KR101854728B1 - 인공치아 통합 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 전방위 렌즈를 이용하여 스캔하고 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 3D 구강 스캐너; 상기 구강 스캐너로부터 상기 3차원 영상 데이터를 수신하여 보철물을 디자인하는 CAD 시스템; 상기 CAD시스템으로부터 보철물의 디자인 데이터를 수신하고 이를 보철물의 제작 데이터로 변환하는 CAM 시스템; 상기 CAM 시스템으로부터 보철물의 제작 데이터를 수신하여 인공 치아를 생성하는 인공치아 가공 장치;를 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수 있다.

Description

인공치아 통합 시스템{Artificial tooth integrated system}

본 발명은 인공치아 통합 시스템에 관한 것이다.

치과 보철제작 과정에서의 인상채득은 구강 내 치아 및 조직의 상태를 인상재에 인기하여 환자의 진단 및 향후 치료계획을 수립하거나, 정확한 보철물을 제작하는데 있어 기반이 되는 중요한 임상과정이다. 일반적인 인상채득 방법은 술식에 따라 적절한 인상재를 선택하고 정확한 인상채득을 위한 술자의 숙련된 임상 기술을 필요로 한다. 인상채득 과정은 인상재의 잘못된 선택 또는 사용방법에 따른 인상체 변형과 술자의 숙련도와 상관없는 환자의 구토반응, 개구장애 등과 같이 다양한 요인들에 의하여 반복 채득이 불가피 할 수도 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. 환자 상태를 확인하는 과정부터 치아 본을 뜨고 기공소로 보내어 보철물을 제작한 후 환자에게 적용하는 과정에서 많은 시간이 소요되고, 환자가 보철물 도착과 동시에 부착해서 1회만에 보철 치료를 완료하기는 매우 어려운 실정이며 보철물 수정 작업들이 이뤄지면 실제 부착 완료까지는 오랜 시간이 경과는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 수작업으로 진행되는 치과 보철물의 설계나 가공을 위한 컴퓨터의 활용과 설계 및 생산을 자동화하기 위한 연구가 진행되고 있다.

대한민국 특허등록공보 10-0730343

본 발명의 일 목적은 정밀한 인공치아의 제작을 위한 스캔 데이터를 제공할 수 있는 인공치아 통합 시스템을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 일 목적은 카메라와 프로젝터의 초점을 정확히 설정함으로써 고 분해능의 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있는 인공치아 통합 시스템을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 일 목적은 황삭 및 정삭 진행에 따라 인공치아 가공 시간이 크게 요구되는 문제를 해결할 수 있는 인공치아 통합 시스템을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 일 목적은 클램프유닛의 본체부의 공동부에 설치되는 센싱부를 통해 가공소재에 제1 공구와 제2 공구가 접촉되는 순간의 고유주파수를 측정하고, 이러한 신호를 제어유닛의 가공소재 기본데이터 저장부에 저장된 고유주파수와 비교하여 가공소재의 크기와 장착 상태에 따라 인공치아 가공프로그램의 기준좌표를 수정함에 따라 인공치아의 가공정밀도를 향상시키고, 가공소재와 제1공구 및 제2 공구가 손상되는 것을 방지할 수 있는 인공치아 가공장치를 포함한 인공치아 통합 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템은 전방위 렌즈를 이용하여 스캔하고 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 3D 구강 스캐너; 상기 구강 스캐너로부터 상기 3차원 영상 데이터를 수신하여 보철물을 디자인하는 CAD 시스템; 상기 CAD시스템으로부터 보철물의 디자인 데이터를 수신하고 이를 보철물의 제작 데이터로 변환하는 CAM 시스템; 상기 CAM 시스템으로부터 보철물의 제작 데이터를 수신하여 인공 치아를 생성하는 인공치아 가공 장치;를 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 인공치아 가공 장치는, CAM 시스템으로부터 디자인된 보철물 제작 데이터을 수신하고 이에 기초하여 가공 소재에 대한 황삭, 정삭 가공경로를 동시에 생성하거나 황삭 또는 정삭가공 경로를 생성하는 가공라인설정부, 제어유닛; 상기 제어유닛의 제어 하에 구동하는 스핀들유닛; 및 상기 스핀들유닛에 설치된 공구;을 포함하고, 상기 가공라인설정부에서 생성된 가공 경로에 따라 상기 공구에 의해 상기 가공 소재는 가공되는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 상기 인공치아 가공 장치는, 하우징의 내부에 설치되는 베이스부; 선단에 가공소재가 결합되고, 상기 베이스부의 일부에 회전 및 수평이동 가능하도록 설치되는 클램프유닛; 및 상기 클램프유닛의 내부에 설치되는 센싱부;를 더 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 스핀들유닛은 선단에 제1 공구가 결합되고, 상기 클램프유닛의 중심축에 직교하도록 상기 베이스부의 일측에 상하이동 및 좌우이동 가능하도록 설치되는 제1 스핀들유닛 및 선단에 제2 공구가 결합되고, 상기 클램프유닛의 중심축에 직교하며 상기 제1 스핀들유닛과 마주하도록, 상기 베이스부의 타측에 상하이동 및 좌우이동 가능하도록 설치되는 제2 스핀들유닛을 포함하고, 상기 클램프유닛에 결합되는 상기 가공소재의 초기 위치에 따라 상기 가공소재의 가공을 위한 기준좌표를 보정하고, 상기 제1 공구와 제2 공구의 이상유무를 검출하는 제어부;를 더 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 CAM 시스템은, 상기 CAD 시스템으로부터의 디자인된 보철물 데이터를 수신하여 보철물을 가상으로 밀링하는 가상밀링프로그램을 실행하는 프로세서; 상기 보철물의 가상 밀링을 위한 명령 신호를 수신하는 입력장치; 및 상기 가상밀링프로그램에서 제작된 보철물 제작 데이터를 밀링장치 또는 프린팅 장치로 전송하는 통신장치;를 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 CAD 시스템은, 구강스캐너로부터 수신한 치아의 스캔 데이터에 기초하여 보철물을 디자인하기 위한 데이터디자인프로그램을 실행하는 프로세서; 상기 보철물의 디자인을 위한 명령 신호를 수신하는 입력장치; 및 상기 데이터디자인프로그램에서 제작된 보철물 데이터를 상기 CAM 시스템으로 전송하는 통신장치;를 포함하는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 상기 3D 구강 스캐너는, 외부로부터 입사되는 광을 상기렌즈로 전달하는 반사판을 가진 콘미러 또는 다각형뿔미러; 굴절률에 따라 특정 화각을 가지고 360도 전방위로 상기 콘미러 또는 다각형뿔미러로부터 반사된 광을 수신하는 제1 렌즈부; 상기 제1 렌즈부로부터 수신되는 광의 초점을 조절하는 렌즈어레이부; 및 상기 렌즈어레이부로부터 수신된 광을 수신하여 3차원 영상을 생성하는 영상처리부;를 포함하는 상기 3차원 영상에 기초하여 상기 CAD 시스템에서 보철물이 디자인되는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 렌즈는 360도 화각을 가지는 비구면렌즈로 구성하여 영상수신부에서 측정되지 않은 피사체의 표면 영역의 존재 가능성을 제거함으로써 삼각법에 따른 3차원 영상 생성 시 삼각법의 각도를 최대한 증가시킬 수 있어 3차원 영상의 정확도와 품질 및 3차원 영상의 분해능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 렌즈는 360도 화각을 가지는 렌즈로 구성함에 따라 피사체의 전체 영역을 한번에 촬영할 수 있어 피사체의 부분 영역 영상의 결합에 따른 오차와 부분 영역 영상 수의 증가에 따른 오차의 누적 문제 해결하고 영상 결합에 따라 소요되는 데이터 처리 시간을 최소화하여 빠르게 3차원 영상을 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 피사체의 촬영 횟수를 최소화하여 작업자의 작업 능률을 향상시킬 수 있고, 본 발명의 실시예가 의료용으로 사용하는 경우, 진료 및 진단 시간을 최소화하여 피시체의 대상인 환자와 술자의 만족감을 크게 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 피사체의 촬영 횟수를 최소화하여 피사체를 복수 회 촬영 시 손 떨림 등의 인공적인 진동이나 기계적인 진동에 따른 복수의 촬영 영상 들간의 편차에 따른 3차원 영상의 정밀도가 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.

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

또한 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너와 이를 이용한 인공물 가공 장치는 비구면렌즈와 콘미러 그리고 피사체에 패턴광을 조사하는 패턴생성부를 구비하여 영상처리부에서 측정되지 않은 피사체의 표면 영역의 존재 가능성을 제거 할 수 있다. 따라서 삼각법에 따른 3차원 영상 생성 시 삼각법의 각도를 최대한 증가시킬 수 있어 3차원 영상의 정확도와 품질 및 3차원 영상의 분해능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 구강과 같이 복잡한 구조를 가진 피사체라도 적은 수의 촬영으로 피사체의 3차원 모델 생성이 가능하므로, 피사체의 스캔 속도가 빨라지고, 스캔 속도가 빨라짐에 따른 더 많은 3차원 데이터를 획득할 수 있으며 그 만큼 많은 양의 인공물을 생산할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 3차원 스캐너의 회전각 정보에 기초하여 3차원 데이터의 보정을 수행할 수 있으므로, 사용자에게 3차원 스캐너의 정밀한 스캔 작업을 요구하지 않아 사용자가 쉽고 편리하게 3차원 스캐너를 사용할 수 있도록 한다.

또한 보철물 제작시간을 최소화하여 임시치아 장착과 같은 번거로운 과정을 생략하여 환자의 편의성을 극대화할 수 있는 인공 치아 가공 시스템을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예는 치아를 스캔하여 스캔데이터를 이용하여 보철물을 디자인하고, 보철물을 가상 밀링 함으로써 일반적인 인상채득에 사용되는 알지네이트 및 고무인상재와 같은 재료의 재현성의 한계 및 모형 제작시 발생하는 오차, 모형과 기록 보관의 문제, 수작업으로 인한 술식의 민감성이나 제작 표준화의 문제를 해결하고 작업환경을 개선할 수 있는 효과를 가진다.

또한 황삭을 거치지 않고 정삭만으로 인공치아를 제작함으로써, 인공치아 밀링에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 인공치아 통합 시스템을 제공할 수 있다.

또한 순차적인 가공 경로에 따라 다음번 가공 경로 형성 시 이전 가공 경로에서 정삭을 진행함에 따라 인공치아 제작 시간을 줄일 수 있는 인공치아 시스템을 제공할 수 있다.

또한 실시예에 따른 인공치아 시스템은 클램핑유닛의 본체부의 공동부에 설치되는 센싱부를 통해 가공소재에 제1 공구와 제2 공구가 접촉되는 순간의 고유주파수를 측정하고, 이러한 신호를 제어유닛의 가공소재 기본데이터 저장부에 저장된 고유주파수와 비교하여 가공소재의 크기와 장착 상태에 따라 인공치아를 가공하기 위한 가공소재의 가공프로그램의 기준좌표를 가공소재의 장착상태에 따라 정확하게 수정함에 따라 인공치아의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 시스템은 공구가 회전하지 않은 상태에서 가공소재에 접촉하는 순간에 고유주파수를 측정함에 따라 인공치아를 형성하는 모재인 가공소재와 공구가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 시스템은 가공소재가 클램핑부에 결합된 상태에서 가공소재의 정확한 위치를 가공장치의 좌표계로 환산하기 위해 최소의 시간과 비용이 소모됨에 따라, 인공치아의 비용을 감소시켜 환자의 부담을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 시스템은 제어유닛의 계산부에 의해 공구의 길이를 통해 공구의 파손이나 손상 유무를 검출할 수 있어, 손상된 공구로 가공소재를 가공하는 것을 방지함에 따라 가공소재의 낭비를 원천적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너와 3차원 스캐너로부터의 신한 영상을 디스플레이 하는 디스플레이 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 내부 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 일부 영역이 구강에 삽입된 경우를 나타낸 도면.
도 8은 전방위 렌즈의 렌즈 곡률에 따른 빛의 수광 위치를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 개략도.
도 10은 콘미러부의 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 구성도.
도 12 및 도 13은 패턴제너레이터의 구성도.
도 14 및 도 15는 마이크로미러로부터 반사된 라인 패턴이 피사체에 조사되는 형태를 설명하기 위한 개념도.
도 16은 마이크로미러의 90도 회전에 따른 라인 패턴의 방향을 달리한 것을 설명하기 위한 개념도.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴생성부를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 블록도.
도 19는 CAD/CAM 시스템을 구성하는 장치들의 블록도.
도 20a는 데이터신호처리를 위한 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도.
도 20b는 데이터디자인프로그램과 연동하여 동작하는 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도.
도 21는 상악과 하악의 교합 상태의 제1 교합 영역 및 이에 대응하는 상악 및 하악 영상 데이터를 나타낸 도면.
도 22는 데이터 상의 매칭점을 나타낸 도면.
도 23은 상하악의 데이터가 정렬된 영상을 나타낸 도면.
도 24는 건치 데이터와 스캔 데이터 상의 매칭점을 나타낸 도면.
도 25는 건치 데이터와 스캔 데이터의 결합 영상을 나타낸 도면.
도 26은 마진라인이 형성된 영상 데이터를 나타낸 도면.
도 27은 보철물의 사이즈를 조절하기 위한 영상 데이터 상의 영역 조절 라인과 점들을 나타낸 도면.
도 28은 보철물이 치아에 결합된 상태를 나타낸 도면.
도 29는 보철물과 인접치와의 컨택 정도를 나타낸 영상 데이터를 나타낸 도면.
도 30은 보철물의 표면을 나타낸 도면.
도 31은 보철물의 교합면을 조절하는 것을 나타낸 도면.
도 32는 보철물의 두께의 표시를 나타낸 도면.
도 33은 보철물이 치아에 결합된 상태의 영상 데이터를 나타낸 도면.
도 34는 가상밀링의 데이터신호처리를 위한 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도.
도 35는 보철물과 보철물의 접촉영역에 관한 도면이다.
도 36은 보철물의 내부 정보를 나타낸 도면.
도 37은 보철물과 보철물의 가공을 위한 공구를 나타낸 도면.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 사시도.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 정면도.
도 40은 가공소재를 제1 스핀들유닛과 제2 스핀들유닛으로 가공하는 과정의 개념도.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 사시도.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 클램핑부의 사시도.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 단면도.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 제어유닛과 표시부의 개념도.
도 45는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어유닛의 블록도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너와 3차원 스캐너로부터의 신한 영상을 디스플레이 하는 디스플레이 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너의 내부 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 경통부(11)와 그립부(12)로 구성될 수 있다. 경통부(11)는 전방위 렌즈와 추가적인 보조렌즈나 미러 그리고 이미지 센서를 포함할 수 있다. 또한 그립부(12)는 경통부(11)와 연결되고 각종 전자 장치를 포함할 수 있다.

3차원 스캐너(10)는 도시된 바와 같이 경통부(11)와 그립부(12)가 연결부(13)를 통해 결합된 것으로 구성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 경통부(11)와 그립부(12)가 서로 일체로 구성될 수도 있다.

