KR20220029180A - 3차원 스캐너 - Google Patents

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KR20220029180A
KR20220029180A KR1020200111191A KR20200111191A KR20220029180A KR 20220029180 A KR20220029180 A KR 20220029180A KR 1020200111191 A KR1020200111191 A KR 1020200111191A KR 20200111191 A KR20200111191 A KR 20200111191A KR 20220029180 A KR20220029180 A KR 20220029180A
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Abstract

본 발명에 따른 3차원 스캐너는 대상체를 효율적으로 촬영하기 위해 패턴을 조사하도록 형성된 광 조사부와, 대상체의 표면에서 반사된 광을 수용하는 광 수용부를 포함할 수 있으며, 광 수용부는 적어도 2개의 카메라를 가질 수 있다. 광 수용부가 제1 카메라와 제2 카메라의 2개의 카메라를 포함하는 경우, 광 조사부의 중심을 회전축으로 제1 카메라, 제2 카메라, 그리고 광 조사부를 일방향으로 회전시키는 제2 이동부를 더 포함하여 광 조사부에서 하나의 패턴만을 조사하더라도 다양한 패턴을 대상체에 조사한 것과 같은 효과를 가질 수 있다. 또는, 광 수용부가 제1 카메라 내지 제4 카메라의 4개의 카메라를 포함하는 경우, 광 조사부로부터 조사되는 패턴의 형상에 따라 대응되는 카메라가 선택적으로 활성화되도록 동작할 수 있으므로 스캔 효율이 향상되는 이점이 있다.

Description

3차원 스캐너{3D Scanner}
본 발명은 적어도 2개의 카메라를 구비한 3차원 스캐너에 관한 것이다.
치과 진료 및 치료를 위해 환자의 구강 내부 또는 구강 내부를 본뜬 모형에 대한 3차원 디지털 데이터의 활용이 활발하게 이루어지고 있으며, 3차원 디지털 데이터의 활용도는 지속적으로 높아질 것으로 예상되고 있다.
종래에는 인상 채득을 통하여 석고 모델을 제작한 후, 해당 모델을 통하여 보철 치료를 위한 보철물을 수작업으로 제작하였으나, 최근에는 환자의 구강 내부를 직접 핸드헬드(handheld) 형식의 스캐너로 직접 스캔하거나 석고 모형을 3차원 스캔하여 3차원 디지털 데이터로 생성한 이후, 디지털 데이터가 생성된 환경에서 가상의 보철 치료물을 적용해볼 수 있었다.
한편, 스캔 작업을 수행하는 과정에서, 대상체를 3차원 데이터로 형성하기 위해 조사하는 패턴(pattern)의 결방향에 따라 대상체의 스캔 정확도가 떨어지는 문제가 존재하였다. 이러한 문제를 개선하기 위해, 대상체를 다양한 각도에서 스캔할 수 있도록 대상체를 회전(rotating) 또는 틸팅(tilting)하여 스캔을 수행하고 있다. 다만, 여전히 신속하고 정확한 스캔 데이터를 획득함에 있어 어려움을 겪고 있는 실정이다.
