KR101878081B1 - 스캐너 장치 및 그 스캐닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 장치는, 측정물체상에 광을 조사하는 광원, 상기 측정물체에 반사된 광을 수광하는 광학계, 상기 광학계에 의해 수광된 반사광에 의해 상기 측정물체 단면을 촬영하는 카메라 및 상기 광학계에 포함된 액체렌즈의 초점 조절을 AC 펄스를 통해 제어하는 뎁스제어부 및 상기 카메라를 제어하며, 상기 뎁스제어부에 상기 측정물체에 관한 포커싱 간격 설정값을 제어하는 메인제어부를 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 3D 스캐너 장치에 있어서, 초점조절을 무구동 광학계를 적용함으로써 무구동에 따른 진동 및 소음의 저감을 위한 스캐너 장치의 내구성 및 작동신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

스캐너 장치 및 그 스캐닝 방법{Scanner apparatus and the Scanning method}

본 발명은 스캐너 장치 및 그 스캐닝 방법에 관한 것이다.

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

그러나 이와 같은 방식은 환자에게 많은 불편함을 야기한다. 석고모형을 만들기 위해서는 일정 시간 이상 동안 반고체 상태의 석고가 들어있는 틀을 입에 문 상태로 기다려야 하는데, 환자가 정확하게 물고 있지 못하거나, 물고 있는 중에 틀이 움직일 경우, 정확한 환자의 치아 모형이 만들어지지 못할 수 있다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 오차가 발생할 수 있으며, 틀을 정확하게 만들었다 하더라도, 기공사에서 틀에 따라 모형을 만드는 과정 중에 오차가 발생할 수도 있다.

특히, 석고틀 등을 여러 명의 환자들이 사용하기 때문에, 소독 등이 충분하게 이루어지지 않을 경우, 위생상 문제가 발생할 수도 있다. 이에 따라, 최근에는 광학기기를 이용하여 환자 구강 내부의 치아 상태를 물리적인 접촉 없이 3차원으로 스캐닝/촬영 하여 정확한 환자 치아의 형상 및 상태를 측정할 수 있는 기술이 활발하게 연구되고 있다.

KR 10-2014-0077380 A

본 발명의 일실시예에 따른 목적은 스캐너 장치의 구동시 무구동 광학계를 적용함으로써 초점을 맞추기 위한 물리적인 이동 및 구동수단이 불필요하여 실질적인 스캔과정에서의 무소음 및 무진동으로 스캐너 작동 구동성능의 향상 및 구동신뢰성을 보다 효과적으로 확보할 수 있는 스캐너 장치 및 스캐닝 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 3D 스캐닝을 위해 단층촬영시의 대상물체에 따라 단층 간격의 설정등을 보다 정밀하게 제어함으로써 대상물체의 형태 및 구조에 따른 정밀한 3D스캐닝이 가능한 스캐너 장치 및 스캐닝 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 장치는, 측정물체상에 광을 조사하는 광원, 상기 측정물체에 반사된 광을 수광하는 광학계, 상기 광학계에 의해 수광된 반사광에 의해 상기 측정물체 단면을 촬영하는 카메라, 상기 광학계에 포함된 액체렌즈의 초점 조절을 AC 펄스를 통해 제어하는 뎁스제어부 및 상기 카메라를 제어하며, 상기 뎁스제어부에 상기 측정물체에 관한 포커싱 간격 설정값을 제어하는 메인제어부를 포함한다.

여기서, 상기 메인제어부는, 상기 광원을 구동하기 위한 구동컨트롤러 및 상기 카메라에 의해 촬영된 상기 측정물체의 단면 영상정보와 대응되는 측정물체의 사전 표준 영상 정보를 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고, 상기 카메라에 의해 제공된 단면 영상정보와 상기 측정물체의 사전 표준영상 정보를 매칭하여 상기 뎁스제어부의 포커싱 간격설정값을 제어할 수 있다.

또한, 상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 상기 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 측정물체의 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시킬 수 있다.

