CN104834091B - 手术用头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手术用头戴式显示器，其是透视(See‑Through)型，该手术用头戴式显示器包括：影像处理部，其获取手术部位的影像并放大所获取的影像，以便通过肉眼能够一并确认手术部位的放大影像和实际状况；镜片，通过其将实际状况透射而显示，并且确认在上述影像处理部所放大的影像；以及，主体部，其以眼镜的框架形态安装上述影像处理部和镜片，从而提供一种比现有手术用放大镜或手术用显微镜小而轻，且能够使手术部位的放大倍率比手术用放大镜更大的手术用头戴式显示器。

Description

手术用头戴式显示器

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示装置，尤其涉及如下手术用头戴式显示器(Surgicalhead mounted display)：与现有手术用显微镜或手术用放大镜(Loupe)相比，本发明的手术用头戴式显示器小型且轻量，并且不仅能够以更高的倍率放大手术部位，而且能够简便地确认手术所需的信息。

背景技术

一般来讲，在进行包括眼科、牙科、以及泌尿科在内的多种外科手术时，医生们使用手术用眼镜。如图1a至图1c所示，称之为放大镜(Loupe)的手术用眼镜为了放大手术部位而在一般眼镜透镜的前方附加放大透镜而使用。

图1a至图1c分别是表示了现有手术用放大镜的图，图1a是可使用于具有2倍、2.5倍、以及3倍的倍率的一般手术的形态的手术用放大镜，或是使用视场比一般放大镜宽出15％的高分辨率(Hi Resolut ion)透镜而清楚地显示中心部至边缘从而适合于整形接合手术或眼科手术等微细手术的形态的手术用放大镜，图1b是棱镜式(Prismat ic)高倍率放大镜，该放大镜是以3.5倍、4.5倍、以及5.5倍的倍率主要使用于胸外科、神经外科等的形态的放大镜，图1c示出了以2.5倍的较低的倍率或轻量来广泛使用于眼科、牙科、以及泌尿科等的形态的放大镜。

如图1a至图1c中所图示，现有手术用放大镜是以在能够调节角度和距离的附加性构造物上结合了放大透镜的形态提供于与一般眼镜框相似的形态的框架。然而，这种与眼镜框相似的形态的框架因放大透镜的重量而不宜用于长时间手术，因此，为了减少施加于施行手术人员的脖子的负荷，通常是与如图2中所图示那样的头带(Headband)结合而使用。

另一方面，由于手术用放大镜所能得到的倍率最大不超过5.5倍，因而在需要其以上的10倍至最大为40倍的倍率的情况下，将会使用手术用显微镜。

如前面所述，手术用放大镜是根据手术领域的特性而将多种形态和重量的放大透镜与头带一起使用以防止进行手术的医生们的颈椎间盘突出，但为了得到高倍率而依然须承受相当大的重量，尤其是存在不可能得到10倍以上的高倍率的问题。

因此，作为用于克服这种问题的现有技术，在韩国授权专利公报第10-1190265号(2012年10月05日授权)中提出有如下手术用放大镜：该放大镜能够将手术部位影像移近(Zoom-in)或放大到施行手术人员所希望的程度，且不仅在可见光光源下而且在红外线、紫外线光源下也能够观察到影像。

上述现有技术是一种头戴式放大装置，该装置对手术部位照射红外线、紫外线、或可见光中至少一个以上的光线，并利用上述所照射的光线使上述手术部位的影像(Image)数字化之后，在另外的控制部放大处理上述影像，并向影像处理部提供所处理的影像以显示影像，上述影像处理部安装在支撑于使用者的眼睛周边的框架部以使使用者通过眼睛能够观察到上述手术部位。

即、就上述现有技术而言，由影像处理部和框架构成的头戴式装置利用照射至手术部位的光线(红外线、紫外线、可见光等)而使手术部位的图像数字化之后，通过有线或无线与上述头戴式装置连接的控制部(PC等)放大已数字化的图像，并向上述头戴式装置的显示部提供放大的数字图像使得佩戴者能够观察到。