KR 10-1743724 B1
전술한 배경 기술에서 언급한 문제점에 대하여, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 특정 패턴의 광을 조사하는 광 조사부와 적어도 2개의 카메라를 가지는 광 수용부를 포함하여, 광 조사부와 광 수용부의 동작에 의해 대상체의 스캔 데이터를 신속하고 정확하게 획득하는 스캐너를 제안한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 내부공간을 가지는 하우징을 가지고, 하우징의 일측면에는 대상체가 배치되어 움직이기 위한 제1 이동부가 형성되며, 다른 측면에는 대상체를 스캔하기 위한 광학부가 형성된다. 광학부에서는 특정 패턴을 가지는 광을 조사하거나 또는 대상체로부터 반사된 광을 수용하여 스캔 데이터를 획득하며, 이러한 과정은 광 조사부와 적어도 2개의 카메라의 회전 또는 선택적인 동작을 통해 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너는 내부공간을 가지는 하우징을 가지고, 하우징의 일측면에는 대상체가 배치되어 움직이기 위한 제1 이동부가 형성되며, 다른 측면에는 대상체를 스캔하기 위한 광학부가 형성된다. 광학부에서는 특정 패턴을 가지는 광을 조사하거나 또는 대상체로부터 반사된 광을 수용하여 스캔 데이터를 획득하며, 이러한 과정은 광 조사부와 일정한 간격으로 배치된 4개의 카메라의 선택적인 동작을 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너를 사용하여 동일한 패턴을 가지는 광 조사부와 2개의 카메라를 가지는 광 수용부의 구성만으로도 다양한 패턴을 조사하여 신속하고 정확하게 스캔 데이터를 획득하는 효과를 달성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 사용하여 2 이상의 패턴을 가지는 광 조사부와 4개의 카메라를 가지는 광 수용부의 구성의 동작 조합으로 신속하고 정확하게 스캔 데이터를 획득하는 효과를 달성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 스캐너에서 광학부를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 스캐너에서 광학부를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 스캐너에서 광학부의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광학부를 설명하기 위한 도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광학부의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광 조사부를 중심으로 4개의 카메라가 배치된 또다른 광학부의 동작에 대해 설명하기 위한 도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(100)는 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)을 포함하며, 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)에 의해 내부공간(120)을 형성하는 하우징(110)을 포함할 수 있다. 하우징(110)은 3차원 스캐너(100)의 외형을 구성하며, 후술할 제1 이동부(130), 광학부(140)가 내부공간(120)에 형성될 수 있다. 제 1내측면(121)은 일정한 각도를 가지면서 하우징(110)의 외면으로부터 함몰 형성될 수 있으며, 제2 내측면(122)은 제1 내측면이 가지는 각도와 상이한 각도를 가지면서 하우징(110)의 외면으로부터 함몰 형성될 수 있다.
제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)은 하우징(110)의 내부에서 서로 접할 수 있으며, 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)이 함몰 형성됨에 따라 내부공간(120)이 만들어져 내부공간(120)에 대상체(900)가 배치 및 스캔되고 대상체(900)가 안착될 수 있는 제1 이동부(130)가 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)이 내부공간(120)의 옆면을 형성하고, 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)과 수직하도록 형성되어 내부공간(120)의 바닥을 형성하는 제3 내측면(123)이 밑면을 형성하며, 제1 내측면(121)과 제2 내측면(122)과 수직하도록 형성되되 제3 내측면(123)과 대향 형성되어 내부공간(120)의 천장을 형성하는 제4 내측면(미도시)이 윗면을 형성하여 내부공간(120)의 경계로 기능할 수 있다.
한편, 하우징(110)의 내부공간(120)에는 제1 내측면(121) 및 제2 내측면(122) 중 적어도 하나에 형성되며, 대상체(900)가 배치되어 대상체를 다방향으로 이동 및 회전시킬 수 있는 제1 이동부(130)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 이동부(130)는 예시적으로 제1 내측면(121)으로부터 돌출되도록 형성될 수 있다. 제1 이동부(130)는 제1 내측면(121)에 고정된 고정 베이스(131)와, 고정 베이스(131)와 결합되면서 고정 베이스(131)의 중심을 회전축으로 하는 제1 회전부(132)가 형성될 수 있다. 제1 회전부(132)는 제1 방향(예를 들면, x축 방향)을 중심으로 하는 가상의 회전축을 가질 수 있으며, 회전축을 중심으로 제1 회전방향(M1)으로 회전할 수 있다. 이 때의 제1 회전방향(M1)은 도상에서는 시계방향으로 표현되었으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제어에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
제1 회전부(132)의 일단에는 제1 방향으로 돌출되도록 형성된 빔부(133)가 결합되어 형성될 수 있다. 빔부(133)는 외팔보와 같은 형상을 가질 수 있으며, 결합된 제1 회전부(132)의 제1 회전방향으로의 회전과 연동되어 제1 회전부(132)와 함께 회전될 수 있다. 한편, 빔부(133)는 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 평행이동할 수 있다. 후술할 바와 같이, 빔부(133)의 제2 방향 평행이동에 의하여 제1 이동부(130)에 안착된 대상체(900)도 함께 제2 방향으로 평행이동할 수 있다. 제2 방향은 예시적으로 z축 방향일 수 있으며, 필요에 따라 z축 양의 방향 또는 z축 음의 방향으로 평행이동할 수 있다.
