KR101591937B1 - Surgical head mounted display - Google Patents

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Abstract

본 발명은 헤드 마운트 수술용 확대장치에 관한 것으로서, 시스루(See-Through)타입으로서, 수술부위의 확대영상과 함께 실제상황을 육안으로 함께 확인할 수 있도록 수술부위의 영상을 획득하고 획득된 영상을 확대하는 영상처리부와, 상기 영상처리부에서 확대된 영상을 확인함과 아울러 실제상황을 투과하여 보여주는 글래스와, 안경의 프레임 형태로 상기 영상처리부 및 글래스를 장착하는 바디부로 구성되어, 종래의 수술용 루페나 수술용 현미경보다 작고 가벼우며, 수술용 루페보다 수술 부위의 확대 배율을 크게 할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공한다.[0001] The present invention relates to an enlarging device for head-mounted surgery, which is a see-through type, and can acquire an image of a surgical site so as to visually confirm an actual situation together with an enlarged image of a surgical site, And a body part for mounting the image processing part and the glass in the form of a frame of the glasses. The body part is made of a conventional surgical loupe The present invention provides a head-mounted display for surgery which is smaller and lighter than a surgical microscope and can enlarge a magnification of a surgical site more than a surgical loupe.

Description

수술용 헤드 마운트 디스플레이{Surgical head mounted display}[0001] SURGICAL HEAD MOUNTED DISPLAY [0002]

본 발명은 헤드 마운트 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 기존의 수술용 현미경이나 수술용 루페(Loupe)에 비하여 소형이고 경량이며 수술 부위를 보다 높은 배율로 확대할 수 있을 뿐만 아니라 수술에 필요한 정보를 간편하게 확인할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것이다.
The present invention relates to a head-mounted display device and, more particularly, to a head-mounted display device which is smaller and lighter than a conventional surgical microscope or a surgical Loupe, and can enlarge a surgical site at a higher magnification, To a surgical head-mounted display.

일반적으로 안과, 치과, 비뇨기과를 비롯한 다양한 외과 수술 시 의사들은 수술용 안경을 사용한다. 루페(Loupe)라고 불리는 수술용 안경은 수술 부위를 확대하기 위하여 도 1a 내지 도 1c와 같이 일반적인 안경 렌즈의 전방에 확대 렌즈를 부가하여 사용한다. In general, doctors use surgical glasses for a variety of surgical operations, including ophthalmology, dentistry, and urology. Surgical glasses, called Loupe, are used to enlarge the surgical site by adding a magnifying lens to the front of a general spectacle lens as shown in Figs. 1A to 1C.

도 1a 내지 도 1c는 각각 종래의 수술용 루페를 나타낸 도면으로서, 도 1a는 2배, 2.5배 및 3배의 배율을 갖는 일반적인 수술에 사용 가능한 형태 또는 일반적인 루페에 비해 시야가 15% 넓은 고해상(Hi Resolution) 렌즈를 사용하여 중심부에서 테두리까지 선명하게 보여 성형접합수술이나 안과수술 등 미세수술에 적합한 형태의 수술용 루페이고, 도 1b는 프리즘타입(Prismatic)의 고배율 루페로서, 3.5배, 4.5배 및 5.5배의 배율로 흉부외과, 신경외과 등에서 주로 사용되는 형태이며, 도 1c는 2.5배의 비교적 낮은 배율이나 경량으로 안과, 치과, 비뇨기과 등에 광범위하게 사용되는 형태의 루페를 보인 것이다.FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a conventional surgical loupe. FIG. 1A is a view showing a conventional surgical loupe having a magnification of 2 ×, 2.5 ×, and 3 ×, or a high resolution Hi Resolution lens is used. It is a type of surgical loupe that is suitable for micro surgery such as cosmetic surgery or ophthalmic surgery. Fig. 1B is a prismatic high magnification lupe, 3.5 times and 4.5 times And 5.5 times magnification. FIG. 1C shows a loupe widely used in ophthalmology, dentistry, urology and the like at a relatively low magnification and light weight of 2.5 times.

도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 종래의 수술용 루페는 일반적인 안경테와 유사한 형태의 프레임에 각도와 거리 조절이 가능하도록 부가적인 구조물에 확대 렌즈를 결합한 형태로 제공된다. 그러나 이러한 안경테와 유사한 형태의 프레임은 확대 렌즈의 무게로 인하여 장시간 수술용으로는 적합하지 않으므로, 시술자의 목에 가해지는 부하를 줄이기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 헤드밴드(Headband)에 결합하여 사용하는 것이 일반적이다. As shown in FIGS. 1A to 1C, a conventional surgical loupe is provided in a form of combining an enlarged lens with an additional structure so that an angle and a distance can be adjusted in a frame similar to a general eyeglass frame. However, since a frame similar to the eyeglass frame is not suitable for a long time due to the weight of the enlarged lens, it is combined with a headband as shown in FIG. 2 in order to reduce a load applied to the neck of a practitioner .

한편, 수술용 루페로 얻을 수 있는 배율은 최대 5.5배를 넘지 않으므로 그 이상의 10배에서 최대 40배까지의 배율이 필요한 경우에는 수술용 현미경을 사용하게 된다. On the other hand, since the magnification obtained by the surgical loupe is not more than 5.5 times at maximum, a surgical microscope is used when a magnification of 10 times to 40 times is required.

전술한 바와 같이, 수술용 루페는 수술 분야의 특성에 따라 다양한 형태와 무게의 확대 렌즈를 헤드밴드와 함께 사용함으로써 수술 의사들의 목디스크를 방지하고자 하였으나, 여전히 고배율을 얻기 위해서는 상당한 무게를 감당해야 하며, 특히 10배 이상의 고배율을 얻는 것이 불가능한 문제점이 있다.As described above, although the surgical loupe has been used to prevent the neck disks of the surgeons by using various types and sizes of magnifying lenses in combination with the head band depending on the characteristics of the surgical field, it is still necessary to take a considerable weight in order to obtain a high magnification , In particular, it is impossible to obtain a high magnification of 10 times or more.

따라서 이러한 문제점을 극복하기 위한 종래기술로, 대한민국 등록특허공보 제10-1190265호(2012. 10. 05. 등록)에는 수술 부위 영상을 줌인(Zoom-in)하거나 시술자가 원하는 만큼 확대할 수 있고, 가시광선뿐만 아니라 적외선, 자외선 광원 하에서도 영상을 관찰할 수 있는 수술용 루페가 제시되어 있다.Therefore, as a conventional technique for overcoming such a problem, Korean Patent Registration No. 10-1190265 (registered on October 05, 2012) can enlarge a surgical site image by zooming in or enlarging a desired amount by a practitioner, A surgical loupe that can observe images under visible light as well as infrared and ultraviolet light sources is presented.

상기 종래기술은 적외선, 자외선 또는 가시광선 중 적어도 하나 이상의 광선을 수술 부위에 조사하고, 상기 조사된 광선을 이용하여 상기 수술 부위의 영상(Image)을 디지털화 한 후, 상기 영상을 별도의 제어부에서 확대 처리하도록 하며, 처리된 영상을 표시하도록 영상처리부로 제공하는 헤드 마운트 확대장치로서, 상기 영상처리부는 사용자의 눈으로 상기 수술 부위를 볼 수 있도록 사용자의 눈 주변에 지지하는 프레임부에 장착된다.In the conventional technique, at least one of light rays of infrared rays, ultraviolet rays, or visible rays is irradiated to a surgical site, an image of the surgical site is digitized using the irradiated light, and then the image is enlarged And provides the processed image to an image processing unit for displaying the processed image, wherein the image processing unit is mounted on a frame part which is supported around the eye of the user so that the user can see the surgical site.

