정을 이은선과 기준선이 만나는 점까지의 거리를 의미하고,견치 폭경(CW)은 좌우 견치교두정간의 거리를 의미하고,제1대구치간 폭경(M1W)은 좌우 제1대구치 근심협측교두정간의 거리를 의미하며,제2대구치간 폭경(M2W)은 좌우 제2대구치 원심협측교두정간의 거리를 의미한다.

(㎜)	CH	M2H	CW	M1W	M2W
전체평균	5.19	39.81	27.16	46.93	56.09
남자	5.34	40.19	27.41	47.72	57.27
여자	4.95	39.21	26.67	45.70	54.32

표 2는 악궁의 폭경에 관한 남녀 평균치를 나타낸 것이다.

여기서의 IC는 양견치간 거리(Intercanine distance)를 의미하고,CH는 양 견치 순면 최대풍융간의 거리(Canine-labial height of cotour)를 의미하고,IM는 양 제1대구치 근심설측교두정간의 거리(Intercanine distance)를 의미하고,MI는 양 제1대치구 근심설측교두를 기준으로 그 외측 치조제간의 거리를 의미하고,M2는 양 제2대치구 근심설측교두를 기준으로 그 외측 치조제간의 거리의미하며,IH는 hamular notch간의 거리(Interhamular notch distance)를 의미한다.

(㎜)	IC	CH	IM	M1	M2	IH
전체평균	36.44	40.08	43.14	64.89	68.58	49.80
남자	36.67	40.29	43.56	65.58	69.29	50.70
여자	35.83	39.52	42.05	62.92	66.30	48.20

표 3은 악궁 전후적 거리 및 수직적 높이에 관한 남녀 평균치를 나타낸 것이다.

여기서의 IP - CI는 절치유두(Incidive papilla)와 중절치(Central Inciaor) 순면 최대풍융까지의 거리를 의미하고,P - ICL는 절치유두Incidive papilla)와 양 견치를 이은 선(Intercanine Iine)까지의 전후관계를 의미하고,F - CI는 구개소와(Palatine fovea)와 중절치(Central Incisor) 순면 최대풍융까지의 거리를 의미하고,CI - LV는 중절치(Central incisor)로부터 전치부 순측전쟁 (Labial vestibule)까지의 수직거리를 의미하고,MI - BV는 제1대치구 근심설측교두정으로부터 구치부 협측전정(Buccal vrstibule)까지의 수직거리를 의미하고,HN - OP는 Hamular notch로부터 기즌교합평면 (Occlusal plare)까지의 수직거리를 의미하며,PV - OP는 Palatal vault로부터 교합면까지의 수직거리를 의미한다.

(㎜)	IP - CI	P - ICL	F - CI	CI - LV	MI - BV	HN - OP	PV - OP
전체 평균	9.52	53.27	0.40	21.84	17.45	6.84	19.95
남자	9.46	53.93	0.51	22.01	17.56	6.91	20.19
여자	9.63	52.08	0.11	21.00	17.08	6.70	19.12

또한 외면 및 내면 각각의 영역별 굴절각 및 외곡률은 표 4 내지 6를 고려하여 결정할 수 있다.

표 4는 얼굴과 치아의 매개 변수를 측정한 값을 나타낸 것이다.

여기서의 FW는 안면 폭경을 의미하고,WMCI는 상악 중절치 폭경을 의미하고,ICD는 상악견치간 폭경을 의미하며,IAW는 비익간 거리를 의미한다.

표 5는 표4에 따른 얼굴과 치아의 매개 변수 측정치를 이용하여 상관분석을 값을 나타낸 것이다.

표 6은 전술한 4가지 계측 항목 상호간의 상관성에 대한 방정식을 나타낸 것이다.

또한 외면 및 내면 각각의 영역별 굴절각 및 외곡률은 도 29 및 도 30과 표 7및 표 8에 따른 치아들 간에 이루는 각도와 표 10에 따른 성인 남녀의 평균적인 근원심 크라운 직경과 표 11에 따른 일반인의 평균적인 상하악 아치 및 치아 크기 계측치 및 표 12 및 표 13에 따른 아동 견치 및 소구치의 폭경합을 고려하여 결정할 수 있다.

(º)	IA	CA
전체평균	138.32	133.57
남자	137.54	134.48
여자	139.54	132.17

도 29 및 표 7에서의 좌측 견치각(LCA)은 egi의 각도를 의미하고,우측 견치각(RCA)은 ace의 각도를 의미하고,중절치각(IA)은 ceg의 각도를 의미하며,견치각(CA)은 좌우 견치각의 합의 평균(ace의 각도 +egi의 각도) /2를 의미한다.

