KR102446855B1 - 프로브 광의 구조화된 빔을 사용하는 3d 스캐너 - Google Patents

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쓰리세이프 에이/에스
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Abstract

오브젝트의 3D 지형을 기록하기 위한 3D 스캐너가 개시되며, 3D 스캐너는,
- 프로브 광의 구조화된 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛;
- 오브젝트가 구조화된 프로브 광 빔에 의해 조명될 경우 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛; 및
- 선회 축을 중심으로 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 오브젝트에서의 구조화된 프로브 광 빔의 포지션을 제어하도록 배열된 액추에이터 유닛을 포함하며, 액추에이터 유닛은 휠을 포함하거나 그 휠을 구동시키도록 배열된 회전 모터를 포함하고, 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 휠의 표면은 회전을 따라 변하는 회전 모터의 축으로부터 반경방향 거리를 갖는다.

Description

프로브 광의 구조화된 빔을 사용하는 3D 스캐너
본 출원은 오브젝트의 디지털 3차원(3D) 표현을 기록하기 위한 오브젝트의 3D 스캐닝에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 스캐닝된 오브젝트 상의 프로브 광 빔의 포지션을 시프트시킬 수 있는 3D 스캐너에 관한 것이다. 하나의 애플리케이션은, 특히 데스크톱 스캐너에서 치과 인상(dental impression)들 또는 물리적 치과 모델들을 스캐닝하기 위해 치과 내에서 이루어진다.
스캐닝된 오브젝트 상으로 프로브 광의 빔을 투사함으로써 동작하는 3D 스캐너들, 이를테면 3Shape D2000 데스크톱 스캐너가 당업계로부터 알려져 있다. 그러한 3D 스캐너들은 기본적으로 빔, 예컨대, 백색 라인들의 규치적인 패턴을 갖는 빔을 스캐닝된 오브젝트 상으로 투사함으로써 기능한다. 투사된 빔의 일부 광은 오브젝트 표면으로부터 반사되고 3D 스캐너의 이미징 유닛의 하나 또는 그 초과의 카메라들에 의해 캡처되어, 투사된 프로브 광의 2D 이미지들을 획득한다. 예컨대, 구조화된 광 패턴 내의 라인들이 2D 이미지의 매우 양호하게 설정된 투사 지오메트리(geometry), 이를테면 삼각측량에서 검출될 경우, 그것은 오브젝트 표면의 3D 좌표들을 도출하기 위해 사용될 수 있다. 이어서, 3D 스캐너의 광학 시스템의 적어도 일부 및 오브젝트는, 예컨대, 오브젝트의 회전 및/또는 프로젝터 유닛 및 이미징 유닛의 선형 모션에 의하여 서로에 대해 이동되며, 새로운 2D 이미지들이 획득되고, 그 이미지들로부터 오브젝트의 다른 구역들에 대한 3D 좌표들이 도출된다.
구조화된 프로브 광 빔이 오브젝트 표면 상의 하나의 포지션에 로케이팅될 경우, 데이터는 단지, 구조화된 프로브 광 빔의 더 밝은 부분들에 의해 조명된 표면의 구역들로부터만 획득될 것이다. 이어서, "라인들 사이의" 데이터는, 라인 패턴의 기간보다 작은 거리로 구조화된 프로브 광 빔을 샘플에 걸쳐 이동시킴으로써 획득될 수 있다. 구조화된 빔을 오브젝트를 가로질러 이동시키는 것은, 오브젝트의 표면을 재구성하고 그것을 오브젝트의 디지털 3D 표현으로 표현하기에 충분한 데이터가 획득될 수 있다는 것을 제공한다. 데이터가 어떠한 "어두운 스폿(spot)들" 없이 전체의 스캐닝된 구역으로부터 획득될 경우, 오브젝트의 정밀한 디지털 3D 표현이 획득된 2D 이미지들로부터 생성될 수 있다.
일부 종래 기술의 3D 스캐너에서, 구조화된 프로브 광 빔의 오브젝트를 가로지르는 점진적인 움직임은 종종, 고가의 고정밀 병진운동 스테이지들을 사용하여 광원, 렌즈 시스템들 및 이미징 유닛을 포함하는 광학 시스템의 적어도 일부를 오브젝트에 대해 이동시킴으로써 실현된다.
오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너가 개시되며, 3D 스캐너는,
- 프로브 광의 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛;
- 오브젝트가 프로브 광 빔에 의해 조명될 경우 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛; 및
- 프로젝터의 이동가능한 부분의 배향 및/또는 포지션을 조정함으로써 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 포지션을 제어하도록 배열된 액추에이터 유닛을 포함한다.
액추에이터 유닛은, 스캐너 프레임워크 그 자체가 오브젝트에 대해 실질적으로 여전히 유지되면서 프로브 광 빔이 오브젝트를 가로질러 이동되도록 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 배향 및/또는 포지션을 조정한다. 프로브 광 빔이 오브젝트를 가로질러 이동될 경우, 데이터는 표면의 전체 스캐닝된 영역으로부터 획득될 수 있다.
이동가능한 부분의 배향 및/또는 포지션은 바람직하게, 스캐닝된 오브젝트 상에서의 프로브 광 빔의 포지션의 점진적인 시프트를 제공하여 점진적으로 조정될 수 있다. 이것은, 구조화된 프로브 광 빔이 오브젝트의 표면에 걸쳐 매끄럽게 이동되고 고해상도 데이터가 구조화된 프로브 광 빔 패턴에서 패턴의 상대적으로 얇은 밝은 섹션들로부터 획득되는 스캐닝을 허용한다. 즉, 이를테면, 구조가 프로브 광의 구조화된 빔을 가로질러 일 방향으로 주기적인 변동을 갖는 패턴을 갖고, 이동가능한 부분의 배향 및/또는 포지션의 단계적 조정이 발생하여, 하나의 단계 동안의 패턴의 포지션의 변화가 주기적인 변동보다 상당히 더 작은, 이를테면, 적어도 5배 더 작거나, 이를테면 적어도 10배 더 작거나, 이를테면 적어도 15배 더 작거나, 이를테면 20배 더 작은 경우, 움직임은 스캐닝된 오브젝트에서 구조화된 프로브 광 빔의 구조의 스캐일 상에서 매끄럽다.