즉, 상기 종래기술은 영상처리부 및 프레임으로 구성된 헤드 마운트 장치가 수술 부위에 조사된 광선(적외선, 자외선, 가시광선 등)을 이용하여 수술 부위의 화상을 디지털화 한 후, 상기 헤드 마운트 장치와 유선 또는 무선으로 연결된 제어부(PC 등)가 디지털화된 화상을 확대하고, 확대된 디지털 화상을 상기 헤드 마운트 장치의 디스플레이부에 제공하여 착용자가 볼 수 있도록 한다.That is, in the related art, the head mount apparatus composed of the image processing unit and the frame digitizes the image of the surgical site using light rays (infrared rays, ultraviolet rays, visible rays, etc.) irradiated to the surgical site, A controller (PC or the like) connected wirelessly expands the digitized image and provides the enlarged digital image to the display unit of the head mount apparatus so that the wearer can view the enlarged digital image.

따라서 상기 종래기술에 따른 헤드 마운트 확대장치는 수술용 현미경이나 광학식 유리렌즈 구조보다 소형 경량화가 가능하고, 설치가 간단하며, 광학적으로 확대하는 것이 아닌 디지털적으로 확대하기 때문에 수술용 루페보다 수술 부위의 확대 배율을 크게 하여 수술부위를 손쉽게 관찰할 수 있다. Therefore, the head mount enlarging apparatus according to the prior art can be made smaller and lighter than a surgical microscope or an optical glass lens structure, and is easy to install. Since it enlarges digitally not optically enlarged, The enlargement magnification can be increased and the surgical site can be easily observed.

그러나 상기 종래기술에 따른 헤드 마운트 확대장치를 사용하여 수술을 하는 경우에는 착용자가 수술 부위를 비롯한 시술하는 자신의 손 등을 모두 확대된 영상으로만 보아야 하기 때문에, 실제상황과 확대된 영상 사이에 혼동이 발생하고 이러한 혼동은 즉각적으로 극복되지 않으므로, 실제상황과 확대된 영상의 인식 차이로 인하여 섬세한 수술에서 시술자의 결정적인 실수를 초래하게 될 위험성을 내포하고 있다. However, in the case of performing the operation using the head mount enlarging device according to the related art, the wearer has to view only the enlarged image of his or her hands including the operation part, And this confusion is not overcome immediately. Therefore, there is a risk that the operator will make a crucial mistake in delicate surgery due to the difference between the actual situation and the enlarged image.

또한, 상기 종래기술은 실제상황을 확대하는 과정으로 인해 실제상황과 확대영상으로 확인하는 시점에 약간의 시간차가 발생하게 되는데, 이러한 미세한 지연을 보상할 수 있는 방안이 마련되어 있지 않고, 고배율로 줌인 기능을 가지기는 하지만 수술용 현미경과 같이 시술자가 수술 부위 외의 주변을 살펴볼 수 없을 정도로 시야가 좁아 더욱 정교한 수술에 적용하기에는 미흡한 문제점이 여전히 존재한다.
In addition, according to the conventional technique, there is a slight time difference at the time of confirming an actual situation and an enlarged image due to enlargement of an actual situation. However, there is no way to compensate for such a minute delay, There is still a problem in that it is not enough to apply to more elaborate surgery because the field of view is so narrow that the operator can not look around the surgical site as in a surgical microscope.

대한민국 등록특허공보 제10-1190265호(2012. 10. 05. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1190265 (registered on October 10, 2012)

따라서 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 종래보다 큰 확대 비율까지 수술 부위의 확대 배율을 용이하게 조절할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a surgical head-mounted display capable of easily adjusting an enlargement magnification of a surgical site to a larger enlargement ratio.

또한, 본 발명의 다른 목적은 수술 부위를 보다 높은 배율로 확대할 수 있을 뿐만 아니라 소형화 및 경량화로 장시간 착용이 용이한 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a head-mounted display for surgery which not only can enlarge a surgical site at a higher magnification but also can be easily worn for a long period of time by miniaturization and weight reduction.

또한, 본 발명의 다른 목적은 소형 및 경량이며 수술 부위를 보다 높은 배율로 확대할 수 있고, 수술에 필요한 정보를 수술 중에 시술자에게 제공할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a head-mounted display for surgery which can be miniaturized and light in weight, can enlarge a surgical site at a higher magnification, and can provide information necessary for surgery to an operator during surgery.

또한, 본 발명의 다른 목적은 실제상황과 확대된 영상 사이에서 발생하는 인식의 차이로 인한 혼동을 방지하여 섬세한 수술에 안정적으로 사용할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a head-mounted display for surgery which can be used stably for delicate surgery by preventing confusion due to difference in recognition occurring between an actual situation and an enlarged image.

또한, 본 발명의 다른 목적은 실제상황을 확대하는 과정으로 인해 실제상황과 확대영상으로 확인하는 시점에 발생하는 약간의 시간차를 보상하고, 수술 부위 외의 주변상황도 관찰 가능한 정도의 넓은 시야를 제공함으로써 한층 정교한 수술에 사용할 수 있는 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method of compensating for a slight time difference occurring at a time of confirming an actual situation and an enlarged image due to a process of enlarging an actual situation and providing a wide field of view And a surgical head-mounted display that can be used for more sophisticated operations.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이는, 시스루(See-Through)타입으로서, 수술부위의 확대영상과 함께 실제상황을 육안으로 함께 확인할 수 있도록 수술부위의 영상을 획득하고 획득된 영상을 확대하는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 확대된 영상을 확인함과 아울러 실제상황을 투과하여 보여주는 글래스; 및 안경의 프레임 형태로 상기 영상처리부 및 글래스를 장착하는 바디부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the head-mounted display for surgery according to the present invention is a see-through type, in which an image of a surgical site is acquired so that an enlarged image of a surgical site and an actual situation can be visually checked together An image processor for enlarging the acquired image; A glass for confirming an image enlarged by the image processing unit and transmitting an actual situation; And a body part for mounting the image processing part and the glass in a frame shape of the glasses.

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 영상처리부는, 줌 렌즈, 조리개 및 촬상부로 구성되어, 수술부위의 영상을 디지털 영상데이터로 변환하는 영상획득부와, 디스플레이보드, 백라이트 및 디스플레이소자로 구성되어, 상기 영상획득부에서 변환된 디지털 영상데이터를 디스플레이하는 영상표시부 및 상기 영상표시부에 디스플레이되는 영상을 확대하여 상기 글래스를 통해 착용자의 눈에 확대된 영상을 제공하는 영상확대부를 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the image processing unit of the surgical head-mounted display according to the present invention includes an image acquisition unit configured of a zoom lens, a diaphragm, and an imaging unit and converting an image of a surgical site into digital image data, And an image magnifying unit configured to magnify an image displayed on the image display unit and provide an enlarged image to the wearer's eye through the glass, .

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이는, 수술에 필요한 환자정보를 포함하는 각종 정보를 수집하여 상기 영상처리부로 전송하는 원격지원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the surgical head-mounted display according to the present invention further includes a remote support unit for collecting various information including patient information necessary for surgery and transmitting the collected information to the image processing unit.

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 영상처리부는, 상기 원격지원부와의 무선 데이터 통신을 위하여 블루투스(Bluetooth), WLAN, 또는 RF 기반 무선 통신을 위한 무선부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the image processing unit of the head-mounted display for surgery according to the present invention further includes a wireless unit for Bluetooth, WLAN, or RF-based wireless communication for wireless data communication with the remote support unit .

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 영상확대부는, 상기 영상표시부의 디스플레이소자부터 발산되는 영상광을 평행하게 만들어주는 콜리메이션 렌즈와, 상기 콜리메이션 렌즈를 통과하여 평행하게 정렬된 영상광을 입사받아 수직방향으로 확대된 영상을 제공하는 실린더 렌즈 및 상기 실린더 렌즈를 통과한 영상광이 입사되어 진행방향을 두 번 바꿀 수 있도록 제 1 및 제 2 반사면을 갖는 제 1 웨이브가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.The image magnifying unit of the surgical head-mounted display according to the present invention includes a collimation lens for collimating image light emitted from the display device of the image display unit, and a collimated lens And a first waveguide having first and second reflection surfaces so that the image light having passed through the cylinder lens is incident on the first and second reflection surfaces to change the traveling direction twice .

