KR20220104634A - 3차원 스캐너 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 입사된 광을 수용하도록 배치된 카메라, 상기 카메라의 일측에 배치되어 대상체로 광을 조사하는 광 프로젝터, 및 상기 카메라의 전면으로부터 소정 설정거리 이격되어 배치된 편광 필터를 포함하고, 상기 편광 필터는, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광의 광로와 수직인 평면에 대해 소정 설정각도로 경사지도록 형성되어, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광 중 적어도 일부는 상기 편광 필터를 투과하고, 나머지 일부는 상기 편광 필터의 표면으로부터 반사되어 상기 카메라의 렌즈 외부로 진행할 수 있다.

Description

3차원 스캐너{3-dimensional scanner}

본 발명은 3차원 스캐너에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상체를 나타내는 3차원 모델을 용이하게 획득할 수 있는 3차원 스캐너에 관한 것이다.

3차원 스캐너는 치과 치료 분야에서 광범위로 사용되고 있으며, 3차원 스캐너의 사용자는 CAD/CAM 기술을 사용하여 대상체의 3차원 모델을 용이하게 획득하여 치료 계획을 수립할 수 있다. 또한, 기공소의 보철 치료물 제조자는 획득한 3차원 모델을 기초로 보철 치료물을 용이하게 설계 및 제작할 수 있다.

한편, 3차원 스캐너로 측정하는 대상체가 반투명 물체인 경우, 물체의 표면에서 반사되는 광 이외에 물체 내부에서 반사되는 광이 카메라에 수용될 수 있다. 물체 내부에서 반사되는 광이 카메라에 수용되는 경우, 3차원 모델을 생성하기 위한 이미지 데이터의 선명도가 저하될 우려가 있다.

도 1을 참조하여 상기 문제점을 보다 상세히 설명한다. 도 1은 3차원 스캐너를 이용한 3차원 정보 획득 모식도 및 편광 필터 적용 모식도이다. 일반적으로 3차원 스캐너를 이용하여 구강 내의 치아에 관한 3차원 스캐닝 모델을 형성하기 위해서는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 대상체(O)인 치아에 구조광을 투영하고 그로부터 반사된 광을 획득하여 이로부터 3차원 모델을 획득하는 방식을 취한다.

즉, 광 발생부(170)로부터 발생된 광은 프로젝션 렌즈(171)를 투과하여 대상체(O)인 치아를 포함한 구강 내부에서 반사된 후 카메라 렌즈(121)를 통하여 내부로 입사되어 이미징 센서(130)를 통하여 3차원 모델이 획득된다.

이러한 방식으로 3차원 모델에서 치아에 관한 정밀한 표면 데이터를 획득하기 위해서는 투영된 구조광이 대상체(O)의 표면인 치아에 정확히 투사되고 이를 획득하는 것이 중요하다. 그러나, 석고 모델과 같이 투사된 광이 표면에서 반사되는 표면 반사(Surface reflection) 재질이 아닌 치아와 같은 내부 반사(Inner reflection) 재질인 경우 물체의 투영된 광이 대상체의 표면뿐만 아니라 재질 내부로 투과되어 반사되는 영향으로 정확한 3차원 모델을 획득할 수 없는 기술적인 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여, 광학적 파동 특성을 활용하여 대상체의 내부 반사 재질의 표면에서만 반사된 광을 획득하는 방법들(예를 들면, 편광 필터를 이용하는 방법)이 연구 및 개발되고 있는 실정이나, 편광 필터를 이용하는 경우에도 3차원 데이터의 손실이 없도록 정밀한 축(axis) 조절 및 편광 필터 자체의 표면 반사 문제로 인한 적용에 어려움이 있는 실정이다.

아울러, 편광판을 적용하는 경우에도 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 광 발생부(170)로부터 광이 대상체(O)에 투사되기 전의 투사 경로에 제1편광판(180a)을 구비하고, 대상체(O)로부터 반사되어 카메라 렌즈(121)로 입사되기 전의 입사 경로에 제2편광판(180b)을 구비하여야 하는데, 이는 단일 카메라의 경우 적어도 2개의 편광판(180a,180b)을 구비하여야 함을 의미하고, 나아가 스테레오 비전 방식이 적용된 경우에는 적어도 3개의 편광판을 구비하여야 함을 의미하는 바, 전체적인 제품의 슬림한 설계가 매우 어려워진다.

따라서, 선명한 이미지 데이터를 획득하기 위해, 물체 내부에서 반사되는 광이 카메라로 수용되는 것을 차단하기 위해 광 프로젝션 렌즈(171)와 카메라 렌즈(121)를 공통적으로 커버할 수 있는 단일의 편광 필터가 사용되고 있다. 그러나, 이러한 편광 필터를 사용하더라도 새로운 문제들이 발생할 수 있다.

제1 문제는, 편광 필터의 표면에 입사하는 광의 일부가 반사되는 성질에 의해 발생할 수 있다. 광 프로젝터로부터 발생된 광 중 일부는 편광 필터를 투과하지 못하고 편광 필터의 표면에서 반사될 수 있으며, 편광 필터의 표면에서 반사된 광이 카메라로 수용되면 광원의 형상이 이미지 데이터에 잔상으로 나타나는 이른바 ‘고스트 이미지’가 생성될 수 있다. 고스트 이미지는 대상체를 나타내는 표면 데이터를 가릴 수 있으며, 사용자가 정밀한 3차원 모델을 획득하는 것을 방해한다.

제2 문제는, 종래 편광 필터의 배치 위치에 의해 발생할 수 있다. 보다 상세하게는, 종래의 편광 필터는 3차원 스캐너의 내부에 삽입 결합되었다. 이에 따라, 편광 필터 상에 발생하는 오염을 제거하기 위한 편광 필터의 세척(유지/보수)이 용이하지 않았다.