因此，根据上述现有技术的头戴式放大装置能够比手术用显微镜或光学式玻璃透镜构造更小型、轻量化，设置简单，且以数字方式进行放大而非以光学方式进行放大，因此，使手术部位的放大倍率比手术用放大镜更大，从而能够容易地观察手术部位。

然而，在使用上述根据现有技术的头戴式放大装置而进行手术的情况下，佩戴者所观察到的包括手术部位在内的施行手术的自己的手等均是放大的影像，因此，在实际状况与放大的影像之间产生混淆，而这种混淆是不会被立即克服的，因而由于实际状况与放大的影像的识别差异而在精细的手术中蕴藏着导致施行手术人员的决定性失误的危险性。

另外，上述现有技术因放大实际状况的过程而在以放大影像来确认实际状况时产生少许时间差，但未备有能够补偿这种微小延迟的方案，虽然具有以高倍率移近的功能，但如手术用显微镜那样，视场窄到施行手术人员观察不到手术部位外的周边的程度，因而依然存在难以适用于更精细的手术的问题。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：韩国授权专利公报第10-1190265号(2012年10月05日授权)

发明内容

所要解决的问题

因此，旨在解决上述问题的本发明的目的在于提供一种将手术部位的放大倍率能够容易地调节至比现有技术更大的放大比率的手术用头戴式显示器。

另外，本发明的另一目的在于提供一种不仅能够以更高的倍率来放大手术部位，而且以小型化、轻量化来能够易于长时间佩戴的手术用头戴式显示器。

另外，本发明的另一目的在于提供一种小型、轻量且能够以更高的倍率放大手术部位，并且能够在手术中向施行手术人员提供手术所需的信息的手术用头戴式显示器。

另外，本发明的另一目的在于提供一种防止因实际状况与放大的影像之间所产生的识别的差异而造成的混淆，从而能够稳定地使用于精细的手术的手术用头戴式显示器。

另外，本发明的另一目的在于提供一种补偿因放大实际状况的过程而在以放大影像确认实际状况时所产生的少许时间差，并提供连手术部位外的周边状况也能够观察到的程度的宽阔的视场，从而能够使用于更为精细的手术的手术用头戴式显示器。

解决问题的方案

用于达到上述目的的根据本发明的手术用头戴式显示器其是透视(See-Through)型，该手术用头戴式显示器其特征在于，包括：影像处理部，其获取手术部位的影像并放大所获取的影像，以便通过肉眼能够一并确认手术部位的放大影像和实际状况；镜片(Glass)，通过其将实际状况透射而显示，并且确认在上述影像处理部所放大的影像；以及，主体(Body)部，其以眼镜的框架形态安装上述影像处理部和镜片。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述影像处理部包括：影像获取部，其由变焦透镜、光圈、以及摄像部构成而将手术部位的影像转换成数字影像数据；影像显示部，其由显示板、背光源、以及显示器件构成而显示在上述影像获取部所转换的数字影像数据；以及，影像放大部，其将显示于上述影像显示部的影像放大并通过上述镜片向佩戴者的眼睛提供放大的影像。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，进一步包括远程支援部，其将手术所需的包括患者信息在内的各种信息收集并向上述影像处理部传输。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述影像处理部，为了与上述远程支援部进行无线数据通信而进一步包括无线部，该无线部用于进行基于蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、或射频(RF)的无线通信。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述影像放大部包括：准直透镜(collimation Lens)，其使在上述影像显示部的显示器件所发散的影像光平行；柱面透镜(Cylindrical Lens)，其接受通过上述准直透镜而校正为平行的影像光的入射并提供沿竖直方向放大的影像；以及，第一波导(waveguide)，其具有第一和第二反射面，使得通过了上述柱面透镜的影像光能够入射而两次改变行进方向。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述影像放大部进一步包括具有与上述第一波导相反的形状的第二波导。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述第一波导是在上述第二反射面附着全息光学元件(HOE)和锯齿构造的衍射光学元件(DOE)中至少一个而作为放大水平方向影像的水平方向放大单元，其中，所述全息光学元件(HOE)在内部形成光栅构造而能够向所希望的方向改变反射角的方向，所述锯齿构造的衍射光学元件(DOE)具有倾斜角使得反射面能够向所希望的方向改变反射角的方向。