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 영상확대부는, 상기 제 1 웨이브가이드와 역의 형상을 가진 제 2 웨이브가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the image magnifying unit of the head-mounted display for surgery according to the present invention may further include a second waveguide having a shape opposite to that of the first waveguide.

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 제 1 웨이브가이드는, 상기 제 2 반사면에 수평방향 영상을 확대하는 수평방향 확대수단으로, 내부에 격자 구조를 형성하여 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있는 홀로그래픽 광학소자(HOE) 및 반사면이 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있도록 경사각을 가진 톱니 구조의 회절 광학소자(DOE) 중 적어도 어느 하나를 부착한 것을 특징으로 한다.At this time, the first waveguide of the surgical head-mounted display according to the present invention is a horizontally enlarging means for enlarging the image in the horizontal direction on the second reflecting surface, and forms a lattice structure therein, And a diffractive optical element (DOE) having a tilted angle so that the reflection surface can change the direction of the reflection angle to a desired direction.

또한, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 영상확대부는, 상기 영상표시부의 디스플레이소자부터 발산되는 영상광을 평행하게 만들어주는 콜리메이션 렌즈와, 상기 콜리메이션 렌즈를 통과하여 평행하게 정렬된 영상광이 입사되어 수평방향으로 영상을 확대할 수 있도록 제 1 확대수단을 구비하는 제 1 웨지프리즘과, 상기 제 1 웨지프리즘을 통과하여 수평방향으로 확대된 영상광이 입사하여 수직방향으로 영상을 확대할 수 있도록 제 2 확대수단을 구비하는 제 2 웨지프리즘 및 상기 제 2 웨지프리즘에서 반사되어 수직방향으로 확대된 영상광과 상기 제 2 웨지프리즘을 투과하여 사용자에게 제공되는 외부 영상이 왜곡되지 않도록 상기 제 2 웨지프리즘과 역의 형상을 가진 제 3 웨지프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.The image magnifying unit of the surgical head-mounted display according to the present invention may further include a collimation lens for collimating the image light emitted from the display device of the image display unit and a collimated lens passing through the collimation lens, A first wedge prism having a first magnifying means for magnifying an image in a horizontal direction when light is incident, and a second wedge prism for magnifying an image in a vertical direction by passing through the first wedge prism, The second wedge prism having the second enlarging means and the second wedge prism and the second wedge prism and the second wedge prism so as to prevent the distortion of the external image transmitted to the user by transmitting the image light reflected in the vertical direction and the second wedge prism, And a third wedge prism having a shape opposite to that of the second wedge prism.

이때, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 제 1 확대수단은, 내부에 격자 구조를 형성하여 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있는 홀로그래픽 광학소자(HOE)인 것을 특징으로 한다.In this case, the first enlarging means of the surgical head-mounted display according to the present invention is a holographic optical element (HOE) capable of forming a lattice structure therein and changing the direction of the reflection angle to a desired direction.

또한, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 상기 제 1 확대수단은, 반사면이 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있도록 경사각을 가진 톱니 구조의 회절 광학소자(DOE)인 것을 특징으로 한다.
The first enlarging means of the head-mounted display for surgery according to the present invention is characterized by being a diffraction optical element (DOE) of a saw-tooth structure having an inclination angle so that the reflection surface can change the direction of the reflection angle to a desired direction.

상술한 바와 같이, 본 발명은 광학적 확대가 아닌 디지털적으로 확대하는 방식을 사용함으로써 종래의 수술용 루페를 비롯한 수술용 현미경보다 작고 가벼워 장시간 착용이 용이하며, 확대 배율을 크게 높일 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention is advantageous in that it is smaller and lighter than a surgical microscope including a conventional surgical loupe, and is easily worn for a long time by using a digital magnification method instead of an optical magnification, and the enlargement magnification can be greatly increased .

또한, 본 발명은 수술 중 수술에 필요한 정보를 시술자가 간편하게 확인할 수 있으므로 수술의 안전성과 정확성을 향상시키는데 기여할 수 있다.In addition, since the operator can easily confirm the information necessary for the operation during the operation, the present invention can contribute to improve the safety and accuracy of the operation.

뿐만 아니라, 본 발명은 실제상황과 확대된 영상 사이에서 발생하는 인식의 차이로 인한 혼동을 방지함으로써, 섬세한 수술에도 안정적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention is advantageous in that it can be used stably even in delicate surgery by preventing confusion due to difference in recognition occurring between an actual situation and an enlarged image.

또한, 본 발명은 실제상황과 확대영상으로 확인하는 시점에 발생하는 약간의 시간차를 보상함과 아울러 수술 부위 외의 주변상황도 관찰 가능한 정도의 넓은 시야를 제공함으로써 한층 정교한 수술에 사용할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the present invention is advantageous in that it can be used for more sophisticated operations by compensating for a slight time difference occurring at the time of confirming an actual situation and an enlarged image, .

도 1a 내지 도 1c는 종래의 수술용 루페를 나타낸 도면,
도 2는 종래의 수술용 루페의 헤드밴드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 사시도,
도 4는 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 내부 블록 구성도,
도 5는 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 일 실시예에 따른 영상확대부의 상세 구조도,
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 영상확대부의 영상 수평확대 원리를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 다른 실시예에 따른 영상확대부의 상세 구조도,
도 8a 내지 도 8c는 도 7의 영상확대부의 영상 수직확대 원리를 설명하기 위한 도면,
도 9는 도 7의 영상확대부의 변형 예를 나타낸 도면,
도 10은 도 7의 영상확대부의 또 다른 변형 예를 나타낸 도면.
Figs. 1A to 1C show a conventional surgical loupe,
2 shows a head band of a conventional surgical loupe,
3 is a perspective view of a surgical head-mounted display according to a preferred embodiment of the present invention,
Fig. 4 is an internal block diagram of the head-mounted display for surgery of Fig. 3,
FIG. 5 is a detailed structural diagram of an image enlarging unit according to an embodiment of the surgical head-mounted display of FIG. 3;
6A to 6D are views for explaining the principle of image horizontal enlargement of the image enlargement unit of FIG. 5,
FIG. 7 is a detailed structural view of an image enlarging part according to another embodiment of the head-mounted display for surgery of FIG. 3;
8A to 8C are views for explaining the principle of image vertical expansion of the image enlargement unit of FIG. 7,
9 is a view showing a modified example of the image enlarging unit of Fig. 7,
10 is a view showing still another modification of the image enlargement unit of FIG. 7;

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same configurations of the drawings denote the same reference numerals as much as possible. It is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments and that all changes, modifications, and alterations included within the spirit and scope of the present invention are intended to be illustrative, It is to be understood that the invention includes equivalents and alternatives. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

상세한 설명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.The terminology used in the description is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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 가지고 있다. 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.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 사시도이고, 도 4는 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 내부 블록 구성도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이(100)는 시스루(See-Through)타입으로서, 수술부위의 확대영상과 함께 실제상황을 육안으로 함께 확인할 수 있도록, 수술부위의 영상을 획득하고 획득된 영상을 확대하는 영상처리부(100)와, 상기 영상처리부(100)에서 확대된 영상을 확인함과 아울러 실제상황을 투과하여 보여주는 글래스(101)와, 안경의 프레임 형태로 상기 영상처리부(100) 및 글래스(101)를 장착하는 바디부(102)로 구성된다. FIG. 3 is a perspective view of a surgical head-mounted display according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an internal block diagram of the surgical head-mounted display of FIG. 3, The surgical head-mounted display 100 is a see-through type. The head-mounted display 100 includes an image processor 100 for acquiring an image of a surgical site and enlarging the obtained image, (100), a glass (101) for confirming an image enlarged by the image processing unit (100) and transmitting an actual situation, and an image processing unit (100) and a glass And a body part 102 which is made of a metal.