따라서, 전술한 고스트 이미지의 생성 문제와 편광 필터의 유지/보수 어려움을 비롯한 문제점들을 개선하기 위한 3차원 스캐너의 구조가 필요하다.

대한민국 등록특허 제10-1874547호 (2018.07.04 공고)

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 카메라의 전면으로부터 소정 설정거리 이격되어 배치된 편광 필터를 포함하는 3차원 스캐너를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 편광 필터가 소정 설정각도로 경사지도록 형성되는 3차원 스캐너를 제공한다.

또한, 본 발명은 특정 조건에서 상기 편광 필터가 외부로 노출되는 3차원 스캐너를 제공한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 입사된 광을 수용하도록 배치된 카메라, 상기 카메라의 일측에 배치되어 대상체로 광을 조사하는 광 프로젝터, 및 상기 카메라의 전면으로부터 소정 설정거리 이격되어 배치된 편광 필터를 포함하고, 상기 편광 필터는, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광의 광로와 수직인 평면에 대해 소정 설정각도로 경사지도록 형성되어, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광 중 적어도 일부는 상기 편광 필터를 투과하고, 나머지 일부는 상기 편광 필터의 표면으로부터 반사되어 상기 카메라의 렌즈 외부로 진행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는, 전술한 구성을 포함하여 다양한 추가 구성을 더 포함할 수 있다.

전술한 과제 해결 수단과 후술할 구체적인 내용에 따르면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너를 사용함으로써, 사용자는 고스트 이미지 발생을 최소화하면서 선명한 이미지 데이터를 획득할 수 있고, 이로써 정확한 3차원 모델을 획득할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 3차원 스캐너를 사용함으로써, 편광 필터의 위치가 카메라의 전방으로 소정거리 이격 배치되고, 편광 필터의 일면은 전체적으로 노출되므로, 편광 필터의 유지/보수가 용이한 이점이 있다.

도 1은 3차원 스캐너를 이용한 3차원 정보 획득 모식도 및 편광 필터 적용 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 4는 카메라와 편광 필터, 그리고 광경로 변경부재의 배치관계를 나타내기 위한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 일부에 대한 일측면도이다.
도 6은 측면에서 바라본, 광 프로젝터로부터 발생된 광 중 일부가 카메라 측으로 진행하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 7은 도 6을 상면에서 바라본 모식도이다.
도 8은 편광 필터와 카메라 간의 설정거리에 따라 편광 필터의 각도가 변화하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 9는 광경로 변경부재의 각도에 따른 편광 필터의 각도를 나타낸 모식도이다.

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.

본 발명을 설명함에 있어, 3차원 스캐너(1)는 대상체를 스캔하여 대상체를 나타내는 이미지 데이터를 획득하고, 상기 이미지 데이터를 기초로 대상체의 3차원 디지털 모델을 획득하는 장치를 의미할 수 있다. 예시적으로, 3차원 스캐너(1)는 대상체를 트레이에 거치하여 트레이의 회전 및 틸팅 동작에 따라 대상체의 3차원 모델을 획득하는 테이블 타입 스캐너일 수도 있고, 사용자가 파지하여 대상체를 지향함으로써 스캔 과정을 수행하여 대상체의 3차원 모델을 획득하는 핸드헬드 타입 스캐너일 수도 있다. 본 발명을 설명함에 있어, 첨부된 도면은 핸드헬드 타입 스캐너를 예시로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이며, 도 4는 카메라(20)와 편광 필터(80), 그리고 광경로 변경부재(60)의 배치관계를 나타내기 위한 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일부에 대한 일측면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 구강 내에 인입 및 인출이 가능한 케이스(10)를 포함한다.

케이스(10)의 내부에는 카메라(20)가 배치될 수 있다. 카메라(20)는 케이스(10) 내부로 입사된 광을 수용할 수 있다. 도면 상에 도시되지는 않았으나, 카메라(20)는 단일 카메라(20)로서, 케이스(10)의 내부에 배치될 수 있다. 또한, 카메라(20)는 도 3에 참조된 바와 같이, 한 쌍의 스테레오 카메라(20)로서, 케이스(10)의 내부에 배치될 수 있다.

이 때, 카메라(20)가 한 쌍의 스테레오 카메라(20)로 배치되는 경우에는, 케이스(10)의 일단부로부터 입사된 광을 각각 상이한 경로로 통과시키도록 케이스(10)의 폭 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 카메라(20)가 케이스(10)의 내부에 배치된 것을 전제로 설명하나, 단일 카메라(20)의 적용을 완전히 배제하는 것은 아님에 주의하여야 한다.

여기서, '광(光)'이라 함은, 넓은 의미로서는, 사람의 눈으로 인식 가능한 가시광선 영역의 광을 의미하는 것이나, 특별한 광학 장치를 이용하여 관찰할 수 있는 적외선 또는 자외선 영역의 광을 모두 포함하는 개념일 수도 있고, 좁은 의미로서는, 측정하고자 하는 대상체의 형태를 말하는 것일 수 있다. 이 때, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)가 측정하고자 하는 대상체는 환자의 실제 구강 내부, 환자의 구강을 인상채득한 임프레션 모델, 및 상기 임프레션 모델에 응고 재료(예를 들면, 석고)를 가하여 획득한 석고 모델을 포함할 수 있다.

따라서, 케이스(10)에는 일단부를 통해 대상체의 화상이 광의 형태로 내부로 유입되도록 개구된 개구부(16)가 구비될 수 있다. 개구부(16)는, 케이스(10) 외부의 광이 케이스(10)의 내부로 유입되는 입구일 수 있다. 개구부(16)를 통하여 입사된 광은 각각 상이한 광 경로를 형성하면서 스테레오 카메라(20) 각각으로 투과하게 된다. 스테레오 카메라(20)를 투과한 광은 후술하는 이미징 보드(31a,32a)에 구비된 이미징 센서(31b,32b)를 통해 3차원 스캐너(1)에 수용되고, 화상이 획득될 수 있다.

