KR102394310B1 - 스캐너 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 스캐너는, 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하여 신호를 생성하는 디텍터; 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계; 및 상기 디텍터 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 제1 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되고, 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 제2 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되며, 상기 제1 특성을 가지는 광은 점광이 확산된 형태일 수 있다.
Description
실시 예는 스캐너에 관한 것이다.
치과 보철물을 제작하기 위해서는 환자의 치아 표면정보를 획득하는 것이 필요하다.
종래에는 환자의 치아 표면정보를 획득하기 위해, 환자의 구강 내에 물질을 투여하여 이를 경화시켜 획득하였다.
또한 상기 치과 보철물은 인상 모델을 통해 치기공사가 수작업으로 보철물을 가공하여 제작하였다. 최근에는 CAD(Computer-aided design)를 이용하여 보철물을 디자인하고, CAM(Computer-aided manufacturing)을 통해 보철물을 제작하여, 기존의 수작업에 비해 높은 정확도와 높은 생산성을 추구하고 있다.
상기 CAD 및 CAM 시스템 개발에 부합할 수 있도록 환자의 치아 표면정보 획득방법이 디지털화 되고 있는 추세이다.
최근의 환자의 치아 표면 획득 방법에는 인상 모델을 3D스캐너를 통해 획득 방법과 구강 스캐너를 이용하는 방법이 있다.
상기 인상 모델을 3D스캐너를 통해 획득하는 방법은 종래와 같이 환자의 구강 내에 물질을 주입하여 이를 경화시킨 후 3D스캐너를 통해 획득하는 방법이다. 이 방법은 여전히 환자의 구강 내에 물질을 주입하여야 하므로, 환자에게 거부감을 줄 수 있는 방식이다.
이를 개선하기 위해 구강 스캐너가 개발되었다. 상기 구강 스캐너는 환자의 구강 내에 스캐너를 삽입하여 스캐너를 이동시켜가며, 화상을 획득하고, 이를 재구성하여 환자의 치아 표면 정보를 획득한다.
상기 구강 스캐너를 구현하기 위해서는 다수의 광학계가 필요하며, 구현 방식에 따라 콘포칼 방식(Confocal), 삼각법 방식(Triangulation technique) 및 활성 파면 샘플링 방식(active wavefront sampling) 등이 있다.
이중 상기 콘포칼 방식은 치아의 반사율을 평균화 하기 위한 별도의 물질을 치아에 도포하지 않아도 되므로, 다른 방식에 비해 치아 스캔시 환자의 거부감이 작은 방식이다.
상기 콘포칼 방식은 디텍터로 입사되는 광 중 특정 초점면에 해당되는 광만 디텍터에서 센싱하는 방식으로 광학계를 이동시켜 초점면을 변경시켜가며 화상을 획득하여 치아의 표면 데이터를 얻는 방식이다. 상기 콘포칼 방식의 스캐너는 Align, 3shape 등이 개발하고 있다.
다만, 상기 콘포칼 방식의 스캐너는 광학계를 물리적으로 이동시켜야되므로, 진동과 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
이를 개선하기 위해 크로마틱 콘포칼(Chromatic confocal) 방식이 제안되었다.
도 1은 종래의 크로마틱 콘포칼 방식을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 크로마틱 콘포칼 방식의 구강 스캐너(1)는 백색광원(2), 빔 스플리터(3), 색수차 발생 렌즈(5), 디텍터(6) 및 핀홀(7)을 포함할 수 있다.
상기 구강 스캐너(1)는 대상체(9)로 광을 조사하고, 반사된 광을 디텍터(6)에서 수신하여 이를 연산하여 대상체(9)의 표면정보를 얻는다.
상기 백색광원(2)은 상기 빔 스플리터(3)로 백색광을 조사하고, 상기 백색광은 상기 빔 스플리터(3)를 투과하여 상기 색수차 발생 렌즈(5)로 진행한다. 상기 색수차 발생 렌즈(5)를 투과한 광은 파장에 따라 서로 다른 초점을 가지는 형태로 상기 대상체로 진행한다. 즉, 상기 색수차 발생 렌즈(5)를 투과한 광 중 제1 파장(λ1)을 가지는 광은 상기 색수차 발생 렌즈(5)와 인접한 위치에 초점이 생성되고, 제3 파장(λ3)을 가지는 광은 상기 색수차 발생 렌즈(5)와 이격된 위치에 초점이 생성되고, 제2 파장(λ2)을 가지는 광은 상기 제1 파장(λ1) 및 제3 파장(λ3) 사이에서 초점이 생성된다.
상기 색수차 발생 렌즈(5)를 투과한 광 중 상기 대상체(9)의 표면에 부합하는 광만 상기 대상체(9) 표면에서 반사되어 상기 빔 스플리터(3)에 반사되고, 상기 핀홀(7)을 통해 상기 디텍터(6)로 조사된다. 예를 들어, 도면에서는 상기 색수차 발생 렌즈(5)를 투과한 광 중 제2 파장(λ2)이 상기 대상체(9) 표면에 부합하므로, 상기 제2 파장(λ2)을 가지는 광이 빔 스플리터(3)에 의해 반사되고, 상기 핀홀(7)을 통해 상기 디텍터로 조사되고, 상기 디텍터(6)는 조사된 광의 파장을 연산하여, 상기 색수차 발생 렌즈(5)와 상기 대상체(9) 사이의 거리를 측정한다. 상기 색수차 발생 렌즈(5)와 상기 대상체(9)의 거리를 통해 상기 대상체(9)의 표면정보를 얻을 수 있다.
종래의 크로마틱 콘포칼 방식은 콘포칼 방식에 비해 광학계의 물리적 이동을 생략할 수 있어, 소음 및 진동을 줄일 수 있는 장점이 있다. 다만, 파장을 통해 깊이정보를 측정하므로, 대상체의 색상표면정보를 획득할 수 없는 문제점이 있었다.
실시 예는 소음 및 진동 없이 표면정보와 색상정보를 획득할 수 있는 스캐너를 제공한다.
실시 예에 따른 스캐너는, 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하여 신호를 생성하는 디텍터; 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계; 및 상기 디텍터 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 제1 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되고, 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 제2 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되며, 상기 제1 특성을 가지는 광은 점광이 확산된 형태일 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력된 광의 특성을 변경하는 핀홀 어레이; 상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계; 및 상기 핀홀 어레이 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 점광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이; 면광을 출력하는 보조 광원; 상기 핀홀 어레이 또는 상기 보조 광원으로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계; 및 상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이; 상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하여 오브젝트로 출력하는 광학계; 상기 오브젝트로 광을 조사하는 보조 광원; 및 상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어한다.
실시 예에 따른 스캐너는 모드에 따라 광학계에 전압을 인가하여 광학계에 인가되는 광의 특성을 변경하여 소음 및 진동 없이 표면정보와 색상정보를 획득할 수 있다.
도 1은 종래의 크로마틱 콘포칼 방식을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들과 관련된 스캐너 및 상기 스캐너와 연동되는 전자기기 등을 포함하는 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 예에 따른 광원을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 예에 따른 광원의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 예에 따른 광원의 또 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 광학계를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 광학계에서 변경되어 출력되는 광을 도시하는 도면이다.
도 9는 제1 실시 예에 따른 광학계의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 광학계에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 광학계에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 12는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 14는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 15는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 다른 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 17은 제2 실시 예에 따른 스캐너를 나타내는 도면이다.
도 18은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 19는 제3 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 20은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 21은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 22는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 23은 제4 실시 예에 따른 핀홀 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 24는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이와 핀홀 어레이에서의 광의 경로를 나타내는 도면이다.
도 25는 제4 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 26은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 27은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 28은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 29는 제5 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 30은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 31은 제6 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 32는 제6 실시 예에 따른 스캐너의 치아우식정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들과 관련된 스캐너 및 상기 스캐너와 연동되는 전자기기 등을 포함하는 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 예에 따른 광원을 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 예에 따른 광원의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 예에 따른 광원의 또 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 실시 예에 따른 광학계를 나타내는 단면도이다.
도 8은 제1 실시 예에 따른 광학계에서 변경되어 출력되는 광을 도시하는 도면이다.
도 9는 제1 실시 예에 따른 광학계의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 광학계에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 9의 광학계에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 12는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 14는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 15는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 다른 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 17은 제2 실시 예에 따른 스캐너를 나타내는 도면이다.
도 18은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 19는 제3 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 20은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 21은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 22는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 23은 제4 실시 예에 따른 핀홀 어레이를 나타내는 사시도이다.
도 24는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이와 핀홀 어레이에서의 광의 경로를 나타내는 도면이다.
도 25는 제4 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 26은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 27은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 28은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 29는 제5 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 30은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 31은 제6 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 32는 제6 실시 예에 따른 스캐너의 치아우식정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
실시 예에 따른 스캐너는, 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하여 신호를 생성하는 디텍터; 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계; 및 상기 디텍터 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 광학계가 상기 제1 상태에 있는 경우 상기 오브젝트의 형상정보를 생성하도록 상기 광학계 및 디텍터를 제어하고, 상기 광학계가 상기 제2 상태에 있는 경우 상기 오브젝트의 색상정보를 생성하도록 상기 광학계 및 디텍터를 제어한다.
상기 제어부는 상기 광학계가 상기 제2 상태에 있는 경우 상기 오브젝트의 미리보기 정보를 생성하도록 상기 광학계 및 디텍터를 제어할 수 있다.
상기 다수의 상태는 제3 상태를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 광학계가 상기 제3 상태에 있는 경우 광각 미리보기 정보를 생성하도록 상기 광학계 및 디텍터를 제어할 수 있다.
상기 광학계의 표면형상은 상기 전기 신호의 인가여부와 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 광학계는 액정렌즈일 수 있다.
상기 제어부는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 볼록렌즈와 동일한 광학적 특성을 가지도록 전기신호를 인가할 수 있다.
상기 제어부는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 볼록렌즈와 동일한 광학적 특성을 가지는 프레넬 렌즈와 같이 동작하도록 전기신호를 인가할 수 있다.
상기 광학계를 통해 상기 오브젝트로 광을 조사하는 광원을 더 포함하고, 상기 광원은 다수의 파장영역의 광이 혼합된 형태의 광을 출력할 수 있다.
상기 광원은 백색광을 출력할 수 있다.
상기 광학계는 다수의 상태에 따라 상기 광원으로부터의 광의 경로를 변환할수 있다.
상기 광학계는 제1 상태에 있는 경우 상기 광원으로부터의 광을 파장영역별로 다른 초점거리를 가지도록 변환하여 출력할 수 있다.
상기 광학계는 제2 상태에 있는 경우 상기 광원으로부터의 광을 특성 변경없이 출력할 수 있다.
상기 광학계는 제3 상태에 있는 경우 상기 광원으로부터의 광을 확산시켜 출력할 수 있다.
상기 디텍터는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 상기 오브젝트의 표면 상에 초점이 위치하는 광을 수광할 수 있다.
상기 광학계가 제1 상태인 경우 상기 디텍터에 수광되는 광량은 상기 광학계가 제2 상태인 경우 상기 디텍터에 수광되는 광량보다 작을 수 있다.
상기 광학계가 제1 상태인 경우 상기 디텍터의 수광영역은 상기 광학계가 제2 상태인 경우 상기 디텍터의 수광영역보다 작을 수 있다.
상기 광학계는 제1 상태 및 제2 상태가 교번하여 변경되도록 제어될 수 있다.
상기 광학계는 제1 상태, 제2 상태 및 제3 상태가 교번하여 변경되도록 제어될 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 적어도 제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 제1 광을 출력하는 광원; 및 전기신호에 의해 상태가 변화하는 광학계를 포함하고, 상기 광학계는 제1 상태에서 제1 광의 색수차를 유발하여 제1 초점 깊이를 가지는 제2 광 및 제2 초점 깊이를 가지는 제3 광을 출력하고, 상기 광학계는 제2 상태에서 제1 광의 색수차를 유발하여 제3 초점 깊이를 가지는 제4 광 및 제4 초점 깊이를 가지는 제5 광을 출력할 수 있다.
상기 제3 초점 깊이와 제4 초점 깊이는 동일할 수 있다.
상기 제4 광 및 제5광은 발산하는 광의 형태를 가질 수 있다.
상기 제2 광은 상기 제1 파장에 의해 유발되고, 상기 제3 광은 상기 제2 파장에 의해 유발될 수 있다.
상기 광원은 적색광원, 청색광원 및 녹색광원을 포함하고, 상기 광원은 백색광을 출력할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 오브젝트의 3차원 형상을 스캔하기 위한 스캐너로서, 광원; 전기적 신호에 따라 상태의 변경이 가능하며, 상기 상태 변경에 따라 광학적 특성이 변경되는 광학계; 및 적어도 R픽셀, G픽셀 및 B픽셀을 포함하는 단위 컬러 픽셀이 N x M 형태의 2차원 어레이 형태로 배열되어 있는 광센서;를 포함하며, 상기 스캐너가 제1 모드로 동작하는 경우, 상기 광센서의 2차원 어레이에 포함된 N x M개의 단위 컬러 픽셀들 중 일부에만 상기 대상 오브젝트로부터 반사된 광에 따른 전기적 신호가 검출되고, 상기 스캐너가 제2 모드로 동작하는 경우, 상기 광센서의 2차원 어레이에 포함된 N x M개의 단위 컬러 픽셀들 모두에 상기 오브젝트로부터 반사된 광에 따른 전기적 신호가 검출되며, 상기 제1 모드로 동작하는 경우, 상기 전기적 신호가 검출된 제1 단위 컬러 픽셀의 상기 픽셀 어레이 상에서의 2차원 좌표값과 상기 제1 단위 컬러 픽셀에 의해 검출된 컬러값은 상기 대상 오브젝트의 3차원 형상을 검출하는 데 사용되고, 상기 제2 모드로 동작하는 경우, 상기 전기적 신호가 검출된 제2 단위 컬러 픽셀의 상기 픽셀 어레이 상에서의 2차원 좌표값과 상기 제2 단위 컬러 픽셀에 의해 검출된 컬러값은 상기 오브젝트에 대한 2차원 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는 적어도 제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 제1 광을 출력하는 광원; 상기 제1 광을 전달받아 상기 제1 광의 색수차를 유발하여 제2 광을 출력하는 렌즈-상기 제2 광은 서로 다른 초점 깊이를 가지는 적어도 제3 광 및 제4 광을 포함하고, 상기 제3 광은 상기 제1 파장에 의해 유발되고, 상기 제4 광은 상기 제2 파장에 의해 유발됨-; 및 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계를 포함하고, 상기 광학계는, 상기 제1 상태에 있는 경우 상기 제2 광의 색수차를 보상한 제5 광을 생성하여, 오브젝트로 전달하고, 상기 제5 광은 적어도 제6 광 및 제7 광을 포함하고, 상기 제6 광 및 제7 광의 초점 깊이의 차이는 상기 제3 광 및 제4 광의 초점 깊이의 차이보다 작을 수 있다.
상기 제6광 및 제7광의 초점 깊이는 동일할 수 있다.
상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 광학계는 상기 제2 광을 오브젝트로 전달할 수 있다.
상기 렌즈는 물리렌즈일 수 있다.
상기 렌즈는 프레넬 렌즈일 수 있다.
상기 광학계는 액정 렌즈일 수 있다.
상기 광학계의 표면형상은 상기 전기 신호의 인가여부와 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 광학계는 제1 상태에 있는 경우 오목렌즈와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계는 제2 상태에 있는 경우 광원으로부터의 광의 광학적 특성의 변경없이 출력할 수 있다.
상기 오브젝트로부터 반사된 광을 검출하는 디텍터; 및 상기 광학계 및 디텍터를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 광학계를 제1 상태로 제어하고, 상기 디텍터에 의해 수광되는 광을 통해 상기 오브젝트의 색상정보를 생성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 광학계를 제2 상태로 제어하고, 상기 디텍터에 의해 수광되는 광을 통해 상기 오브젝트의 형상정보를 생성할 수 있다.
상기 제어부는 상기 디텍터에 의해 수광되는 광을 통해 미리보기 정보를 생성할 수 있다.
상기 광학계는 제1 상태 및 제2 상태가 교번하여 변경되도록 제어될 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 적어도 제1 파장 및 제2 파장을 포함하는 제1 광을 출력하는 광원; 상기 제1 광의 제1 파장을 제1 초점을 가지는 제2 광으로 변경하고, 제1 광의 제2 파장을 제2 초점을 가지는 제3 광으로 변경하는 렌즈; 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계; 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하는 디텍터; 및 상기 광학계 및 디텍터를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 광학계가 제1 상태인 경우 상기 오브젝트의 색상정보를 생성하고, 상기 광학계가 제2 상태인 경우 상기 오브젝트의 표면정보를 생성한다.