또한, 상기 카메라에 의해 취득된 상기 측정물체의 단면 영상 데이터를 상기 메인제어부로부터 전달받아 3차원 영상으로 전환하여 출력하는 3D영상출력부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 메인제어부는, 상기 측정물체가 구강 내 치아인 경우, 상기 데이터베이스는 표준 치아의 영상을 저장하여, 상기 카메라에 의해 획득된 영상을 상기 표준 치아의 영상과 비교분석하여 치아종류를 판별하며, 상기 치아종류에 따른 치아의 외측 단면 경사도의 범위에 따라 설정된 포커싱 간격 설정값으로 뎁스제어부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 광학계는 일단에 결합되는 편광필터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 다른 스캐너 장치의 스캐닝 방법은, (A) 광원으로 측정물체에 광을 조사하는 단계, (B) 상기 측정물체로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계, (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 상기 광학계에 의해 스캔된 상기 측정물체의 각 단면을 메인제어부를 통해 카메라로 촬영하는 단계; 및 (D) 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 상기 메인제어부를 통해 3D영상출력부로 전송하여 상기 3D 영상출력부에 의해 3차원 영상으로 전환되어 출력되는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 (D) 단계 이후에, (E-1) 상기 전환된 3차원 영상이 불명확하게 판단된 경우, 상기 (B) 단계는 메인제어부에 의해 상기 포커싱 간격 설정값이 보다 세분화되도록 상기 뎁스제어부를 제어하여 스캔하는 단계, 상기 (C) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 측정물체의 각 단면을 카메라로 촬영하는 단계; 및 상기 (D) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 측정물체의 각 단면영상을 3D 영상출력부를 통해 3차원 영상으로 전환하여 출력하는 단계가 반복 수행될 수 있다.

또한, 상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 상기 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 측정물체의 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐너 장치의 스캐닝 방법은, (A) 광원으로 구강 내 치아에 광을 조사하는 단계, (B) 상기 치아로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계, (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 치아의 각 단면을 카메라로 촬영하는 단계, (D) 상기 촬영된 치아의 각 단면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계, (E) 상기 치아종류가 판별되면, 치아종류에 따라 설정된 포커싱 간격설정값을 메인제어부가 뎁스제어부를 통해 최적의 포커싱 간격 설정값으로 수정 스캔하는 단계, (F) 상기 최적의 포커싱 간격 설정값을 통해 수정스캔된 상기 치아의 단면을 카메라가 촬영하는 단계 및 (G) 상기 카메라에 의해 촬영된 단면 영상을 3D영상출력부를 통해 3차원 영상으로 전환하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 (E)단계는, 상기 치아종류가 판별되지 않는 경우, 상기 (B) 단계는 메인제어부에 의해 상기 포커싱 간격 설정값이 보다 세분화되도록 상기 뎁스제어부를 제어하여 스캔하는 단계, 상기 (C) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 치아의 각 단면을 카메라로 촬영하는 단계; 및 상기 (D) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 촬영된 치아의 각 단면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계;를 반복수행 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 상기 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 치아에 대한 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시킬 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 3D 스캐너 장치에 있어서, 초점조절을 무구동 광학계를 적용함으로써 장치 내의 구동에 따른 별도의 구동수단을 구비하지 않아 박형화 및 소형화를 용이하게 이룰 수 있고, 무구동에 따른 진동 및 소음의 저감을 위한 스캐너 장치의 내구성 및 작동신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 스캐닝 과정에서 3D 스캐닝영상을 효과적으로 확보하기 위해 단층촬영시의 대상물체에 따라 단층 간격의 설정 등을 보다 정밀하게 제어함으로써 대상물체의 형태 및 구조에 따른 정밀한 3D스캐닝이 가능한 효과가 있다.

또한, 구강내의 스캔을 위해 적용하는 경우에는, 치아종류의 표준 데이터를 효과적으로 활용함으로써, 치아종류에 따른 형태를 고려하여 보다 정확하고 정밀한 3D 구강스캔을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면,
도 2는, 도 1에 도시된 3D 구강 스캐너의 제어 회로를 보다 상세하게 도시한도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 시스템을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일시예에 따른 스캐닝 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 5는 본 발명의 구체적인 하나의 실시예인 구강에 대한 스캐닝 방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 구강 스캐닝을 수행한 결과를 예시한도면