스캐닝 동안, 오브젝트 및 3D 스캐너는, 오브젝트가 3D 스캐너의 스캔 볼륨에 로케이팅되도록 배열된다. 일부 실시예들에서, 스캐너는 데스크톱 스캐너이다. 그러한 데스크톱 3D 스캐너들은 종종, 오브젝트가 스캔 볼륨에 대해 정확하게 배치되는 것을 보장하는 오브젝트에 대한 홀더를 갖는다. 고속 3D 스캐너, 이를테면 본 출원에 개시된 개념들을 사용하여 실현될 수 있는 3D 스캐너의 경우, 기록된 디지털 3D 표현이 부정확하게 되는 떨림 유도된 블러(blur) 없이 스캐닝 동안 오브젝트가 손에 의해 홀딩될 수 있도록 스캐닝은 충분히 빠를 수 있다.
오브젝트의 디지털 3D 표현은 획득된 2D 이미지들로부터 도출될 수 있다. 2D 이미지들의 프로세싱은, 획득된 2D 이미지들이 3D 스캐너로부터 전달되는 외부 유닛에서, 3D 스캐너의 데이터 프로세싱 유닛에 의해 수행될 수 있거나, 또는 프로세싱의 하나의 부분은 3D 스캐너에서 그리고 외부 유닛의 다른 부분에서 수행될 수 있다. 외부 유닛은, 3D 스캐너를 또한 포함하는 스캐너 시스템의 일부를 형성하는 개인용 컴퓨터 또는 전용 데이터 프로세싱 유닛일 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서, 3D 스캐너는, 적어도 획득된 2D 이미지들에 기반하여 오브젝트의 3D 지형을 표현하는 디지털 3D 표현을 생성하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품이 저장된 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하는 데이터 프로세싱 유닛을 포함하거나 또는 그에 연결된다.
프로젝터 유닛의 이동가능한 부분은 프로젝터 유닛의 부분들 중 하나 또는 그 초과, 이를테면 프로젝터 유닛의 모든 부분들을 홀딩할 수 있다.
일부 실시예들에서, 배향은 선회 축을 중심으로 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 조정된다.
프로젝터 유닛은, 프로젝터 유닛 내의 광학 컴포넌트들 및 그들의 상대적인 배열에 의해 정의된 광학 축을 따라 프로브 광을 방출한다. 스캐너 프레임워크에 대해 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 배향을 변경시키는 것은, 스캐너 프레임워크에 대한 프로젝터 유닛의 광학 축의 각도가 변경되는 것을 제공한다. 그에 의해, 이동가능한 부분의 회전은, 프로브 광 빔이 스캐너의 스캔 볼륨에 로케이팅된 오브젝트를 가로질러 이동되는 것을 제공한다. 즉, 액추에이터 유닛은 선회 축을 중심으로 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 오브젝트 상의 프로브 광 빔의 포지션을 제어할 수 있다.
프로젝터 유닛의 광학 축의 각도 및 스캔 볼륨에 배열된 오브젝트에 대한 거리는 오브젝트 상의 프로브 광 빔의 가로 포지션(transverse position)을 결정한다. 따라서, 고정된 거리의 경우, 오브젝트를 가로지르는 빔의 병진운동은 프레임워크에 대한 광학 축의 각도의 변화에 의해 결정된다.
본 발명의 맥락에서, 어구 "가로 포지션"은 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 광학 축에 실질적으로 수직한 평면 내의 프로브 광 빔의 포지션을 지칭하는 반면, "가로 평면"은 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 광학 축에 실질적으로 수직한 평면이다.
일부 실시예들에서, 선회 축은 프로젝터 유닛의 광학 축에 실질적으로 수직하다.
일부 실시예들에서, 선회 축은 프로젝터 유닛의 광학 축과 교차한다.
선회 축을 광학 축에 실질적으로 수직하게 하고 광학 축과 교차하게 하는 것은, 3D 스캐너의 스캔 볼륨에서, 즉, 스캔 볼륨 상에 배치된 오브젝트 상에서, 이동가능한 부분의 회전과 프로브 광 빔의 움직임 사이의 가장 단순한 관계를 제공한다.
일부 실시예들에서, 프로브 광의 빔은 가로 평면에서 공간 구조를 포함하는 구조화된 빔이다.
프로브 광 빔의 구조가 프로젝터 유닛의 광학 축에 수직한 하나의 방향으로 균일할 경우, 즉 구조가 이러한 방향을 따라 변하는 어떠한 특성부들도 갖지 않는 경우, 회전 축은 바람직하게 이러한 균일한 방향에 평행하다. 적어도 선회 축은 균일한 방향 및 광학 축에 수직하지 않아야 하는데, 그 이유는, 그러한 설계가 구조화된 빔을 가로지르는 대신 오직 균일한 방향을 따라서만, 구조화된 빔을 이동시킬 것이기 때문이다.
몇몇 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 휠(wheel)을 포함하거나 휠을 구동시키도록 배열된 회전 모터를 포함하며, 여기서, 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 휠의 표면은 회전을 따라 변하는 회전 모터의 축으로부터 반경방향 거리를 갖는다.
예컨대, 휠의 힘 전달 외측 표면으로부터 휠의 중심까지의 거리는 휠의 주연부의 상당한 부분에 대한 회전에 따라 증가할 수 있다.
따라서, 오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너가 개시되며, 3D 스캐너는,
- 프로브 광의 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛;
- 오브젝트가 프로브 광 빔에 의해 조명될 경우 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛; 및
- 선회 축을 중심으로 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 포지션을 제어하도록 배열된 액추에이터 유닛을 포함하며, 액추에이터 유닛은 휠을 포함하거나 휠을 구동시키도록 배열된 회전 모터를 포함하고, 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 휠의 표면은 회전을 따라 변하는 회전 모터의 축으로부터 반경방향 거리를 갖는다.