표 8는 구해진 계측점을 이용하여 3가지 치열궁 형태의 희귀 곡선인 3차함수식을 최소제곱법으로 구하고,결정계수(R-square)를 구한 것을 나타내는 표이다.그리고 표 8의 결과에 기초하여 V. U, O 형태의 산포도 및 최소제곱법으로 구한 치열궁선을 도 30과 같이 나타낼 수 있다.

도 9에서 Dentition는 치열, Central incisor는 중절치, Lateral incisor는 측절치, Canine는 송곳니, 1st premolar는 제1소구치, 2nd premolar는 제2소구치, 1st molar는 제1대구치, 2nd molar는 제2대구치를 나타낸다.

표 11은경석고 모형에서 측정된 성별에 따른 상하 좌우 영구 견치 및 소구치의 폭경합의 평균과 좌우 치아군의 크기를 비교한 결과이다.

표 12는남녀 상하악 치아군의 폭경합과 하악 영구 4전치의 폭경합 및 각각 비교한 결과이다.

또한 외면 및 내면 각각의 영역별 굴절각 및 외곡률은 도 31과 도 32 그리고 표 14의 양 견치 교두정간의 거리의 남녀 평균치,표 15의 제1대구치 근심설측교듀정간의 거리의 남녀 평균치,표 16 제1소구치 협측교두정의 남녀 평균치,표 17의 제2대구치 협측교두정의 남녀 평균치, 표 18의 치열궁 장경의 남녀 평균치, 도 33과 표 19의 몬슨 구와 하악 치열궁의 형태 및 교두 경사각,도 34및 도 35그리고 표 20의 하악 대구치 크기 그리고 도 36과 표 21의 치아 표준 측정표에 기초하여 결정할 수 있다.

또한 표 14내지 표 18는 표 13의 7개의 조사 군집을 기초하여 측정한 평균치이다.

군집번호	남자(인원/연령)		여자(인원/연령)		총(명)	연령
1	176		64		240	만 21-26
2	138	19-29	87	17-28	225
3	20		20		40	15-22
4	20		20		40
5	237		131		368	평균16.3
6	43	평균24.40	28	평균	24.36	만 23-27
7			210		210

단위: mm
양견치교두정간의거리(그림31의①)
	1	2	3 (견치구개측치은연의중심점)		5	6	7
구분	상악	하악	상악	하악	하악	하악	상악	하악
남자	36.67	27.41	27.36	20.07	30.63
여자	35.83	26.77	27.61	20.56	30.73		34.38	26.42
전체	36.44	27.16	26.59	20.36		26.75

제1대구치근심설측교두정간의 거리(그림31의②)
논문번호	1	2	3		5	6	7
구분	상악	하악	상악	하악	하악	하악	상악	하악
남자	43.56	47.72	36.04	35.6	51.15
여자	42.05	45.7	34.79	34.6	52.12		52.05	44.83
전체	43.14	46.93	36.74	34.57		54.61

제1소구치협측교두정(그림31의③)
4
구분	상악	하악
남자	44.8	41.16
여자	44.55	36.41

제2대구치협측교두정(그림31의④)
2
하악
남자	57.24
여자	54.32
전체	56.09

치열궁장경
논문번호	1	2	3		4		5	6	7
구분	상악	하악	상악	하악	상악	하악	하악	하악	상악	하악
남자	53.93	40.19	27.33	22.95	38.78	36.22	26.77
여자	52.08	39.21	26.63	22.73	38.67	33.15	26.98		28.69	24.38
전체	53.27	39.81	26.84	22.49				25.53
기준	구개소-중절치 순면	제2대구치	제1대구치	제1대구치	제1대구치		제1대구치	제1대구치	제1대구치

Measurement parameters		Mean (SD)
Arch form	ICR (mm)	23.37 (7.84)
	IMR (mm)	27.48 (1.26)
	IMA (°)	141.71 (9.98)
	ICA (°)	95.02 (4.04)

		①	②	③	④	⑤	⑥	⑦	⑧
치아		치관의 길이	치근의 길이	치관의근원심경	치경부의 근원심경	치관의협설경	치경부의 협설경	근심부의 치경선높이	원심부의 치경선높이
상악	중절치	10.5	13.0	8.5	7.0	7.0	6.0	3.5	2.5
	측절치	9.0	13.0	6.5	5.0	6.0	5.0	3.0	2.0
	견치	10.0	17.0	7.5	5.5	8.0	7.0	2.5	1.5
	1소구치	8.5	14.0	7.0	5.0	9.0	8.0	1.0	0.0
	2소구치	8.5	14.0	7.0	5.0	9.0	8.0	1.0	0.0
	1대구치	7.5	12.5	10.0	8.0	11.0	10.0	1.0	0.0
	2대구치	7.0	11.5	9.0	7.0	11.0	10.0	1.0	0.0
	3대구치	6.5	11.0	8.5	6.5	10.0	9.5	1.0	0.0
하악	중절치	9.0	12.5	5.0	3.5	6.0	5.3	3.0	2.0
	측절치	9.5	14.0	5.5	4.0	6.5	5.8	3.0	2.0
	견치	11.0	16.0	7.0	5.5	7.5	7.0	2.5	1.0
	1소구치	8.5	14.0	7.0	5.0	7.5	6.5	1.0	0.0
	2소구치	8.0	14.5	7.0	5.0	8.0	7.0	1.0	0.0
	1대구치	7.5	14.0	11.0	9.0	10.5	9.0	1.0	0.0
	2대구치	7.0	13.0	10.5	8.0	10.0	9.0	1.0	0.0
	3대구치	7.0	11.0	10.0	7.5	9.5	9.0	1.0	0.0

