KR102311387B1 - 3차원 구강 스캐너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 구강 스캐너에 관한 것으로서, 특히, 구강 내에 인입 및 인출이 가능하고, 일단부를 통해 상기 구강 내부의 모습(이하, '화상'이라 약칭함)이 광의 형태로 내부로 유입되도록 개구된 개구부가 형성된 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되고 상기 케이스의 개구부를 통하여 입사된 광을 통과시키도록 배치된 적어도 하나의 카메라, 상기 적어도 하나의 카메라의 일측에 배치되어 상기 개구부를 통해 상기 구강 내부로 광을 조사하는 광 프로젝터, 상기 케이스의 내측에서 상기 적어도 하나의 카메라와 상기 광 프로젝터의 광의 경로를 반사 또는 굴절시키도록 틸팅 회동 가능하게 구비된 광학 요소 및 상기 광학 요소를 조정 가능하게 움직이는 광경로 변경부를 포함함으로써, 환자의 구강 내부 전부에 대한 화상 데이터를 용이하게 확보할 수 있는 이점을 가진다.

Description

3차원 구강 스캐너{3-DIMENSIONAL INTRAORAL SCANNER}
본 발명은 3차원 구강 스캐너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환자의 구강 내로 용이하게 삽입 가능하도록 슬림 제작되고, 적어도 하나의 카메라를 통해 보다 정확하게 구강 내의 3차원 데이터를 확보할 수 있도록 하는 3차원 구강 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로, 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상체득과정(impressin taking)을 통해 환자의 손상된 치아에 대한 치료 및 진료를 수행한다.
상기와 같이 석고 모형을 제작하는 인상체득과정에서는 재료의 소모 및 교차 감염 등의 문제와 제작된 모형의 파손 가능성 및 보존 문제 등이 발생할 수 있다.
특히, 인상재를 사용하여 환자의 손상된 치아에 대한 인상을 수작업으로 체득함에 따라서, 보철물 제작시 정확한 제작 수치를 제공할 수 없는 문제점이 있다.
즉, 제작되는 보철물의 3차원 정보에 대한 오차 정도를 확인할 수 없고, 이러한 이유로, 실제 제작되는 보철물이 환자의 구강 내에서 일치되지 않는 문제점이 있다.
따라서 최근에는 인상재를 사용하지 않으면서 손상된 치아에 대한 정확한 3차원 정보를 취득함과 아울러, 이를 통해 정확한 치수의 보철물을 제작하도록 할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0077380호(2014.06.24.공개)(이하, '선행기술'이라 한다)는 환자의 구강 내부로 일부를 삽입하여 패턴 제공기를 통해 구강 내로 조사되는 패턴들을 분석하여 3차원 구강 데이터를 확보하는 3차원 스캐너를 개시하고 있다.
그러나, 선행기술은, 패턴 분석에 의한 구강 내의 3차원 데이터만 확보할 수 있을 뿐, 환자의 구강 상태(충치 또는 치아 균열, 깨짐 현상 등)를 정확하게 파악할 수 없는 문제점이 있고, 아울러, 환자의 구강 내부로 삽입되는 부위의 두께가 커서 환자가 구강 스캐닝 시 입을 크게 벌리고 있어야 하는 불편함이 있다.
또한, 선행기술은, 환자의 구강 내부 중 후면(즉, 목구멍측) 및 측면(즉, 치아와 입술 내측 사이)의 측정시 공간적 제약이 따른다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0077380호(2014.06.24.공개)
본 발명의 목적은, 환자의 구강 측정 시 공간적 제약이 따르는 부분은 광학 요소를 능동적으로 회동시켜 각도 조절을 해줌으로써 케이스 전부를 움직이지 않더라도 특정 부위의 3차원 데이터 확보가 가능한 3차원 구강 스캐너를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 환자의 구강 내부로 삽입되는 부위를 최소 부피 및 최소 두께를 가지도록 제조하여 환자로부터 3차원 구강 데이터를 확보함에 있어서 공간적 제약을 극복하고 환자의 불편을 최소화할 수 있는 3차원 구강 스캐너를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상호 이격되게 배치된 2개의 카메라를 통해 환자의 구강 내부의 영상 상태 정보를 포함하는 3차원 구강 데이터의 확보가 용이한 3차원 구강 스캐너를 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너는, 구강 내에 인입 및 인출이 가능하고, 일단부를 통해 상기 구강 내부의 모습(이하, '화상'이라 약칭함)이 광의 형태로 내부로 유입되도록 개구된 개구부가 형성된 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되고, 상기 케이스의 개구부를 통하여 입사된 광을 통과시키도록 배치된 적어도 하나의 카메라, 상기 적어도 하나의 카메라의 일측에 배치되어 상기 개구부를 통해 광을 조사하는 광 프로젝터, 상기 케이스의 내측에서 상기 적어도 하나의 카메라와 상기 광 프로젝터의 광의 경로를 반사 또는 굴절시키면서 틸팅 회동 가능하게 구비된 광학 요소, 및 상기 광학 요소를 조정 가능하게 움직이는 광경로 변경부를 포함한다.
여기서, 상기 광경로 변경부는, 전기적으로 구동되는 구동부 및 상기 구동부로부터 생성된 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는, 모터, 피에조, MEMS 및 솔레노이드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 피에조는, 상기 광학 요소에 연결되어 전압 제공에 의해 밴딩되게 구비된 밴딩부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 틸팅 회동시키기 위한 직선 구동력을 발생시키는 구동부 및 상기 구동부로부터 발생한 직선 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부를 포함하고, 상기 구동력 전달부는, 상기 구동부와 상기 광학 요소를 연결시키는 연결 바 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 틸팅 회동시키기 위한 직선 구동력을 발생시키는 구동부 및 상기 구동부로부터 발생한 직선 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부를 포함하고, 상기 구동력 전달부는, 상기 구동부와 상기 광학 요소를 연결시키는 힌지 연결 링크 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 케이스는, 상기 영상획득부가 구비된 본체 케이스 및 상기 광학 요소가 구비된 팁 케이스를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 본체 케이스 내부에 구비될 수 있다.
또한, 상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 착탈 결합 방식으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 자성 결합 방식으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 고정 결합 방식으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 회전운동시켜 상기 광의 인입경로를 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 직선운동시켜 상기 광의 인입경로를 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 광학 요소의 회전운동 시 조정 각도를 제어하는 각도 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광학 요소의 직선운동 시 이송량을 제어하는 이송량 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조정 각도 또는 이송량의 범위를 각 기기별로 결정하고 제어하는 조정량 범위 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광경로 변경부 및 상기 적어도 하나의 카메라를 연동하여 조정하는 연동조정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연동조정부는, 상기 광경로 변경부가 미리 설정된 복수 개의 광경로 변경량만큼 연속적으로 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 환자의 구강 내부 중 공간적 제약으로 인해 측정이 다소 어려운 부위는 광학 요소의 각도 또는 광학 요소의 위치를 조정하여 측정 가능하므로, 측정이 용이한 효과를 가진다.
둘째, 환자의 구강 내부로 삽입되는 부위를 슬림하게 제작할 수 있으므로, 3차원 구강 데이터를 확보하는 과정 동안 환자의 불편함을 해소할 수 있는 효과를 가진다.
셋째, 적어도 하나의 카메라를 통해 확보된 구강 내의 모습(화상) 이미지를 통합하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 3차원 구강 데이터를 확보할 수 있는 효과를 가진다.