상기 광학계가 제1 상태인 경우 상기 광학계는 상기 제2 광 및 제3 광의 색수차를 보상할 수 있다.
상기 광학계가 제1 상태인 경우 오목렌즈와 대응되는 광학적 특성을 가질 수있다.
상기 광학계가 제2 상태인 경우 상기 광학계는 상기 제2 광 및 제3 광을 입력받아 제2 광 및 제3 광을 출력할 수 있다.
상기 광학계가 제2 상태인 경우 상기 광학계는 글래스의 광학적 특성을 가질수 있다.
상기 광학계는 액정렌즈일 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하여 신호를 생성하는 디텍터; 전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계; 및 상기 디텍터 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 제1 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되고, 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 제2 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되며, 상기 제1 특성을 가지는 광은 점광이 확산된 형태일 수 있다.
상기 제2 특성을 가지는 광은 면광형태일 수 있다.
상기 광학계로 광을 조사하는 광원; 및 상기 광원과 광학계 사이에 위치하여 광의 특성을 변경하는 핀홀 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 점광을 출력할 수있다.
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 면광을 출력할 수있다.
상기 핀홀 어레이는 액정패널일 수 있다.
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 차광영역이 생성되어 핀홀이 정의될 수 있다.
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 핀홀이 제거되고 글래스와 대응되는 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광원과 상기 핀홀 어레이 사이에 위치하여 상기 광원으로부터의 광의 경로를 변경하여 상기 핀홀 어레이 방향으로 다수의 초점을 가지는 광을 출력하는 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 광학계로 광을 조사하는 제1 보조 광원을 더 포함하고, 상기 제1 보조 광원은 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 면광을 상기 광학계로 출력할 수 있다.
상기 광원과 제1 보조 광원은 서로 교번하여 점멸될 수 있다.
상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴온되고, 상기 제1 보조 광원은 턴 오프되며, 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴오프되고, 상기 제1보조 광원은 턴온될 수 있다.
상기 오브젝트로 광을 조사하는 제2 보조 광원을 포함하고, 상기 제2 보조 광원은 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 오브젝트로 광을 출력할 수 있다.
상기 광원과 상기 제2 보조 광원은 서로 교번하여 점멸될 수 있다.
상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴온되고, 상기 제2 보조 광원은 턴 오프되며, 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴 오프되고, 상기 제2 보조 광원은 턴온될 수 있다.
상기 제2 보조 광원은 상기 스캐너의 선단부에 위치할 수 있다.
상기 제2 보조 광원은 청색 파장영역의 광을 출력할 수 있다.
상기 제2 보조 광원은 QLF(Quantitative Light-induced Fluorescence)광을 출력할수 있다.
상기 제어부는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 치아 우식증을 검출할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력된 광의 특성을 변경하는 핀홀 어레이; 상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계; 및 상기 핀홀 어레이 및 광학계를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 점광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 면광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 제3 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 면광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 오목렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이; 면광을 출력하는 보조 광원; 상기 핀홀 어레이 또는 상기 보조 광원으로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계; 및 상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 제3 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 오목렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 스캐너는, 광을 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이; 상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하여 오브젝트로 출력하는 광학계; 상기 오브젝트로 광을 조사하는 보조 광원; 및 상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어한다.
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어할 수 있다.
상기 보조 광원은 QLF(Quantitative Light-induced Fluorescence)광을 출력할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
1. 시스템 구성
도 2는 본 발명의 실시 예들과 관련된 스캐너 및 상기 스캐너와 연동되는 전자기기 등을 포함하는 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 시스템은 스캐너(1000) 및 전자기기(2000)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300) 및 제1 제어부(1400)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300) 및 제1 제어부(1400)는 바디부(1010) 내부에 위치할 수 있다. 상기 바디부(1010)는 상기 스캐너(1000)의 외형을 제공할 수 있다.
상기 스캐너(1000)는 오브젝트로 광을 조사하고, 상기 오브젝트를 통해 반사되는 광을 통해 상기 오브젝트의 표면정보 및 색상정보를 얻을 수 있다.
상기 광원(1200)은 상기 광학 시스템(1100)으로 광을 조사할 수 있다. 상기 광원(1200)은 상기 광학 시스템(1100)으로 백색광을 전달할 수 있다. 상기 광원(1200)은 형광등일 수 있다. 또는 상기 광원(1200)은 LED일 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 상기 광원(1200)으로부터 전달된 광을 상기 오브젝트로 전달할 수 있다. 상기 광학 시스템(1100)은 상기 광원(1200)으로부터의 광을 변환하여 상기 오브젝트로 전달할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 상기 광원(1200)으로부터 전달된 광의 초점 깊이를 변경할 수 있다. 상기 광학 시스템(1100)은 상기 광원(1200)으로부터 전달된 광의 색수차를 조절하여 상기 오브젝트로 전달할 수도 있다. 상기 광학 시스템(1100)은 상기 광원(1200)으로부터 전달된 광의 경로를 변경하여 상기 오브젝트로 전달할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 상기 디텍터(1300)로 전달할 수 있다.
상기 오브젝트로 조사된 광의 적어도 일부는 상기 오브젝트에 의해 반사되어 상기 광학 시스템(1100)을 통해 상기 디텍터(1300)로 전달될 수 있다.
상기 디텍터(1300)는 상기 광학 시스템(1100)를 통해 전달된 광을 전기신호로 변환하여 상기 제1 제어부(1400)로 전달할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 컬러를 감지할 수 있는 컬러센서일 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 CMOS 또는 CCD일 수 있다.
상기 디텍터(1300)에 의해 생성된 전기신호는 상기 제1 제어부(1400)로 전달될 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)로부터 전달받은 전기신호를 이용하여 표면정보를 생성할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)로부터 전달받은 전기신호를 이용하여 색상정보를 생성할 수 있다.
상기 표면정보는 상기 오브젝트의 표면에 대한 입체영상일 수 있다. 상기 색상정보는 상기 오브젝트에 대한 입체영상의 표면에 대응되는 색상정보일 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 입체영상과 색상정보를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상을 생성할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 제어할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광원(1200)의 발광 타이밍을 제어할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100)을 제어하여 표면정보를 생성할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100)을 제어하여 색상정보를 생성할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100)이 상기 오브젝트 방향으로 출력하는 광의 초점거리를 조절하도록 제어할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100)이 상기 오브젝트 방향으로 출력하는 광의 색수차를 조절하도록 제어할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학 시스템(1100)이 상기 오브젝트 방향으로 출력하는 광의 경로를 변경하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)의 리드 아웃 타이밍을 제어할 수 있다.
상기 스캐너(1000)는 상기 전자기기(2000)와 연결될 수 있다. 상기 스캐너(1000)는 상기 전자기기(2000)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 상기 스캐너(1000)가 상기 전자기기(2000)와 무선 또는 유선으로 연결되는 경우 상기 스캐너(1000) 및 상기 전자기기(2000)는 통신모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 전자기기(2000)는 제2 제어부(2100) 및 표시부(2200)를 포함할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 표시부(2200)를 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 스캐너(1000)로부터 전달되는 표면정보 및/또는 색상정보가 상기 표시부(2200)에 표시되도록 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 스캐너(1000)로부터 전달되는 입체영상 및/또는 색상정보가 상기 표시부(2200)에 표시되도록 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 스캐너(1000)로부터 전달되는 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상이 상기 표시부(2200)에 표시되도록 제어할 수 있다.
상기 제2 제어부(2100)는 상기 스캐너(1000)로부터 표면정보와 색상정보를 전달받아 이를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상을 생성하여 상기 표시부(2200)에 표시할 수 있다.
상기 제2 제어부(2100)는 생략될 수도 있다. 상기 제2 제어부(2100)가 생략되는 경우 상기 제1 제어부(1400)가 상기 표시부(2200)를 제어할 수도 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 표면정보와 색상정보를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상이 상기 표시부(2200)에 표시되도록 제어할 수도 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 생략될 수도 있다. 상기 제1 제어부(1400)가 생략되는 경우 상기 제2 제어부(2100)가 상기 스캐너(1000)의 세부구성을 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 광학시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 제어할 수 있다.
상기 제2 제어부(2100)는 상기 광원(1200)의 발광 타이밍을 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 디텍터(1300)로부터 전기신호를 직접 전달받을 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 디텍터로부터 전달받은 전기신호를 이용하여 표면정보 및/또는 색상정보를 생성할 수 있다.
상기 제2 제어부(2100)는 상기 디텍터로부터 전달받은 전기신호를 이용하여 상기 표시부(2200)를 통해 입체영상 및/또는 상기 입체영상의 표면에 대응되는 색상정보를 출력할 수 있다. 상기 제2 제어부(2100)는 상기 디텍터로부터 전달받은 전기신호를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상을 상기 표시부(2200)를 통해 출력할 수 있다.
2. 제1 실시 예
(1) 스캐너 구조
도 3은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 제1 광경로 변환부(1201) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 제2 광경로 변환부(1501), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다.
상기 광원(1200), 제1 광경로 변환부(1201), 빔스플리터(1600), 광학계(1500) 제2 광경로 변환부(1501) 및 미러(1700)는 가로축(x)에 정렬될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 제1 세로축(y1)에 정렬될 수 있고, 상기 오브젝트(y2)는 상기 제2 세로축(y2)에 정렬될 수 있다. 상기 가로축(x)은 상기 제1 세로축(y1) 및 제2 세로축(y2)에 수직하는 축일 수 있다. 상기 제1 세로축(y1)과 제2 세로축(y2)은 서로 평행할 수 있다.
상기 광원(1200)은 가로축(x)의 일측 끝단에 배치될 수 있다. 상기 광원(1200)의 중심은 상기 가로축(x)을 지날 수 있다. 상기 광원(1200)은 상기 가로축(x)의 수직방향으로 위치할 수 있다. 상기 광원(1200)의 출광영역의 중심은 상기 가로축(x)과 대응될 수 있다. 상기 광원(1200)의 출광영역의 중심은 상기 가로축(x)과 일치할 수 있다. 상기 광원(1200)은 상기 광학 시스템(1100) 방향으로 백색광을 조사할 수 있다.
상기 제1 광경로 변환부(1201)는 상기 광원(1200)과 상기 빔스플리터(1600) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 광경로 변환부(1201)는 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 상기 제1 광경로 변환부(1201)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제1 광경로 변환부(1201)는 상기 광원(1200)으로부터 조사된 광의 경로를 변경하여 상기 빔스플리터(1600)로 전달할 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)는 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광의 진행방향 상에 배치될 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)는 중심축이 상기 가로축(x) 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)는 일방향으로부터 입사되는 광을 투과하고, 타방향으로부터 입사되는 광을 반사시킬 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)는 광원(1600)으로부터 입사되는 광을 투과시키고, 상기 광원(1600) 방향으로 입사되는 광을 반사시킬 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)는 반투명거울로 구성될 수도 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 빔스플리터(1500)와 인접하는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 빔스플리터(1500)는 상기 광원(1200)과 상기 광학계(1500) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 빔스플리터(1500)와 상기 미러(1700) 사이에 배치될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 광원(1200)으로부터의 광을 변환하여 상기 미러(1700)로 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 광원(1200)으로부터의 광의 초점거리를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 광원(1200)으로부터의 광의 색수차를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 광원(1200)으로부터의 광의 경로를 조절할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 전기신호에 의해 상태가 변경될 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 전기신호에 의해 투과되는 광을 변경할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 전기 신호에 의해 상기 광원(1200)으로부터의 광의 초점거리, 색수차 및/또는 광의 경로를 조절할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 액정렌즈 또는 액체렌즈일 수 있다.
상기 광학계(1500)에 대한 설명은 이후에 상세하게 설명하기로 한다.
상기 제2 광경로 변환부(1501)는 상기 광학계(1500)와 상기 미러(1700) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 광경로 변환부(1501)는 입사되는 광의 경로를 변경시킬 수 있다. 상기 제2 광경로 변환부(1501)는 상기 광학계(1500)로부터의 광의 경로를 변경하여 상기 미러(1700)로 전달할 수 있다. 상기 제2 광경로 변환부(1501)는 상기 미러(1700)로부터의 광의 경로를 변경하여 상기 광학계(1500)로 전달할 수 있다.
상기 미러(1700)는 상기 광학계(1500)로부터의 광을 반사시켜 오브젝트로 전달할 수 있다. 상기 미러(1700)는 상기 가로축(x)와 각도를 가지도록 기울어져 위치할 수 있다. 상기 미러(1700)의 입광면은 상기 가로축(x)과 45도의 각도를 가지도록 기울어져 위치할 수 있다. 상기 가로축(x)은 상기 광원(1200)으로부터 진행하는 광의 중심과 동일하므로, 상기 미러(1700)는 상기 가로축(x)로부터 기울어져 위치할 수 있다.
상기 미러(1700)는 상기 제2 세로축(y2)으로부터 기울어져 위치할 수 있다. 상기 미러(1700)와 상기 제2 세로축(y2)의 사이각은 45도일 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터의 광은 상기 미러(1700)에 의해 반사되어 오브젝트로 입사된다. 상기 오브젝트에 의해 반사된 광의 일부는 상기 제2 세로축(y2)을 따라 상기 미러(1700)로 입사된다. 상기 미러는 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 반사하여 상기 광학계(1500)로 전달한다.
상기 광학계(1500)는 상기 미러(1700)로부터 입사된 광을 상기 빔 스플리터(1600)로 전달한다.
상기 제2 광경로 변환부(1501)는 상기 미러(1700)로부터의 광의 경로를 변경하여 상기 광학계(1500)로 전달하고, 상기 광학계(1500)는 상기 미러(1700)로부터 입사된 광을 변환하여 상기 빔스플리터(1600)로 전달할 수도 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 미러(1700)로부터 입사된 광의 초점거리를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 미러(1700)로부터의 광의 색수차를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 미러(1700)로부터의 광의 경로를 조절할 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)는 상기 광학계(1500)로부터 전달된 광을 반사시켜 상기 디텍터(1300)로 전달할 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)에 의해 반사된 광은 상기 제1 세로축(y1)을 따라 진행하여 상기 디텍터에 입사될 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)와 상기 가로축(x)과의 사이각은 45도일 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)와 상기 제1 세로축(y1)의 사이각은 45도일 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)와 상기 디텍터(1300) 사이에는 별도의 광경로 변환부가 위치할 수 있다. 상기 빔스플리터(1600)와 상기 디텍터(1300) 사이의 광경로 변환부가 위치하는 경우 상기 빔스플리터(1600)로부터의 광은 경로가 변경되어 상기 디텍터(1300)로 조사될 수 있다.
상기 디텍터(1300)는 상기 빔스플리터(1600)로부터 입사되는 광을 전기신호로 변환할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 컬러를 감지하는 컬러센서일 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 다수의 셀을 가지는 매트릭스 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 디텍터(1300)는 NxM의 셀을 가지는 어레이 형태로 구성될 수 있다. 상기 디텍터는 R픽셀, G픽셀 및 B픽셀을 포함할 수 있다.
이하에서는, 상기 스캐너(1000)의 세부구성에 대해 상세히 설명한다.
(2) 광원
1) 광원의 기본형태
도 4는 제1 실시 예에 따른 광원을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광원(1200)은 베이스(1210), 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240) 및 확산판(1250)을 포함할 수 있다.
상기 베이스(1210)는 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)을 고정할 수 있다. 상기 베이스(1210)는 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)에 전원을 공급할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)은 상기 베이스(1210) 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)은 상기 베이스(1210) 상에 부착될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)은 외부로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)은 상기 베이스(1210)로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)은 서로 다른 파장영역의 광을 출력할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 특정 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 청색파장영역을 포함하는 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 가시광선 파장 중 청색파장영역 내에 최대 출력을 가지는 광을 출력할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 제1 광원 기판(1221) 및 제1 발광 다이오드(1223)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)에 실장될 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)으로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 청색 LED일 수 있다.
상기 제2 광원(1230)은 특정 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제2 광원(1230)은 녹색파장영역을 포함하는 광을 출력할 수 있다. 상기 제2 광원(1230)은 가시광선 파장 중 녹색파장영역 내에 최대 출력을 가지는 광을 출력할 수 있다.
