KR20230077785A - 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구강 스캐너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좁은 구강 내에서 넓은 화각의 촬영이 가능하도록 수광용 광학모듈이 구성되어 구강 내부 환경에 대한 화상 데이터를 안정적으로 확보할 수 있도록 이루어진 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너에 관한 것이다.
Description
본 발명은 구강 스캐너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좁은 구강 내에서 넓은 화각의 촬영이 가능하도록 수광용 광학모듈이 구성되어 구강 내부 환경에 대한 화상 데이터를 안정적으로 확보할 수 있도록 이루어진 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로, 치과 병원 등에서는 환자의 치아에 대한 석고 모형을 제작하는 인상체득과정(impressin taking)을 통해 환자의 손상된 치아에 대한 치료 및 진료를 수행한다.
상기와 같이 석고 모형을 제작하는 인상체득과정에서는 재료의 소모 및 교차 감염 등의 문제와 제작된 모형의 파손 가능성 및 보존 문제 등이 발생할 수 있다.
특히, 인상재를 사용하여 환자의 손상된 치아에 대한 인상을 수작업으로 체득함에 따라서, 보철물 제작시 정확한 제작 수치를 제공할 수 없는 문제점이 있다.
즉, 제작되는 보철물의 3차원 정보에 대한 오차 정도를 확인할 수 없고, 이러한 이유로, 실제 제작되는 보철물이 환자의 구강 내에서 일치되지 않는 문제점이 있다.
따라서 최근에는 인상재를 사용하지 않으면서 손상된 치아에 대한 정확한 3차원 정보를 취득함과 아울러, 이를 통해 정확한 치수의 보철물을 제작하도록 할 수 있는 기술의 개발이 요구되는데, 이러한 3차원 구강스캐너에 대한 기술 중 하나로 등록특허공보 제10-1418403호(이하, '종래기술'이라 한다)가 개시되어 있다.
종래기술은 구강 내로 일부를 삽입하여 패턴 제공기를 통해 구강 내로 조사되는 패턴들을 분석하여 3차원 구강 데이터를 확보하는 3차원 스캐너를 개시하고 있다.
한편, ToF 카메라는 피사체에 조사한 광원이 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 사물을 3차원으로 구현하는 것으로서, 이는 다양한 기술 분야에 적용되어 사용되고 있다.
이러한 ToF 카메라는 적용하고자 하는 분야에 따라 적절한 성능을 갖도록 카메라를 구성하는 광학모듈의 사양 및 구조를 설계해야 하는데, 현재까지 3차원 구강 스캐너에 이를 적용한 예가 없어 이에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 좁은 구강 내에서 넓은 화각의 촬영이 가능하도록 수광용 광학모듈이 구성되어 구강 내부 환경에 대한 화상 데이터를 안정적으로 확보할 수 있도록 이루어진 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너에 관한 것이다.
본 발명은 구강 내로 인입 및 인출 가능하게 구성되어 구간 내부 화상 데이터를 확보하도록 이루어진 구강 스캐너에 있어서, 하우징(100); 상기 하우징의 내부에 구비된 상태로 광원(레이저)을 조사하는 송출용 광학모듈(300); 송출용 광학모듈(300)로부터 출사된 광원을 반사하여 대상물로 전달하되, 대상물로부터 반사된 반사광을 수광용 광학모듈(400)로 전달하는 제 1반사경(200); 구강 내 대상물로부터 반사된 광원을 수광하도록 이루어져 상기 하우징(100)의 내부에 구비되는 수광용 광학모듈(400); 상기 광원 수광부(600)로 입사된 반사광을 분석하여 구강 내부 구조를 도출하는 제어부(C);를 포함하도록 한다.
이때, 상기 송출용 광학모듈(300)은, 빅셀 레이저의 전방에 위치하여 빅셀 레이저로부터 조사되는 광원이 통과하는 과정에서 경로 길이가 연장되게 하는 조준렌즈(410); 상기 조준렌즈(410)로부터 출사되는 광원이 입사되어 통과하는 과정에서 광원이 확산되어 구강 내로 출사되게 하는 산광기(320); 및 빅셀 레이저(VCSEL Laser : Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저)를 송출하도록 이루어져, 상기 하우징(100)의 내부에 구비되는 광원부(310);를 포함하도록 한다.