또한 3차원 스캐너(10)의 경통부(11)는 연결부(13)를 중심으로 그립부(12) 상에서 회전할 수 있다. 경통부(11)의 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전할 수 있고, 회전각은 자유롭게 조절될 수 있다. 또한 경통부(11)는 연결부(13)에 고정 연결되고, 연결부(13)의 회전에 따라 회전할 수 있다. 연결부(13)는 그립부(12) 상에서 회전 가능하고, 회전에 필요한 구동력은 경통구동부(14)로부터 전달 받을 수 있다. 경통구동부(14)는 모터를 포함하는 장치가 될 수 있고, 모터는 외부 전원 또는 3차원 스캐너(10) 자체의 배터리의 전력을 이용하여 연결부(13)을 회전시킬 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)의 경통부(11)가 모터의 회전력에 따라 구동하는 것에 한정하는 것은 아니고, 사용자가 수동으로 경통부(11)을 회전시킬 수도 있다. 이 경우, 3차원 스캐너(10)는 경통구동부(14)를 구비하지 않을 수 있다.

한편 경통부(11)와 그립부(12) 그리고 연결부(13)가 선으로 구분되어 있지만, 이는 각 구성의 명확함을 위한 것으로, 실제로는 구성 요소의 구분이 명확하지 않을 수 있고, 복수의 구성이 하나의 구성으로 표현될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.

또한 피사체를 촬영하는 경우, 경통부(11)의 적어도 일 영역은 피사체에 근접할 수 있다. 피사체가 구강인 경우, 경통부(11)의 적어도 일 영역은 구강에 삽입될 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)의 경통부(11)의 회전에 따라서 일 예의 피사체(S)인 구강에 경통부(11)의 일부 영역이 삽입되는 경우, 구강의 모든 영역을 촬영할 수 있다. 예를 들어 경통부(11)의 영상수신영역(15)이 하악(S1)을 향하는 경우 하악(S1) 상의 적어도 하나의 치아와 치열, 잇몸 그리고 구강의 하악 영역에 위치하는 각종 구강 구조를 촬영 및 3차원 모델링 할 수 있다. 경통부(11)가 회전하여 영상수신영역(15)이 상악(S2)을 향하는 경우 상악(S2) 상의 적어도 하나의 치아와 치열, 잇몸 그리고 구강의 하악 영역에 위치하는 각종 구강 구조를 촬영할 수 있다. 또한 광수신영역(15)이 향하는 방향에 따라서 각각의 상악 및 하악을 동시에 촬영하고 3차원 모델링 할 수 있다. 예를 들어 광수신영역(15)이 3차원 스캐너(10)가 삽입되는 방향으로 마주하는 경우 상악 또는 하악을 촬영하고 3차원 모델링 할 수 있다. 또한, 광수신영역(15)이 상악 또는 하악에 마주하는 경우라고 하여도 광수신영역(15) 상의 전방위렌즈의 굴절률에 따라 특정 화각을 갖도록 조절 및 후술할 콘미러의 반사각에 따른 화각을 조절하여 상악과 하악을 동시에 촬영 및 3차원 모델링 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 전방위 렌즈를 포함하므로 일 회의 촬영 만으로도 하악(S1) 또는 상악(S2)에 존재하는 치아의 구조에 대한 영상 정보를 획득할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)는 단말기(20)와 통신을 수행하여 각종 데이터를 주고 받을 수 있다. 일 예로 3차원 스캐너(10)는 피사체를 촬영한 영상 정보를 단말기(20)로 전송할 수 있다.

사용자는 단말기(20)를 통해 명령 신호를 입력할 수 있고, 단말기(20)는 3차원 스캐너(10)와 통신하여 입력된 명령 신호에 대응하는 3차원 스캐너 제어 신호를 3차원 스캐너(10)로 전송할 수 있다. 그리고 3차원 스캐너(10)는 3차원 스캐너 제어 신호에 응답하여 각종 기능을 수행할 수 있다. 여기서의 각종 기능은 경통부(11)의 회전 기능, 촬영 기능, 촬영 영상 데이터를 외부 기기로 전송하는 기능 등이 될 수 있다. 또한 3차원 스캐너(10)는 촬영한 영상 정보를 단말기(20)로 전송할 수 있고, 단말기(20) 상에는 3차원 스캐너(10)로부터 촬영된 영상 정보를 디스플레이 할 수 있다.

또한 단말기(20)에는 3차원 스캐너(10)의 제어 및 3차원 스캐너(10)로부터 전송된 데이터의 처리나 디스플레이 기능을 수행하기 위해 필요한 응용 프로그램이 설치될 수 있다.

한편 단말기(20)는 PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말기 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 또한 단말기(20)는 사용자의 조작에 따라 통신망을 경유하여 각종 데이터를 송수신할 수 있는 장치를 의미할 수 있다. 또한 단말기(20)는 프로그램 및 프로토콜을 저장하는 메모리, 각종 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서를 등을 구비할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)와 단말기(20)는 유선 및 무선 통신 방식 중 적어도 하나의 방식에 따라서 데이터를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, WLAN(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선 통신 방식을 이용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 시스템 구현 방식에 따라 유에스비(Universal Serial Bus), 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 수도 있다. 또한 근거리 통신 기술인 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 이용될 수 있다.

한편 단말기(20)가 3차원 스캐너(10)에 한정하여 통신을 수행하는 것은 아니고, 후술할 CAD/CAM(computer-aided design and computer-aided manufacturing) 프로그램을 내장한 또 다른 단말기나 인공물 가공 장치와 통신을 수행하여 각종 정보를 송수신 할 수도 있다.

또한 3차원 스캐너(10)가 촬영 동작을 수행할 때, 촬영된 영상을 자체적으로 표시하기 위하여 프리뷰디스플레이장치(16)를 구비할 수 있다. 프리뷰디스플레이장치(16)는 그립부(12) 상에 설치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

전술한 단말기(20)와 프리뷰디스플레이장치(16) 중 적어도 하나는 2차원 영상과 3차원 영상 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.

3차원 스캐너(10)는 전방위 렌즈로부터 획득된 피사체의 영상이 곡면 영상이므로 평면 영상으로 변환하여 2차원 영상을 프리뷰디스플레이장치(16)를 통해 표시하거나, 영상 정보를 단말기(20)로 전송하여 단말기(20) 상에서 2차원 영상이 표시되도록 할 수 있다. 단말기(20) 및/또는 프리뷰디스플레이장치(16)는 3차원 스캐너(10)에서 촬영된 영상을 실시간으로 표시할 수 있다. 이 경우, 피사체의 촬영 영상이 동영상 형태로 표시될 수 있다.

한편 3차원 스캐너(10)의 프리뷰디스플레이장치(16) 및 단말기(20) 중 적어도 하나에 표시되는 영상은 치열구조, 치아 모양, 치아 위치, 충치, 치간 간격, 프라그, 치석 등의 치아의 형상과 위치, 구조, 주변 치아들과의 관계 그리고 치아의 건강 상태에 대한 2차원 형태의 이미지 정보를 표시할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 전방위 렌즈를 이용하여 한번의 촬영으로 하악이나 상악 전체를 촬영할 수 있으므로, 치아 전체적인 형상과 기준 치아와 주변 치아들과의 관계 등에 관한 정보를 정확하게 획득할 수 있다. 또한 치아들을 개별적으로 촬영하는 것이 아닌 치열 전체적인 영상을 얻게 되므로, 전체 영상에서 개별적인 치아들만 추출하여 표시할 수 있다. 따라서 촬영 이미지의 해상도가 높고, 이미지의 정확도가 크게 향상된다.

또한 3차원 스캐너(10)는 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120), 영상처리부(130) 및 제어장치(300)를 포함할 수 있다.

제어장치(300)는 3차원 스캐너(10)를 동작하는데 필요한 전반적인 기능을 관장하며 제어하는 것으로, 일 예로 영상처리부(130)의 구동을 제어할 수 있고, 3차원 스캐너(10)가 경통구동부(14)를 포함하는 경우, 경통구동부(14)의 동작을 제어할 수 있다.

또한 제어장치(300)는 3차원 스캐너(10)와 3차원 스캐너(10)와 독립된 다른 시스템과의 유선 및/또는 무선 통신을 위한 통신부를 포함할 수 있다. 다만, 통신부는 제어장치(300)와는 물리적으로 구분된 독립된 구성으로 이루어져 3차원 스캐너(10)에 설치 될 수도 있다.

또한 3차원 스캐너(10)는 회전각정보검출부(330)를 더 포함할 수 있다.

회전각정보검출부(330)는 3차원 스캐너(10)가 3차원의 기준 좌표 상에서의 위치를 결정할 수 있다. 따라서 회전각정보검출부(330)는 3차원 스캐너(10)의 위치, 기울기, 회전각 정보를 검출할 수 있다.

회전각정보검출부(330)는 자이로센서(331) 및 가속도센서(332)를 포함할 수 있다.

자이로센서(331)는 X, Y, Z 축의 3축 각각에 대한 각속도를 측정할 수 있고, 가속도센서(332)는 X, Y, Z 축의 3축 각각에 대한 가속도를 측정할 수 있다.

제어장치(300)는 회전각정보검출부(330)로부터의 각속도 및 가속도 정보에 기초하여 3차원 스캐너(10)의 회전각을 계산할 수 있다. 즉 제어장치(300)는 회전각정보검출부(330)로부터 검출된 회전 각속도를 단위 시간으로 적분하여 회전각을 계산할 수 있다.

또한 제어장치(300)로부터 계산된 회전각 정보는 CAD/CAM 시스템으로 전송될 수 있다.

여기서의 CAD/CAM 시스템은 CAD/CAM 프로그램이 설치된 컴퓨팅 장치가 될 수 있다. 따라서 3차원 스캐너(10)로부터 제공된 영상 정보에 기초하여 피사체의 3차원 모델을 디자인할 수 있다.

CAD/CAM 시스템은 3차원 스캐너(10)로부터의 촬영 영상 정보에 기초하여 3차원 영상을 생성할 수 있고, 3차원 영상을 생성할 때 수신한 회전각 정보에 기초하여 3차원 영상을 보정 처리할 수 있다.

보다 상세하게는 CAD/CAM 시스템에서 초기에 생성된 3차원 데이터는 3차원 스캐너(10)가 기준 좌표계의 원점에 위치하므로 위치 정렬이 필요하다. 이 때 CAD/CAM 시스템에 미리 설치된 소프트웨어는 회전각 정보에 기초하여 3차원 데이터의 위치를 정렬할 수 있다. 또한 CAD/CAM 시스템은 회전각 정보에 기초하여 3차원 데이터를 회전 및/또는 이동시키므로 3차원 데이터의 정밀한 위치 정렬이 가능하다. 그리고 기준 좌표계의 원점 정보와 회전각 정보를 이용하여 3차원 데이터의 빠른 위치 정렬이 가능하여 연산량이 감소된다. 따라서 CAD/CAM 시스템의 전반적인 데이터 처리 속도가 향상된다. 또한 CAD/CAM 시스템은 3차원 스캐너(10)의 사용자가 촬영 시 손떨림 등과 같은 요인에 의해 발생하는 흔들림에 대한 3차원 데이터의 보정이 가능하다. 따라서 최종적으로 생성된 3차원 영상의 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

또한 제어장치(300)는 경통구동부(14)에 전달한 경통부(11)의 회전 정보를 CAD/CAM 시스템에 제공할 수 있고, CAD/CAM 시스템은 회전각 정보와 경통부(11)의 회전 정보에 기초하여 3차원 영상의 보정을 수행할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)의 영상처리부(130)는 수신한 광 신호를 디지털 신호로 변환하고 이에 기초하여 3차원 영상을 생성할 수 있다. 또한 영상처리부(130)는 제어장치(300)로부터의 회전각 정보에 기초하여 3차원 영상을 보정 처리 할 수 있다. 또한 영상처리부(130)는 제어장치(300)로부터의 경통부(11)의 회전 정보를 수신하여, 회전각 정보와 경통부(11)의 회전 정보에 기초하여 3차원 영상을 보정 처리할 수 있다. 그리고 영상처리부(130)에 의해 생성된 3차원 영상은 제어장치(300)의 통신부를 통해 CAD/CAM 시스템으로 전송되고, CAD/CAM 시스템에 의해 피사체의 3차원 모델이 형성될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 영상수신부(100) 및 광제너레이터(Light Generator; 200)를 포함할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)는 제어장치(300)를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 제어장치(300)는 3차원 스캐너(10)와 별도의 모듈로 형성되어 3차원 스캐너(10)와 유선 및/또는 무선 방식으로 통신하여 데이터를 주고 받을 수도 있다.

영상수신부(100)는 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120) 및 영상처리부(130)를 포함할 수 있다.

렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120)는 광축을 따라 나란히 위치할 수 있다.

렌즈부(110)는 굴절률에 따라 특정한 화각을 가지고 전방위 영상을 수신하는 렌즈(111)를 포함할 수 있다. 여기서의 렌즈(111)는 예를 들어 전방위 렌즈, 밀러형 렌즈, 어안렌즈 중 어느 하나가 될 수 있다.

렌즈부(110)는 광학계의 설계에 따라서 다양하게 구성될 수 있다. 예컨대 렌즈부(110)는 굴절률에 따라 특정한 화각을 가지고 전방위 영상을 수신하는 렌즈(111) 만으로 구성되거나, 굴절률에 따라 특정한 화각을 가지고 전방위 영상을 수신하는 렌즈(111)와 추가적인 광학계로 구성될 수도 있다.

굴절률에 따라 특정한 화각을 가지고 전방위 영상을 수신하는 렌즈는 비구면 렌즈로써, 비구면 렌즈의 굴절률에 따라서 비구면 렌즈의 전면에 대응하는 피사체(S)의 영역(S1)뿐만 아니라, 비구면 렌즈의 측면 둘레에 대응하는 피사체(S)의 영역(S2)을 촬영할 수 있으며, 비구면 렌즈의 위치 보다 상부 방향으로 높은 영역에 대응하는 피사체(S)의 영역(S3)을 촬영할 수도 있다. 즉 렌즈의 굴절률에 따라서 360도 전방위에 대한 특정 화각의 영상을 취득할 수 있다.

영상수신부(100)는 하나의 케이스에 수납될 수 있다. 그리고 3차원 스캐너(10)의 용도에 따라서 케이스의 사이즈가 결정될 수 있다.

즉, 작은 수준의 피사체(S)를 촬영하거나 의료용(예컨대 구강 스캔 용)으로 본 발명의 실시예를 적용하는 경우 케이스는 사용자가 거치하기 용이한 수준의 사이즈를 가질 수 있고, 반도체 패턴 검사나 특정 공간 내의 특정 사물(예컨대 안면 인식) 등과 같이 비교적 큰 사이즈의 피사체(S)를 촬영하는 경우에는 영상수신부(100)가 보다 큰 케이스에 수납되어도 무방하고, 이 경우 영상수신부(100)를 구성하는 구성들의 사이즈도 커질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 케이스의 일부를 이루는 그립부(12)는 손잡이가 달린 총 타입(Gun type), 핸들 타입(Handle type), 펜 타입(Pen type)의 형상을 가질 수 있고, 케이스가 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 케이스를 잡을 수 있는 사이즈와 형상이라면 어떤 것도 가능하다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 영상수신부(100)는 렌즈부(110)를 수납하는 케이스와 렌즈어레이부(120)를 수납하는 케이스 그리고 영상처리부(130)를 수납하는 케이스들이 서로 결합된 형태가 될 수도 있다.