상기 제2 광원(1230)은 제2 광원 기판(1231) 및 제2 발광 다이오드(1233)를 포함할 수 있다. 상기 제2 발광 다이오드(1233)는 상기 제2 광원 기판(1231)에 실장될 수 있다. 상기 제2 발광 다이오드(1233)는 상기 제2 광원 기판(1231)으로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제2 발광 다이오드(1233)는 녹색 LED일 수 있다.
상기 제3 광원(1240)은 특정 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제3 광원(1240)은 적색파장을 포함하는 광을 출력할 수 있다. 상기 제3 광원(1240)은 가시광선 파장 중 적색파장영역 내에 최대 출력을 가지는 광을 출력할 수 있다.
상기 제3 광원(1240)은 제3 광원 기판(1241) 및 제3 발광 다이오드(1243)를 포함할 수 있다. 상기 제3 발광 다이오드(1243)는 상기 제3 광원 기판(1241)에 실장될 수 있다. 상기 제3 발광 다이오드(1243)는 상기 제3 광원 기판(1241)으로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제3 발광 다이오드(1243)는 적색 LED일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)으로부터 출력된 광은 상기 확산판(1250)으로 전달될 수 있다. 상기 확산판(1250)은 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)으로부터 전달된 광을 내부에서 산란시켜 출력한다. 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)으로부터 입사된 광은 상기 확산판(1250) 내부에서 다수회 굴절 및 반사되어 외부로 출력된다. 상기 확산판(1250) 내부에서의 굴절 및 반사에 의해 상기 제1 광원(1220)으로부터의 청색광, 상기 제2 광원(1230)으로부터의 녹색광 및 상기 제3 광원(1240)으로부터의 적색광은 적절히 혼합되어 백색광으로 출력된다. 상기 확산판(1250)은 상기 제1 내지 제3 광원(1220, 1230, 1240)으로부터 광을 전달받아 백색광을 출력한다.
결과적으로 상기 광원(1200)은 상기 적색파장, 녹색파장 및 청색파장이 혼합된 형태의 파장을 가지는 광을 출력한다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력한다. 상기 광원(1200)이 백색광을 출력함으로써 상기 스캐너(1000)는 백색광을 통해 크로마틱 콘포칼방식으로 구현될 수 있다.
2) 광원의 다른 형태
도 5는 제1 실시 예에 따른 광원의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 다른 형태의 광원(1200)은 베이스(1210), 제1 광원(1220) 및 확산 변환판(1260)을 포함할 수 있다.
상기 베이스(1210)는 상기 제1 광원(1220)을 고정할 수 있다. 상기 베이스(1210)는 상기 제1 광원(1220)에 전원을 공급할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 상기 베이스(1210) 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 외부로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 상기 베이스(1210)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 특정 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 청색파장영역을 포함하는 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 가시광선 파장 중 청색파장영역 내에 최대 출력을 가지는 광을 출력할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 제1 광원 기판(1221) 및 제1 발광 다이오드(1223)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)에 실장될 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)으로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 청색 LED일 수 있다.
상기 제1 광원(1220)으로부터 출력된 광은 상기 확산 변환판(1260)으로 전달될 수 있다.
상기 확산 변환판(1260)은 상기 제1 광원(1220)으로부터의 광이 전달되는 경로상에 위치할 수 있다. 상기 확산 변환판(1260)은 상기 제1 광원(1220)으로부터 입사된 광의 파장을 변환시키고, 광을 확산하여 출력할 수 있다. 상기 확산 변환판(1260)은 상기 제1 광원(1220)으로부터 입사된 광의 파장영역을 확장시켜 출력할 수 있다. 즉, 상기 확산 변환판(1260)으로 입사된 광에 비해 상기 확산 변환판(1260)으로부터 출력된 광은 넓은 파장영역을 가질 수 있다. 상기 확산 변환판(1260)은 백색광을 출력할 수 있다.
상기 확산 변환판(1260)은 파장 변환물질을 포함할 수 있다. 상기 확산 변환판(1260)은 양자점, 무기 형광체, 유기 형광체 또는 염료 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 확산 변환판(1260)은 적색 형광체 및 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 확산 변환판(1260)에 입사된 광은 상기 확산 변환판(1260) 내부에서 굴절 및 반사되어 외부로 출력될 수 있다. 상기 확산 변환판(1260) 내부에 입사된 광은 상기 확산 변환판(1260) 내부의 파장 변환물질에 굴절 및 반사되면서 광의 파장이 변환되어 외부로 출력될 수 있다.
도 4에 비해 도 5의 광원의 경우 상기 제1 광원(1220)을 이용하여 백색광을 출력시킬 수 있어, 간이한 구조로 광원을 구성할 수 있는 효과가 있다.
3) 광원의 또 다른 형태
도 6은 제1 실시 예에 따른 광원의 또 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 또 다른 형태의 광원(1200)은 다수의 제1 광원(1220) 및 반사변환부재(1270)를 포함할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 특정 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 청색파장영역을 포함하는 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 광원(1220)은 가시광선 파장 중 청색파장영역 내에 최대 출력을 가지는 광을 출력할 수 있다.
상기 제1 광원(1220)은 제1 광원 기판(1221) 및 제1 발광 다이오드(1223)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)에 실장될 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 상기 제1 광원 기판(1221)으로부터 전원을 공급받아 발광할 수 있다. 상기 제1 발광 다이오드(1223)는 청색 LED일 수 있다. 상기 제1 광원(1220) 또한 도 4 및 도 5와 같이 베이스에 의해 고정될 수 있으나 도면으로의 도시는 생략한다.
상기 제1 광원(1220)은 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광이 진행하는 방향의 반대방향으로 광을 출력할 수 있다. 즉, 상기 제1 광원(1220)의 광의 출력 방향과 상기 광원(1200)의 광의 출력방향은 반대방향일 수 있다.
상기 반사변환부재(1270)는 곡률을 가지는 형상을 가질 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 반구형상을 가질 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 내부가 빈 반구형상을 가질 수 있다.
상기 반사변환부재(1270)는 입사되는 광을 반사할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 입사되는 광의 파장을 변환할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 입사되는 광의 파장을 변환하여 반사시켜 출력할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 제1 광원(1220)으로부터 입사된 광의 파장영역을 확장시켜 출력할 수 있다. 즉, 상기 반사변환부재(1270)로 입사된 광에 비해 상기 반사변환부재(1270)에 의해 반사되어 출력된 광은 넓은 파장영역을 가질 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 상기 제1 광원(1220)으로부터의 광을 반사하여 결과적으로 상기 제1 광원(1220)에서의 광의 진행방향과 반대방향으로 광을 출력할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 백색광을 출력할 수 있다.
상기 반사변환부재(1270)의 형상에 의해 출광영역이 정의될 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 반구형상으로 형성되어, 반구형상의 개방된 영역에 의해 출광영역이 정의될 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)에 의해 반사된 광은 상기 출광영역을 통해 출력될 수 있다. 상기 출광영역은 원형일 수 있다.
상기 다수의 제1 광원(1220)은 상기 출광영역을 둘러싸는 영역에 위치할 수 있다. 즉, 상기 다수의 제1 광원(1220)은 상기 출광영역을 둘러싸는 원형 띠 형상으로 형성될 수 있다.
상기 반사변환부재(1270)는 반사율이 높은 물질 및 파장 변환물질을 포함할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 양자점, 무기 형광체, 유기 형광체 또는 염료 중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 적색 형광체 및 녹색 형광체를 포함할 수 있다.
상기 반사변환부재(1270)는 다층 구조로 형성될 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)는 반사층 및 파장 변환층을 포함할 수 있다. 상기 파장 변환층은 상기 반사층에 비해 상기 제1 광원(1220)에 가까운 위치에 형성될 수 있다. 상기 반사변환부재(1270)가 반사층 및 파장 변환층을 포함하는 경우 상기 제1 광원(1220)으로부터의 광은 상기 반사변환부재(1270)의 파장 변환층에 입사된 후 상기 반사층에 반사되어 다시 파장 변환층을 투과하여 출광영역으로 출력된다.
도 5에 비해 도 6의 광원의 경우 상기 반사변환부재(1270)에 의해 반사된 백색광을 출력할 수 있어, 특정영역에 광이 집중되는 현상을 방지할 수 있다.
(3) 광학계
1) 광학계 구조
도 7은 제1 실시 예에 따른 광학계를 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)는 상부전극(1510), 하부전극(1520) 및 액정층(1530)을 포함한다.
상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)은 대향하여 형성되고, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520) 사이에는 액정층(1530)이 개재될 수 있다.
상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)은 투명도전성 물질로 형성될 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)은 광을 투과시킬 수 있고, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 전압이 인가될 수 있다.
상기 상부전극(1510)은 영역별로 분할되어 형성될 수 있다. 상기 상부전극(1510)은 분할된 영역별로 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 하부전극(1520)은 영역별로 분할되어 형성될 수 있다. 상기 하부전극(1520)은 분할된 영역별로 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520)의 분할영역은 서로 대응될 수 있다.
상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520)에 인가되는 전압에 의해 전계가 형성될 수 있다.
상기 액정층(1530)은 다수의 액정(1540)을 포함할 수 있다. 상기 액정(1530)은 전압에 따라 분자배열이 변경될 수 있다. 상기 액정(1540)은 전계의 방향에 따라 분자배열이 변경될 수 있다.
상기 액정(1540)이 전계방향에 따라 분자배열이 변경됨으로써 상기 액정층(1530)을 투과하는 광은 분자배열에 따라 광학적 특성이 변경될 수 있다. 상기 액정층(1530)에 전압이 인가되면 전계가 형성되고, 전계방향에 따라 입력되는 광의 특성이 변환되어 출력될 수 있다.
상기 액정층(1530)은 인가되는 전압에 따라 입력되는 광의 초점거리를 조절한 광을 출력할 수 있다. 상기 액정층(1530)은 인가되는 전압에 따라 색수차를 조절한 광을 출력할 수 있다. 상기 액정층(1530)은 인가되는 전압에 따라 입력되는 광의 경로를 조절하여 출력할 수 있다.
도면에서는 상기 액정층(1530)을 사이에 두고 상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520)이 배치되어 있는 것을 도시하였으나, 상기 액정층(1530)의 어느 하나의 측면에만 전극이 형성되고, 분할된 전극에 서로 다른 전계를 인가하여 상기 액정층(1530)의 배열을 변경할 수도 있다.
상기 액정층(1530)에 인가되는 전압에 따라 액정층(1530)의 배열이 변경될 뿐, 상기 광학계(1500)의 표면형상은 변화가 없다. 즉, 상기 광학계(1500)의 표면형상은 전압 인가여부와 관계없이 일정하게 유지될 수 있다. 다시 말해, 광의 초점거리를 조절하는 구성의 표면 형상은 상기 전압 인가여부와 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.
상기 액정층(1530)에 의한 광의 변환은 아래에서 상세히 설명한다.
2) 광학계에서 출력되는 광
도 8은 제1 실시 예에 따른 광학계에서 변경되어 출력되는 광을 도시하는 도면이다.
도 8a는 제1 상태에서의 광의 변환을 나타내는 도면이고, 도 8b는 제2 상태에서의 광의 변환을 나타내는 도면이고, 도 8c는 제3 상태에서의 광의 변환을 나타내는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)는 제1 상태로 동작한다.
상기 광학계(1500)의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 상기 액정층(1530)이 최초의 상태와 동일한 상태가 되도록 전압이 인가될 수 있다. 상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520)의 분할영역에는 모두 동일한 전압이 인가될 수 있다. 즉, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 동일한 전압이 인가될 수 있다.
또는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 어떠한 전압이 인가되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)은 플로팅 상태가 되어 상기 액정(1540)은 최초상태와 동일한 상태가 될 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 어떠한 전압이 인가되지 않아 상기 액정(1540)은 최초 배향방향으로 배열될 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)은 입사되는 광의 특성을 변경하지 않고 광을 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 글라스와 같이 동작할 수 있다. 다만, 상기 액정층(1530)에 의해 광의 세기는 감쇠된 채로 출력될 수도 있다.
예를 들어, 상기 광학계(1500)의 일측으로부터 제1 광(l1)이 입력되는 경우 상기 광학계(1500)를 투과하여 타측으로 출력되는 광도 제1 광(l1)이다. 또한, 반대로 상기 광학계(1500)의 타측으로부터 제1 광(l1)이 입력되는 경우에도 상기 광학계(1500)를 투과하여 타측으로 출력되는 광도 제1광(l1)이다.
도 8b를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)는 제2 상태로 동작한다.
상기 광학계(1500)의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 상기 액정층(1530)은 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 액정층(1530)이 제2 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)의 외곽영역에 있는 액정들은 최초 배향방향 기준으로 상대적으로 많은 변화량을 가지도록 배열이 변경되고, 상기 액정층(1530)의 중앙영역에 있는 액정은 최초 배향방향 기준으로 상대적으로 작은 변화량을 가지도록 배열이 변경된다.
즉, 상기 액정층(1530)의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 액정의 변화량이 크도록 액정이 배열된다. 상기 액정의 변화량은 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 인가되는 전압에 의해 야기될 수 있다. 상기 액정의 변화량은 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역의 전계세기에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해, 상기 액정의 변화량은 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 인가되는 전압차에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역의 전압차가 크면 액정의 변화량은 커지고, 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역의 전압차가 작으면 액정의 변화량은 작아질 수 있다. 이러한 현상에 의해 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 전압차를 조절함으로써 도시한 바와 같이 상기 액정이 배열될 수 있다.
상기 전압차에 따른 액정의 변화량은 액정의 특성에 따라 달라질 수 있다. 즉, 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 인가되는 전압의 차이가 작으면 액정의 변화량이 커지고, 서로 마주보는 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역의 전압차가 크면 액정의 변화량이 작아질 수도 있다.
상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)에 입사되는 광의 특성은 변경된 상태로 출력될 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)은 볼록렌즈에 대응되는 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1500)의 일측에 평행하는 광다발이 입사되는 경우 상기 광학계(1500)의 타측에는 서로 다른 초점을 가지는 다수의 광이 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)의 타측으로 출력되는 다수의 광은 서로 다른 색수차를 가질 수 있다. 상기 광학계(1500)의 타측으로 출력되는 다수의 광은 서로 다른 경로를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광(l1)이 평행하는 광다발 형태로 상기 광학계(1500)의 일측으로 입사되면, 상기 광학계(1500)는 제2광(l2), 제3 광(l3) 및 제4 광(l4)을 상기 광학계(1500)의 타측으로 출력할 수 있다.
상기 제1 광(l1)은 서로 다른 다수의 파장의 혼합으로 형성된 백색광이므로, 상기 제1 광(l1)에는 서로 다른 다수의 파장성분이 존재한다. 상기 제1 광(l1)이 제2 상태에서 볼록렌즈 역할을 하는 상기 광학계(1500)에 입사되면, 상기 광학계(1500)의 액정층(1530)을 지나면서 다수의 파장별로 굴절률이 달라져 출력되는 제2 광(l2), 제3광(l3) 및 제4 광(l4)은 서로 다른 초점을 가지도록 상기 광학계(1500)의 타면과 인접한 영역에 초점을 형성한다. 즉, 상기 액정층(1530)을 지나면서 다수의 파장별로 굴절률이 달라져 상기 제2 광(l2), 제3 광(l3) 및 제4 광(l4)은 서로 다른 경로로 진행하여 서로 다른 초점을 가지도록 초점을 형성한다. 다시 말해, 상기 액정층(1530)의 색수차에 의해 상기 광학계(1500)의 타면으로 출력되는 광은 파장에 따라 분리될 수 있다. 파장에 따라 서로 다른 색을 가지므로, 상기 광학계(1500)에 입사된 백색광은 서로 다른 색을 가지는 광으로 분리되어 출력될 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력되는 제2 광(l2)은 굴절되어 제1 초점(f1)에 모이고, 상기 제3 광(l3)은 굴절되어 제2 초점(f2)에 모이고, 상기 제4 광(l4)은 굴절되어 제3 초점(f3)에 모일 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 제1 초점(f1)을 가질 수 있고, 상기 제3 광(l3)은 제2 초점(f2)을 가질 수 있고, 상기 제4 광(l4)은 제3 초점(f3)을 가질 수 있다.
