WO2023163351A1 - 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법 - Google Patents

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WO2023163351A1
WO2023163351A1 PCT/KR2022/020820 KR2022020820W WO2023163351A1 WO 2023163351 A1 WO2023163351 A1 WO 2023163351A1 KR 2022020820 W KR2022020820 W KR 2022020820W WO 2023163351 A1 WO2023163351 A1 WO 2023163351A1
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light
sensor
image data
light source
source unit
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PCT/KR2022/020820
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김정건
김태한
노진국
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주식회사 바텍
(주)바텍이우홀딩스
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B1/24—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the mouth, i.e. stomatoscopes, e.g. with tongue depressors; Instruments for opening or keeping open the mouth
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/302—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/322—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using varifocal lenses or mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/324—Colour aspects

Definitions

  • the present invention relates to an intraoral scanner and a method for obtaining image data thereof.
  • the present invention relates to an intraoral scanner capable of obtaining three-dimensional color image data with high longitudinal and transverse resolution of an object to be imaged and a method for obtaining image data thereof.
  • Intraoral scanners are limited in size due to their characteristics, so there is a limitation in longitudinal resolution. For example, if the sensors are disposed left and right, it is easy to measure the depth difference of the target as the sensors are spaced apart from each other. Due to this, there is a problem in that there is a limit in axial resolution.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0064922
  • An object of the present invention is to provide an intraoral scanner capable of obtaining three-dimensional color image data with high resolution in the longitudinal and transverse directions of an object to be photographed with a single sensor and a method for obtaining image data thereof.
  • the present invention is a light source unit for generating irradiation light; a sensor that generates image data by receiving reflected light from an object to be photographed; a control unit controlling the light source unit and the sensor; a micro lens array including a plurality of micro lenses disposed between the photographing target and the sensor, through which the reflected light passes, and arranged along a lens surface facing the light receiving surface of the sensor; It provides an intraoral scanner comprising a; image processing unit for generating three-dimensional image data of the subject to be photographed with the image data.
  • the present invention is a method for obtaining image data of an intraoral scanner including a light source unit, a sensor, a micro lens array, a control unit, and an image processing unit, wherein (a) irradiation light is generated from the light source unit and irradiated to a subject to be photographed, and reflected from the subject to be photographed receiving the reflected light by the sensor after passing through the micro lens array; (b) generating a plurality of image data of different parallaxes with respect to the photographing target by the sensor; (c) providing a method for acquiring image data of an intraoral scanner comprising the step of generating three-dimensional image data of the object to be photographed by the image processing unit using a plurality of image data of different parallaxes.
  • FIG. 2 is an exemplary block configuration diagram of an intraoral scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for obtaining image data of an intraoral scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of acquiring color images using images of different wavelength bands
  • a specific process sequence may be performed differently from the described sequence.
  • two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may proceed in an order reverse to the order described.
  • 1 is a schematic diagram showing the configuration of an intraoral scanner 100 according to an embodiment of the present invention. 1 shows an example of the traveling direction of the irradiated light and the reflected light, and the reference numeral of the irradiated light and the reflected light is 'CL'.
  • the intraoral scanner 100 may include a case 101 forming an external shape.
  • the light source unit 200 may be located on the other side of the intraoral scanner 100. Based on FIG. 1 , the light source unit 200 may be located on the inner lower side of the intraoral scanner 100.
  • the intraoral scanner 100 may include an optical unit 300.
  • the first reflector 330 may be a reflector.
  • the first reflector 330 may be located on the front side of the case 101 .
  • the first reflector 330 may be located above the opening 103 .
  • the first reflector 330 may be inclined so that its lower end is relatively forward and its upper end is relatively rearward. As shown in FIG. 1, when the intraoral scanner 100 is placed near the object OJ for imaging, the opening 103 may be located between the first reflector 330 and the object OJ. .
  • the first reflector 330 may direct irradiation light generated from the light source unit 200 toward the photographing object OJ and direct reflected light reflected from the photographing object OJ toward the optical unit 300 .
  • the optical unit 300 may include a light splitting unit 320 .
  • the optical unit 300 may include a first lens unit 310 .
  • the sensor unit 400 may be located on the rear side of the optical unit 300 .
  • the sensor 420 may receive reflected light in units of frames.
  • the sensor 420 may be a mono sensor.
  • the sensor 420 sequentially receives reflected light of different wavelengths reflected from the object OJ by frame-by-frame irradiation light of different wavelengths sequentially irradiated from the light source unit 200 in units of frames, thereby generating images of different wavelengths. data can be generated.
  • the sensor 420 may transmit image data of different wavelength bands to the controller 500 . Different wavelength bands may include a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band.