넷째, 로워 케이스에 대하여 간단한 착탈식으로 구비된 어퍼 케이스가 분리될 수 있도록 본체 케이스가 구비되어 있으므로, 케이스의 내부 부품의 교체가 매우 용이한 효과를 가진다.
다섯째, 광경로 변경부의 작동을 통해 부족한 3차원 이미지 데이터를 손쉽게 확보할 수 있으므로, 시술자의 스캐닝 시간을 절약할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너를 이용한 구강 스캔 모습을 나타낸 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예를 나타낸 사시도이며,
도 3은 도 2의 분해 사시도이고,
도 4는 도 2의 A-A선을 따라 취한 절개 사시도이며,
도 5는 도 2의 구성 중 한 쌍의 카메라를 이용한 광 경로를 나타낸 사시도이고,
도 6은 도 5의 평면도이며,
도 7은 도 5의 B-B선을 따라 취한 단면도이고.
도 8은 도 2의 구성 중 광학 요소의 회동 모습에 따른 입사 광의 다양한 입사 모습을 나타낸 개념도이며,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 제1 광학 요소 회동 수단의 작동 모습을 나타낸 일부 단면도이고,
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 제2광경로 변경부의 다양한 형태의 작동 단면도이며,
도 11은 도 10a 및 도 10b의 제2광경로 변경부의 구성 중 구동부를 나타낸 일부 투영 사시도이고,
도 12는 도 11의 구동부와 연결된 구동력 전달부의 연결 관계를 나타낸 일부 절개 사시도이며,
도 13은 도 11의 구동부와 연결된 구동력 전달부의 광학 요소와의 연결 모습을 나타낸 내부 사시도이고,
도 14는 제3광경로 변경부의 작동 모습을 나타낸 일부 단면도이며,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 광학 요소의 위치에 따른 3차원 데이터 획득 과정을 나타낸 제어 그래프이고,
도 16은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제1 제어 실시예에 따른 제어 그래프이며,
도 17은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제2 제어 실시예에 따른 제어 그래프이고,
도 18은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제3 제어 실시예에 따른 제어 그래프이며,
도 19는 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 다른 실시예를 이용한 전구간 자동 3차원 데이터 확보 과정을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너를 이용한 구강 스캔 모습을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 A-A선을 따라 취한 절개 사시도이다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 도 1에 참조된 바와 같이, 환자의 구강 내부, 특히 치아 구조를 3차원(3-Dimension) 데이터로 확보하는 스캐닝 장치 중 하나이다.
도 1에 참조된 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 후술하는 팁 케이스(14) 부분만을 환자의 구강 내부로 삽입한 후 스캐닝을 실시하더라도 구강 내부 전체의 3차원 데이터를 용이하게 확보할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 도 1의 (a)에 참조된 바와 같은 환자의 구강 내부 중 치아(T)와 미도시의 입술 사이의 부분에 대한 3차원 데이터 및 도 1의 (b)에 참조된 바와 같은 환자의 구강 내부 중 목구멍측에 근접한 치아 부분에 대한 3차원 데이터의 확보가 매우 용이한 구조를 제안한다. 이에 대해서는 뒤에 상세히 설명하기로 하고, 먼저 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예의 스캐닝을 위한 구성 요소들의 내부 구조를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 도 2 내지 도 4에 참조된 바와 같이, 구강 내에 인입 및 인출이 가능한 케이스(10)를 포함한다.
케이스(10)의 내부에는, 적어도 하나의 카메라를 포함하는 영상획득부(20)가 배치될 수 있다. 영상획득부(20)는, 케이스(10)의 내부에 배치되어 광의 형태로 내부로 유입된 구강 내부의 영상 데이터를 확보하는 역할을 수행한다.
여기서, 적어도 하나의 카메라는, 케이스(10)의 일단부로부터 입사된 광을 일정 경로로 통과시키도록 케이스(10)의 내부에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 카메라로 구비된 영상획득부(20)를 투과하는 '광(光)이라 함은, 사람의 눈으로 볼 수 있는 가시광선 영역을 의미하는 것으로서, 측정하고자 하는 환자의 구강 내부의 모습(이하, '화상'이라 약칭함)을 말한다.
한편, 적어도 하나의 카메라는, 케이스(10) 내부에 단일의 싱글 카메라로 구비될 수 있음은 물론, 케이스(10) 내부에 각각 폭 방향으로 이격되게 배치된 2개의 스테레오 카메라로 구비될 수 있다.
케이스(10)에는, 도 4에 참조된 바와 같이, 일단부를 통해 화상이 광의 형태로 케이스(10)의 내부로 유입되도록 개구된 개구부(16)가 구비될 수 있다. 개구부(16)는, 케이스(10) 외부의 광이 케이스(10)의 내부로 유입되는 입구일 수 있다. 개구부(16)를 통하여 출사 광 및 입사 광이 투과하면 되므로, 개구부(16)에는 투명 재질의 투명판(미도시)이 구비되어 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 개구부(16)를 통하여 입사된 광은 각각 상이한 광 경로로 싱글 카메라 또는 스테레오 카메라 각각을 투과하게 된다. 카메라를 투과한 광은 후술하는 이미징 보드(31a,32a)에 구비된 이미징 센서(31b,32b)를 통해 수용되고, 이미징 센서(31a,31b)에 각각의 영상 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 화상은 적어도 하나의 카메라를 이용하여 확보한 이미지 데이터로서, 후술하는 연산부를 통하여 분석되어 구강 내부의 3차원 기하 정보로서의 3차원 영상 데이터로 변경될 수 있다. 또한, 카메라가 스테레오 카메라로 구비된 경우 동시에 2개의 이미지 데이터로 확보되면, 마찬가지로 후술하는 연산부를 통하여 한 쌍의 카메라로 구비된 스테레오 카메라 간 이격 거리 및 각 카메라를 통하여 촬영된 대상 지점의 초첨 거리를 알면 화상의 3차원 영상 데이터로 변경될 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 카메라 각각은, 구강 내의 화상에 대하여 초점 조절이 가능한 적어도 2 이상의 투과 렌즈를 포함할 수 있다.
이와 같은 3차원 영상 데이터의 확보를 위해, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 카메라를 투과한 광을 각각 이미징 처리하는 상기 이미징 센서(31b,32b)를 가진 이미징 보드(31a,32a)를 더 포함할 수 있다.
카메라가 단일의 싱글 카메라로 구비된 경우에는 이미징 보드 또한 싱글 보드로 구비될 수 있고, 카메라가 2개의 스테레오 카메라로 구비된 경우에는 이미징 보드 또한 각각에 대응되는 개수로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예는, 카메라를 통하여 확보된 영상 데이터를 분석하여 구강 내부 형상의 3차원 기하 정보를 생성하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
연산부는, 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 카메라로 구비된 영상획득부(20)에 의하여 확보된 이미지 데이터를 분석하여 구강 내부를 3차원 기하 정보로서 데이터화하는 역할을 수행할 수 있다.
케이스(10)는, 도 1 내지 도 3에 참조된 바와 같이, 적어도 하나의 카메라로 구비된 영상획득부(20), 이미징 보드(31)가 내장되도록 소정 공간을 제공하는 역할을 한다.