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 정보입력부를 포함한 구상스캐너의 사시도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 적어도 하나의 정보입력부(70)를 포함할 수 있다.

정보입력부(70)는 물리적인 버튼 또는 터치 입력 버튼이 될 수 있다.

또한 정보입력부(70)는 디스플레이장치가 될 수도 있다.

디스플레이장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display) 방식, 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED) 방식, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 방식, 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL) 방식, 전기영동 표시 방식, 유기발광다이오드 표시 방식 중 적어도 하나의 방식으로 구동할 수 있다.

정보입력부(70)가 디스플레이장치가 되는 경우, 상기 디스플레이장치는 터치 패널을 구비할 수 있고,사용자는 상기 터치 패널의 터치 기능을 이용하여 정보를 입력할 수도 있다.

도면상으로는 정보입력부(70)가 몸체부(50)의 상면의 일 영역에 배치하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 정보입력부(70)는 광학부및 몸체부(30, 50) 중 적어도 하나에 위치할 수 있고, 상기 광학부및 몸체부(30, 50) 중 어느 하나의 임의의 면에 노출되도록 배치될 수 있다.

정보입력부(70)가 물리적인 버튼인 경우, 상기 물리적인 버튼은 몸체부(50)에 위치하고,디스플레이장치는 광학부(30) 또는 몸체부(50)에 위치할 수 있다.또한 디스플레이장치가 정보입력부(70)와는 별도로 구비되는 경우, 상기 디스플레이장치는 탈 부착 방식으로 몸체부(50) 상에 설치될 수도 있고,전방위광학계(100)로 촬영되는 영상은 실시간으로 상기 디스플레이장치를 통해 표시될 수도 있다.

한편 터치패널은 그 구조에 따라 부착형(add-on type), 상판형(on-cell type) 및 일체형(in-cell type)으로 나눌 수 있다. 구체적으로 부착형은 디스플레이장치와 터치패널을 개별적으로 제조한 후에, 디스플레이장치를 구성하는 상부 유리 기판에 터치스크린을 부착하는 방식이고, 상판형은 디스플레이장치를 구성하는 상부 유리 기판의 표면에 터치 스크린을 구성하는 소자들을 직접 형성하는 방식이다. 그리고 일체형은 디스플레이장치에 터치패널을 내장한 방식이다.

또한터치패널은 광방식 및 정전용량 방식의 터치패널로 구분될 수 있다. 상기 광방식 터치패널은 디스플레이장치의 박막 트랜지스터 기판 어레이에 광센싱층을 형성하고, 백라이트 유닛으로부터의 광이나 적외선 광을 이용하여 터치된 부분에 존재하는 물체를 통해 반사된 광을 인식하는 방식이다.그리고 상기 디스플레이장치가 유기발광다이오드패널을 구비하는 경우 상기 백라이트 유닛은 생략된다. 그리고 상기 정전용량 방식 터치패널은 자기 정전용량 방식(Self Capacitance Type)과 상호 정전용량 방식(Mutual Capacitance Type) 중 어느 하나가 될 수 있다.

3D 구강스캐너(10)에 내장된 프로세서(20)는 정보입력부(70)로부터의 사용자의 명령신호를 수신하여,기 설정된 상기 명령신호에 대응하는 동작을 수행하도록 촬영부(300), 광원부(500), 위치제어부(51) 중 적어도 하나를 제어할 수 있고,예를 들어 사용자의 명령신호는 촬영 명령 신호가 될 수 있고, 상기 프로세서(20)는 상기 촬영 명렬 신호에 대응하여 구강을 촬영하고, 상기 프로세서(20)에 의하여 2차원데이터는 3차원데이터로 변환될 수 있다.

또한 촬영부(300)에 의해 촬영된 영상이 프로세서(20)에 의해 3D데이터로 변환되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 프로세서(20)는 상기 촬영부(300)의 촬영 정보를 외부 서버로 전송하고, 상기 외부 서버가 수신된 촬영 정보에 기초하여 3D 데이터를 생성할 수도 있다.