빔부(133)의 일단은 제1 회전부(132)와 결합되고, 빔부(133)의 타단에는 원통 형상의 제2 회전부(134)가 결합되어 형성될 수 있다. 제2 회전부(134)는 빔부(133)를 통해 제1 회전부(132)와 연결되어 있으므로, 제1 회전부(132)의 제1 회전방향 회전에 따라 함께 제1 회전방향으로 움직이거나 빔부(133)의 제2 방향으로의 평행이동에 따라 함께 제2 방향으로 움직일 수 있다. 여기에 더하여, 제2 회전부는 제2 방향을 회전축으로 하는 제2 회전방향(M2)으로 회전이 가능하다. 제2 회전방향은 z축을 기준으로 하는 회전방향일 수 있으며, 도면 상에서는 반시계방향으로 표현되었으나 이에 한정하지 않고 반시계방향 또는 시계방향으로 회전이 가능하다.
제2 회전부(134)의 하단은 빔부(133)의 타단 중 상단에 결합되고, 제2 회전부(134)의 상단에는 대상체(135)가 안착될 수 있는 트레이(135)가 형성될 수 있다. 트레이(135)는 접시 모향으로 형성될 수 있으며, 트레이(135)의 상면에는 대상체(900)가 안착되어 스캔될 수 있다. 트레이(135)는 대상체(900)를 안정적으로 안착시키기 위해 제2 회전부(134)의 상면 면적보다 더 큰 면적을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 트레이(135)의 반경은 제2 회전부(134)의 반경보다 더 크게 형성되어 대상체(900)를 안정적으로 안착시킬 수 있다. 트레이(135)는 제2 회전부(134)와 결합되도록 형성되므로 제2 회전부(134)와 함께 제2 회전방향(M2)으로 함께 회전할 수 있으며, 빔부(133)의 제2 방향 평행이동과 제1 회전부(132)의 제1 회전방향(M1) 회전에도 모두 영향을 받을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(100)는 제1 내측면(131) 및 제2 내측면(132) 중 적어도 하나에 형성되는 광학부(140)를 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 제1 이동부(130)가 제1 내측면(121)에 형성된 경우, 광학부(140)는 제2 내측면(122)에 형성될 수 있다. 광학부(140)는 제1 이동부(130)에 배치된 대상체(900)를 향해 광을 조사하는 광 조사부(141)와, 광 조사부(141)와 일정 간격으로 이격되어 배치되도록 형성된 광 수용부(142)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 광 수용부(142)의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 3차원 스캐너에서 광학부를 설명하기 위한 도이며, 도 4는 본 발명에 따른 3차원 스캐너에서 광학부의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광학부(140)는 대상체(900)를 향해 광을 조사하도록 하우징(110)의 제1 내측면(121) 및 제2 내측면(122) 중 적어도 하나에 형성되는 광 조사부(141)와, 광 조사부(141)로부터 일정 간격 이격되어 배치되고, 대상체(900)의 표면으로부터 반사된 광을 선택적으로 수용하는 적어도 2개의 카메라를 구비한 광 수용부(142)를 포함할 수 있다.
광 조사부(141)는 그 내부에 광원과, 광원을 성형하는 패턴부(미도시)를 포함할 수 있다, 광 조사부(141)는 광원으로부터 생성된 광을 대상체(900)에 조사하는데, 이 때의 광원에서 생성된 광은 필요에 따라 다양한 파장범위 내에서 선택되어 사용될 수 있다. 광원에서 생성될 수 있는 광은 적외선, 자외선, 가시광선과 같은 다양한 파장범위의 광이 포함될 수 있으나, 가시광선 영역의 광이 생성되어 대상체에 조사됨이 바람직하다.
한편, 패턴부는 광원으로부터 생성된 광이 특정한 패턴을 가지는 구조광의 형태로 형성될 수 있도록 하는 역할을 하며, 일정한 패턴을 형성하기 위해 패턴 마스크를 사용하거나 디지털 마이크로어레이 장치(DMD)를 사용할 수 있다. 패턴부에서 형성되는 패턴은 최소 하나 이상을 가지도록 형성될 수 있으며, 경우에 따라 2 이상의 패턴을 가질 수 있도록 형성될 수 있다. 이 때 형성되는 패턴은 다양한 종류일 수 있으나, 바람직하게는 줄무늬 형태인 스트라이프 패턴이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 광 조사부(141)로부터 대상체(900)를 향해 조사된 광은, 대상체(900)의 표면에서 반사되며, 반사된 광 중 일부는 광 조사부(141)에 일정 거리 이격되어 형성된 광 수용부(142)에 수용된다. 보다 상세하게는, 광 수용부(142)는 광 조사부(141)의 둘레를 따라 일정 간격으로 배치되며, 적어도 2개의 카메라를 포함할 수 있다. 카메라의 개수는 패턴의 형상 및 개수에 따라 복수개로 적용될 수 있으며, 다만 패턴의 형상과 대응되도록 배치되는 것이 바람직하다. 각각의 카메라는 연결된 이미징 센서를 통해 수용된 광을 이미지 데이터로 변환시킬 수 있으며, 이미징 센서는 CMOS 센서와 같은 통상의 기술을 사용하는 것일 수 있다. 구조광이 조사되어 특정 패턴이 입혀진 대상체(900)의 이미지는 깊이에 관한 정보를 가지며, 이에 따라 최종적으로 3차원 모델로 생성될 수 있다.