각도 의존적인 반경방향 거리를 갖는 표면을 갖는 휠을 사용하여, 즉 휠 표면이 원을 따르지 않는 경우 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 배향을 제어하는 것은, 종래 기술의 솔루션들과 비교하여 프로브 광 빔의 포지션의 정밀한 제어를 위한 저비용 솔루션을 제공한다.
본 개시내용의 맥락에서, 어구 "휠 표면"은 프로젝터 유닛에 동작가능하게 커플링된 표면을 지칭한다.
프로젝터 유닛의 배향에 의해, 스캐닝된 오브젝트 상의 프로브 빔의 포지션을 제어하는 하나의 이점은, 오브젝트 및 스캐너 프레임워크를 여전히 유지하면서 빔 포지션이 점진적으로 및 동적으로 변경될 수 있다는 것이다. 이동가능한 부분의 포지션 및/또는 배향의 점진적인 및 매끄러운 변화는, 예컨대, 2개의 후속하여 획득된 2D 이미지들 사이의 패턴의 포지션에서의 시프트가 2D 이미지들의 획득 타이밍에 의해 간단히 결정될 수 있다는 것을 제공한다.
액추에이터 유닛은 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 직접적으로 또는 하나 또는 그 초과의 중간 컴포넌트들을 통해 간접적으로 동작가능하게 커플링될 수 있다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분과 직접 맞물리도록 배열된다. 이것은, 예컨대, 매우 콤팩트한 스캐너 설계가 제공되도록 액추에이터 유닛을 이동가능한 부분 다음에 배치함으로써 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 회전 모터의 축은 프로젝터 유닛의 광학 축에 수직하다. 모터가 광학 축에 수직한 축을 중심으로 회전할 경우, 휠의 표면은 광학 축을 따라 이동하며, 그에 의해, 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 회전은 오브젝트 표면에 걸친 프로브 광 빔의 병진운동을 제공한다.
휠이 회전되는 동안 표면의 반경방향 거리가 증가할 경우, 액추에이터는 직접적으로 또는 중간 컴포넌트들을 통해 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 푸시(push)를 제공한다. 푸시는 선회 축을 중심으로 한 이동가능한 부분의 회전을 제공한다. 신장된(elongated) 힘-전달 부재와 함께, 이것은, 오브젝트 상에서의 프로브 광 빔의 매우 정밀한 움직임을 제공하는 단순하고 콤팩트한 설계를 제공한다.
일부 실시예들에서, 휠 표면은 매끄럽고, 즉 예컨대 기어링 치형부들이 없다. 이것은, 프로젝터 유닛 및 그에 따른 오브젝트 상에서의 구조화된 광 패턴의 포지션의 회전의 매끄럽고 점진적인 시프트를 제공한다. 또한, 기어링 치형부들을 회피하는 것은, 방향을 변경시키는 경우 히스테리시스 및 슬랙(slack)이 완화되거나 또는 완전히 회피될 수 있다는 이점을 갖는다.
휠 표면은 마찰을 감소시키기 위해, 예컨대 테플론(Teflon) 코팅으로 코팅될 수 있다. 저마찰 표면은, 휠과 그것이 맞물리는 컴포넌트 사이의 스틱(stick) 및 슬립(slip) 타입 모션으로 인한 급작스러운 점프들 없이, 구조화된 빔이 오브젝트에 걸쳐 연속적으로 이동될 수 있도록 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 매끄럽고 연속적인 회전이 실현될 수 있다는 이점을 갖는다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 상기 휠 표면과 접촉하여 배열된 저마찰 엘리먼트를 포함하며, 여기서 저마찰 엘리먼트는 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된다.
이어서, 휠의 표면은, 예컨대 휠의 반경이 증가할 경우 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 푸시를 제공하는 저마찰 엘리먼트를 통해 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된다.
저마찰 엘리먼트는 당업자들에 의해 결정될 수 있는 바와 같이 다양한 형태들로 구성될 수 있다. 예컨대, 저마찰 엘리먼트는, 또한 접촉 표면의 영역을 감소시키고 그에 따라 마찰을 감소시킬 수 있는 저마찰 볼(ball) 또는 롤러일 수 있다. 그러한 실시예들은 코팅의 마모에 관련된 문제점들을 완화시키거나 회피하기 위한 저마찰 코팅에 비해 선호될 수 있다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 직접적으로 또는 힘-전달 엘리먼트를 통해 프로젝터의 이동가능한 부분의 포지션을 제어하도록 배열된 피스톤을 포함한다.
일부 실시예들에서, 휠 표면은 편심이거나 또는 아르키메데스 나선에 따라 형상화된다.
아르키메데스 나선 형상 휠에서, 휠의 중심으로부터 힘 전달 표면의 반경방향 거리는 휠 주연부의 대부분에 걸친 회전 각도에 따라 선형적으로 증가한다. 따라서, 모터의 회전 각도는, 모터 회전 각도에 직접적으로 비례하는 이동가능한 부분의 회전으로 변환된다.
이것은, 그것이 스캐닝된 오브젝트를 가로지르는 구조화된 프로브 빔의 병진운동과 회전 모터 각도 사이의 단순한 관계를 제공하므로 유리하다.
일부 실시예들에서, 힘-전달 부재는 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 일부이거나 또는 그에 부착되며, 액추에이터 유닛은 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물리도록 배열된다.
힘 전달 부재는 액추에이터 유닛에 동작가능하게 연결되어, 액추에이터 유닛이 3D 스캐너의 프레임워크 및/또는 이미징 유닛에 대한 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 배향을 제어하게 허용한다.
힘-전달 부재는 프로젝터 유닛에 직접적으로 또는 중간 부분들을 통해 부착되어, 힘-전달 부재와 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 고정된 상대적인 배열을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 힘-전달 부재는 신장된 부재를 포함한다.
액추에이터 유닛이 힘-전달 부재와 맞물리고 그에 따라 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 포인트와 선회 축 사이에 일정 거리를 신장된 엘리먼트가 도입하면서, 신장된 힘-전달 부재가 선회 축에 수직하게 배열되게 하는 것은, 이동가능한 부분의 회전이 액추에이터 유닛의 주어진 변화에 대해 더 작다는 것을 제공한다. 신장된 힘-전달 부재가 더 길어질수록, 프로젝터 유닛의 회전 및 그에 따른 오브젝트 표면 상에서의 구조화된 프로브 광 빔의 움직임을 제어하는 것이 더 용이해진다.