  • the sensor unit 400 may include a micro lens array 410 .
  • the micro lens array 410 may be positioned between the light splitter 320 of the optical unit 300 and the sensor 420 .
  • the micro lens array 410 may include a plurality of micro lenses arranged along a lens surface facing the light receiving surface of the sensor 420 .
  • Each of the plurality of microlenses corresponds one to one to a plurality of pixels in the sensor 420, that is, a certain number of pixel groups, and forms images of different parallax by reflected light. Accordingly, the sensor may generate image data of different parallaxes for the same object to be captured for each pixel group.
  • the sensor 420 may be an image sensor 420 (Image Sensor).
  • the sensor 420 may be a CMOS image sensor 420 (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor).
  • the sensor 420 may be one, that is, a single mono sensor 420 .
  • the intraoral scanner 100 may include a controller 500.
  • the control unit 500 may be connected to the light source unit 200 .
  • the controller 500 may be connected to the sensor unit 400 .
  • the controller 500 may control the light source unit 200 and the sensor unit 400 .
  • the method for obtaining image data of the intraoral scanner 100 may include a signal input step (S100), a photographing step (S200), and a 3D color image data acquisition step (S300).
  • irradiation light of the first wavelength range is emitted from the light source unit 200 by the control unit 500, and the sensor 420 of the sensor unit 400 receives the reflected light of the first wavelength range to generate generating image data of one wavelength band; transmitting image data of the first wavelength band from the sensor unit 400 to the controller 500; Transmitting image data of the first wavelength band from the controller 500 to the processing device 600;
  • Generating image data of the third wavelength band by the control unit 500 by emitting irradiation light of the third wavelength band from the light source unit 200 and receiving the reflected light of the third wavelength band by the sensor 420 of the sensor unit 400. ; transmitting image data of the third wavelength band from the sensor unit 400 to the controller 500; A step of transferring image data of the third wavelength band from the control unit 500 to the processing device 600 may be included.
  • the first, second, and third wavelength bands may be red, green, and blue light wavelength bands, respectively.
  • the color image acquisition step (S300) includes generating 3D image data for each wavelength band using image data of different parallaxes respectively included in the image data of the first to third wavelength bands in the processing device 600; generating overlapping 3D image data for a part of the object to be captured by matching the shapes of the objects in the 3D image data for each wavelength band with each other and overlapping each other;
  • the method may include obtaining 3D color image data for a part of an object to be captured by reflecting colors for each wavelength band in the overlapped 3D image data.
  • FIG. 4 illustrates a principle of generating a color image of a subject using first to third images of the same subject in different wavelength bands.

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Abstract

구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법이 개시된다. 본 발명의 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법은, 컬러 센서 대신 모노 센서를 사용하고, 백색 광 대신 R/G/B 컬러 광을 사용하여 구강 스캔을 할 수 있다.

Description

구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법
본 발명은 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 촬영대상에 대해 종방향 및 횡방향 해상도가 높은 3차원 컬러 영상 데이터를 획득할 수 있는 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법에 관한 것이다.
일반적으로 구강 스캐너는, 한국 공개특허공보 제10-2020-0064922호에 게재된 기술과 같이, 구강 내 치아 및 주변 조직의 3차원 영상 데이터를 얻는 장치이다. 스테레오(Stereo) 방식의 구강 스캐너는 구강 내의 촬영대상에 광을 조사하고, 촬영대상으로부터 반사된 광을 서로 다른 위치의 복수의 센서로 수광하되, 센서의 위치별 영상의 시차(Parallax)를 통해 촬영대상의 3차원 영상 데이터를 얻는다.
구강 스캐너는 그 특성상 크기에 제한이 있어 종방향 해상도에 제한이 있다. 예를 들어, 센서가 좌우로 배치되면, 센서가 서로 이격될수록 촬영대상의 깊이 차이를 측정하기 용이한데, 핸드 헬드(Hand held) 장비의 특성상 장비의 크기를 좌우로 확장하는데 제한이 있다. 이로 인해 종방향 해상도(axial　resolution)에 한계가 존재하는 문제가 있다.