한편, 광 수용부(142)는 광 조사부(141)로부터 제1 방향으로 이격되어 형성된 제1 카메라(142a)와, 광 조사부(141)로부터 제2 방향으로 이격되어 형성된 제2 카메라(142b)를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 카메라(142a)는 광 조사부(141)로부터 제1 방향으로 제1 직선거리(d11)만큼 이격되어 형성되고, 제2 카메라(142b)는 광 조사부(141)로부터 제2 방향으로 제2 직선거리(d12)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 이 때, 제1 직선거리(d11)와 제2 직선거리(d12)는 광 조사부(141)의 중심(Cp)을 기준으로 각각 제1 카메라(142a)와 제2 카메라(142b)의 중심까지의 거리를 의미한다.
제2 카메라(142b)가 형성된 제2 방향은 제1 카메라(142a)가 형성된 제1 방향과 상이한 방향을 가지도록 형성될 수 있다. 이 때, 제1 방향과 제2 방향을 서로 대향되도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 광 조사부(141)로부터 제1 방향으로 제1 카메라(142a)가 형성된 제1 직선거리(d11)와 광 조사부(141)로부터 제2 방향으로 제2 카메라(142b)가 형성된 제2 직선거리(d12)는 동일하게 형성될 수 있다. 제1 직선거리(d11)와 제2 직선거리(d12)가 동일하게 형성됨으로써, 광 조사부(141)로부터 조사된 광과 대상체(900)로부터 반사된 광에 대한 일정한 거리를 가질 수 있으며, 안정적이고 신뢰성 있는 이미지 데이터를 신속하게 생성할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 제1 방향과 제2 방향은 동일 직선 상에 서로 대향되는 방향을 가지도록 형성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 광 조사부(141), 제1 카메라(142a), 그리고 제2 카메라(142b)가 일직선 상에 나란히 배치될 수 있으며, 제1 카메라(142a)와 제2 카메라(142b)는 광 조사부(141)로부터 조사되는 스트라이프 패턴의 방향과 수직인 방향으로 배치되도록 형성될 수 있다. 이 때, 광 조사부(141)로부터 조사되는 패턴은 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)이 교대로 형성된 세로 스트라이프 패턴일 수 있으며, 제1 카메라(142a)와 제2 카메라(142b)는 이와 같은 세로 스트라이프 패턴이 형성된 길이방향과 수직인 가로방향으로 배치될 수 있다. 제1 카메라(142a)와 제2 카메라(142b)가 스트라이프 패턴의 길이방향에 수직한 방향으로 배치되도록 형성됨으로써, 각각의 카메라(142a), 142b)로부터 수용되는 패턴의 차이에 따라 정밀한 이미지 데이터를 획득할 수 있는 이점이 있다.
도 4를 참조하여 광 조사부(141)와 광 수용부(142)의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 3차원 스캐너(100)에서, 광 조사부(141)의 중심(Cp)을 회전축으로 하여 광 조사부(141), 제1 카메라(142a), 그리고 제2 카메라(142b)를 함께 일방향으로 회전시키는 제2 이동부(144)를 더 포함할 수 있다. 제2 이동부(144)는 제1 이동부(130)의 제1 회전부(132)와 같이 일 내측면에 대하여 회전운동을 할 수 있다. 바람직하게는, 제1 이동부(130)가 제1 내측면(121)에 형성되고 광학부(140)가 제2 내측면(122)에 형성되는 구조일 수 있으며, 제2 내측면(122)에 제2 이동부(144)가 형성되어 광 조사부(141), 제1 카메라(142a), 그리고 제2 카메라(142b)를 제3 회전방향(M3)으로 회전시킬 수 있다. 이 때, 제3 회전방향(M3)은 예시적으로 y축 방향을 중심축으로 한 회전방향일 수 있으며, 반시계방향 또는 시계방향으로 회전이 가능하다.