또한 케이스에는 디스플레이 장치가 구비되어 영상수신부(100)로 수신된 영상을 영상 처리한 2차원 또는 3차원적 이미지 표시 그리고 동영상을 표시할 수 있다.

또한 디스플레이 장치는 3차원 스캐너(10)로부터 생성된 피사체(S)의 3차원 영상을 구획 별로 구분하여 표시할 수 있다. 예컨대, 비구면렌즈(111)로부터 촬영된 곡면형 영상을 평면으로 변환하고, 곡면형 영상을 복수 개로 분할하여 표시할 수도 있다.

또한 영상수신부(100)가 생성한 구강의 3차원 영상을 디스플레이 장치는 2차원 영상으로 분할하여 표시할 수도 있다.

또한 영상수신부(100)는 생성한 3차원 모델의 영상과 촬영된 영상을 디스플레이 장치를 통해 표시할 수도 있다.

또한 디스플레이 장치는 3차원 스캐너(10)에 설치되는 것에 한정하는 것은 아니고, 3차원 스캐너(10)로부터 3차원 영상을 수신하는 외부 기기가 될 수도 있다.

또한 케이스에는 입력 수단이 설치되어 사용자가 입력 수단을 통해 명령 신호를 전송하면 영상수신부(100) 및 광제너레이터(200) 그리고 제어장치(300) 중 적어도 하나가 미리 정해진 동작을 수행할 수 있다. 또한 여기서의 입력 수단은 물리적인 버튼이나 터치를 인식하는 터치 입력 수단이 될 수 있다. 다만 입력 수단이 케이스에 설치된 것에 한정하는 것은 아니고, 입력 수단이 예컨대 패널 등과 같이 유선 또는 무선으로 사용자의 명령 신호를 3차원 스캐너(10)로 전송하는 3차원 스캐너(10)와 물리적으로 분리된 외부 장치가 될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 삼각법(triangulation technique)을 이용하여 3차원 영상을 얻을 수 있다. 보다 상세하게는 광제너레이터(200)로부터 조사된 빛이 피사체(S)에 조사되고, 피사체(S)로부터 반사된 빛은 영상수신부(100)에 입력된다. 이 경우, 광제너레이터(200)와 영상수신부(100)의 거리 정보와 영상수신부(100)의 시야에서 얻을 수 있는 영상수신부(100)의 각도 정보와 광제너레이터(200)의 각도 정보를 이용하여 영상수신부(100), 광제너레이터(200) 그리고 빛이 피사체(S)에 만나는 지점으로부터 형성되는 삼각형을 이용하여 삼각 계산을 통해 피사체(S)의 3차원적 정보를 획득할 수 있다.

종래 삼각법에서는 목표로 하는 표면이 카메라에서 측정되지 않을 가능성을 해결하기 위하여 삼각법의 각도를 최대한 줄이는 시도를 하였으나 삼각법의 각도를 줄이면 그 만큼의 정확성이 떨어지는 문제를 수반하므로 한계가 있었다. 그러나 본원 발명의 실시예의 렌즈부(110)는 굴절률에 따라 특정한 화각을 가지고 전방위 영상을 수신하는 비구면렌즈로 구성되어 영상수신부(100)에서 측정되지 않는 피사체(S)의 표면 영역의 존재 가능성을 제거함으로써, 삼각법의 각도를 최대한 증가시킬 수 있어 3차원 영상의 정확도를 크게 증가시킬 수 있다.

영상처리부(130)는 렌즈어레이부(120)로부터 수신된 광을 전달 받아 3차원 영상을 형성할 수 있다.

영상처리부(130)는 촬상소자(131) 및 인쇄회로기판(132)을 포함할 수 있다.

또한 영상처리부(130)는 편광부재와 광학계, 핀홀 어레이 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

촬상소자(131)는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor), CCD(Charged Coupled Device) 또는 PSD(Position Sensitive Device) 등의 수광 소자일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

편광부재는 렌즈어레이부(120)로부터의 전달된 빛을 균일하게 구성할 수 있다. 그리고 광학계와 필홀 어레이를 통해 3차원 집적 영상을 형성할 수 있다. 즉, 집적영상(integral imaging) 기술은 시아각 내에서 연속적인 시점을 갖는 3차원 영상을 형성할 수 있는 기술이다. 즉, 렌즈어레이부(120)로부터의 광을 핀홀 어레이를 통해 점광으로 형성하면서 초점이 맞지 않는 빛은 억제하고, 촬상소자(131)에서 빛을 탐지하여 빛 신호를 전기 신호로 바꾸어 3차원 영상을 획득하는 것이 가능하다. 이 경우, 1개의 촬상소자(131)만 사용하기 때문에 구조가 간단하고 전력 소모를 줄일 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 영상처리부(130)의 구성은 상기한 구성 이외에도 일반적인 영상 촬영장치의 구성을 치환하여 사용하는 것도 가능하다.

인쇄회로기판(132)에는 촬상소자(131)가 실장될 수 있다. 또한 도시되지 않은 수동 소자 및 능동소자 들이 함께 인쇄회로기판(132)에 실장되어 촬상소자(131)로 취득된 영상정보를 제어장치(300)로 전달할 수 있다.

제어장치(300)는 외부 기기와 통신하여 촬상소자(131)에서 획득한 영상 정보를 외부 기기에 전송할 수 있다.

제어장치(300)와 외부 기기는 서로간에 유선 및/또는 무선 통신할 수 있다. 또한 외부 기기의 일 예는 CAD/CAM 프로그램을 내장한 CAD/CAM 시스템이 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이다.

도 5에 따른 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하고 공통된 기능과 그에 따른 효과에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상수신부(100)는 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120) 및 영상처리부(130) 그리고 반사부재(140)를 포함할 수 있다.

렌즈부(110)는 렌즈어레이부(120)의 광축에 수직하게 위치할 수 있다.

반사부재(140)는 렌즈부(110)를 통과한 빛을 반사하여 렌즈어레이부(120)로 전달할 수 있다.

반사부재(140)를 마련하여 렌즈부(110)가 좁은 공간에 삽입되어 좁은 공간 내를 촬영할 수 있도록 한다. 여기서의 좁은 공간은 예컨대 구강이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

한편 영상처리부(130)는 렌즈부(110)의 광축에 나란히 배치되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 예컨대 영상처리부(130)가 렌즈부(110)의 광축에 수직하게 배치된 경우, 렌즈부(110)와 영상처리부(130) 사이에는 반사부재가 배치되어 렌즈부(110)를 통과한 광이 반사부재에 반사되어 영상처리부(130)로 전달되도록 할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(100)의 광제너레이터(200)는 피사체(S)에 광을 제공할 수 있다.

광제너레이터(200)는 적어도 하나의 광원(210)으로 구성될 수 있다.

광원(210)은 레이저광원, 발광다이오드광원, 형광램프광원, 백열램프광원, 할로겐램프광원 중 어느 하나가 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 복수의 광원(210)은 영상수신부(100)에 설치될 수 있다.

복수의 광원(210)은 영상수신부(100)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.

복수의 광원(210)이 영상수신부(100)의 외부에 설치될 때, 예컨대 렌즈부(110)를 둘러 싸며 배치될 수 있다.

또한 렌즈부(110)를 둘러 싸며 배치된 복수의 광원(210)들 각각은 서로 이격되어 배치될 수 있다.

복수의 광원(210) 중 적어도 하나는 주변의 외부 광의 영향에 강건한 성질을 가지는 블루(Blue) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

또한 복수의 광원(210) 중 적어도 일부는 레드(Red) 및 그린(Green) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

또한 복수의 광원(210) 중 적어도 일부는 레드, 그린 및 블루 광을 이용하여 화이트(White) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

광제너레이터(200)는 복수의 광원(210)의 구동을 제어하는 광원제어부(220)를 포함할 수 있다.

광원제어부(220)는 복수의 광원(210)을 순차적으로 구동할 수 있다.

광원제어부(220)는 영상수신부(110)의 영상처리부(130) 또는 제어장치(300)의 제어 하에 복수의 광원(210)으로 광원구동 신호를 전송할 수 있다.

또한 복수의 광원(210)은 복수개로 그룹화되고, 그룹들 각각은 서로 이격되어 렌즈부(110)를 둘러 싸며 배치될 수 있다.

또한 그룹들 각각은 순차적으로 구동할 수 있고, 그룹들 각각에 포함된 광원들은 서로 동시에 구동하거나, 순차적으로 구동할 수 있다.

또한 그룹들 각각은 적어도 화이트 광을 생성하는 광원, 블루 광을 생성하는 광원 그리고 그린 광을 생성하는 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 광원(210)은 레드, 그린 및 블루의 조합으로 화이트 광을 제공하는 광원일 수 있고, 광제너레이터(200)는 회전 가능한 색필터를 구비하여, 색필터의 회전에 따라 화이트 광에서 단색 광만을 필터링하여 피사체(S)에 조사할 수도 있다.

광제너레이터(200)로부터의 출력된 광은 피사체(S)에 조사되고 파시체(S)로부터 반사된 광은 영상수신부(100)에 전달될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 나타낸 도면이다.

도 6에 따른 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하고 공통된 기능과 그에 따른 효과에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예의 3차원 스캐너(10)는 영상수신부(100), 광제너레이터(200)를 포함할 수 있다. 또한 3차원 스캐너(10)는 제어장치(300)를 더 포함할 수 있다. 그리고 영상수신부(100)는 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120), 영상처리부(130) 및 빔스플리터(150)를 포함할 수 있다.

광제너레이터(200)는 렌즈부(110) 및 렌즈어레이부(120)의 광축을 따라 이들과 나란히 배치될 수 있다. 따라서 광제너레이터(200)로부터 출력된 광은 빔스플리터(150)를 통과하여 렌즈어레이부(120) 및 렌즈부(110)를 통해 피사체(S)에 조사될 수 있다.

또한 피사체(S)로부터 반사된 광은 렌즈부(110)와 렌즈어레이부(120)를 통과하여 빔스플리터(150)에서 반사되어 렌즈부(110) 및 렌즈어레이부(120)의 광축과 수직하게 위치한 영상처리부(130)의 촬상소자(131)로 조사될 수 있다.

빔스플리터(150)는 특정 조건을 만족하는 빛은 투과하고, 해당 조건을 만족하지 않는 빛은 반사하는 특징을 이용하여 광학계의 광 경로를 형성할 수 있다.

또한 빔 스플리터(150)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.

또한 빔 스플리터(150)는 투광성 재질로 형성될 수 있으며, 합성석영 재질을 사용할 수 있다.

한편 영상수신부(100)와 광제너레이터(200)는 하나의 케이스에 수납되어 구성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 일부 영역이 구강에 삽입된 경우를 나타낸 도면이고, 도 8은 전방위 렌즈의 렌즈 곡률에 따른 빛의 수광 위치를 나타낸 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 영상수신부(100), 광제너레이터(200), 제어장치(300) 그리고 미러 장치(400)를 포함할 수 있다.

미러 장치(400)는 영상수신부(100)의 렌즈부(110)의 주변에 위치할 수 있다. 또한 미러 장치(400)는 렌즈부(110)의 일 둘레를 둘러싸며 위치할 수 있다.

또한 미러 장치(400)는 영상수신부(100)를 수납하는 케이스에 설치될 수 있고, 렌즈부(110)의 일 둘레를 둘러싸며 케이스(20)에 배치될 수 있다.

또한 미러 장치(400)는 전체로써 U자 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 미러 장치(400)는 케이스에 탈착 가능한 형태로 케이스에 설치될 수도 있다.

3차원 스캐너(10)가 구강 촬영용으로 사용하는 경우, 영상수신부(100)의 렌즈부(110)의 일 영역, 보다 상세하게는 전방위렌즈(111) 중 적어도 일 영역이 구강에 삽입되어 구강을 촬영할 수 있도록 하고, 미러 장치(400)는 구강 외부에 위치하여 하악 및/또는 상악의 외측면으로부터 반사된 광을 재 반사하여 렌즈부(110)로 전달할 수 있다.

전방위렌즈(111)의 제1 전방위영역(111a)에는 치아의 내측 법랑질 영역, 치아의 법랑질의 상부 영역 그리고 구강 내측 잇몸 영역을 포함한 영역에 반사된 광이 입사될 수 있고, 전방위렌즈(111)의 제2 전방위영역(111b)에는 치아의 외측 법랑질과 구강 외측 잇몸 영역을 포함한 영역에서 반사되어 미러장치(400)의 내측에서 2차 반사된 광이 입사할 수 있다.

다만 이에 한정하는 것은 아니고, 전방위렌즈(111)의 렌즈의 곡률에 따라서 치아의 외측 법랑질 영역에서 반사된 광이 제1 전방위영역(111a)에 입사할 수도 있고, 미러장치(400)는 제1 전방위영역(111a)에 도달하지 못하는 광을 반사하는 구강 영역으로부터의 광을 제2 전방위영역(111b)으로 재반사 시킬 수도 있다.

한편 도면에 도시된 제1 전방위영역(111a)은 케이스(20)에서 노출된 전방위렌즈(111)의 중심 영역을 포함한 영역이고, 제2 전방위영역(111b)은 제1 전방위영역(111a)을 둘러싼 영역이나, 이에 한정하는 것은 아니고, 예를 들어 상기 제2 전방위영역(111b)은 구강의 구개편도와 인접한 영역이 될 수도 있다.

즉, 제1 전방위영역(111a)은 미러장치(400)가 존재하지 않는 경우, 반사 광이 입사하는 영역이고, 제2 전방위영역(111b)은 제1 전방위영역(111a)을 제외한 영역이 되도록 하여, 전방위렌즈(111)의 영역 중에서 광이 입사되지 못하여 촬영 영역이 되지 못하는 영역을 제2 전방위영역(111b)으로 활용할 수 있도록 한다.

또한 영상수신부(100)는 제1 전방위영역(111a)으로부터 들어오는 광의 검출 동작과 제2 전방위영역(111b)으로부터 들어오는 광의 검출 동작을 순차적으로 진행할 수도 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 개략도이고, 도 10은 콘미러부의 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 전방위렌즈(110), 렌즈어레이부(120), 영상처리부(130) 그리고 광제너레이터(200)와 콘미러부(900)를 포함할 수 있다.

콘미러부(900)는 원뿔 형상을 가질 수 있다. 그리고 광축(C axis)은 콘미러부(900)의 꼭지점을 지날 수 있고, 광축(C axis)은 콘미러부(900)의 중심을 지나도록 콘미러부(900)가 광축(C axis) 상에 배치될 수 있다.

또한 콘미러부(900)는 콘미러(910)와 콘미러지지부(920)를 포함할 수 있다.

콘미러(910)는 원뿔 형상에서 원뿔의 측면에 대응하는 반사판(911)과 원뿔의 밑면에 대응하는 지지판(912)로 이루어질 수 있다.

다만 이에 한정하는 것은 아니고, 콘미러는 원뿔 형상이 아닌 다각형 뿔로 형성될 수 있고, 이 경우 다각형뿔미러로 지칭할 수 있다.