상기 제2 광(l2)은 상기 제3 광(l3)에 비해 짧은 파장의 광일 수 있다. 상기 제3 광은 상기 제4 광(l4)에 비해 짧은 파장의 광일 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 상기 제4 광(l4)에 비해 짧은 파장의 광일 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 다수의 광은 파장이 짧을수록 상기 광학계(1500)와 인접하는 영역에 초점이 형성되고, 파장이 길수록 상기 광학계(1500)와 이격되는 영역에 초점이 형성된다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 파장과 초점과의 관계는 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 파장이 길수록 상기 광학계(1500)와 인접하는 영역에 초점이 형성되고, 광의 파장이 짧을수록 상기 광학계(1500)와 이격된 영역에 초점이 형성될 수도 있다.
상기 제2 광(l2)은 청색광일 수 있고, 상기 제3 광(l3)은 녹색광일 수 있고, 상기 제4 광(l4)은 적색광일 수 있다. 도면에서는 상기 광학계(1500)를 통해 출력되는 광이 3개의 초점을 가지는 것으로 도시하였으나, 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 3개 미만 또는 3개 이상의 초점을 가질 수도 있다.
반대로, 상기 광학계(1500)의 타면으로 다수의 초점을 가지는 광이 입사되는 경우 상기 광학계(1500)를 지나 상기 광학계의 일면으로 출력되는 광은 평행하는 광 다발 형태로 출력될 수도 있다.
도 8c를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)는 제3 상태로 동작한다.
상기 광학계(1500)는 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 상기 광학계(1500)는 제3 상태로 동작할 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되어 상기 액정층(1530)은 제3 상태로 동작할 수 있다.
상기 액정층(1530)이 제3 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)의 외곽영역에 있는 액정들은 최초 배향방향 기준으로 상대적으로 많은 변화량을 가지도록 배열이 변경되고, 상기 액정층(1530)의 중앙영역에 있는 액정은 최초 배향방향 기준으로 상대적으로 작은 변화량을 가지도록 배열이 변경된다.
즉, 상기 액정층(1530)의 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 액정의 변화량이 크도록 액정이 배열된다. 상기 액정의 변화량은 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할된 영역에 인가되는 전압에 의해 야기될 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 분할영역에 인가되는 전압은 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우에 인가되는 전압의 역전압일 수 있다. 즉, 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 특정 영역의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 전압차가 5V인 경우 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 특정 영역의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 전압차는 -5V일 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)에 입사되는 광의 특성은 변경된 상태로 출력될 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 액정층(1530)은 오목렌즈에 대응되는 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1500)를 투과한 광은 상기 광학계(1500)를 통해 광의 경로가 변경되어 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)의 일측에 평행하는 광다발이 입사되는 경우 상기 광학계(1500)를 투과하여 광이 발산될 수 있다. 상기 광학계(1500)를 투과하여 출력되는 광은 상기 광축을 기준으로 광의 경계가 점진적으로 외부로 진행될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광(l1)이 평행하는 광다발 형태로 상기 광학계(1500)의 일측으로 입사되면, 상기 광학계(1500)는 제5 광(l5)을 출력할 수 있다. 상기 제5 광(l5)은 제1 광(l1)을 기준으로 상기 광축의 외부방향으로 각도를 가지고 출력될 수 있다.
상기 제1 광(l1) 또는 제5 광(l5)을 상기 광학계(1500)의 일면과 평행하는 면으로 절단한 단면은 수광영역으로 정의될 수 있다. 상기 제5 광(l5)의 수광영역은 상기 광학계(1500)로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
반대로, 상기 제5 광(l5)이 상기 광학계(1500)의 타면으로 입사되는 경우 상기 광학계(1500)에 의해 광의 경로가 변경되어 상기 제1 광(l1) 형태로 출력될 수 있다. 즉, 각도를 가지는 광이 상기 광학계(1500)의 타면에 입사되어 평행하는 광으로 출력될 수 있다.
3) 광학계의 다른 구조
도 9는 제1 실시 예에 따른 광학계의 다른 구조를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)는 다수의 상부전극(1510), 다수의 하부전극(1520) 및 액정층(1530)을 포함할 수 있다.
상기 다수의 상부전극(1510)은 상부기판(1511)에 형성될 수 있고, 상기 다수의 하부전극(1520)은 하부기판(1521)에 형성될 수 있다.
상기 액정층(1530)은 상기 상부기판(1511) 및 하부기판(1521) 사이에 개재될 수 있다.
상기 상부기판(1511)은 상기 하부기판(1521)과 대응되는 형상을 가질 수 있다. 상기 상부기판(1511)은 원형으로 형성될 수 있고, 상기 하부기판(1521) 또한 원형으로 형성될 수 있다. 상기 상부기판(1511) 및 하부기판(1521)은 원기둥형상을 가질 수 있다.
상기 액정층(1530)은 원기둥형상으로 형성될 수 있다. 상기 액정층(1530)의 일면은 상기 상부기판(1511) 및 하부기판(1521)의 일면과 대응되는 면적을 가질 수 있다.
상기 상부기판(1511), 하부기판(1521) 및 액정층(1530)의 형상에 의해 상기 광학계(1500)는 원기둥형상을 가질 수 있다. 상기 상부기판(1511), 하부기판(1521) 및 액정층(1530)의 중심축은 동일할 수 있다. 상기 상부기판(1511), 하부기판(1521) 및 액정층(1530)의 중심축은 상기 광학계(1500)에 입사되는 광축과 동일할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 광축의 연장된 선 상에 광의 초점들이 위치할 수 있다.
상기 상부기판(1511)에는 다수의 상부전극(1510)이 형성될 수 있다. 상기 다수의 상부전극(1510)은 중심이 동일한 원형 띠 형상으로 형성될 수 있다. 상기 다수의 상부전극(1510)의 중심은 상기 상부기판(1511)의 중심축과 동일할 수 있다.
상기 상부전극(1510)은 제1 내지 제5 상부전극(1510a 내지 1510e)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 상부전극(1510a 내지 1510e)은 각각 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 제1 상부전극(1510a)은 상기 상부기판(1511)의 중심에 가장 인접한 원형 띠 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2 상부전극(1510b)은 상기 제1 상부전극(1510a)의 외곽에 형성될 수 있다. 상기 제2 상부전극(1510b)은 상기 제1 상부전극(1510a)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제3 상부전극(1510c)은 상기 제2 상부전극(1510b)의 외곽에 형성될 수 있다. 상기 제3 상부전극(1510c)은 상기 제2 상부전극(1510b)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제4 상부전극(1510d)은 상기 제3 상부전극(1510c)의 외곽에 형성될 수 있다. 상기 제4 상부전극(1510d)은 상기 제3 상부전극(1510c)과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제5 상부전극(1510e)은 상기 제4 상부전극(1510d)의 외곽에 형성될 수 있다. 상기 제5 상부전극(1510e)은 상기 제4 상부전극(1510d)과 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 제5 상부전극(1510e)은 상기 상부기판(1511)의 최외곽에 형성될 수 있다.
상기 제1 내지 제5 상부전극(1510a 내지 1510e)은 서로 분리되어 구동될 수 있다. 상기 제1 내지 제5 상부전극(1510a 내지 1510e)에는 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 하부기판(1521)에는 다수의 하부전극(1520)이 형성될 수 있다. 상기 다수의 하부전극(1520)은 중심이 동일한 원형 띠 형상으로 형성될 수 있다. 상기 다수의 하부전극(1520)의 중심은 상기 하부기판(1521)의 중심축과 동일할 수 있다.
상기 하부전극(1520)은 제1 내지 제5 하부전극(1520a 내지 1520e)을 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 하부전극(1520a 내지 1520e)은 각각 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제1 하부전극(1520a)은 상기 제1 상부전극(1510a)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2 하부전극(1520b)은 상기 제2 상부전극(1510b)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제3 하부전극(1520c)은 상기 제3 상부전극(1510c)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제4 하부전극(1520d)은 상기 제4 상부전극(1510d)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제5 하부전극(1520e)은 상기 제5 상부전극(1510e)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
대응되는 상기 상부전극과 하부전극에 인가되는 전압차에 의해 전계가 발생할 수 있다. 상기 전계에 의해 상기 액정층(1530)의 액정의 배열이 변경될 수 있다. 상기 다수의 상부전극(1510)과 다수의 하부전극(1520)이 광학축을 기준으로 동일한 중심을 가지는 원형 띠 형상으로 형성됨으로써 액정의 배열이 광학축을 중심으로 변경될 수 있다. 따라서 영역별 왜곡 없이 광의 특성을 변경시킬 수 있다.
도면에서는 상기 다수의 상부전극(1510)과 다수의 하부전극(1520)이 각각 5개씩 형성되어 있는 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)은 필요에 의해 더 많은 개수로 형성될 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 개수가 많아질수록 상기 액정층(1530)의 세밀한 제어가 가능할 수 있다.
4) 광학계의 구동
도 10은 도 9의 광학계에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 9의 제1 실시 예에 따른 광학계(1500)의 다수의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에는 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.
상기 상부전극(1510)에는 제1 인가전압(V1)이 인가될 수 있고, 상기 하부전극(1520)에는 제2 인가전압(V2)이 인가될 수 있다. 상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520) 사이의 액정층(1530)에 형성되는 전계는 전압의 크기에 비례하고, 상부전극(1510)과 하부전극(1520)간의 거리에 반비례한다.
상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520) 간의 거리는 동일하므로, 상기 액정층(1530)에 형성되는 전계는 상기 상부전극(1510)과 하부전극(1520)에 인가되는 전압의 차이에 의해 결정될 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제2 상태인 경우를 예로 들어 설명하면, 상기 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)의 중앙영역에 위치하는 전극에 인가되는 전압차이가 외곽영역에 위치하는 전극에 인가되는 전압 차이보다 클 수 있다. 상기 중앙영역에서 외곽영역으로 갈수록 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)에 더 작은 차이를 가지는 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 상부전극(1510a) 및 제1 하부전극(1520a)에 인가되는 전압차이가 가장 클 수 있다. 상기 제2 상부전극(1510b) 및 제2 하부전극(1520b)에 인가되는 전압차이는 상기 제1 상부전극(1510a) 및 제1 하부전극(1520a)에 인가되는 전압차이보다 작을 수 있다. 상기 제3 상부전극(1510c) 및 제3 하부전극(1520c)에 인가되는 전압차이는 상기 제2 상부전극(1510b) 및 제2 하부전극(1520b)에 인가되는 전압차이보다 작을 수 있다. 상기 제4 상부전극(1510d) 및 제4 하부전극(1520d)에 인가되는 전압차이는 상기 제3 상부전극(1510c) 및 제3 하부전극(1520c)에 인가되는 전압차이보다 작을 수 있다. 상기 제5 상부전극(1510e) 및 제5 하부전극(1520e)에 인가되는 전압차이는 상기 제4 상부전극(1510d) 및 제4 하부전극(1520d)에 인가되는 전압차이보다 작을 수 있다. 상기 제5 상부전극(1510e) 및 제5 하부전극(1520e)에 인가되는 전압차이는 가장 작을 수 있다.
도면에서는 5개의 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)이 형성되어 있는 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 개수는 5개 이상일 수 있고, 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 폭은 더 작아질 수 있다. 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 개수가 증가하고 폭이 작아지면 도 10에 도시한바와 같이 상기 상부전극(1510) 및 하부전극(1520)의 전압차이는 곡선형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 액정층(1530)에 인가되는 전계는 중앙영역에서 최대값을 가지는 곡선형상을 가질 수 있다. 상기 액정층(1530)에 인가되는 전계가 도 10과 같이 형성됨으로써 상기 액정층(1530)은 볼록렌즈 역할을 하고, 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 액정층(1530)에는 도 11과 같은 형태의 전계가 인가될 수도 있다. 도 9의 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 도 11과 같은 전계가 인가됨으로써 상기 액정층(1530)은 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와 같이 동작할 수 있다. 프레넬 렌즈의 광학적 특성은 볼록렌즈의 광학적 특성과 동일하므로, 도 11과 같은 형태의 전계가 인가됨으로써 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
(4) 스캐너의 색상정보 획득
도 12는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다.
도 12에서는 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작한다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 가로축(x)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)는 상기 광원(1200)으로부터 입사되는 광을 투과시키므로 상기 광원(1200)으로부터 입사된 광은 투과되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다.
상기 광학계(1500)가 제1 상태인 경우 상기 광학계(1500)는 입력되는 광의 특성을 변경하지 않고 광을 출력할 수 있다. 즉, 상기 광학계(1500)가 제1 상태인 경우 상기 광학계(1500)는 글라스와 같이 동작할 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)를 통해 광학계(1500)로 입사된 광은 상태 변화없이 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700)로 진행한다.
상기 광학계(1500)로 입사된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 미러(1700)에 입사된 광은 제2 세로축(y2) 방향으로 반사되어 오브젝트에 입사된다. 상기 오브젝트는 치아일 수 있다.
상기 오브젝트에 의해 반사된 광은 다시 사이 미러(1700)로 입사되고, 상기 미러(1700)는 상기 미러(1700)에 입사된 광을 상기 광학계(1500) 방향으로 가로축(x)을 따라 반사시킨다.
상기 미러(1700)로부터 반사된 광은 상기 광학계(1500)로 입사될 수 있다. 상기 미러(1700)로부터 반사된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 광학계(1500)로 입사될 수 있다. 상기 광학계(1500)에 입사된 광은 광의 특성이 변경되지 않은 상태로 상기 빔스플리터(1600)에 입사된다. 상기 빔스플리터(1600)에 입사된 광은 상기 디텍터(1300) 방향으로 반사될 수 있다.
상기 디텍터(1300) 방향으로 반사된 광은 제1 세로축(y1) 방향으로 진행하여 상기 디텍터(1300)에 입사된다.
상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환하여 상기 오브젝트의 색상정보를 획득할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 표면 색상을 획득할 수 있다.
또는 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 미리보기 영상을 획득할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 상기 오브젝트의 상부에서 조사되어 반사된 광을 검출하므로, 상기 오브젝트의 상부에서 오브젝트를 바라본 영상을 획득할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 오브젝트의 상부에서 바라본 영상을 획득하여 출력함으로써 사용자에게 미리보기 영상을 제공할 수 있다.
상기 색상정보 및 미리보기 영상은 상기 오브젝트에 대한 2차원 이미지일 수 있다.
(5) 스캐너의 표면정보 획득
도 13은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 13a는 상기 오브젝트로 전달되는 광에 대한 도면이고, 도 13b는 상기 오브젝트를 통해 반사된 광이 디텍터로 전달되는 경로를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다.
도 13에서는 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작한다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 가로축(x)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)에 입사된 광은 투과되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다.
상기 광학계(1500)가 제2 상태인 경우 상기 광학계(1500)는 볼록렌즈와 같이 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지도록 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 광학계(1500)에 제1 광(l1)이 입사되면, 상기 광학계(1500)는 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)을 출력할 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 초점거리가 다른 광일 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 다른 파장을 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 상기 제3 광(l3)보다 짧은 초점거리를 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점보다 상기 광학계(1500)에 인접할 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700) 방향으로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 제한부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다. 상기 미러(1700)에 도달한 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 반사되어 상기 제2 세로축(y2)을 따라 상기 오브젝트로 전달된다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 제2 세로축(y2) 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 제2 세로축(y2) 상에서 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점에 비해 상기 미러(1700)에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사될 수 있다. 상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트 표면에 초점이 위치하지 않는 광도 반사되지만 다시 상기 스캐너(1100) 내부로 입사되는 양이 작아 노이즈로 처리할 수 있다. 다시 말해, 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광만 상기 디텍터(1300)로 입사되어 정보로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 오브젝트로 입사된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3) 중 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 오브젝트의 표면에 위치하고, 상기 제3 광(l3)의 초점은 상기 오브젝트의 내부에 위치한다. 따라서, 상기 제3 광(l3)은 상기 오브젝트에 의해 산란 및 반사되고, 상기 제2 광(l2) 만 상기 미러(1700)로 입사된다.
상기 미러(1700)는 상기 제2 광(l2)을 반사시켜 상기 광학계(1500) 방향으로 전달한다. 상기 미러(1700)로부터 반사된 상기 제2 광(l2)은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 광학계(1500)로 입사될 수 있다. 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)에 전달된 제2 광(l2)은 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다. 상기 빔스플리터(1600)에 의해 반사된 광은 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 디텍터(130) 방향으로 전달된다. 상기 디텍터(1300)는 상기 제2 광(l2)을 전기신호로 변환한다.