한편, 상기 수광용 광학모듈(400)은, 상기 렌즈모듈, 제 2반사경(420) 및 ToF센서가 순차적으로 배치된 구조로 이루어져, 상기 제 1반사경(200)에 의해 반사되어 입사되는 반사광이 렌즈모듈을 통과하여 제 2반사경(420)에 의해 굴절된 이후 ToF 센서(430)로 입사되게 구성된다.
이때, 상기 렌즈모듈은, 입사면과 출사면이 서로 마주보는 내측방향으로 오목하게 형성되며, 상기 제 1렌즈(411)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되는 제 1렌즈(411); 입사면과 출사면이 서로 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 1렌즈(411)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 2렌즈(412); 및 입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 2렌즈(412)의 출사면을 향하고, 출사면이 제 2반사경(420)을 향하는 상태로 구비되는 제 3렌즈(413);를 포함하도록 한다.
아울러, 상기 수광용 광학모듈(400)의 파장은, 940 Monochromatic(nm) 으로 이루어지도록 한다.
또는 상기 렌즈모듈은, 입사면이 렌즈의 내측방향으로 오목하게 형성되고, 출사면이 평평한 형태로 이루어져, 상기 제 4렌즈(414)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되는 제 4렌즈(414); 입사면이 상기 제 4렌즈(414)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 내측방향으로 오목하게 형성되며, 입사면이 상기 제 4렌즈(414)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 5렌즈(415); 입사면이 상기 제 5렌즈(415)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 입사면의 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 5렌즈(415)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 6렌즈(416); 및 입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 제 1반사경(200)측을 향하여 볼록하게 형성되어 입사면이 상기 제 6렌즈(416)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 7렌즈(417);을 포함하도록 한다.
이때, 상기 수광용 광학모듈(400)의 파장은, 920 ~ 960 nm로 이루어지도록 한다.
한편, 상기 수광용 광학모듈(400)은, 관측시야(Field of View)가 Diagonal ± 30 deg(60degrees)이 되도록 한다.
한편, 상기 수광용 광학모듈(400)은, 유효 초점 거리(Effective Focal Length)가 3.3 mm이하인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 수광용 광학모듈(400)은, 후초점 거리(Back Focal Length)가 7.65 mm(Including Detector Window)이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 좁은 구강 내에서 넓은 화각의 촬영이 가능하도록 수광용 광학모듈이 구성되어 구강 내부 환경에 대한 화상 데이터를 안정적으로 확보할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너의 개략도.
도 2는 본 발명에 적용되는 송출용 광학모듈의 실시예의 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈의 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈의 시험 데이터.
도 5는 본 발명에 적용되는 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈의 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈의 시험 데이터.
도 2는 본 발명에 적용되는 송출용 광학모듈의 실시예의 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈의 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈의 시험 데이터.
도 5는 본 발명에 적용되는 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈의 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈의 시험 데이터.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 구강 스캐너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 좁은 구강 내에서 넓은 화각의 촬영이 가능하도록 수광용 광학모듈(400)이 구성되어 구강 내부 환경에 대한 화상 데이터를 안정적으로 확보할 수 있도록 이루어진 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너에 관한 것이다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(100), 송출용 광학모듈(300), 제 1반사경(200), 수광용 광학모듈(400) 및 제어부(C)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(100)은 구강 스캐너의 외형 형상을 구성하기 위한 것으로서, 구강 내에 인입 및 인출이 편리하게 이루어질 수 있는 형태로 이루어지되, 내부가 빈 상태로 구성되게 한다.
이때, 상기 하우징(100)의 전단 일측에는 투명한 재질로 이루어진 투시창(110)가 구비되도록 하며, 이를 통해 광원의 송출 및 수광이 이루어지게 한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송출용 광학모듈(300)은 광원을 조사하기 위한 것으로서, 상기 하우징의 내부에 구비된 상태로 광원(레이저)을 조사하도록 이루어지는데, 이를 위해 광원부(310), 조준렌즈(320) 및 산광기(330)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(310)는 빅셀 레이저(VCSEL Laser : Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저)를 송출하도록 이루어져, 상기 하우징의 내부에 구비된다.
상기 조준렌즈(320)는 광원의 경로 길이를 연장하기 위한 것으로서, 빅셀 레이저의 송출방향 전방에 위치하여 빅셀 레이저로부터 조사되는 광원이 통과하는 과정에서 경로 길이가 연장될 수 있게 한다.