일부 실시예들에서, 신장된 부재의 길이는 적어도 2cm, 이를테면 적어도 3cm, 이를테면 적어도 5cm, 이를테면 적어도 8cm, 이를테면 적어도 10cm, 이를테면 적어도 15cm이다.
일부 실시예들에서, 신장된 부재의 길이와 단면 치수 사이의 비율은 적어도 2, 이를테면 적어도 3, 이를테면 적어도 5, 이를테면 적어도 10, 이를테면 적어도 20이다.
3D 스캐너는 개인용 컴퓨터와 같은 제어 유닛을 갖거나 또는 제어 유닛에 연결될 수 있으며, 여기서, 제어 유닛은 컴퓨터 프로그램 제품이 인코딩된 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 갖는다.
3D 스캐너의 교정은 프로브 광 빔의 오프셋과 회전 모터의 회전 각도 사이의 정밀한 상관을 결정하기 위해 수행될 수 있다. 그러한 상관은, 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 일정한 속도의 움직임이 제공될 수 있도록 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 고려될 수 있다. 회전 모터 각도 대 빔 포지션의 상관은 또한, 주어진 2D 이미지가 기록되었던 경우 프로브 광 빔의 포지션이 알려지도록, 주어진 회전 각도로 이미징 유닛을 사용하여 기록된 2D 이미지 사이에서 링크를 설정하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로젝터 유닛은 프로브 광 빔에 구조를 도입하도록 배열된 광원 및 마스크를 포함한다.
일부 실시예들에서, 마스크는 고정된 지오메트리를 갖는다.
고정된 지오메트리를 갖는 마스크는, 예컨대 MEMS 어레이 솔루션들에 대해 저비용의 솔루션을 제공한다는 이점을 갖는다.
마스크는, 예컨대, 일부 구역들이 광원으로부터의 인입 광의 더 큰 부분을 투과시켜, 그에 의해 프로브 광 빔에서 구조를 형성하도록 더 높거나 더 낮은 투과율의 교번 구역들을 갖는 갖는 투과 마스크일 수 있다. 마스크는 투명 기판, 이를테면 유리 플레이트 상에서 더 낮은 투과율들의 구역들을 정의함으로써 실현될 수 있다. 이것은, 예컨대, 프로브 광 빔의 구조가 정의되도록 더 낮은 투과 구역들을 정의하는 플레이트의 하나의 표면 상에 반사 또는 흡수 재료를 증착시킴으로써 실현될 수 있다.
마스크는 또한 반사 마스크일 수 있으며, 여기서 일부 구역들은, 구조가 마스크에 의해 반사된 광 빔에서 형성되도록 더 많은 부분의 광을 반사시킨다.
마스크의 평면에서 연장되는 주기적인 패턴의 평행 라인들을 갖는 마스크는 프로브 광 빔 내의 실질적으로 주기적인 구조에 다수의 동등하게 이격된 라인들을 제공할 것이다. 대안적으로, 마스크는 단일 라인 빔, 스펙클(speckle) 패턴 빔 또는 광의 도트(dot)를 정의할 수 있다.
구조화된 프로브 광 빔이 하나의 가로 방향에서 실질적으로 균일하고 제2 가로 방향에서 변하는 패턴을 갖는 경우, 이를테면 패턴이 프로브 광 빔의 광학 축에 수직한 평면에서 연장되는 다수의 라인들을 포함할 경우, 구조화된 빔은 바람직하게는, 라인들 및 프로젝터 유닛의 광학 축에 수직한 방향으로 이동되고, 즉 패턴은 바람직하게는 제2 방향을 따라 이동된다. 그에 의해, 하나의 시점에서 오직 라인들에 의해 조명된 오브젝트 표면의 일부만으로부터가 아니라 전체 표면에 대한 데이터가 획득될 수 있다.
균등하게 이격된 라인들의 주기적인 구조를 갖는 프로브 광 빔의 경우, 밝은 구역들의 폭들과 라인 패턴의 주기 사이의 비율은 0.25 미만, 이를테면 0.2 미만, 이를테면 0.1 미만, 이를테면 0.05 미만, 이를테면 0.02 미만일 수 있다. 더 낮은 비율, 즉 패턴의 주기에 비해 더 얇은 라인은 연장된 스캐닝 시간의 비용으로 더 높은 공간 해상도의 스캐닝을 제공한다.
일부 실시예들에서, 프로젝터 유닛의 광학 축에 실질적으로 가로방향인 평면에서, 상대적으로 더 밝은 구역들과 상대적으로 더 어두운 구역들이 교번되는 체커보드 패턴에 따라 광 세기가 변하도록 프로브 광 빔의 구조가 이루어지며, 여기서, 체커보드 패턴은 바람직하게는, 패턴의 실질적인 부분에 걸쳐 실질적으로 균일한 주기를 갖는다.
광원 및 패턴 생성 엘리먼트를 사용하는 대신, 광원 그 자체는, 이를테면, 광원이 광 방출기들의 어레이, 이를테면 복수의 LED 다이들이 LED 어레이로 배열된 멀티-다이 LED를 포함할 경우, 패턴화된 광을 제공할 수 있으며, 여기서 광 방출기들은 방출기들로부터의 광이 프로브 광의 패턴을 정의하도록 배열된다.
패턴이 다수의 개별적인 패턴 세그먼트들을 포함할 경우, 방법은 기록된 2D 이미지들 각각에서 패턴의 개별 패턴 세그먼트들을 식별하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 프로젝터 유닛의 광학 축에 수직한 평면에서 마스크의 포지션을 제어하도록 배열된 병진운동 스테이지를 포함한다.
이어서, 오브젝트 상의 구조화된 프로브 광 빔의 패턴은, 병진운동 스테이지를 사용하여 마스크의 포지션을 제어하면서 오브젝트를 가로질러 이동될 수 있다. 전체 프로젝터 유닛 및 이미징 유닛이 이동되는 시스템과 비교하여, 이것은, 상당히 더 작은 질량이 이동되어 그에 따라 병진운동 스테이지에 대한 요건들을 낮추므로 유리하다.