한편, 종래의 구강 스캐너는, 촬영대상의 3차원 컬러 영상 데이터를 얻기 위해 백색광과 컬러 센서를 사용한다. 이때, 컬러 센서는 단위 픽셀 내에 컬러 별 서브 픽셀을 할당해야 하므로 횡방향 해상도(lateral　resolution) 면에서 불리하다. 해상도를 높이기 위해 변경 시간이 짧은 구조광(Structured Light)을 사용하기도 하지만, 이는 구강 스캐너의 구조를 복잡하게 만들고, 전력 소모와 발열의 원인이 되는 문제를 야기할 수 있었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0064922호
본 발명은 단일 센서로도 촬영대상에 대해 종방향 및 횡방향 해상도가 높은 3차원 컬러 영상 데이터를 획득할 수 있는 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 조사광을 생성하는 광원부; 촬영대상의 반사광을 수광해서 영상 데이터를 생성하는 센서; 상기 광원부와 상기 센서를 제어하는 제어부; 상기 촬영대상과 상기 센서 사이에 배치되어 상기 반사광이 투과하고, 상기 센서의 수광면과 대면하는 렌즈면을 따라 배열된 복수 개의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이; 상기 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원영상 데이터를 생성하는 영상처리부;를 포함하는 구강 스캐너를 제공한다.
또한 본 발명은 광원부, 센서, 마이크로 렌즈 어레이, 제어부, 영상처리부를 포함하는 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법으로서, (a) 상기 광원부에서 조사광이 생성되어 촬영대상에 조사되고, 상기 촬영대상에서 반사된 반사광이 상기 마이크로 렌즈 어레이를 투과해서 상기 센서로 수광되는 단계; (b) 상기 센서에서 상기 촬영대상에 대해 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터가 생성되는 단계; (c) 상기 영상처리부가 상기 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법에 의하면 마이크로 렌즈 어레이를 사용함으로써 단일 센서로도 촬영대상에 대해 종방향 해상도가 높은 3차원 영상 데이터를 획득할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너 및 이의 영상 데이터 획득 방법에 의하면, 서로 다른 파장대의 조사광과 모노 센서를 사용함으로써 촬영대상에 대해 횡방향 해상도가 높은 3차원 컬러 영상 데이터를 획득할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 구성을 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 블럭 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법에 대한 플로어 차트.
도 4는 서로 다른 파장대의 영상으로 컬러 영상을 획득하는 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 구성을 보여주는 개략도.
첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
더 나아가 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들의 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수도 있다.
이하의 설명에서 일측, 타측, 전측, 후측은 도 1에 도시한 구강 스캐너(100)를 기준으로 각각 U, D, F, B 방향일 수 있다. 또한, 일측은 상측, 타측은 하측이라 할 수 있다. 상하 방향은 일타 방향이라 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)의 구성을 보여주는 개략도이다. 도 1에 조사광 및 반사광의 진행 방향의 일 예를 도시하였으며, 조사광 및 반사광의 도면 부호는 'CL'이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는, 외형을 형성하는 케이스(101)를 포함할 수 있다.
케이스(101)의 내부에는 광원부(200), 광학부(300), 센서부(400), 제어부(500)가 수용될 수 있다. 케이스(101)는 전후 방향 길이가 상하 방향의 폭이나 좌우 방향의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 케이스(101)의 전방 하측에는 개구부(103)가 형성될 수 있다. 개구부(103)는 광원부(200)의 조사광이 케이스(101)의 외부로 나가거나 촬영대상(OJ)에서 반사된 반사광이 케이스(101)의 내부로 들어오는 통로가 될 수 있다.
케이스(101)에는 조작부(105)가 구비될 수 있다. 조작부(105)는 사용자가 구강 스캐너(100)의 작동을 조절하기 위한 것이다. 케이스(101)에 형성된 조작부(105)가 사용자에 의해 조작되면 제어부(500)에 의해 구강 스캐너(100)가 제어되어 촬영대상의 3차원 컬러 영상 데이터 획득이 이루어질 수 있다. 조작부(105)는 케이스(101)에 하드웨어(Hardware) 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 조작부(105)는 센싱 장치, 버튼, 키패드, 터치패드 등의 형태로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 광원부(200)를 포함할 수 있다.
광원부(200)는 조명, 즉 광(光)을 발광할 수 있다. 광원부(200)는 서로 다른 파장대의 조사광을 발광할 수 있다. 서로 다른 파장대는 가시광선 영역 내의 적색(Red) 파장대, 녹색 파장대(Green), 청색(Blue) 파장대일 수 있다. 가시광선 영역 내이므로 파장대는 색을 의미할 수 있다. 이하, 색은 파장대를 일컫는 용어로 사용될 수 있다. 구체적으로, 광원부(200)는 적색(Red) 광, 녹색(Green) 광, 청색(Blue) 광을 개별적으로 각각 발광시킬 수 있다. 이를 위해 광원부(200)는 단일 또는 조합 구동에 의해 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 각각 발광하는 복수의 광원을 포함할 수 있다. 복수의 광원은 LED일 수 있다. 광원부(200)는 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 프레임 별로 순차적으로 발광시킬 수 있다.