한편, 상기 산광기(330)은 광원을 확산시켜 부드러운 영상을 획득하기 위한 것으로서, 상기 조준렌즈(320)로부터 출사되는 광원이 입사되어 통과하는 과정에서 광원이 확산되어 구강 내로 출사되게 한다.
상기한 구성에 따라 상기 송출용 광학모듈(300)로부터 출사되는 광원은 상기 하우징(100)의 투시창(110)을 통과하여 구강 내로 조사되며, 이는 조준렌즈(320)와 산광기(330)을 통과하는 과정에서 관측시야가 확장된 상태가 되기 때문에 관측시야 내에 존재하는 모든 대상물의 이미지를 안정적으로 획득할 수 있게 한다.
한편, 상기 제 1반사경(200)은 송출용 광학모듈(300)로부터 출사된 광원을 반사하여 대상물로 전달하되, 대상물로부터 반사된 반사광을 수광용 광학모듈(400)로 전달하도록 이루어진다.
즉, 상기 제 1반사경(200)은 투시창과 송출용 광학모듈(300)의 사이에 구비되어, 송출 또는 수광되는 광원의 경로를 변경하도록 하는데, 이는 경사각이 45°인 상태가 되도록 상기 하우징(100)의 내부에 구비되도록 한다.
한편, 상기 수광용 광학모듈(400)은 구강 내 대상물로부터 반사된 광원을 수광하도록 이루어져 상기 하우징(100)의 내부에 구비되도록 한다.
이를 위해 상기 수광용 광학모듈(400)은 렌즈모듈(410), 제 2반사경(420) 및 ToF 센서(ToF : Time of Flight, 티오에프 센서)(430)를 포함하여 구성되어, 상기 제 1반사경(200)에 의해 굴절된 반사광을 수광하도록 이루어진다.
상술하면, 상기 수광용 광학모듈(400)은 상기 렌즈모듈(410), 제 2반사경(420) 및 ToF센서가 순차적으로 배치된 구조로 이루어져, 상기 제 1반사경(200)에 의해 반사되어 입사되는 반사광이 렌즈모듈(410)을 통과하여 제 2반사경(420)에 의해 굴절된 이후 ToF 센서(430)로 입사되게 구성된다.
이때, 본 발명에서는 구강 스캐너용으로 ToF 카메라를 이용하여 구강 내의 스캔이 이루어지게 하고 있는 바, 상기 수광용 광학모듈(400)은 특정한 사양으로 설계된 복수 개의 렌즈가 설정된 간격으로 이격 배치되면서 상기한 요구 성능에 대응하는 구조를 구성한다.
이러한 수광용 광학모듈(400)의 사양과 구조는 실험을 통해 도출하도록 이루어지며, 이는 이후, 실험 데이터를 바탕으로 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 상기 ToF 센서(430)의 입사면 전방에는 커버 글라스(431)가 더 구비되도록 하며, 상기 커버 글라스는 용융 실리카 재질로 이루어지되, 양면이 평탄한 플레이트의 형태로 이루어진다.
한편 상기 제어부는 상기 수광용 광학모듈(400)로 입사된 반사광을 분석하여 구강 내부 구조를 도출할 수 있도록 이루어진다.
이러한 제어부의 분석 기술은 이미 동일한 분야에서 사용되는 것인 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
하기에서는 수광용 광학모듈(400)을 구성하는 렌즈모듈(410)의 사양 및 구조를 실험데이터를 바탕으로 상세하게 설명하기로 한다.
이때, 하기 [표 1]은 본 발명에 따른 수광용 광학모듈(400)을 구현하기 위한 기준사양에 대한 데이터이다.
| 순서 | 항목 | 제 1실시예 | 제 2실시예 |
| 1 | Object Distance |
100 mm | |
| 2 | Total Track | 11 mm | 15 mm |
| 3 | F-number | 2.04 | |
| 4 | Effective Focal Length | 3.3 mm | |
| 5 | Back Focal Length | Last Lens Surf to Image = 7.65 mm |
|
| 6 | FoV | Diagonal ± 30 deg | |
| 7 | Wavelength | 940 Monochromatic | 920 ~ 960 nm |
| 8 | Image Circle |
± 1.54 mm | |
| 9 | Distortion | Max 21 % Overall Field |
Max 27 % (Overall Field) Max 14 % (40 deg FOV) |
1) 제 1실시예 : 3개 렌즈
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈모듈(410)은 제 1렌즈(411), 제 2렌즈(412) 및 제 3렌즈(413)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1렌즈(411)은 상기 제 1반사경(200)으로부터 반사광이 입사되도록 한다.