도 4(a)에서 광 조사부(141)가 세로 스트라이프 패턴을 조사하고 제1 카메라(142a)와 제2 카메라(142b)가 스트라이프 패턴과 수직인 방향으로 배치되어 광을 수용함으로써 이미지 데이터를 획득하는 과정을 전술한 바 있다. 도 4(b)를 참조하면, 광 조사부(141)에서 다른 스트라이프 패턴을 조사함으로써 동일한 각도에서 다른 패턴이 입혀진 대상체(900)의 이미지 데이터를 획득할 필요가 있다. 이 때, 제2 이동부(144)의 회전에 의하여 광 조사부(141)와 제1 카메라(142a), 제2 카메라(142b)가 회전하며, 일정 각도 회전된 위치에서 동일한 스트라이프 패턴을 조사하고 이를 카메라들(142a, 142b)이 수용하여 새로운 패턴 형태를 가지는 이미지 데이터를 획득할 수 있다.
예를 들어, 제2 이동부(144)에서 광 조사부(141)와 제1 카메라(142a), 제2 카메라(142b)를 반시계방향 또는 시계방향으로 90° 회전시키면, 광 조사부(141)는 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)을 교대로 가지는 가로 스트라이프 패턴을 조사하는 것과 같이 동작할 수 있으며, 광 조사부(141)가 하나의 패턴을 가지더라도 제2 이동부(144)의 제3 회전방향(M3) 회전에 의하여 다양한 패턴을 조사하는 것과 같은 효과를 가져 정밀한 이미지 데이터를 획득할 수 있는 이점이 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 구성에 대하여 하우징 내부의 배치관계를 통하여 서술하였으나, 반드시 하우징의 특정 내측면에 제1 이동부(130)와 광학부(140)가 내부공간(120) 안에 형성될 필요는 없다. 예를 들면, 하우징(110)은 바닥면에서 일측으로 바 형태로 연장되어 형성된 제1 내측면(121)과, 제1 내측면(121)의 일단으로부터 절곡되어 바 형태로 연장되어 형성된 제2 내측면(122)을 포함하고 있어, 물리적으로 폐쇄된 형태가 아닌 가상의 내부공간을 형성하여 그 내부에 대상체가 배치되어 스캔될 수도 있다. 또한, 제1 이동부(130)과 광학부(140)는 제1 이동부(130)에 배치되는 대상체를 광학부(140)가 스캔하기 위한 어떠한 구성이라도 가능한 것이며, 제1 이동부(130)와 광학부(140)가 동일한 내측면에 형성되는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너를 설명함에 있어서 전술한 일실시예에 따른 3차원 스캐너와 중복되는 내용은 간략히 언급하거나 또는 생략한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 개략적인 사시도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광학부를 설명하기 위한 도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(100)에서, 광 수용부(142)는 광 조사부(141)로부터 제1 방향으로 제1 직선거리(d21)만큼 이격되어 형성된 제1 카메라(143a)와, 광 조사부(141)로부터 제2 방향으로 제2 직선거리(d22)만큼 이격되어 형성된 제2 카메라(143b), 광 조사부(141)로부터 제3 방향으로 제3 직선거리(d23)만큼 이격되어 형성된 제3 카메라(143c), 그리고 광 조사부(141)로부터 제4 방향으로 제4 직선거리(d24)만큼 이격되어 형성된 제4 카메라(143d)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(100)의 광학부(140) 구성에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너(100)의 광학부(140)는 일실시예에 따른 3차원 스캐너(100)에서와 같이 일정한 패턴을 가지는 광을 대상체(900)에 조사하는 광 조사부(141)를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서의 광 조사부(141)는 적어도 2개의 패턴을 조사하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 광 조사부(141)는 경우에 따라 제1 패턴과 제2 패턴을 번갈아 조사하도록 동작할 수 있으며, 이 때의 제1 패턴은 세로 스트라이프 패턴, 제2 패턴은 가로 스트라이프 패턴을 의미할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 동작 구성이며, 필요에 따라 더욱 다양한 패턴 형상 또는 동작 순서가 선택되어 사용될 수 있다.