영상처리부(100)는 수술 부위의 영상을 획득하고, 획득된 영상을 보정하며, 보정된 영상을 표시하고, 표시된 영상을 확대하여 글래스(101)를 통해 장치를 착용한 시술자에 제공한다. 한편, 상기 영상처리부(100)는 무선부(150)를 통해 원격지원부(160)로부터 수신되는 피수술자의 정보를 비롯한 수술에 필요한 정보를 표시하고 확대하여 글래스(101)를 통해 시술자에게 제공될 수 있도록 한다. 이때, 상기 피수술자의 정보를 비롯한 수술에 필요한 정보는 수술 부위의 확대된 영상 위에 겹쳐지게 표시될 수도 있고 선택에 따라 개별적으로 화면을 분할하여 표시하거나 단독으로 표시할 수도 있다.The image processing unit 100 acquires an image of a surgical site, corrects the obtained image, displays a corrected image, enlarges the displayed image, and provides the enlarged image to the practitioner wearing the device through the glass 101. [ Meanwhile, the image processing unit 100 may display and magnify information required for surgery, including information of the operator, received from the remote support unit 160 through the wireless unit 150, and may be provided to the operator through the glass 101 . At this time, the information necessary for the operation including the information of the operated person may be displayed on the enlarged image of the operation site, or may be displayed separately or separately.

이를 위하여, 영상처리부(100)는 원격지원부(160)와의 무선 데이터 통신을 위하여 블루투스(Bluetooth), WLAN, 또는 RF 기반 무선 통신을 위한 무선부(150)를 더 구비하며, 상기 무선부(150)는 상기 영상처리부(100)와 별도로 하기에서 설명할 바디부(102)에 구비될 수도 있다. 상기 무선부(150)는 수술 중에 필요한 환자의 정보를 비롯한 각종 정보를 원격지원부(160)에 저장하거나 원격지원부(160)로부터 외부에 구비된 별도의 DB로부터 수술에 필요한 환자의 정보를 비롯한 각종 정보를 수신하여 영상처리부(100)로 전송한다.For this, the image processing unit 100 further includes a wireless unit 150 for Bluetooth, WLAN, or RF-based wireless communication for wireless data communication with the remote support unit 160, The image processing unit 100 may be provided in the body 102 to be described later. The wireless unit 150 stores various information including patient information required during operation in the remote support unit 160 or various information including patient information necessary for surgery from a separate DB provided from the remote support unit 160 And transmits it to the image processing unit 100.

원격지원부(160)는 영상처리부(100)로부터 수신한 영상 데이터를 저장한다. 원격지원부(160)는 소형 PC에 포함될 수 있으며, 영상처리부(100)로부터 수신한 영상 데이터의 확대와 저장 등을 소프트웨어적으로 처리한다. 또한, 원격지원부(160)는 수술 중에 필요한 환자의 정보를 비롯한 각종 정보를 저장하거나 외부에 구비된 별도의 DB로부터 수술에 필요한 환자의 정보를 비롯한 각종 정보를 수집하여 영상처리부(100)로 전송한다. 이때, 확대 영상과 각종 정보는 좌/우측에 분할하여 제공될 수도 있고 단독으로 제공될 수도 있다. 한편, 원격지원부(160)는 도 4에서 별도의 장치로 독립되어 구성되어 있지만, 영상처리부(100) 또는 바디부(102)에 내장될 수 있다. 원격지원부(160)와 무선부(150)를 통한 영상처리부(100)의 통신은 영상처리 및 무선 데이터 통신에서 공지의 사실이므로 상세한 설명은 생략한다. The remote support unit 160 stores image data received from the image processing unit 100. The remote support unit 160 may be included in a small-sized PC and processes the expansion and storage of the image data received from the image processing unit 100 in a software manner. In addition, the remote support unit 160 may store various kinds of information including patient information required during operation, or may collect various information including patient information necessary for surgery from a separate DB provided outside, and transmit the collected information to the image processing unit 100 . At this time, the enlarged image and various information may be provided on the left / right side or separately. 4, the remote support unit 160 may be embedded in the image processing unit 100 or the body unit 102. The remote support unit 160 may be a separate device. The communication between the remote support unit 160 and the image processing unit 100 through the wireless unit 150 is well known in image processing and wireless data communication, and a detailed description thereof will be omitted.

바디부(102)는 착용자가 영상처리부(100)를 통해 수술 부위를 볼 수 있도록 착용자의 눈 주위에 영상처리부(100)를 고정한다. 바디부(102)는 상기 영상처리부(100)를 장착함과 아울러 상기 영상처리부(100)의 초점거리 및 조명을 제어하여 선명한 영상을 최적의 상태로 입력 받을 수 있도록 한다. 이때, 상기 영상처리부(100)의 초점거리를 제어하기 위해 상기 영상처리부(100)의 전체 또는 일부의 위치를 조정할 수 있도록 나사 또는 래치를 이용할 수 있으며, 소형모터를 이용하는 것이 바람직하다.The body part 102 fixes the image processing part 100 around the eyes of the wearer so that the wearer can see the surgical site through the image processing part 100. [ The body part 102 mounts the image processing part 100 and controls the focal length and illumination of the image processing part 100 to receive a clear image in an optimum state. At this time, a screw or a latch may be used to adjust the position of all or a part of the image processing unit 100 to control the focal distance of the image processing unit 100, and it is preferable to use a small motor.

또한, 바디부(102)는 다수의 제어버튼을 구비하여, 착용자가 원하는 배율의 영상을 비롯한 상기 원격지원부(160)를 제어하는 신호를 입력하도록 하여 해당 수술에 필요한 각종 정보를 상기 원격지원부(160)가 상기 영상처리부(100)로 전송하도록 한다. 한편, 바디부(102)는 장시간 수술을 위하여 장치를 안정적으로 착용할 수 있도록 하는 머리고정부를 일체 또는 결합방식으로 구비할 수 있다. 머리고정부는 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이를 착용자의 머리에 고정할 수 있도록 안경다리 또는 헤어 밴드 등 다양한 형태로 제작이 가능하며, 착용자에 따라 조절할 수 있도록 조임부를 구비할 수 있다. The body part 102 includes a plurality of control buttons to input a signal for controlling the remote support part 160 including a video image having a magnification desired by the wearer so that the remote support part 160 ) To the image processing unit (100). Meanwhile, the body part 102 may be provided with a hair fixing part which can stably wear the device for long-time operation, either integrally or in combination. The head fixing part can be formed in various forms such as a spectacle leg or a hair band so as to fix the surgical head-mounted display according to the present invention to the head of the wearer, and can be provided with a tightening part for adjusting according to the wearer.

도 4를 참조하면, 영상처리부(100)는 영상획득부(110), 영상보정부(120), 영상표시부(130) 및 영상확대부(140)를 포함하며, 무선부(150)를 더 포함할 수 있다. 4, the image processing unit 100 includes an image obtaining unit 110, an image correcting unit 120, an image displaying unit 130, and an image enlarging unit 140, and further includes a wireless unit 150 can do.

영상획득부(110)는 줌 렌즈, 조리개 및 촬상부로 구성된다. 줌 렌즈부는 입사되는 광선들을 광학적으로 확대하는 것으로, 오토포커스 기능을 구비하는 것이 바람직하다. 조리개는 줌 렌즈부를 통과한 광선들의 광량을 조절하는 것으로, 직경이 크면 밝은 상이 맺히고, 직경이 작으면 어두운 상이 맺힌다. 촬상부는 조리개를 통과한 광선들을 이용하여 영상을 생성하고, 생성된 영상을 디지털 영상데이터로 변환하는 것으로, CCD 카메라 혹은 CMOS 카메라일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 영상획득부(110)는 획득된 디지털 영상데이터를 영상보정부(120)로 전송한다. The image acquiring unit 110 includes a zoom lens, a diaphragm, and an image sensing unit. The zoom lens unit optically enlarges incident light beams, and preferably has an autofocus function. A diaphragm adjusts the amount of light rays that pass through the zoom lens unit. When the diameter is large, a bright image is formed. When the diameter is small, a dark image is formed. The image pickup unit generates an image using light rays passing through the diaphragm, converts the generated image into digital image data, and may be a CCD camera or a CMOS camera, but is not limited thereto. The image acquisition unit 110 transmits the digital image data to the image correction unit 120.