콘미러(910)의 반사판(911)은 니켈도금으로 형성 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 광반사 효율이 높은 성질 및/또는 광 반사에 따른 광의 왜곡률이 낮은 성질을 가진 물질이라면 어떤 재료라도 가능하다.

반사판(911)으로는 피사체로부터 반사된 광이 수신될 수 있다. 그리고 콘미러(910)의 꼭지점과 지지판(912)의 가장자리 일 끝점을 연결한 가상의 직선이 형성될 수 있는 즉, 반사판(911)은 굴곡을 가지지 않을 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

콘미러지지부(920)는 콘미러(910)의 지지판(912)을 지지하는 제1 지지부(921)와 제1 지지부(921)의 양측으로부터 수직하게 연장된 제2 지지부(922)로 구성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 제2 지지부(922)는 콘미러(910)로 향하는 광이 차단되지 않도록 투명한 물질이 될 수 있다. 또한 제2 지지부(922)는 콘미러(910)의 영역 중 반사광을 수신하지 않는 영역에 대응하여 배치될 수도 있다. 즉, 콘미러(910)의 영역 중에서 반사광을 받을 필요가 없는 영역에 제2 지지부(922)가 배치될 수도 있다.

또한 콘미러지지부(920)는 석영이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 광 산란 및 광 굴절이 일어나지 않거나 광 산란 및 광 굴절에 따른 광의 이동 경로 변화가 미미한 수준을 유지하면서 광이 통과할 수 있는 물질이라면 가능하다.

한편 전방위렌즈(110)는 콘미러(910)의 지지판(912)과 마주하는 영역 중 적어도 일부는 반사판이 설치되거나 반사코팅이 될 수 있다. 그리고 반사판 또는 반사코팅을 이루는 물질은 알루미늄이나 은과 같이 광을 반사시킬 수 있는 물질이 될 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 콘미러(910)의 반사판(911)의 면적 및/ 또는 지지판(912)으로부터 이루는 각의 조절에 따라서 전방위렌즈(110)의 광 수신 영역을 조절할 수도 있으므로 전방위렌즈(110)에는 별도의 반사판이나 반사코팅이 형성되지 않을 수 있다.

또한 콘미러(910)의 반사판(911)의 형상에 의해 화각(Viewing angle)은 도시된 바와 같이 지지판(912)의 중심점으로부터 꼭지점까지의 거리와 같거나 이보다 큰 각도를 가질 수 있다. 따라서 콘미러(910)의 넓은 화각 및 360도 전방위로 피사체로부터의 반사광이 수신되어 반사되고, 이는 전방위렌즈(110)로 전달될 수 있고, 전방위렌즈(110)와 렌즈어레이부(120)를 경유한 광은 영상처리부(130)에 도달할 수 있다.

광제너레이터(200)는 경통부(11)에 설치될 수 있다. 또한 광제너레이터(200)는 콘미러부(900)의 제2 지지부(922) 상에 설치될 수도 있다.

광제너레이터(200)는 복수개의 광원으로 이루어져 콘미러지지부(920)의 둘레를 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서 복수개의 광원은 전체적으로 원형 형상으로 콘미러지지부(920) 상에 배치될 수 있다.

또한 콘미러지지부(920)에는 광차단부(미도시)가 설치되어 광제너레이터(200)로부터 광이 직접 콘미러지지부(920)로 입사되지 않도록 할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 광제너레이터(200)가 하우징 구조를 가질 수도 있다.

광제너레이터(200)를 구성하는 복수의 광원 중 적어도 하나는 주변의 외부 광의 영향에 강건한 성질을 가지는 블루(Blue) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

또한 복수의 광원 중 적어도 일부는 레드(Red) 및 그린(Green) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

또한 복수의 광원 중 적어도 일부는 레드, 그린 및 블루 광을 이용하여 화이트(White) 광을 생성하여 출력할 수 있다.

또한 제어장치(300)는 광제너레이터(200)를 구성하는 복수의 광원을 순차적으로 구동할 수 있다.

또한 제어장치(300)는 복수의 광원으로 광원구동 신호를 전송할 수 있다.

또한 복수의 광원은 복수개로 그룹화되고, 그룹들 각각은 서로 이격되어 경통부(11)를 둘러 싸며 또는 콘미러지지부(920)를 둘러 싸며 배치될 수 있다.

또한 그룹들 각각은 순차적으로 구동할 수 있고, 그룹들 각각에 포함된 광원들은 서로 동시에 구동하거나, 순차적으로 구동할 수 있다.

또한 그룹들 각각은 적어도 화이트 광을 생성하는 광원, 블루 광을 생성하는 광원 그리고 그린 광을 생성하는 광원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 광제너레이터(200)는 레드, 그린 및 블루의 조합으로 화이트 광을 제공하는 광원일 수도 있다.

광제너레이터(200)로부터 출력된 광은 피사체에 조사되어 반사되고, 콘미러(910)와 전방위렌즈(110)를 경유하여 영상처리부(130)에 입력될 수 있다.

또한 제어장치(300)의 관장 아래 피사체에 광 조사 및 피사체의 촬영의 싱크가 맞추어질 수 있다.

또한 본 발명의 3차원 스캐너는 광원을 순차적으로 구동하여 피사체의 심도를 측정할 수도 있다.

예를 들어 광제너레이터(200)가 N개의 광원을 포함하는 경우, 영상처리부(130)로 전송되는 뷰 벡터(View vector: V)와 N개의 광원 각각에 의해 피사체로부터 반사되는 광 벡터(Light vector: Ln)과 각 광 벡터의 조명 에너지(I) 및 반사계수(kd)에 기초하고 아래의 수학식 1과 같은 조명 명암(shading) 공식을 적용하여 노멀 벡터(Normal vector)를 생성할 수 있다.

[수학식 1]

그 후 영상처리부(130)의 각 픽셀의 3차원 노멀 벡터로부터 수학식 2에 기초하여 깊이를 계산할 수 있고, 깊이 정보에 기초하여 2차원 데이터를 3D차원 데이터로 변환할 수 있다.

[수학식 2]

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 구성도이고, 도 12 및 도 13은 패턴제너레이터의 구성도이다. 그리고 도 14 및 도 15는 마이크로미러로부터 반사된 라인 패턴이 피사체에 조사되는 형태를 설명하기 위한 개념도이고, 도 16은 마이크로미러의 90도 회전에 따른 라인 패턴의 방향을 달리한 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 11 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 패턴제너레이터(800)를 더 포함할 수 있다.

패턴제너레이터(800)는 광생성부(810), 렌즈부(820), 마이크로미러부(830)를 포함할 수 있다.

광생성부(810)는 광원(811)을 포함할 수 있다. 광원(811)은 발광다이오드, 레이저 다이오드(laser diode)중 어느 하나가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 광을 생성하여 출력할 수 있는 어떠한 광원이라도 본 발명의 실시예를 구성할 수 있다.

광생성부(810)는 제어장치로부터의 광원 제어 신호에 기초하여 광원(811)의 구동 여부 및 구동 시간을 조절할 수 있다. 일 예로 제어장치는 광생성부(810)로 펄스변조신호를 전송할 수 있다. 그리고 광생성부(810)는 펄스변조신호가 하이 레벨(High level)일 때 광원(811)을 턴-온(turn-on)하고, 펄스변조신호가 로우 레벨(Low level)일 때 광원(811)을 턴-오프(turn-off)할 수 있다. 또한 광생성부(810)는 펄스변조신호가 하이 레벨을 유지하는 동안 광원(811)의 턴-온을 유지하고, 펄스변조신호가 로우 레벨을 유지하는 동안 광원(811)의 턴-오프를 유지할 수 있다.

이와 같이 펄스변조신호에 의해 피사체(S)에 조사되는 패턴을 이루는 라인 패턴들 각각의 굵기와 서로간의 이격 거리가 조절될 수 있다.

광생성부(810)로부터 출력된 광은 렌즈부(820)를 통해 마이크로미러부(830)에 조사될 수 있다.

한편 광생성부(810)로부터 출력되는 광의 파장대역은 가시광선 또는 적외선 계열이 될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예컨대 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue) 광원소자로 구성되거나 단일 파장의 빛을 조사하도록 구성될 수 있으며 선형 레이저 광을 조사하도록 구성될 수도 있다.

또한 렌즈부(820)는 광생성부(810)로부터의 출력된 광을 수신하여 라인(line) 광을 출력할 수 있다.

렌즈부(820)가 라인 광을 출력하기 위한 일 실시예를 설명한다.

렌즈부(820)는 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈(821)를 포함할 수 있다. 여기서의 종축과 횡축의 반지름이 상이한 렌즈의 일 예는 실린더렌즈가 될 수 있다.

실린더렌즈(821)는 일 예로 반원통(Semi-Cylinder) 형상을 가질 수 있다. 따라서 광생성부(810)로부터 광을 수신하는 실린더렌즈(821)의 입사면은 비곡면이고, 수신한 광을 출사하는 실린더렌즈(821)의 출사면은 곡면이 될 수 있다. 그리고 실린더렌즈(821)의 입사면으로 수신된 광은 출사면을 통해 라인 형태의 광이 출력될 수 있다. 그리고 실린더렌즈(821)로부터 출력된 라인 광은 마이크로미러부(830)에 조사될 수 있다.

또한 렌즈부(820)는 광생성부(810)로부터의 출력된 광을 평행 광으로 변환하고, 평행 광을 라인 광으로 다시 변환하여 출력할 수 있다.

렌즈부(820)가 광생성부(810)로부터의 출력된 광을 평행 광으로 변환하기 위한 일 실시예를 설명하면, 렌즈부(820)는 평행광변환렌즈(822)를 포함할 수 있다. 평행광변환렌즈(822)는 일 예로 콜리메이팅(Collimating) 렌즈가 될 수 있다.

콜리메이팅 렌즈(822)는 광생성부(810)로부터 출력된 광을 평행에 가깝게 광 경로를 형성하여 실린더렌즈(821)로 조사할 수 있다.

또한 렌즈부(820)는 콜리메이트 렌즈(Collimator Lens: 824)를 포함할 수 있다.

콜리메이트 렌즈(824)는 후술할 마이크로미러(831)의 사이즈에 맞게 수신한 패턴 광을 크기를 조절하여 마이크로미러(831)에 조사할 수 있다. 즉 콜리메이트 렌즈(824)는 마이크로미러(831)의 사이즈에 매칭하여 수신한 광을 마이크로미터(831)에 포커싱(Focusing) 조사 할 수 있다.

한편 렌즈부(820)는 실린더렌즈(821)와 콜리메이트 렌즈(824)를 모두 포함할 수 있고, 이 경우, 실린더렌즈(821)는 콜리메이트 렌즈(824)와 마이크로미러부(830) 사이에서 광축을 따라 콜리메이트 렌즈(824) 및 마이크로미러부(830)와 나란히 위치할 수 있고, 콜리메이트 렌즈(824)는 실린더렌즈(821)와 마이크로미러부(820) 사이에서 광축을 따라 실린더렌즈(821) 및 마이크로미러부(830)와 나란히 위치할 수도 있다.

마이크로미러부(830)는 렌즈부(820)로부터 출력된 라인 광을 반사하여 빔스플리터(840)로 조사하고, 빔스플리터(840)로 입력된 광은 피사체(S)에 조사할 수 있다.

마이크로미러부(830)는 횡축 또는 종축 방향의 회전축, 즉 1 자유도를 가지고 회전 운동하거나, 횡축 및 종축 방향의 회전축, 즉 2 자유도를 가지고 회전 운동할 수 있다.

또한 마이크로미러부(830)가 2 자유도를 가지는 경우, 횡축 및 중축 방향의 회전축을 동시에 또는 서로 독립적으로 제어할 수 있다.

마이크로미러부(830)는 마이크로미러(831)와 마이크로미러(831)의 회전 운동을 제어하는 미러제어부(832)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고 미러제어부(832)는 마이크로미러부(830)와 별도로 구성되거나 제어장치와 함께 구성될 수도 있다.

마이크로미러(831)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기술에 의하여 제작될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 마이크로미러(831)는 횡축 지지대와 종축 지지대로 구성될 수 있고, 미러제어부(832)의 제어 하에 일정한 주기로 횡축 좌우회전 운동 할 수 있고, 종축 상하회전 운동 할 수 있다. 또한 광생성부(810)로부터의 광의 경로 상의 실린더렌즈(821)를 통과한 광이 마이크로미러(831)의 표면에 집광되어 조사되고, 마이크로미러(831)의 회전각도에 따라서 적어도 하나 이상의 라인 패턴이 빔스플리터(840)를 통해 피사체(S)에 조사할 수 있다.

보다 상세하게는 미러제어부(832)가 마이크로미러(831)를 횡축 방향으로 1초에 N번 좌우 회전시키는 경우, 피사체(S)에 2N개의 라인 패턴이 형성될 수 있다. 또한 미러제어부(832)가 마이크로미러(831)를 종축 방향으로 1초에 M번 상하 회전시키는 경우, 2M개의 프레임 레이트의 화면 투영이 가능하게 된다.

다음으로 영상처리부(130)는 피사체(S)에 순차적으로 조사된 패턴 영상을 수신할 수 있다.

또한 패턴의 피사체(S)에 조사 시점과 영상처리부(130)의 패턴 영상 수신 시점은 서로 동기화될 수 있고, 이러한 동기화는 제어장치(300)에 의하여 수행될 수 있다.

이 경우 패턴제너레이터(800)로부터 생성되어 피사체(S)에 조사된 패턴은 피사체(S) 표면의 요철에 의해서 왜곡될 수 있고, 영상처리부(130)는 패턴의 왜곡 정보를 포함하는 패턴 영상을 수신하여 피사체(S)의 3차원 영상을 생성할 수 있다.

또한 영상처리부(130) 또는 제어장치(300)는 메모리를 구비할 수 있고, 순차적인 패턴이 피사체(S)에 조사됨에 따라 영상처리부(130)는 패턴 영상을 순차적으로 수신하여 메모리에 기억할 수 있다. 그리고 영상처리부(130)는 메모리에 기억된 영상 정보에 기초하여 3차원 좌표에 대한 데이터를 추출하고 와이어프레임을 구성하여 3차원 영상을 형성할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 메모리에 기억된 영상 정보는 외부 기기에 전달되고, 외부 기기에 의하여 피사체(S)의 3차원 영상이 형성될 수도 있다.

또한 미러제어부(832)는 마이크로미러(831)를 90도 회전 시킬 수 있다. 즉 90도 회전 전 마이크로미러(831)의 횡축이 90도 회전 후 종축이 되도록 하고, 90도 회전 전 마이크로미러(831)의 종축이 90도 회전 후 횡축이 되도록 할 수 있다.

이 경우, 마이크로미러(831)에 집광 조사된 광은 피사체(S)에 수직 라인 패턴을 형성할 수 있고, 마이크로미러(831)의 종축 및 횡축 중 적어도 어느 하나의 축에 따른 회전 시 복수의 라인 패턴이 피사체(S)에 형성될 수 있다.

한편 광생성부(810)로부터의 광이 마이크로미러(831)에 직접 조사될 수도 있다.