상술하면, 상기 제 1렌즈(411)은 입사면과 출사면이 서로 마주보는 내측방향으로 오목하게 형성되며, 상기 제 1렌즈(411)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되게 한다.
이때, 상기 제 1렌즈(411)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 2]와 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | 279.343764 | 9.252198 |
| 두께 | 0.682446(T1.I) | 8.027738(T1.O) |
| 반지름 | 2.539693(r1) | 2.434603 |
| 재질 | ZNSE | ZNSE |
이때, 상기 입사면의 두께는 렌즈의 최대 두께(제작 두께)를 의미하고, 출사면의 두께는 해당 렌즈의 출사면으로부터 다음 렌즈의 입사면까지의 거리를 의미하며, 입사면의 반지름은 광원이 통과하는 렌즈의 최대 반지름을 의미하며, 출사면의 반지름은 광원이 통과하는 최저 반지름을 의미하는데, 최대 반지름인 입사면의 반지름이 렌즈의 반지름으로 이루어진다.
한편, 상기 제 2렌즈(412)는 제 1렌즈(411)로부터 출사되는 반사광이 입사되도록 상기 제 1렌즈(411)로부터 일정 간격 이격되어 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 2렌즈(412)는 입사면과 출사면이 서로 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 1렌즈(411)의 출사면을 향하는 상태로 구비되게 하며, 이때, 상기 제 2렌즈(412)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 3]과 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | 23.428386 | -21.196042 |
| 두께 | 0.694950(T2.I) | 0.099999(T2.O) |
| 반지름 | 2.139782(r2) | 2.209952 |
| 재질 | ZNSE | ZNSE |
한편, 상기 제 3렌즈(413)은 제 2렌즈(412)로부터 출사되는 반사광이 입사되어 제 1반사경(200)으로 출사되도록 상기 제 2렌즈(412)와 제 1반사경(200)의 사이에 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 3렌즈(413)은 입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 2렌즈(412)의 출사면을 향하고, 출사면이 제 2반사경(420)을 향하는 상태로 구비되게 하며, 상기 제 3렌즈(413)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 4]와 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | -43.838345 | -14.492602 |
| 두께 | 0.674901(T3.I) | 3.7(T3.O) |
| 반지름 | 2.240063(r3) | 2.301236 |
| 재질 | ZNSE | ZNSE |
이때, 상기 제 2반사경(420)은 경사각이 45°인 상태로 배치되도록 하되, 제 3렌즈로부터 3.7mm의 거리에 위치되는 한편, ToF 센서(430)로부터 3.95mm의 거리에 위치되게 한다.
상기와 같은 사양으로 이루어진 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 sopt diagram 그래프는 도 4a와 같다.
sopt diagram 그래프는 입사된 빛이 센서면에 모이는 성능을 판단하기 위한 성능지표로서, 이는 스팟의 크기가 작고, 하점에 원형의 형태로 빛이 모이는 것이 가장 이상적인데, 도면을 참고하면 본원발명의 제 1실시예는 스팟의 사이즈가 1 ~ 8 필드 별로 RMS Radius를 기준으로 대부분의 필드에서 1um의 성능을 획득한 것을 알 수 있다.
한편, 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 MTF 그래프는 도 4b와 같다.
MTF 그래프는 광원의 흑/백 라인패턴이 광학모듈을 거친 후, 얼마나 선명하게 구현되는지를 나타내는 성능지표로서, 본 발명에 따른 센서사양에서 MTF 그래프의 x축은 5x5cycle/mm의 라인패턴이 한계수치인 바, 이 때의 성능수치값이 최저기준치가 된다.
한편, 제 1실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 상대조도(relative illumination) 그래프는 도 4c와 같다.
상대조도 그래프는 카메라로 촬영한 이미지의 중심과 대각선 방향으로의 최외곽의 상대적인 조도 값을 나타내는 지표로서, x축의 0이 이미지의 중심이고, 30degree가 최외곽을 의미하며, y축 값이 100%(1.0)에 근접할수록 균일한 조도를 나타내며, 값이 낮을수록 외곽 이미지가 어둡게 나타난다.
도면을 참조하면 제 1실시예에서는 중심에서 최외곽까지 상대조도값이 0.9를 초과하는 것을 알 수 있다.