另外，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述影像放大部包括：准直透镜，其使在上述影像显示部的显示器件所发散的影像光平行；第一楔形(wedge)棱镜，其接受通过上述准直透镜而校正为平行的影像光的入射，并具备能够沿水平方向放大影像的第一放大单元；第二楔形棱镜，其接受通过上述第一楔形棱镜而沿水平方向放大的影像光的入射，并具备能够沿竖直方向放大影像的第二放大单元；以及，第三楔形棱镜，其具有与上述第二楔形棱镜相反的形状，以防在上述第二楔形棱镜反射而沿竖直方向放大的影像光和透射上述第二楔形棱镜而向使用者提供的外部影像畸变。

此时，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述第一放大单元是在内部形成光栅构造而能够向所希望的方向改变反射角的方向的全息光学元件(HOE)。

另外，根据本发明的手术用头戴式显示器其特征在于，上述第一放大单元是具有倾斜角使得反射面能够向所希望的方向改变反射角的方向的、锯齿构造的衍射光学元件(DOE)。

发明效果

如上所述，本发明采用的是以数字方式进行放大而不是以光学方式进行放大，因而比包括现有手术用放大镜在内的手术用显微镜小而轻，从而具有能够易于长时间佩戴，且能够大为提高放大倍率的优点。

另外，本发明由于施行手术人员在手术中能够简便地确认手术所需的信息，因而能够有助于提高手术的安全性和准确性。

不仅如此，本发明由于防止因实际状况与放大的影像之间所产生的识别的差异而造成的混淆，因而具有在精细的手术中也能够稳定地使用的优点。

另外，本发明由于补偿以放大影像确认实际状况时所产生的少许时间差，并且提供连手术部位外的周边状况也能够观察到的程度的宽阔的视场，因而具有能够使用于更为精细的手术的优点。

附图说明

图1a至图1c是表示了现有手术用放大镜的图。

图2是表示了现有手术用放大镜的头带的图。

图3是根据本发明的优选实施例的手术用头戴式显示器的立体图。

图4是图3的手术用头戴式显示器的内部块构成图。

图5是根据图3的手术用头戴式显示器的一实施例的影像放大部的详细构造图。

图6a至图6d是用于说明图5的影像放大部的影像水平放大原理的图。

图7是根据图3的手术用头戴式显示器的另一实施例的影像放大部的详细构造图。

图8a至图8c是用于说明图7的影像放大部的影像竖直放大原理的图。

图9是表示了图7的影像放大部的变形例的图。

图10是表示了图7的影像放大部的另一变形例的图。

具体实施方式

下面将参照各附图详细说明本发明的各优选实施例。需要注意的是，各图中各相同的符号无论在何处也尽可能表示相同的构成。在下述说明中出现各个具体特定事项，而这只是为了有助于更为全盘地理解本发明而提供的，并不是要将本发明限定在特定的实施方式，应当理解成涵盖包括在本发明的思想和技术范围内的所有变更、等同物以至替代物。而且，在说明本发明过程中，在判断为对于相关的公知功能或构成的具体说明有可能使本发明的要旨不必要地模糊的情况下省略其详细说明。

第一、第二等用语虽然能够用于说明多种构成要素，但上述各构成要素不得由上述各用语所限定。上述各用语仅仅使用于使一个构成要素区别于其它构成要素的目的。例如，在不逸出本发明的权利范围的情况下第一构成要素能够被命名为第二构成要素，与此类似地、第二构成要素也能够被命名为第一构成要素。所谓“和/或”的用语包括多个相关而记载的各项目的组合或多个相关而记载的各项目中的某一项目。