보다 상세하게는, 케이스(10)는, 도 2에 참조된 바와 같이, 상기 구성들이 내장되는 소정 공간이 형성된 로워 케이스(12)와, 로워 케이스(12)의 상측에 구비되되, 로워 케이스(12)에 착탈 가능하게 결합되어 상기 구성들을 커버하는 어퍼 케이스(13)로 이루어진 본체 케이스(11)를 포함한다.
로워 케이스(12)와 어퍼 케이스(13)는, 도 3에 참조된 바와 같이, 각각 상하 방향으로 밀착되면 로워 케이스(12)에 형성된 후크 걸림부(18)에 어퍼 케이스(13)에 형성된 미도시의 후크부가 걸림되는 동작으로 상호 결합될 수 있다.
아울러, 케이스(10)는, 본체 케이스(11)에 착탈되도록 결합되고, 상술한 개구부(16)가 형성되어 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로 입사되는 광 및 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로부터 출사되는 광을 가이드하는 입출광 경로부(17)가 형성된 팁 케이스(14)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로 입사되는 광(이하, '입사 광'이라 한다)은, 환자의 구강 내부의 모습인 화상을 의미하고, 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부에서 출사되는 광(이하, '출사 광'이라 한다)은, 후술하는 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 조사 광을 의미한다.
팁 케이스(14)의 내부 구조는, 상기 입사 광과 출사 광이 용이하게 케이스(10)의 내외부로 조사되는 광 가이드 구조로 형성될 수 있다. 아울러, 개구부(16)는, 팁 케이스(14)의 길이 방향에 대하여 직교되는 일측 방향으로 개구되게 형성되고, 개구부(16)에는, 후술하는 광경로 변경부(80)에 의하여 제어되는 광학 요소(60)가 배치될 수 있다.
카메라의 일단부는, 상술한 바와 같이, 스테레오 카메라로 구비된 경우 팁 케이스(14) 측에서 수렴되게 배치되되, 팁 케이스(14) 측으로 소정거리 오버랩되게 배치될 수 있다. 아울러, 카메라의 타단부는, 본체 케이스(11)의 내부에 고정된 카메라 마운팅부(50)에 연결되도록 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 도 2 내지 도 4에 참조된 바와 같이, 케이스(10)의 내부에 배치되고, 한 쌍의 카메라 사이를 통하여 소정의 출사 광을 방사하되, 케이스(10)의 일단부에 형성된 개구부(16)를 통하여 상기 출사 광을 조사하는 광 프로젝터(70)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 상술한 바와 같은 구성들을 케이스(10) 내부에 배치하되, 환자의 구강으로 인입 및 인출이 용이하도록 팁 케이스(14)를 가능한 한 길고 슬림하게 형성하면서도, 본체 케이스(11) 또한 최소의 두께로 형성된 최적의 배치 구조를 가질 수 있다. 따라서, 환자의 구강 내부 중 공간적 제약이 심한 후면(즉, 목구멍측) 및 측면(즉, 치아와 입술 내측 사이) 부분에 용이하게 삽입 가능하다.
보다 상세하게는, 케이스(10)의 내부에는, 도 3에 참조된 바와 같이, 카메라의 일단부는 팁 케이스(14) 측을 향하여 돌출되도록 구비되고, 카메라의 타단부가 삽입 설치됨과 아울러, 카메라를 투과한 입사 광 또는 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 출사 광의 경로인 광도파관을 형성하는 카메라 마운팅부(50)가 배치될 수 있다.
카메라 마운팅부(50)에 형성된 광도파관은, 개구부(16)로부터 입사되는 입사 광과 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 출사 광이 상호 구획되어 영향을 미치지 않도록 암실 형태로 구비될 수 있다.
도 5는 도 2의 구성 중 한 쌍의 카메라를 이용한 광 경로를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 도 5의 B-B선을 따라 취한 단면도이고. 도 8은 도 2의 구성 중 광학 요소의 회동 모습에 따른 입사 광의 다양한 입사 모습을 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예는, 도 5 내지 도 8에 참조된 바와 같이, 케이스(10)의 내부에 배치되어 케이스(10) 내부로 입사되는 광의 경로를 구동 중 조정 가능한 광경로 변경부(80)를 더 포함할 수 있다.
광경로 변경부(80)는, 구체적으로, 케이스(10) 중 팁 케이스(14)에 형성된 개구부(16)를 통해 입사되는 광의 경로를 변경할 수 있다.
아울러, 광경로 변경부(80)는 광의 경로를 반사시킬 수 있는 거울 또는 광의 경로를 굴절시킬 수 있는 프리즘을 포함하는 광학 요소(60)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 이해의 혼동을 방지하기 위하여 광학 요소(60)로 통칭하여 사용하되, 광의 경로를 반사시키는 거울 뿐만 아니라 굴절시키는 프리즘도 포함하는 개념으로 사용하기로 한다.
광학 요소(60)는, 본체 케이스(11) 내부로 입사되는 입사 광 및 본체 케이스(11) 내부로부터 출사되는 출사 광을 광경로 변경부(80)를 이용하여 일정 경로로 반사 또는 굴절시키는 역할을 한다.
보다 상세하게는, 광학 요소(60)는, 팁 케이스(14)에 형성된 개구부(16) 내측에 기결정된 축에 대하여 회전 가능하게 구비될 수 있다. 여기서, 기결정된 축은, 예컨대, 개구부(16)가 도 5의 도면 상 팁 케이스(14)의 선단부에서 팁 케이스(14)의 길이방향에 대하여 직교되는 하방으로 외부와 연통되게 형성된 경우, 팁 케이스(14)의 좌우 폭 방향으로 수평되게 형성된 수평 축으로 정의될 수 있다.
광학 요소(60) 및 이를 구동하는 광경로 변경부(80)의 팁 케이스(14) 내부에 대한 설치 모습에 대해서는 뒤에 상세하게 설명하기로 한다.
이와 같이 형성된 광학 요소(60)는 기결정된 축을 중심으로 상단 및 하단 중 어느 하나가 회동되는 동작으로, 개구부(16)를 통하여 입사되는 입사 광의 각도를 변경시킴으로써 실질적으로 적어도 하나의 카메라에 의하여 촬영되는 화상의 스캔 영역이 변경되게 할 수 있다.
여기서, 스캔 영역이 도 8에 참조된 바와 같이, "가", "나" 및 "다" 중 어느 하나로 변경될 때, 광학 요소(60)를 매개로 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 출사 광의 중심축 및 광학 요소(60)를 매개로 입사되는 입사 광의 중심축 또한 광학 요소(60)의 틸팅 회동에 따라 변경되고, 이 중심축은 도면에 도시되지 않았으나, 광학 요소(60)의 반사면의 틸팅 회동에 따라 형성되는 가상의 호를 형성하면서 이동될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는 종래 환자의 구강 내부 중 측정 공간면에서 공간적 제약이 심한 후면(즉, 목구멍측) 및 측면(즉, 치아와 입술 내측 사이)에 해당하는 3차원 영상 데이터를 보다 정밀한 신뢰도를 가지면서 확보할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 광경로 변경부의 작동 모습을 나타낸 일부 단면도이다.
광경로 변경부(80)는, 후술하는 제1광경로 변경부(80)로 구현될 수 있다. 즉, 제1광경로 변경부(80)는, 전기적으로 구동되는 구동부(90)와, 구동부(90)로부터 생성된 구동력을 광학 요소(60)로 전달하는 구동력 전달부(97)를 포함할 수 있다.
