KR102434573B1 - 구강용 3d 컬러 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구강에 삽입되어 보철물과 같은 반짝거리는 물질이 있을 경우에도 명확하게 구강내의 상태를 3D 컬러 영상으로 재현할 수 있는 구강용 3D 컬러 스캐너에 관한 것으로서, 구강 내부로 입사하도록 소정의 광을 조사하는 광원, 광원 앞에 배치되면 진동하는 빛을 한쪽 반향으로 통과시키는 편광필터(Polarizer), 케이스 내부에 배치되어 상기 광원으로부터 반사된 광을 통과시키도록 상기 케이스 측벽에 배치된 한 쌍의 반사광 렌즈, 한 쌍의 반사광 렌즈로부터 투과된 광을 수용하여 상기 편광 필터로부터 투과된 반사광을 P 편광으로 투과시키는 한 쌍의 검광자(Analyzer), 검광자로부터 투과된 광을 수용하여 영상 정보를 생성하는 이미지 센서가 결합 되도록 광원의 폭방향 일측벽 및 타측벽에 밀착되게 배치된 이미지 보드를 포함할 수 있다.

Description

구강용 3D 컬러 스캐너{Oral 3D Color Scanner}

본 발명은 구강용 3D 컬러 스캐너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구강에 삽입되어 구강 내부를 영상으로 구현하되, 보철물과 같은 반짝거리는 물질이 있을 경우에도 명확하게 구강내의 상태를 3D 컬러 영상으로 재현할 수 있는 구강용 3D 컬러 스캐너에 관한 것이다.

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

그러나 이와 같은 방식은 환자에게 많은 불편함을 야기한다. 석고 모형을 만들기 위해서는 일정 시간 이상 동안 반고체 상태의 석고가 들어있는 틀을 입에 문 상태로 기다려야 하는데, 환자가 정확하게 물고 있지 못하거나, 물고 있는 중에 틀이 움직일 경우, 정확한 환자의 치아 모형이 만들어지지 못할 수 있다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 오차가 발생할 수 있으며, 틀을 정확하게 만들었다 하더라도, 기공사에서 틀에 따라 모형을 만드는 과정 중에 오차가 발생할 수도 있다. 특히, 석고틀 등을 여러 환자가 사용하기 때문에, 소독 등이 충분하게 이루어지지 않을 경우, 위생상 문제가 발생할 수도 있다.

이에 따라, 최근에는 광학기기를 이용하여 환자 구강 내부의 치아 상태를 물리적인 접촉 없이 3차원으로 스캐닝 / 촬영하여 정확한 환자 치아의 형상 및 상태를 측정할 수 있는 기술이 활발하게 연구되고 있다. 이와 관련한 종래 기술은 대한민국 등록특허 10-1874547(등록일: 2018. 06. 28)과, 대한민국 등록특허 10-1628730(등록일: 2016. 06. 02)가 있다.

그러나, 전술한 종래 특허는 구강 내부에 보철물 또는 침과 같은 반짝거리는 이물질이 있는 경우에는 반사광에 노이즈가 생겨 결국 희뿌옇게 촬영되어 검사자가 육안으로 보기에 불편한 점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 치아 상태를 정확히 판단하여 치료할 수 있도록 구강내에 삽입이 쉽게 소형의 3D 컬러 데이터를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 구강내에 보철물이나 침과 같은 반짝거리는 이물질이 있을 때에도 차아내부의 상태를 정확히 볼 수 있는 3D 컬러 스캐너를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 구강 내부로 인입 및 인출 가능하고, 길이방향으로 직교되는 일면에 개구부가 형성되어 상기 구강 또는 인체 내부로 상기 개구부를 통해 화상이 광의 형태로 내부로 유입되는 형태의 케이스를 가지는 3차원 구강 스캐너에 관한 것으로서, 구강 내부로 입사하도록 소정의 광을 조사하는 광원, 광원 앞에 배치되면 진동하는 빛을 한쪽 반향으로 통과시키는 편광필터(Polarizer), 케이스 내부에 배치되어 상기 광원으로부터 반사된 광을 통과시키도록 상기 케이스 측벽에 배치된 한 쌍의 입사광 렌즈, 한 쌍의 입사광 렌즈로부터 투과된 광을 수용하여 상기 편광 필터로부터 투과된 광의 파형을 분석하는 한 쌍의 검광자(Analyzer), 검광자로부터 투과된 광을 수용하여 영상 정보를 생성하는 이미지 센서가 결합 되도록 광원의 폭방향 일측벽 및 타측벽에 밀착되게 배치된 이미지 보드를 포함할 수 있다.