여기서, 화상은 동시에 복수의 이미지 데이터들로 확보될 수 있으므로, 한 쌍의 스테레오 카메라(20) 간의 이격거리 및 각 스테레오 카메라(20)를 통하여 촬영된 대상지점의 초점거리를 알면 이미지 데이터에 대응되는 3차원 데이터를 확보할 수 있다.

카메라(20)는, 구체적으로 도시되지 않았지만, 구강 내의 화상에 대하여 초점 조절이 가능한 적어도 하나의 이미징 렌즈를 포함할 수 있다. 예시적으로, 카메라(20)는 복수의 이미징 렌즈(21, 22)를 포함할 수 있고, 각각의 이미징 렌즈(21, 22)에 대응되는 이미징 센서(31b, 32b)를 가진 이미징 보드(31a, 32a)를 더 포함할 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 한 쌍의 스테레오 카메라(20)의 작동을 제어하기 위한 전장부품이 실장된 카메라 제어 보드 및 스캐닝된 이미지를 처리하기 위한 전장부품이 실장된 스캐닝 제어 보드를 더 포함할 수 있다.

케이스(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 한 쌍의 스테레오 카메라(20), 이미징 보드(31a,32a), 카메라 제어 보드(미도시) 및 스캐닝 제어 보드(미도시)가 내장되도록 소정 공간을 제공하는 역할을 한다.

보다 상세하게는, 케이스(10)는, 도 2에 참조된 바와 같이, 상기 구성들이 내장되는 소정 공간이 형성된 로워 케이스(12)와, 로워 케이스(12)의 상측에 구비되되, 로워 케이스(12)에 착탈 가능하게 결합되어 상기 구성들을 커버하는 어퍼 케이스(13)로 이루어진 본체 케이스(11)를 포함한다.

아울러, 케이스(10)는, 본체 케이스(11)의 일단부에 착탈 결합되고, 상술한 개구부(16)가 형성되어 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로 입사되는 광 및 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로부터 출사되는 광을 가이드하는 팁 케이스(14)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부로 입사되는 광(이하, '입사광'이라 한다)은, 대상체의 모습인 화상을 의미하고, 개구부(16)를 통해 본체 케이스(11) 내부에서 출사되는 광(이하, '출사광'이라 한다)은, 후술하는 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 조사광을 의미한다.

팁 케이스(14)의 내부에는, 상기 입사광과 출사광이 용이하게 케이스(10)의 내외부로 조사되는 광 가이딩 구조가 형성될 수 있다. 예시적으로, 개구부(16)는, 팁 케이스(14)의 길이 방향에 대하여 직교되는 일측 방향으로 개구되게 형성될 수 있다. 다만, 개구부(16)는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 구성 편의상 팁 케이스(14)의 길이 방향에 대하여 직교되는 일측 방향으로 개구 형성되는 것이며, 반드시 개구부(16)는 팁 케이스(14)의 길이 방향에 대하여 직교할 필요는 없다. 즉, 개구부(16)는 팁 케이스(14)의 길이 방향과 나란한 법선 벡터를 가지도록 형성될 수도 있고, 소정각도 경사진 법선 벡터를 가지도록 형성될 수도 있다.

또한, 팁 케이스(14)의 내부에는 후술하는 광경로 변경부재(60)가 배치될 수 있다. 광경로 변경부재(60)는 개구부(16)로부터 입사된 광을 후술하는 편광 필터(80)로 가이딩하는 역할을 수행할 수 있다. 광경로 변경부재(60)는 개구부(16)의 형성 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 또한, 광경로 변경부재(60)는 팁 케이스(14)의 소형화를 위하여 팁 케이스(14)의 내면에 구비될 수 있다. 광경로 변경부재(60)는 반사 미러 또는 프리즘(prism)일 수 있으나, 나열된 예시에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 카메라(20)의 전단부는, 팁 케이스(14) 측에서 수렴되게 배치되되, 팁 케이스(14) 측으로 소정거리 오버랩되게 배치될 수 있다. 아울러, 카메라(20)의 후단부는, 본체 케이스(11)의 내부에 고정된 카메라 마운팅부(50)에 연결되도록 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 도 3에 참조된 바와 같이, 케이스(10)의 내부에 배치되고, 카메라(20)의 일측에 배치되어 소정의 광(즉, 출사광)을 조사하되, 케이스(10) 중 팁 케이스(14)의 전단부에 형성된 개구부(16)를 통하여 대상체로 상기 출사광을 조사하는 광 프로젝터(70)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 상술한 바와 같은 구성들을 케이스(10) 내부에 배치하되, 사용자 측면에서는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)를 쉽게 파지하여 사용할 수 있도록 본체 케이스(11)의 슬림 제조를 도모함은 물론, 환자 측면에서는 구강으로 인입 및 인출이 용이하도록(또는 사용자가 대상체를 용이하게 지향하도록) 팁 케이스(14)를 가능한 한 길고 슬림하게 형성할 수 있는 최적의 배치 구조를 제안한다. 예시적으로, 본체 케이스(11)는 그 내부에 광 프로젝터(70)와 카메라(20)가 배치되도록 구성될 수 있다.

여기서, 본체 케이스(11)의 슬림화 설계는, 후술하는 바와 같이, 카메라(20) 각각을 통하여 입사되는 입사광마다 별도로 구비되는 이미징 센서(31b,32b)의 배치 설계와 관계가 있는 한편, 팁 케이스(14)의 슬림화 설계는 편광 필터(80)의 배치 설계와도 관계가 있다.