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로서, 렌즈보호부를 포함한 구상스캐너의 사시도이다.그리고 도 20은 렌즈보호부와 렌즈보호부에 설치된 발열부재를 나타낸 도면이다.

도 19및 도 20을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 렌즈보호부(90)를 포함할 수 있다.

렌즈보호부(90)는 전방위광학계(100)에 설치될 수 있다.

렌즈보호부(90)는 전방위광학계(100)로부터 탈부착이 가능하도록 하여 상기 렌즈보호부(90)가 오염된 경우 교체가 가능하도록 할 수 있다.

렌즈보호부(90)는 전방위렌즈(110)를 둘러싸며 전방위광학계(100) 또는 광학부(30)에 배치될 수 있다.

렌즈보호부(90)는 투명할 수 있고, 플라스틱이나 유리 재질이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 투명할 수 있는 재질이라면 어떤 것도 가능하다.

또한 렌즈보호부(90)에는 발열부재(91)가 설치되어, 상기 발열부재(91)로부터 발생하는 열이 상기 렌즈보호부(90)의 전영역에 전도되어, 상기 렌즈보호부(90) 상의 김서림 현상이나 습기 생성을 방지할 수 있다.또한 발열부재는 렌즈보호부(90)의 내측 또는 외측에 배치되거나, 렌즈보호부(90)의 내부에 삽입될 수도 있고, 렌즈보호부(90)의 가장자리 영역 또는 촬영영상의 암구영역(2)에 대응하는 렌즈보호부(90)의 중앙 영역 중 적어도 하나의 영역에 배치될 수 있다.

또한 렌즈보호부(90)는 김서림방지층을 포함할 수 있고, 상기 김서림방지층은 계면활성제를 포함하는 투명 폴리우레탄으로 이루어질 수 있다.그리고 계면활성제는 이소시아네이트 반응성 부분, 소수성 및 친수성 영역을 구비할 수 있다.그리고 김서림방지층은 1um 이상의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 3D 구강스캐너를 구비한 인공 치아 가공 장치의 블록도이다.

도 21을 참조하면, 인공 치아 가공 장치(1)는 3D 구강스캐너(10), 데이터변환장치(13) 그리고 밀링장치(15)를 포함할 수 있다.

데이터변환장치(13)는 3D 구강스캐너(10)의해 3차원적으로 측정되어 디지털 데이터로 변환된 영상 정보를 수신하여 이를 3D 데이터로 변환할 수 있다.

또한 데이터변환장치(13)는 제작 데이터를 생성하고, 이를 밀링스트립으로 변환하여 밀링장치(15)로 제공할 수 있다.

CAD, CAM기반의 데이터 변환장치가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 2D 데이터를 3D 데이터로 변환할 수 있는 장치라면 어떤 것이라도 가능하다.

밀링장치(15)는 데이터변환장치(13)로부터 수신한 밀링 스트립을 이용하여 인공 치아를 생성할 수 있다.

밀링장치(15)는 공간적으로 2개의 방향으로 밀링 방향점이 결정된 2축 밀링 장치, 공간적으로 3개의 방향으로 밀링 방향점이 결정된 3축 밀링 장치, 공간적으로 3개축뿐만 아니라 텐션 브릿지(tension bridge)가 존재하여 무한히 다양하게 회전할 수 있는 4번째 축을 구비한 4축 밀링 장치 및 전술한 4축에 더하여 회전 가능한 스핀들(spindle)의 5번째 축을 구비한 5축의 밀링 장치가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 3D 구강스캐너(10), 데이터변환장치(13) 및 밀링장치(15)는 유선 또는 무선으로 서로 통신할 수 있다.

예를 들어 WLAN(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 블루투스(Bluetooth) 방식 등의 무선 통신 방식 또는 시스템 구현 방식에 따라 이더넷(Ethernet), xDSL(ADSL, VDSL), HFC(Hybrid Fiber Coaxial Cable), FTTC(Fiber to The Curb), FTTH(Fiber To The Home) 등의 유선 통신 방식을 이용할 수도있으며, USB 3.0 통신 방식을 이용할 수도 있다.

한편 3D 구강스캐너(10)를 이용하여 3차원적 구강 내의 이미지를 얻기 위하여 촬영 영상의 심도를 측정할 필요가 있다.

이하 심도 측정에 따른 3D 데이터 획득 방식을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 구강스캐너(10)를 이용하여 스테레오 방식 또는 스틸 방식으로 촬영할 수 있고, 구강의 1 회 촬영, 구강의 복수회 촬영 그리고 전방위광학계(100) 렌즈를 이동시키며 촬영 할 수도 있다.