상기 디텍터(1300)에 입사되는 광의 파장을 통해 상기 오브젝트의 깊이정보를 측정할 수 있다. 즉, 상기 광학계(1500)에 의해 파장별로 서로 다른 초점거리가 결정되고, 특정 파장의 광이 상기 디텍터(1300)에 의해 측정되는 경우 상기 특정파장에 대응되는 초점거리가 상기 오브젝트의 깊이정보와 대응된다. 도면에서는 제2 광(l2)의 초점거리가 미리 결정되어 있으므로, 상기 디텍터(1300)에 상기 제2 광(l2)이 검출되면, 상기 오브젝트의 표면은 상기 제2 광(l2)의 초점의 위치에 존재하는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 존재하는 광의 파장을 통해 상기 오브젝트의 깊이정보를 연산할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 컬러센서일 수 있으므로, 상기 컬러센서에 의해 상기 디텍터(1300)로 입사되는 광의 파장을 간이하게 연산할 수 있어 상기 오브젝트의 깊이정보를 산출할 수 있다. 다시 말해, 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광의 컬러 값을 이용하여 상기 오브젝트의 깊이정보를 산출할 수 있다.
상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 때는 상기 디텍터(1300)에 입사되는 광은 초점이 있는 광이며, 상기 오브젝트의 색상정보를 획득할 때, 상기 디텍터(1300)에 입사되는 광은 면광이므로, 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 때 상기 디텍터(1300)에 수광되는 광량은 상기 오브젝트의 색상정보를 획득할 때 상기 디텍터(1300)에 수광되는 광량보다 작을 수 있다. 또는, 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 때, 상기 디텍터(1300)의 수광영역은 상기 오브젝트의 색상정보를 획득할 때, 상기 디텍터(1300)의 수광영역보다 작을 수 있다.
상기 디텍터(1300)를 매트릭스 형태로 구성하고, 상기 광원(1200) 또한 다수의 매트리스 형태로 구성함으로써, 오브젝트의 2차원 평면에 광을 조사하고, 반사되는 광을 측정하여 깊이정보를 연산할 수 있으므로, 상기 제1 제어부(1400)는 이를 통해 3차원 표면정보를 획득할 수 있다.
즉 상기 디텍터(1300)는 행과 열로 배치되는 다수의 단위화소를 포함하는 화소 어레이로 구성되고, 각각의 화소에 좌표가 부여되어 2차원으로 반사되는 광을 측정할 수 있고, 각각의 화소에서 측정되는 깊이 정보에 의해 3차원 표면정보가 획득될 수 있다.
도 12 에서 제1 실시 예에 따른 스캐너는 색상정보를 획득하고, 도 13에서 제1 실시 예에 따른 스캐너는 표면정보를 획득할 수 있다. 제1 실시 예에 따른 스캐너는 별도의 렌즈의 물리적 이동없이 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압을 제어함으로써 하나의 스캐너로 표면정보와 색상정보를 획득할 수 있다. 따라서, 스캐너의 진동 및 소음을 방지할 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 표면정보와 색상정보를 취득할 수 있는 크로마틱 콘포칼 방식의 스캐너가 구현될 수 있다.
또한, 제1 실시 예에 따른 스캐너는 표면정보와 색상정보를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상을 생성할 수 있어 보다 실제적인 모델링이 가능하다. 특히, 구강 스캐너의 경우 오브젝트가 치아이므로, 치아의 3D표면정보 뿐만 아니라 색상정보를 얻을 수 있어 임플란트 제작시 주변치아색을 고려하여 치아를 디자인할 수 있는 효과가 있다.
(6) 스캐너의 광각
미리보기
획득
도 14는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다.
도 14에서는 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작한다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 가로축(x)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)에 입사된 광은 투과되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태인 경우 상기 광학계(1500)는 오목렌즈와 같이 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 광의 경로가 변경되어 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 발산될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 상기 광축을 기준으로 광의 경계가 점진적으로 외부로 진행할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 수광영역은 상기 광학계(1500)로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700) 방향으로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 미러(1700)에 도달한 광은 반사되어 상기 제2 세로축(y2)을 따라 오브젝트로 전달된다. 상기 오브젝트에 입사된 광은 도 12의 오브젝트에 입사된 광에 비해 넓은 수광영역을 가질 수 있다. 즉, 상기 오브젝트에 입사된 광은 넓은 수광영역을 가지므로 상기 오브젝트의 보다 넓은 영역이 조명된다.
상기 오브젝트에 의해 반사된 광은 상기 미러(1700)로 전달된다. 상기 미러(1700)에 입사된 광은 반사되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다. 상기 광학계(1500)에 입사된 광은 반대로 수광영역이 작아지도록 변경되어 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다. 상기 미러(1700)에 의해 반사된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)에 도달한 광은 반사되어 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 디텍터(1300) 방향으로 전달되고, 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환하여 상기 오브젝트의 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 상기 미러(1700)로부터 상기 광학계(1500)로 입사되는 광에 있어서, 보다 넓은 영역의 광이 상기 디텍터(1300)에 입사됨으로써 도 12의 미리보기 영상에 비해 보다 넓은 범위의 미리보기 영상을 생성할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 사용자에게 광각 미리보기 영상을 제공하여 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
(7) 스캐너의 구동방법
1) 시분할 구동
도 15는 제1 실시 예에 따른 스캐너의 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 시분할 방식으로 구동될 수 있다.
상기 스캐너(1000)는 제1 구간과 제2 구간으로 반복되어 구동될 수 있다.
상기 제1 구간은 상기 제2 구간에 비해 상대적으로 긴 구간일 수 있다. 또는 상기 제1 구간은 상기 제2 구간과 동일한 길이를 가질 수도 있다. 상기 제1 구간은 상기 제2 구간에 비해 상대적으로 짧은 구간일 수도 있다. 다만, 상기 표면정보를 획득하는 제1 구간이 연산량이 많아 상기 제1 구간이 제2 구간에 비해 상대적으로 긴 시간을 가지는 것이 보다 적합할 수 있다.
상기 제1 구간에서 상기 스캐너(1000)는 표면정보를 획득할 수 있다. 상기 제1 구간에서 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제2 상태로 동작시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제1 구간에서 상기 광학계(1500)를 제2 상태로 동작시켜, 상기 디텍터(1300)에 인가되는 광을 통해 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다.
상기 제2 구간에서 상기 스캐너(1000)는 색상정보를 획득할 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제1 상태로 동작시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제2 구간에서 상기 광학계(1500)를 제1 상태로 동작시켜, 상기 디텍터(1300)에 인가되는 광을 통해 오브젝트의 색상정보를 획득할 수 있다.
또한 도시하지는 않았지만, 상기 제2 구간에서 상기 스캐너(1000)는 미리보기 정보를 추가적으로 획득할 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제1 상태로 동작시켜 상기 디텍터(1300)에 인가되는 광을 통해 미리보기 정보를 획득할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제1 상태 또는 제2 상태로 구동시킨다.
상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하기 위해서는 상기 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되는 전압 세트가 존재한다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하기 위해 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되어야 하는 전압 세트를 제1 전압세트로 정의할 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하기 위해서는 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되는 전압 세트가 존재한다. 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하기 위해 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되어야 하는 전압 세트를 제2 전압세트로 정의할 수 있다.
상기 제1 전압세트 및 제2 전압세트는 룩업 테이블 형태로 저장될 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 룩업 테이블 형태로 저장된 제1 전압세트 또는 제2 전압세트를 상기 광학계(1500)로 인가하여 상기 광학계(1500)를 제1 상태 또는 제2 상태로 동작시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 제어부(1400)는 제1 구간에서 상기 광학계(1500)에 제2 전압세트를 인가하여 상기 광학계(1500)를 제2 상태로 구동시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제2 구간에서 상기 광학계(1500)에 제1 전압세트를 인가하여 상기 광학계(1500)는 제1 상태로 구동시킬 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제1 상태에 있는 경우 상기 색상정보와 상기 미리보기 정보는 서로 분리되어 측정되는 것이 아니라, 상기 디텍터(1300)에 인가된 광을 변경하면, 색상정보와 미리보기 정보를 함께 획득할 수 있다.
상기 스캐너(1000)를 시분할 방식으로 구현함으로써 짧은 시간에 표면정보와 색상정보를 얻을 수 있어 이를 조합하여 색상을 가지는 오브젝트에 대한 입체영상을 획득할 수 있다.
2) 다른 구동방법
도 16은 제1 실시 예에 따른 스캐너의 다른 구동방법을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15에 비해 제3 구간이 추가된 것 이외에는 동일하다. 따라서, 도 16을 설명함에 있어, 도 15와 공통되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 16을 참조하면, 제1 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 시분할 방식으로 구동될 수 있다.
상기 스캐너(1000)는 제1 구간, 제2 구간 및 제3 구간이 반복되어 구동될 수 있다.
상기 제3 구간은 상기 제1 구간 및 제2 구간에 비해 상대적으로 짧은 구간일 수 있다. 상기 제3 구간은 제1 구간 및 제2 구간에 비해 연산량이 작아 상대적으로 짧은 구간을 가지더라도 처리가 가능하다.
상기 스캐너(1000)는 상기 제1 구간, 제2 구간 및 제3 구간 순서대로 순차적으로 구동될 수 있다.
상기 제3 구간에서 상기 스캐너(1000)는 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 상기 제3 구간에서 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제3 상태로 동작시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제3 구간에서 상기 광학계(1500)를 제3 상태로 동작시켜, 상기 디텍터(1300)에 인가되는 광을 통해 상기 오브젝트에 대한 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태로 구동시킬 수 있다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하기 위해서는 상기 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되는 전압 세트가 존재한다. 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하기 위해 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되어야 하는 전압 세트를 제3 전압세트로 정의할 수 있다.
상기 제3 전압세트는 룩업 테이블 형태로 저장될 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 룩업 테이블 형태로 저장된 제1 전압세트, 제2 전압세트 또는 제3 전압세트를 상기 광학계(1500)로 인가하여 상기 광학계(1500)를 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태로 동작시킬 수 있다.
즉, 상기 제1 제어부(1400)는 제1 구간에서 상기 광학계(1500)에 제2 전압세트를 인가하여 상기 광학계(1500)를 제2 상태로 구동시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제2 구간에서 상기 광학계(1500)에 제1 전압세트를 인가하여 상기 광학계(1500)를 제1 상태로 구동시킬 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제3 구간에서 상기 광학계(1500)에 제3 전압세트를 인가하여 상기 광학계(1500를 제3 상태로 구동시킬 수 있다.
상기 스캐너(1000)를 시분할 방식으로 구현하여 표면정보, 색상정보 및 광각 미리보기 정보를 짧은 시간에 획득할 수 있는 효과가 있다.
3. 제2 실시 예-
오토
포커스
도 17은 제2 실시 예에 따른 스캐너를 나타내는 도면이다.
제2 실시 예에 따른 스캐너는 제1 실시 예와 비교하여 제2 상태에서 광학계의 특성이 변경되는 것 이외에는 동일하다. 따라서, 제2 실시 예에 따른 스캐너를 설명함에 있어서, 제1 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 17을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 가로축(x)을 따라 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)에 입사된 광은 투과되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다.
상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작한다. 상기 광학계(1500)는 초점이 변경되는 볼록렌즈 역할을 할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지도록 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 광학계(1500)에 제1 광(l1)이 입사되면, 상기 광학계(1500)는 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)을 출력할 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 초점거리가 다른 광일 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 다른 파장을 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 상기 제3 광(l3)보다 짧은 초점거리를 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점보다 상기 광학계(1500)에 인접할 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력되는 다수의 광들의 초점은 변경될 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 다수의 광들의 초점이 변경되도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 변경될 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 광학계(1500)로부터 인접한 방향으로 이동할 수도 있고, 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 광학계(1500)로부터 이격된 방향으로 이동할 수도 있다.
상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 액정층(1530)에 형성되는 전계의 세기에 의해 변경될 수 있다. 상기 액정층(1530)의 중앙영역의 전계와 외곽영역의 전계의 편차가 클수록 제1 실시 예의 제2 상태의 볼록렌즈에 비해 굴절율이 커질 수 있다. 상기 액정층(1530)의 중앙영역의 전계와 외곽영역의 전계의 편차가 클수록 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 광학계(1500) 방향으로 이동한다.
또한, 상기 액정층(1530)의 중앙영역의 전계와 외곽영역의 전계의 편차가 작을 수록 제1 실시 예의 제2 상태의 볼록렌즈에 비해 굴절율이 작아질 수 있다. 상기 액정층(1530)의 중앙영역의 전계와 외곽영역의 전계의 편차가 작을수록 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 광학계(1500)로부터 이격되는 방향으로 이동한다.
상기 광학계(1500)의 다수의 상부전극(1510) 및 다수의 하부전극(1520)에 인가되는 전압이 변경됨으로써 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 다수의 광들의 초점이 변경될 수 있다. 상기 광학계(1500)의 중앙영역의 상부전극과 하부전극의 전압차이와 상기 광학계(1500)의 외곽영역의 상부전극과 하부전극의 전압차이의 편차가 클수록 출력되는 다수의 광의 초점은 상기 광학계(1500) 방향으로 이동할 수 있다. 상기 광학계(1500)의 중앙영역의 상부전극과 하부전극의 전압차이와 상기 광학계(1500)의 외곽영역의 상부전극과 하부전극의 전압차이의 편차가 작을수록 출력되는 다수의 광의 초점은 상기 광학계(1500)로부터 이격되는 방향으로 이동할 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700) 방향으로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다. 상기 미러(1700)에 도달한 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 반사되어 상기 제2 세로축(y2)을 따라 상기 오브젝트로 전달된다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 제2 세로축(y2) 상에 위치할 수 있다.
상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점은 상기 제2 세로축(y2) 상에서 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점에 비해 상기 미러(1700)에 인접하여 위치할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)가 제2 광(l2)의 초점과 제3 광(l3)의 초점을 변경시키므로, 상기 제2 광(l2)의 초점과 상기 제3 광(l3)의 초점은 상기 제2 세로축(y2) 상에서 이동될 수 있다. 즉, 상기 제2 광(l2)이 제1 초점 깊이를 가지고, 제3 광(l3)이 제2 초점 깊이를 가지는 상태에서 상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)를 제어하여 상기 제2 광(l2)의 초점 깊이를 제3 초점 깊이로 이동시킬 수 있고, 상기 제3 광(l3)의 초점 깊이를 제4 초점 깊이로 이동시킬 수 있다.
상기 제2 광(l2)의 초점과 상기 제3 광(l3)의 초점은 상기 오브젝트 방향으로 이동될 수도 있고, 상기 미러(1700) 방향으로 이동될 수도 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압을 변경함으로써 상기 제2 광(l2)의 초점과 상기 제3 광(l3)의 초점이 이동되도록 제어할 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점과 상기 제3 광(l3)의 초점이 이동됨으로써 오토포커스가 구현될 수 있다.
상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3) 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사되어 상기 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사된다. 상기 미러(1700)에 의해 반사된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다.
상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3) 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광이 존재하지 않는 경우 상기 제1 제어부(1400)는 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3) 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광이 존재하도록 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압을 변경하여 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 초점을 이동시킬 수 있다.
즉, 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광에 의해 상기 오브젝트의 표면이 검출되지 않는 경우 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 초점을 이동시켜 상기 오브젝트의 표면을 검출할 수 있다.
상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 의해 생성되는 신호가 일정크기 미만인 경우 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압을 변경하여 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 초점을 이동시켜가며 상기 디텍터(1300)에 의해 생성되는 신호를 측정하고, 상기 신호가 일정크기 이상인 경우 상기 광학계(1500)에 인가되는 전압을 그 상태로 고정한다.