영상보정부(120)는 수술 시 뿌옇게 보이는 영상을 선명하게 하기 위한 것으로서, 필요에 따라 제외될 수 있다. The image correcting unit 120 is used to sharpen an image that appears blurry at the time of surgery, and may be omitted if necessary.

영상표시부(130)는 디스플레이보드, 백라이트 및 디스플레이소자로 구성된다. 디스플레이보드는 영상보정부(120)로부터 수신한 디지털 영상데이터를 수신하며, 백라이트는 디스플레이소자가 LCD인 경우에 필요한 빛을 내는 발광체이다. 디스플레이소자는 디스플레이보드로부터 디지털 영상데이터를 수신하고, 이를 디스플레이 한다. 디스플레이소자가 LCD 모니터인 경우, LCD 모니터가 바로 눈 앞에 놓이게 되어 30인지 내지 60인치 상당의 큰 화면을 착용자에게 보여주게 된다. 디스플레이소자는 LCD 또는 OLED가 될 수 있으며, 얇고 가벼운 디스플레이 장치이라면 사용이 가능하다.The image display unit 130 includes a display board, a backlight, and a display device. The display board receives the digital image data received from the image correction unit 120, and the backlight is a light emitting unit that emits light necessary when the display device is an LCD. The display element receives the digital image data from the display board and displays it. When the display device is an LCD monitor, the LCD monitor is immediately in front of the viewer, and a large screen equivalent to 30 to 60 inches is displayed to the wearer. The display device can be an LCD or an OLED, and can be used if it is a thin and light display device.

영상확대부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 콜리메이션 렌즈(141), 실린더 렌즈(143) 및 웨이브가이드(145)를 포함하여 구성되며, 도시하지는 않았으나 다른 하나의 웨이브가이드가 선택적으로 더 구비될 수 있다.
5, the image magnifying unit 140 includes a collimation lens 141, a cylinder lens 143, and a wave guide 145. Although not shown, .

도 5는 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 일 실시예에 따른 영상확대부의 상세 구조도로서, 도시된 바와 같이 영상확대부(140)는 디스플레이소자(130)에서 발산하는 영상광은 상기 디스플레이소자(130)와 평행하게 광축이 일치되도록 위치한 콜리메이션 렌즈(141)를 통하여 평행광으로 바뀐 뒤, 실린더 렌즈(143)를 통하여 수평 방향에 대하여는 평행광, 그리고 수직 방향에 대하여 상이 확대되는 방향으로 파워를 가진 상태로 웨이브가이드(145) 내부로 입사된다.FIG. 5 is a detailed structural view of an image enlarging unit according to an embodiment of the surgical head-mounted display of FIG. 3. As shown in FIG. 5, the image enlarging unit 140 enlarges the image light emitted from the display element 130, 130 and collimated by the collimation lens 141 so that the optical axes coincide with each other. The collimated light is then collimated through the cylinder lens 143 in the horizontal direction, And is incident into the waveguide 145 in an excited state.

상기 웨이브가이드(145) 내부로 입사된 영상광은 상기 웨이브가이드(145)의 입사면과 45도 기울여 설치된 제 1 반사면(142)에서 90도 방향으로 반사되어 입사면과 수평방향으로 평행하게 진행하며, 상기 웨이브가이드(145)에서 상기 제 1 반사면(142)의 반대쪽 경사면(146)에 설치된 수평방향 확대수단(148)에 의해 수평방향으로 영상의 크기가 확대된 후, 수직 전방으로 반사되어 상기 웨이브가이드(145)로부터 출사됨으로써 사용자는 최초 디스플레이 소자의 크기보다 수평 및 수직 방향으로 크게 확대된 영상을 시청할 수 있게 된다. The image light incident into the waveguide 145 is reflected in the direction of 90 degrees from the first reflection surface 142 which is inclined by 45 degrees with respect to the incident surface of the waveguide 145 and travels parallel to the incident surface in the horizontal direction The image is magnified in the horizontal direction by the horizontal magnifying means 148 provided on the inclined surface 146 opposite to the first reflecting surface 142 in the wave guide 145 and then reflected vertically forward By emitting the wave guide 145, the user can view an image enlarged in the horizontal and vertical directions more than the size of the initial display device.

이때, 수평방향으로의 영상 확대와 수직방향으로의 영상 확대의 비율을 동일하게 하여 영상의 왜곡을 최소화하기 위해서는 상기 실린더 렌즈(143)의 수직방향 영상 확대 비율과 상기 웨이브가이드(145)의 상기 제 1 반사면(142)의 경사각과 상기 수평방향 확대수단(148)의 경사각(146) 사이의 비율을 동일하게 하여야 한다. In order to minimize the distortion of the image by equalizing the image enlargement in the horizontal direction and the image enlargement in the vertical direction, the image enlargement ratio of the cylinder lens 143 in the vertical direction and the image enlargement ratio of the waveguide 145 The ratio between the inclination angle of the one reflection surface 142 and the inclination angle 146 of the horizontal direction expansion means 148 should be the same.

또한, 상기 웨이브가이드(145) 후면에 배치된 다른 하나의 웨이브가이드(미도시함)는 상기 웨이브가이드(145)의 수평방향 확대수단(148)이 홀로그래픽 광학소자(HOE)일 경우 경사면을 평면으로 하며, 상기 웨이브가이드(145)의 수평방향 확대수단(148)이 회절광학소자(DOE)일 경우 상기 웨이브가이드(145)의 회절광학소자와 역의 톱니 형상을 보유하여 사용자가 외부 영상을 왜곡 없이 볼 수 있도록 보상된 광학계를 제공한다.Another waveguide (not shown) disposed on the rear surface of the waveguide 145 may be a flat surface such that when the horizontal magnifying unit 148 of the waveguide 145 is a holographic optical element (HOE) And when the horizontal direction magnifying means 148 of the waveguide 145 is a diffractive optical element (DOE), it has a sawtooth shape opposite to that of the diffractive optical element of the waveguide 145, And provides a compensated optical system to be viewed without.

한편, 영상처리부(100)는 상기 원격지원부(160)에서 소프트웨어적으로 좌우 영상을 분할하여 제공하므로, 좌우 영상을 각각 생성하지 않아 종래기술과 같이 좌우 영상에 필요한 2개의 독립적인 렌즈모듈을 구비할 필요가 없어, 더욱 소형화되고 경량화된 장치를 제공할 수 있다.
Meanwhile, since the image processing unit 100 divides the left and right images by software in the remote support unit 160, the image processing unit 100 does not generate the left and right images, and thus, two independent lens modules necessary for the left and right images are provided So that it is possible to provide a device that is further reduced in size and weight.

도 6a 내지 도 6d는 도 5의 영상확대부의 영상 수평확대 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6a는 수평방향 확대수단을 보유하고 있지 않은 일반적인 영상광의 진로를 도식화한 도면이다. 도 6a에 의하면 경사면의 입사각θ와 반사각θ'은 동일해야 하므로, 입사 영상광의 폭 d는 반사 영상광의 폭 d'는 동일하기 때문에, 영상의 확대효과가 없음을 알 수 있다. FIGS. 6A to 6D are diagrams for explaining the principle of image enlargement in the image enlargement unit of FIG. 5, and FIG. 6A is a diagram showing a course of a general image light which does not have the horizontal enlargement means. 6A, since the incident angle &thetas; and the reflection angle &thetas; 'of the slanted surface must be the same, the width d of the incident image light is equal to the width d' of the reflected image light.