이 경우 마이크로미러(831)에 조사된 광을 반사시키기 위하여 광생성부(810)로부터의 광 경로의 각도와 마이크로미러(831)와의 거리에 비례하여 마이크로미러(831)의 표면 치수가 커질 수 있다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴생성부를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 다른 실시예에 따르면 렌즈부(820)는 광생성부(810)로부터의 출력된 광을 수신하여 십자 형상의 광, 방사형상의 광 등의 특정 형상의 광을 출력할 수 있다.

이와 같이 렌즈부(820)가 다양한 구조의 형상을 가진 광을 출력하기 위하여 렌즈부(820)는 구조 광(structured illumination) 패턴 렌즈(823)를 포함할 수 있다.

렌즈부(820)는 구조 광 패턴 렌즈(823)의 형상에 따라 다양한 구조를 가진 광을 출력하여 해당 형상의 광이 마이크로미러부(830)에 조사되도록 할 수 있다.

또한 렌즈부(820)로부터의 출력되는 광의 구조는 피사체(S)의 종류에 따른 심도 측정 정도, 분해능과 초점 등에 따라 달라 질 수 있다.

한편 렌즈부(820)는 설계에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예컨대 렌즈부(820)는 실린더렌즈(821)로 구성되거나, 구조 광 패턴 렌즈로 구성될 수 있고, 실린더렌즈(821)와 추가적인 광학계를 포함할 수 있으며, 구조 광 패턴 렌즈와 추가적인 광학계를 포함하여 구성될 수도 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너(10)는 삼각법(triangulation technique)을 이용하여 피사체의 3차원 영상 데이터를 얻을 수 있다. 보다 상세하게는 패턴제너레이터(800)로부터 출력된 패턴광이 피사체에 조사되고, 피사체로부터 반사된 패턴광은 콘미러(910)에 의해 반사되어 전방위렌즈(110)에 입력된 후 영상처리부(130)에 입력된다. 이 경우, 패턴제너레이터(800)와 영상처리부(130)의 거리 정보와 영상처리부(130)의 시야에서 얻을 수 있는 영상처리부(130)의 각도 정보와 패턴제너레이터(800)의 각도 정보를 이용하여 영상처리부(130), 패턴제너레이터(800 그리고 광이 피사체에 만나는 지점으로부터 형성되는 삼각형을 이용하여 삼각 계산을 통해 피사체의 3차원적 정보를 획득할 수 있다.

종래 삼각법에서는 목표로 하는 표면이 카메라에서 측정되지 않을 가능성을 해결하기 위하여 삼각법의 각도를 최대한 줄이는 시도를 하였으나 삼각법의 각도를 줄이면 그 만큼의 정확성이 떨어지는 문제를 수반하므로 한계가 있었다. 그러나 본원 발명의 실시예의 전방위렌즈(110)와 콘미러부(900)는 360도 화각을 가지도록 구성되어 영상처리부(130)에서 측정되지 않는 피사체의 표면 영역의 존재 가능성을 제거할 수 있다. 따라서 삼각법의 각도를 최대한 증가시킬 수 있어 3차원 영상의 정확도를 크게 증가시킬 수 있다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 인공치아 통합 시스템의 블록도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면 3차원 스캐너(10)를 이용하여 치아 형태를 스캔하고 CAD/CAM 시스템(30)을 통해 보철물을 디자인하여 인공치아 가공장치(40)인 밀링장치를 이용한 보철물을 제작하거나 프린팅장치를 이용하여 임시치아를 제작할 수 있다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 CAD/CAM 시스템(30)에는 보철물을 디자인할 수 있는 프로그램과 가상밀링 프로그램이 설치될 수 있다.

CAD/CAM 시스템(30)은 CAD 시스템(30A)과 CAM 시스템(30B)을 포함할 수 있다.

본 발명을 설명함에 있어서, CAD 시스템(30A)과 CAM 시스템(30B)은 하나의 CAD/CAM 시스템(30)으로 통합된 것으로 가정하고 설명하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 서로 독립된 시스템이 될 수도 있다.

CAD 시스템(30A)은 후술할 데이터디자인프로그램을 포함하여 보철물을 디자인할 수 있고, CAM 시스템(30B)은 CAD 시스템(30A)으로부터 디자인된 보철물 데이터를 수신하여 보철물 제작 데이터를 생성할 수 있다. 그리고 CAM 시스템(30B)은 가상밀링 프로그램을 통해 보철물의 가공 경로를 형성할 수 있고, 형성된 가공 경로 정보와 보철물 제작 데이터를 인공치아 가공장치(40)로 전송하여 보철물이 제작되도록 할 수 있다.서버장치(50)에는 환자의 치아 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 3차원 스캐너(10)로 환자의 건강한 풀 아치(Full arch)를 스캔하고, 서버장치(500)는 3차원 스캐너(10)로부터의 건치 데이터를 수신하여 저장할 수 있다.

3차원 스캐너(10)는 치아를 스캔하여 치아의 데이터를 인공치아 가공장치(40)로 전송하여 보철물이나 임시치아를 제작할 수 있다. 또한 3차원 스캐너(10)는 환자의 치료 대상 치아 부위를 스캐닝하여 3차원 데이터를 구성하여 CAD/CAM 시스템(30)으로 전송하고, CAD/CAM 시스템(30) 상에서 보철물이나 임시 치아를 정밀 디자인할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)를 통해 교합 부위와 설측 부위, 볼 부위 방향을 스캔하고 필요에 따라 여러 가지의 치아 표면 데이터를 합성하여 최종 3차원 데이터를 생성할 수 있다.

또한 3차원 스캐너(10)는 치아를 스캔하여 3차원 데이터를 생성하고 STL(Stereo Lithography)의 행태의 데이터를 인공치아 가공장치(40)로 출력하여 임시 치아를 제작할 수 있다.

본 발명을 상세하게 설명함에 있어 보철물이란 하나 또는 그 이상의 치아 또는 관련된 조직의 인공적인 대체물을 의미할 수 있다. 하나의 예를 들어 보철물이 치아의 뿌리 역할을 해주는 재료인 임플란트(Implant)라고 할 때, 보철물은 치조골에 삽입되는 임플란트 몸체(Fixture), 임플란트 몸체에 연결되는 임플란트 지대치(Abutment), 임플란트 지대치 상부 측을 씌우며 인공치아 외측 상부를 형성하는 임플란트 보철물(Crown) 중 어느 하나 또는 전부를 의미할 수 있다. 또한 보철물의 유형으로는 인레이(Inlay), 온레이(Onlay), 크라운(Crown), 라미네이트(Laminate), 브릿지(Bridge), 코핑(Coping), 임플란트(Implant), 덴쳐(Denture), 서지컬가이드(Surgical guide) 등이 있다.

도 19는 CAD/CAM 시스템의 블록도이다. 도 20a는 이터신호처리를 위한 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도이며, 도 20b는 데이터디자인프로그램과 연동하여 동작하는 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도이다.

도 19를 참조하면, CAD/CAM 시스템(30)은 표시장치(32), 저장장치(33), 통신장치(34), 입력장치(35) 및 프로세서(36)를 포함할 수 있다.

CAD/CAM 시스템(30)은 3차원 스캐너(10)로부터 3차원 적으로 측정되어 디지털 데이터로 변환된 환자의 치아 등의 영상 정보를 수신하고 이를 3차원 치아 데이터로 변환함과 동시에 손상 부위의 치아를 위한 보철물을 디자인할 수 있다. 이 경우, 서버장치(50)에 저장된 환자의 건치 데이터를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 스캔된 환자의 3차원 치아 데이터와 서버장치(50)에 저장된 환자의 건치 데이터를 비교하고, 비교 결과 차이가 나는 영역을 손상 부위로 지정하고, 해당 영역에 적합한 보철물을 제작할 수 있다. 그리고 보철물이 결합된 3차원 영상 데이터와 건치 데이터를 비교해 보철물 디자인 데이터를 수정함으로써 정밀한 보철물을 제작할 수 있다. 그리고 미리 디자인된 치아가 아닌 환자의 실제 치아의 데이터를 이용함으로써 정확성 및 실효성을 높일 수 있고, 디자인 작업의 속도를 향상시킬 수 있다.

데이터디자인프로그램(1000)이 실행되면 각종 컨텐츠가 표시장치(32) 상에서 표시될 수 있고, 작업자는 상기 각종 컨텐츠를 이용하여 보철물을 디자인할 수 있다.

데이터디자인프로그램(1000)은 각종 데이터를 저장장치(1230)에 저장하고 저장된 각종 데이터를 관리하는 데이터관리부(1100), 데이터를 변환하는 데이터변환부(1200), 환자의 각종 정보를 관리하는 환자등록관리부(1300), 보철 장치를 관리하는 보철등록관리부(1400), 표시장치(32) 상에 표시되는 각종 컨텐츠를 관리하는 디스플레이관리부(1500), 표시장치(32) 상에 표시되는 각종 툴을 제공 및 관리하는 디자인툴제공부(1600)를 포함할 수 있다.

디스플레이관리부(1500)는 표시장치(32)를 통해 저장장치(1230)로부터 읽어 드린 인적정보등록컨텐츠를 표시할 수 있고, 입력장치(1250)를 통해 인적정보등록컨텐츠 상에 환자나 의사 등의 사용자에 대한 정보 그리고 날짜와 프로그램 식별 넘버링과 차트 번호와 같은 환자 식별 번호를 입력함에 따라 인적정보를 등록할 수 있고, 등록된 정보는 데이터관리부(1100)를 통해 카테고리별로 분류되어 저장장치(1230)에 저장할 수 있다.

또한 인적정보등록컨텐츠를 통해 환자를 등록한 경우, 환자와 매칭된 보철 장치를 추가로 등록할 수 있고, 환자와 매칭된 보철 장치에 관한 정보는 저장장치(1230)에 저장될 수 있다.

또한 인적정보등록컨텐츠는 환자의 정보가 입력되는 경우 환자의 정보를 저장장치(1230)에서 검색하고 저장장치(1230)에 디자인정보를 포함하는 동일한 환자의 정보가 검색되는 경우 입력된 환자의 정보와 함께 기 저장된 디자인정보를 표시할 수 있다.

또한 디스플레이관리부(1500)는 보철정보등록컨텐츠를 표시할 수 있고, 보철정보등록컨텐츠는 복수의 보철 정보를 표시하고, 입력장치(1250)를 통해 선택된 보철의 종류와 선택된 수복물은 환자의 정보와 연동하여 저장장치(1230)에 저장될 수 있다.

또한 디스플레이관리부(1500)는 표시장치(32)를 통해 인적정보관리컨텐츠를 표시할 수 있고, 디자인툴제공부(1600)가 제공하는 수정아이콘, 등록정보삭제아이콘, 내보내기 아이콘, 디자인변경아이콘, 복사아이콘, 연동 아이콘, 보철정보삭제아이콘을 함께 표시할 수 있다.

여기서의 아이콘들 중 어느 하나가 입력장치(1250)를 통해 선택되는 경우 프로세서(190)는 미리 연동된 각종 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어 수정 아이콘이 선택되면 등록된 환자의 정보가 수정되어 저장장치(1230)에 저장되고, 등록정보삭제아이콘이 입력되면 등록된 환자 정보가 저장장치(1230) 상에서 제거되고, 내보내기 아이콘이 선택되면 각종 파일의 형식을 변경하여 저장할 수 있고, 디자인변경아이콘이 선택되면 스캔한 보철물 종류 및 치식 변경 그리고 변경 후 트림(Trim) 단계부터 디자인이 시작되는 기능을 수행할 수 있고, 복사아이콘이 선택되면 선택한 보철물 파일을 복사할 수 있는 기능이 제공되고, 연동 아이콘이 선택되면 상하악 보철물을 동시에 디자인 시 연동할 수 있도록 하며, 보철정보삭제아이콘이 선택되면 선택한 보철물 파일이 제거될 수 있다.

연동 아이콘이 선택되면 디스플레이관리부(1500)는 기 실행되고 있는 디자인컨텐츠와 추가적인 디자인컨텐츠을 동시에 실행 및 연동디지인컨텐츠의 실행 및 디스플레이 하거나, 실행되는 디자인컨텐츠가 없는 경우, 제1 및 제2 디자인컨텐츠를 동시에 실행함과 동시에 연동디자인컨텐츠를 실행 및 표시할 수 있다. 또한 제1 디자인컨텐츠는 상악을 디자인 할 수 있도록 하고, 제2 디자인컨텐츠를 하악을 디자인 할 수 있도록 하며 연동디자인컨텐츠는 제1 및 제2 디자인컨텐츠에서 각각 제작된 상악 및 하악을 합성하여 하나의 상하악 구조를 표시할 수 있다.

또한 디스플레이관리부(1500)는 디자인툴제공부(1600)가 제공하는 스캔모드컨텐츠실행아이콘을 표시할 수 있다. 그리고 입력 장치(1250)를 통해 스캔모드컨텐츠실행아이콘이 선택되면 스캔모드컨텐츠가 표시될 수 있다.

스캔모드컨텐츠가 표시장치(32) 상에 표시되면 실시간촬영이미지 화면과 켭쳐된 이미지 화면과 단일모델의 3차원 데이터 화면 그리고 3차원 데이터 합성 미리보기 화면이 동시에 표시될 수 있다.

3차원 스캐너(10)를 통해 촬영되는 이미지는 실시간촬영이미지 화면 상에 표시될 수 있고, 3차원 스캐너(10)를 통해 캡쳐된 이미지는 캡쳐된 이미지 화면에 표시될 수 있고, 3차원 스캐너(10)를 통해 스캔된 피사체의 영상 정보는 CAD/CAM 시스템(30)에 의해 3차원 모델로 변환되어 단일모델의 3차원 데이터 화면 상에 표시될 수 있으며, CAD/CAM 시스템(30)에 의해 3차원 데이터 합성된 화면이 3차원 데이터 합성 미리보기 화면에 표시될 수도 있다.

또한 CAD/CAM 시스템(30)은 데이터디자인프로그램(1000)과 연동하여 데이터디자인프로그램(1000)에서 제공하는 각종 아이콘의 선택에 연동하여 실행될 수 있고, 입력장치(1250)를 통해 입력된 정보에 기초하여 기 설정된 동작을 수행할 수 있는 스캔데이터분리부(1001), 매칭점제공부(1002), 상하악데이터정렬부(1003), 트리밍부(1004), 마진설정부(1005), 언터컷제공부(1006), 영역조절부(1007), 보철물제공부(1008), 보철물포지셔닝부(1009), 보철물마진필링부(1010), 인접치컨택영역표시부(1011), 인접치컨택영역조절부(1012), 폴리싱부(1013), 교합면조절부(1014), 두께표시부(1015) 및 수복물교합상태표시부(1016)를 포함할 수 있다. 또한 CAD/CAM 시스템(30)은 3차원 스캐너(10)로부터 스캔된 복수의 영상 데이터를 결합하는 스캔데이터결합부(1017)를 더 포함할 수 있다.

도 21은 상악과 하악의 교합 상태의 제1 교합 영역 및 이에 대응하는 상악 및 하악 영상 데이터를 나타낸 도면이다.