광원부(200)는 구강 스캐너(100)의 타측에 위치될 수 있다. 도 1을 기준으로 광원부(200)는 구강스캐너(100)의 내부 하측에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 광학부(300)를 포함할 수 있다.
광원부(200)는 임의의 1축을 따라 배치되고, 광학부(300)는 1축과 다른 2축을 따라 배치될 수 있다. 광학부(300)는 광원부(200)의 상측에 위치될 수 있다.
광학부(300)는 제 1 반사부(330)를 포함할 수 있다.
제 1 반사부(330)는 반사경일 수 있다. 제 1 반사부(330)는 케이스(101)의 전측에 위치될 수 있다. 제 1 반사부(330)는 개구부(103)의 상측에 위치될 수 있다. 제 1 반사부(330)는 그 하단이 상대적으로 전측에 있고 그 상단이 상대적으로 후측에 있도록 기울어지게 배치될 수 있다. 도 1의 도시와 같이, 촬영을 위해 구강 스캐너(100)를 촬영대상(OJ) 부근에 위치시키면, 개구부(103)는 제 1 반사부(330)와 촬영대상(OJ) 사이에 위치될 수 있다. 제 1 반사부(330)는, 광원부(200)에서 발생된 조사광이 촬영대상(OJ)를 향하게 하고, 촬영대상(OJ)에서 반사된 반사광이 광학부(300)를 향하게 할 수 있다.
광학부(300)는 광분할부(320)를 포함할 수 있다.
광분할부(320)는 광원부(200)에서 1축을 따라 조사된 조사광이 2축 상에 배열된 제 1 반사부(330)을 향하게 할 수 있다. 광분할부(320)는 반사경(330)에서 2축을 향해 따라 반사된 반사광이 후술하는 센서부(400)를 향하게 할 수 있다.
광분할부(320)는 도 1을 기준으로 광원부(200)의 상측에 위치될 수 있다. 광분할부(320)는 빔 스플리터(Beam splitter)를 포함할 수 있다.
광학부(300)는 제 1 렌즈부(310)를 포함할 수 있다.
제 1 렌즈부(310)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다.
제 1 렌즈부(310)는 광분할부(320)와 제 1 반사부(330) 사이에 위치될 수 있다. 제 1 렌즈부(310)는 광분할부(320)와 일정 간격만큼 이격될 수 있다. 제 1 렌즈부(310)는, 작동 거리(Working Distance), 관측 시야(Field of View), 후술하는 마이크로 렌즈 어레이(410)(Micro Lens Array, MLA)의 광학 특성을 고려하여 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는, 센서부(400)를 포함할 수 있다.
센서부(400)는 광학부(300)와 동축(同軸, Coaxial)으로 배열될 수 있다. 즉 센서부(400), 광분할부(320), 제 1 렌즈부(310) 제 1 반사부(330)는 모두 동축으로 배열될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구강 스캐너(100)는 대칭성(Symmetry)이 확보될 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 구강 스캐너(100)를 회전시키더라도 동일한 조건으로 촬영대상(OJ)를 촬영할 수 있다.
센서부(400)는 마이크로 렌즈 어레이(410)와 센서(420)를 포함할 수 있다. 센서(420)와 마이크로 렌즈 어레이(410)는 플렌옵틱(Plenoptic) 또는 라이트필드(Light Field) 방식으로 반사광의 양 뿐만 아니라 방향과 거리 정보를 검출할 수 있다.
센서부(400)는 광학부(300)의 후측에 위치될 수 있다. 센서(420)는 프레임 단위로 반사광을 수광할 수 있다. 센서(420)는 모노 센서일 수 있다. 센서(420)는 광원부(200)에서 프레임 단위로 순차 조사된 서로 다른 파장대의 조사광에 의해 촬영대상(OJ)에서 반사된 서로 다른 파장대의 반사광을 프레임 단위로 순차 수광함으로써, 서로 다른 파장대의 영상 데이터를 생성할 수 있다. 센서(420)는 서로 다른 파장대의 영상 데이터를 제어부(500)로 전달할 수 있다. 서로 다른 파장대는 적색 파장대, 녹색 파장대, 청색 파장대를 포함할 수 있다.
센서부(400)는, 마이크로 렌즈 어레이(410)를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(410)는 광학부(300)의 광분할부(320)와 센서(420) 사이에 위치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(410)는 센서(420)의 수광면과 대향하는 렌즈면을 따라 배열된 복수개의 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 복수개의 마이크로 렌즈는 각각 센서(420)내의 복수개의 픽셀, 즉 일정수의 픽셀 그룹과 일대일 대응되고, 반사광에 의해 서로 다른 시차의 상을 맺는다. 따라서 센서는 픽셀 그룹 별로 동일 촬영대상에 대해 서로 다른 시차의 영상 데이터를 생성할 수 있다.