본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 하며, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너를 도시한 도면, 도 2는, 도 1에 도시된 3D 구강 스캐너의 제어 회로를 보다 상세하게 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스캐너 장치는, 측정물체상에 광을 조사하는 광원(110), 상기 측정물체에 반사된 광을 수광하는 광학계, 상기 광학계에 의해 수광된 반사광에 의해 상기 측정물체 단면을 촬영하는 카메라(120) 및 상기 광학계에 포함된 액체렌즈의 초점 조절을 AC 펄스를 통해 제어하는 뎁스제어부(192) 및 상기 카메라(120)를 제어하며, 상기 뎁스제어부(192)에 상기 측정물체에 관한 포커싱 간격 설정값을 제어하는 메인제어부(191);를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 스캐너 장치는, 광원(110), 카메라(120), 편광 필터, 렌즈 하우징, 액체 렌즈(150)(Liquid Lens), 광학 렌즈(160), 프로브, 반사부재인 미러, 메인제어부(191) 및 뎁스제어부(192)로를 포함한다.

광원(110)은 측정물체에 광을 조사하고, 측정물체에 의해 반사되는 광을 광학계에서 수광하여 이러한 측정물체의 단면 형상을 카메라(120)가 촬영하게 된다. 측정물체에 대한 복수의 단면촬영을 조합함으로써, 후술하는 바와 같이 3차원의 최종 영상을 출력할 수 있는 것이다.

광원(110)은 LED 또는 레이저 등으로 광을 생성하는 소자로, 미러를 통해 측정물체에 광을 조사할 수 있고, 광원(110)은 프로브(170)를 통해 미러(180)에 직접 광을 조사할 수 있다.

광학계는 측정물체에 조사된 광원(110)에 의한 광이 반사되어 입사되는 곳으로, 측정물체에 대한 초점조절을 위한 가변초점렌즈인 액체렌즈를 포함하여 무구동 광학계를 구현할 수 있다. 액체렌즈는 측정물체로부터 반사된 반사광의 입사되어 카메라(120)에 의해 측정물체의 단면 영상을 촬영할 수 있도록 무구동에 의해 초점을 조절함으로써 무소음, 무진동으로 보다 정밀하게 스캐닝 하고자 하는 측정물체에 대한 초점조절이 가능하다.

광학계는 또한, 광학 렌즈(160) 및 편광필터(130)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 편광필터(130)는 스캔하고자 하는 대상 측정물체의 반사도에 따른 산란광을 최소화 하기 위해 렌즈 끝단부에 배치함으로써 난반사를 최대한 억제할 수 있는 것이다.

카메라(120)는 이러한 액체렌즈의 초점조절을 통해 촬영하고자 하는 측정물체의 각 단면을 정확하게 측정 및 관련 정보를 메인제어부(191)로 전송함으로써 최종 원하는 측정물체의 2차원 또는 3차원 영상의 출력이 가능하게 한다.

뎁스제어부(192)는 광학계에 포함된 액체렌즈의 초점을 조절한다. 액체렌즈의 초점 조절은 전압을 인가하게 됨으로써 가능하며, 특히 측정물체의 대상이 소형이거나 보다 정밀한 스캔을 위해서는 초점 조절의 정밀도가 요구된다. 본 발명의 일실시예에서는 보다 효과적인 측정물체의 스캔을 위해 AC펄스를 액체렌즈에 인가함으로써 미세한 초점조절을 연속적 또는 지속적으로 제어할 수 있도록 하고 있다. 또한, 뎁스제어부(192)는 액체렌즈의 단속적으로 급변하는 초점 조절역시도 전기적인 제어를 통해 구현할 수 있음은 물론이다. 만일, 인가되는 전압이 DC일 경우에는 도 1에 도시된 렌즈하우징(140)에 고착되어 추후 미세한 전압의 변화에는 둔감하게 움직일 수 있으므로 AC 형태의 펄스를 인가하는 것이다.

여기서, AC 펄스는 진폭(0V ~60V),주파수(240Hz ~ 3.9KHz), 듀티(0~100%)를 가변할 수 있는 펄스이다.

여기서, AC펄스를 인가하되, AC 펄스의 진폭, 주파수 및 듀티의 어느 하나의 가변요소를 적용함으로써 측정물체에 대한 초점거리, 초점조절의 정밀도 및 초점유지의 지속시간을 적절히 조절할 수 있다. 측정물체가 구강 내의 치아와 같은 경우에는 관련 다양한 치아들의 측면의 경사도가 현저한 차이가 있고, 매우 협소한 구강 내에서의 측정이므로 초점 조절의 정밀도나, 인가되는 전압의 파형 등을 적절히 조절할 필요가 있는 것이다.