在详细的说明中所使用的用语只是为了说明特定的实施例而使用的，并无限定本发明的意图。单个的表达除非文脉上明显地另具其他含义则包括多个表达。在本申请中，“包括”或“具有”等用语应当理解为只是为了指出说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、配件或它们的组合存在，并不是预先排除一个或其以上的其它各个特征或数字、步骤、动作、构成要素、配件或它们的组合的存在或附加可能性。

除非另有定义，这里所使用的包括技术或科学用语在内的所有用语具有与本领域普通技术人员一般所理解的含义相同的含义。如在通常使用的词典中所定义那样的各用语应当解释为具有与相关技术的文脉中所含的含义一致的含义，除非在本申请中并未清楚地定义，否则就不得解释成理想的或过度地形式上的含义。

图3是根据本发明的优选实施例的手术用头戴式显示器的立体图，图4是图3的手术用头戴式显示器的内部块构成图。如图所示，根据本发明的优选实施例的手术用头戴式显示器是透视(See-Through)型，其包括：影像处理部100，其获取手术部位的影像并放大所获取的影像，以便通过肉眼能够一并确认手术部位的放大影像和实际状况；镜片101，通过其将实际状况透射而显示，并且确认在上述影像处理部100所放大的影像；以及，主体部102，其以眼镜的框架形态安装上述影像处理部100和镜片101。

影像处理部100获取手术部位的影像，并对所获取的影像进行补偿，且显示所补偿的影像，并放大所显示的影像后通过镜片101向佩戴了装置的施行手术人员提供。另一方面，上述影像处理部100能够将通过无线部150而从远程支援部160接收的包括被手术者的信息在内的手术所需的信息显示并放大，并通过镜片101而向施行手术人员提供。此时，上述包括被手术者的信息在内的手术所需的信息能够以在手术部位的被放大的影像上重叠的方式显示，根据选择还能够个别地分割画面而显示或单独显示。

为此，影像处理部100为了与远程支援部160进行无线数据通信而进一步具备用于进行基于蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、或射频(RF)的无线通信的无线部150，该无线部150还能够与上述影像处理部100分开而另行具备于下面所要说明的主体部102。上述无线部150在远程支援部160存储手术中所需的包括患者的信息在内的各种信息，或者从远程支援部160接收来自具备于外部的另外的数据库(DB)的手术所需的包括患者的信息在内的各种信息并向影像处理部100传输所述信息。

远程支援部160存储从影像处理部100接收的影像数据。远程支援部160能够包括在小型个人电脑(PC)中，且利用软件处理从影像处理部100接收的影像数据的放大和存储等。另外，远程支援部160存储手术中所需的包括患者的信息在内的各种信息，或者从具备于外部的另外的数据库(DB)收集手术所需的包括患者的信息在内的各种信息并向影像处理部100传输所述信息。此时，放大影像和各种信息能够分割而向左/右侧提供，还能够单独提供。另一方面，远程支援部160虽然在图4中是作为另外的装置而独立构成，但能够内置于影像处理部100或主体部102。利用了远程支援部160和无线部150的影像处理部100的通信在影像处理和无线数据通信中是公知的事实，因而省略对其的详细说明。

就主体部102而言，在佩戴者的眼睛周围固定影像处理部100以使佩戴者通过影像处理部100能够观察到手术部位。就主体部102而言，能够安装上述影像处理部100，并且通过控制上述影像处理部100的焦距和照明就能够以最佳状态接受鲜明的影像的输入。此时，为了控制上述影像处理部100的焦距，能够利用螺钉或止动销以能够调整上述影像处理部100的全体或一部分的位置，最好利用小型马达。