2) 제 2실시예 : 4개 렌즈
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수광용 광학모듈(400)은 제 4렌즈(414), 제 5렌즈(415), 제 6렌즈(416) 및 제 7렌즈(417)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 4렌즈(414)는 구강 내 대상물로부터 반사된 반사광이 입사되도록 투시창(110)으로부터 일정 간격 이격되어 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 4렌즈(414)는 입사면이 렌즈의 내측방향으로 오목하게 형성되고, 출사면이 평평한 형태로 이루어져, 상기 제 4렌즈(414)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되게 한다.
이때, 상기 제 4렌즈(414)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 5]와 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | 480.040982 | 69.928692 |
| 두께 | 1.5(T4.I) | 0.253217(T4.O) |
| 반지름 | 2.887797(r4) | 2.860180 |
| 재질 | ZNSE | ZNSE |
한편, 상기 제 5렌즈(415)는 제 4렌즈(414)로부터 출사되는 반사광이 입사되도록 상기 제 4렌즈(414)로부터 일정 간격 이격되어 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 5렌즈(415)는 입사면이 상기 제 4렌즈(414)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 내측방향으로 오목하게 형성되며, 입사면이 상기 제 4렌즈(414)의 출사면을 향하는 상태로 구비되게 하며, 상기 제 5렌즈(415)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 6]과 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | -78.936031 | 5.586648 |
| 두께 | 0.5(T5.I) | 9.999672(T5.O) |
| 반지름 | 2.838114(r5) | 2.2.679772 |
| 재질 | F2G12 | F2G12 |
한편, 상기 제 6렌즈(416)은 제 5렌즈(415)로부터 출사되는 반사광이 입사되도록 상기 제 5렌즈(415)로부터 일정 간격 이격되어 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 6렌즈(416)은 입사면이 상기 제 5렌즈(415)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 입사면의 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 5렌즈(415)의 출사면을 향하는 상태로 구비되게 하며, 상기 제 6렌즈(416)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 7]와 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | 9.629377 | -12.340088 |
| 두께 | 0.818106(T6.I) | 0.196353(T6.O) |
| 반지름 | 2.249427(r6) | 2.331266 |
| 재질 | N-SF64 | N-SF64 |
한편, 상기 제 7렌즈(417)은 제 6렌즈(416)로부터 출사되는 반사광이 입사되어 제 2반사경(420)으로 출사되도록 상기 제 6렌즈(416)과 제 2반사경(420)의 사이에 구비되도록 한다.
상술하면, 상기 제 7렌즈(417)은 입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 제 1반사경(200)측을 향하여 볼록하게 형성되어 입사면이 상기 제 6렌즈(416)의 출사면을 향하는 상태로 구비되게 하며, 상기 제 7렌즈(417)의 입사면과 출사면의 사양은 하기 [표 8]와 같이 이루어진다.
| 항목 | 입사면 | 출사면 |
| 곡률반경 | -23.434091 | -5.782152 |
| 두께 | 1.164316(T7.I) | 3.5(T7.O) |
| 반지름 | 2.395771(r7) | 2.489342 |
| 재질 | KCL | KCL |
이때, 상기 제 2반사경(420)은 경사각이 45°인 상태로 배치되도록 하되, 제 7렌즈로부터 3.5mm의 거리에 위치되는 한편, ToF 센서(430)로부터 4.15mm의 거리에 위치되게 한다.