센서(420)는 서로 다른 파장대의 반사광 별로 촬영대상(OJ)에 대해 서로 다른 시차의 영상 데이터를 생성할 수 있다.
센서(420)는 이미지 센서(420)(Image Sensor)일 수 있다. 센서(420)는 CMOS 이미지 센서(420)(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)일 수 있다. 센서(420)는 1 개, 즉 단일(單一)의 모노(mono) 센서(420)일 수 있다.
본 발명의 구강 스캐너는, 마이크로 렌즈 어레이(410)와 센서(420)를 통해 종방향 해상도가 높은 3차원 영상 데이터을 획득할 수 있다.
반면, 복수의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이(410)는, 마이크로 렌즈 사이의 연결 지점으로 인해 횡방향 해상도가 저하될 수 있다. 이를 극복하기 위해 본 발명의 구강스캐너의 광원부(200)는 가시광선 영역 내에서 서로 다른 파장대의 조사광을 생성하고, 센서(420)는 가시광선 영역을 커버하는 모노 센서를 사용함으로써 센서(420)는 서로 다른 파장대의 반사광을 수광하여 서로 다른 파장대의 영상 데이터를 각각 생성한다. 이때, 센서는 모노 센서 이므로 파장대별 서브 픽셀을 필요로 하는 컬러 센서 대비 센서(420)의 유효 픽셀(Pixel)의 수가 증가되므로 횡방향 해상도가 높은 서로 다른 파장대의 영상 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는, 제어부(500)를 포함할 수 있다.
제어부(500)는 광원부(200)에 연결될 수 있다. 제어부(500)는 센서부(400)에 연결될 수 있다. 제어부(500)는 광원부(200)와 센서부(400)를 제어할 수 있다.
제어부(500)는 광원부(200)와 센서(420)를 제어해서 광원부(200)가 서로 다른 파장대의 조사광을 순차적으로 조사하고, 센서(420)가 서로 다른 파장대의 반사광을 순차적으로 수광하게 할 수 있다. 이를 위해 제어부(500)는 광원부(200)의 발광 주기와 센서(420)의 수광 주기를 동기화(연동)할 수 있다. 달리 말하면, 제어부(500)는 광원부(200)에서 조사광이 발광되는 시점과 센서(420)가 수광하는 시점을 동기화(同期化)할 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는, 광원부(200)와 센서(420)를 제어하여 광원부(200)에서 적색, 녹색, 청색 파장대의 조사광을 각각 발광하고, 센서(420)가 적색, 녹색, 청색 파장대의 반사광을 각각 수광하게 할 수 있다.
도 2는 구강 스캐너(100)의 구성도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)는 처리 장치(600, 영상 처리부라 할 수도 있음)를 포함할 수 있다.
처리 장치(600)는 제어부(500)에 연결될 수 있다. 처리 장치(600)는 센서(420)에서 생성된 서로 다른 파장대 별 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터로 촬영대상(OJ)의 3차원 컬러 영상을 생성할 수 있다. 처리 장치(600)는 케이스(101)와 별도로 구성되어 제어부(500)와 무선 방식(블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wifi) 등) 방식 혹은 유선으로 연결될 수 있다. 처리 장치(600)와 제어부(500)는 서로 통신하여 정보, 신호를 송수신할 수 있다.
처리 장치(600)는 별도의 컴퓨터 장치로 이루어질 수 있다. 처리 장치(600)는 케이스(101)와 일체화될 수도 있고, 케이스(101)에 내장될 수도 있다.
한편,본 발명의 구강 스캐너(100)는 핸드 헬드(Hand held) 형태의 장비일 수 있다. 핸드 헬드 장비의 특성상, 센서가 수광한 서로 다른 파장대의 영상 데이터 간에 시간차가 발생될 수 있고, 시간차에 따라 각각의 영상 데이터 내에서 촬영대상(OJ)의 위치에 차이가 발생할 수 있다.