여기서, 구동부(90)는, 전기적으로 구동되는 것이라면 여하한 구성의 채용도 가능하다. 아울러, 구동력 전달부(97)는, 광학 요소(60)를 회동 가능하게 고정 및 지지하는 회동 프레임 형태로 구비될 수 있다.
한편, 구동부(90)는, 도 9a 및 도 9b에 참조된 바와 같이, 전압 공급에 따른 비대칭 수축 및 비대칭 팽창에 의해 밴딩되도록 압전 코팅된 밴딩 가능하게 구비된 피에조일 수 있다.
보다 상세하게는, 피에조로 구비된 구동부(90) 는, 도 9의 (a) 및 (b)에 참조된 바와 같이, 전원 연결 역할을 수행하는 전기 와이어(95)와, 전기 와이어(95)와 연결되도록 구비되어 전원을 공받고, 상술한 바와 같이 압전 코팅될 수 있다.
피에조로 구비된 구동부(90)의 선단(93)은, 도 9a에 참조된 바와 같이, 광학 요소(60)가 회동 가능하게 고정 설치되는 회동 프레임 형태로 구비된 구동력 전달부(97)의 배면에 고정될 수 있다.
보다 상세하게는, 회동 프레임 형태로 구비된 구동력 전달부(97)는, 일단부가 팁 케이스(14) 내부 중 개구부(16) 상측에 힌지(99h) 결합되고, 타단부가 개구부(16)의 하측 전방부에서 회동되도록 구비될 수 있다. 여기서, 구동력 전달부 (97)의 배면에는, 구동부(90)의 선단이 삽입되어 걸림 고정되도록 고정 후크(99)가 형성될 수 있다.
여기서, 구동부(90)는, 전기 와이어(95)를 통해 전압이 공급되면, 압전 코팅된 부분이 수축 또는 팽창되면서, 도 9b에 참조된 바와 같이, 후방부 측으로 상술한 힌지(99h) 결합된 일단부를 중심으로 회동되면서, 개구부(16)를 통한 입사 광의 입사각을 변경시킬 수 있다.
그러나, 반드시 구동부(90)가 단일의 피에조로 구비되는 것으로 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 안 될 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너는, 피에조로 구비된 구동부(90)가 단일 부위에서 밴딩되는 것으로 구비되나, 회동 프레임(97)의 배면에 상호 대칭되게 2개소에서 밴딩 가능하게 구비되고, 2개소의 밴딩 부위가 상호 번갈아가면서 동작됨으로써 광학 요소(60)의 회동 각도를 변경시킬 수도 있다.
한편, 구동부는, 도면에 도시되지 않았으나, 상술한 피에조 외에 MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems) 및 솔레노이드 중 어느 하나로 채용되는 것도 가능하다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 제2광경로 변경부의 다양한 형태의 작동 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너에서, 제2광경로 변경부(100)는, 도 10a 및 도 10b에 참조된 바와 같이, 구동부(110)가 직선 방향으로 무빙되는 이동축(112)이 구비된 리니어 모터(111)로 구비된 것이다.
여기서, 구동부(110)가 리니어 모터(111)로 구비되는 경우에는, 비교적 그 부피가 큰 반면 팁 케이스(14)는 상술한 이유로 슬림하게 제조되어 그 내부의 공간이 매우 협소한 바, 구동부(110)는 로워 케이스(12) 및 어퍼 케이스(13) 사이, 즉 본체 케이스(11) 내부에 위치되는 것이 바람직하다. 이때, 구동부(110)와 광학 요소(60) 사이의 거리가 어느 정도 이격되어 있으므로, 구동부(110)의 구동력을 전달하는 구동력 전달부(120)로서 연결 바 형태로 채택될 수 있다.
구동력 전달부(120)는, 도 10a에 참조된 바와 같이, 구동부(110)의 직선 구동력을 제1연결 부분(도면부호 "가" 참조)에서 전달받아 제2연결 부분(도면부호 "나" 참조)에서 광학 요소(60)가 직선 방향의 직선 구동력을 전달받도록 구비되는 것도 가능하다.
제1연결 부분(가)에서 구동력 전달부(120)의 후단부는 리니어 모터(111)의 이동축(112)과 고정 결합 방식 및 착탈 결합 방식 중 어느 하나의 방식으로 상호 연결될 수 있다.
마찬가지로, 제2연결 부분(나)에서 구동력 전달부(120)의 전단부는 광학 요소(60)와 고정 결합 방식 및 착탈 결합 방식 중 어느 하나의 방식으로 상호 연결될 수 있다.
고정 결합 방식의 대표적인 예로는, 동축 결합, 용접 결합 또는 힌지 결합 등을 들 수 있다. 착탈 결합 방식의 예로는, 후크 결합, 억지끼움 결합, 자성 결합 등을 들 수 있다. 제1연결 부분(가) 및 제2연결 부분(나)에서 각각 착탈 결합 방식으로 구동력 전달부(120)와 구동부(110) 및 구동력 전달부(120)와 광학 요소(60)를 결합시킬 경우에는 자성 결합 요소인 자석과 자성체 간의 상호 척력 및 인력에 관한 관계 정립이 선행되어야 할 것이다.
이와 같이, 제1연결 부분(가) 및 제2연결 부분(나)이 착탈 결합 방식으로 결합될 경우, 팁 케이스(14) 또는 광학 요소(60)의 교체나 수리 시 별도의 조립 및 분리가 필요없고 간편하게 착탈 방식으로 가능한 이점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너에서, 구동력 전달부(120)는, 도 10a에 참조된 바와 같이, 제1연결 부분(가)은 착탈 결합 방식을 채택하고, 제2연결 부분(나)은 고정 결합 방식을 채택할 수 있음은 물론, 도 10b에 참조된 바와 같이, 제1연결 부분(가) 및 제2연결 부분(나) 모두 착탈 결합 방식을 채택할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 제1연결 부분(가)과 제2연결 부분(나)이 고정 결합 방식으로 채택된 경우(이하, '제1전달 구조'라 함)에는, 구동부(110)의 리니어 모터(111)가 구동되는 동작으로 이동축(112)이 전방으로 소정길이 이동되면, 제1연결 부분(가)을 통해 직접 구동력 전달부(120)인 연결 바를 전방으로 이동시키면서 제2연결 부분(나)을 통해 힌지(60h) 결합된 광학 요소(60) 상단부를 기결정된 축(60c)을 중심으로 소정 각도 전방 회동시키고, 구동부(110)의 리니어 모터(111)가 반대 방향으로 구동되는 동작으로 이동축(112)이 후방으로 소정길이 이동되면, 제1연결 부분(가)을 통해 직접 구동력 전달부(120)인 연결 바를 후방으로 이동시키면서 제2연결 부분(나)을 통해 힌지(60h) 결합된 광학 요소(60) 상단부를 기결정된 축(60c)을 중심으로 소정 각도 후방 회동시킨다.
한편, 도 10a를 참조하면, 제1연결 부분(가)은 착탈 결합 방식으로 채택되고, 제2연결 부분(나)은 고정 결합 방식으로 채택된 경우를 상정할 수 있다(이하, '제2전달 구조'라 함). 이와 같은 착탈 결합 방식의 구현을 위해, 구동부(110)의 이동축(112)에 소정의 자력을 생성하는 자석 또는 자석의 자력에 반응하는 자성체 중 어느 하나가 구비되거나, 구동력 전달부(120)의 제1연결 부분(가)에 해당하는 단부에 상술한 자석 또는 자성체 중 어느 하나가 구비될 수 있다.