이하, 본체 케이스(11)의 슬림화 설계 방안을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

케이스(10)의 내부에는, 도 3 및 도 4에 참조된 바와 같이, 카메라(20)의 일단부는 팁 케이스(14) 측을 향하여 돌출되도록 구비되고, 카메라(20)의 타단부가 삽입 설치됨과 아울러, 카메라(20)를 투과한 입사 광 또는 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 출사광의 경로인 광 도파관을 형성하는 카메라 마운팅부(50)가 배치될 수 있다. 카메라 마운팅부(50)에 형성된 광도파관은, 개구부(16)로부터 입사되는 입사 광과 광 프로젝터(70)로부터 조사되는 출사광이 상호 구획되어 영향을 미치지 않도록 암실 형태로 구비될 수 있다.

즉, 광도파관은, 광 프로젝터(70)의 광 프로젝션 렌즈(71)로부터 조사된 출사광의 팁 케이스(14) 측까지의 광 경로를 제공하는 출사광 경로부(53)와, 제1 이미징 렌즈(21)를 통해 입사되는 입사 광의 광 경로를 제공하는 일측 입사광 경로부(51)와, 제2 이미징 렌즈(22)를 통해 입사되는 입사광의 광경로를 제공하는 타측 입사광 경로부(52)를 포함할 수 있다. 여기서, 출사광 경로부와 일측 입사광 경로부(51) 및 타측 입사광 경로부(52) 각각은 상호 구획되도록 구비됨으로써 각각의 경로의 광이 상호 영향을 미치지 않게 구비될 수 있다.

아울러, 광 프로젝터(70)는 케이스(10)의 폭 방향으로 상호 소정거리 이격되게 배치된 한 쌍의 스테레오 카메라(20)의 타단부 중앙 부분에 위치되는 바, 출사광 경로부(53)는 일측 입사광 경로부(51)와 타측 입사광 경로부(52) 사이에 형성될 수 있다. 예시적으로, 카메라(20)는 광 프로젝터(70)를 중심으로 제1 이미징 렌즈(21)가 일측에 형성되고, 광 프로젝터(70)를 중심으로 타측에 형성되며 상기 제1 이미징 렌즈(21)와 대향 형성되는 제2 이미징 렌즈(22)를 포함하여 한 쌍의 스테레오 카메라(20)를 구성할 수 있다.

일측 입사광 경로부(51) 및 타측 입사광 경로부(52)는, 카메라(20)로부터 입사되는 입사 광이 투광되도록 각각에 대응되는 이미징 렌즈(21, 22)의 길이방향과 일치하도록 형성되되, 각각 카메라 마운팅부(50)의 일측면 및 타측면으로 개구되도록 형성될 수 있다.

여기서, 이미징 센서(31b,32b)가 집적된 이미징 보드(31a,32a)는, 케이스(10)의 폭방향 일측벽 및 폭방향 타측벽에 밀착되도록 상하 수직되게 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 일측 이미징 보드(31a)는, 카메라 마운팅부(50)의 일측면에 밀착되도록 배치되되, 케이스(10)의 폭방향 일측벽 사이에 배치될 수 있다. 아울러, 타측 이미징 보드(32a)는, 카메라 마운팅부(50)의 타측면에 밀착되도록 배치되도록, 케이스(10)의 폭방향 타측벽 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 일측 이미징 보드(31a)는, 그에 집적된 이미징 센서(31b)가 일측 입사광 경로부(51)에 노출되도록 구비되고, 타측 이미징 보드(32a)는, 그에 집적된 이미징 센서(32b)가 타측 입사광 경로부(52)에 노출되도록 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 이미징 렌즈(21, 22)를 각각 투과한 입사 광의 경로를 이미징 보드(31a,32a)에 집적된 이미징 센서(31b,32b)를 향하여 각각 변경시키도록 배치된 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42)를 더 포함할 수 있다. 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42) 중 하나는, 일측 입사광 경로부를 통하여 투과된 입사 광을 일측 이미징 보드(31a)에 집적된 이미징 센서(31b)로 조사되도록 입사 광의 경로를 변경시키는 일측 광경로 변경 미러(41)이고, 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42) 중 다른 하나는, 타측 입사광 경로부를 통하여 투과된 입사 광을 타측 이미징 보드(32a)에 집적된 이미징 센서(32b)로 조사되도록 입사 광의 경로를 변경시키는 타측 광경로 변경 미러(42)일 수 있다.

여기서의 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42)는, 광의 반사가 가능한 반사 거울을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 반사 거울만으로 한정되는 것은 아니고, 광 반사가 가능한 다른 광학 요소도 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 카메라(20)를 이용하여 대상체의 모습(즉, 화상)의 3차원 모델을 확보하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

그런데, 상술한 바와 같이, 한 쌍의 스테레오 카메라(20)의 일단부(도면상 팁 케이스(14)가 구비된 방향을 말함)는 각각 하나의 개구부(16)에 구비된 광경로 변경부재(60)를 향하도록 상호 수렴되는 각도를 가지도록 배치되는 한편, 한 쌍의 스테레오 카메라(20)의 타단부(도면상 광 프로젝터(70)가 구비된 방향을 말함)는 각각을 투과한 입사 광을 직선 방향으로 투과시키는 구조를 가져야 한다.

따라서, 한 쌍의 이미징 보드(31a,32a)를 한 쌍의 스테레오 카메라(20) 각각의 타단부의 일직선 방향에 대하여 직교되도록 케이스(10)의 폭방향으로 이격되게 배치되어야 한다. 그러나, 이 경우, 한 쌍의 이미징 보드(31a,32a)의 길이에 의하여 본체 케이스(11)의 폭방향 두께를 증가시킬 우려가 있다.

본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예는, 상술한 바와 같이, 입사광 경로부(51,52)가 카메라 마운팅부(50)의 일측면 및 타측면으로 각각 개구되도록 형성됨과 아울러, 이미징 보드(31a,32a)의 설치 위치를 카메라 마운팅부(50)의 일측면과 타측면 및 케이스(10)의 일측벽과 타측벽 사이에 수직 배치하고, 한 쌍의 스테레오 카메라(20)를 통과한 입사 광의 광 경로를 변경시키는 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42)를 구비함으로써, 본체 케이스(11)를 측정자가 엄지 손가락, 집게 손가락 및 가운데 손가락만으로 손쉽게 파지하여 사용할 수 있도록 슬림하게 형성할 수 있다.