또한, 광원은 적색, 녹색, 청색 파장의 빛을 발생할 수 있다.

또한, 검광자를 통과한 광은 광경로 변경수단에 의해 상기 이미지 센서로 입사될 수 있다.

또한, 광경로 변경수단은 미러 또는 프리즘 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 조사된 광원은 DMD(Digital Micromirror Device)를 통과할 수 있다.

또한, 케이스 일측에 액체를 제거하여 상기 액체에 대한 반짝거림에 의한 영상의 흐려짐을 예방하도록 소형 모터를 장착한 팬이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너는 각각의 부속 모듈의 배치가 효율적으로 되어 구강에 삽입이 쉽고, 진단자가 쉽게 영상을 습득할 수 있도록 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 구강내에 반짝거리는 물질, 즉 보철물이나 침과 같은 이물질이 있을 경우에도 광을 투과시켜 선명한 영상을 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 평면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 분해사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 평면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 분해 사시도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 평면도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 분해 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 더욱 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 평면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 분해사시도 이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너는, 구강 내부로 입사하도록 소정의 광을 조사하는 광원(50)과, 상기 광원(50) 앞에 배치되며 입사광의 초점을 맞추는 입사광 렌즈(15) 상기 입사광 렌즈(15) 앞에 배치되며 진동하는 빛을 한쪽 방향으로 통과시키는 편광필터(Polarizer)(25)와, 상기 케이스 내부에 배치되어 상기 광원(50)으로부터 반사된 광을 통과시키도록 상기 케이스 측벽에 배치된 한 쌍의 반사광 렌즈(10)와, 상기 광원(50)으로부터 방출된 빛을 반사시켜 치아 등의 구조 구조물에 반사된 반사광을 한 쌍의 반사광 렌즈(10)로 되돌아 오도록 하는 반사경(1)과, 상기 한 쌍의 반사광 렌즈(10)로부터 투과된 광을 수용하여 상기 편광필터(25)로부터 투과된 광의 파형을 분석하는 한 쌍의 검광자(Analyzer)(20)와, 상기 검광자(20)로부터 투과된 광을 수용하여 영상 정보를 생성하는 이미지 센서(45) 및 상기 이미지 센서(45)가 결합 되도록 광원(50)의 폭방향 일측벽 및 타측벽에 밀착되게 배치된 한 쌍의 이미지 보드(40)를 포함한다.

상기 광원(50)은 패턴 광일 수 있으며, 바람직하게는 적색, 녹색, 청색 파장의 빛을 발생하는 R, G, B 광원일 수 있다. 또한, 상기 광원(50)은 반사경(1)에 도달하기 위하여 다수의 광경로 변경부(예를 들어, 미러, 프리즘, 빔스플리터 등)를 거칠 수 있다.

또한, 본 발명은 광원(50)이 구강부로 입사될 때 DMD(Digital Micromirror Device)(60)를 투과할 수 있다. 상기 DMD(60)는 광원으로부터 나온 광이 입사광 프리즘(70)을 통과하기 전에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 DMD(Digital Micromirror Device)(60)는 표면에 극소의 거울을 무수히 배치한 칩으로, 거울 하나가 화소(pixel) 하나에 대응되는 것으로, 기존의 브라운관 방식이나 액정 방식, 플라스마 방식과 완전히 다른 투사 방식이다.