另外，主体部102具备多个控制按钮而输入包括佩戴者所希望的倍率的影像在内的控制上述远程支援部160的信号，以使上述远程支援部160向上述影像处理部100传输相应手术所需的各种信息。另一方面，主体部102能够以构成一体或结合方式具备在长时间的手术中能够稳定地佩戴装置的头固定部。头固定部能够以眼镜腿或发带等多种形态制作以便能够在佩戴者的头部固定根据本发明的手术用头戴式显示器，且头固定部能够具备收紧部以便能够根据佩戴者的情况进行调节。

参照图4，影像处理部100包括影像获取部110、影像补偿部120、影像显示部130、以及影像放大部140，且能够进一步包括无线部150。

影像获取部110由变焦透镜、光圈、以及摄像部构成。变焦透镜部以光学方式放大所入射的光线，变焦透镜部最好具备自动聚焦功能。光圈调节通过了变焦透镜部的光线的光量，若直径大则所成的像明亮，若直径小则所成的像灰暗。摄像部利用通过了光圈的光线而生成影像，并将所生成的影像转换成数字影像数据，摄像部虽然可以是电荷耦合器件(CCD)摄影机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄影机，但并不限定于此。影像获取部110向影像补偿部120传输所获取的数字影像数据。

影像补偿部120用于使手术时显得模糊的影像变得鲜明，其根据需要可以除外。

影像显示部130由显示板、背光源、以及显示器件构成。显示板从影像补偿部120接收数字影像数据，背光源是在显示器件为液晶显示器(LCD)的情况下发出所需的光的发光体。显示器件从显示板接收数字影像数据，并将其显示。在显示器件为LCD监视器(Monitor)的情况下，LCD监视器就置放于眼前从而向佩戴者呈现相当于30英寸至60英寸之大的画面。显示器件可以是LCD或有机发光二极管(OLED)，且只要是薄而轻的显示装置就能够使用。

如图5中所图示，影像放大部140包括准直透镜141、柱面透镜143、以及波导145而构成，虽然未图示，但能够选择性地进一步具备另一波导。

图5是根据图3的手术用头戴式显示器的一实施例的影像放大部的详细构造图，如图所示，影像放大部140是使在显示器件130发散的影像光通过以与上述显示器件130平行且光轴一致的方式就位的准直透镜141而变成平行光之后通过柱面透镜143，而以对于水平方向来讲是平行光而对于竖直方向来讲是沿像所放大的方向具有放大率(power)的状态向波导145内部入射。

入射至上述波导145内部的影像光在与上述波导145的入射面倾斜45度而设置的第一反射面142朝向90度方向反射而沿着水平方向与入射面平行地行进，并在上述波导145中在影像的大小由设置于上述第一反射面142的相反侧倾斜面146的水平方向放大单元148所沿水平方向放大之后，朝向垂直前方反射而从上述波导145出射，从而使用者能够收视在水平和竖直方向上比最初显示器件的大小更大地放大的影像。

此时，为了使沿水平方向的影像放大与沿竖直方向的影像放大的比率相同而使影像的畸变最小化，须使上述柱面透镜143的竖直方向影像放大比率与上述波导145的上述第一反射面142的倾斜角与上述水平方向放大单元148的倾斜角之间的比率相同。

另外，配置于上述波导145背面的另一波导(未图示)在上述波导145的水平方向放大单元148为全息光学元件(HOE)的情况下将倾斜面做成平面，且在上述波导145的水平方向放大单元148为衍射光学元件(DOE)的情况下具有与上述波导145的衍射光学元件相反的锯齿形状，从而提供一种以使用者能够观察到无畸变的外部影像的方式进行补偿的光学系统。

另一方面，影像处理部100由于在上述远程支援部160利用软件将左右影像分割而提供，因而并不是分别生成左右影像，即无需如现有技术那样具备左右影像所需的2个独立的透镜模块，因而能够提供更为小型化、轻量化的装置。