또한, 뎁스제어부(192)는 액체렌즈의 초점조절의 제어와 함께, 메인제어부(191)에 의해 포커싱 간격 설정값을 통해 대상 측정물체의 포커싱 간격 설정값을 조절할 수 있다. 포커싱 간격 설정값에 대해서는 후술한다.

메인제어부(191)는 카메라(120)를 제어하며, 액체렌즈의 초점 조절을 제어하는 뎁스제업를 통해 스캔 대상의 측정물체에 대한 포커싱 간격 설정값을 제어할 수 있다.

메인제어부(191)는 광원(110)을 구동하기 위한 구동컨트롤러, 즉, 정전압/정전류 컨트롤러를 포함하고, 카메라(120)에 의해 촬영된 측정물체의 단면 영상정보와 대응되는 측정물체에 대한 사전 표준 영상정보를 저장하는 데이터 베이스를 포함할 수 있다.

여기서, 측정물체에 대한 사정 표준 영상정보는, 스캔하고자 하는 대상 측정물체의 표준 데이터, 즉, 구강 내 치아의 경우에는 각 치아의 표준 형상에 대한 테이터가 될 수 있다. 이 밖에도 스캔대상이 되는 측정물체에 대한 일반적이고 표준적인 정보영상을 미리 저장하고, 스캔하는 과정에서 이러한 데이터를 실질적으로 촬영되는 영상정보와 매칭시킴으로써, 보다 정밀하고 신뢰성 있는 3차원 영상을 출력할 수 있는 것이다.

즉, 예를 들어, 구강 내의 치아를 스캔하는 경우에는 치아에 대한 표준 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 표준 치아의 영상정보는 치아의 형태, 외관의 형태를 고려하여 초점 조절방식 또는 포커싱 간격의 크고 작음을 효과적으로 셋팅함으로써 측정물체의 특징에 부합하는 최적화된 정밀 스캔영상을 획득할 수 있는 것이다. 특히, 포커싱 간격 설정값에 대한 정보를 액체렌즈를 구동하는 뎁스제어부(192)로 전송함으로써, 광학계가 해당 포커싱 간격 설정값에 따라 측정물체의 스캔을 수행할 수 있는 것이다.

예컨데, 송곳니는 치아 단면이 급격하게 변화하므로 포커싱 간격들을 작게 설정하고, 앞니와 어금니는 치아 단면이 완만하게 변화하므로 포커싱 간격들을 송곳니 보다 크게 설정하는 것으로 스캔의 정밀도 및 신뢰도를 높일 수 있다.

카메라(120)에 의해 취즉된 측정물체의 각 단면영상을 메인제어부(191)를 통해 최종적으로 3D 영상출력부로 전송되게 된다. 여기서, 관련 복수의 단면영상은 3차원 영상으로 전환되어 최종적인 스캔영상이 출력될 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인제어부(191) 및 뎁스제어부(192)에 대한 구체적인 프로세스를 설명한다.

메인제어부(191)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라(120)를 제어하기 위한 카메라(120) 컨트롤러를 포함하고, 광원(110)을 구동하기 위한 정전압/정전류 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러들은 MCU에 의해 제어된다. 카메라(120)에서 생성된 측정물체에 대한 단면 영상들을 카메라(120) 인터페이스를 통해 입력되어, 메인제어부(191)를 통해 3D 영상출력부에 전달된다.

뎁스제어부(192)는, 도 2에 도시된 바와 같이, D/A 컨버터, 바이어스 회로, 주파수 발생기, DC/DC 컨버터, 풀-브리지 스위칭 회로(Full-Bridge Switching Circuit)를 포함할 수 있다. 뎁스제어부(192)는 DC가 아닌 AC 펄스를 액체 렌즈(150)에 인가하여, 액체 렌즈(150)의 초점 거리를 조정함은 이미 상술하였다.

뎁스제어부(192)에 의해 제어되는 액체 렌즈(150)의 초점 거리는 측정물체 단면의 뎁스에 해당한다. 뎁스제어부(192)는 뎁스 정보를 메인제어부(191)에 전달하며, 메인제어부(191)는 카메라(120)에서 생성된 측정물체 단면 영상들을 3D 영상출력부에 전달할 때, 뎁스 정보를 함께 전달한다.