한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42)는, 카메라(20)를 투과한 입사광이 한 쌍의 이미징 보드(31a,32a)에 구비된 각각의 이미징 센서(31b,32b)의 일면에 직각으로 입사되는 각도의 리플렉터면을 가지도록 배치될 수 있다.

이를 위해, 한 쌍의 광경로 변경 미러(41,42)는, 리플렉터면이 케이스(10)의 길이방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 즉, 일측 광경로 변경 미러(41)는, 제1 이미징 렌즈(21)를 투과한 입사 광이 일측 입사광 경로부(51)를 통해 입사된 후 일측 광경로 변경 미러(41)의 리플렉터면에 의해 반사되어 일측 이미징 보드(31a)의 이미징 센서(31b,32b)에 조사되도록 구비될 수 있다. 마찬가지로, 타측 광경로 변경 미러(42)는, 제2 이미징 렌즈(22)를 투과한 입사 광이 타측 입사광 경로부(52)를 통해 입사된 후 타측 광경로 변경 미러(42)의 리플렉터면에 의해 반사되어 타측 이미징 보드(31b)의 이미징 센서(31b,32b)에 조사되도록 구비될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 구성 중 하나인 편광 필터(80)에 대해 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)는 편광 필터(80)를 포함할 수 있다. 편광 필터(80)는 3차원 스캐너(1)의 내부로 인입된 광에 대해 편광 작용하기 위해, 케이스(10)의 내부에 배치될 수 있다. 예시적으로, 편광 필터(80)는 전술한 카메라(20)의 전면 렌즈로부터 소정 설정거리(dc) 이격되어 배치될 수 있다. 편광 필터(80)는 3차원 스캐너(1)의 외부로부터 내부로 인입된 광(즉, 입사광)이 카메라(20)의 렌즈로 수용될 때, 대상체(O)의 내부로부터 반사된 광이 카메라(20)의 렌즈로 수용되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 3차원 스캐너(1)를 사용하여 대상체를 나타내는 선명한 이미지 데이터를 획득할 수 있으며, 정확한 3차원 모델을 획득할 수 있는 이점이 있다.

한편, 편광 필터(80)가 외부로부터 인입된 광을 편광하는 것과는 별개로, 광 프로젝터(70)에서 발생된 출사광이 3차원 스캐너(1) 외부로 조사되어 대상체를 조명하지 않을 경우, 선명한 이미지 데이터를 획득할 수 없는 문제가 발생한다. 예시적으로, 광 프로젝터(70)가 조사하는 출사광 중 적어도 일부는 편광 필터(80)를 투과하여 3차원 스캐너(1)의 외부로 조사될 수 있지만, 나머지 일부는 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사될 수 있다. 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 광이 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22)에 바로 입사되면, 대상체를 나타내는 광과 혼재될 수 있고, 이미징 센서(31b,32b)를 통해 획득한 이미지 데이터는 광 프로젝터(70)에서 조사된 출사광에 의해 주변 이미지보다 밝은 상점이 생성되는 이른바 ‘고스트 이미지’ 또는 노이즈를 포함할 수 있다.

이상과 같은 문제를 해결하기 위해, 편광 필터(80)는 일방향으로 소정 설정각도(δ)만큼 경사지도록 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 편광 필터(80)는 광 프로젝터(70)가 조사하는 광의 광로(보다 정확하게는, 출사광 경로)와 수직인 가상의 제1 평면(C1)에 대해 소정 설정각도(δ)로 경사지도록 형성될 수 있다.

도 6은 측면에서 바라본, 광 프로젝터(70)로부터 발생된 광 중 일부가 카메라(20) 측으로 진행하는 과정을 나타낸 모식도이고, 도 7은 도 6을 상면에서 바라본 모식도이며, 도 8은 편광 필터(80)와 카메라(20) 간의 설정거리에 따라 편광 필터(80)의 설정각도(δ)가 변화하는 과정을 나타낸 모식도이다.

도 6을 참조하면, 광 프로젝터(70)로부터 발생된 출사광(pr)은 편광 필터(80)의 일 표면(본 발명에 따른 3차원 스캐너의 구조상 내측 표면을 의미할 수 있다)에 도달하고, 출사광(pr)은 반사의 법칙(law of reflection)에 의해 편광 필터(80)의 일 표면이 가지는 법선을 기준으로 반사된다. 편광 필터(80)의 일 표면에서 반사된 반사광(rr)은 카메라(20)의 렌즈를 벗어나 외부로 진행하게 된다. 즉, 편광 필터(80)가 일방향으로 소정 설정각도(δ)만큼 경사지도록 형성됨으로써, 광 프로젝터(70)가 조사하는 출사광(pr) 중 적어도 일부는 편광 필터(80)를 투과하여 3차원 스캐너(1) 외부로 조사되고, 대상체를 조명할 수 있다. 또한, 광 프로젝터(70)가 조사하는 출사광(pr) 중 나머지 일부는 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사되어 반사광(rr)이 되고, 상기 반사광(rr)은 카메라(20)의 렌즈 외부로 진행하여 카메라(20)에 수용되지 않는다. 이로써, 광 프로젝터(70)로부터 발생된 출사광(pr)이 바로 카메라(20)의 렌즈로 수용되어 고스트 이미지가 생성되는 것을 방지할 수 있으며, 사용자는 타 표면에서 일 표면으로 굴절되어 카메라(20)로 수용되는 입사광을 통해, 대상체를 나타내는 선명한 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 광 프로젝터(70)가 조사하는 출사광(pr) 중 또다른 나머지 일부는 편광 필터(80)에 흡수될 수 있다.