도 6b는 웨이브가이드(145)에서 경사면(146)에 수평방향 확대수단(148)으로서 홀로그래픽 광학소자(HOE)를 보유하고 있는 경우에 영상광의 진로를 도식화한 도면으로서, 도 6b에 의하면 수평방향으로 경사면에 입사한 영상광은 홀로그래픽 광학소자(HOE) 내부에 이미지 신호의 파장에 따라 회절되는 각도가 결정되도록 미리 입력된 패턴 무늬에 따라, 이미 입력된 수직 하방으로 영상광을 반사시킨다. 6B schematically illustrates the course of the image light in the case where the holographic optical element HOE is held as the horizontal direction magnifying means 148 on the inclined surface 146 in the waveguide 145. In FIG. 6B, The image light incident on the inclined plane reflects the image light to the vertically inputted downward direction according to the pattern pattern previously inputted so that the angle of diffraction of the image light in the holographic optical element HOE according to the wavelength of the image signal is determined.

이때, 상기 홀로그래픽 광학소자(HOE)에 회절각도를 미리 입력하기 위해서는 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그래픽 광학소자(HOE)의 반대방향에서 레이저 입사빔(Object Beam)을 수평하게 입사시키고, 또 다른 레이저 빔(Reference Beam)은 경사각을 가지고 조사시킴으로써, 홀로그래픽 광학소자(HOE)의 내부에 회절각도가 미리 입력된 패턴 무늬를 새길 수 있다. At this time, in order to input the diffraction angle to the holographic optical element HOE in advance, as shown in FIG. 6C, the laser beam is horizontally incident on the opposite direction of the holographic optical element HOE , And another laser beam (Reference Beam) is irradiated with an inclination angle, thereby engraving a pattern pattern into which the diffraction angle is preliminarily inputted into the holographic optical element (HOE).

이와 같이 입력을 마친 후에는, 입력에 사용된 레이저 빔(Object Beam)과 동일한 파장대역의 영상광을 레이저 빔(Reference Beam)와 동일한 각도로 조사하면, 미리 입력된 패턴 무늬에 의해 영상광이 상기 레이저 입사빔(Object Beam)의 반대 방향으로 영상광을 반사하며, 이때 영상광의 광폭 d는 d'로 확대되어 반사된다. 이러한 이론 및 시험은 학술적으로 검증되어 여러 분야에서 응용되고 있다. 또한, 상기 홀로그래픽 광학소자(HOE)는 색의 3원색인 R, G, B 에 대하여 각각의 레이저를 이용하여 패턴 무늬를 입력할 수 있으므로 색채(Color) 구현을 위해서는 동일한 홀로그래픽 광학소자(HOE)에 RGB 레이저를 동시에 조사함으로써 패턴무늬를 입력하거나 RGB 각각의 패턴 무늬가 입력된 홀로그래픽 광학소자(HOE)를 만든 후 적층 방식으로 경사면에 부착할 수도 있다. 일반적으로 상기 홀로그래픽 광학소자(HOE)에는 포토폴리머가 사용된다.After the input is completed, if the image light of the same wavelength band as the object beam used for the input is irradiated at the same angle as the laser beam (Reference Beam) Reflects the image light in the opposite direction of the laser beam (object beam). At this time, the width d of the image light is enlarged to d 'and reflected. These theories and tests have been scientifically verified and applied in various fields. The holographic optical element (HOE) can input pattern patterns using R, G, and B colors, which are the three primary colors of the color, so that the same holographic optical element (HOE ) May be simultaneously irradiated with an RGB laser beam to form a pattern pattern or a holographic optical element (HOE) into which pattern patterns of R, G, and B are input, and then attached to an inclined surface by a lamination method. A photopolymer is generally used for the holographic optical element (HOE).

도 6d는 웨이브가이드(145)에서 경사면(146)에 수평방향 확대수단(148)으로서 회절광학소자(DOE)를 보유하고 있는 경우에 영상광의 진로를 도식화한 도면으로서, 도 6d에 의하면 수평방향으로 경사면에 입사한 영상광 d는 상기 회절광학소자(DOE) 표면에 돌출된 톱니 모양의 반사면에 의해 수직 하방으로 영상광 d'가 되어 확대된 상태로 반사된다. 이때, 각 톱니 구조의 간격은 가시 광선의 파장보다 커야만 하므로 적어도 10㎛이어야 하며, 사람의 눈의 눈동자의 크기를 감안하면 200 ㎛이하이다. 가장 이상적인 톱니의 간격은 회절 격자선을 인간의 눈으로 인식 가능한 한계가 50 ㎛임을 감안하면, 10~50 ㎛ 사이이고 깊이는 회절격자의 간격과 경사면의 각도, 그리고 회절격자면의 각도의 함수에 의해 결정된다. 6D is a diagram illustrating the course of the image light in the case where the diffractive optical element DOE is held as the horizontal direction magnifying means 148 on the inclined surface 146 in the waveguide 145. In FIG 6D, The image light d incident on the oblique surface is reflected in a magnified state as an image light d 'vertically downward by a serrated reflecting surface protruding from the surface of the DOE. At this time, the spacing of each sawtooth structure should be at least 10 탆, since it must be larger than the wavelength of visible light, and 200 탆 or less considering the size of the pupil of a human eye. The ideal spacing between the teeth is between 10 and 50 ㎛, considering that the grating line can be recognized by the human eye to be 50 ㎛. The depth is a function of the angle of the diffraction grating and the angle of the slope, Lt; / RTI >

상기 수평방향 확대수단(148)인 회절광학 소자(DOE)의 외부면은 사용자가 상기 웨이브가이드(145) 내부에서 반사되는 영상광과 외부에서 투과되는 영상광을 동시에 볼 수 있도록 하프 미러 코팅 처리한다. The outer surface of the diffractive optical element (DOE), which is the horizontal direction magnifying means 148, is subjected to a half mirror coating process so that the user can simultaneously view the image light reflected inside the wave guide 145 and the image light transmitted from the outside .

이에 따라, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이는 웨이브가이드(145)에서 제공하는 수평방향 확대수단(148)과 상기 웨이브가이드(145)의 후면에 위치한 다른 하나의 웨이브가이드에서 제공하는 수직방향 확대 수단을 이용하여 영상을 확대할 수 있으므로 상의 확대를 위한 렌즈 사용을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 얇은 두께에도 불구하고 대화면을 시청할 수 있도록 영상을 확대할 수 있다. 또한 하프미러와 같이 광 손실을 강제하는 수단의 사용을 최대한 억제함으로써 원화상과 거의 동등한 수준의 매우 밝고 선명한 화상을 제공할 수 있다.
Accordingly, the head-mounted display for surgery according to the present invention can be applied to the horizontal direction enlarging means 148 provided in the wave guide 145 and the vertical direction enlargement 148 provided in the other wave guide located on the rear side of the wave guide 145 It is possible to minimize the use of the lens for enlarging the image and to enlarge the image so that the user can view the large screen despite the thin thickness. Further, by suppressing the use of a means for forcing a light loss like a half mirror as much as possible, a very bright and clear image with almost the same level as the original image can be provided.

도 7은 도 7은 도 3의 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 다른 실시예에 따른 영상확대부의 상세 구조도로서, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 또 다른 영상확대부(240)는 콜리메이션 렌즈(241)와, 제 1 웨지프리즘(243)과, 제 2 웨지프리즘(245) 및 제 3 웨지프리즘(247)를 포함하여 이루어진다.FIG. 7 is a detailed structural view of an image enlarging unit according to another embodiment of the surgical head-mounted display of FIG. 3. FIG. 7 is another detailed enlarged view of the image enlarging unit 240 of the surgical head- 241, a first wedge prism 243, a second wedge prism 245, and a third wedge prism 247.