3D 영상출력부는 측정물체의 단면 영상들을 뎁스 정보에 따라 나열하여, 3D 측정물체의 영상을 생성한다. 3D 영상출력부는 PC는 물론 그 밖의 다른 컴퓨팅 장치에서 구동될 수 있다.

3D 영상출력부는 메인제어부(191)를 통해 뎁스제어부(192)를 제어할 수 있다. 이에, 3D 영상출력부는 액체 렌즈(150)를 step모드나 sweep 모드로 동작시킬 수 있으며, 액체 렌즈(150)의 초점 거리(즉, 측정물체 단면 영상의 뎁스)를 0~4096 step으로 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스캐닝 시스템을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 스캐닝 시스템은, 스캐너(100), 시스템 바디(200), 프로세서(300) 및 3D 프린터(400)를 포함할 수 있다.

시스템 바디(200)에는 프로세서(300)가 수납되고, 디스플레이가 마련되며, 스캐너(100) 및 3D 프린터(400)가 연결된다. 프로세서(300)는 전술한 3D 영상출력부가 실행되고, 디스플레이에는 3차원의 측정물체의 영상이 표시된다.

3D 프린터(400)는 3D 영상출력부의 제어 하에, 원하는 대상 측정물체의 3차원 영상을 통해 원하는 3차원 형상의 제품이나 물건을 제작할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 일시예에 따른 스캐닝 방법의 설명에 제공되는 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 구체적인 하나의 실시예인 구강에 대한 스캐닝 방법의 흐름도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스캐닝 방법은, (A) 광원(110)으로 측정물체에 광을 조사하는 단계(S10), (B) 상기 측정물체로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부(192)에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계(S20), (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 상기 광학계에 의해 스캔된 상기 측정물체의 각 단면을 메인제어부(191)를 통해 카메라(120)로 촬영하는 단계(S30); 및 (D) 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 영상을 상기 메인제어부(191)를 통해 3D영상출력부로 전송하여 상기 3D 영상출력부에 의해 3차원 영상으로 전환되어 출력되는 단계(S40)를 포함한다.

먼저, 광원(110)을 통해 스캔하고자 하는 대상물체에 광을 조사하는 단계(S10)이다.

다음, 측정물체로부터 반사되는 광이 광학계로 입사되어, 이를 통해 카메라(120)가 측정물체의 단면영상을 촬영 및 스캔하게 된다(S20). 액체렌즈를 포함하는 광학계에서 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부(192)에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계이다. 뎁스제어부(192)는 액체렌즈의 초점을 조절하기 위한 전압을 인가할 수 있으며, 구체적으로는, AC펄스를 인가하되, AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 측정물체의 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시킬 수 있음은 이미 상술하였다.

다음, 포커싱 간격 설정값에 따라 광학계에 의해 스캔된 측정물체의 각 단면을 메인제어부(191)를 통해 카메라(120)로 촬영하는 단계(S30)이다. 메인제어부(191)는 광원(110)을 구동을 위한 컨트롤러를 구비할 수 있고, 카메라(120)를 제어하며, 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부(192)에 의한 포커싱 간격 설정값을 제어할 수 있다. 여기서, 포커싱 간격 설정값은 최초 대상 측정물체에 대한 정보에 의해 기본적으로 고정된 셋팅값을 갖을 수 있고, 후술하는 바와 같이 적절한 범위에서 조절될 수 있다.

다음, 카메라(120)에 의해 촬영된 영상을 상기 메인제어부(191)를 통해 3D영상출력부로 전송하여 상기 3D 영상출력부에 의해 3차원 영상으로 전환되어 출력되는 단계이다(S40). 액체렌즈의 초점조절을 통해 측정물체의 뎁스에 따른 각 단면 영상정보를 메인제어부(191)에 의해 3D 영상출력부로 전송함으로써, 최종적으로 3차원의 스캔영상이 출력되게 된다.