즉, 편광 필터(80)와 만나는 광 중 일부는 편광 필터(80)를 투과하고, 나머지 일부는 편광 필터(80)의 표면에서 반사되며, 또다른 나머지 일부는 편광 필터(80)에 흡수되는 등 다양한 경로로 진행할 수 있다.

한편, 전술한 설정각도(δ)는 다음의 수학식의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.

여기서, δ는 편광 필터(80)가 경사지도록 형성되었을 때의 경사각도인 설정각도이고, dc는 카메라(20)의 전면 렌즈(즉, 이미징 렌즈)로부터 편광 필터(80) 사이에 이격된 설정거리이며, Dc는 상기 카메라(20)의 렌즈 구경(유효경)이고, lp는 상기 광 프로젝터(70)의 광 프로젝션 렌즈(71)로부터 상기 대상체까지의 거리(즉, 대상체가 존재하는 투사면까지의 거리)이며, V는 투사면의 세로길이일 수 있다.

예시적으로, 설정각도(δ)는 10° 이상 90° 이하, 또는 -90° 이상 -10° 이하일 수 있다. 즉, 편광 필터(80)는 도 6에 도시된 모식도 상 시계방향으로 경사지도록 형성될 수도 있고, 시계 반대방향으로 경사지도록 형성될 수도 있다. 상기와 같은 범위조건에 따라 편광 필터(80)의 설정각도(δ)가 결정됨으로써, 광 프로젝터가 편광 필터(80)에 반사되어 생성된 반사광(rr)은 카메라(20)의 렌즈 외부로 진행되어 고스트 이미지의 생성을 방지할 수 있다.

한편, 도 3, 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하면, 편광 필터(80)는 소정 회전축을 중심으로 설정각도(δ)만큼 경사지도록 형성될 수 있다. 예시적으로, 상기 소정 회전축은 도시된 x축과 평행하게 형성되고, 제1 평면(C1)에 포함된 제1 회전축(R1)일 수 있다. 즉, 편광 필터(80)는, 실질적으로 yz 평면에서 제1 회전축(C1)을 중심으로 설정각도(δ)만큼 시계방향 또는 반시계방향으로 경사지도록 형성될 수 있다. 또한, 광 프로젝터(70)의 광 프로젝션 렌즈(71)로부터 조사된 광 중 일부는 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사되어 제1 이미징 렌즈(21) 측과 제2 이미징 렌즈(22) 측으로 진행할 수 있다. 예시적으로, 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 광이 제1 이미징 렌즈(21)의 하측과 제2 이미징 렌즈(22)의 하측으로 진행할 때, 광 프로젝션 렌즈(71)로부터 제1 이미징 렌즈(21) 측으로 진행하는 광 사이의 x축 수평 이격거리와, 광 프로젝션 렌즈(71)로부터 제2 이미징 렌즈(22) 측으로 진행하는 광 사이의 x축 수평 이격거리는 서로 동일할 수 있다.

또한, 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22)와 광 프로젝터(70)의 광 프로젝션 렌즈(71) 사이의 최단거리 s는 광 프로젝터(70)로부터 발생된 출사광 중 최외각 광선이 편광 필터(80)에 의해 반사되어 진행하는 x축 수평거리보다 클 수 있다. 이러한 경우, 광 프로젝터(70)로부터 발생된 출사광은 안정적으로 카메라(20)의 렌즈 외부로 진행할 수 있으며, 고스트 이미지의 생성을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

한편, 편광 필터(80)가 개구부(16)와 광경로 변경부재(60) 사이에 배치되는 경우, 편광 필터(80)와 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22) 사이의 설정거리가 과도하게 증가하게 되고, 카메라(20)에 의해 획득되는 화상에 편광 필터(80)의 단면 상에 형성된 스크래치, 편광 필터(80)의 단면 상에 부착된 이물 등이 나타날 수 있다. 따라서, 편광 필터(80)는 팁 케이스(14) 내측에서, 광경로 변경부재(60)와 카메라(20) 사이에 배치될 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 편광 필터(80)는 소정 임계각도 이상으로 경사지도록 형성되고, 임계각도의 크기는 설정거리(dc)가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 상기 특성을 설명하기 위해, 제1 설정거리(dc1)에 임의의 제1 설정각도(δ1)를 가지도록 배치된 편광 필터(80)를 가정한다. 편광 필터(80)가 제1 설정각도(δ1)만큼 경사지도록 형성되었을 때, 광 프로젝터(70)가 조사하는 출사광(pr) 중 최외각 광선(보다 정확하게는, 광 프로젝션 렌즈(71)의 최상단으로부터 조사된 광선)은 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사될 수 있다. 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 최외각 광선은 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22)의 제1 위치(Δ1)에 수용될 수 있다. 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 반사광이 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22) 외부로 진행하여 고스트 이미지의 발생을 방지하기 위해서는, 상기 제1 위치(Δ1)는 0 이하이여야 한다. 제1 위치(Δ1)가 0이 되도록 하는 제1 설정각도(δ1)를 제1 임계 설정각도로 명명한다.