图6a至图6d是用于说明图5的影像放大部的影像水平放大原理的图，图6a是将不具有水平方向放大单元时的一般影像光的行进路径图式化的图。根据图6a，由于倾斜面的入射角θ与反射角θ＇应相同，因而入射影像光的宽度d与反射影像光的宽度d＇相同，因此可知没有影像放大效果。

图6b是将在波导145中的倾斜面146具有全息光学元件(HOE)而作为水平方向放大单元148时的影像光的行进路径图式化的图，根据图6b，就沿水平方向入射至倾斜面的影像光而言，影像光由预先输入于全息光学元件(HOE)内部的图案纹样所朝向既已输入的竖直下方反射，其中，就所述图案纹样而言，衍射的角度由影像信号的波长所决定。

此时，如图6c中所图示，为了预先对上述全息光学元件(HOE)输入衍射角度，在上述全息光学元件(HOE)的相反方向水平入射激光入射光束(Object Beam，物光束)，且以倾斜角照射另一激光光束(Reference Beam，参考光束)，从而能够在全息光学元件(HOE)的内部刻出预先输入有衍射角度的图案纹样。

这样结束输入之后，若将与使用于输入的激光光束(Object Beam)相同的波段的影像光以与激光光束(Reference Beam)相同的角度照射，则影像光由预先输入的图案纹样所朝向上述激光入射光束(Object Beam)的相反方向反射，此时影像光的光束宽度d放大成d＇而被反射。这种理论和试验已在学术上得到验证并在应用于多个领域。另外，上述全息光学元件(HOE)对于颜色的三原色即R(红)、G(绿)、B(蓝)，能够利用各自的激光而输入图案纹样，因此，为了具体实现色彩(Color)而能够对同一全息光学元件(HOE)同时照射RGB激光而输入图案纹样，或者还能够在制作输入有RGB各自的图案纹样的全息光学元件(HOE)之后以层叠方式附着在倾斜面上。光敏聚合物通常使用于上述全息光学元件(HOE)。

图6d是将在波导145中的倾斜面146具有衍射光学元件(DOE)而作为水平方向放大单元148时的影像光的行进路径图式化的图，根据图6d，沿水平方向入射至倾斜面的宽度为d的影像光由突出于上述衍射光学元件(DOE)表面的锯齿模样的反射面所反射而朝向竖直下方，并成为宽度为d＇的影像光而以被放大的状态反射。此时，各锯齿构造的间距须比可见光的波长大，因而须至少为10μm，且鉴于人的眼睛的瞳仁的大小，应为200μm以下。鉴于通过人的眼睛能够识别衍射光栅线的极限为50μm，锯齿的最为理想的间距是10-50μm之间，深度是由衍射光栅的间距和倾斜面的角度以及衍射光栅面的角度的函数所决定。

对于作为上述水平方向放大单元148的衍射光学元件(DOE)的外部面实施半透半反镜(Half Mirror)涂层(Coating)处理，使得使用者能够同时观察到在上述波导145内部反射的影像光和从外部透射的影像光。

由此，根据本发明的手术用头戴式显示器由于利用波导145所提供的水平方向放大单元148和位于上述波导145的背面的另一波导所提供的竖直方向放大单元能够放大影像，因而不仅能够使得用于放大像的透镜使用最小化，而且尽管厚度薄也能够放大影像，从而能够收视大画面。另外，最大限度地抑制使用如半透半反镜那样强行光损失的单元，从而能够提供与原图像几乎同等的水平的非常明亮而鲜明的图像。

图7是根据图3的手术用头戴式显示器的另一实施例的影像放大部的详细构造图，根据本发明的手术用头戴式显示器的另一影像放大部240包括准直透镜241、第一楔形棱镜243、第二楔形棱镜245、以及第三楔形棱镜247而构成。