여기서, 고정 결합 방식을 채택한 제2연결 부분(나)의 광학 요소(60) 회동 동작은 상술한 제1전달 구조에 준하는 바, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 제1연결 부분(가)과 같이 착탈 결합 방식으로 채택된 경우는, 구동력 전달 방식이 상호 자성에 따라 발생되는 '인력'을 이용하는 경우와 '척력'을 이용하는 경우로 나뉠 수 있다.
인력을 이용하는 경우에는, 제1연결 부분(가)에서 이동축(112) 및 구동력 전달부(120)의 상호 인력에 의하여 구동부(110)의 직선 구동력이 전후 방향으로 전달될 수 있다.
척력을 이용하는 경우에는, 도면에 도시되지 않았으나, 제1연결 부분(가)을 통해 상호 척력에 의하여 전방으로 이동된 구동력 전달부(120)가 척력이 해제될 경우 본래의 위치인 후방으로 복원되도록 하는 복원력을 부가하는 복원 수단이 추가 마련될 수 있다.
한편, 도 10b를 참조하면, 제1연결 부분(가)과 제2연결 부분(나)이 모두 착탈 결합 방식으로 채택된 경우(이하, '제3전달 구조'라 함)에는, 제1연결 부위(가)에서의 구동부(110)의 직선 구동력의 전달 방식은 제2전달 구조에 준하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 제2연결 부분(나)이 착탈 결합 방식으로 채택된 경우는, 광학 요소(60)의 틸팅 회동 방식이 구동력 전달부(120)와 광학 요소(60)의 상호 자성에 따라 발생되는 '인력'을 이용하는 경우와 '척력'을 이용하는 경우로 나뉠 수 있다.
인력을 이용하는 경우에는, 제2연결 부분(나)에서 구동력 전달부(120) 및 광학 요소(60)의 상호 인력에 의하여 구동력 전달부(120)가 전방으로 직선 이동될 때 광학 요소(60)의 상단부가 기결정된 축(60c)을 기준으로 전방으로 이동되면서 소정 각도 전방 틸팅 회동됨과 아울러, 구동력 전달부(120)가 후방으로 직선 이동될 때 광학 요소(60)의 상단부가 기결정된 축(60c)을 기준으로 후방으로 이동되면서 소정 각도 후방 틸팅 회동될 수 있다.
척력을 이용하는 경우에는, 도면에 도시되지 않았으나, 제2연결 부분(나)을 통해 상호 척력에 의하여 전방으로 소정 각도 틸팅 회동된 광학 요소(60)가 척력이 해제될 경우 본래의 위치인 후방으로 틸팅 회동되어 복원되도록 하는 복원력을 부가하는 복원 수단이 추가 마련될 수 있다.
여기서, 구동력 전달부(120a)는, 도 10a에 참조된 바와 같이, 광학 요소(60)의 상단부에 힌지(60h)를 매개로 결합되고, 구동부(110)의 직선 방향의 구동력이 제1연결 부분(가)을 통해 광학 요소(60)에 전달되면, 제2연결 부분(나)에서 광학 요소(60)가 기결정된 축(60c)을 중심으로 소정각도 틸팅 회동 될 수 있다.
도 11은 도 10a 내지 도 10c의 제2광경로 변경부의 구성 중 구동부를 나타낸 일부 투영 사시도이고, 도 12는 도 11의 구동부와 연결된 구동력 전달부의 연결 관계를 나타낸 일부 절개 사시도이며, 도 13은 도 11의 구동부와 연결된 구동력 전달부의 광학 요소와의 연결 모습을 나타낸 내부 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 제2광경로 변경부(100)의 구체적인 내용을 도 11 내지 도 13을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 이하, 도 11 내지 도 13으로 구현되는 제2광경로 변경부에 대해서는, 도면부호 400번대를 사용하여 지시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너에서, 제2광경로 변경부(400)는, 도 11 내지 도 13에 참조된 바와 같이, 본체 케이스(11)의 내부에 구비되어 직선 구동력을 발생시키는 구동부(410)와, 구동부(410)로부터 생성된 직선 구동력을 전달받아 광학 요소(60)를 틸팅 회동시키도록 팁 케이스(14) 측으로 연장 구비되되 연결 바로 구비된 구동력 전달부(420)를 포함할 수 있다.
본체 케이스(11)의 선단부에는 팁 케이스(14)의 연결을 위한 연결 블록(19)이 외부로 돌출되게 구비되고, 연결 블록(19)을 매개로 팁 케이스(14)가 고정 설치될 수 있다.
구동부(410)는, 전기적으로 구동되되 연결 블록(19) 측에서 전후 방향으로 무빙 가능도록 구비된 구동 모터(411)와, 구동 모터(411)와 연동하여 전후 방향으로 소정 거리 무빙되는 전달 축(412)을 포함한다.
전달 축(412)은, 연결 블록(19)에 길이 방향으로 관통되게 형성된 축 홀(19a)을 관통하도록 배치될 수 있다. 연결 블록(19)의 축 홀(19a)은 전달 축(412)의 왕복 직선 운동을 가이드하는 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서, 전달축(412)의 선단(415)이 축 홀(19a)의 외부로 노출되지 않도록 축 홀(19a)의 선단보다 더 내부에 위치되도록 삽입 배치되었으나, 전달축(412)의 선단(415)이 구동력 전달부(420)와 연결 가능하도록 축 홀(19a)의 선단에 근접하게 노출되도록 배치될 수 있다.
여기서, 전달 축(412)은, 소정의 자성을 가지는 영구 자석으로 구비될 수 있다. 그러나, 반드시 전달 축(412) 전체가 자성을 가져야 하는 것은 아니고, 후술하는 구동력 전달부(420)의 구성 중 하나인 연결 바와의 연결 부위인 전달 축(412)의 선단부만이 자성을 가지도록 구비되어도 무방하다. 또한, 전달 축(412)이 소정의 자성을 가지는 영구 자석으로 구비될 필요는 없고, 전달 축(412)에 연결되는 후술하는 연결 바에 구비되어도 무방하다. 이때, 전달축(412)은 연결 바에 대향하여 인력이 작용하도록 자성체 소재로 구비될 수 있다. 이러한 자성체 소재로는 철, 코발트, 니켈 등의 강자성체(ferromagnetic substance) 금속이 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한하지 않고 자성에 의해 인력이 작용하는 자성체 소재라면 다른 종류가 사용되어도 무방하다.
구동부(410)의 구성 중 적어도 전달 축(412)은, 도 11 및 도 12에 참조된 바와 같이, 광 프로젝터(700)로부터 조사되는 출사 광이 통과하는 출사광 경로부(17a) 및 출사광 경로부(17a)의 좌우 양측에 위치되어 적어도 하나의 카메라를 향하여 환자의 구강 화상이 반사되어 입사되는 입사광 경로부(17b,17c)의 상측부에 위치되도록 구비되어 측정 물체에 대한 방해를 하지 않도록 구비될 수 있다. 출사광 경로부(17a)의 좌우 양측에는, 적어도 하나의 카메라를 향하여 환자의 구강 화상이 반사되어 입사되는 입사광 경로부(17b,17c)가 구비될 수 있다.