또한 실시예에 따른 3D 구강스캐너(10)의 몸체부(5)에는 기준점이 표시되어, 술자가 상기 기준점을 기초하여 환자의 구강에 3D 구강스캐너(10)의 삽입 정도를 결정할 수 있다

또한 실시예에 따른 3D 구강스캐너(10)는 치열뿐만 아니라 잇몸 그리고 연구개, 구개수, 인두구개궁, 구개편도, 설구개궁 등 구강내의 모든 영역을 촬영할 수 있다.

또한 실시예에 따른 3D 구강스캐너(10)는 촬영 횟수를 최소화할 수 있어, 촬영 영상의 합성 과정이 최소화되고, 합성에 따른 해상도와 분해능 저감 문제를 방지하여 우수한 해상도 및 분해능을 가진 3D 영상을 획득할 수 있고, 3D 데이터 생성 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

이하 심도 측정에 따른 3D 데이터 획득 방식을 설명한다.

- 심도 측정에 따른 3D 데이터 획득 방식

<패턴마스크 방식>

도 22는 패턴마스크 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 패턴마스크 방식으로 구강내를3차원적으로 측정할 수 있다.

3D 구강스캐너(10)는 광출사 전방위광학계(800)를 더 포함할 수 있다.그리고 광출사 전방위광학계(800)는 전방위광학계(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

또한 광출사 전방위광학계(800)는 광출사 전방위렌즈를 포함할 수 있고, 상기 광출사 전방위렌즈는 전방위렌즈(110)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

촬영부(300)는 이미지센서(310)를 포함할 수 있다.

이미지센서(310)는 광전변환소자일 수 있다.

광원부(500)는 광원(510) 및 패턴필터(530)를 포함할 수 있다.

광원(510)으로부터 출사되는 광은 패턴필터(530)를 통과하여 상기 패턴필터(530)에 의해 결정된 패턴구조광이 광출사 전방위광학계(800)를 투과하여 피사체(S)에 조사될 수 있다. 그리고 상기 피사체(S)로부터 반사된 광은 전방위광학계(100)를 투과하여 이미지센서(310)에 도달할 수 있다.

또한 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)는 수평면을 기준으로 서로 기 설정된 각도를 이룰 수 있고, 상기 기 설정된 각도는 0도보타 크고 180도 이하일 수 있다.

또한 촬영부(300)는 제1조리개(320)를 더 포함할 수 있고, 광원부(500)는 제2조리개(520)를 더 포함할 수 있다.

이 경우 광원(510)으로부터 출사되는 광은 패턴필터(530)를 통과하여 상기 패턴필터(530)에 의해 결정된 패턴구조를 가지는 광이 제2조리개(520)로 출사되어 광출사 전방위광학계(800)를 통과하여 피사체(S)에 조사되고, 상기 피사체(S)에 조사된 광에 의해 반사된 광은 전방위광학계(100)를 지나 제1조리개(320)를 통해 이미지센서(310)에 도달할 수 있다. 그리고 상기 이미지센서(310)에서 검출된 2차원의 이미지는 삼각 측량법을 이용하여 3차원의 이미지로 변환될 수 있다.

<프로젝터 방식>

도 23은 프로젝터 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 23을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 프로젝터 방식으로 구강 내를 3차원적으로 측정할 수 있다.

3D 구강스캐너(10)는 프로젝터(700)및 광출사 전방위광학계(800)를 포함할 수 있다.그리고 광출사 전방위광학계(800)는 전방위광학계(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

프로젝터(700)는 LCD(Liquid crystal display) 방식, LCOS(Liquid crystal on silicon) 방식, DLP(Digital light processing) 방식 중 어느 하나가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 입력된 신호를 영상처리하여 피사체(S)에 영상을 조사할 수 있는 장치라면 어떤 것이든 가능하다.

또한 프로젝터(700)는 광원부(500)와 별도로 구비되거나 상기 광원부(500)를 포함할 수 있다.

프로젝터(700)에 의해 형성된 미리 정해진 패턴구조광을 광출사 전방위광학계(800)를 통해 피사체(S)에 조사하고, 상기 피사체(S)에 조사된 광에 의해 반사된 광은 전방위광학계(100)를 투과하여 이미지센서(310)에 도달할 수 있다. 그리고 상기 이미지센서(310)에서 검출된 2차원의 이미지는 삼각 측량법을 이용하여 3차원의 이미지로 변환될 수 있다.

보다 상세하게는 상기 미리 정해진 패턴구조광을 피사체(S)에 조사하고, 상기 피사체(S)에 맺힌 패턴구조를 이미지센서(310)로 받아드려 3차원 영상을 구성하는 것으로 각 패턴구조가 만드는 라인마다 고유 식별기호가 존재하고, 미리 정해진 해당 식별기호의 평면 방정식과 상기 피사체(S)에 맺힌 실제 위치와의 교점을 이용하여 3차원 좌표를 생성할 수 있다.

또한 패턴구조의 강화 효과를 위하여 역패턴구조를 사용할 수도 있다.