根据如上所述的构成，根据本发明的手术用头戴式显示器是使在显示器件130发散的影像光通过以与上述显示器件130平行且光轴一致的方式就位的准直透镜241而变成平行光之后，向第一楔形棱镜243内部入射并沿水平方向平行地行进，并在影像的大小由设置于第一楔形棱镜243的倾斜面244的水平方向放大单元所沿水平方向放大之后，朝向竖直下方反射而从上述第一楔形棱镜243出射。另外，朝向第一楔形棱镜243的竖直下方反射的影像光向位于第一楔形棱镜243的下方的上述第二楔形棱镜245入射，并在影像的大小由位于第二楔形棱镜245的倾斜面246的竖直方向放大单元所沿竖直方向放大之后，朝向垂直前方反射而从第二楔形棱镜245出射，从而使用者能够收视在水平和竖直方向上比最初显示器件的大小更大地放大的影像。

此时，为了使沿水平方向的影像放大与沿竖直方向的影像放大的比率相同而使影像的畸变最小化，须使上述第一楔形棱镜243和上述第二楔形棱镜245的倾斜角相同。

另外，配置于上述第二楔形棱镜245背面的上述第三楔形棱镜247在上述第二楔形棱镜245的竖直方向放大单元为全息光学元件(HOE)的情况下将倾斜面做成平面，且在上述第二楔形棱镜245的竖直方向放大单元为衍射光学元件(DOE)的情况下具有与上述第二楔形棱镜245的衍射光学元件(DOE)相反的锯齿形状，从而提供一种以使用者能够观察到无畸变的外部影像的方式进行补偿的光学系统。

图7中所图示的根据本发明的另一实施例的手术用头戴式显示器的影像放大部240的影像水平放大原理与之前参照图6a至图6d而记述的影像水平放大原理相同，因而省略对其的详细说明，下面参照图8a至图8c详细说明影像竖直放大原理。

图8a至图8c均为用于说明根据本发明的手术用头戴式显示器的影像放大部的影像竖直放大原理的图，图8a是将不具有竖直方向放大单元时的一般影像光的行进路径图式化的图。根据图8a，由于倾斜面的入射角θ与反射角θ＇应相同，因而入射影像光的宽度d与反射影像光的宽度d＇相同，因而没有放大效果。

图8b是将在上述第二楔形棱镜245中的倾斜面246具有全息光学元件(HOE)而作为竖直方向放大单元248时的影像光的行进路径图式化的图，根据图8b，就沿竖直方向入射至倾斜面的影像光而言，基于与图6b中所示原理相同的原理，由于在上述全息光学元件248内部包括有预先输入的图案纹样，因而使影像光朝向既已输入的水平前方反射，其中，就所述图案纹样而言，衍射的角度由影像信号的波长所决定。

图8c是将在上述第二楔形棱镜245中的倾斜面具有衍射光学元件(DOE)而作为水平方向放大单元249时的影像光的行进路径图式化的图，根据图8c，基于与图6d中所示原理相同的原理，沿竖直方向入射至倾斜面的宽度为d的影像光由突出于上述衍射光学元件(DOE)表面的锯齿模样的反射面所反射而朝向水平前方，并成为宽度为d＇的影像光而以被放大的状态反射。对于作为上述竖直方向放大单元249的衍射光学元件(DOE)的外部面实施半透半反镜涂层(Coat ing)处理，从而能够同时观察到在上述第二楔形棱镜245内部反射的影像光和从外部透射的影像光。

图9示出了图7所示的根据本发明的手术用头戴式显示器的影像放大部240的变形例，就上述影像放大部240而言，在上述准直透镜241与上述第一楔形棱镜243之间追加设置45度反射板242，从而做成能够以在眼镜框中能够放入上述显示器件130和上述准直透镜241的构造排列。

根据如上所述的构成，在上述显示器件130发散的影像光通过以与上述显示器件平行且光轴一致的方式就位的上述准直透镜241而变成平行光之后，在上述45度反射板旋转90度而向上述第一楔形棱镜243内部入射，且如之前利用图7记述那样通过水平和竖直方向的放大单元向使用者提供放大的影像。