한편, 편광 필터(80)의 설정거리가 제1 설정거리(dc1)보다 큰 제2 설정거리(dc2)로 증가하고, 편광 필터(80)의 설정각도(δ)를 제1 설정각도(δ1)와 동일한 제2 설정각도(δ2)로 설정한 경우, 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 반사광이 진행하는 거리가 증가하게 된다. 따라서, 편광 필터(80)의 설정각도(δ)를 제1 설정각도(δ1)보다 작게 설정하더라도 편광 필터(80)의 표면으로부터 반사된 반사광이 제1 위치(Δ1)보다 작은 이미징 렌즈(21, 22)의 제2 위치(Δ2)에서 수용될 수 있다. 따라서, 편광 필터(80)의 설정거리가 제2 설정거리(dc2)일 때, 설정각도(δ)는 제2 설정각도(δ2)보다 작은 제3 설정각도(δ3) 이상으로 설정될 수 있고, 최외각 광선의 제3 위치(Δ3)는 최외각 광선의 제2 위치(Δ2)보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 카메라(20)와 편광 필터(80) 사이의 거리인 설정거리(dc)가 증가하면 임계 설정각도는 감소하게 된다. 즉, 제2 설정거리(dc2)에서 고스트 이미지를 방지하기 위한 편광 필터(80)의 임계 설정각도는, 제1 설정거리(dc1)에서 고스트 이미지를 방지하기 위한 편광 필터(80)의 임계 설정각도보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 광경로 변경부재(60)는 개구부(16)를 통해 입사된 광을 편광 필터(80) 및 카메라(20)로 가이딩할 수 있으며, 광경로 변경부재(60)의 각도(γ)는 0° 이상 90° 이하일 수 있다. 이 때, 편광 필터(80)가 최소 설정거리를 가지면서 소정 임계각도로 경사지도록 형성될 때, 편광 필터(80)는 광경로 변경부재(60)에 대해 -85° 내지 5°의 각도 범위(δ-γ)를 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 편광 필터(80)가 광경로 변경부재(60)에 대해 상기 각도 범위를 가지도록 형성됨으로써, 광경로 변경부재(60)는 외부로부터 입사된 광을 편광 필터(80)로 굴절 및/또는 반사시킬 수 있고, 편광 필터(80)는 광경로 변경부재(60)에 의해 외부 표면에 도달한 입사광을 투과하여 카메라(20)의 이미징 렌즈(21, 22)로 수용되도록 할 수 있다.

이하에서는, 편광 필터(80)의 배치 위치에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 3, 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)는 그 내부에 광 프로젝터(70) 및 카메라(20)가 배치되는 본체 케이스(11)의 일단으로부터 소정 두께 돌출 형성되는 프로브 팁 마운트(18)를 더 포함할 수 있다. 프로브 팁 마운트(18)의 후단부는 본체 케이스(11)의 내부공간에 삽입 배치될 수 있고, 프로브 팁 마운트(18)의 전단부는 본체 케이스(11)의 전방으로 돌출 배치될 수 있다. 팁 케이스(14)는 프로브 팁 마운트(18)에 마운팅될 수 있다. 팁 케이스(14)의 후단부는 프로브 팁 마운트(18)의 외주면에 씌워질 수 있다.

또한, 프로브 팁 마운트(18)에는 광 출입구가 형성될 수 있다. 광 출입구는 프로브 팁 마운트(18)의 중심에 형성될 수 있으며, 3차원 스캐너(1) 내부로 입사된 광이 카메라(20)로 진행하는 경로와, 광 프로젝터(70)로부터 발생된 출사광이 3차원 스캐너(1) 외부로 진행하는 경로를 형성할 수 있다.

또한, 편광 필터(80)는 프로브 팁 마운트(18)의 일단에 결합될 수 있다. 예시적으로, 편광 필터(80)는 프로브 팁 마운트(18)의 일단에 부착 결합될 수 있다. 다만, 결합 방식은 일 예시에 불과하며, 편광 필터(80)를 프로브 팁 마운트(18)에 결합하기 위한 다양한 결합 수단들 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 프로브 팁 마운트(18)의 일단은, 편광 필터(80)가 카메라(20)에 대해 소정 설정각도(δ)를 가지도록 경사지도록 형성될 수 있다. 예시적으로, 프로브 팁 마운트(18)의 일단이 가지는 경사는 편광 필터(80)가 카메라(20)에 대해 가지는 소정 설정각도(δ)와 동일할 수 있다. 이에 따라, 프로브 팁 마운트(18)는 편광 필터(80)가 카메라(20)에 대해 소정 설정각도(δ)를 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

한편, 경우에 따라, 프로브 팁 마운트(18)는 전술한 제1 회전축(R1)의 역할을 담당하는 로테이션 부재(미도시)를 더 포함하여, 상기 편광 필터(80)의 양측 중앙부와 결합되어 편광 필터(80)를 회전시키는 것도 가능할 것이다.

편광 필터(80)는 개구부(16)를 포함하는 팁 케이스(14)가 프로브 팁 마운트(18)로부터 언마운트(unmount)되어 본체 케이스(11)로부터 탈거되었을 때, 그 일면이 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 즉, 편광 필터(80)의 외부 표면은, 팁 케이스(14)가 탈거되었을 때 외부로 노출될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 편광 필터(80)의 외부 표면에 대한 유지/보수 작업(예를 들면, 세척)을 진행할 수 있다.

보다 상세하게는, 편광 필터(80)의 일면 전체는 프로브 팁 마운트(18)에 의해 커버되지 않고 외부로 노출될 수 있다. 예시적으로, 편광 필터(80)의 외부 표면은 프로브 팁 마운트(18)의 내부에 끼움 결합되지 않고, 외부 표면 전체는 팁 케이스(14)가 본체 케이스(11)로부터 탈거됨에 따라 외부로 노출될 수 있다. 이에 따라, 종래에 편광 필터(80)가 다른 구성요소에 끼움 결합됨으로써 발생할 수 있는 상기 다른 구성요소와 편광 필터 사이의 이물질 축적 및 이에 따른 유지/보수의 어려움 문제를 해소할 수 있는 이점이 있다. 또한, 편광 필터(80)가 파손되어 기능하지 못할 경우에도, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 편광 필터(80) 배치 구조에 따라, 파손된 편광 필터(80)는 용이하게 제거 및 교체될 수 있다. 이에 따라, 편광 필터(80)를 유지/보수하는 시간이 단축되고, 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)를 장기간 최상의 상태로 유지할 수 있는 이점 또한 가진다.