상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이는 디스플레이 소자(130)에서 발산하는 영상광이 상기 디스플레이 소자(130)와 평행하게 광축이 일치되도록 위치한 콜리메이션 렌즈(241)을 통하여 평행광으로 바뀐 뒤, 제 1 웨지프리즘(243) 내부로 입사하여 수평방향으로 평행하게 진행하며, 제 1 웨지프리즘(243)의 경사면(244)에 설치된 수평방향 확대수단에 의해 수평방향으로 영상의 크기가 확대된 후 수직 하방으로 반사되어 상기 제 1 웨지프리즘(243)으로부터 출사된다. 또한 제 1 웨지프리즘(243)의 수직 하방으로 반사된 영상광은 제1 웨지프리즘(243)의 하방에 위치한 상기 제 2 웨지프리즘(245)으로 입사되고, 제 2 웨지프리즘(245)의 경사면(246)에 위치한 수직방향 확대수단에 의하여 수직방향으로 영상의 크기가 확대된 후 수직 전방으로 반사되어, 제 2 웨지프리즘(245)으로부터 출사됨으로써 사용자는 최초 디스플레이 소자의 크기보다 수평 및 수직 방향으로 크게 확대된 영상을 시청할 수 있게 된다. In the surgical head-mounted display according to the present invention, the image light emitted from the display device 130 is transmitted through the collimation lens 241 positioned so that the optical axes thereof are parallel to the display device 130 Parallel light and enters into the first wedge prism 243 and travels in parallel in the horizontal direction and is horizontally expanded by horizontally extending means provided on the inclined surface 244 of the first wedge prism 243, And then is reflected from the first wedge prism 243. The image light reflected vertically downward of the first wedge prism 243 is incident on the second wedge prism 245 located below the first wedge prism 243 and is incident on the inclined surface of the second wedge prism 245 246, the image is enlarged in the vertical direction and then reflected vertically forward, and is output from the second wedge prism 245, so that the user can see the image in the horizontal and vertical directions The enlarged image can be viewed.

이때, 수평방향으로의 영상 확대와 수직방향으로의 영상 확대의 비율을 동일하게 하여 영상의 왜곡을 최소화하기 위해서는 상기 제 1 웨지프리즘(243)과 상기 제 2 웨지프리즘(245)의 경사각을 동일하게 하여야 한다. At this time, in order to minimize image distortion by making the ratio of image enlargement in the horizontal direction and image enlargement in the vertical direction the same, the inclination angles of the first wedge prism 243 and the second wedge prism 245 are set to be the same shall.

또한, 상기 제 2 웨지프리즘(245) 후면에 배치된 상기 제 3 웨지프리즘(247)은 상기 제 2 웨지프리즘(245)의 수직방향 확대수단이 홀로그래픽 광학소자일 경우 경사면을 평면으로 하며 상기 제 2 웨지프리즘(245)의 수직방향 확대수단이 회절광학소자(DOE)일 경우 상기 제 2 웨지 프리즘(245)의 회절광학소자(DOE)와 역의 톱니 형상을 보유하여 사용자가 외부 영상을 왜곡 없이 볼 수 있도록 보상된 광학계를 제공한다.The third wedge prism 247 disposed on the rear surface of the second wedge prism 245 has a sloped surface as a plane when the vertical widening means of the second wedge prism 245 is a holographic optical element, When the vertically expanding means of the two-wedge prism 245 is a diffractive optical element (DOE), it has a sawtooth shape opposite to that of the diffractive optical element (DOE) of the second wedge prism 245, Thereby providing a compensated optical system for viewing.

도 7에 도시한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 영상확대부(240)의 영상 수평확대 원리는 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 전술한 영상 수평확대 원리와 동일하므로 상세한 설명을 생략하며, 이하 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 영상 수직확대 원리를 상세히 설명한다.The principle of image horizontal enlargement of the image enlargement unit 240 of the head-mounted display for surgery according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is the same as the image horizontal enlargement principle described above with reference to FIGS. 6A to 6D, Hereinafter, the principle of vertical image enlargement will be described in detail with reference to FIGS. 8A to 8B.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 영상확대부의 영상 수직확대 원리를 설명하기 위한 도면들로서, 도 8a는 수직방향 확대수단을 보유하고 있지 못할 경우 일반적인 영상광의 진로를 도식화한 도면이다. 도 8a에 의하면 경사면의 입사각θ와 반사각θ'은 동일해야 하므로, 입사 영상광의 폭 d는 반사 영상광의 폭 d'는 동일하여 확대효과가 없다.8A to 8C are views for explaining the image vertical enlargement principle of the image enlargement unit of the head-mounted display for surgery according to the present invention, wherein FIG. 8A is a diagram FIG. 8A, since the incident angle? Of the inclined plane and the reflection angle? 'Are equal to each other, the width d of the incident image light is equal to the width d' of the reflected image light, so there is no enlargement effect.

도 8b는 상기 제 2 웨지프리즘에서(245)에서 경사면(246)에 수직방향 확대수단(248)으로서 홀로그래픽 광학소자(HOE)를 보유하고 있을 경우 영상광의 진로를 도식화한 도면으로서, 도 8b에 의하면, 도 6b에서 제시된 바와 같이 동일한 원리에 의하여 수직방향으로 경사면에 입사한 영상광은 상기 홀로그래픽 광학소자(248) 내부에 이미지 신호의 파장에 따라 회절되는 각도가 결정되도록 미리 입력된 패턴 무늬가 포함되어 있어 이미 입력된 수평 전방으로 영상광을 반사시킨다. 8B schematically illustrates the course of the image light when holding the holographic optical element HOE as the magnifying means 248 perpendicular to the slope 246 in the second wedge prism 245. FIG. 6B, the image light incident on the oblique plane in the vertical direction by the same principle is input into the holographic optical element 248 in such a manner that the angle of diffraction of the image light in accordance with the wavelength of the image signal is determined, And reflects the image light in the horizontal direction already input.

도 8c는 상기 제 2 웨지프리즘에서(245)에서 경사면에 수평방향 확대수단(249)으로서 회절광학소자(DOE)를 보유하고 있을 경우 영상광의 진로를 도식화한 도면으로서, 도 8c에 의하면, 도 6d에서 제시된 바와 같이 동일한 원리에 의하여 수직방향으로 경사면에 입사한 영상광 d는 상기 회절광학소자(249) 표면에 돌출된 톱니 모양의 반사면에 의해 수평 전방으로 영상광 d'가 되어 확대된 상태로 반사된다. 상기 수직방향 확대수단(249)인 회절광학 소자(DOE)의 외부면은 상기 제 2 웨지프리즘(245) 내부에서 반사되는 영상광과 외부로부터 투과되는 영상광이 모두 동시에 보일 수 있도록 하프미러 코팅 처리한다.Fig. 8C is a diagram showing the course of the image light when the diffraction optical element DOE is held as the horizontal direction enlarging means 249 in the inclined plane at 245 in the second wedge prism, and Fig. The image light d incident on the inclined plane in the vertical direction by the same principle becomes the image light d 'horizontally forward by the serrated reflecting surface protruding from the surface of the diffractive optical element 249, Reflection. The outer surface of the diffractive optical element (DOE), which is the vertical direction enlargement means 249, is coated with a half mirror coating process so that both the image light reflected inside the second wedge prism 245 and the image light transmitted from the outside can be seen at the same time do.

도 9는 도 7에 제시된 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 영상확대부(240) 중 상기 콜리메이션 렌즈(241)와 상기 제 1 웨지프리즘(243) 사이에 45도 반사판(242)을 추가함으로써 상기 디스플레이 소자(130)와 상기 콜리메이션 렌즈(241)를 안경테 안에 넣을 수 있는 구조로 배열이 가능하도록 한 변형 예를 나타낸 것이다.FIG. 9 is a view showing a state in which a 45-degree reflection plate 242 is added between the collimation lens 241 and the first wedge prism 243 of the image enlargement unit 240 of the surgical head- The display device 130 and the collimation lens 241 can be arranged in a frame structure.