또한, 3D 영상출력부에 의해 스캔 영상을 확인하여(S50), 그 영상이 명확하지 않건, 관련 포커싱 간격 설정값에 따라 미세한 스캔이 되지 못한 경우에는, (B) 단계의 뎁스제어부(192)에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계로 되돌아가 다시 프로세스를 구동할 수 있다. 다만, 여기서, 다시 (B)단계로 돌아가는 경우, 메인제어부(191)는 뎁스제어부(192)에 종전보다 더 작은 포커싱 간격 설정값을 새롭게 셋팅하게 함으로써(S60), 이후에, 단면의 촬영 및 3차원 영상의 전환을 통한 최종 3차원 스캔영상이 보다 명확하고 정밀한 영상을 얻을 수 있다.

3D 영상출력부에 의한 스캔영상에 대한 판단은 실질적인 사용자에 의해 이루어질 수 있고, 또는 해당 영상의 특정정보에 대한 설정값을 셋팅함으로써, 해당 요소가 기준치에 미달 또는 현저히 초과하는 경우, 자동으로 포커싱 간격 설정값을 보다 작게 또는 크게 셋팅함으로써 해당 측정물체에 적합한 최적의 포커싱 간격 설정값으로 스캐닝을 구현할 수 있다.

3D 영상출력부에 의한 출력 영상이 원하는 영상인 경우에는 당연히 최종 3차원 스캔영상을 출력하고 관련 프로세스를 종료하게 된다.

구체적인 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 구강 내의 치아를 스캔하는 경우의 구체적인 프로세스를 설명한다.

먼저, (A) 광원(110)으로 구강 내 치아에 광을 조사하는 단계(S110)이다.

다음, (B) 상기 치아로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부(192)에 의해 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔하는 단계(S120)이다. 여기서 치아의 경우에 그 반사도에 따른 산란광을 최소화 하기 위해 광학계는 편광필터(130)를 구비할 수 있음은 이미 설명하였다.

다음, (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 치아의 각 단면을 카메라(120)로 촬영하는 단계이다. 여기서 포커싱 간격 설정값은 최초 적절한 범위로 셋팅되어 이루어지는 것이 관련 영상데이터를 3차원 영상으로 전환 및 출력함에 있어 용이하며, 후술하는 바와 같이, 포커싱 간격 설정값을 적절한 범위내로 조절할 수 있다.

다음, (D) 상기 촬영된 치아의 각 단면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계(S130)이다. 치아에 대한 기존의 표준 영상정보를 사전에 데이터 베이스에 저장하여, 카메라(120)에 의해 촬영된 단면영상과 비교 및 분석하여 치아의 종류를 판별한다. 치아의 종류를 판별하는 것은 해당 치아의 종류에 따른 포커싱의 심도의 범위를 적절하게 설정하기 위한 것이다.

더불어, 치아의 외관형태나 경사도의 범위에 따라 보다 적절한 스캔영상을 얻기 위해, 표준 영상 정보에 의해 이미 설정된 포커싱 간격 설정값을 치아의 종류에 따라 적절하게 매칭 적용할 수 있다. 이 경우, 치아의 종류의 몇개의 군으로 분류하여, 각 분류군에 최적화된 포커싱 간격 설정값을 셋팅하여, 최종적으로 전체치아의 스캐닝 과정에서 일정 범위내에 포커싱 간격 설정값으로 스캔하는 것이 적절할 것이다.

다음, 상술한 바와 같이, (E) 상기 치아종류가 판별되면, 치아종류에 따라 설정된 포커싱 간격설정값을 메인제어부(191)가 뎁스제어부(192)를 통해 최적의 포커싱 간격 설정값으로 수정 스캔하는 단계(S150)이다. 메인제어부(191)는 카메라(120)의 제어 뿐만 아니라, 치아의 표준 영상 정보를 저장하는 데이터 베이스를 포함하여, 카메라(120)의 단면영상정보와 표준 영상정보를 비교하여 적절한 포커싱 간격 설정값을 뎁스제어부(192)를 통해 제어할 수 있다.

다음, (F) 상기 최적의 포커싱 간격 설정값을 통해 수정 스캔된 상기 치아의 단면을 카메라(120)가 촬영하는 단계(S160)이다. 해당 스캔하고자 하는 치아의 형태 및 깊이에 최적화된 포커싱 간격 설정값 및 포커싱의 범위를 설정함으로서 보다 정밀하고 정확한 스캐닝 영상을 얻을 수 있다.

마지막으로, (G) 상기 카메라(120)에 의해 촬영된 단면 영상을 3D영상출력부를 통해 3차원 영상으로 전환하는 단계(S170)이다.