구동력 전달부(420)는, 도 12 및 도 13에 참조된 바와 같이, 연결 바 형태로 구비되고, 구동부(410)의 전달 축(412)의 선단부와 연결되어 구동부(410)의 직선 구동력을 광학 요소(60)에 전달하는 역할을 한다.
구동력 전달부(420)인 연결 바의 후단부(421)와 전달 축(412)은 상술한 바와 같이 자석 결합될 수 있다. 보다 상세하게는, 연결 바의 후단부(421)에는 전달 축(412)의 선단부(415)가 일부 삽입되는 삽입 홈(421a)이 형성될 수 있고, 전달 축(412)의 선단부(415) 또는 연결 바의 후단부(421)가 상호 자성 결합되도록 자석으로 구비됨으로써 전달 축(412)의 선단부(415)가 연결 바의 후단부(421)에 형성된 삽입 홈(421a)에 삽입되는 동작으로 상호 자석 결합될 수 있다.
또한, 전달축(412)의 선단부(415)와 연결 바의 후단부(421)에 형성된 삽입홈(421a)이 형합되도록 형성되어 억지끼움 결합 또는 후크 결합 등이 사용될 수 있고, 전달축(412)의 선단부(415)에 삽입홈이 형성될 수 있다.
구동부(410)로부터 전달되는 전방으로의 직선 구동력에 의하여 전달 축(412)이 길이 방향 전방으로 소정 길이 축 이동되면, 축 이동에 따른 전방 직선 구동력에 의하여 연결 바인 구동력 전달부(420)가 전방으로 소정 거리 직선 이동된다. 또한, 구동부(410)로부터 전달되는 후방으로의 직선 구동력에 의하여 전달 축(412)이 길이 방향 후방으로 소정 길이 축 이동되면, 축 이동에 따른 후방 직선 구동력에 의하여 자석 결합되어 있는 부분이 일종의 인력으로서 구동력 전달부(420)인 연결 바를 길이 방향 후방으로 당기는 힘이 발생하고, 이에 따라 구동력 전달부(420)인 연결 바가 전방으로 소정 거리 직선 이동된다.
구동력 전달부(420)로서의 연결 바의 선단부(422)는, 도 13에 참조된 바와 같이, 광학 요소(60)의 상단부와 힌지 결합될 수 있다. 상술한 구동 메커니즘을 통해 구동부(410)의 직선 구동력이 구동력 전달부(420)를 매개로 광학 요소(60)에 전달되면, 광학 요소(60)는, 기결정된 축을 중심으로 전후 방향으로 틸팅 회동되면서, 입출광 경로부(17)를 통하여 출사되는 출사 광 및 입사되는 입사 광의 각도를 변경시킬 수 있다.
도 14는 제3광경로 변경부의 작동 모습을 나타낸 일부 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너에 있어서, 제3광경로 변경부(500)는, 도 14에 참조된 바와 같이, 팁 케이스(14)의 내부 상측에 구비되어 직선 구동력을 발생시키는 구동부(530)와, 구동부(530)로부터 생성된 직선 구동력을 전달받아 광학 요소(60)를 틸팅 회동시키도록 후단부는 구동부(530)에 힌지 연결되고 전단부는 광학 요소(60)에 힌지 연결된 힌지 연결 링크(550)를 포함할 수 있다.
제3광경로 변경부(500)는, 상술한 제2광경로 변경부(100,400)와는 달리, 구동부(530)가 팁 케이스(14)의 전단부측 내부에 구비되고, 상호 근접되게 이격된 구동부(530) 및 광학 요소(60)를 힌지 연결 링크(550)를 통해 힌지 연결할 수 있도록 구성된다.
제3광경로 변경부(500)는, 도면에 도시되지 않았으나, 팁 케이스(14)의 내부에 구비된 설치 브라켓을 매개로 설치될 수 있다.
설치 브라켓은, 대략 상부가 개구된 'ㄷ'자 형상의 수직 단면을 가지도록 형성되고, 일측벽과 타측벽 사이에 전후 방향으로 상술한 입출광 경로부(17)를 형성하면서 출사 광 및 입사 광이 투과될 수 있다.
한편, 제3광경로 변경부(500)는, 도 14에 참조된 바와 같이, 본체 케이스(11)로부터 팁 케이스(14) 내측으로 연장되도록 구비되고, 본체 케이스(11) 측에 구비된 전원 공급부(미도시)로부터 구동부(530)로 전원을 공급하기 위한 전원 와이어(미도시)를 보호하기 위한 배선 함체(525)가 전후 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 연결 링크(550) 대신 배선 함체(525)는 팁 케이스(14) 내측에 구비된 구동부(530)의 위치에 따라, 배치 길이가 변경될 수 있다. 여기서, 구동부(530)의 배치 위치는, 본체 케이스(11)에 연결되는 팁 케이스(14)의 일단부에서 광학 요소(60) 사이로 설정될 수 있다.
배선 함체(525)는, 설치 브라켓의 후단부 상측에 수평되도록 고정되어, 내부의 전원 와이어에 의한 입출광 경로부(17)가 간섭되지 않도록 하는 역할을 수행함과 아울러, 구동부(530)의 결합을 매개하는 역할을 수행한다.
구동부(530)는, 도 14에 참조된 바와 같이, 배선 함체(525)의 전단에서 직선 왕복 무빙되는 솔레노이드 모터로 구비될 수 있다. 솔레노이드 모터로 구비된 구동부(530)는 고정 축(540)을 따라 전후 방향으로 직선 왕복 무빙될 수 있다.
상기와 같이 구성된 제3광경로 변경부는, 도 18에 참조된 바와 같이, 전기적으로 구동되어 구동부(530)가 배선 함체(525)의 전단에서 전방으로 소정 거리 무빙되면 힌지 연결 링크(550)가 전방으로 이동되면서 광학 요소(60)의 상단부를 힌지 축(60b)을 중심으로 전방으로 틸팅 회동되고(도 18의 (a) 참조), 구동부(530)가 후방으로 소정 거리 무빙되면 힌지 연결 링크(550)가 후방으로 이동되면서 광학 요소(60)의 상단부를 힌지 축(60b)을 중심으로 후방으로 틸팅 회동된다(도 18의 (b) 참조). 즉, 구동부(530)는 배선 함체(525)의 전단에서 대략 "Ⅰ"과 "Ⅱ" 사이의 구간을 복수회 왕복 무빙하면서 광학 요소(60)를 복수회 틸팅 회동시킨다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예에서, 광경로 변경부 광경로 변경부(80,100~400)는 광학 요소(60)를 회전운동시켜 광의 인입 경로(입사 경로)를 조정하는 것은 물론, 광학 요소(60) 자체를 직선운동시켜 광의 인입 경로(입사 경로)를 조정하는 것도 가능하다.
아울러, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예는, 광경로 변경부(80,100~400) 및 상술한 영상획득부(20)를 연동하여 조정하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부는, 연동조정부(15)와, 각도 조절부 및 이송량 제어부 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부는 연동조정부(15), 각도 조절부 및 이송량 제어부로부터 전달되는 제어 신호에 근거하여 구동부(90,110,410)를 작동 제어할 수 있다. 제어부에 의하여 작동되는 구동부(90,110,410)는, 구동력 전달부(97,120,420)에 소정의 구동력을 전달하고, 이를 통하여 광학 요소(60)가 회전 운동 또는 직선 이동하게 된다.