상기 스캐너(1000)가 오토 포커스로 구현됨으로써 상기 스캐너(1000)는 보다 정확한 표면정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 스캐너(1000)가 구강 스캐너인 경우 종래에는 치아에 구강 스캐너를 밀착시킨 상태로 이동시켜 표면정보를 획득하였는데, 상기 스캐너(1000)가 오토 포커스로 구현됨으로써 사용자의 자유도가 보장될 수 있다. 즉, 상기 스캐너(1000)가 상기 치아로부터 일정거리가 유지된 상태로 이동시키지 않더라도 치아의 표면정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 광원(1200)의 파장을 선택적으로 사용하여도 상기 표면정보를 획득할 수 있는 효과가 있다. 상기 광원(1200)의 파장에 의해 상기 광학계(1500)에 의해 출력되는 광의 파장 및 초점거리가 결정될 수 있는데, 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 최대 초점거리와 최소 초점거리의 거리편차가 작더라도 표면정보를 획득할 수 있다. 즉, 오브젝트가 광의 최대 초점거리와 최소 초점거리 사이에 모두 위치하지 않는다고 하더라도 상기 광학계(1500)가 오토 포커스 기능을 가짐으로써 초점거리를 이동시켜가며 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다. 이는 백색광원 중 측정이 상대적으로 쉬운 특정 파장영역대의 광만 사용하더라도 상기 스캐너(1000)가 오브젝트의 표면정보를 정확히 획득할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 오브젝트의 크기가 큰 경우에도 상기 광학계(1500)의 오토 포커스 기능을 이용하여 초점거리를 이동시켜가며 상기 스캐너(1000)는 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
4. 제3 실시 예-색수차 발생 물리렌즈
(1) 스캐너 구조
도 18은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
제3 실시 예에 따른 스캐너는 제1 실시 예의 스캐너와 비교하여 렌즈를 더 포함하고, 광학계(1500)의 역할이 상이한 것 이외에는 제1 실시 예와 동일하다. 따라서, 제1 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 18을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 제1 광경로 변환부(1201) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 제2 광경로 변환부(1501), 빔스플리터(1600), 미러(1700) 및 렌즈(1800)를 포함할 수 있다.
상기 광원(1200), 빔스플리터(1600), 렌즈(1800), 광학계(1500) 및 미러(1700)는 가로축(x) 상에 순차적으로 정렬될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 제1 세로축(y1)에 정렬될 수 있고, 상기 오브젝트(y2)는 상기 제2 세로축(y2)에 정렬될 수 있다.
상기 렌즈(1800)는 물리렌즈일 수 있다. 상기 렌즈(1800)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 렌즈(1800)는 프레넬 렌즈일 수 있다. 상기 렌즈(1800)를 투과한 광은 상기 가로축(x) 상에 모일 수 있다. 상기 렌즈(1800)의 투과한 광의 초점은 상기 가로축(x) 상에 위치할 수 있다.
상기 렌즈(1800)는 액정렌즈일 수 있다. 상기 렌즈(1800)가 액정렌즈인 경우 상기 렌즈(1800)는 상기 광학계(1500)의 제2 상태가 유지된 상태의 액정렌즈일 수 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터의 광을 변환하여 상기 미러(1700)로 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터의 광의 초점거리를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터의 광의 색수차를 조절할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터의 광의 경로를 조절할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 전기신호에 의해 상태가 변경될 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 전기신호에 의해 투과되는 광을 변경할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 전기 신호에 의해 상기 광원(1200)으로부터의 광의 초점거리, 색수차 및/또는 광의 경로를 조절할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 액정렌즈 또는 액체렌즈일 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제1 상태와 제1 상태와 다른 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 제1 상태와 제3 상태로 동작할 수 있다.
상기 광학계(1500)및 렌즈(1800)에 대한 설명은 이후에 상세하게 설명하기로 한다.
(2) 스캐너의 표면정보 획득
도 19는 제3 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 제3 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700) 및 렌즈(1800)를 포함할 수 있다.
도 19에서는 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작한다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터의 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여 상기 렌즈(1800)에 입사된다.
상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 렌즈(1800)는 볼록렌즈 또는 볼록렌즈에 대응되는 광학적 특성을 가지는 프레넬 렌즈이므로, 상기 렌즈(1800)로부터 출력되는 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지는 광으로 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 렌즈(1800)에 제1 광(l1)이 입사되면, 상기 렌즈(1800)는 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)을 출력할 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 초점거리가 다른 광일 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 다른 파장을 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 상기 제3 광(l3)보다 짧은 초점거리를 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점보다 상기 렌즈(1800)에 인접할 수 있다.
상기 렌즈(1800)로부터 출력된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500) 방향으로 진행한다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 입사되는 광을 변경하지 않고 전달하므로, 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 상기 광학계(1500)를 투과하여 상기 미러(1700)로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 미러(1700)에 의해 반사된 제2 광(l2) 및 제3광(l3)은 상기 오브젝트로 전달된다.
상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사되어 다시 미러(1700), 광학계(1500), 렌즈(1800) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사되고, 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광을 이용해 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다.
(3)
오브젝트의
색상정보 획득
도 20은 제3 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 20을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200) 및 디텍터(1300)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700) 및 렌즈(1800)를 포함할 수 있다.
도 20에서는 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작한다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터의 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여 상기 렌즈(1800)에 입사된다.
상기 렌즈(1800)는 볼록렌즈 또는 볼록렌즈에 대응되는 광학적 특성을 가지는 프레넬 렌즈이므로, 상기 렌즈(1800)로부터 출력되는 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지는 광으로 출력될 수 있다.
예를 들어, 상기 렌즈(1800)에 제1 광(l1)이 입사되면, 상기 렌즈(1800)는 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)을 출력할 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 초점거리가 다른 광일 수 있다. 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 서로 다른 파장을 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)은 상기 제3 광(l3)보다 짧은 초점거리를 가질 수 있다. 상기 제2 광(l2)의 초점은 상기 제3 광(l3)의 초점보다 상기 렌즈(1800)에 인접할 수 있다.
상기 렌즈(1800)로부터 출력된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)은 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500) 방향으로 진행한다.
상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 오목렌즈로 동작한다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 입사되는 광의 경로를 변경할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(188)로부터 입사되는 광의 초점을 제거할 수 있다. 즉, 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(188)로부터 입사되는 광을 평행광으로 변경할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 입사되는 광의 색수차를 변경할 수 있다. 상기 광학계(1500) 상기 렌즈(1800)로부터 입사되는 광의 색수차를 제거할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 입사되는 광의 색수차를 보상할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 전달된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 색수차를 보상하여 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 색수차를 보상한 제2-1광 및 제3-1광을 출력할 수 있다. 즉, 상기 제2 광(l2)은 상기 광학계(1500)를 통해 상기 제2-1광으로 변환되고, 상기 제3광(l3)은 상기 광학계(1500)를 통해 제3-1광으로 변환되어 출력될 수 있다. 상기 제2-1광과 제3-1광의 초점깊이의 차이는 상기 제2 광(l2)과 상기 제3 광(l3)의 초점깊이의 차이보다 작을 수 있다. 상기 제2-1광과 제3-1광의 초점깊이는 동일할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 전달된 상기 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 색수차를 보상하여 제4 광(l4)을 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 전달된 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)의 경로를 변경하여 상기 제4 광(l4)을 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)는 상기 렌즈(1800)로부터 전달된 초점을 가지는 제2 광(l2) 및 제3 광(l3)을 변환하여 평행광인 제4 광(l4)으로 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 제4 광(l4)은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700)로 입사되고, 상기 미러(1700)는 상기 제4 광(l4)을 반사시켜 상기 오브젝트로 전달할 수 있다. 상기 오브젝트에 의해 반사된 광은 다시 미러(1700), 광학계(1500), 렌즈(1800), 빔스플리터(1600)를 거쳐 상기 디텍터(1300)로 전달된다. 상기 오브젝트에 의해 반사된 광이 디텍터(1300)에 전달되는 과정에서 상기 미러(1700)로부터 상기 광학계(1500) 방향으로 광이 입사되어 다시 색수차가 발생하더라도, 상기 렌즈(1800)를 지나며 색수차가 다시 보상되므로, 상기 디텍터(1300)에는 색수차가 없는 광이 입사될 수 있다.
상기 오브젝트에 의해 출력된 광은 백색광이고, 상기 오브젝트에 의해 반사된 광을 상기 디텍터에서 검출함으로써 상기 스캐너(1000)는 상기 오브젝트의 색상정보를 얻을 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 표면 색상을 취득할 수 있다.
또는 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 미리보기 영상을 획득할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 상기 오브젝트의 상부에서 조사되어 반사된 광을 검출하므로, 상기 오브젝트의 상부에서 오브젝트를 바라본 영상을 획득할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 오브젝트의 상부에서 바라본 영상을 획득하여 출력함으로써 사용자에게 미리보기 영상을 제공할 수 있다.
제3 실시 예에 따른 스캐너는 상기 도 19와 같이 표면정보를 획득하고, 도 20과 같이 색상정보를 획득할 수 있다. 상기 제3 실시 예에 따른 스캐너는 광학계(1500)에 인가되는 전압을 제어함으로써 하나의 스캐너로 표면정보와 색상정보를 획득할 수 있다.
또한, 종래의 색수차를 유발하는 물리렌즈와 초점을 변경시키는 물리렌즈를 포함하는 스캐너에서 색수차를 유발하는 물리렌즈를 유지한 채로 초점을 변경시키는 물리렌즈를 광학계로 대체하여 최소한의 설계변경으로 표면정보와 색상정보를 획득하는 스캐너를 구현할 수 있는 효과가 있다.
5. 제4 실시 예-
핀홀
어레이 추가
(1) 스캐너 구조
도 21은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 구조를 나타내는 도면이다.
제4 실시 예에 따른 스캐너는 제1 실시 예의 스캐너와 비교하여 광경로제어부를 더 포함하는 것 이외에는 제1 실시 예와 동일하다. 따라서, 제4 실시 예를 설명함에 있어서, 제1 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 21을 참조하면, 제4 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 제1 광경로 변환부(1201), 디텍터(1300) 및 광경로제어부(1900)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 제2 광경로 변환부(1501), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다.
상기 광원(1200), 광경로제어부(1900), 빔스플리터(1600), 광학계(1500) 및 미러(1700)는 가로축(x) 상에 순차적으로 정렬될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 제1 세로축(y1)에 정렬될 수 있고, 상기 오브젝트(y2)는 상기 제2 세로축(y2)에 정렬될 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)는 상기 빔스플리터(1600) 방향으로 출력되는 광의 특성을 변경할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 상기 광학계(1500)로 입사되는 광의 특성을 변경하여 출력할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 상기 광원(1200)으로부터 입사되는 광의 특성을 변경시켜 출력할 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)는 면광 또는 점광형태의 광을 선택적으로 출력할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)은 다수의 점광을 출력할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 매트릭스 형태로 다수의 점광을 출력할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 NxM개의 점광을 출력할 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)를 포함할 수 있다.
상기 평행렌즈(1910)는 상기 광원(1200)에 인접한 영역에 위치하고, 상기 핀홀 어레이(1930)는 상기 빔스플리터(1600)와 인접한 영역에 위치하고, 상기 렌즈 어레이(1920)는 상기 평행렌즈(1910)과 상기 핀홀 어레이(1930) 사이에 위치할 수 있다.
상기 평행렌즈(1910), 상기 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)는 상기 가로축(x) 상에 순차적으로 정렬될 수 있다.
상기 평행렌즈(1910)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 평행렌즈(1910)는 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광을 면광으로 변경하여 상기 렌즈 어레이(1920)로 전달할 수 있다. 상기 렌즈 어레이(1920)는 상기 평행렌즈(1910)로부터 전달받은 광을 다수의 초점을 가지도록 집광하여 상기 핀홀 어레이(1930)로 전달할 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920)는 필수적인 구성이 아닐 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 상기 렌즈 어레이(1920) 없이 상기 평행렌즈(1910) 및 핀홀 어레이로 구성될 수 있다.
상기 핀홀 어레이(1930)는 상기 렌즈 어레이(1920)로부터 전달받은 광의 특성을 제어하여 출력할 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)는 상기 렌즈 어레이(1920)로부터 전달받은 광을 면광 또는 점광 중 어느 하나로 선택적으로 출력할 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)의 세부적 특징에 대해서는 후술한다.
(2) 렌즈 어레이 및
핀홀
어레이
도 22는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이를 나타내는 사시도이고, 도 23은 제4 실시 예에 따른 핀홀 어레이를 나타내는 사시도이고, 도 24는 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이와 핀홀 어레이에서의 광의 경로를 나타내는 도면이다.
도 22를 참조하면, 제4 실시 예에 따른 렌즈 어레이(1920)는 렌즈 기판(1921) 및 다수의 렌즈(1923)를 포함할 수 있다.
상기 다수의 렌즈(1923)는 상기 렌즈 기판(1921) 상에 형성될 수 있다. 상기 다수의 렌즈(1923)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 다수의 렌즈(1923)는 상기 렌즈 기판(1921) 상에 일정한 위치에 배치될 수 있다. 상기 다수의 렌즈(1923)는 상기 렌즈 기판(1921) 상에 서로 일정한 간격을 가지도록 배치될 수 있다.
상기 렌즈 기판(1921) 상에 상기 다수의 렌즈(1923)는 매트릭스 형상으로 배치될 수 있다. 상기 다수의 렌즈(1923)는 NxM으로 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 렌즈 기판(1921) 상에는 9개의 렌즈(1923)가 배치될 수 있다. 상기 다수의 렌즈(1923)는 3X3으로 배치될 수 있다.
도 23을 참조하면, 제4 실시 예에 따른 핀홀 어레이(1930)는 핀홀 기판(1931)을 포함할 수 있다. 상기 핀홀 기판(1931)에는 다수의 핀홀(1933) 및 차단 영역(1935)을 포함할 수 있다.
상기 핀홀 어레이(1930)는 스위처블 핀홀 어레이일 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)는 액정패널일 수 있다. 상기 핀홀 기판(1931) 내부에는 액정층이 주입될 수 있다.
상기 핀홀 어레이(1930)에 전압이 공급되어 상기 핀홀 어레이(1930)에 차단영역(1935)이 생성될 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)에 전압이 공급되어 상기 액정층의 액정이 변위되어 상기 핀홀 어레이(1930)에는 광을 투과하지 않는 차단영역(1935)이 형성될 수 있다.
상기 핀홀 어레이(1930)의 상기 차단영역(1935)에 의해 상기 다수의 핀홀(1933)이 정의될 수 있다. 상기 다수의 핀홀(1933)은 상기 핀홀 기판(1931)에서 상기 차단영역(1935)을 제외한 영역일 수 있다. 즉, 상기 다수의 핀홀(1933)은 광을 차단하지 않는 영역일 수 있다. 상기 다수의 핀홀(1933)은 광을 투과하는 영역일 수 있다. 상기 다수의 핀홀(1933)을 통해 상기 핀홀 어레이(1930)로 입사되는 광이 다수의 점광으로 출력될 수 있다.
상기 핀홀 기판(1931)에서 상기 차단영역(1935)에만 액정층이 주입될 수 있다. 상기 차단영역(1935)에만 액정층이 주입되는 경우에는 상기 차단영역(1935)에 전계를 인가하여 차단영역(1935)을 생성 또는 제거 할 수 있다. 즉, 상기 차단영역(1935)에 전계를 인가하여 차단영역(1935)에 광이 투과되는 것을 차단하거나 광을 투과시킬 수 있다. 이 경우에 상기 다수의 핀홀(1933)에는 액정층이 주입되지않고, 다수의 핀홀(1933)은 광을 투과하는 상태에 있다.
상기 핀홀 기판(1931) 전체 영역에 액정이 주입될 수도 있다. 즉, 상기 핀홀 기판(1931)의 다수의 핀홀(1933)이 형성되는 영역과 차단영역(1935)에 액정이 주입될 수 있다. 상기 액정층에 전계를 인가하여 상기 차단영역(1935)을 생성할 수 있다. 즉, 상기 액정층에 영역별로 다른 전계를 인가함으로써 상기 차단영역(1935)에는 광이 차단되고, 다수의 핀홀(1933)에는 광이 투과되도록 할 수 있다.
상기 다수의 핀홀(1933)은 매트릭스 형상으로 배치될 수 있다. 상기 다수의 핀홀(1933)은 NxM으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 핀홀 어레이(1930) 상에는 9개의 핀홀(1933)이 배치될 수 있다. 상기 다수의 핀홀(1933)은 3X3으로 배치될 수 있다. 각각의 핀홀(1933)은 상기 렌즈 어레이(1920)의 다수의 렌즈(1923)와 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 상기 핀홀(1933)은 상기 렌즈(1923)의 초점상에 위치할 수 있다.
상기 핀홀 어레이(1930)는 2가지 상태로 동작될 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)는 제1 상태 또는 제2 상태로 동작될 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)에 차단영역이 생성된 상태는 제1 상태로 정의되고, 상기 핀홀 어레이(1930)에 차단영역이 생성되지 않은 상태는 제2 상태로 정의될 수 있다.