일부 실시예들에서, 이동가능한 부분은 빔 안내 액체 렌즈를 형성하는 유체 투명 재료의 하나 또는 그 초과의 층들을 포함하며, 액추에이터 유닛은 층에 인가된 전기장을 조정함으로써 렌즈의 형태를 제어하도록 구성된다.
전기장이 조정될 경우, 투명 재료의 층들 중 적어도 하나는 형태를 변경시킨다.
일부 실시예들에서, 유체 렌즈는 제1 전기장 강도에 대해 웨지-형상(wedge-shaped)이다. 그러한 웨지-형상 렌즈가 빔 경로에 배치될 경우, 프로브 광 빔의 광학 축은 방향을 변경시키며, 여기서 방향의 변경은 웨지 각도에 의존한다. 전기장 강도가 제2 값으로 변경될 경우, 유체 렌즈는, 제1 전기장 강도의 웨지-형상과 상이한 제2 형상으로 형태를 변경시킨다.
따라서, 전기장 강도를 제1 값으로부터 제2 값으로 변경시킬 경우, 유체 렌즈가 변경된 이후의 광학 축의 방향 및 구조화된 프로브 광 빔의 패턴이 오브젝트 표면을 가로질러 이동된다.
일부 실시예들에서, 유체 렌즈의 제2 형상이 또한 웨지이며, 여기서, 제1 및 제2 전기장 강도들의 웨지 각도들은 반대 부호들을 갖는다.
일부 실시예들에서, 유체 렌즈의 제2 형상은 실질적으로 편평하다.
일부 실시예들에서, 이미징 유닛은 프레임워크에 대해 고정된다.
구조화된 프로브 광 빔이 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 이동하는 동안 이미징 유닛을 프레임워크에 고정되게 하는 것은, 상대적으로 무거운 이미징 유닛의 정밀한 움직임을 위해 달리 사용되는 값비싼 고정밀 선형 축/병진운동 스테이지가 회피될 수 있고, 그에 따라 저비용의 3D 스캐너가 실현될 수 있다는 이점을 제공한다.
일부 실시예들에서, 3D 스캐너는 대향하는 힘을 힘-전달 부재 및 액추에이터 유닛에 적용하도록 배열된 복귀 스프링을 포함한다.
이것은, 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 회전 및/또는 움직임의 개선된 제어의 이점을 제공한다.
일부 실시예들에서, 프로젝터 유닛은 마스크를 오브젝트 상으로 이미징하기 위한 렌즈 시스템을 포함한다. 렌즈 시스템은, 구조화된 프로브 광 빔의 적어도 일부를 수용하고, 그리고 구조화된 프로브 광 빔의 패턴을 오브젝트 상으로 이미징하도록 배열된다.
광원, 패턴 생성 엘리먼트 및 렌즈 시스템 모두는 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 일부일 수 있다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은 모터 유닛 또는 압전 유닛을 포함한다.
일부 실시예들에서, 이동가능한 부분은 렌즈 시스템의 적어도 하나의 컴포넌트를 포함한다. 예컨대, 빔 경로에 배열된 포커싱 렌즈를 병진운동 또는 회전시킬 경우, 그 렌즈는 오브젝트 상의 프로브 광 패턴의 포지션을 시프트시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 액추에이터 유닛은, 오브젝트에 걸친 프로브 광 빔 패턴의 주기적인 움직임이 제공되도록 프로젝터 유닛의 배향 및/또는 포지션을 주기적으로 변경시키도록 구성된다.
이미징 유닛은, 고정된 상대적인 배열로 배열되는 적어도 하나의 이미지 센서, 이를테면 2개 또는 4개의 이미지 센서들을 포함한다. 이미지 센서들은, 예컨대 컬러 또는 흑백 2D 카메라들일 수 있다.
일부 실시예들에서, 3D 스캐너는 프레임워크에 의해 지지되는 오브젝트 지지 표면을 포함한다. 3D 스캐너는 이미징 유닛에 대해 오브젝트 지지 표면의 배향 및 포지션을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 3D 스캐너는 오브젝트를 가로지르는 구조화된 프로브 광 빔의 병진운동을 제어하기 위해 액추에이터 유닛에 연결된 제어 유닛을 포함한다.
일부 실시예들에서, 광원은 다색 광원, 이를테면 백색 광원이다.
일부 실시예들에서, 이미징 유닛 내의 이미지 센서들 중 적어도 하나는 오브젝트의 컬러 2D 이미지들을 기록할 수 있다. 이것은 오브젝트 컬러를 또한 표현하는 오브젝트의 디지털 3D 표현의 기록을 허용한다. 컬러 이미지 센서는 컬러 필터, 이를테면 베이어 필터를 갖는 CCD일 수 있다.
오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 방법이 개시되며, 방법은,
- 프로브 광의 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛 및 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛을 포함하는 3D 스캐너를 제공하는 단계;
오브젝트 상의 프로브 광 빔의 상이한 포지션들의 시퀀스에 대한 오브젝트의 2D 이미지들을 기록하는 단계 ― 프로브 광은, 스캐너의 프레임워크에 대한 프로젝터 유닛의 이동 부분의 배향 및/또는 포지션을 변경시킴으로써 시퀀스 내의 포지션들 사이에서 오브젝트를 가로질러 병진운동됨 ―; 및
- 기록된 2D 이미지들에 기반하여 오브젝트의 3D 지형을 표현하는 디지털 3D 표현을 생성하는 단계를 포함한다.
