휴대용 3D 스캐너는 피사체에 대한 입체 형상정보를 생성하는 3차원 기구이다. 제조 분야는 물론 엔터테인먼트 또는 멀티미디어, 건강, 건축 분야 등 다양하게 활용된다. 휴대용 3D 스캐너 분야 특허 기술 트렌드 및 시장 동향을 살펴본다. <편집자>

▲ 휴대용 3D 스캐너의 적용분야(제품 역설계, 3D 콘텐츠 제작, 문화재 보존 등)

3D 프린팅 시장 대중화를 앞당길 촉매제

3D 스캐너는 피사체에 광을 조사하고, 피사체로부터 반사된 광을 수신해 입체 형상정보를 생성하는 기술이 적용된다. 현재 특정 산업용 및 다목적용으로 사용되는 핸드-헬드(Hand-Held) 스캐너와 데스크톱 형식의 스캐너로 나눌 수 있다.

이 중 휴대용 3D 스캐너는 다목적용 Hand-Held 스캐너로, 기존 Hand-Held 타입 스캐너가 가지는 단점, 즉, 낮은 3D 스캔 데이터 품질과 느린 스캐닝 처리속도 등의 문제를 개선할 수 있는 알고리즘 기술이 필요하다.

3D 스캐너를 이용해 제품을 시각화하거나 3D 데이터를 응용하고자 하는 수요가 많아 영상 콘텐츠 제작, 제조업 분야의 역설계와 품질 관리, 문화재 형상복원, 성형수술과 치과 치료, 의류와 신발 등의 패션·디자인 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

캐나다 크리폼(Creaform)사는 2014년 '고스캔(GoScan)' 3D 휴대용 스캐너를 출시해 판매하고 있다. 최고 0.1mm 정확도로 일반적인 물체를 5분 이내에 스캔할 수 있으며, 풀컬러 3D 모델을 동시에 가져올 수 있다.

미국 3D 시스템즈사는 일반인들을 겨냥한 휴대용 3D 스캐너 '센스(Sense)'를 2013년부터 399달러에 시중에 판매하고 있다. Sense는 광원 변조광 방식을 사용하고, 프라임센스(Primesense)사의 특허 또는 칩셋을 사용하고 있으며, 측정 정확도가 1mm(측정거리 0.5m)이다.

▲ Creaform사의 GoScan 3D(좌)와 3D Systems사 Sense 3D Scanner

국내 3차원 스캐너 기술은 주로 외국의 핵심 부품을 사용해 응용한 제품 형태가 주를 이루고 있다.

실제로 한국전자통신연구원(ETRI)이 기존 외산 고가형 제품의 10% 가격인 200만 원 대의 순수 국산화 기술로 개발한 구조광 방식의 3D 스캐너 ‘이지 이-스캔(Easy E-Scan)’과 스마트폰 기반 저가형 스캐너 ‘이지 하이스캔(Easy HiScan)’, 그리고 3D 프린팅 객체 저작도구를 개발했다. 정확도는 0.1mm이고, 수집속도는 67,235point/sec로 USB 3.0 인터페이스를 통해 연결된다.

3D 프린터의 확산이 예상되는 가운데 3D 스캐너가 3D 프린팅 시장 대중화를 앞당길 촉매제 역할을 할 것으로 예상된다. 이미 기존 제품의 절반에도 못 미치는 저렴한 가격의 3D 스캐너 상용 제품이 등장하면서 3D 프린팅 과정에 필수적으로 요구되는 이미지 모델링 프로세스를 획기적으로 간소화시켜 줄 것으로 기대된다.

▲ ETRI의 Easy E-Scan

‘생체인증’ 및 ‘융합 보안시스템‘.. 선행 특허기술

▲ ‘3차원 영상 획득 방법 및 장치’ 특허

LG전자가 등록한 ‘3차원 영상 획득 방법 및 장치’ 특허는 적외선(IR) 구조광을 인식 대상체에 발광해 반사되는 적외선 및 가시광을 통해 3차원 영상 정보를 획득하는 프로세서 기술이다.

이를 통해 획득한 3차원 영상 정보를 시각적 화면으로 제공하는 디스플레이부를 포함하는 것이 특징이다. 또 3차원 영상획득 방법 및 장치를 통해, 주변광의 밝기에 대응해, RGB-IR 센서의 간섭 현상을 제거할 수 있다. 따라서 촬영시간 또는 촬영장소에 상관없이 정확한 3차원 영상을 획득 가능하다.

미국 파로 테크놀로지스(Faro Technologies)가 출원한 ‘비접촉식 측정 장치(Non-contact measurement device)’ 특허는 비접촉 기술을 사용해 3차원 표면을 측정하는 기술이다. 공간에서 물체의 3차원 좌표를 측정하기 위해 휴대용 좌표 측정기가 제공된다.

레이저 프로브 또는 스캐너는 스폿 또는 라인을 따라 레이저 광을 방출하고 센서와 표면 사이의 거리가 변함에 따라 반사선 이미지가 바뀐다. 이미징 센서와 레이저의 관계 및 센서에서 레이저 이미지의 위치를 ​​알고 삼각 측량 방법을 사용해 표면의 3차원 좌표를 측정 할 수 있다.

▲ ‘비접촉식 측정 장치(Non-contact measurement device)’ 특허

총 49억 달러 시장 규모(2020년).. 세계 3D 스캐너 시장

▲ 응용기술별 3D 스캐너 시장 점유율 ※ 출처 : Grand View Research, 2015

시장조사기관 그랜드뷰리서치(Grand View Research) 보고서에 따르면 세계 3D 스캐너 시장은 2013년 20억 달러에서 연평균성장률(CAGR) 13.3%로 성장해 2020년에는 49억 달러(약 5조 9892억원) 규모로 성장할 것으로 추정되고 있다.

응용기술별 시장 동향을 살펴보면 제조 분야에서 주로 사용되고 있으나 앞으로는 엔터테인먼트 & 미디어, 건강, 건축 분야에서의 사용 증가율이 높을 것으로 예측된다.

Grand View Research에 따르면 2020년에 인더스트리얼 매뉴팩처링 분야가 세계 시장의 32.1%를 차지할 것으로 예측했고. 2014년에서 2020년 사이의 연평균 복합성장률 기준으로는 언터테인먼트 & 미디어 분야가 15.2%, 아키텍처 & 언제니어링 분야가 14.5%, 헬스케어 분야가 14.0%로 높은 성장률을 보일 것으로 추정했다.

한편, 다른 시장조사기관인 얼라이드 마켓 리서치(Allied Market Research)는 2020년 가장 전망 있는 서비스로 인더스트리얼 매뉴팩처링 분야에서 리버스 엔지니어링을 예상한 바 있다.

기술&시장 분석 시리즈는 한국발명진흥회 지식재산평가센터가 다년간 축적해온 기술시장자료를 기반으로 작성됐다. 기술가치평가는 사업화하려는 기술이나 사업화된 기술이 해당 사업을 통해 창출하는 경제적 가치(금액)를 시장에서 일반적으로 인정된 가치평가 원칙과 방법론에 입각해 평가하는 작업이다. 한국발명진흥회 지식재산평가센터는 기술이전 및 사업화 촉진에 관한 법률 제 35조, 발명진흥법 제28조 등에 따른 정부 공인 기술평가기관이다.