상기와 같은 사양으로 이루어진 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 sopt diagram 그래프는 도 6a와 같으며, 한편, 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 MTF 그래프는 도 6b와 같고, 한편, 제 2실시예에 따른 수광용 광학모듈(400)의 상대조도(relative illumination) 그래프는 도 6c와 같다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
100 : 하우징
110 : 투시창
200 : 제 1반사경
300 : 송출용 광학모듈 310 : 광원부
320 : 조준렌즈 330 : 산광기
400 : 수광용 광학모듈 410 : 렌즈모듈
411 ~ 417 : 제 1 내지 제 7렌즈
420 : 제 2반사경 430 : ToF 센서
C : 제어부
200 : 제 1반사경
300 : 송출용 광학모듈 310 : 광원부
320 : 조준렌즈 330 : 산광기
400 : 수광용 광학모듈 410 : 렌즈모듈
411 ~ 417 : 제 1 내지 제 7렌즈
420 : 제 2반사경 430 : ToF 센서
C : 제어부
Claims (10)
- 구강 내로 인입 및 인출 가능하게 구성되어 구간 내부 화상 데이터를 확보하도록 이루어진 구강 스캐너에 있어서,
하우징(100);
상기 하우징의 내부에 구비된 상태로 광원(레이저)을 조사하는 송출용 광학모듈(300);
송출용 광학모듈(300)로부터 출사된 광원을 반사하여 대상물로 전달하되, 대상물로부터 반사된 반사광을 수광용 광학모듈(400)로 전달하는 제 1반사경(200);
구강 내 대상물로부터 반사된 광원을 수광하도록 이루어져 상기 하우징(100)의 내부에 구비되는 수광용 광학모듈(400);
상기 광원 수광부(600)로 입사된 반사광을 분석하여 구강 내부 구조를 도출하는 제어부(C);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 1에 있어서,
상기 송출용 광학모듈(300)은,
빅셀 레이저(VCSEL Laser : Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저)를 송출하도록 이루어져, 상기 하우징(100)의 내부에 구비되는 광원부(310);
빅셀 레이저의 전방에 위치하여 빅셀 레이저로부터 조사되는 광원이 통과하는 과정에서 경로 길이가 연장되게 하는 조준렌즈(320); 및
상기 조준렌즈(320)로부터 출사되는 광원이 입사되어 통과하는 과정에서 광원이 확산되어 구강 내로 출사되게 하는 산광기(330);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)은,
렌즈모듈(410), 제 2반사경(420) 및 ToF센서가 순차적으로 배치된 구조로 이루어져, 상기 제 1반사경(200)에 의해 반사되어 입사되는 반사광이 렌즈모듈(410)을 통과하여 제 2반사경(420)에 의해 굴절된 이후 ToF 센서(430)로 입사되게 구성되는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 3에 있어서,
상기 렌즈모듈(410)은,
입사면과 출사면이 서로 마주보는 내측방향으로 오목하게 형성되며, 상기 제 1렌즈(411)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되는 제 1렌즈(411);
입사면과 출사면이 서로 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 1렌즈(411)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 2렌즈(412); 및
입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 2렌즈(412)의 출사면을 향하고, 출사면이 제 2반사경(420)을 향하는 상태로 구비되는 제 3렌즈(413);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 4에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)의 파장은,
940 Monochromatic(nm) 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 3에 있어서,
상기 렌즈모듈(410)은,
입사면이 렌즈의 내측방향으로 오목하게 형성되고, 출사면이 평평한 형태로 이루어져, 상기 제 4렌즈(414)의 입사면이 제 1반사경(200)측을 향하는 상태로 구비되는 제 4렌즈(414);
입사면이 상기 제 4렌즈(414)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 내측방향으로 오목하게 형성되며, 입사면이 상기 제 4렌즈(414)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 5렌즈(415);
입사면이 상기 제 5렌즈(415)측으로 볼록하게 형성되고, 출사면이 입사면의 반대방향으로 볼록하게 형성되어, 입사면이 상기 제 5렌즈(415)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 6렌즈(416); 및
입사면이 내측으로 오목하게 형성되고, 출사면이 제 1반사경(200)측을 향하여 볼록하게 형성되어 입사면이 상기 제 6렌즈(416)의 출사면을 향하는 상태로 구비되는 제 7렌즈(417);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 6에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)의 파장은,
920 ~ 960 nm로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)은,
관측시야(Field of View)가 Diagonal ± 30 deg(60degrees)인 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)은,
유효 초점 거리(Effective Focal Length)가 3.3 mm이하인 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
- 청구항 1에 있어서,
상기 수광용 광학모듈(400)은,
후초점 거리(Back Focal Length)가 7.65 mm(Including Detector Window)이하인 것을 특징으로 하는 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이져를 이용한 구강 스캐너.
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| KR1020210164319A KR102625867B1 (ko) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 구강스캐너용 ToF 카메라와 빅셀레이저를 이용한 구강 스캐너 |
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| KR20070103055A (ko) * | 2005-03-09 | 2007-10-22 | 더 프록터 앤드 갬블 캄파니 | 센서 응답식 전동 칫솔 및 사용 방법 |
| KR101418403B1 (ko) | 2012-12-14 | 2014-07-09 | 라파바이오 주식회사 | 구강용 3차원 스캐너 |
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2021
- 2021-11-25 KR KR1020210164319A patent/KR102625867B1/ko active IP Right Grant
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