오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 방법이 개시되며, 방법은,
- 프로브 광의 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛, 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛, 및 선회 축을 중심으로 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 오브젝트에서의 프로브 광 빔의 포지션을 제어하도록 배열된 액추에이터 유닛을 포함하는 3D 스캐너를 제공하는 단계 ― 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 휠의 표면은, 회전에 따라 변하는 회전 모터의 축으로부터 반경방향 거리를 가짐 ―;
오브젝트 상의 프로브 광 빔의 상이한 포지션들의 시퀀스에 대한 오브젝트의 2D 이미지들을 기록하는 단계 ― 프로브 광은, 휠을 회전시킴으로써 프로젝터 유닛의 이동 부분의 배향을 변경시킴으로써 시퀀스 내의 포지션들 사이에서 오브젝트를 가로질러 병진운동됨 ―; 및
- 기록된 2D 이미지들로부터 오브젝트의 디지털 3D 표현을 생성하는 단계를 포함한다.
오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너가 개시되며, 3D 스캐너는,
- 프로브 광의 구조화된 빔을 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛;
- 오브젝트가 구조화된 프로브 광 빔에 의해 조명될 경우 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛; 및
- 3D 스캐너의 프레임워크에 대한 프로젝터 유닛의 적어도 하나의 이동가능한 부분의 배향 및/또는 포지션을 조정함으로써 오브젝트를 가로질러, 구조화된 프로브 광 빔을 이동시키도록 구성된 액추에이터 유닛을 포함한다.
본 발명의 위의 및/또는 부가적인 목적들, 특성들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들의 다음의 예시적이고 비-제한적인 상세한 설명에 의해 추가로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술의 3D 스캐너의 개략도를 도시한다.
도 2 및 도 3은 선회하는 프로젝터 유닛의 개략도를 도시한다.
도 4는 3D 스캐너의 설계를 도시한다.
도 5는 3D 스캐너의 설계를 도시한다.
도 6은, 타원형 휠을 갖는 회전 모터가 구조화된 프로브 광 빔의 포지션을 어떻게 제어할 수 있는지를 도시한다.
다음의 설명에서, 본 발명이 어떻게 실시될 수 있는지를 예시로서 도시하는 첨부한 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위해, 구조화된 프로브 광 빔을 사용하는 종래 기술의 3D 스캐너(100)의 개략도를 도시한다.
프로젝터 유닛(101)은 단색 또는 멀티 스펙트럼 광의 구조화된 프로브 광 빔(102), 이를테면 레이저 도트들, 레이저 라인들, 백색 또는 컬러 스트립들을 오브젝트(103) 상으로 투사한다. 프로젝터 유닛에서, 광원(104)으로부터의 프로브 광의 빔은, 렌즈 시스템(106)이 구조화된 빔을 오브젝트 상으로 이미징하기 전에 패턴을 빔에 도입하는 마스크(105)를 통해 이동된다.
반사된 프로브 광의 빔들(108)은 3D 스캐너의 이미징 유닛 내의 카메라들(109)에 의해 캡처되어, 오브젝트 상으로 이미징된 패턴의 2D 이미지들을 획득한다. 프로젝터 유닛 및 이미징 유닛은 3D 스캐너의 광학 시스템의 적어도 일부를 형성한다. 광 패턴이 획득된 2D 이미지들에서 검출되며, 매우 양호하게-설정된 투사 지오메트리, 이를테면 삼각측량 또는 스테레오가 패턴의 밝은 부분들에 의해 조명된 오브젝트 표면에 대한 3D 좌표들을 도출하기 위해 사용된다. 이것은, 오브젝트와 3D 스캐너의 광학 시스템의 상이한 상대적인 포지션들의 시퀀스에 대해 행해진다. 프로젝터 유닛(101) 및 카메라들(109)을 포함하는 전체 광학 시스템의 선형 모션(111)은, 3D 스캐너가 오브젝트의 새로운 부분의 표면에 대한 3D 좌표들을 도출할 수 있도록 오브젝트를 가로질러 패턴을 이동시킨다. 광학 시스템의 선형 모션은 종종 값비싼 고정밀 선형 축에 의해 제공된다.
도 2는 프로젝터 유닛의 회전에 기반한 실시예를 예시한다.
프로젝터 유닛(201)은, 스캐닝된 오브젝트 상으로 렌즈 시스템(206)에 의해 이미징된 프로브 광(202a, 202b)의 구조화된 빔을 생성하도록 마스크(205)를 통해 이동되는 광을 방출하는 광원(204)을 갖는다. 이미징 유닛은, 스캐너의 프레임워크(프레임워크는 간략화를 위해 도면에 도시되지 않음)에 대해 고정되는 2개의 카메라들(209)을 갖는다. 신장된 힘 전달 부재(212)는, 액추에이터 유닛(213)이 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물릴 수 있도록 프로젝터 유닛(201)에 부착된다.
도 2a에서, 액추에이터 유닛(213)은, 구조화된 프로브 광 빔(202a)의 전파 방향이 수직이도록 힘-전달 부재(212) 및 프로젝터 유닛(201)이 수평으로 배열되는 상태에 있다.
도 2b에서, 액추에이터 유닛(213)은, 힘-전달 부재(212) 및 그에 의한 프로젝터 유닛이 선회 축(224)을 중심으로 회전되도록 힘-전달 부재의 원위 단부를 변위시킨다. 선회 축은 프로젝터 유닛의 광학 축에 실질적으로 수직하고 그 광학 축과 교차한다. 이어서, 구조화된 프로브 광 빔(202b)의 전파 방향은 이전의 배열에 대한 방향(202a)으로부터 벗어난다.
액추에이터 유닛이 (3D 스캐너 프레임워크 및 카메라들(209)에 대한) 힘-전달 부재의 배향을 조정할 경우, 구조화된 프로브 광 빔은 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 이동된다. 전파 방향들(202a 및 202b) 사이의 각도(215)는 오브젝트에 대한 거리와 함께, 샘플 상의 빔 패턴의 움직임을 결정한다.
도 3은 프로젝터 유닛의 회전에 대한 3D 스캐너의 설계를 도시한다.
