KR20110127635A

KR20110127635A - 액체 렌즈를 구비한 자동 초점 구강 카메라

Info

Publication number: KR20110127635A
Application number: KR1020117011395A
Authority: KR
Inventors: 자오후아 엠마 리우; 탄 왕; 지우 장
Original assignee: 케어스트림 헬스 인코포레이티드
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2011-11-25
Also published as: CN102264275A; EP2348953A4; WO2010057336A1; US20110222841A1; EP2348953A1; JP2012509117A; WO2010057336A8; US8571397B2

Abstract

자동 초점 구강 카메라는, 조명광을 제공하기 위한 조명 모듈과, 이미저(307)와, 물체로부터 반사되는 빛을 집광하며 그 빛을 이미저에 포커싱하기 위한 렌즈 시스템을 포함하며, 상기 렌즈 시스템은, 제 1 액체(103)와, 이 제 1 액체와 접촉하는 제 2 액체(101)로 충전되는 용기를 구비하는 적어도 하나의 액체 렌즈(100)를 더 포함하고, 상기 제 1, 2 액체는 혼합 불가능하고, 서로 다른 굴절률을 갖고, 실질적으로 동일한 밀도를 가지며, 상기 렌즈 시스템은, 상기 렌즈의 초점 길이를 제어하기 위해 가변 전압을 인가하는 드라이버 집적 회로(303)를 더 포함한다. 본 출원에 따르면, 소형이면서 간단한 구조를 갖는 컴팩트 자동 초점 구강 카메라가 제공되어, 카메라 복잡도가 감소하고 성능이 개선된다.

Description

액체 렌즈를 구비한 자동 초점 구강 카메라{AN AUTO FOCUS INTRAORAL CAMERA WITH LIQUID LENS}

본 발명은 일반적으로 구강 이미징 카메라 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 액체 렌즈를 구비한 컴팩트 자동 초점 구강 카메라에 관한 것이다.

종래에는 치과 교정 분야에서 환자의 치아를 치료하기 전에 환자의 치아 사진을 찍고, 치료 이전에 데이터로 저장하며, 이 사진에 근거하여 치료 계획을 세운다. 추가적으로, 치과 교정 치료 과정 중 의사나 간호사는 구강 내부의 사진을 찍고 이를 데이터로 저장하여 의사 및 환자가 치료의 진행 과정을 알 수 있게 하고 학술 회의 제출 용도로 사용할 수 있게 된다. 구강 카메라는 당해 분야에서 유용한 것으로 알려져 있다. 구강의 이미지는 진단, 치료, 환자 교육 등의 용도로 디스플레이될 수 있다.

일반적으로, 구강 카메라는 조명 모듈, 렌즈 모듈 및 전기부를 포함한다. 조명 모듈은 치아를 조명하기 위해 충분한 빛을 제공하는 데 사용된다. 편광된 조명은 정반사(specular reflection)를 제거할 수 있다. 구형 구강 카메라의 경우, 할로겐 램프 및 광섬유가 채택되어 광을 전달한다. 요즘에는 백색 LED를 이용한 구강 카메라가 소형, 긴 수명, 높은 광속과 같은 여러 가지 장점으로 인해 점점 인기를 얻고 있다.

구강 카메라는 구강 포착(intraoral acquisition), 아치 포착(arch acquisition), 미소 포착(smile acquisition) 등을 실행할 수 있어야 한다. 이러한 측면에서, 카메라의 렌즈 모듈은 1㎜부터 무한대까지의 넓은 범위의 작동 거리에서 큰 DOF와 넓은 FOV를 가져야 한다. 카메라는 넓은 작동 거리에서 사용될 것이고, 큰 DOF를 유지하여야 한다. 우수한 이미지 품질을 보장하기 위해 초점 조정이 필요하다.

대부분의 구강 카메라의 경우에, 초점 조정은 렌즈와 센서 사이의 거리를 수동으로 조정함으로써 실행된다. 그러나 이 방법은 의사가 시술하기에는 불편하다. 일부 구강 카메라는 큰 DOF를 제공할 수 있는 작은 NA를 이용하여, 초점 조정을 대신할 것이다. 그러나, 작은 NA를 가진 광학 시스템은 높은 분해능을 제공할 수 없고 광속을 증가시킬 것이다.