나아가, 제어부는, 각도 조절부의 조정 각도 및 이송량을 각 기기별(또는 본 발명의 일 실시예가 구체적으로 적용된 제품별)로 결정하고 제어하는 조정량 범위 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부는, 연동조정부(15) 또는 각도 조절부로부터 제어 신호가 전달되면 조정량 범위 제어부에 의하여 광경로 변경부(80,100~400)가 광학 요소(60)를 미리 설정된 복수 개의 광경로변경량 만큼 변경시킬 수 있도록 연속적으로 조정할 수 있다.
또한, 제어부는, 이송량 제어부로부터 제어 신호가 전달되면 조정량 범위 제어부에 의하여 광경로 변경부(80,100~400)가 광학 요소(60)를 미리 설정된 위치만큼 직선 이동시킬 수 있도록 조정할 수 있다.
여기서, 제어부는, 반드시 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 본체 케이스(11) 또는 팁 케이스(14) 내부에 구비되어야 하는 것은 아니고, 도면에 도시되지 않았으나, 3차원 구강 스캐너와 상호 데이터 통신이 가능하도록 연결된 제어 PC에 구비되는 것도 가능하고, 이 경우 제어 PC가 상술한 제어부의 기능을 담당하면서 연동조정부(15), 각도 조절부 또는 이송량 제어부의 역할을 대신하도록 구비된 제어 PC의 입력 수단(예를 들면, 키보드)을 통해 광경로 변경을 위한 값을 입력할 수 있도록 구비되는 것도 가능하다.
한편, 제어부에 의한 광경로 변경부(80,100~400)의 제어가 완료되는 즉시, 또는 제어 과정 동안 구강 내의 원하는 3차원 영상 데이터의 확보를 위해 영상획득부(20)의 연동 제어도 수행할 수 있다.
보다 상세하게는, 제어부에 의하여, 구동부(80,100~400)에 소정의 제어 신호가 인가되는 동작으로 광학 요소(60)의 목표 각도(또는 설정 각도)가 입력되면, 광학 요소(60)의 기결정된 포인트의 선형 운동량을 기준으로 광경로 변경부(80,100~400)의 작동 시간을 제어하는 동작으로 각도 조정할 수 있다.
상기 기결정된 포인트는, 광학 요소(60)의 표면 중 기결정된 축과 어느 정도 이격되어 있는 임의의 위치(점)을 말하고, 그 선형 운동량은 기결정된 축을 원 중심으로 하는 호의 길이로 정의될 수 있다.
여기서, 광학 요소(60)를 구동시키는 광경로 변경부(80,100~400)의 구동부(90)의 구동 속도를 이미 알고 있으므로, 제어부에 의한 소정의 제어 신호가 인가되어 광학 요소(60)의 목표 각도(설정 각도)가 입력되는 경우, 구동부(90)의 작동 시간을 제어함으로써 광학 요소(60)의 최종 각도를 조절할 수 있다.
또한, 구동부(90)가 피에조로 구비된 경우, 제어부에 의한 소정의 제어 신호 인가로 광학 요소(60)를 회동시키는 피에조의 밴딩 각도로 결정되는 기결정된 각도 만큼 각도 조정될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너의 구성 중 광학 요소의 위치에 따른 3차원 데이터 획득 과정을 나타낸 제어 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 구강 스캐너를 이용한 3차원 데이터 획득 과정을 도 15를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다. 이하에서는, 이해의 편의를 위하여, 광학 요소(60)의 기준 틸팅 점을 위치.0으로 정의하고, 최대 틸팅 점을 위치.1로 표시하기로 한다.
즉, 도 15를 참조하면, 위치.0 으로부터 위치.1로 정의되는 1주기의 구강 스캐닝을 위해, 연동조정부(15)에 의하여 광학 요소(60)의 각도를 조정 완료한 후 대기 상태의 영상획득부(20)를 작동시켜 3차원 데이터를 확보할 수 있다. 물론, 위치.1에서 위치.0으로 광학 요소(60)의 각도를 조정한 후 3차원 데이터 확보가 가능함은 당연하다. 즉, 최초 광학 요소(60)의 위치(위치.0)에서 3차원 데이터를 확보하고, 각도 조정이 완료된 위치(위치.1)에서 재차 3차원 데이터 확보가 가능하며, 다시 광학 요소(60)를 본래의 위치로 복원시키면서 3차원 데이터 확보가 가능할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제1 제어 실시예에 따른 제어 그래프이고, 도 17은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제2 제어 실시예에 따른 제어 그래프이며, 도 18은 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 일 실시예의 제3 제어 실시예에 따른 제어 그래프이다.
도 16을 참조하면, 시술자는 본 발명의 3차원 구강 스캐너와 연동되어 확보된 3차원 데이터의 완성 모습을 시각적으로 보여주는 디스플레이부(미도시)를 통하여 이미지 획득 여부를 실시간 확인하고, 환자의 목구멍측 또는 치아와 입술 사이의 좁은 공간과 같은 일부 측정 영역에서 충분한 이미지 데이터가 획득되지 않는 것으로 판단한 경우, 연동조정부(15)를 조작하여 광학 요소(60)를 틸팅 제어시킨다.
이와 같이, 연동조정부(15)에 의하여 제어 신호가 ON 동작되면, 제1광경로 변경부 내지 제3광경로 변경부(80,100~500)는, 제어 신호에 근거하여 광학 요소(60)를 자동으로 위치.0과 위치.1 사이에서 복수회 틸팅 회동시켜 충분한 3차원 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
도 17을 참조하면, 마찬가지로 시술자는 디스플레이부를 통하여 이미지 획득 여부를 실시간 확인한 후 충분한 이미지 데이터가 획득되지 않는 것으로 판단한 경우 각도 조절부를 이용하여 3차원 이미지 데이터의 확보가 이루어지지 않는 부위의 이미지 데이터 추가 확보를 위해 광학 요소(60)를 원하는 각도를 틸팅 회동시킨다.
이와 같이, 각도 조절부의 조절에 연동되는 제어 신호가 ON 동작되면, 제1광경로 변경부 내지 제3광경로 변경부(80,100~500)는, 제어 신호에 근거하여 광학 요소(60)를 위치.0과 위치.1 사이에서 틸팅 회동시킴으로써, 추가적인 이미지 데이터 확보가 가능하다.
한편, 연동조정부 및 각도 조절부가 구비되지 않고 본체 케이스(11)의 위치 또는 기울기에 따라 자동으로 3차원 데이터를 확보하는 경우로서, 도 18을 참조하면, 마찬가지로 시술자는 디스플레이부를 통하여 이미지 획득 여부를 실시간 확인한 후 충분한 이미지 데이터가 획득되지 않는 것으로 판단한 경우 본체 케이스(11)를 위아래로 움직이되 기 설정된 상측 방향의 임계치 1 및 하측 방향의 임계치 2를 초과하도록 움직여서 각 임계치를 초과하는 부분에서 광학 요소(60)가 자동으로 복수회 틸팅 회동되도록 조작할 수 있다. 또한, 본체 케이스(11)의 움직임이 임계치 1에 도달한 경우 위치.1 방향으로 광학 요소(60)를 틸팅 회동시키거나, 반대로 본체 케이스(11)의 움직임이 임계치 2에 도달한 경우 위치.0 방향으로 광학 요소(60)를 틸팅 회동시켜 임계치 1과 임계치 2 사이의 이미지 데이터를 충분히 확보할 수 있다. 광학 요소(60)의 틸팅 회동은 본체 케이스(11)가 각 임계치 내의 움직임이 감지되는 경우로서, 오프 신호로 인지하여 정지될 수 있다.