만일, (E) 단계에서 치아의 종류를 판별할 수 없는 경우, 즉, 카메라(120)에 의ㅎ나 단면영상정보가 정확하지 않아 치아의 종류를 특정할 수 없는 경우에는,

(B) 단계의 메인제어부(191)에 의해 포커싱 간격 설정값이 보다 세분화되도록 상기 뎁스제어부(192)를 제어하여 스캔하는 단계(S140)를 포함하고, (C) 단계에서 새로 설정된 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 치아의 각 단면을 카메라(120)로 촬영하는 단계; 및 (D) 단계에서 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 촬영된 치아의 각 단면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계를 반복수행 함으로써 치아의 종류를 판별한 후, 관련 프로세스를 진행할 수 있게 된다.

한편, 사용자의 실수 또는 블리딩이나 이물질 등에 의해 정확한 스캐닝이 이루어지지 않아 치아 종류 확인이 불가능한 경우, 또는 각각의 단층 이미지 구간의 촬영된 이미지를 비교하여, 인접한 영상정보가 갑작스럽게 차이가 날 경우에는 경고 메시지를 발생시킬 수 있다.

이와 함께, 스캐닝 단층 구간을 세분화하여 잘못 스캐닝 된 부분이 정상적으로 스캐닝 될 수 있도록 설정값을 조정할 수 있다. 만일 잘못 스캐닝된 것이 아니라면, 각각의 영상들 사이 영역이 지나치게 넓게 형성된 경우에도 이를 보정할 수 있도록 단층영상 구간을 보다 세분화할 수 있도록 구성할 수 있다.

그리고, 세분화된 단층 구간으로 다시 스캐닝 프로세스를 수행함으로써 보다 정확한 치아의 3차원 영상을 얻을 수 있다.

도 6에는, 본 발명의 실시예에 따라 3D 구강 스캐닝을 수행한 결과를 예시하였다. 도 6은 3D 데이터를 얻기 바로 전단계인 Cloud Point data를 이용한 3차원 조합 영상이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 3D 구강 스캐너 110 : 광원
120 : 카메라 130 : 편광 필터
140 : 렌즈 하우징 150 : 액체 렌즈
160 : 광학 렌즈 170 : 프로브
180 : 미러 191 : 메인제어부
192 : 뎁스제어부

Claims (12)

1. 측정물체상에 광을 조사하는 광원;
   상기 측정물체에 반사된 광을 수광하는 광학계;
   상기 광학계에 의해 수광된 반사광에 의해 상기 측정물체의 복수의 단층면을 촬영하는 카메라; 및
   상기 광학계에 포함된 액체렌즈의 초점 조절을 AC 펄스를 통해 제어하는 뎁스제어부; 및
   상기 카메라를 제어하며, 상기 뎁스제어부에 상기 측정물체에 관한 포커싱 간격 설정값을 제어하는 메인제어부;를 포함하고,
   상기 메인제어부는,
   상기 광원을 구동하기 위한 구동컨트롤러; 및
   상기 카메라에 의해 촬영된 상기 측정물체의 단면 영상정보와 대응되는 측정물체의 사전 표준 영상 정보를 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하고,
   상기 카메라에 의해 제공된 단면 영상정보와 상기 측정물체의 사전 표준영상 정보를 매칭하여 상기 측정물체의 단층면 촬영시의 상기 복수의 단층면의 간격의 폭을 조절하기 위해 상기 뎁스제어부의 포커싱간격설정값을 제어하는 스캐너 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 상기 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 측정물체의 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시키는 스캐너 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 카메라에 의해 취득된 상기 측정물체의 단면 영상 데이터를 상기 메인제어부로부터 전달받아 3차원 영상으로 전환하여 출력하는 3D영상출력부;를 더 포함하는 스캐너 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 메인제어부는,
   상기 측정물체가 구강 내 치아인 경우,
   상기 데이터베이스는 표준 치아의 영상을 저장하여, 상기 카메라에 의해 획득된 영상을 상기 표준 치아의 영상과 비교분석하여 치아종류를 판별하며,
   상기 치아종류에 따른 치아의 외측 단면 경사도의 범위에 따라 설정된 포커싱 간격 설정값으로 뎁스제어부를 제어하는 스캐너 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 광학계는 일단에 결합되는 편광필터를 더 포함하는 스캐너 장치.
   