따라서 처리 장치(600)는 서로 다른 파장대 별 서로 다른 시차의 영상 데이터를 이용해서 서로 다른 파장대 별 3차원 영상 데이터를 생성하고, 서로 다른 파장대 별 3차원 영상 데이터 내의 촬영대상의 형태를 기초로 서로 다른 파장대 별 3차원 영상 데이터를 정하여 촬영대상의 일부 영역에서 서로 중첩되는 중첩된 3차원 영상 데이터를 생성하며, 중첩된 3차원 영상 데이터에 서로 다른 파장대의 컬러를 반영하여 촬영대상의 일부 영역에 대한 3차원 컬러 영상 데이터를 생성할 수 있다. 그리고 이 같은 동작은 구강 스캐너의 이동에 의해 구강 내 촬영대상 전체로 진행되고, 촬영대상의 일부 영역에 대한 3차원 컬러 영상 데이터를 서로 스티칭(Stitching)해서 촬영대상 전체에 대한 3차원 컬러 영상 데이터를 획득할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)의 영상 데이터 획득 방법에 대한 플로어 차트이다. 도 4는 3가지 파장대 영상(V1, V2, V3)을 합하여 하나의 컬러 영상(V4)을 획득하는 예를 도시한 그림이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참고하여 구강 스캐너(100)의 영상 데이터 획득 방법의 일 예를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구강 스캐너(100)의 영상 데이터 획득 방법은, 신호 입력 단계(S100), 촬영 단계(S200), 3차원 컬러 영상 데이터 획득 단계(S300)를 포함할 수 있다.
신호 입력 단계(S100)는, 사용자에 의해 제어부(500)에 촬영대상(OJ)를 촬영하는 신호가 입력되는 단계일 수 있다.
촬영단계(S200)는, 제어부(500)에 의해 광원부(200)에서 서로 다른 파장대의 조사광이 순차적으로 발광되고, 제어부(500)에 의해 센서(420)에서 서로 다른 파장대의 반사광이 순차적으로 수광되어 서로 다른 파장대의 영상 데이터가 생성되는 단계일 수 있다.
구체적으로, 촬영단계(S200)는, 제어부(500)에 의해 광원부(200)에서 제 1 파장대의 조사광이 발광되고 센서부(400)의 센서(420)가 제 1 파장대의 반사광을 수광해서 제 1 파장대의 영상 데이터를 생성하는 단계; 센서부(400)에서 제 1 파장대의 영상 데이터를 제어부(500)로 전달하는 단계; 제어부(500)에서 제 1 파장대의 영상 데이터를 처리 장치(600)로 전달하는 단계;,
제어부(500)에 의해, 광원부(200)에서 제 2파장대의 조사광이 발광되고 센서부(400)의 센서(420)가 제 2파장대의 반사광을 수광해서 제 2파장대의 영상 데이터를 생성하는 단계; 센서부(400)에서 제 2파장대의 영상 데이터를 제어부(500)로 전달하는 단계; 제어부(500)에서 제 2파장대의 영상 데이터를 처리 장치(600)로 전달하는 단계;
제어부(500)에 의해, 광원부(200)에서 제 3파장대의 조사광이 발광되고 센서부(400)의 센서(420)가 제 3파장대의 반사광을 수광해서 제 3파장대의 영상 데이터를 생성하는 단계; 센서부(400)에서 제 3파장대의 영상 데이터를 제어부(500)로 전달하는 단계; 제어부(500)에서 제 3파장대의 영상 데이터를 처리 장치(600)로 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 제 1, 2, 3 파장대는 각각 적색, 녹색, 청색 광 파장대일 수 있다.
3차원 컬러 영상 데이터 획득 단계(S300)는, 상기 처리 장치(600)에서 제 1 내지 제 3 파장대의 영상 데이터로 촬영대상(OJ)의 일부에 대한 3차원 컬러 영상 데이터를 획득하는 단계일 수 있다.
컬러 영상 획득 단계(S300)는, 처리 장치(600)에서 제 1 내지 제 3 파장대의 영상 데이터에 각각 포함된 서로 다른 시차의 영상 데이터로 파장대 별 3차원 영상 데이터를 생성하는 단계; 파장대 별 3차원 영상 데이터 내의 촬영대상의 형태를 기준으로 서로 정합하여 이들이 서로 중첩되는, 촬영대상의 일부에 대해 중첩된 3차원 영상 데이터를 생성하는 단계; 중첩된 3차원 영상 데이터에 파장대 별 컬러를 반영하여 촬영대상의 일부에 대한 3차원 컬러 영상 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
도 4는 동일 피사체에 대한 서로 다른 파장대의 제 1 내지 제 3 영상으로 해당 피사체에 대한 컬러 영상을 생성하는 원리를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너의 구성을 보여주는 개략도를 도시한 것이다.
도 1의 실시예와 비교할 경우, 본 실시예의 가장 큰 차이점은 광원의 조사광에 패턴을 부여하는 패턴부(350)를 포함한다. 이하,패턴이 부여된 조사광은 패턴광이라 한다. 그리고 바람직하게는 조사광 또는 패턴광의 F값 조절을 위한 제 1 조리개부(357)와 반사광의 F값 조절을 위한 제 2 조리개부(341)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너는, 도 5에 도시한 바와 같이, 광원부(200)와 광분할부(320) 사이에 구비된 패턴부(350)와 제 2 반사부(360)를 포함한다.