즉, DMD 칩은 반사 디바이스로 더욱이 반사 효율이 높기 때문에 소자 자체에 남는 에너지가 거의 없다. 이 때문에 정지 화면과 문자 정보, 도면 등과 같은 고정 버튼을 장시간 계속해서 표시해도 다른 표시 방식에서 발생하는 달라붙는 현상은 발생하지 않는다. 또한, 자계(磁界)의 영향에 의한 색 번짐이나 화상의 일그러짐도 없고, 본래의 화상과 영상을 충실하고 정확히 재현할 수 있다.

상기 DMD(60)를 투과한 광은 광 경로변경 수단(예를 들어, 미러, 프리즘, 빔스플리터 등)을 이용하여 광이 구강에 반사된 경로로 입사되도록 할 수 있다.

상기 편광필터(Polarizer)(25)는 광원(50)이 구강으로 입사되는 방향 즉, 본 발명에서는 상기 DMD(60)를 투과한 광이 필터 되도록 광원(50) 앞쪽에 위치함이 바람직하며, 구강내부에서 반사된 광이 한 쌍의 반사광 렌즈(10)를 통과한 후 상기 편광필터(25)로부터 투과된 광의 파형을 분석하는 한 쌍의 검광자(Analyzer)(20)를 통해 파형을 분석하게 된다.

즉, 본 발명에서는 상기 편광필터(25) 및 검광자(20)에 의해 구강내에 반짝거리는 물체의 반사광을 P 편광으로 투과하게 하여 제거할 수 있는 것이다. 다시 말해, 구강내에 보철물과 같은 반짝거리는 물체가 있는 경우, 반사광을 P 편광으로 투과하게 하여 S 편광을 데이터로 활용함으로써 스캔된 화면에서 노이즈를 제거할 수 있다. 즉, 편광필터(25) 및 검광자(20)는 P 편광을 투과하고, P 편광에 수직한 S 편광은 반사시킬 수 있어 입사광의 편광상태를 직교성분으로 나눌 수 있다. 이때, S편광을 반사하는 반사면은 유전체다층막을 사용하여 코팅할 수 있으며, 이를 통해 광 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 경우에 따라서는 S 편광을 데이터로 사용하였으나 해상도가 높지 않을 경우에는 P 편광을 선택적으로 스위칭 하여 이미지 데이터를 확보할 수도 있다.

참고로, S 편광은 시료면에 입사하는 빛의 전기 벡터의 진동방향이 입사면 (시료면의 법선(法線)과 파면(波面) 법선(빛의 진행방향)을 포함하는 면)에 수직인 직선편광이며, P 편광은 시료면에 입사하는 빛의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면(시료면의 법선과 파면 법선(빛의 진행 방향)을 포함하는 면)내에 포함되는 직선 편광이다.

상기 한 쌍의 반사광 렌즈(10)는 구강에 삽입되어 반사경(1)에 의해 반사된 반사광이 검광자(20)를 통과하기 전 반사광의 초점을 맞춰주는 역할을 할 수 있다.

한편, 검광자(20)를 통과한 반사광은 광경로 변경수단(30)(예를 들어, 미러, 프리즘, 빔 스플리터 등)에 의해 이미지 보드(40)에 장착된 이미지 센서(45)로 도달하여 구강내 상태를 3D 컬러 화면으로 볼 수 있는 것이다. 상기 이미지 센서는 촬상소자(예를 들어, 카메라 등)일 수 있으며 3차원 영상과 2차원 영상을 획득하는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 평면도, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 단면도, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너의 분해 사시도이다.