제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)는 광 조사부(141)의 중심(Cp)으로부터 각각 제1 방향으로 제1 직선거리(d21)와 제2 방향으로 제2 직선거리(d22)를 가지도록 대향적으로 배치 형성될 수 있다. 즉, 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)는 광 조사부(141)를 중심으로 제1 방향과 제2 방향이 서로 대향되도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 직선거리(d21)와 제2 직선거리(d22)는 동일할 수 있으며, 이에 따라 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)는 광 조사부(141)의 중심(Cp)을 기준으로 대칭 형성될 수 있다. 이러한 대칭 형성된 배치에 따라서 스캔의 대상이 되는 중심체(900)와의 일정한 거리 및 광로를 가질 수 있으며, 이에 따라 정밀한 이미지 데이터를 획득할 수 있는 것이다.
전술한 바와 마찬가지로, 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)는 광 조사부(141)의 중심(Cp)으로부터 각각 제3 방향으로 제3 직선거리(d23)와 제4 방향으로 제4 직선거리(d24)를 가지도록 대향적으로 배치 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 제3 직선거리(d23)와 제4 직선거리(d24)는 동일할 수 있으며, 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)는 광 조사부(Cp)의 중심(Cp)을 기준으로 대칭 형성될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 카메라(143a), 제2 카메라(143b), 제3 카메라(143c), 그리고 제4 카메라(143d)는 광 조사부(141)의 둘레를 따라 등간격으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 카메라(143a), 제2 카메라(143b), 제3 카메라(143c), 그리고 제4 카메라(143d)는 광 조사부(141)의 중심(Cp)을 기준으로 각각 90° 각도간격을 가지도록 배치될 수 있다. 이와 같은 배치에 따라, 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)는 서로 평각(180°) 배치되며, 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)는 서로 평각(180°) 배치될 수 있다.
한편, 제1 카메라(143a)의 제1 직선거리(d21)와 제3 카메라(143c)의 제3 직선거리(d23)가 동일할 수 있다. 이 때, 광 조사부(141)의 중심(Cp)으로부터 제1 카메라(143a), 제2 카메라(143b), 제3 카메라(143c), 그리고 제4 카메라(143d)에 이르는 직선거리(d21, d22, d23, d24)가 모두 동일하게 형성될 수 있다. 직선거리(d21, d22, d23, d24)가 모두 동일하게 형성됨으로써, 광 조사부(141)의 패턴 형성에 따라 광을 수용하는 카메라가 균일한 위치 간격을 가지도록 형성될 수 있어 정밀한 이미지 데이터를 획득할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광학부의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광학부(140)의 동작에 대하여 상세히 설명한다. 광 조사부(141)에서 조사될 수 있는 광은 전술한 바와 같이 스트라이프 패턴일 수 있다. 이 때, 광 조사부(141)로부터 대상체(900)에 조사되는 패턴의 형상에 따라 특정 위치에 배치된 카메라가 선택적으로 활성화되도록 동작되어 대상체(900)로부터 반사된 광을 수용하도록 동작할 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 광 조사부(141)에서 제1 영역(P1)과 제2 영역(P2)이 교대로 형성된 제1 패턴(세로 스트라이프 패턴)이 대상체(900)에 조사되는 경우, 제1 패턴의 결방향(즉, 길이방향)과 수직하여 나란히 배치된 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b) 중 적어도 하나만 활성화되도록 동작할 수 있다. 즉, 제1 패턴이 대상체(900)에 조사되는 경우 제1 카메라(143a)가 동작하거나, 제2 카메라(143b)가 동작하거나, 또는 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)가 동시에 활성화되도록 동작할 수 있다. 한편, 제1 패턴이 대상체(900)에 조사될 때 하나의 카메라(제1 카메라(143a) 또는 제2 카메라(143b) 중 어느 하나)만이 동작하는 경우 카메라(143a, 143b)와 광 조사부(141)까지의 거리를 계산하여 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 이 때, 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)는 비활성화하여 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)에 소비될 수 있는 전력을 절약할 수 있다.