图10示出了图7所示的根据本发明的手术用头戴式显示器的影像放大部240的另一变形例，就上述影像放大部240而言，在上述第一楔形棱镜243与上述第二楔形棱镜245之间追加设置作为能够进一步放大水平方向和竖直方向的影像的单元的、具有放大率的透镜251，从而能够进一步扩大视场角(FOV)。

以如上构成实现的根据本发明的手术用头戴式显示器由于利用第一楔形棱镜243所提供的水平方向放大单元244和第二楔形棱镜245所提供的竖直方向放大单元(未图示)而能够放大影像，因而不仅能够使得用于放大像的透镜使用最小化，而且尽管厚度薄也能够放大影像，从而能够收视大画面。另外，最大限度地抑制使用如半透半反镜那样强行光损失的单元，从而能够提供与原图像几乎同等的水平的非常明亮而鲜明的图像。

虽然至此所进行的本发明的详细说明中关于具体实施例进行了说明，但在不逸出本发明的范围的限度内当然能够进行各种变形。因此，本发明的范围不得局限于所说明的实施例而定，应由所附的权利要求书以及与该权利要求书等同的范围而定。

因此，根据本发明的手术用头戴式显示器不仅能够应用于医学领域，而且在应用较多地使用×2-×40放大倍率的光学实体显微镜(stereo microscope)的生物学、物理学等科学领域、工程学领域也能够应用。另外，通过在产业现场适用于半导体生产工艺检查等需要放大的所有状况，就能得到比肉眼确认更宽阔的领域的影像。

Claims (5)

1.一种手术用头戴式显示器，其是透视(See-Through)型，该手术用头戴式显示器其特征在于，包括：

影像处理部，其获取手术部位的影像并放大所获取的影像，以便通过肉眼能够一并确认手术部位的放大影像和实际状况，上述影像处理部包括：

影像获取部，其由变焦透镜、光圈、以及摄像部构成而将手术部位的影像转换成数字影像数据；

影像显示部，其由显示板、背光源、以及显示器件构成而显示在上述影像获取部所转换的数字影像数据；以及，

影像放大部，其将显示于上述影像显示部的影像放大并通过镜片向佩戴者的眼睛提供放大的影像，上述影像放大部包括：

准直透镜，其使在上述影像显示部的显示器件所发散的影像光平行；

第一楔形棱镜，其接受通过上述准直透镜而校正为平行的影像光的入射，并具备能够沿水平方向放大影像的第一放大单元；

第二楔形棱镜，其接受通过上述第一楔形棱镜而沿水平方向放大的影像光的入射，并具备能够沿竖直方向放大影像的第二放大单元；以及，

第三楔形棱镜，其具有与上述第二楔形棱镜相反的形状，以防在上述第二楔形棱镜反射而沿竖直方向放大的影像光和透射上述第二楔形棱镜而向使用者提供的外部影像畸变；

镜片，通过其将实际状况透射而显示，并且确认在上述影像处理部所放大的影像；以及，

主体部，其以眼镜的框架形态安装上述影像处理部和镜片。

2.根据权利要求1所述的手术用头戴式显示器，其特征在于，

进一步包括远程支援部，其将手术所需的包括患者信息在内的各种信息收集并向上述影像处理部传输。

3.根据权利要求2所述的手术用头戴式显示器，其特征在于，

上述影像处理部，为了与上述远程支援部进行无线数据通信而进一步包括无线部，该无线部用于进行基于蓝牙、无线局域网、或射频的无线通信。

4.根据权利要求1所述的手术用头戴式显示器，其特征在于，

上述第一放大单元是全息光学元件(HOE)，所述全息光学元件包括光栅构造，以便能够向所希望的方向改变反射角的方向。

5.根据权利要求1所述的手术用头戴式显示器，其特征在于，

上述第一放大单元是具有倾斜角使得反射面能够向所希望的方向改变反射角的方向的、锯齿构造的衍射光学元件(DOE)。