7. (A) 광원으로 측정물체에 광을 조사하는 단계;
   (B) 상기 측정물체로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부에 의해 상기 측정물체의 복수의 단층면 사이의 간격의 폭 조절값인 포커싱 간격 설정값에 따라 상기 측정물체의 복수의 단층면을 스캔하는 단계;
   (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 상기 광학계에 의해 스캔된 상기 측정물체의 복수의 단층면의 조절된 간격의 폭으로 상기 복수의 각 단층면을 메인제어부를 통해 카메라로 촬영하는 단계; 및
   (D) 상기 카메라에 의해 촬영된 영상을 상기 메인제어부를 통해 3D영상출력부로 전송하여 상기 3D 영상출력부에 의해 3차원 영상으로 전환되어 출력되는 단계를 포함하는 스캐닝 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 (D) 단계 이후에,
   (E-1) 상기 전환된 3차원 영상이 불명확하게 판단된 경우,
   상기 (B) 단계는 메인제어부에 의해 상기 포커싱 간격 설정값에 의한 상기 측정물체의 복수의 단층면 사이의 간격의 폭을 보다 작게 세분화되도록 상기 뎁스제어부를 제어하여 스캔하는 단계;
   상기 (C) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 측정물체의 각 단면을 카메라로 촬영하는 단계; 및
   상기 (D) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 측정물체의 각 단면영상을 3D 영상출력부를 통해 3차원 영상으로 전환하여 출력하는 단계;가 반복 수행되는 스캐닝 방법.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 측정물체의 측정거리 또는 측정물체의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시키는 스캐닝 방법.
   
10. (A) 광원으로 구강 내 치아에 광을 조사하는 단계;
    (B) 상기 치아로부터 반사되는 광을 수광하며, 액체렌즈를 포함하는 광학계가 상기 액체렌즈의 초점을 조절하는 뎁스제어부에 의해 상기 치아의 복수의 단층면 사이의 간격의 폭 조절값인 포커싱 간격 설정값에 따라 상기 치아의 복수의 단층면을 스캔하는 단계;
    (C) 상기 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 치아의 복수의 단층면의 조절된 간격의 폭으로 상기 복수의 각 단층면을 카메라로 촬영하는 단계;
    (D) 상기 촬영된 치아의 각 단면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계;
    (E) 상기 치아종류가 판별되면, 치아종류에 따라 설정된 측정방향의 복수의 단층면 사이의 설정된 간격의 폭인 포커싱 간격설정값을 메인제어부가 뎁스제어부를 통해 최적의 포커싱 간격 설정값으로 수정 스캔하는 단계;
    (F) 상기 최적의 포커싱 간격 설정값을 통해 수정 스캔된 상기 치아의 복수의 단층면 사이의 간격의 폭에 따라 각 복수의 단면층을 카메라가 촬영하는 단계; 및
    (G) 상기 카메라에 의해 촬영된 단면 영상을 3D 영상출력부를 통해 3차원 영상으로 전환하는 단계;를 포함하는 스캐닝 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (E)단계는,
    상기 치아종류가 판별되지 않는 경우,
    상기 (B) 단계는 메인제어부에 의해 상기 포커싱 간격 설정값에 의한 의한 상기 치아의 복수의 단층면 사이의 간격의 폭을 보다 작게 세분화되도록 상기 뎁스제어부를 제어하여 스캔하는 단계;
    상기 (C) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 스캔된 상기 치아의 복수의 단층면의 간격의 폭 값으로 각 복수의 단층면을 카메라로 촬영하는 단계; 및
    상기 (D) 단계는 상기 세분화된 포커싱 간격 설정값에 따라 촬영된 치아의 복수의 각 단층면과 표준 치아 영상 데이터가 저장된 데이터베이스와 비교하여 치아종류를 판별하는 단계;를 반복수행 하는 단계를 더 포함하는 스캐닝 방법.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 뎁스제어부는 상기 액체렌즈상에 AC펄스를 인가하되, 상기 AC펄스의 진폭, 주파수 및 듀티 중 적어도 하나를 상기 치아에 대한 측정거리 또는 상기 치아의 외관 경사도의 형태에 따라 가변시키는 스캐닝 방법.

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