프로젝터 유닛(301)은 광원(304), 마스크(305), 및 프로브 광의 구조화된 빔을 생성하여 스캐닝된 오브젝트(303) 상으로 이미징하는 도 2에 도시된 것과 유사한 렌즈 시스템(306)을 갖는다. 이미징 유닛은, 스캐너의 프레임워크(317, 318)에 대해 고정되는 2개의 카메라들(309)을 갖는다. 신장된 힘-전달 부재(312)는, 근위 단부가 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 부착되는 동안 스캐너의 액추에이터 유닛(320, 321, 322)이 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물리도록 배열된다. 힘-전달 부재는 또한 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 일부인 것으로 고려될 수 있다. 예시된 설계에서, 액추에이터 유닛은, 저마찰 볼(322)의 형태의 저마찰 부재를 통해 힘-전달 부재(312)에 커플링된 휠(321)을 구동시키는 회전 모터(320)에 기반한다. 볼(322)을 통해 힘-전달 부재(312)에 힘을 적용하는 휠(321)의 외측 표면은 휠의 배향에 따라 변하는 외경을 갖는다. 회전 모터가 모터의 회전 축을 중심으로 휠을 회전시킬 경우, 볼의 수직 포지션이 변한다. 휠의 반경이 증가할 경우, 저마찰 볼은 상방으로 푸시되고, 이를 이용하여 힘-전달 부재(312)의 원위 단부가 푸시된다. 이것은, 구조화된 프로브 광 빔의 패턴이 스캐닝된 오브젝트(303)를 가로질러 이동되도록 프로젝터 유닛(301)이 선회 축(324)을 중심으로 회전된다는 것을 제공한다. 복귀 스프링(326)은, 프로젝터 유닛(301)의 회전의 제어를 개선시키기 위해, 대향하는 힘을 힘-전달 부재 및 액추에이터 유닛에 적용하도록 배열된다.
휠(321)이 아르키메데스 나선에 따라 형상화될 경우, 회전 모터의 회전은 힘-전달 부재(312)의 원위 단부의 선형 움직임으로 변환된다.
회전 모터의 회전 각도가 동적으로 및 매끄럽게 제어될 수 있으므로, 구조화된 프로브 광 빔의 패턴은 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 동적으로 및 매끄럽게 이동될 수 있다.
스캐너의 일 실현에서, 마스크는, 7 μm 폭의 투명 라인 및 185 μm 폭의 불투명 라인이 교번되는 33개의 주기들을 갖는 주기적인 패턴을 갖는다.
프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 회전은, 구조화된 프로브 광 빔이 3D 스캐너의 프레임워크에 대해 정지 상태로 배치된 오브젝트에 걸쳐 스윕(sweep)될 수 있다는 것을 제공한다.
도 4는 3D 스캐너의 설계를 도시한다.
프로젝터 유닛은 광원(404), 마스크(405), 및 프로브 광의 구조화된 빔을 생성하여 스캐닝된 오브젝트 상으로 이미징하는 도 2에 도시된 것과 유사한 렌즈 시스템(406)을 갖는다. 이미징 유닛은, 스캐너의 프레임워크(간략화를 위해 도면에 도시되지 않음)에 대해 고정되는 2개의 카메라들(409)을 갖는다.
프로젝터 유닛(401)은 유체 투명 재료의 하나 또는 그 초과의 층들에 의해 형성된 빔 안내 액체 렌즈(430)를 갖는다. 액추에이터 유닛은, 렌즈의 형상이 제1 형태로부터 제2 형태로 형태를 변경시킬 수 있도록 유체 렌즈에 인가된 전기장을 제어할 수 있는 디바이스(431)를 가지며, 여기서 제1 형상 및 제2 형상 둘 모두는 웨지 형상이지만 웨지 각도들은 상이한 부호들을 갖는다. 제1 형태로부터 제2 형태로 변할 경우, 구조화된 프로브 광 빔은 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 이동된다. 제1 형태 및 제2 형태로 프로젝터 유닛(401)으로부터 방출된 구조화된 프로브 광 빔의 전파 방향들(402a, 402b) 사이의 각도(415)는 오브젝트 상의 포지션의 시프트를 결정한다.
도 5는 3D 스캐너의 설계를 도시한다.
프로젝터 유닛(501)은 광원(504), 마스크(505), 및 프로브 광의 구조화된 빔을 생성하여 스캐닝된 오브젝트 상으로 이미징하는 도 2에 도시된 것과 유사한 렌즈 시스템(506)을 갖는다. 이미징 유닛은, 스캐너의 프레임워크(간략화를 위해 도면에 도시되지 않음)에 대해 고정되는 2개의 카메라들(509)을 갖는다.
마스크는, 패턴이 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 이동될 수 있도록 광학 축에 수직한 평면 내의 마스크의 포지션을 제어하는 병진운동 스테이지 상에서 배열된다. 제어 유닛(535)은 그 평면 내의 마스크의 포지션을 제어한다.
도 6은 타원형 휠을 갖는 회전 모터가 스캐닝된 오브젝트의 표면 상의 프로브 광 빔의 포지션을 어떻게 제어할 수 있는지의 단면 예시를 도시한다.
프로젝터 유닛(601) 및 신장된 힘-전달 부재(612)는 도 3과 관련하여 설명된 것들과 유사하며, 힘-전달 부재(612)의 근위 단부는 프로젝터 유닛(601)에 부착되고, 원위 단부는, 액추에이터 유닛의 저마찰 볼(622)이 그 원위 단부와 맞물릴 수 있도록 배열된다. 힘-전달 부재(612)의 원위 단부의 수직 포지션이 변경될 경우, 프로젝터 유닛(601) 및 힘-전달 부재(612)는 선회 축(624)을 중심으로 회전된다. 액추에이터 유닛은, 회전 축(640)을 중심으로 반시계방향으로 타원형 휠(621)을 구동시키는 회전 모터를 갖는다. 프로젝터에 대한 휠의 배열은 도 3과 비교하여 약간 상이하며, 여기서 모터의 회전 축은 선회 축에 수직했다. 배열들 둘 모두는, 볼(622)이 힘-전달 부재(612)의 원위 단부의 수직 포지션을 제어할 수 있다는 것을 제공한다.
저마찰 볼(622)을 통해 힘-전달 부재(612)에 힘을 적용하는 휠(621)의 외측 표면은, 표면 및 그에 따른 볼(622)의 수직 포지션이 휠의 배향에 따라 변하도록 타원형을 따른다.