패턴부(350)는 광원부(200)에서 조사된 조사광을 패턴광으로 변환하기 위한 것으로, 적어도 하나의 렌즈(351), 패턴 필터(353), 제1조리개부(357)를 포함할 수 있다. 렌즈(351)는 광원부(200)에서 조사된 조사광을 평행광으로 집속할 수 있다. 패턴 필터(353)는 평행광에 패턴을 부여해서 패턴광으로 변환할 수 있다. 제 1 조리개부(357)는 패턴광의 F값을 조절한다. 제 1 조리개부(357)는 적어도 하나의 렌즈와 제 1 조리개(355)를 포함할 수 있다.
제 2 반사부(360)는 반사경일 수 있다.
제 2 반사부(360)는 제 1 조리개부(357)를 통해 F 값이 조절된 패턴광을 광분할부(320)로 반사한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구강 스캐너는 광분할부(320)와 제 1 반사부(330) 사이에 구비되는 제 2 조리개부(341), 센서부(400)와 광분할부(320) 사이에 구비되는 제 2 렌즈부(347)를 포함할 수 있다.
제 2 조리개부(341)는 반사광의 F값을 조절한다. 제 2 조리개부(341)는 적어도 하나의 렌즈와 제 1 조리개(343)를 포함할 수 있다. 여기서 적어도 하나의 렌즈는 앞서 실시예의 제 1 렌즈부(도 1의 310 참조)의 역할을 할 수있다.
제 2 렌즈부(347)는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 제 2 조리개부(341)에 의해 F값이 조절된 반사광을 가공하여 센서부(400)로 전달한다.
제2조리개(343)의 직경은 반사광에만 영향을 주도록, 즉 조사광 또는 패턴광에는 영향을 주지 않도록 제1조리개(355) 보다 큰 직경인 것이 바람직하다. 이와 같이 제 2 조리개를 조사광 또는 패턴광과 반사광의 광경로로 공용하고, 반사광의 F값 만을 조절하도로 함으로써 부품부를 감소시켜 제품 사이즈를 소형화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구강 스캐너는 장초점 또는 단초점 구현이 용이하도록 마이크로 렌즈 어레이(410)는 렌즈면을 따라 마이크로 렌즈와 굴절율이 다른 고체면이 잠입(immersion)된 고체 잠입 마이크로 렌즈 어레이(solid immersion micro lens array)일 수 있다.
참고로, 마이크로 렌즈의 초점거리가
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000001
일때, 고체 잠입 마이크로 렌즈 어레이의 초점거리(
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000002
)는 다음의 수학식 관계를 가지는 것이 바람직하다.
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000003
상기 수학식에서 R은 마이크로렌즈의 곡률이며,
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000004
은 마이크로렌즈 어레이의 곡률,
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000005
은 고체층의 굴절률이다.
나아가, 고체 잠입 마이크로 렌즈 어레이의 고체층은 단일 중합체, 복합 중합체, 산화물, 질화물, 탄화물 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다. 일 예로서, 고체층은 실리콘, PDMS, PMMA, PI,
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000006
,
Figure PCTKR2022020820-appb-img-000007
등이될 수 있다.
또한, 고체 잠입 마이크로 렌즈 어레이의 고체층 두께는 1㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
본 명세서에서 영상은 데이터(Data)를 의미할 수 있다. 영상은 촬영대상(OJ)의 형상을 포함할 수 있다. 촬영대상(OJ)은 구강(Oral cavity)의 내부, 치아(Tooth), 복수의 치아(Teeth), 치아 주변 조직 중 적어도 하나를 의미할 수 있다. 처리 장치(600)는, 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer), 랩톱 컵퓨터(Laptop computer), 태블릿(Tablet), 핸드폰(Mobile phone), 스마트폰(Smart phone)이 적용될 수 있다. 광은 빛(光, Light)으로 이해될 수 있다. 도면에 도시되지 않았지만, 처리 장치(600)에도 조작부가 구비될 수 있다. 이 경우, 조작부는 처리 장치(600)에 소프트 웨어(Software) 형태로 마련될 수도 있다.