이러한 시스템들이 특정 응용 분야에서 소정의 완성도를 달성하였을 수 있으나, 자동 초점 조정 기능을 가진 구강 카메라를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 자동 초점 구강 카메라를 제공하는 것이다.

자동 초점 구강 카메라는, 조명광을 제공하기 위한 조명 모듈과, 물체로부터 반사되는 빛을 집광하며 그 빛을 이미저에 포커싱하기 위한 렌즈 시스템을 포함하며, 상기 렌즈 시스템은, 제 1 액체와, 그 제 1 액체와 접촉하는 제 2 액체로 충전된 용기를 구비하는 적어도 하나의 액체 렌즈를 더 포함하고, 제 1 및 제 2 액체는 혼합 불가능하고, 서로 다른 굴절률을 갖고, 실질적으로 동일한 밀도를 가지며, 상기 렌즈 시스템은, 상기 렌즈의 초점 길이를 제어하기 위해 가변 전압을 인가하는 드라이버 집적 회로를 더 포함한다.

이 목적은 실례가 되는 예를 통해서만 주어지는 것이고, 이러한 목적은 본 발명의 하나 이상의 실시예 중 일례의 것일 수 있다. 본 발명에 의해 내재적으로 달성되는 다른 바람직한 목적 및 장점들은 당업자에게 명백해지거나 명백하게 이루어질 수 있다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 규정된다.

본 출원에 따른 컴팩트 구강 카메라는 자동 초점을 위한 액체 렌즈를 이용하여 간단한 구조 및 소형의 크기를 제공함으로써, 카메라 복잡도를 감소시키고 성능을 개선시킨다.

본 발명의 앞서 설명한, 그리고 그외 다른 목적, 특징 및 장점들은 첨부 도면에 제시되는 바와 같은, 본 발명의 실시예에 대한 다음의 특정한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 도면의 요소들이 반드시 서로 동일한 축척일 필요는 없다.

도 1은 액체 렌즈의 기본 구조도,
도 2는 액체 렌즈의 작동 원리의 도면,
도 3은 액체 렌즈를 구비한 구강 카메라의 기본 시스템 구조도,
도 4는 도 3에 따른 액체 렌즈를 구비한 구강 카메라의 예 도면,
도 5는 도 3에 따른 구강 카메라의 설계 순서도.

다음은 도면을 참조하는, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이고, 동일한 도면 부호들은 여러 도면 각각에서의 구조의 동일한 요소를 식별한다.

도 1을 참조하면, 액체 렌즈(100)는 일반적으로 동일한 밀도를 가진 두 종류의 액체를 포함하며, 이 두 액체는 원추형 용기 내에서 두 투명 윈도(107) 사이에 놓인다. 본 실시예에서, 하나의 액체는 전도성인 물(103)이고, 다른 하나는 (뚜껑으로 작용하는) 물 위에 뜨는 오일(101)이며, 고정 부피의 물과 함께 기술자가 작업할 수 있게 하고, 광학축(105)에 대한 안정성의 척도를 제공한다. 렌즈(100)는 물(103)과 전기적으로 접촉하지만, 오일(101)로부터 절연되는 전극(109, 113)을 더 포함하고, 가변 전압이 선택적으로 전극에 인가될 수 있다. 절연체(111)가 전극(109, 113) 사이에 증착되어 두 전극(109, 113)을 분리시킨다. 오일(101)과 물(103) 사이의 계면은 원추형 구조 양단에 인가되는 전압에 따라 형태가 변화할 것이다. 도 1의 (a)에 도시되는 바와 같이, 제로 전압이 인가될 때, 표면은 편평하다. 전압이 40볼트까지 증가할 때, 오일(101)의 표면은 도 1의 (b)에 도시되는 바와 같이, 상당히 볼록해진다. 이러한 방식으로, 액체 렌즈는 전극 상에 인가되는 전압의 변화를 통해 요망되는 굴절력을 얻을 수 있다.

도 2는 도 1에 따른 액체 렌즈(100)의 작동 원리를 도시한다. 액체 렌즈(100)는 아래 설명되는 전기 습윤(electro-wetting) 현상에 근거하여 작동한다. 얇은 절연층으로 덮인 금속제의 기판 상에 물방울(103)이 증착된다. 기판에 인가되는 전압은 정전 압력을 발생시켜서 액체의 형태가 변형되게 하고, 따라서, 물방울의 접촉 각도가 수정된다. 액체 렌즈에는 2가지의 동밀도(iso-density) 액체가 이용되는데, 하나는 절연체(101)이고 다른 하나는 전도체(103)이다. 전압 변화는 액체-액체 계면의 곡률을 변화시키고, 이는 다시 렌즈의 초점 길이를 변화시킨다.