도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너는 케이스의 공간활용을 보다 효율적으로 하기 위하여 스캐너의 크기를 작게 할 수 있도록 한 쌍의 이미지 보드(40)의 위치를 광원(50)을 중심으로 양 측면에 배치되게 할 수도 있다. 이는 스캐너의 부피를 작게 함으로 해서 사람의 구강속으로 들어가기 쉽게 하기 위함이며, 또한, 편광필터(25)는 입사광 렌즈(15) 앞 단에 위치하여 광원(50)으로부터 나온 광이 입사광 렌즈(15)를 거쳐 편광필터(25)로 입사됨이 바람직하다. 이 또한, 효율적 공간활용을 하기 위함이다. 그 외에 구성요소는 전술한 도 1 내지 3의 구성과 동일함으로 이하 상세한 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 평면도, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 단면도, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팬이 장착된 구강용 3D 컬러 스캐너의 형상을 나타내는 분해 사시도이다.

도 7 내지 9를 참조하면, 본 발명에 따른 구강용 3D 컬러 스캐너는 이미지 보드(40) 일측에 팬(100)이 구비될 수 있다.

상기 팬(100)은 소형 구동 모터와 연결되어 구강 내부로 공기를 불어 넣을 수 있게 장착될 수 있다. 이는, 구강 내부의 침이나 수분 등을 마르게 하는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 구강내에 침이나 수분 등이 묻어 있을 경우에 입사된 광이 반짝거리는 현상 때문에 구강내의 상태를 정확히 판단할 수 없기 때문에 팬(100)을 이용해 바람을 불어넣어 침과 같은 수분을 마르게 작용을 하는 것이다.

또한, 본 발명에서 팬(100)은 광원(50) 뒷편에 장착되어 구강내부로 바람이 불어지도록 회전함이 바람직하다.

한편, 도 10은 또 다른 실시예로서 편광필터가 한 쌍의 반사광 렌즈 앞에 배치된 도면을 나타낸다. 이는, 공간 효율을 효율적으로 하기 위함이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

1 : 반사경 10 : 한 쌍의 반사광 렌즈
15 : 입사광 렌즈 20 : 검광자(Analyzer)
25 : 편광필터(Polarizer) 30 : 광 경로 변경수단(미러)
40 : 이미지 보드 45 : 이미지 센서
50 : 광원 60 : DMD(Digital Micromirror Device)
70 : 입사광 프리즘 100 : 팬

Claims (6)

1. 구강 내부로 인입 및 인출 가능하고, 길이방향으로 직교되는 일면에 개구부가 형성되어 상기 구강 또는 인체 내부로 상기 개구부를 통해 화상이 광의 형태로 내부로 유입되는 형태의 케이스를 가지는 3차원 구강 스캐너로,
   상기 케이스내에 설치되어 광을 발산하는 광원(50)과;
   상기 광원(50) 앞에 배치되며 구강속으로 입사되는 광의 초점을 맞추는 입사광 렌즈(15)와;
   상기 입사광 렌즈(15)와 광원(50)사이에 배치되는 DMD(60) 및 입사광 프리즘(70)과;
   상기 입사광 렌즈(15)과 상기 입사광 프리즘(70) 사이에 배치되어 광을 필터링하는 편광필터(25)와;
   상기 케이스내에 설치되어 구강내에서 반사되는 광을 한 쌍의 반사광 렌즈(10)로 반사시키는 반사경(1)과;
   상기 한 쌍의 반사광 렌즈(10)를 투과한 광을 수용하여 상기 편광필터(25)를 투과하는 광의 파형을 분석하여 P 편광으로 투과시키는 한 쌍의 검광자(20)와;
   상기 검광자(20)를 투과한 광을 수용하여 영상 정보를 생성하는 이미지 센서(45)와;
   상기 검광자(20)를 통과한 광이 상기 이미지 센서(45)에 촬상되도록 미러 또는 프리즘 중 어느 하나로 구성된 광경로 변경수단과;
   상기 광원(50)의 폭방향 양 측면에 밀착되도록 결합되는 상기 이미지 센서(45)를 포함하는 한 쌍의 이미지 보드(40) 및;
   상기 광원의 뒷쪽에 설치되어 구강속으로 공기를 불어넣는 소형 모터를 갖춘 팬(100);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강용 3D 컬러 스캐너.
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