상기 제1 상태에서 상기 핀홀 어레이(1930)에 입사된 광은 핀홀(1933)을 통해 출력될 수 있고, 상기 제2 상태에서 상기 핀홀 어레이(1930)에 입사된 광은 상기 핀홀(1933) 뿐만 아니라 상기 차단영역을 통해서도 출력될 수 있다. 즉, 상기 제1 상태에서 상기 핀홀 어레이(1930)는 일반적인 핀홀 어레이 역할을 수행하고, 제2 상태에서 상기 핀홀 어레이(1930)는 유리와 같은 역할을 수행할 수 있다.
도 24a는 제1 상태에서의 광의 경로를 나타내는 도면이고, 도 24b는 제2 상태에서의 광의 경로를 나타내는 도면이다.
도 24a를 참조하면, 상기 렌즈 어레이(1920)와 핀홀 어레이(1930)는 대향하여 배치될 수 있다. 상기 렌즈 어레이(1920)와 핀홀 어레이(1930)는 이격되어 위치할 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920)의 렌즈(1923)와 상기 핀홀 어레이(1930)의 핀홀(1933)은 위치가 대응되도록 위치할 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)는 제1 상태로 동작할 수 있다. 즉, 상기 핀홀 어레이(1930)는 차단영역(1935)이 광을 차단하고, 상기 핀홀(1933)이 다수의 광을 투과할 수 있다.
상기 평행 렌즈(1920)에 의해 출력된 평행광은 상기 렌즈 어레이(1920)에 입사될 수 있다. 각각의 렌즈(1923)는 각각의 렌즈(1923)에 입사되는 광을 굴절시켜 상기 핀홀 어레이(1930)로 전달할 수 있다. 각각의 렌즈(1923)로부터 출력되는 광은 초점을 가질 수 있다. 상기 초점은 상기 핀홀(1933)에 위치하도록 상기 렌즈 어레이(1920)와 핀홀 어레이(1930)가 배치될 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920)로부터 전달된 광은 상기 핀홀 어레이(1930)를 투과하여 점광으로 출력될 수 있다. 각각의 핀홀(1933)은 상기 핀홀(1933) 상에 초점이 형성된 광을 투과시켜 점광형태로 출력할 수 있다. 상기 핀홀(1933)이 매트릭스 형상으로 배치되므로, 상기 핀홀 어레이(1930)로부터 출력되는 광도 매트릭스 형상으로 배치된 다수의 점광일 수 있다. 상기 점광의 개수는 상기 핀홀 어레이(1930)의 핀홀(1933)의 개수와 동일할 수 있다.
도 24b를 참조하면, 상기 렌즈 어레이(1920)와 핀홀 어레이(1930)는 대향하여 배치될 수 있다. 상기 렌즈 어레이(1920)와 핀홀 어레이(1930)는 이격되어 위치할 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920)의 렌즈(1923)와 상기 핀홀 어레이(1930)의 핀홀(1933)은 위치가 대응되도록 위치할 수 있다. 상기 핀홀 어레이(1930)는 제2 상태로 동작할 수 있다. 즉, 상기 핀홀 어레이(1930)의 차단영역(1935)이 광을 투과시키고, 결과적으로 상기 핀홀 어레이(1930)에 입사되는 광은 광의 특성의 변경없이 상기 빔 스플리터(1600) 방향으로 출력될 수 있다.
상기 렌즈 어레이(1920)에 의해 굴절된 광은 상기 핀홀 어레이(1930)를 투과하여 상기 빔 스플리터(1600)로 전달된다. 상기 다수의 렌즈 어레이(1920)로부터 출력된 광은 상기 핀홀 어레이(1930)를 투과하고, 상기 빔스플리터(1600)에 도달하는 과정에서 서로 혼합될 수 있다. 상기 광은 서로 혼합되어 면광형태로 출력된다. 즉, 상기 핀홀 어레이(1930)가 제2 상태에 있을 때 상기 광경로제어부(1900)는 면광을 출력할 수 있다.
다시 말해, 제2 상태의 상기 핀홀 어레이(1930)는 제1 상태의 상기 핀홀 어레이(1930)보다 많은 광량을 출력할 수 있다.
(3) 스캐너의 표면정보 획득
도 25는 제4 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 25를 참조하면, 제4 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300) 및 광경로제어부(1900)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제어 부(1900)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)를 포함할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작하고, 상기 광경로제어부(1900)는 제1 상태로 동작할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 광경로제어부(1900)로 전달된다.
상기 광경로제어부(1900)는 상기 제1 상태에서 상기 광원(1200)으로부터 전달받은 광을 점광형태로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 매트릭스 형태의 광다발 형태의 다수의 점광을 출력할 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)에서 출력된 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 볼록렌즈와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지도록 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 미러(1700)를 통해 반사되어 상기 오브젝트로 전달될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사될 수 있다. 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 상기 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광을 이용해 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다. 상기 오브젝트로부터 반사된 광은 상기 디텍터(1300)의 일부영역에만 조사될 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)에서 점광형태의 광이 출력됨으로써 노이즈 없이 보다 선명한 측정이 가능한 효과가 있다. 상기 광경로제어부(1900)에서 점광형태의 광이 출력됨으로써 보다 정확한 표면정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
상기 디텍터(1300)와 상기 빔스플리터(1600) 사이에는 추가적으로 광학부재가 위치할 수도 있다. 상기 디텍터(1300)와 상기 빔스플리터(1600) 사이에 광학필터, 핀홀 어레이 등이 위치할 수도 있다. 상기 추가적인 광학부재에 의해 상기 디텍터(1300)로 조사되는 광의 노이즈를 줄일 수 있고, 보다 정확한 표면정보를 획득할 수 있는 효과가 있다.
(4) 스캐너의 색상정보 획득
도 26은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 26을 참조하면, 제4 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300) 및 광경로 제어부(1900)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)를 포함할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제1 상태로 동작하고, 상기 광경로제어부(1900)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 광경로제어부(1900)로 전달된다.
상기 광경로제어부(1900)는 제2 상태에서 상기 광원(1200)으로부터 전달받은 광을 면광형태로 출력할 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)에서 출력된 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여 상기 광학계(1500)로 전달할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제1 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 광의 특성의 변경없이 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 글래스와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)를 통해 상기 광학계(1500)로 입사된 광은 상태변화 없이 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700)로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 미러(1700)로 입사된 광은 상기 제2 세로축(y2) 방향으로 반사되어 오브젝트에 입사된다.
상기 오브젝트에 입사된 광은 상기 오브젝트에 의해 반사되고, 다시 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사된다. 상기 스캐너(1000)가 색상정보를 획득하는 경우에는 상기 디텍터(1300)의 전영역에 광이 입사될 수 있다. 상기 스캐너(1000)가 색상정보를 획득하는 경우는 상기 스캐너(1000)가 표면정보를 획득하는 경우에 비해 상기 디텍터(1300)의 광이 입사되는 영역이 더 클 수 있다. 즉, 상기 스캐너(1000)가 표면정보를 획득하는 경우에는 상기 디텍터(1300)의 일부영역에만 광이 조사되고, 상기 스캐너(1000)가 색상정보를 획득하는 경우에는 상기 디텍터(1300)의 전영역에 광이 조사될 수 있다.
또는 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 미리보기 영상을 획득할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 상기 오브젝트의 상부에서 조사되어 반사된 광을 검출하므로, 상기 오브젝트의 상부에서 오브젝트를 바라본 영상을 획득할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 오브젝트의 상부에서 바라본 영상을 획득하여 출력함으로써 사용자에게 미리보기 영상을 제공할 수 있다.
(5) 스캐너의 광각
미리보기
획득
도 27은 제4 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 27을 참조하면, 제4 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300) 및 광경로 제어부(1900)를 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600) 및 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 핀홀 어레이(1930)를 포함할 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제3 상태로 동작하고, 상기 광경로제어부(1900)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 광경로제어부(1900)로 전달된다.
상기 광경로제어부(1900)는 제2 상태에서 상기 광원(1200)으로부터 전달받은 광을 면광형태로 출력할 수 있다.
상기 광경로제어부(1900)에서 출력된 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여 상기 광학계(1500)로 전달할 수 있다. 상기 광경로제어부(1900)로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제3 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 오목렌즈와 같이 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 광의 경로가 변경되어 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 발산될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 상기 광축을 기준으로 광의 경계가 점진적으로 외부로 진행할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 수광영역은 상기 광학계(1500)로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700) 방향으로 진행한다. 상기 미러(1700)에 도달한 광은 반사되어 상기 제2 세로축(y2)을 따라 오브젝트로 전달된다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다. 상기 오브젝트에 입사된 광은 도 26의 오브젝트에 입사된 광에 비해 넓은 수광영역을 가질 수 있다. 즉, 상기 오브젝트에 입사된 광은 넓은 수광영역을 가지므로 상기 오브젝트의 보다 넓은 영역이 조명된다.
상기 오브젝트에 의해 반사된 광은 상기 미러(1700)로 전달된다. 상기 미러(1700)에 입사된 광은 반사되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다. 상기 미러(1700)에 의해 반사된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 상기 광학계(1500)에 입사된 광은 반대로 수광영역이 작아지도록 변경되어 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 빔스플리터(1600)에 도달한 광은 반사되어 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 디텍터(1300) 방향으로 전달되고, 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환하여 상기 오브젝트의 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 상기 미러(1700)로부터 상기 광학계(1500)로 입사되는 광에 있어서, 보다 넓은 영역의 광이 상기 디텍터(1300)에 입사됨으로써 도 26의 미리보기 영상에 비해 보다 넓은 범위의 미리보기 영상을 생성할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 사용자에게 광각 미리보기 영상을 제공하여 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
제4 실시 예에 따른 스캐너는 제1 실시 예와 비교하여 광경로제어부(190)를 제어하여 상기 광학계(1500)로 입사되는 광을 제어함으로써 보다 정확한 오브젝트의 표면정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.
6. 제5 실시 예- 제1 보조광원 구비
(1) 스캐너 구조
도 28 내지 도 30은 제5 실시 예에 따른 스캐너를 나타내는 도면이다.
제5 실시 예에 따른 스캐너는 제4 실시 예에 따른 스캐너와 비교하여 핀홀 어레이의 상태가 변경되지 않고, 별도의 광원이 추가되는 것 이외에는 제4 실시 예와 동일하다. 따라서, 제5 실시 예를 설명함에 있어서, 제4 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
도 28 내지 도 30을 참조하면, 제5 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제1 보조광원(1280)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 광경로제한부(1905)는 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광의 경로를 제한하여 출력할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력할 수 있다.
상기 평행렌즈(1910)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 평행렌즈(1910)는 상기 광원(1200)으로부터 출력되는 광을 면광으로 변경하여 상기 렌즈 어레이(1920)로 전달할 수 있다. 상기 렌즈 어레이(1920)는 상기 평행렌즈(1910)로부터 전달받은 광을 다수의 초점을 가지도록 집광하여 상기 고정형 핀홀 어레이(1940)로 전달할 수 있다.
상기 고정형 핀홀 어레이(1940)는 상기 렌즈 어레이(1920)로부터 전달받은 광을 점광 형태로 출력할 수 있다. 상기 고정형 핀홀 어레이(1940)의 기능은 제4 실시 예의 제1 상태의 핀홀 어레이(1930)와 동일하다. 상기 고정형 핀홀 어레이(1940)는 제4 실시 예와 같이 상태가 변경되는 것이 아니라, 제1 상태의 형태로 고정된 특성을 가진다.
상기 광경로제한부(1905) 또한 제4 실시 예의 제1 상태에 있는 광경로제어부(1900)의 기능과 동일하다. 다만, 상기 광경로제한부(1905)는 제4 실시 예의 광경로제어부(1900)와 같이 상태가 변경되는 것이 아니라, 제1 상태의 형태로 고정된 특성을 가진다.
상기 제1 보조광원(1280)은 상기 빔스플리터(1600)로 광을 출력할 수 있다. 상기 제1 보조광원(1280)은 상기 빔스플리터(1600) 방향으로 백색광을 출력할 수 있다. 상기 제1 보조광원(1280)과 상기 빔스플리터(1600) 사이에는 보조 평행렌즈(1950)가 위치할 수 있다. 상기 보조 평행렌즈(1950)는 볼록렌즈일 수 있다. 상기 보조 평행렌즈(1950)는 상기 제1 보조광원(1280)으로부터 전달되는 광을 면광으로 변경하여 상기 빔스플리터(1600)로 전달할 수 있다.
상기 광원(1200)과 상기 제1 보조광원(1280)은 상호 보완적으로 점멸될 수 있다. 상기 광원(1200)과 상기 제1 보조광원(1280)은 시분할방식으로 점멸될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(1200)이 턴온된 경우 상기 제1 보조광원(1280)은 턴오프될 수 있고, 상기 광원(1200)이 턴오프된 경우 상기 제1 보조광원(1280)은 턴온될 수 있다.
(2) 스캐너의 표면정보 획득
도 28은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 28을 참조하면, 제5 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제1 보조광원(1280)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)의 표면정보 획득 동작시 상기 광원(1200)은 턴온되고, 상기 제1 보조광원(1280)은 턴오프될 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 광경로제한부(1905)로 전달된다.
상기 광경로제한부(1905)는 상기 광원(1200)으로부터 전달받은 광을 점광형태로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 매트릭스 형태의 광다발 형태의 다수의 점광을 출력할 수 있다.
상기 광경로제한부(1905)에서 출력된 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)로부터 출력 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 볼록렌즈와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지도록 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 미러(1700)를 통해 반사되어 상기 오브젝트로 전달될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사될 수 있다. 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 상기 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광을 이용해 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다.
(3) 스캐너의 색상정보 획득
도 29는 제5 실시 예에 따른 스캐너의 색상정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 29를 참조하면, 제5 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제1 보조광원(1280)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)의 색상정보 획득 동작시 상기 광원(1200)은 턴오프되고, 상기 제1 보조광원(1280)은 턴온될 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제1 상태로 동작할 수 있다.
상기 제1 보조광원(1280)은 턴온되어 백색광을 출력할 수 있다. 상기 제1 보조광원(1280)으로부터 출력된 광은 상기 보조 평행렌즈(1950)로 입사된다. 상기 보조 평행렌즈(1950)로 입사된 광은 면광으로 변환되어 제1 세로축(y1)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 빔스플리터(1600)로 입사된 광은 광의 경로가 변경되어 상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 즉, 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 입사된 광은 상기 가로축(x) 방향으로 상기 광학계(1500)를 향해 입사될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제1 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 광의 특성의 변경없이 출력할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제1 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 글래스와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 빔스플리터(1600)를 통해 상기 광학계(1500)로 입사된 광은 상태변화 없이 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700)로 진행한다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 미러(1700)로 입사된 광은 상기 제2 세로축(y2) 방향으로 반사되어 오브젝트에 입사된다.
상기 오브젝트에 입사된 광은 상기 오브젝트에 의해 반사되고, 다시 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사된다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사되는 광을 통해 색상정보를 획득할 수 있다.
또는 제1 제어부(1400)는 상기 디텍터(1300)에 입사된 광을 통해 상기 오브젝트의 미리보기 영상을 획득할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 상기 오브젝트의 상부에서 조사되어 반사된 광을 검출하므로, 상기 오브젝트의 상부에서 오브젝트를 바라본 영상을 획득할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 상기 오브젝트의 상부에서 바라본 영상을 획득하여 출력함으로써 사용자에게 미리보기 영상을 제공할 수 있다.
제5 실시 예에 따른 스캐너는 상태를 변경할 수 있는 핀홀 어레이를 사용하지 않고, 별도의 광원을 통한 온오프 동작을 통해 정확한 표면정보 및 색상정보를 획득할 수 있다. 또한, 핀홀 어레이를 액정패널로 구성하지 않고 고정형 핀홀 어레이를 사용함으로써 액정패널을 투과하면서 발생할 수 있는 광효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
(4) 스캐너의 광각
미리보기
획득
도 30은 제5 실시 예에 따른 스캐너의 광각 미리보기 정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 30을 참조하면, 제5 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제1 보조광원(1280)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)의 광각 미리보기 획득 동작시 상기 광원(1200)은 턴오프되고, 상기 제1 보조광원(1280)은 턴온될 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제3 상태로 동작할 수 있다.