도 3은 이미지 처리 LSI(Large Scale Integrated Circuit)(301), 드라이버 IC(Integrated Circuit)(303), 액체 렌즈(100) 및 고체 렌즈(305) 뿐만 아니라 이미징 요소(307)를 포함하는 예시적인 자동 초점 구강 카메라이다. 드라이버 IC(303)가 액체 렌즈(100)에 대한 가변 전압 제공을 위해 사용되는 경우에, 이미징 요소(307)는 이미지 캡처에 사용되며, 이미지 처리 LSI(301)는 이미징 요소(307)에 의해 캡처되는 이미지를 처리하기 위해 구성된다. 액체 렌즈(100)는 자동 초점 용으로 사용되고, 고체 렌즈(305)는 이미징에 대한 주 책임을 갖는다. 다른 실시예에서, 고체 렌즈를 액체 렌즈로 대체할 수도 있다.

도 4는 액체 렌즈를 구비한 구강 카메라의 일례를 도시한다. 도시되는 바와 같이, 렌즈(100, 304)는 물체(401)와 이미징 요소(307) 사이에 배치된다. 특정한 경우에, 액체 렌즈(305)는 이미징 렌즈(100)와 이미징 요소(307) 사이에 배치된다. 환언하면, 그 순서는 물체(401), 이미징 렌즈(100), 액체 렌즈(305), 그리고 이미징 요소(307)가 된다. 이들 부품은 이러한 방식으로 배열되어, 이미징 렌즈(100)가 이미징 요소(307) 상에 이미지를 형성하는 것을 돕도록 작동 거리를 달리하며 액체 렌즈(305)가 조정될 수 있게 된다. 여기서, 고체 렌즈는 일반적으로 이미징 렌즈로 채택된다.

도 5는 구강 카메라의 광학적 설계의 순서도를 제공한다. 먼저, 구강 카메라 내에서의 액체 렌즈의 위치가 결정되고, 그 후, 구강 카메라의 여러 작동 거리에 따라 액체 렌즈의 광출력(optical power)이 연산되어, 광출력이 액체 렌즈의 능력 범위 내에 있는지를 결정하게 된다. 광출력이 범위를 벗어날 경우, 액체 렌즈의 위치를 재배치해야 하고, 그 후, 이러한 결정을 위해 광출력을 재연산하여야 한다. 광출력이 범위 내에 있을 경우, 즉, 위치가 적절할 경우, 현재의 설계로 종료된다.

본 발명은 현재 바람직한 실시예를 특히 참고하여 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 그러므로, 현재 개시된 실시예들은 모든 측면에서 예시적일 뿐 제한적이지 않은 것으로 간주된다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 표시되며, 그 의미 및 동등 범위 내에 있는 모든 변화예들은 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 해석된다.

Claims

자동 초점 구강 카메라에 있어서,
조명광을 제공하기 위한 조명 모듈과,
이미저(imager)와,
물체로부터 반사되는 빛을 집광하며 그 빛을 상기 이미저에 포커싱하기 위한 렌즈 시스템을 포함하고,
상기 렌즈 시스템은, 제 1 액체와, 상기 제 1 액체와 접촉하는 제 2 액체로 충전된 용기를 구비하는 적어도 하나의 액체 렌즈를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 액체는 혼합 불가능하고, 서로 다른 굴절률을 갖고, 실질적으로 동일한 밀도를 가지며,
상기 렌즈 시스템은, 상기 렌즈의 초점 거리를 제어하기 위해 가변 전압을 인가하는 드라이버 집적 회로를 더 포함하는
자동 초점 구강 카메라.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 시스템은 적어도 하나의 고체 렌즈를 더 포함하는
자동 초점 구강 카메라.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 액체는 전도체이고, 상기 제 2 액체는 절연체인
자동 초점 구강 카메라.
제 1 항에 있어서,
상기 조명 시스템은 LED를 포함하는
자동 초점 구강 카메라.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 시스템은 광학축을 포함하고, 상기 전자 이미저는 상기 광학축 상에 배치되는
자동 초점 구강 카메라.