또한 미리 정해진 패턴은 그레이(Grey) 패턴 또는 컬러(Color) 패턴이 될 수도 있다.

한편 상기 패턴은 3D 구강스캐너(10) 내의 메모리에 구비되어, 프로세서(20)가 상기 메모리에 저장된 패턴을 읽어드려프로젝터(700)를 통해 패턴구조광이 출사될 수 있도록 할 수 있다.그러나 이에 한정하는 것은 아니고상기 프로세서(20)는 외부의 서버로부터 각종 패턴 정보를 수신할 수도 있다.

<포토메트릭 스테레오 방식>

도 24는포토메트릭 스테레오 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 포토메트릭 스테레오(Photometric Stereo) 방식으로 구강내의 2차원 영상으로부터 3차원 영상을 획득할 수 있다.

3D 구강스캐너(10)는 광학부(30)에 설치된 적어도 두 개이상의 광원부(500)를 포함할 수 있다.

광원부(500)는 광학부(30)의 외면에 설치될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 외부로 광을 출사할 수 있는 위치, 보다 상세하게는 피사체에 소정의 광을 조사할 수 있는 위치라면 광학부(30)의 어느 위치든 가능하다.

광원부(500)는 전방위렌즈(110)에 인접하여 광학부(30)에 설치될 수 있다.

복수개의 광원부(500)는 순차적 또는 선택적으로 구동할 수 있다. 예를 들어 광원부(500)가 제1및 제2광원(511, 512)을 포함하는 경우, 상기 제1 및 제2광원(511, 512)은 서로 이격되어 광학부(30)에 배치될 수 있고, 상기 제1 및 제2광원(511, 512) 중 어느 하나가 턴온시 나머지 하나는 턴오프는 유지하고, 상기 나머지 하나가 턴오프될 때 다른 하나는 턴오프될 수 있다.

3D 구강스캐너(10) 내의 프로세서(20)는 이미지센서(310)로부터 검출된 2D 데이터를 이미 저장된 정렬 알고리즘에 기초하여 움직임에 대한 보정과 렌즈 왜곡 보정 및 투명도를 고려한 데이터 품질 향상을 위한 빛 산란 보정을 중 적어도 하나를 수행하여 3D 데이터를 생성할 수 있다.

3D 데이터 생성 방법으로는 예를 들어 광원부(500)가 N개의 광원을 포함하는 경우, 이미지센서(310)로 전송되는 뷰 벡터(View vector: V)와 N개의 광원 각각에 의해 피사체(S)로부터 반사되는 광 벡터(Light vector: Ln)과 각 광 벡터의 조명 에너지(I) 및 반사계수(kd)에 기초하고아래의 수학식 1과 같은 조명 명암(shading) 공식을 적용하여 노멀 벡터(Normal vector)를 생성할 수 있다.

[수학식 1]

그 후 이미지센서(310)의 각 픽셀의 3D 노멀 벡터로부터 수학식 2에 기초하여 깊이를 계산할 수 있고, 깊이 정보에 기초하여 2D 데이터를 3D 데이터로 변환할 수 있다.

[수학식 2]

<다중영상 기반의 3차원 영상 복원 방식>

도 25는다중영상 기반의 3차원 영상 복원 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 다중영상 기반의 3차원 영상 복원(2. Structure From Motion 3D Reconstruction) 방식으로 구강내의 2차원 영상으로부터 3차원 영상을 획득할 수 있다.

광학부(30)에 결합된 전방위광학계(100)는 광학부(30)의 내부에서 유동할 수 있고, 상기 광학부(30)와 함께 유동할 수 있다.이 경우, 촬영부(300)는 전방위광학계(100)의 유동에 대응하여 함께 유동할 수 있다.

또한 광원부(500)는 광학부(30) 및 몸체부(50) 중 적어도 어느 하나에 수납되거나, 상기 광학부(30)의 외측에 설치되어, 구강 내에 광을 제공할 수 있다.

촬영부(300)는 전방위광학계(100)의 유동에 따라 연속된 영상을 수신하고, 프로세서(20)는 상기 연속된 영상에서 특징점(Keypoint)을 추출할 수 있다.상기 프로세서(20)가 연속된 영상에서 특징점을 추출할 때 Harris point나 SIFT 알고리즘을 이용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 연속된 영상에서 특징점을 추출할 수 있는 어떠한 알고리즘이든 이용할 수 있다.

또한 프로세서(20)는 특징점 매칭 최적화 기법에 기초하여 월드(World) 좌표상에서 촬영부(300)의 이동 위치를 추적할 수 있다.상기 특징점 매칭 최적화 기법에는 least square, RANSAC 또는 Levenberg-Marquardt 알고리즘을 이용할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 프로세서(20)는 연속된 영상과 촬영부(300)의 위치 정보에 기초하여 스테레오(Stereo) 깊이를 추출하여, 이를 기초하여 2D 데이터를 3D 데이터로 변환할 수 있다.