상기와 같은 구성에 의하여 상기 디스플레이 소자(130)에서 발산하는 영상광은 상기 디스플레이 소자와 평행하게 광축이 일치되도록 위치한 상기 콜리메이션 렌즈(241)를 통하여 평행광으로 바뀐 뒤 상기 45도 반사판에서 90도 회전하여 상기 제 1 웨지프리즘(243) 내부로 입사하며, 도 7을 통해 전술한 바와 같이 수평 및 수직방향의 확대 수단에 의해 사용자에게 확대된 영상이 제공된다.With the above configuration, the image light emitted from the display device 130 is converted into parallel light through the collimation lens 241 disposed so that its optical axis is parallel to the display device, And is incident into the first wedge prism 243. The enlarged image is provided to the user by the enlarging means in the horizontal and vertical directions as described above with reference to FIG.

도 10은 도 7에 제시된 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이의 영상확대부(240) 중 상기 제 1 웨지프리즘(243)과 상기 제 2 웨지프리즘(245) 사이에 수평 방향과 수직 방향의 영상을 추가로 확대할 수 있는 수단인 파워를 가진 렌즈(251)를 추가함으로써 시야각(FOV)를 더욱 크게 할 수 있도록 하는 다른 변형 예를 나타낸 것이다. FIG. 10 is a view showing a video image in a horizontal direction and a vertical direction between the first wedge prism 243 and the second wedge prism 245 of the image enlarging unit 240 of the surgical head-mounted display according to the present invention shown in FIG. (FOV) can be further increased by adding a lens 251 having power as a means for further enlarging the viewing angle FOV.

위와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이는 제 1 웨지프리즘(243)에서 제공하는 수평방향 확대수단(244)과 제 2 웨지프리즘(245)에서 제공하는 수직방향 확대 수단(미도시함)을 이용하여 영상을 확대할 수 있으므로 상의 확대를 위한 렌즈 사용을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 얇은 두께에도 불구하고 대화면을 시청할 수 있도록 영상을 확대할 수 있다. 또한, 하프미러와 같이 광 손실을 강제하는 수단의 사용을 최대한 억제함으로써 원화상과 거의 동등한 수준의 매우 밝고 선명한 화상을 제공할 수 있다.
The head-mounted display for surgery according to the present invention having the above-described configuration comprises a horizontal enlarging means 244 provided by the first wedge prism 243 and a vertical enlarging means (not shown) provided by the second wedge prism 245, It is possible to minimize the use of the lens for enlarging the image and to enlarge the image so that the user can view the large screen despite the thin thickness. In addition, by using the means for forcing the light loss like the half mirror as much as possible, it is possible to provide a very bright and clear image with a level almost equal to that of the original image.

이제까지 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

따라서 의학 영역뿐만 아니라 x2-x40 배율의 확대를 많이 쓰고 있는 광학 실물 현미경(stereomicroscope)을 활용하는 생물학, 물리학 등 과학영역, 또는 공학영역에서 본 발명에 따른 수술용 헤드 마운트 디스플레이가 활용 가능하다, 또한, 산업 현장에서 반도체 생산 공정 검사 등 확대가 필요한 모든 상황에 적용함으로써, 육안적 확인보다 더 넓은 영역의 영상을 얻을 수 있다.Therefore, a surgical head-mounted display according to the present invention is available in the scientific field such as biology, physics, or the engineering field utilizing an optical stereomicroscope, in which not only a medical field but also an x2-x40 magnification is widely used, , And it is applied to all situations where it is necessary to expand the semiconductor production process inspection in the industrial field, so that a wider area image can be obtained than the gross confirmation.

Claims (10)

시스루(See-Through)타입으로서, 수술부위의 확대영상과 함께 실제상황을 육안으로 함께 확인할 수 있도록 수술부위의 영상을 획득하고 획득된 영상을 확대하는 영상처리부; 상기 영상처리부에서 확대된 영상을 확인함과 아울러 실제상황을 투과하여 보여주는 글래스; 및 안경의 프레임 형태로 상기 영상처리부 및 글래스를 장착하는 바디부;로 구성되되,
상기 영상처리부는,
줌 렌즈, 조리개 및 촬상부로 구성되어, 수술부위의 영상을 디지털 영상데이터로 변환하는 영상획득부와,
디스플레이보드, 백라이트 및 디스플레이소자로 구성되어, 상기 영상획득부에서 변환된 디지털 영상데이터를 디스플레이하는 영상표시부 및
상기 영상표시부에 디스플레이되는 영상을 확대하여 상기 글래스를 통해 착용자의 눈에 확대된 영상을 제공하는 영상확대부를 포함하며,
상기 영상확대부는,
상기 영상표시부의 디스플레이소자부터 발산되는 영상광을 평행하게 만들어주는 콜리메이션 렌즈와,
상기 콜리메이션 렌즈를 통과하여 평행하게 정렬된 영상광을 입사받아 수직방향으로 확대된 영상을 제공하는 실린더 렌즈 및
상기 실린더 렌즈를 통과한 영상광이 입사되어 진행방향을 두 번 바꿀 수 있도록 제 1 및 제 2 반사면을 갖는 제 1 웨이브가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 헤드 마운트 디스플레이.
A see-through type image processing unit for acquiring an image of a surgical site and enlarging the obtained image so that an actual situation can be visually confirmed together with an enlarged image of a surgical site; A glass for confirming an image enlarged by the image processing unit and transmitting an actual situation; And a body for mounting the image processing unit and the glass in a frame form of glasses,
Wherein the image processing unit comprises:
An image acquisition unit configured to convert an image of a surgical site into digital image data, which is composed of a zoom lens, a diaphragm, and an imaging unit,
A display unit configured by a display board, a backlight, and a display element, the image display unit displaying the digital image data converted by the image acquisition unit,
And an image magnifying unit for magnifying an image displayed on the image display unit and providing an enlarged image to the wearer's eyes through the glass,
Wherein the image enlarging unit comprises:
A collimation lens for collimating the image light emitted from the display device of the image display unit,
A cylinder lens for receiving an image light that is parallel-aligned through the collimation lens to provide an image enlarged vertically;
And a first waveguide having first and second reflective surfaces so that the image light having passed through the cylinder lens is incident and can be changed twice in the traveling direction.
삭제delete 제 1항에 있어서,
수술에 필요한 환자정보를 포함하는 각종 정보를 수집하여 상기 영상처리부로 전송하는 원격지원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 헤드 마운트 디스플레이.
The method according to claim 1,
Further comprising a remote support unit for collecting various information including patient information necessary for surgery and transmitting the collected information to the image processing unit.
제 3항에 있어서, 상기 영상처리부는,
상기 원격지원부와의 무선 데이터 통신을 위하여 블루투스(Bluetooth), WLAN, 또는 RF 기반 무선 통신을 위한 무선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 헤드 마운트 디스플레이.
The image processing apparatus according to claim 3,
Further comprising a wireless unit for Bluetooth, WLAN, or RF-based wireless communication for wireless data communication with the remote support unit.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제 1 웨이브가이드와 역의 형상을 가진 제 2 웨이브가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 헤드 마운트 디스플레이.
The method according to claim 1,
Further comprising a second waveguide having a shape opposite to that of the first waveguide.
제 6항에 있어서, 상기 제 1 웨이브가이드는,
상기 제 2 반사면에 수평방향 영상을 확대하는 수평방향 확대수단으로, 내부에 격자 구조를 형성하여 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있는 홀로그래픽 광학소자(HOE) 및 반사면이 반사각의 방향을 원하는 방향으로 바꿀 수 있도록 경사각을 가진 톱니 구조의 회절 광학소자(DOE) 중 적어도 어느 하나를 부착한 것을 특징으로 하는 수술용 헤드 마운트 디스플레이.
7. The apparatus of claim 6, wherein the first waveguide comprises:
A holographic optical element (HOE) capable of forming a lattice structure inside and changing the direction of a reflection angle to a desired direction, and a reflecting surface And a diffractive optical element (DOE) of a saw-tooth structure having an oblique angle so as to be able to change a direction in a desired direction.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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