스캔데이터분리부(1001)는 3차원 스캐너(10)로부터 스캔되고 3차원 모델화된 3차원 상악 데이터(HT)와 3차원 하악 데이터(LT) 그리고 상악과 하악의 교합 상태의 이미지 데이터(CT)에 기초하여 교합 상태 이미지의 일 영역인 제1 교합 영역(PCT)에서 표시되고 이에 대응하는 상악 및 하악의 일부 영역의 데이터를 분리할 수 있다. 보다 상세하게는 최초 3차원 상악 데이터와 최초 3차원 하악 영상 데이터에서 최초 교합 상태의 이미지의 데이터의 일 영역인 제1 교합 영역(PCT) 이미지에 표시된 영역과 매칭되는 3차원 상악 및 하악 영상 영역(PHT, PLT)을 분리할 수 있다.

도 22는 데이터 상의 매칭점을 나타낸 도면이다.

매칭점제공부(1002)는 분리된 3차원 상악 또는 하악 영상 데이터(PHT, PLT) 상에 적어도 하나의 분리상태매칭점(MP1)을 설정하고, 분리상태매칭점(MP1)에 대응하는 교합상태매칭점(MP2)이 제1 교합 영역 영상 데이터(PCT) 상에 설정될 수 있다. 또한 분리상태매칭점(MP1)을 포함하는 분리된 3차원 상악 또는 하악 영상 데이터(PHT, PLT)가 표시장치(32)에 표시되면, 작업자는 입력장치(1250)를 통해 교합상태매칭점(MP2)을 설정할 수도 있다.

도 23은 상하악의 데이터가 정렬된 영상을 나타낸 도면이다.

상하악데이터정렬부(1003)는 교합상태매칭점(MP2)에 기초하여 분리상태매칭점(MP1)을 기준으로 분리된 3차원 상악 영상 데이터(PHT)를 분리된 3차원 하악 영상 데이터(PLT) 상에 결합 정렬할 수 있다. 도면과 달리 분리상태매칭점(MP1)이 3차원 하악 영상 데이터(PLT)에 설정된 경우 분리된 3차원 하악 영상 데이터(PLT)는 분리된 3차원 상악 영상 데이터(PHT)에 결합 정렬할 수 있다. 이 경우 상하악데이터정렬부(1003)에 의해 결합 정렬된 3차원 하악 및 사항 영상 데이터(AT)가 표시장치(32)를 통해 표시되고, 작업자는 교합 관계를 실제 환자의 교합 관계와 비교하면서 상하악데이터정렬부(1003)에 의한 정렬의 정확도를 확인할 수 있다. 그리고 결합 여부가 적절하지 않은 경우 매칭점제공부(1002)에 의한 분리상태매칭점(MP1) 및 교합상태매칭점(MP2)이 재설정되고 상하악데이터정렬부(1003)에 의한 분리된 3차원 상악 및 하악 영상 데이터(PHT, PLT)가 재 정렬 결합될 수 있고, 결합 관계가 적절한 경우 다음의 트리밍부(1004)에 의한 동작이 수행될 수 있다.

도 24는 건치 데이터와 스캔 데이터 상의 매칭점을 나타낸 도면이고, 도 25는 건치 데이터와 스캔 데이터의 결합 영상을 나타낸 도면이다.

3차원 스캐너(10)는 환자의 건치에 대한 복수의 영역을 스캔하고, 스캔된 건치 데이터는 서버장치(50)에 저장될 수 있다. 그리고 스캔데이터결합부(1017)는 서버장치(50)에 저장된 서로 인접한 제1 치아에 대한 건치 데이터(FSD1)와 제2 치아에 대한 건치 데이터(FSD2)를 수신하여 영상 결합된 3차원 건치 영상 데이터를 생성할 수 있고, 스캔데이터결합부(1017)는 3차원 스캐너(10)를 통해 스캔된 제1 치아에 대한 영상 데이터(LSD1)와 제2 치아에 대한 영상 데이터(LSD2)를 수신하여 영상 결합된 3차원 영상 데이터를 생성할 수 있다. 그리고 매칭점제공부(1002)는 결합된 3차원 건치 영상 데이터에 건치데이터매칭점(FP)을 지정하고, 건치데이터매칭점(FP)과 매칭되는 스캔데이터매칭점(LP)을 지정할 수 있다. 또한 스캔데이터매칭점(LP)은 입력장치(1250)를 통해 작업자가 직접 지정할 수도 있다. 그리고 상하악데이터정렬부(1003)는 건치데이터매칭점(FP)과 스캔데이터매칭점(LP)을 참조하여 결합된 3차원 건치 영상 데이터와 결합된 3차원 영상 데이터를 서로 결합하여 최종 영상 데이터(AT)을 생성할 수 있다. 한편 제1 및 제2 치아의 건치 데이터(FSD1, FSD2)는 제1 및 제2 치아가 건강한 상태에서 스캔된 데이터이고, 제1 치아에 대한 영상 데이터(LSD1)은 제1 치아가 건강한 상태에서 스캔된 데이터이고 제2 치아에 대한 영상 데이터(LDS2)는 제2 치아가 손상된 상태에서 스캔된 데이터이다. 그리고 상하악데이터정렬부(1003)로부터 결합된 3차원 건치 영상 데이터와 결합된 3차원 영상 데이터 상의 차이나는 공간에 대한 데이터를 이용하여 보철물을 디자인하고 이를 손상 치아에 결합함으로써, 손상 치아의 보철물을 제작할 수 있다. 이러한 차이나는 공간에 대한 데이터는 후술할 과정을 통해 보철물이 디자인 될 수 있다.

트리밍부(1004)는 최초 3차원 상악 데이터와 최초 3차원 하악 데이터 중 적어도 하나 데이터를 트림(Trim) 가공할 수 있다. 작업자는 디자인툴제공부(1600)에서 제공하는 트림 아이콘을 선택하고, 입력장치(1250)로부터 입력된 명령 신호에 기초하여 트리밍부(1004)는 최초 3차원 상악 데이터와 최초 3차원 하악 데이터 중 적어도 하나 데이터를 가공할 수 있다.

도 26은 마진라인이 형성된 영상 데이터를 나타낸 도면이다.

마진설정부(1005)는 최초 3차원 상악 영상 데이터와 최초 3차원 하악 영상 데이터 중 적어도 하나 영상 데이터 상에 마진 라인(ML)을 형성할 수 있고, 마진 라인(ML)은 설측 중간 영역에 설정될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 입력장치(1250)를 통해 입력된 명령 신호에 따라 조정된 마린라인포인트(MLP)의 움직임에 대응하여 마진 라인(ML)의 적어도 일 영역(MLR)은 조정될 수 있다.

언터컷제공부(1006) 최초 3차원 상악 영상 데이터와 최초 3차원 하악 영상 데이터 중 적어도 하나 영상 데이터 상에서 언더컷을 검출하고, 검출된 언더컷이 형성되지 않도록 작업 대상인 영상 데이터의 위치를 변경할 수 있다.

도 27은 보철물의 사이즈를 조절하기 위한 영상 데이터 상의 영역 조절 라인과 점들을 나타낸 도면이다.

영역조절부(1007)는 최초 3차원 상악 영상 데이터와 최초 3차원 하악 영상 데이터 중 적어도 하나 영상 데이터상에서 하나의 치아를 중심으로 좌우 인접한 치아들 사이의 폭 조절 라인(WCL)과 경계 조절 라인(RCL)과 중앙 수평 위치 점(CPP) 그리고 설측 위치 점(LPP)을 설정할 수 있다. 작업자는 입력장치(1250)를 통해 폭 조절 라인(WCL)을 조절하여 보철물의 폭을 결정할 수 있고, 경계 조절 라인(RCL)을 조정하여 보철물의 전체적인 위치를 조절할 수 있고, 중앙 수평 위치 점(CPP)을 이용하여 보철물의 중심 위치를 설정할 수 있으며, 설측 위치 점(LPP)을 이용하여 보철물 방향을 설정할 수 있다. 그리고 영역조절부(1007)는 초기 설정된 폭 조절 라인(WCL)의 위치와 경계 조절 라인(RCL)의 위치 그리고 중앙 수평 위치 점(CPP) 그리고 설측 위치 점(LPP)의 위치 정보와 변동된 위치 정보에 따른 보철물 사이즈 및 위치 정보를 생성하여 보철등록관리부(1400)로 제공할 수 있고, 보철등록관리부(1400)는 보철물 사이즈 및 위치 정보에 기초하여 적어도 하나의 보철물을 선택하고, 선택된 보철물에 대한 정보를 보철물제공부(1008)로 제공할 수 있다.

도 28은 보철물이 치아에 결합된 상태를 나타낸 도면이다.

보철물제공부(1008)는 보철등록관리부(1400)로부터의 제공된 적어도 하나의 보철물을 표시장치(32)로 표시하고, 복수개의 보철물이 표시된 경우 작업자의 선택에 의하여 하나의 보철물이 선택되면 최초 3차원 상악 영상 데이터와 최초 3차원 하악 영상 데이터 중 작업 중인 치아를 포함하는 최초 3차원 영상 데이터 상의 대응하는 치아에 치아에 보철물(DP)이 결합될 수 있다.

보철물포지셔닝부(1009)는 보철물이 결합하는 치아와 인접한 인접치 모양과 교합상태에 기초하여 상하좌우 방향, 교합 위 아래 방향으로 보철물을 이동시키며 보철물을 정렬할 수 있다. 또한 작업자로부터의 입력장치(1250)를 통한 명령 신호에 기초하여 보철물의 위치를 변경할 수도 있다.

보철물마진필링부(1010)는 치아에 결합된 보철물이 치아에 형성된 마진 라인까지 채워지도록 마진설정부(1005)에서 형성된 마진 라인 정보를 참조하여, 보철물을 마진 라인까지 치아를 덮도록 보철물의 3차원 이미지 데이터를 변환할 수 있다.

도 29는 보철물과 인접치와의 컨택 정도를 나타낸 영상 데이터를 나타낸 도면이다.

인접치컨택영역표시부(1011)는 보철물이 위치하는 치아와 인접치의 위치 관계에 기초하여 보철물이 치아에 결합한 상태에서 보철물이 인접치와의 접촉 정도(CDD)를 검출하고 이를 표시할 수 있다. 그리고 인접치컨택영역표시부(1011)는 보철물과 인접치의 접촉 없이 근접한 경우와 충돌 및 압박이 있는 경우 그 정도에 따라서 서로 다른 색상으로 영역을 표시할 수도 있다.

인접치컨택영역조절부(1012)는 보철물이 위치하는 치아와 인접치의 위치 관계 그리고 인접치컨택영역표시부(1011)로부터의 접촉 정도에 대한 정보에 기초하여 보철물의 위치와 접촉 영역의 축소 및/또는 제거 그리고 두께 조절을 할 수 있다. 또한 작업자로부터의 입력장치(1250)를 통한 명령 신호에 기초하여 보철물의 위치와 특정 영역의 축소나 제거를 할 수도 있다.

도 30은 보철물의 표면을 나타낸 도면이다.

폴리싱부(1013)는 보철물의 표면의 영상 정보에 기초하여 표면의 거칠기가 기 설정치 이상이 영역이 기 설정치 이하의 거칠기가 되도록 평탄화할 수 있다. 또한 작업자로부터의 입력장치(1250)를 통한 명령 신호에 기초하여 보철물의 표면의 평탄화를 변경할 수도 있다.

도 31은 보철물의 교합면을 조절하는 것을 나타낸 도면이다.

도 31을 참조하면, 교합면조절부(1014)는 상하악데이터정렬부(1003)에 의한 분리된 3차원 상악 및 하악 영상 데이터의 결합 정렬된 영상 데이터에 기초하여 보철물이 형성된 치아의 교합 시 교합 면의 정보를 이용하여 보철물의 만곡도와 두께를 조절할 수 있다.

도 32는 보철물의 두께의 표시를 나타낸 도면이다.

도 32를 참조하면, 두께표시부(1015)는 보철물의 이미지의 투명도를 달리 표시함으로써 보철물 전체 영역의 두께를 표시할 수 있고, 두께가 기 설정치 이하가 되는 경우 해당 영역을 표시할 수 있고, 입력장치(1250)를 통해 입력된 작업자의 명령 신호에 기초하여 해당 영역을 두께를 조절할 수도 있다.

도 33은 보철물이 치아에 결합된 상태의 영상 데이터를 나타낸 도면이다.

도 33을 참조하면, 수복물교합상태표시부(1016)는 스캔데이터분리부(1001)로부터의 최초 3차원 상악 또는 하악 영상 데이터의 치아 상에 보철물을 결합하고, 상하악데이터정렬부(1003)에 의한 분리된 3차원 상악 및 하악 영상 데이터의 결합 정렬된 데이터에 기초하여 보철물이 형성된 상태에서의 분리된 3차원 상악 및 하악 영상 데이터의 결합 정렬된 영상 데이터를 생성하여 표시할 수 있다.

또한 최종적으로 제작된 보철물 3차원 모델 데이터는 인공치아 가공장치(40)로 전송되어 보철물이 제작될 수 있다.

도 34는 가상밀링의 데이터신호처리를 위한 CAD/CAM 시스템을 구성하는 구성들의 블록도이다.

CAD/CAM 시스템(30)에는 가상밀링프로그램(2000)이 더 설치될 수 있다.

가상밀링프로그램(2000)은 보철물 3차원 영상 데이터를 이용하여 인공치아 가공장치(40)가 실제의 보철물을 제작하기 전에 예상치 못했던 사항을 미연에 방지하거나 가공물의 모양을 재설정 할 수 있는 단계를 부여하고, 가공물의 밀링 진행에 과정과 밀링 전후의 두께 변화를 확인할 수 있고, 가공물을 밀링 시 파손 등의 방지를 위하셔 무게 중심을 고려한 최초 밀링 시작 영역을 설정할 수 있도록 하기 위한 프로그램이 될 수 있다.

CAD/CAM 시스템(30)은 가상밀링프로그램(2000)과 연동하여 가상밀링프로그램(2000)에서 제공하는 각종 아이콘의 선택에 연동하여 실행될 수 있고, 입력장치(1250)를 통해 입력된 정보에 기초하여 기 설정된 동작을 수행할 수 있는 무게중심위치조정부(2001), 접촉영역표시부(2002), 내부영역표시부(2003), 공구셋팅부(2004) 및 가상밀링부(2005)를 포함할 수 있다.

무게중심위치조정부(2001)는 보철물 3차원 모델 데이터의 무게중심에 기초하여 보철물 3차원 모델의 위치를 조정할 수 있다. 또한 무게중심위치조정부(2001)는 두께표시부(1015)로부터의 보철물 3차원 모델의 두께 정보를 수신하고, 이에 기초하여 보철물의 무게 중심을 검출할 수 있으며, 밀링 접촉 위치를 고려하여 보철물의 무게 중심 측부터 밀링이 진행될 수 있도록 보철물의 위치를 조정할 수 있다. 무게중심위치조정부(2001)는 보철물 3차원 모델 데이터의 무게중심을 고려하여 위치를 변경함에 따라 무게 중심이 있는 쪽으로 밀링을 진행함으로써 인공치아 가공장치(40)에서의 실제 보철물 제작 시의 밀링 실패를 방지할 수 있다.