<전방위 렌즈 초점 거리 조절 방식>

도 26 및 도 27은 액체렌즈의 단면도이다.

도 26 및 도 27을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)는 전방위 렌즈 초점 거리 조절 방식방식으로 구강내의 2차원 영상으로부터 3차원 영상을 획득할 수 있다.

전방위광학계(100)는 전방위렌즈(110)를 포함하고, 상기 전방위렌즈(110)는 액체렌즈부(170)가 될 수도 있다.

액체렌즈부(170)는 제1 보호 유리(171), 제2 보호 유리(172), 상기 제1및 제2보호 유리(171, 172) 사이에 적층된 오일층(173)과수용액층(174), 이것들의 주변부에 배치되어 전압을 인가하기 위한제1 전극부(175)와제2 전극부(176), 상기 제1및 제2전극부(175, 176) 사이를 절연하는제1 절연부(177)와제2 절연부(178)및 전원 공급부(179)를 포함할 수 있다.

전원 공급부(179)에서 생성되는 전압은 프로세서(20)에 의하여 조절될 수 있다.

액체렌즈부(170)는 전원 공급부(179)로부터 공급된 전원이 제1및 제2전극부(175, 176)에 인가됨으로써, 오일층(173)의 곡률 반경과 두께가 변화되어, 상기 액체렌즈부(170)를 통과한 광의 초점의 위치를 변화시킬 수 있는 특성을 가진다.

보다 상세하게는 제1및 제 2전극부(175, 176)에 소정의 전압이 인가되는 경우, 오일층(52)의 곡률 반경과 두께가 커질 수 있다.전압의 크기를 크게 함으로써 초점 거리를 짧게 할 수 있다.

프로세서(20)는 전원 공급부(179)의 전원을 조절함에 따라 액체렌즈부(170)의 포커싱을 달리함으로써, 얻어지는 깊이 정보에 기초하여 촬영부(300)로부터 획득한 2D 데이터를 3D 데이터로 변환할 수 있다.

한편 엑체렌즈부(170)는 전압에 따른 굴절률 변화 방식이 아닌 압력 조절에 따라 굴절률이 변화하여 초점을 조절할 수도 있다.

<전방위렌즈 초점 거리별 구분 방식>

본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계(100)의 전방위렌즈(110)는 암점을 둘러싼 제1초점거리 영역과 상기 제1초점거리 영역을 둘러싼 제2초점거리 영역을 포함하고, 촬영부(300)의 이미지센서(310)는 상기 제1및 제2초점거리 영역 별로 초점을 단계적으로 조절하여 2D 영상의 깊이를 추출하고 깊이 정보에 기초하여 3D 영상을 생성할 수도 있다.

<레이저 광을 이용한 심도 측정 방식>

도 28은레이저 광을 이용한 심도 측정 방식의 3D 구강스캐너의 구성도를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 28을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너(10)의 광원부(500)는 레이저 광을 제공할 수 있고, 이미지센서(310)는 위치변위검출소자(Position Sensing Device: PSD)가 될 수 있다.

위치변위검출소자는 입사 광이 입력되는 위치에 따라 전기 신호를 생성하는 소자이다.

3D 구강스캐너(10)는 광출사 전방위광학계(800)를 포함할 수 있다.그리고 광출사 전방위광학계(800)는 전방위광학계(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

또한 전방위광학계(100)와 광출사 전방위광학계(800)는 수평면을 기준으로 서로 기 설정된 각도를 이룰 수 있고, 상기 기 설정된 각도는 0도보다 크고 180도 이하일 수 있다.

광원부(500)로부터 출사되는 광은 광출사 전방위광학계(800)를 투과하여 피사체(S)에 조사되고, 상기 피사체(S)에 조사되어 반사된 광은 전방위광학계(100)를 통과하여 위치변위검출소자로 입사할 수 있다.