또한, 도 7(b)를 참조하면, 광 조사부(141)에서 제3 영역(P3)과 제4 영역(P4)이 교대로 형성된 제2 패턴(가로 스트라이프 패턴)이 대상체(900)에 조사되는 경우, 제2 패턴의 결방향과 수직하여 나란히 배치된 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d) 중 적어도 하나만 활성화되도록 동작할 수 있다. 즉, 제2 패턴이 대상체(900)에 조사되는 경우, 제3 카메라(143c)가 동작하거나, 제4 카메라(143d)가 동작하거나, 또는 제3 카메라(143c)와 제4 카메라(143d)가 동시에 활성화되도록 동작할 수 있다. 한편, 제2 패턴이 대상체(900)에 조사될 때 하나의 카메라(제3 카메라(143c) 또는 제4 카메라(143d) 중 어느 하나)만이 동작하는 경우 카메라(143c, 143d)와 광 조사부(141)까지의 거리를 계산하여 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 이 때, 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)는 비활성화하여 제1 카메라(143a)와 제2 카메라(143b)에 소비될 수 있는 전력을 절약할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 스캐너에서 광 조사부(141)를 중심으로 4개의 카메라가 배치된 또다른 광학부(140)의 동작에 대해 설명하기 위한 도이다.
도 8을 참조하면, 광 조사부(140)를 중심으로 제1 카메라(143e), 제2 카메라(143f), 제3 카메라(143g), 및 제4 카메라(143h)가 배열될 수 있다. 이 때, 제1 카메라 내지 제4 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)의 배열은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 배열과는 상이할 수 있다.
제1 카메라 내지 제4 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)의 배치에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 제1 카메라 내지 제4 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)는 광 조사부(141)와 나란하게 형성되면서 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 제1 카메라 내지 제4 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)가 광 조사부(141)를 중심으로 특정 각도를 가지도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 카메라(143e) 및 제4 카메라(143h)가 광 조사부(141)를 사이에 두고 평행하게 대향되는 방향으로 배치될 수 있으며, 제1 카메라(143e)와 제4 카메라(143h) 사이에 제2 카메라(143f)와 제3 카메라(143g)가 배치될 수 있다.
다양한 예시들 중 어느 하나에서, 제1 카메라(143e)와 제4 카메라(143h)가 평행 배치되고, 제2 카메라(143f)가 제1 카메라(143e)로부터 약 60° 각도간격을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 제3 카메라(143g)는 제2 카메라(143f)로부터 약 60° 각도간격을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 광 조사부(141)로부터 각각의 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)까지의 거리는 서로 동일할 수 있다.
이하에서는 광 조사부(141)의 동작에 따른 각각의 카메라(143e, 143f, 143g, 143h)의 선택적인 동작에 대하여 설명하기로 한다. 광 조사부(141)는 카메라의 수에 대응되는 수의 패턴을 가질 수 있다. 즉, 광 조사부(141)는 제1 카메라(143e)에 대응되는 제1 패턴, 제2 카메라(143f)와 대응되는 제2 패턴, 제3 카메라(143g)와 대응되는 제3 패턴, 및 제4 카메라(143h)와 대응되는 제4 패턴을 포함하여 복수개의 패턴을 대상체에 조사할 수 있다.
도 8(a)에 따라 광 조사부(141)로부터 제1 패턴이 조사되면, 제1 패턴의 결방향과 수직한 방향에 배치된 제1 카메라(143e)가 선택적으로 활성화되도록 동작하여 대상체의 이미지를 획득할 수 있다. 이후, 도 8(b)에 따라 광 조사부(141)로부터 제2 패턴이 조사되면 제2 패턴의 결방향과 수직인 방향에 배치된 제2 카메라(143f)가 선택적으로 활성화되도록 동작하여 대상체의 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 도 8(c)에 따라 광 조사부(141)로부터 제3 패턴이 조사되면 제3 패턴의 결방향과 수직인 방향에 배치된 제3 카메라(143g)가 선택적으로 활성화되도록 동작할 수 있다. 마찬가지로, 도 8(d)에 따라 광 조사부(141)로부터 제4 패턴이 조사되면 제4 패턴의 결방향과 수직인 방향에 배치된 제4 카메라(143h)가 선택적으로 활성화되도록 동작할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 스캐너의 구성에 따라, 광학부(140)는 회전하지 않고 고정되도록 형성된 구성이라도 광 조사부(141)의 다양한 패턴 조사와 이에 대응되는 위치에 배치된 카메라들(143a, 143b, 143c, 143d, 또는 143e, 143f, 143g, 143h)의 선택적인 활성화를 통하여 대상체(900)의 소비전력의 절약과 함께 동일한 위치에 대하여 다양한 패턴이 적용된 이미지 데이터를 획득할 수 있으며, 정밀한 이미지 데이터 획득에 따라 신뢰도 높은 3차원 모델을 획득할 수 있는 이점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 3차원 스캐너 110: 하우징