도 6a에 예시된 회전 각도에서, 휠은, 자신의 주축이 수평이고 단축이 저마찰 볼을 향해 포인팅되게 배열된다. 따라서, 휠의 회전 축으로부터 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물리는 볼 표면의 일부까지의 거리(641)는 자신의 최소값을 갖는다. 예시된 구성에서, 이것은, 프로젝터 유닛이 수직 방향을 따라 구조 프로브 광 빔(602a)을 방출하게 한다는 것에 대응한다.
이어서, 도 6b에 예시된 바와 같이, 회전 모터는 모터 회전 축(640)을 중심으로 반시계방향으로 휠(621)을 회전시키며, 따라서, 저마찰 볼에서의 휠의 반경이 증가한다. 저마찰 볼(622)은 상방으로 푸시되고, 이를 이용하여 힘-전달 부재(612)의 원위 단부가 푸시된다. 이것은, 휠이 도 6a에서 보여지는 바와 같이 배열되었던 경우, 구조화된 프로브 광 빔(602b)이 프로브 광 빔(602a)의 수직 방향에 대해 약간의 각도를 가지면서 프로젝터 유닛(601)을 떠나도록 프로젝터 유닛(601)이 선회 축(624)을 중심으로 회전된다는 것을 제공한다. 그에 의해, 구조화된 프로브 광 빔의 패턴은 오브젝트 표면을 가로질러 이동된다.
도 6c는, 볼이 자신의 최대 수직 포지션에 도달하고 그리고 휠의 회전 축으로부터 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물리는 볼 표면의 일부까지의 거리(641)가 자신의 최대값을 갖도록 주축이 저마찰 볼을 향해 포인팅되게 휠이 배열되는 상황을 예시한다. 이것은, 3D 스캐너의 컴포넌트들의 주어진 구성 및 배열에 대해 오브젝트에서의 빔 포지션의 최대 오프셋을 제공한다.
회전 축(640)을 중심으로 한 회전 모터의 각도가 연속적으로 및 매끄럽게 제어될 수 있으므로, 구조화된 프로브 광 빔의 패턴은 스캐닝된 오브젝트를 가로질러 연속적으로 및 매끄럽게 이동될 수 있다. 타원형 휠의 경우, 도 6a 내지 도 6c에 따른 휠의 반시계방향 회전이 계속되면 또는 회전이 반전되면, 프로브 광 패턴은 도 6a의 초기 포지션을 향해 다시 연속적으로 및 매끄럽게 이동된다.

Claims (15)

  1. 오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너로서,
    상기 3D 스캐너는,
    - 프로브 광의 구조화된 빔을 스캔 볼륨 상에 위치된 오브젝트 상으로 투사하도록 구성된 프로젝터 유닛 ― 상기 오브젝트는 치과 인상(dental impression) 또는 물리적 치과 오브젝트임 ―;
    - 상기 오브젝트가 상기 구조화된 프로브 광 빔에 의해 조명될 경우 상기 오브젝트의 2D 이미지들을 획득하도록 배열된 이미징 유닛; 및
    - 선회 축을 중심으로 광원을 갖는 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분을 회전시킴으로써 상기 오브젝트에서의 상기 구조화된 프로브 광 빔의 포지션을 제어하도록 배열된 액추에이터 유닛;을 포함하며,
    상기 액추에이터 유닛은 휠을 포함하거나 상기 휠을 구동시키도록 배열된 회전 모터를 포함하고,
    상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링된 상기 휠의 표면은 회전을 따라 변하는 상기 회전 모터의 축으로부터 반경방향 거리를 가짐으로써 상기 액추에이터 유닛이 상기 광원을 이동시킬 수 있는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선회 축은 상기 프로젝터 유닛의 광학 축에 실질적으로 수직하고 상기 광학 축과 교차하는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛은 상기 휠의 표면과 접촉하여 배열된 저마찰 엘리먼트를 포함하며,
    상기 저마찰 엘리먼트는 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 동작가능하게 커플링되는, 오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터 유닛은 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분과 직접적으로, 또는 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분과, 하나 또는 그 초과의 중간 컴포넌트들을 통해, 간접적으로 맞물리도록 배열된,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    힘-전달 부재는 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분의 일부이거나 또는 상기 프로젝터 유닛의 이동가능한 부분에 부착되며,
    상기 액추에이터 유닛은 상기 힘-전달 부재의 원위 단부와 맞물리도록 배열되는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 휠의 표면은 편심이거나 또는 아르키메데스 나선에 따라 형상화되는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 휠의 표면은 매끄러운,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 힘-전달 부재는 신장된(elongated) 부재를 포함하는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 회전 모터의 축은 상기 프로젝터 유닛의 광학 축에 수직한,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로젝터 유닛은 상기 프로브 광 빔에 구조를 도입하도록 배열된 광원 및 마스크를 포함하며,
    상기 마스크는 고정된 지오메트리(geometry)를 갖는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이미징 유닛은 프레임워크에 대해 고정되는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조화된 빔은
    라인들의 패턴;
    레이저 도트들, 레이저 라인들, 백색 또는 컬러 스트립들의 패턴; 및
    상대적으로 더 밝은 구역들과 상대적으로 더 어두운 구역들이 교번되는 체커보드 패턴; 중 하나를 포함하는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    대향하는 힘을 힘-전달 부재 및 액추에이터 유닛에 적용하도록 배열된 복귀 스프링을 더 포함하는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는
    적어도 획득된 상기 2D 이미지들에 기반하여 상기 오브젝트의 3D 지형을 표현하는 디지털 3D 표현을 생성하거나, 또는
    데이터 프로세싱 유닛에 연결되어서 상기 데이터 프로세싱 유닛이 적어도 획득된 상기 2D 이미지들에 기반하여 3D 지형을 표현하는 디지털 3D 표현을 생성하도록 구성된,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
  15. 제3항에 있어서,
    상기 저마찰 엘리먼트는
    볼 또는 롤러; 또는
    상기 휠의 표면 위의 코팅 ― 상기 코팅은 마찰을 감소시키도록 구성됨 ―;을 포함하는,
    오브젝트의 디지털 3D 표현을 기록하기 위한 3D 스캐너.
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