프로세서(20)는 위치변위검출소자로부터의 전기 신호의 검출 결과에 기초하여 피사체(S)의 높이 변화에 따른 위치변위검출소자의 센서 위의 결상 위치의 변화를 이용하여 피사체(S)의 높이 값을 측정하고, 이로부터 획득한 높이 값에 기초하여 2D 데이터를 3D 데이터로 변환할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 인공 치아 가공 장치,2 암구영역
10 3D 구강스캐너,20 프로세서
30 광학부,31 보호부
50 몸체부,51 위치제어부
52 바이트부,70 정보입력부
90 렌즈보호부,91 발열부재
100 전방위광학계,110 전방위렌즈
111 굴절부,113 수평부
114 반사코팅,115 내측오목부
116 내측굴절부,117 내측반사코팅
120 제1 렌즈,121 제1 입사면
123 출사면,125 제1 반사면
130 제2 렌즈,131 제2 입사면
133 제2 반사면,135 제2 출사면
150 렌즈어레이,151 적외선 필터
153 제3 렌즈,154 제4 렌즈
155 제5 렌즈,156 제6 렌즈
157 제7 렌즈,158 제8 렌즈
159 제9 렌즈,170 액체렌즈부
171 제1 보호 유리,172 제2 보호 유리
173 오일층,174 수용액층
175 제1 전극부,176 제2 전극부
177 제1 절연부,178 제2 절연부
179 전원 공급부,200 미러부
210 제1 미러부,220 제2 미러부
300 촬영부,310 이미지센서
320 제1 조리개,500 광원부
510 광원,520 제2 조리개
530 패턴필터,700 프로젝터
800 광출사 전방위광학계,810 광출사 전방위렌즈

Claims

본체부;
상기 본체부의 선단에 설치되어 구강에 삽입되는 광학부; 및
상기 광학부에 수납 설치되는 전방위광학계;를 포함하고,
상기 전방위광학계는,
복수의 굴절면과 복수의 반사코팅면을 포함하는 전방위 렌즈를 포함하는
3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 전방위 렌즈는 360도 화각을 가진 비구면렌즈인 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 전방위광학계로부터 수신되는 광을 검출하여 상기 구강의 영상을 생성하기 위해 상기 광학부 또는 상기 본체부 중 어느 하나의 내부에 설치되는 촬영부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 광학부 및 상기 전방위광학계 중 적어도 하나의 움직임을 제어하는 위치제어부;를 더 포함하는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 광학부에 설치된 적어도 하나의 광원을 더 포함하고,
상기 광원은 순차적 또는 선택적으로 구동하고 상기 광원의 구동에 따라 순차적 또는 선택적으로 생성된 광은 상기 구강에서 반사되어 상기 전방위광학계로 입사하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너.
제1 항, 제2 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 광학부에 설치된 광원부; 및 상기 광원부의 광조사 위치에 따른 영상을 획득하여 처리하는 촬영부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
광출사 전방위광학계; 및
패턴구조광을 생성하여 상기 광출사 전방위광학계를 통해 상기 구강에 조사하기 위해 상기 광학부 또는 상기 본체부에 설치되는 프로젝터;를 더 포함하는 3D 구강스캐너.
제7 항에 있어서,
상기 광출사 전방위광학계는 상기 전방위광학계와 동일한 구조를 가지는 3D 구강스캐너.
제7 항에 있어서,
상기 광출사 전방위광학계와 상기 전방위광학계는 서로 소정의 각을 이루는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 전방위광학계는 인가되는 전압에 따라서 굴절률이 변하는 액체렌즈를 포함하는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 구강 내 치아의 일측면의 영상을 획득하기 위한 상기 본체부에 설치된 미러부;를 더 포함하는 3D 구강스캐너.
제3 항에 있어서,
상기 구강 내 치아의 일측면의 영상을 획득하기 위한 상기 본체부에 설치된 미러부;를 더 포함하고,
상기 전방위광학계는 상기 구강에서 반사된 광을 수신하는 제1 전방위영역 및 상기 미러부로부터 반사된 광을 수신하는 제2 전방위영역을 포함하는 3D 구강스캐너.
제12 항에 있어서,
상기 촬영부는 상기 제1 및 제2 전방위영역으로 수신되는 광을 동시 또는 순차적 또는 선택적으로 검출하는 3D 구강스캐너.
제12 항에 있어서,
상기 구강의 치아는 상기 광학부와 상기 미러부 사이에 위치하는 3D 구강스캐너.
제1 항에 있어서,
상기 전방위 렌즈의 화각은, 360도인 3D 구강스캐너.
제1 내지 제5 항 및 제7 항 내지 제15 항 중 어느 하나의 항의 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너;
상기 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터변환장치; 및
상기 데이터변환장치로부터 수신한 3차원 데이터에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하는
인공 치아 가공 장치.
본체부, 상기 본체부의 선단에 설치되어 구강에 삽입되는 광학부, 상기 광학부에 수납 설치되는 전방위광학계, 상기 광학부에 설치된 광원부 및 상기 광원부의 광조사 위치에 따른 영상을 획득하여 처리하는 촬영부를 포함하는 3D 구강스캐너;
상기 전방위광학계를 이용한 3D 구강스캐너로부터 수신한 디지털 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터변환장치; 및
상기 데이터변환장치로부터 수신한 3차원 데이터에 기초하여 인공 치아를 생성하는 밀링장치;를 포함하고,
상기 전방위광학계는,
복수의 굴절면과 복수의 반사코팅면을 포함하는 전방위 렌즈를 포함하는
인공 치아 가공 장치.