여기서, 본체 케이스(11)의 위치 또는 기울기 등의 움직임은, 그 내부에 구비된 미도시의 가속도 센서 또는 자이로 센서에 의하여 감지되도록 구비될 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 다른 실시예를 이용한 전구간 자동 3차원 데이터 확보 과정을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 다른 실시예는, 도면에 도시되지 않았으나, 시술자가 연동조정부(15)를 이용하여 작동 ON시키면, 개구부(16)를 통하여 입사하는 화상 정보(예를 들면, 광량, 초점 및 홀 정보 등)를 자동으로 계산하도록 구비될 수 있다.
이와 같이 구비된 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너의 다른 실시예는, 도 19에 참조된 바와 같이, 개구부(16)를 통하여 입사되는 화상의 이미지 정보를 저장하고, 상술한 연산부에 의하여 위 화상 정보 중 적어도 하나의 정보를 계산하여 설정치를 만족하지 않으면, 해당 이미지 정보가 부족한 것으로 판단하고, 제1광경로 변경부 내지 제3광경로 변경부(80,100~300)를 작동 온(ON) 시킨다. 그러면, 광학 요소(60)가 위치.0 내지 위치.1 사이에서 자동으로 복수회 틸팅 회동되거나 위치.0 또는 위치.1 중의 어느 하나에서 틸팅 회동되면서 부족한 이미지 데이터를 추가 확보하고, 추가 확보된 이미지 데이터를 통하여 위 화상 정보가 설정치를 만족하게 될 경우 제1광경로 변경부 내지 제3광경로 변경부(80,100~500)를 작동 오프(OFF) 시킨다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 3차원 구강 스캐너(1)의 일 실시예 및 다른 실시예는, 특히, 제1광경로 변경부 내지 제3광경로 변경부(80,100~500)를 이용하여 광학 요소(60)를 회전 가능하게 구비하여, 개구부(16)를 통해 입사되는 입사 광의 입사 각도를 변경 가능하게 함으로써, 실제 환자의 구강 중 3차원 데이터 확보가 어려운 목구멍측에 근접한 치아 또는 치아와 입술 사이의 좁은 공간에 위치된 치아에 대한 3차원 데이터를 확보가 매우 용이한 이점을 가진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 3차원 구강 스캐너 10: 케이스
11: 본체 케이스 12: 로워 케이스
13: 어퍼 케이스 14: 팁 케이스
16: 개구부 17: 입출광 경로부
20: 영상획득부 31: 이미징 보드
32: 이미징 센서 50: 카메라 마운팅부
53: 출사광 경로부 60: 광학 요소
70: 광 프로젝터 80: 제1광경로 변경부
90: 구동부 93: 구동부의 선단
95: 전기 와이어 97: 구동력 전달부
99: 고정 후크 99h: 힌지

Claims (17)

  1. 구강 내에 인입 및 인출이 가능하고, 일단부를 통해 상기 구강 내부의 모습(이하, '화상'이라 약칭함)이 광의 형태로 내부로 유입되도록 개구된 개구부가 형성된 케이스;
    상기 케이스 내부에 배치되고, 상기 케이스의 개구부를 통하여 입사된 광을 통과시키도록 배치된 적어도 하나의 카메라;
    상기 적어도 하나의 카메라의 일측에 배치되어 상기 개구부를 통해 광을 조사하는 광 프로젝터;
    상기 케이스의 내측에서 상기 적어도 하나의 카메라와 상기 광 프로젝터의 광의 경로를 반사 또는 굴절시키면서 틸팅 회동 가능하게 구비된 광학 요소;
    상기 광학 요소를 조정 가능하게 움직이는 광경로 변경부; 및
    상기 광학 요소를 조정 가능하게 움직이기 위하여 상기 광경로 변경부 및 상기 적어도 하나의 카메라의 작동을 연동하여 조정하도록 제어하는 연동조정부;를 포함하고,
    상기 연동조정부는,
    상기 광의 유입에 따라 획득되는 이미지 데이터에 포함된 화상 정보가 설정치를 만족하지 않아 상기 이미지 데이터가 충분하지 않은 것으로 판단되는 경우, 상기 광경로 변경부를 작동 온(ON) 하도록 제어하여 상기 광학 요소가 제1 위치 내지 제2 위치 사이에서 자동으로 복수회 틸팅하도록 제어하여 부족한 이미지 데이터를 추가 확보하고,
    추가 확보된 이미지 데이터를 통해 상기 화상 정보가 상기 설정치를 만족하는 경우, 상기 광경로 변경부를 작동 오프(OFF) 하도록 제어하는, 3차원 구강 스캐너.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경로 변경부는,
    전기적으로 구동되는 구동부; 및
    상기 구동부로부터 생성된 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부; 를 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동부는, 모터, 피에조, MEMS 및 솔레노이드 중 어느 하나를 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 피에조는, 상기 광학 요소에 연결되어 전압 제공에 의해 밴딩되게 구비된 밴딩부를 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경로 변경부는,
    상기 광학 요소를 틸팅 회동시키기 위한 직선 구동력을 발생시키는 구동부; 및
    상기 구동부로부터 발생한 직선 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부; 를 포함하고,
    상기 구동력 전달부는, 상기 구동부와 상기 광학 요소를 연결시키는 연결 바 형태로 구비된, 3차원 구강 스캐너.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경로 변경부는,
    상기 광학 요소를 틸팅 회동시키기 위한 직선 구동력을 발생시키는 구동부; 및
    상기 구동부로부터 발생한 직선 구동력을 상기 광학 요소로 전달하는 구동력 전달부; 를 포함하고,
    상기 구동력 전달부는, 상기 구동부와 상기 광학 요소를 연결시키는 힌지 연결 링크 형태로 구비된, 3차원 구강 스캐너.
  7. 청구항 2, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스는, 상기 적어도 하나의 카메라가 구비된 본체 케이스 및 상기 광학 요소가 구비된 팁 케이스, 를 포함하고,
    상기 구동부는, 상기 본체 케이스 내부에 구비되는, 3차원 구강 스캐너.
  8. 청구항 2, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 착탈 결합 방식으로 연결된, 3차원 구강 스캐너.
  9. 청구항 2, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 자성 결합 방식으로 연결된, 3차원 구강 스캐너.
  10. 청구항 2, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 구동력 전달부는 고정 결합 방식으로 연결된, 3차원 구강 스캐너.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 회전운동시켜 상기 광의 인입경로를 조정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 구강 스캐너.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경로 변경부는, 상기 광학 요소를 직선운동시켜 상기 광의 인입경로를 조정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 구강 스캐너.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 요소의 회전운동 시 조정 각도를 제어하는 각도 조절부; 를 더 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 광학 요소의 직선운동 시 이송량을 제어하는 이송량 제어부; 를 더 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 조정 각도 또는 이송량의 범위를 결정하고 제어하는 조정량 범위 제어부; 를 더 포함하는, 3차원 구강 스캐너.
  16. 삭제
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 연동조정부는, 상기 광경로 변경부가 미리 설정된 복수 개의 광경로 변경량만큼 연속적으로 조정하는 것을 특징으로 하는, 3차원 구강 스캐너.
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