도 35는 보철물과 보철물의 접촉영역에 관한 도면이다.

접촉영역표시부(2002)는 무게중심위치조정부(2001)로부터의 무게 중심 정보를 수신하고, 무게 중심 정보에 기초하여 결정된 밀링 진행 시 인공치아 가공장치(40)의 공구의 접촉 위치를 보철물 3차원 모델 상에 표시할 수 있다. 따라서 표시장치(32)에 표시된 보철물 3차원 모델에서 공구가 최초 접촉하는 위치를 확인할 수 있고, 공구가 복수개인 경우 복수개의 공구 각각이 보철물 3차원 모델에서의 접촉 영역을 표시할 수도 있다.

한편 도 35에서의 VCP는 밀링장치에서 가공 소재를 가공할 때 가공물이 밀링장치로부터 이탈하지 않고 고정될 수 있도록 가공 소재로부터 돌출된 영역이다.

따라서 가공 소재의 돌출된 영역(VCP)은 밀링장치의 클램프유닛에 결합될 수 있다.

결합홀(1325)에 삽입 체결됨에 따라, 가공소재(2)의 가공 중에 가공소재(2)가 클램프유닛(1320)에서 이탈되는

도 36은 보철물의 내부 정보를 나타낸 도면이다.

내부영역표시부(2003)는 두께표시부(1015)로부터의 보철물의 두께 정보를 이용하여 보철물 3차원 모델의 내부 정보와 함께 외관을 표시할 수 있고, 가상밀링프로그램(2000)을 통해 가공된 보철물의 두께 정보도 검출하여 표시할 수도 있다.

도 37은 보철물과 보철물의 가공을 위한 공구를 나타낸 도면이다.

공구셋팅부(2004)는 3차원 보철물의 사이즈와 두께 그리고 무게 중심 정보와 밀링의 접촉점에 기초하여 적절한 공구의 종류와 사이즈를 선택하여 표시장치(32)를 통해 표시할 수 있다.

가상밀링부(2005)는 공구셋팅부(2004)에서 선택된 공구를 이용하여 보철물을 가상으로 밀링할 수 있고, 밀링 전후의 보철물의 영역별 두께 변화를 표시할 수 있다.

도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 사시도를 나타내고, 도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 정면도를 나타내고, 도 40은 가공소재를 제1 스핀들유닛과 제2 스핀들유닛으로 가공하는 과정의 개념도를 나타내고, 도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 사시도를 나타내고, 도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 클램핑부의 사시도를 나타내며, 도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 클램프유닛의 단면도를 나타낸다. 또한 도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치의 제어유닛과 표시부의 개념도를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)는 베이스부(1310), 클램프유닛(1320), 제1 스핀들유닛(1301), 제2 스핀들유닛(1303), 센싱부(1350), 및 제어유닛(600)을 포함할 수 있다.

베이스부(1310)는 하우징의 내부에 설치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 베이스부(1310)는 ㄷ자 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 베이스부(1310)는 하우징에 설치되는 도어에 의해 가공소재의 가공시에 베이스부가 외부로부터 차단될 수 있다.

클램프유닛(1320)은 베이스부(1310)의 일부에 회전 및 수평이동(도 38에서 Z축 방향) 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 클램프유닛(1320)의 선단에 가공소재(2)가 결합될 수 있다. 이에 따라, 후술하는 바와 같이 클램프유닛(1320)은 클램핑부(1321)의 가공소재결합부(1324)에 가공소재(2)가 결합된 상태에서 클램핑부(1321)가 제1 구동부(1340)의 구동동력에 의해 회전축부(1332)가 회전하거나 Z축을 따라 수평이동 할 수 있게 된다.

제1 스핀들유닛(1301)은 클램프유닛(1320)의 중심축(Z축)에 직교하도록 베이스부(1310)의 일측에 상하이동(도 38에서 Y축 방향) 및 좌우이동(도 38에서 X축 방향) 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 제1 스핀들유닛(1301)의 선단에 제1 공구(1302)가 결합될 수 있다.

제2 스핀들유닛(1303)은 클램프유닛(1320)의 중심축(Z축)에 직교하면서 제1 스핀들유닛(1301)과 마주하도록 베이스부(1310)의 타측에 상하이동(도 38에서 Y축 방향) 및 좌우이동(도 38에서 X축 방향) 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 제2 스핀들유닛(1303)의 선단에 제2 공구가 결합될 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제1 스핀들유닛(1301)의 제1 공구(1302)는 가공소재(2)의 내면을 가공하고, 제2 스핀들유닛(1303)의 제2 공구(1304)는 가공소재(2)의 외면을 가공할 수 있다. 이처럼, 제1 스핀들유닛(1301)과 제2 스핀들유닛(1303)이 서로 마주하면서 클램프유닛(1320)에 대해 직교하도록 설치됨에 따라, 가공소재를 신속하게 가공할 수 있다.

센싱부(1350)가 클램프유닛(1320)의 내부에 설치될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 센싱부(1350)는 고유주파수 측정이 가능한 음향센서 또는 진동센서로 형성될 수 있다. 이처럼, 센싱부(1350)가 음향센서 또는 진동센서로 형성됨에 따라 가공소재결합부(1324)에 결합된 가공소재(2)에 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)가 접촉하는 순간의 고유주파수를 측정하여 가공소재를 가공하기 위해 가공프로그램 데이터 저장부(614)에 저장된 가공 프로그램의 기준좌표를 가공소재나 공구의 손상 없이 정확하고 용이하게 보정할 수 있고, 최종적으로 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

제어유닛(600)은 클램프유닛(1320)에 결합하는 가공소재(2)의 초기 위치에 따라 가공소재(2)의 가공을 위한 가공 프로그램 저장부(614)에 저장된 가공프로그램의 기준좌표를 보정하고, 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 이상유무를 검출한다. 따라서, 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)는 가공소재가 클램핑부에 결합된 상태에서 가공소재의 정확한 위치를 가공장치의 좌표계로 환산하기 위해 최소의 시간과 비용이 소모됨에 따라, 인공치아의 비용을 감소시켜 환자의 부담을 절감할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 클램프유닛(1320)은 클램핑부(1321), 연결부(1330), 및 제1 구동부(1340)를 포함할 수 있다.

클램핑부(1321)의 일단에 가공소재(2)가 결합된다.

연결부(1330)는 클램핑부(1321)의 타단에 결합되고, 연결부(1330)의 일부가 베이스부(1310)를 관통하여 베이스부(1310)에 설치된다.

제1 구동부(1340)는 클램핑부(1321)를 회전시키거나 수평방향으로 이동시키는 기능을 수행하고, 베이스부(1310)의 외측에 설치될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제어유닛(600)이나 인공치아 가공장치(40)의 조작반에 설치된 조작버튼에 따라 제1 구동부(1340)가 정밀 제어될 수 있도록 하기 위해 제1 구동부(1340)는 서보모터(servo motor)로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 클램프유닛(1320)의 클램핑부(1321)는 본체부(1322)와 가공소재결합부(1324)를 포함한다.

본체부(1322)는 클램핑부(1321)의 외형을 형성한다. 본체부(1322)는 내부에 공동부(1323)를 구비하고, 원뿔 형상으로 형성된다. 공동부(1323)는 진공상태로 유지될 수 있다.

가공소재결합부(1324)는 본체부(1322)의 일단에 형성되고, 가공소재(2)가 결합 가능한 결합홀(1325)이 본체부(1322)의 수평방향으로 연장 형성될 수 있다. 즉, 가공소재(2)는 가공소재결합부(1324)의 결합홀(1325)에 삽입 체결됨에 따라, 가공소재(2)의 가공 중에 가공소재(2)가 클램프유닛(1320)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

센싱부(1350)는 본체부(1322)의 공동부(1323)의 내부에서 결합홀(1325)의 선단에 인접하는 곳에 설치될 수 있다. 이에 따라, 센싱부(1350)를 본체부(1322)의 공동부(1323)에 1개만 설치한 상태에서 제1 공구와 제2 공구가 가공소재(2)에 접촉하는 순간의 고유주파수 측정이 용이하게 할 수 있어 클램프유닛(1320)의 소형화를 도모하고, 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 센싱부(1350)가 본체부(1322)의 공동부(1323)의 내부에 설치됨에 따라 가공소재(2)의 가공중에 발생하는 칩(chip)이나 냉각수 등에 의해 센싱부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 클램프유닛(1320)의 연결부(1330)는 바디부(1331), 회전축부(1332), 및 전선수용부(1333)를 포함할 수 있다.

바디부(1331)는 내부에 공간을 구비하고 수평방향(Z축 방향)으로 연장 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니지만 바디부(1331)는 중공 형상의 원통형상으로 형성될 수 있다.

회전축부(1332)의 일단은 제1 구동부(1340) 연결되고, 회전축부(1332)의 타단은 클램핑부(1321)에 연결되도록 바디부(1331)의 내부에 삽입 설치될 수 있다. 즉, 회전축부(1332)가 제1 구동부(1340)의 회전에 의해 회전하거나 Z축 방향으로 수평이동하게 되면, 이와 연결된 클램핑부(1321)가 회전하거나 Z축 방향으로 수평이동하고, 최종적으로 가공소재결합부(1324)에 결합된 가공소재(2)가 회전하거나 Z축 방향으로 수평이동할 수 있게 된다. 또한, 필요에 따라 Z축 방향으로 수평이동하면서 동시에 회전할 수도 있다.

전선수용부(1333)는 회전축부(1332)의 내부에 바디부(1331)의 수평방향을 따라 연장 형성되어 센싱부(1350)에 전원을 공급하고, 센싱부(1350)에서 센싱된 신호 데이터를 제어부(600)로 전달하기 위한 전선을 수용할 수 있다. 전선이 전선수용부(1333)의 내부에 수용됨에 따라, 가공소재의 가공중에 전선이 꼬이거나 손상되는 것을 방지하고, 연결부(1330)의 두께를 감소시킬 수 있다. 즉, 최종적으로 클램프유닛(1320)의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 제1 스핀들유닛(1301)은 제1 공구(1302), 제1 스핀들부(1360), 및 제2 구동부(1370)를 포함할 수 있다.

제1 공구(1302)는 제1 스핀들부(1360)의 선단에 장착 설치될 수 있다.

제1 스핀들부(1360)는 제1 공구(1302)의 일측에 제1 공구(1302)를 수용하도록 형성되어, 제1 공구(1302)를 회전시키거나 제1 공구(1302)를 상하방향(Y축 방향) 또는 좌우방향(X축 방향)으로 이동시키는 동력을 전달할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니지만, 제1 스핀들부(1360)는 내부에 중공부를 구비한 원통형상으로 형성되고, 내부에 회전축을 구비하며, 클램핑유닛의 중심축에 대해 직교하도록 제1 스핀들부(1360)의 일부가 베이스부(1310)의 일측에 관통하여 설치될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 스핀들부(1360)는 X, Y축 방향으로 수평이동하면서 동시에 회전할 수도 있다.

제2 구동부(1370)는 제1 스핀들부(1360)에 동력을 전달하기 위해 제1 스핀들부(1360)의 타측에 설치될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 제2 구동부(1370)는 베이스부(1310)의 외부와 하우징 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 제2 스핀들유닛(1303)은 제2 공구(1304), 제2 스핀들부(1380), 및 제2 구동부(1370)를 포함할 수 있다.

제2 공구(1304)는 제2 스핀들부(1380)의 선단에 장착 설치된다.

제2 스핀들부(1380)는 제2 공구(1304)의 일측에 제2 공구(1304)를 수용하도록 형성되어, 제2 공구(1304)를 회전시키거나 제2 공구(1304)를 상하방향(Y축 방향) 또는 좌우방향(X축 방향)으로 이동시키는 동력을 전달할 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제2 스핀들부(1380)는 내부에 중공부를 구비한 원통형상으로 형성되고, 내부에 회전축을 구비하고, 제2 스핀들부(1380)의 일부가 제1 스핀들부(1360)와 마주하도록 베이스부(1310)의 타측에 관통하여 설치된다. 또한, 필요에 따라 제2 스핀들부(1380)는 X, Y축 방향으로 수평이동하면서 동시에 회전할 수도 있다.

제3 구동부(1390)는 제2 스핀들부(1380)에 동력을 전달하기 위해 제2 스핀들부(1380)의 타측에 설치될 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 제3 구동부(1390)는 베이스부(1310)의 외부와 하우징 사이에 설치될 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제어유닛(600)이나 인공치아 가공장치(40)의 조작반에 설치된 조작버튼에 따라 제2 구동부(1370) 또는 제3 구동부(1390)가 정밀 제어될 수 있도록 하기 위해 제2 구동부(1370)와 제3 구동부(1390)는 서보모터(servo motor)로 형성되는 것이 바람직하다.

도 44을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 제어유닛(600)은 가공소재 기본데이터 저장부(611), 공구데이터 저장부(612), 기준좌표 데이터 저장부(613), 가공프로그램 데이터 저장부(614), 수신데이터 저장부(615), 신호 변환부(617), 변환신호 데이터 저장부(618), 필터부(619), 비교부(620), 및 보정부(621)를 포함할 수 있다.

가공소재 기본데이터 저장부(611)는 가공소재에 따른 고유주파수 데이터가 저장된다.

공구데이터 저장부(612)는 제1 스핀들유닛(1301)과 상기 제2 스핀들유닛(1303)에 설치되는 공구의 길이 및 종류에 관한 데이터가 저장된다.

기준좌표 데이터 저장부(613)는 가공소재(2)가 가공소재결합부(1324)에 결합되기 이전에 기준좌표 데이터가 저장된다.

가공프로그램 데이터 저장부(614)는 가공소재(2)를 가공하기 위한 가공프로그램 데이터가 저장된다. 즉, 3차원 스캔으로 측정하여 이를 CAD/CAM 소프트웨어를 이용하여 측정된 스캔 데이터를 3차원으로 모델링하고, 이에 확대율을 적용하여 NC데이터로 전환된 NC 데이터가 저장된다.

또한 가공프로그램 데이터 저장부(614)는 CAD/CAM 시스템(30)으로부터 수신한 보철물 3차원 모델 데이터 NC데이터로 변환할 수 있는 가공프로그램 데이터를 저장할 수도 있다.

수신데이터 저장부(615)는 센싱부(1350)에서 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)가 가공소재결합부(1324)에 결합된 가공소재에 접촉된 순간에 발생하는 고유주파수를 감지하여 발송하는 신호 데이터를 저장한다.

신호 변환부(617)은 수신데이터 저장부에 저장된 신호를 디지털신호로 변환한다.

변환신호 데이터 저장부(618)는 신호 변환부(617)에서 변환된 신호를 저장한다.