프로브 팁 마운트(18)는 본체 케이스(11) 내의 열을 본체 케이스(11)의 외부로 용이하게 배출하기 위해 방열 소재로 형성될 수 있다. 상기 방열 소재는 알루미늄 소재인 것이 바람직하다. 다만, 상기 방열 소재가 상기 알루미늄 소재로 한정되는 것은 아니고, 방열의 기능을 가지는 다른 재질로 형성될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 작동 모습을 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

사용자는 본 발명에 따른 3차원 스캐너(1)의 일 실시예를 이용하여 대상체를 측정하기 위해 케이스(10)의 상부에 구비된 작동 버튼부(15)를 누른다. 이후, 광 프로젝터(70)로부터 출사광이 조사된다. 광 프로젝터(70)로부터 조사된 출사광은, 순차적으로 카메라 마운팅부(50)에 형성된 광도파관 중 출사광 경로부(53) 및 팁 케이스(14)에 형성된 입출광 경로부를 경유하여 개구부(16) 측으로 조사되고, 출사광은 광경로 변경부재(60)에 의하여 개구부(16)를 통해 환자의 구강 내부에 조사된다.

동시에, 사용자가 작동 버튼부(15)를 누르는 동작에 의해 카메라(20)가 작동됨으로써 대상체의 어느 일 지점을 동일한 초점으로 하는 2개의 이미지 데이터를 확보할 수 있다.

이 때, 대상체를 나타내는 이미지 데이터는 출사광에 의하여 광의 형태로 존재하는 것으로서, 출사광과는 반대로, 순차적으로 개구부(16)를 통해 팁 케이스(14) 내부로 입사되되, 광경로 변경부재(60)를 통해 경로가 변경되고, 실질적으로 광경로 변경부재(60)의 반사면을 촬영하는 카메라 렌즈로 상술한 입사광 경로부(51,52)를 경유하여 입사된다. 그리고, 각각의 광경로 변경 미러(41,42)에 의하여 해당하는 이미징 보드(31a,32a)의 이미징 센서(31b,32b)에 조사됨으로써 이미지 데이터들을 확보할 수 있다. 이와 같이 확보된 이미지 데이터들을 토대로 대상체를 나타내는 3차원 모델이 용이하게 획득될 수 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.

1: 3차원 스캐너 10: 케이스
11: 본체 케이스 12: 로워 케이스
13: 어퍼 케이스 14: 팁 케이스
16: 개구부 18: 프로브 팁 마운트
20: 카메라 21: 제1 이미징 렌즈
22: 제2 이미징 렌즈 31a,32a: 이미징 보드
31b,32b: 이미징 센서 41,42: 광경로 변경 미러
50: 카메라 마운팅부 51,52: 입사광 경로부
53: 출사광 경로부 60: 광경로 변경부재
70: 광 프로젝터 80: 편광 필터
dc: 설정거리 δ: 설정각도

Claims (8)

1. 입사된 광을 수용하도록 배치된 카메라;
   상기 카메라의 일측에 배치되어 대상체로 광을 조사하는 광 프로젝터; 및
   상기 카메라의 전면으로부터 소정 설정거리 이격되어 배치된 편광 필터;를 포함하고,
   상기 편광 필터는, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광의 광로와 수직인 평면에 대해 소정 설정각도로 경사지도록 형성되어, 상기 광 프로젝터가 조사하는 광 중 적어도 일부는 상기 편광 필터를 투과하고, 나머지 일부는 상기 편광 필터의 표면으로부터 반사되어 상기 카메라의 렌즈 외부로 진행하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 설정각도는 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
   수학식:

   

   
   여기서, δ는 상기 설정각도이고, dc는 상기 설정거리이며, Dc는 상기 카메라의 렌즈 구경이고, lp는 상기 광 프로젝터와 상기 대상체까지의 거리이며, V는 투사면의 세로길이임.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 편광 필터는 소정 임계각도 이상으로 경사지도록 형성되고, 상기 임계각도의 크기는 상기 설정거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 카메라는 상기 광 프로젝터를 중심으로 일측에 형성되는 제1 이미징 렌즈와, 상기 광 프로젝터를 중심으로 타측에 형성되며 상기 제1 이미징 렌즈와 대향 형성되는 제2 이미징 렌즈를 포함하고,
   상기 편광 필터는 소정 회전축을 중심으로 상기 설정각도만큼 경사지도록 형성되어,
   상기 광 프로젝터가 조사한 광의 일부가 상기 편광 필터의 표면으로부터 반사되어 각각 상기 제1 이미징 렌즈 측과 상기 제2 이미징 렌즈 측으로 진행할 때의 수평 이격거리가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
5. 청구항 1에 있어서,
   내부에 상기 편광 필터가 배치되도록 형성되는 케이스; 를 더 포함하고,
   상기 케이스는,
   내부에 상기 광 프로젝터 및 상기 카메라가 배치되는 본체 케이스; 및
   상기 개구부로부터 입사된 광을 상기 편광 필터로 가이딩하는 광경로 변경부재가 내부에 배치되고, 상기 본체 케이스에 착탈 결합되는 팁 케이스;를 포함하고,
   상기 편광 필터는 상기 광경로 변경부재와 상기 카메라 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 편광 필터가 최소 설정거리를 가지면서 소정 임계각도로 경사지도록 형성될 때, 상기 편광 필터는 상기 광경로 변경부재에 대해 -85° 내지 5°의 각도 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
7. 청구항 1에 있어서,
   내부에 상기 광 프로젝터 및 상기 카메라가 배치되는 본체 케이스의 일단으로부터 소정 두께 돌출 형성되는 프로브 팁 마운트;를 포함하고,
   상기 편광 필터는 상기 프로브 팁 마운트의 일단에 결합되어, 개구부를 포함하는 팁 케이스가 상기 본체 케이스로부터 탈거되었을 때 상기 편광 필터의 일면은 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 편광 필터의 상기 일면 전체는 상기 프로브 팁 마운트에 의해 커버되지 않고 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
   

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