상기 제1 보조광원(1280)은 턴온되어 백색광을 출력할 수 있다. 상기 제1 보조광원(1280)으로부터 출력된 광은 상기 보조 평행렌즈(1950)로 입사된다. 상기 보조 평행렌즈(1950)로 입사된 광은 면광으로 변환되어 제1 세로축(y1)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 빔스플리터(1600)로 입사된 광은 광의 경로가 변경되어 상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 즉, 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 빔스플리터(1600)로 입사된 광은 상기 가로축(x) 방향으로 상기 광학계(1500)를 향해 입사될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제3 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제3 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 오목렌즈와 같이 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 광의 경로가 변경되어 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 발산될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광은 상기 광축을 기준으로 광의 경계가 점진적으로 외부로 진행할 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력되는 광의 수광영역은 상기 광학계(1500)로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 가로축(x)을 따라 상기 미러(1700) 방향으로 진행한다. 상기 미러(1700)에 도달한 광은 반사되어 상기 제2 세로축(y2)을 따라 오브젝트로 전달된다. 상기 오브젝트에 입사된 광은 도 29의 오브젝트에 입사된 광에 비해 넓은 수광영역을 가질 수 있다. 즉, 상기 오브젝트에 입사된 광은 넓은 수광영역을 가지므로 상기 오브젝트의 보다 넓은 영역이 조명된다.
상기 오브젝트에 의해 반사된 광은 상기 미러(1700)로 전달된다. 상기 미러(1700)에 입사된 광은 반사되어 상기 가로축(x)을 따라 상기 광학계(1500)로 전달된다. 상기 광학계(1500)에 입사된 광은 반대로 수광영역이 작아지도록 변경되어 상기 빔스플리터(1600)로 전달된다.
상기 빔스플리터(1600)에 도달한 광은 반사되어 상기 제1 세로축(y1)을 따라 상기 디텍터(1300) 방향으로 전달되고, 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환할 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사된 광을 전기신호로 변환하여 상기 오브젝트의 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 상기 미러(1700)로부터 상기 광학계(1500)로 입사되는 광에 있어서, 보다 넓은 영역의 광이 상기 디텍터(1300)에 입사됨으로써 도 29의 미리보기 영상에 비해 보다 넓은 범위의 미리보기 영상을 생성할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 사용자에게 광각 미리보기 영상을 제공하여 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
7.
제 6
실시 예- 제2 보조광원 구비
(1) 스캐너 구조
도 31 및 도 32는 제6 실시 예에 따른 스캐너를 나타내는 도면이다.
제6 실시 예에 따른 스캐너는 제5 실시 예와 비교하여 별도의 광원의 위치가 변경되는 것 이외에는 제5 실시 예와 동일하다. 따라서, 제6 실시 예를 설명함에 있어서, 제5 실시 예와 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하고 상세한 설명을 생략한다.
또한, 제6 실시 예의 스캐너는 표면정보, 색상정보 및 광각 미리보기 정보뿐만 아니라 치아 우식증 검출 기능을 더 포함할 수 있다. 제6 실시 예의 스캐너를 설명함에 있어서, 광각 미리보기 정보 획득은 생략하고, 치아 우식증 검출기능에 초점을 두고 설명한다.
도 31 및 도 32를 참조하면, 제6 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로 제한부(1905) 및 제2 보조광원(1290)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700)와 인접하는 영역에 위치할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 오브젝트와 인접하는 영역에 위치할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 스캐너의 선단부에 위치할 수 있다.
상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700)와 대향하는 위치에 위치할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700) 방향으로 광을 조사할 수 있다. 사기 제2 보조광원(1290)으로부터 출력된 광은 상기 미러(1700)에 의해 반사되어 상기 오브젝트로 입사될 수 있다.
도면에서는 제2 보조광원(1290)이 상기 미러(1700)와 대향하는 위치에 위치하는 것으로 도시하였으나, 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700)와 인접하는 위치에 위치할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700)에 광을 반사시키지 않고, 상기 오브젝트로 광을 직접 조사할 수도 있다.
또는 상기 제2 보조광원(1290)은 상기 미러(1700)의 후방영역에 위치할 수 있다. 즉, 상기 제2 보조광원(1290)과 오브젝트 사이에 상기 미러(1700) 가 위치할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)이 상기 미러(1700)의 후방에 위치하는 경우에는 상기 미러(1700)는 반투과형 미러일 수 있다. 즉, 상기 미러(1700)는 상기 광원(1200)으로부터의 광은 반사시키며, 상기 제2 보조광원(1290)으로부터의 광은 투과하는 특징을 가지도록 구성될 수 있다.
상기 광원(1200) 및 제2 보조광원(1290)은 상호 보완적으로 점멸될 수 있다. 상기 광원(1200) 및 상기 제2 보조광원(1290)은 시분할 방식으로 점멸될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(1200)이 턴온되는 경우 상기 제2 보조광원(1290)은 턴오프될 수 있고, 상기 광원(1200)이 턴오프된 경우 상기 제2 보조광원(1290)은 턴온될 수 있다.
(2) 스캐너의 표면정보 획득
도 31은 제6 실시 예에 따른 스캐너의 표면정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 31을 참조하면, 제6 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제2 보조광원(1290)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)의 표면정보 획득 동작시 상기 광원(1200)은 턴온되고, 상기 제2 보조광원(1290)은 턴오프될 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 광원(1200)으로부터 다수의 파장이 혼합된 광이 출력된다. 상기 광원(1200)은 백색광을 출력할 수 있다. 상기 광원(1200)으로부터 출력된 광은 상기 광경로제한부(1905)로 전달된다.
상기 광경로제한부(1905)는 상기 광원(1200)으로부터 전달받은 광을 점광형태로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 매트릭스 형태의 광다발 형태의 다수의 점광을 출력할 수 있다.
상기 광경로제한부(1905)에서 출력된 광은 상기 빔스플리터(1600)를 투과하여상기 광학계(1500)로 전달될 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)로부터 출력된 광은 상기 제1 광경로 변환부(1201)를 통해 상기 빔스플리터(1600)로 전달될 수 있다.
상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다. 상기 광학계(1500)가 제2 상태로 동작하는 경우 상기 광학계(1500)는 볼록렌즈와 동일한 광학적 특성을 가질 수 있다.
상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 파장 별로 서로 다른 초점을 가지도록 출력될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 미러(1700)를 통해 반사되어 상기 오브젝트로 전달될 수 있다. 상기 광학계(1500)로부터 출력된 광은 상기 제2 광경로 변환부(1501)를 통해 상기 미러(1700)로 전달될 수 있다.
상기 오브젝트에 입사되는 광 중 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 반사될 수 있다. 상기 오브젝트의 표면에 초점이 위치하는 광은 상기 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 입사될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광을 이용해 상기 오브젝트의 표면정보를 획득할 수 있다.
(3) 스캐너의 치아우식정보 획득
도 32는 제6 실시 예에 따른 스캐너의 치아우식정보 획득 동작을 나타내는 도면이다.
도 32를 참조하면, 제6 실시 예에 따른 스캐너(1000)는 광학 시스템(1100), 광원(1200), 디텍터(1300), 광경로제한부(1905) 및 제2 보조광원(1290)을 포함할 수 있다.
상기 광학 시스템(1100)은 광학계(1500), 빔스플리터(1600), 미러(1700)를 포함할 수 있다. 상기 광경로제한부(1905)는 평행렌즈(1910), 렌즈 어레이(1920) 및 고정형 핀홀 어레이(1940)를 포함할 수 있다.
상기 스캐너(1000)의 치아우식정보 획득 동작시 상기 광원(1200)은 턴오프되고, 상기 제2 보조광원(1290)은 턴온될 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제2 상태로 동작할 수 있다.
상기 제2 보조광원(1290)은 백색광을 출력할 수 있다. 또는 상기 제2 보조광원(1290)은 특정파장영역대의 광을 출력할 수 있다.
상기 제2 보조광원(1290)은 청색파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 QLF(Quantitative Light-induced Fluorescence)에 이용되는 파장영역의 광을 출력할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 치아 우식증을 조기에 감지할 수 있는 광을 출력할 수 있다. 상기 제2 보조광원(1290)은 405nm 파장대의 광을 출력할 수 있다. 상기 특정 파장영역의 광은 QLF광이라고 정의될 수 있다.
상기 제2 보조광원(1290)이 백색광을 출력하는 경우에는 상기 광학계(1500)를 제1 상태로 동작시켜 색상정보 및 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 또한, 상기 광학계(1500)를 제3 상태로 동작시켜 광각 미리보기 정보를 획득할 수 있다. 상기 스캐너(1000)가 색상정보, 미리보기 정보 또는 광각 미리보기 정보를 획득하는 과정은 전술한 제5 실시 예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 다만, 제6 실시 예에서는 제2 보조광원(1290)을 상기 오브젝트와 인접한 영역에 위치시켜, 상기 빔스플리터(1600)와 광학계(1500)를 지나지 않더라도 오브젝트에 광을 조사할 수 있어 오브젝트로 광이 입사되는 과정에서 손실될 수 있는 광을 줄일 수 있어 광효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
치아우식증 획득모드에서 상기 제2 보조광원(1290)은 QLF광을 출력할 수 있다. 이 때, 상기 광학계(1500)는 제1 상태로 동작할 수 있다.
상기 제2 보조광원(1920)에서 출력되는 광은 상기 미러(1700)에 의해 반사되어 상기 오브젝트에 입사될 수 있다. 상기 오브젝트가 치아인 경우 상기 치아는 상기 광의 파장을 변경시켜 출력할 수 있다. 상기 치아의 정상영역과 비정상영역의 파장이 변경되는 정도는 상이할 수 있다. 예를 들어 치아의 정상영역에서는 청색파장을 흡수하고 녹색파장의 광을 출력하고, 치아의 비정상영역에서는 출력되는 녹색 파장의 광의 세기가 상기 정상영역보다 작을 수 있다.
상기 오브젝트로부터 출력되는 광은 상기 미러(1700), 광학계(1500) 및 빔스플리터(1600)를 통해 상기 디텍터(1300)로 전달될 수 있다. 상기 디텍터(1300)는 입사되는 광의 파장영역을 분석하여 치아 우식증을 조기에 탐색할 수 있다. 예를 들어 상기 디텍터(1300)에 입사되는 광의 녹색파장의 정보를 검출하여 치아우식증을 조기에 탐지할 수 있다. 상기 제1 제어부(1400)는 치아 우식증 데이터와 오브젝트의 표면정보 및 색상정보를 이용하여 치아 우식증이 존재하는 영역을 정확히 판정할 수 있다.
도시하지 않았지만, 상기 빔스플리터(1600)와 디텍터(1300) 사이에는 광학필터가 추가로 구비될 수 있다. 상기 광학필터는 황색필터일 수 있다. 상기 광학필터는 장파장을 투과시키는 필터일 수 있다, 상기 광학필터는 520nm이상의 광을 투과시키는 필터일 수 있다. 상기 광학필터가 추가적으로 장착되는 경우 상기 광학필터는 상기 오브젝트로부터 출력되는 광을 보다 정확히 감지할 수 있어 상기 스캐너(1000)는 치아우식증을 보다 정확히 검출할 수 있다.
이상에서 제 6 실시 예에서의 치아우식증 검출을 설명하였으나, 상기 치아 우식증 검출은 제 1 내지 제5 실시 예에서의 색상정보 및 미리보기 정보 획득 모드에서 광원의 파장을 변경함으로써 구현될 수도 있다. 즉, 제1 내지 제5 실시 예에서 광원 및 제1 보조광원에서 출력되는 광원의 파장을 변경함으로써 치아우식증에 대한 조기검출이 가능하다.
제1 내지 제6 실시 예에 따른 스캐너에 대한 상세한 설명은 구강 스캐너에 적용될 수 있다. 다만, 구강 스캐너로 한정하는 것은 아니며, 오브젝트의 형상정보 및 색상정보를 생성하기 위한 다른 스캐너에도 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1000: 스캐너
1100: 광학 시스템
1200: 광원
1300: 디텍터
1500: 광학계
1600: 빔스플리터
1700: 미러
1100: 광학 시스템
1200: 광원
1300: 디텍터
1500: 광학계
1600: 빔스플리터
1700: 미러
Claims (28)
- 오브젝트로부터 반사되는 광을 수광하여 신호를 생성하는 디텍터;
전기신호에 의해 적어도 제1 상태 및 제2 상태를 포함하는 다수의 상태 사이에서 상태가 변경되는 광학계;
상기 디텍터 및 광학계를 제어하는 제어부;
상기 광학계로 광을 조사하는 광원;
상기 광원과 광학계 사이에 위치하여 광의 특성을 변경하는 핀홀 어레이; 및
상기 광학계로 광을 조사하는 제1 보조 광원을 포함하고,
상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 제1 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되고,
상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 제2 특성을 가지는 광이 상기 광학계에 입사되며,
상기 제1 특성을 가지는 광은 점광이 확산된 형태이고,
상기 제1 보조 광원은 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 면광을 상기 광학계로 출력하는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 특성을 가지는 광은 면광형태인 스캐너.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 점광을 출력하는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 면광을 출력하는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 핀홀 어레이는 액정패널인 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 차광영역이 생성되어 핀홀이 정의되는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 핀홀 어레이는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 핀홀이 제거되고 글래스와 대응되는 광학적 특성을 가지는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 광원과 상기 핀홀 어레이 사이에 위치하여 상기 광원으로부터의 광의 경로를 변경하여 상기 핀홀 어레이 방향으로 다수의 초점을 가지는 광을 출력하는 렌즈 어레이를 더 포함하는 스캐너.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광원과 제1 보조 광원은 서로 교번하여 점멸되는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴온되고, 상기 제1 보조 광원은 턴 오프되며,
상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴오프되고, 상기 제1보조 광원은 턴온되는 스캐너.
- 제1항에 있어서,
상기 오브젝트로 광을 조사하는 제2 보조 광원을 포함하고,
상기 제2 보조 광원은 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 오브젝트로 광을 출력하는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 광원과 상기 제2 보조 광원은 서로 교번하여 점멸되는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 광학계가 제1 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴온되고, 상기 제2 보조 광원은 턴 오프되며,
상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 상기 광원은 턴 오프되고, 상기 제2 보조 광원은 턴온되는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 보조 광원은 상기 스캐너의 선단부에 위치하는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 보조 광원은 청색 파장영역의 광을 출력하는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 보조 광원은 QLF(Quantitative Light-induced Fluorescence)광을 출력하는 스캐너.
- 제13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 광학계가 제2 상태에 있는 경우 치아 우식증을 검출하는 스캐너.
- 광을 출력하는 광원;
상기 광원으로부터 출력된 광의 특성을 변경하는 핀홀 어레이;
상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계;
상기 핀홀 어레이 및 광학계를 제어하는 제어부; 및
상기 광학계로 광을 조사하는 제1 보조 광원을 포함하고,
상기 제어부는 제1 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 점광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어하고,
상기 제1 보조 광원은 상기 광학계가 제2 모드에서 면광을 상기 광학계로 출력하는 스캐너.
- 제20항에 있어서,
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 면광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 제20항에 있어서,
상기 제어부는 제3 모드에서 상기 핀홀 어레이에서 면광이 출력되도록 제어하고, 상기 광학계가 오목렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 광을 출력하는 광원;
상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이;
면광을 출력하는 보조 광원;
상기 핀홀 어레이 또는 상기 보조 광원으로부터의 광의 초점을 변경하는 광학계; 및
상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 제23항에 있어서,
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 제23항에 있어서,
상기 제어부는 제3 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 오목렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 광을 출력하는 광원;
상기 광원으로부터 출력되는 광을 점광형태로 출력하는 핀홀 어레이;
상기 핀홀 어레이로부터의 광의 초점을 변경하여 오브젝트로 출력하는 광학계;
상기 오브젝트로 광을 조사하는 보조 광원; 및
상기 광원 및 보조 광원을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 제1 모드에서 상기 광원을 점등하고, 상기 광학계가 볼록렌즈에 대응되는 특성을 가지도록 제어하고,
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 면광을 상기 광학계로 출력하도록 제어하는 스캐너.
- 제23항에 있어서,
상기 제어부는 제2 모드에서 상기 보조 광원을 점등하고, 상기 광학계가 글래스에 대응되는 특성을 가지도록 제어하는 스캐너.
- 제26항에 있어서,
상기 보조 광원은 QLF(Quantitative Light-induced Fluorescence)광을 출력하는 스캐너.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170030727A KR102394310B1 (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 스캐너 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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ID=63719784
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| KR101709975B1 (ko) * | 2014-09-30 | 2017-02-27 | 전자부품연구원 | 무구동 광학계를 구비하는 구강 스캐너 및 이를 이용한 구강 스캐닝 방법 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013509208A (ja) | 2009-10-30 | 2013-03-14 | ケアストリーム ヘルス インク | 液体レンズを備えた口腔内カメラ |
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