앞에서 설명된 본 발명의 어떤 실시예 또는 다른 실시예들은 서로 배타적이거나 구별되는 것이 아니다. 앞서 설명된 본 발명의 어떤 실시예들 또는 다른 실시예들은 각각의 구성 또는 기능이 병용되거나 조합될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음을 당업자에게 자명한다. 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
[부호의 설명]
100 : 구강스캐너 101 : 케이스 103 : 개구부
105 : 조작부 200 : 광원부 300 : 광학부
310 : 제 1 렌즈부 320 : 광분할부 330 : 제 1 반사부
400 : 센서부 410 : 마이크로 렌즈 어레이
420 : 센서 500 : 제어부 600 : 처리 장치
CL : 광 OJ : 촬영대상
LA : 광축 V1 : 제 1 영상 V2 : 제 2 영상
V3 : 제 3 영상 V4 : 제 4 영상

Claims (10)

  1. 조사광을 생성하는 광원부;
    촬영대상의 반사광을 수광해서 영상 데이터를 생성하는 센서;
    상기 광원부와 상기 센서를 제어하는 제어부;
    상기 촬영대상과 상기 센서 사이에 배치되어 상기 반사광이 투과하고, 상기 센서의 수광면과 대면하는 렌즈면을 따라 배열된 복수개의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이;
    상기 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원 영상 데이터를 생성하는 영상처리부를 포함하는 구강 스캐너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는 서로 다른 파장대의 조사광을 각각 생성하고,
    상기 센서는 모노 센서이며,
    상기 제어부는, 상기 광원부가 상기 서로 다른 파장대의 조사광을 순차적으로 생성하고, 상기 센서가 서로 다른 파장대의 반사광을 순차적으로 수광해서 서로 다른 파장대의 영상 데이터를 생성하게 하고,
    상기 영상처리부는, 상기 서로 다른 파장대의 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원 컬러 영상 데이터를 생성하는 구강 스캐너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서로 다른 파장대는 가시광선 영역 내의 적색(Red) 파장대, 녹색(Green) 파장대, 청색(Blue) 파장대를 포함하는 구강 스캐너.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 촬영대상 사이에 구비되어 상기 조사광의 F값을 조절하는 제 1 조리개를 더 포함하는 구강 스캐너.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬영대상과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이에 구비되어 상기 반사광의 F값을 조절하는 제 2 조리개를 더 포함하는 구강 스캐너.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 촬영대상 사이에 구비되어 상기 조사광에 패턴을 부여하는 패턴부를 더 포함하는 구강 스캐너.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 촬영대상 사이에 구비되어 상기 조사광의 F값을 조절하는 제 1 조리개;
    상기 촬영대상과 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이에 구비되어 상기 반사광의 F값을 조절하는 제 2 조리개를 더 포함하고,
    상기 광원부와 상기 제 1 조리개는 1축을 따라 배열되고,
    상기 제 2 조리개와 상기 센서는 상기 1축과 다른 2축을 따라 배열되며,
    상기 제 1 조리개의 직경은 상기 제 2 조리개의 직경 보다 작고,
    상기 제 1 조리개와 상기 제 2 조리개 사이에 구비되어 상기 제 1 조리개를 통과한 상기 조사광이 상기 제 2 조리개를 통해 상기 촬영대상을 향하게 하고, 상기 제 2조리개를 투과한 상기 반사광이 상기 렌즈 어레이를 향하게 하는 빔 스플리터를 더 포함하는 구강 스캐너.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 렌즈면에 잠입되고 상기 복수의 마이크로 렌즈와 굴절률이 다른 고체층을 포함하는 고체 잠입 마이크로 렌즈 어레이인 구강 스캐너.
  9. 광원부, 센서, 마이크로 렌즈 어레이,제어부, 영상 처리부를 포함하는 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법으로서,
    (a) 상기 광원부에서 조사광이 생성되어 촬영대상에 조사되고, 상기 촬영대상에서 반사된 반사광이 상기 마이크로 렌즈 어레이를 투과해서 상기 센서로 수광되는 단계;
    (b) 상기 센서에서 상기 촬영대상에 대해 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터가 생성되는 단계;
    (c) 상기 영상 처리부가 상기 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원부는 서로 다른 파장대의 조사광을 각각 생성하고,
    상기 센서는 모노 센서이며,
    상기 (a) 단계에서 상기 제어부는 상기 광원부가 상기 서로 다른 파장대의 조사광을 순차적으로 생성하고, 상기 센서가 서로 다른 파장대의 반사광을 순차적으로 수광하게 하고,
    상기 (b) 단계에서 상기 센서는 상기 서로 다른 파장대 별로 상기 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터를 각각 생성하며,
    상기 (c) 단계에서 상기 영상 처리부는 상기 서로 다른 파장대 별로 각각 생성된 상기 서로 다른 시차의 복수의 영상 데이터로 상기 촬영대상의 3차원 컬러 영상 데이터를 생성하는 구강 스캐너의 영상 데이터 획득 방법.
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