필터부(619)는 변환신호 데이터 저장부(618)에 저장된 신호를 필터링하기 위한 필터부(619)는 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)가 가공소재결합부(1324)에 결합된 가공소재에 접촉된 순간에 발생하는 고유주파수 이외의 잡음에 의한 간섭신호를 제거하는 기능을 수행한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 필터부(619)는 지수 평활하 필터(FLT)로 구성된다. 지수 평활화 필터는 수 ms(millisecond) 내의 신호 평균값과 가장 최근의 수십 ㎲(microsecond)의 신호값에 가중치를 부여하여 수 초 내외의 신호값들이 검출 신호에 많은 영향을 미치지 않도록 구성된 소프트웨어 알고리즘을 이용한 디지털 필터(Digital filter)이다. 지수 평활화 필터는 연산에 중요한 요소인 신호 평균치의 표면시간, 가중치, 접촉신호의 강도 설정값을 지정하여 사용함으로써 인공치아를 위한 가공소재의 가공 중 공구의 상태 변화를 예측하거나 가공소재의 위치 및 크기 측정시 노이즈 성분을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에 보다 신뢰성 있고, 정밀한 측정값을 갖는 것이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다. 지수 평활화 필터는 센서의 제어장치에 소프트웨어 필터 알고리즘으로 개발하여 적용 가능하다. 또한, 지수 평활화 필터의 연산에 필요한 요소값들은 기기의 가공 중인 상태 또는 가공소재의 측정상태에 따라 센서 제어장치에서 각각 그 상태에 맞는 최적의 요소값으로 적용할 수 있다. 지수 평활화 필터의 이러한 기능에 의해 가공소재의 가공 중 공구의 파손 상태에 대한 예측판별이 가능하다.

비교부(620)는 변환신호 데이터 저장부(618)에 저장된 변환신호 또는 필터부(619)를 거쳐 필터링된 신호와 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 저장된 고유주파수 신호를 비교한다.

보정부(621)는 비교부(620)의 결과에 따라 기준좌표 데이터 저장부에 저장된 기준좌표 데이터와 가공프로그램 데이터 저장부에 저장된 가공프로그램의 기준좌표를 보정한다.

따라서, 본 발명에 의한 인공치아 가공장치는 가공소재의 크기와 장착 상태에 따라 인공치아를 가공하기 위한 가공소재의 가공프로그램의 기준좌표를 가공소재의 장착상태에 따라 정확하게 수정함에 따라 인공치아의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있고, 제1 공구와 제2 공구가 회전하지 않은 상태에서 가공소재에 접촉하는 순간에 고유주파수를 측정함에 따라 인공치아를 형성하는 모재인 가공소재와 공구가 손상되는 것을 방지하며, 가공소재가 클램핑부에 결합된 상태에서 가공소재의 정확한 위치를 가공장치의 좌표계로 환산하기 위해 최소의 시간과 비용이 소모됨에 따라 인공치아의 비용을 감소시켜 환자의 부담을 절감할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)의 제어유닛(600)은 공구좌표 데이터 저장부(616), 계산부(622), 및 알람 신호 발생부(623)를 더 포함할 수 있다.

공구좌표 데이터 저장부(616)은 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)가 가공소재결합부(1324)에 결합된 가공소재(2)에 접촉되는 순간에 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 좌표 데이터를 저장한다.

계산부(622)는 공구데이터 저장부(612)와 기준좌표 데이터 저장부(613), 및 공구좌표 데이터 저장부(616)에 저장된 좌표값에 의해 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 현재 길이를 계산한다.

알람 신호 발생부(623)은 계산부(622)에 계산된 값에 따라 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 현재 길이가 공구데이터 저장부(612)에 저장된 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 길이와 다른 경우에 알람 신호를 발생시킨다. 구체적으로, 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 현재 길이가 공구데이터 저장부(612)에 저장된 제1 공구(1302)와 제2 공구(1304)의 길이보다 짧은 경우에는 공구가 마모되거나 파손된 것으로 판단하고 알람 신호를 발생하게 된다.

따라서, 인공치아 가공장치(40)는 제어유닛의 계산부에 의해 공구의 길이 계산을 하고, 알람심호 발생부에 의해 공구의 파손이나 손상 유무를 검출할 수 있어, 손상된 공구로 가공소재를 가공하는 것을 방지함에 따라 가공소재의 낭비를 원천적으로 차단할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)는 비교부(620)의 판단결과, 보정부(621)의 판단결과, 계산부(622)의 판단결과, 가공프로그램 데이터 저장부(614)에 저장된 가공프로그램, 및 알람 신호 발생부(623)의 알람 신호를 표시하는 표시부(700)를 더 포함할 수 있다.

이하 인공치아 가공장치(40)의 황삭 및 정삭 가공경로 설정에 따른 인공치아 가공 방법을 설명한다.

도 45는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어유닛의 블록도이다.

제어유닛(600)은 황삭가공경로설정부(651), 정삭가공경로설정부(652) 및 가공라인설정부(653)를 더 포함할 수 있다.

제어유닛(600)은 CAD/CAM 시스템(30)으로부터 수신한 보철물 3차원 제작 데이터를 수신할 수 있다. 그리고 가공라인설정부(653)는 가공 소재(2)에 대한 복수의 가공 경로를 생성할 수 있다.

황삭가공경로설정부(651)는 가공라인설정부(653)에서 설정된 복수의 가공 경로 중에서 첫번째 가공 경로 상에서 황삭 가공 경로를 설정하고, 황삭 가공 경로 생성 완료 신호를 정삭가공경로설정부(652)로 전송할 수 있다. 그리고 정삭가공경로설정부(652)는 이에 응답하여 첫번째 가공 경로 상에서의 정삭 가공 경로를 생성하고, 생성한 첫번째 가공 라인에 대한 정삭 가공 경로 정보를 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 저장할 수 있다.

다음으로 황삭가공경로설정부(651)는 가공라인설정부(653)에서 설정된 복수의 가공 경로 중에서 두번째 가공 경로 상에서 황삭 가공 경로를 설정하고, 황삭 가공 경로 생성 완료 신호를 정삭가공경로설정부(652)로 전송할 수 있다. 그리고 정삭가공경로설정부(652)는 이에 응답하여 두번째 가공 경로 상에서의 정삭 가공 경로를 생성하고, 생성한 두번째 가공 라인에 대한 정삭 가공 경로 정보를 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 저장할 수 있다. 이와 같이 순차적으로 가공라인설정부(653)에서 설정된 복수의 가공 경로들 각각에 대한 황삭 가공 경로와 정삭 가공 경로를 생성하고, 생성된 모든 정삭 가공 경로들은 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 순차적으로 저장될 수 있다.

또한 첫번째 가공 라인에 대한 정삭 가공 경로에 대한 가공을 진행하고, 가공 진행 중에 두번째 가공 라인에 대한 황삭 가공 경로 생성을 진행하게 된다.

또한 제어유닛(600)은 첫번째 가공 라인에 대한 정삭 가공 경로가 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 저장되면, 이를 가공소재 기본데이터 저장부(611)로부터 읽어드려 이에 기초하여 가공 소재(2)를 정삭한다. 그리고 첫번째 가공 라인에 대한 정삭 가공이 완료되면 두번째 가공 라인에 대한 정삭 가공을 가공소재 기본데이터 저장부(611)에 저장된 정삭 가공 경로 정보에 기초하여 진행하고, 모든 가공 라인에 대해 순차적으로 진행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 인공치아 가공장치(40)는 황삭 가공 경로를 생성하지만 황삭 가공은 진행하지 않고, 생성한 황삭 가공 경로는 정삭 가공 경로를 생성하는데에만 사용한다. 즉, 황삭을 거치지 않고 정삭만으로 가공 소재(2)를 가공함으로써 가공 시간을 감소시킬 수 있다. 보다 상세하게는 먼저 공구 형상에 맞춰 치아 모양을 손상하지 않는 황삭 가공 경로를 생성한다. 그 후 치아의 내면영역의 모양을 손상 시키더라도 목표하는 형상을 모두 절삭할 수 있는 정삭 가공 경로를 생성한다. 이 때 마진이라고 하는 치아 테두리 부분은 모양을 유지시키는 것이 바람직하다. 이 때 가공경로를 생성하는 시간이 오래 걸리기 때문에 단축하기 위해서 가공 경로를 앞쪽에서부터 순서대로 한 줄씩 생성하고 완료된 가공 경로부터 즉시 절삭할 수 있도록 하여 가공 시간을 단축 시킨다.

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.

인공 치아 통합 시스템(1), 3차원 스캐너(10)
경통부(11), 그립부(12)
연결부(13), 경통구동부(14)
영상수신영역(15), 프리뷰디스플레이장치(16)
이미지센서(18), 단말기(20)
CAD/CAM 시스템(30), CAD 시스템(30A), CAM 시스템(30B)
인공치아 가공장치(40)
서버장치(50), 영상수신부(100)
렌즈부, 전방위렌즈(110)
전방위렌즈(111), 제1 전방위영역(111a)
제2 전방위영역(111b), 렌즈어레이부(120)
영상처리부(130), 촬상소자(131)
인쇄회로기판(132), 반사부재(140)
빔스플리터(150), 광제너레이터(200)
광원(210), 광원제어부(220)
회전각정보검출부(330), 자이로센서(331)
가속도센서(332), 미러 장치(400)
제어부(190),
표시장치(32)
저장장치(33), 통신장치(34)
입력장치(35), 프로세서(36)
밀링장치(41), 베이스부(1310)
클램프유닛(1320), 클램핑부(1321)
본체부(1322), 공동부(1323)
가공소재결합부(1324), 결합홀(1325)
연결부(1330), 바디부(1331)
회전축부(1332), 전선수용부(1333)
제1 구동부(1340), 센싱부(1350)
제1 스핀들유닛(1301), 제1 공구(1302)
제1 스핀들부(1360), 제2 구동부(1370)
제2 스핀들유닛(1303), 제2 공구(1304)
제2 스핀들부(1380), 제3 구동부(1390)
서버장치(50), 제어유닛(600)
가공소재 기본데이터 저장부(611), 공구데이터 저장부(612)
기준좌표 데이터 저장부(613), 가공프로그램 데이터 저장부(614)
수신데이터 저장부(615), 공구좌표 데이터 저장부(616)
신호 변환부(617), 변환신호 데이터 저장부(618)
필터부(619), 비교부(620)
보정부(621), 계산부(622)
알람 신호 발생부(623), 표시부(700),
패턴제너레이터(800), 광생성부(810)
광원(811), 렌즈부(820)
실린더렌즈(821), 평행광변환렌즈, 콜리메이팅 렌즈(822)
구조 광 패턴 렌즈(823), 콜리메이트 렌즈(824)
마이크로미러부(830), 마이크로미러(831)
미러제어부(832), 빔스플리터(840)
콘미러부(900), 콘미러(910)
반사판(911), 지지판(912)
콘미러지지부(920), 제1 지지부(921)
제2 지지부(922)
데이터디자인프로그램(1000)
스캔데이터분리부(1001), 매칭점제공부(1002)
상하악데이터정렬부(1003), 트리밍부(1004)
마진설정부(1005), 언터컷제공부(1006)
영역조절부(1007), 보철물제공부(1008)
보철물포지셔닝부(1009), 보철물마진필링부(1010)
인접치컨택영역표시부(1011), 인접치컨택영역조절부(1012)
폴리싱부(1013), 교합면조절부(1014)
두께표시부(1015), 수복물교합상태표시부(1016)
스캔데이터결합부(1017), 데이터관리부(1100)
데이터변환부(1200), 환자등록관리부(1300)
보철등록관리부(1400), 디스플레이관리부(1500)
디자인툴제공부(1600), 가상밀링프로그램(2000)
무게중심위치조정부(2001), 접촉영역표시부(2002)
내부영역표시부(2003), 공구셋팅부(2004)
가상밀링부(2005)

Claims (7)

1. 굴절률에 따라 특정 화각의 360도 전방위 영상을 취득하는 하나의 전방위 렌즈를 포함하고 상기 하나의 전방위 렌즈로부터 수신된 광을 이용하여 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 3D 구강 스캐너;
   상기 구강 스캐너로부터 상기 3차원 영상 데이터를 수신하여 보철물을 디자인하는 CAD 시스템;
   상기 CAD 시스템으로부터 보철물의 디자인 데이터를 수신하고 이를 보철물의 제작 데이터로 변환하는 CAM 시스템; 및
   상기 CAM 시스템으로부터 보철물의 제작 데이터를 수신하여 인공 치아를 생성하는 인공치아 가공 장치;를 포함하는
   인공치아 통합 시스템.
2. 제1 항에 있어,
   상기 인공치아 가공 장치는,
   CAM 시스템으로부터 디자인된 보철물 제작 데이터을 수신하고 이에 기초하여 가공 소재에 대한 황삭, 정삭 가공경로를 동시에 생성하거나 황삭 또는 정삭가공 경로를 생성하는 가공라인설정부,
   제어유닛;
   상기 제어유닛의 제어 하에 구동하는 스핀들유닛; 및
   상기 스핀들유닛에 설치된 공구;을 포함하고,
   상기 가공라인설정부에서 생성된 가공 경로에 따라 상기 공구에 의해 상기 가공 소재는 가공되는
   인공치아 통합 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 인공치아 가공 장치는,
   하우징의 내부에 설치되는 베이스부;
   선단에 가공소재가 결합되고, 상기 베이스부의 일부에 회전 및 수평이동 가능하도록 설치되는 클램프유닛; 및
   상기 클램프유닛의 내부에 설치되는 센싱부;를 더 포함하는
   인공치아 통합 시스템.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 스핀들유닛은
   선단에 제1 공구가 결합되고, 상기 클램프유닛의 중심축에 직교하도록 상기 베이스부의 일측에 상하이동 및 좌우이동 가능하도록 설치되는 제1 스핀들유닛 및
   선단에 제2 공구가 결합되고, 상기 클램프유닛의 중심축에 직교하며 상기 제1 스핀들유닛과 마주하도록, 상기 베이스부의 타측에 상하이동 및 좌우이동 가능하도록 설치되는 제2 스핀들유닛을 포함하고,
   상기 클램프유닛에 결합되는 상기 가공소재의 초기 위치에 따라 상기 가공소재의 가공을 위한 기준좌표를 보정하고, 상기 제1 공구와 제2 공구의 이상유무를 검출하는 제어부;를 더 포함하는
   인공치아 통합 시스템.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 CAM 시스템은,
   상기 CAD 시스템으로부터의 디자인된 보철물 데이터를 수신하여 보철물을 가상으로 밀링하는 가상밀링프로그램을 실행하는 프로세서;
   상기 보철물의 가상 밀링을 위한 명령 신호를 수신하는 입력장치; 및
   상기 가상밀링프로그램에서 제작된 보철물 제작 데이터를 밀링장치 또는 프린팅 장치로 전송하는 통신장치;를 포함하는
   인공치아 통합 시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 CAD 시스템은,
   구강스캐너로부터 수신한 치아의 스캔 데이터에 기초하여 보철물을 디자인하기 위한 데이터디자인프로그램을 실행하는 프로세서;
   상기 보철물의 디자인을 위한 명령 신호를 수신하는 입력장치; 및
   상기 데이터디자인프로그램에서 제작된 보철물 데이터를 상기 CAM 시스템으로 전송하는 통신장치;를 포함하는
   인공치아 통합 시스템.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 3D 구강 스캐너는,
   상기 피사체에 조사될 패턴광을 생성하는 패턴제너레이터; 및
   상기 피사체에 의해 반사된 패턴광을 상기 하나의 전방위렌즈로부터 수신하여 상기 피사체의 3차원 영상 데이터를 생성하는 영상처리부;를 더 포함하는
   인공치아 통합 시스템.

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