120: 내부공간 121: 제1 내측면
122: 제2 내측면 123: 제3 내측면
130: 이동부 131: 고정 베이스
132: 제1 회전부 133: 빔부
134: 제2 회전부 135: 트레이
140: 광학부 141: 광 조사부
142a: 제1 카메라 142b: 제2 카메라
143a: 제1 카메라 143b: 제2 카메라
143c: 제3 카메라 143d: 제4 카메라
143e: 제1 카메라 143f: 제2 카메라
143g: 제3 카메라 143h: 제4 카메라
144: 제2 이동부
P1: 제1 영역 P2: 제2 영역
d11: 제1 직선거리 d12: 제2 직선거리
d21: 제1 직선거리 d22: 제2 직선거리
d23: 제3 직선거리 d24: 제4 직선거리

Claims (14)

  1. 대상체가 배치되며, 상기 대상체를 이동 및 회전시키는 제1 이동부;
    상기 대상체를 향해 광을 조사하는 광 조사부; 및
    상기 광 조사부에 일정 간격 이격되어 배치되고, 상기 광 조사부의 상기 광을 기준으로 상기 대상체로부터 반사된 광을 선택적으로 수용하는 적어도 2개의 카메라를 구비한 광 수용부;를 포함하는 3차원 스캐너.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광 수용부는,
    상기 광 조사부로부터 제1 방향으로 나란하게 이격되어 형성된 제1 카메라; 및
    상기 광 조사부로부터 제2 방향으로 나란하게 이격되어 형성된 제2 카메라;를 포함하는 3차원 스캐너.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 카메라의 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 상이하게 형성되는 3차원 스캐너.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 카메라의 상기 제2 방향은 상기 제1 카메라의 상기 제1 방향과 대향되도록 형성되는 3차원 스캐너.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 동일 직선 상에 형성되며, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라는 상기 광 조사부에서 조사되는 스트라이프 패턴의 방향과 수직인 방향으로 배치되도록 형성되는 3차원 스캐너.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스트라이프 패턴은 세로 스트라이프 패턴이며, 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라는 가로방향으로 배치되도록 형성되는 3차원 스캐너.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 광 조사부에서 조사되는 상기 스트라이프 패턴의 방향이 수직을 형성하면 상기 제1 카메라가 동작하는 3차원 스캐너.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 방향과 상기 광 조사부에서 조사되는 상기 스트라이프 패턴의 방향이 수직을 형성하면 상기 제2 카메라가 동작하는 3차원 스캐너.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 광 조사부의 중심을 회전축으로 하여 상기 광 조사부, 상기 제1 카메라, 및 상기 제2 카메라를 함께 일방향으로 회전시키는 제2 이동부를 더 포함하는 3차원 스캐너.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 광 수용부는,
    상기 광 조사부로부터 상기 제1 방향과 상이한 제3 방향으로 이격되어 형성된 제3 카메라; 및
    상기 제3 방향과 상이한 제4 방향으로 상기 광 조사부로부터 이격되어 형성된 제4 카메라;를 포함하는 3차원 스캐너.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 카메라, 상기 제2 카메라, 상기 제3 카메라, 및 상기 제4 카메라는 상기 광 조사부의 둘레를 따라 등간격으로 배치되며,
    상기 광 조사부와 상기 제1 카메라 사이의 제1 직선거리와 상기 광 조사부와 상기 제2 카메라 사이의 제2 직선거리는 동일하고, 상기 광 조사부와 상기 제3 카메라 사이의 제3 직선거리와 상기 광 조사부와 상기 제4 카메라 사이의 제4 직선거리는 동일한 3차원 스캐너.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 직선거리와 상기 제3 직선거리는 서로 동일한 3차원 스캐너.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 광 조사부가 세로 스트라이프 패턴의 제1 패턴을 조사하면 상기 제1 패턴의 결방향과 수직으로 배치된 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라 중 적어도 하나가 동작하는 3차원 스캐너.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 광 조사부가 가로 스트라이프 패턴의 제2 패턴을 조사하면 상기 제2 패턴의 결방향과 수직으로 배치된 상기 제3 카메라 및 상기 제4 카메라 중 적어도 하나가 동작하는 3차원 스캐너.
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