KR102245346B1 - Pattern projector using rotational superposition of multiple optical diffraction element and 3D endoscopy having it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 초소형 패턴 프로젝터 및 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두 개 이상의 광회절 소자 사이에 각 오프셋을 이용하여 3차원 영상 획득을 위한 높은 밀도 및 균일도를 갖는 패턴을 형성시키는 패턴 프로젝터 및 3차원 영상을 촬영하기 위한 광회절 패턴을 조사하는 패턴 프로젝터 또는 인체 내의 관심 영역을 밝히기 위한 조명으로서의 기능을 포함하고 있는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경에 관한 것이다. The present invention relates to a microscopic pattern projector using rotational superimposition of multiple light diffraction elements and a three-dimensional endoscope having a pattern projector, and more specifically, to obtain a three-dimensional image using each offset between two or more light diffraction elements. A 3D endoscope with a pattern projector that forms a pattern with high density and uniformity, a pattern projector that irradiates a light diffraction pattern for taking a 3D image, or a pattern projector that includes a function as illumination to illuminate an area of interest in the human body It is about.

Description

다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터 및 이를 갖는 3차원 내시경{Pattern projector using rotational superposition of multiple optical diffraction element and 3D endoscopy having it}Pattern projector using rotational superposition of multiple optical diffraction element and 3D endoscopy having it

본 발명은 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 초소형 패턴 프로젝터 및 이를 갖는 3차원 내시경에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두 개 이상의 광회절 소자 사이에 각 오프셋을 이용하여 3차원 영상 획득을 위한 높은 밀도 및 균일도를 갖는 패턴을 형성시키는 패턴 프로젝터 및 3차원 영상을 촬영하기 위한 광회절 패턴을 조사하는 패턴 프로젝터 또는 인체 내의 관심 영역을 밝히기 위한 조명으로서의 기능을 포함하고 있는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-pattern projector using rotational superimposition of multiple light diffraction elements and a 3D endoscope having the same, and more specifically, a high density for 3D image acquisition by using angular offsets between two or more light diffraction elements. And a pattern projector that forms a pattern with uniformity, a pattern projector that irradiates a light diffraction pattern for photographing a 3D image, or a pattern projector that includes a function as illumination to illuminate an area of interest in the human body. It is about.

일반적으로 내시경은 직달경(直達鏡)이라 하여 하나의 통(筒)으로 이루어지며, 치료와 진단을 목적으로 인체 내부를 관찰하기 위해 환자의 체내에 삽입(체내에 삽입하는 예로는 구강을 통하여 삽입할 수 도 있으며, 수술 부위를 절개하고 절개한 곳에 삽입할 수 있다)하여 의사가 환자의 장기를 직접 육안으로 보며 치료할 경우에 사용하게 된다. In general, an endoscope is called a direct-daloscope and consists of a single tube, and is inserted into the patient's body to observe the inside of the body for the purpose of treatment and diagnosis. It can be done, and the surgical site can be incised and inserted into the incision) and used when the doctor treats the patient's organs with the naked eye.

상기와 같은 하나의 통으로 되어 있는 내시경은 2D 화면을 제공하여 입체감이 떨어지므로, 정교한 수술 시에 환자의 치료 부위에 정밀한 접근이 어려운 문제점이 있었다. 이러한 2D 화면이 제공되는 내시경에 대한 해결책으로서, 입체적인 영상을 제공하도록 한 쌍의 렌즈를 포함하는 3차원 내시경이 공지된 바 있다. 3차원 내시경은 치료 부위의 영상을 입체적으로 제공하여 관찰이 용이할 뿐만 아니라, 수술시 다양한 움직임을 용이하게 하여 기계적 수술의 정확도를 높이고, 수술 시간을 단축시키는 장점이 있어 3차원 내시경의 수요가 높아지고 있는 추세이다.Since the endoscope having a single tube as described above provides a 2D screen to reduce a three-dimensional effect, it is difficult to accurately access the patient's treatment area during elaborate surgery. As a solution to the endoscope provided with such a 2D screen, a three-dimensional endoscope including a pair of lenses to provide a three-dimensional image has been known. The 3D endoscope provides an image of the treatment area in three dimensions, making it easy to observe, as well as increasing the accuracy of mechanical surgery by facilitating various movements during surgery, and shortening the operation time, increasing the demand for a 3D endoscope. There is a trend.

종래의 3차원 내시경은 스테레오 스코픽 방식으로 양쪽 눈의 시각 차이를 이용하여 양안의 시차가 있는 한 쌍의 2D 영상을 의사의 양쪽 눈에 각각 제시하여 3차원적인 입체감을 지각할 수 있게 해주는 입체 영상 구현 기술로서 기술 구현이 쉽고 값이 싸서 상용화가 쉽지만 입체 안경과 같은 보조 기구가 필요하고 환자의 치료 부위의 3차원 영상의 정량적인 정보를 제공하지 못하는 문제점이 있다.Conventional 3D endoscopy uses the visual difference between both eyes in a stereoscopic method to present a pair of 2D images with parallax of both eyes to both eyes of the doctor to realize a three-dimensional image that allows the perception of a three-dimensional effect. As a technology, it is easy to implement and commercialize the technology because it is inexpensive, but there is a problem in that it requires an auxiliary device such as 3D glasses and does not provide quantitative information of a 3D image of a patient's treatment area.

또한, 종래기술에 따른 패턴 프로젝터 모듈은 레이저 다이오드, 렌즈부, 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고 객체에 패턴광을 투사하여 3차원 데이터를 획득하도록 구성되어 있다. 이러한 종래의 패턴 프로젝터 모듈은 각각의 필요 부품들이 개별적으로 나열되어 있는 구조로 많은 부품들과 이러한 부품들을 조립하는 공정이 복잡할 뿐만 아니라 패턴이 명확하지 못하고, 이로 인해 카메라의 명확한 패턴 인식이 어려워 획득 데이터의 해상도가 낮아지는 문제점이 있다.In addition, the pattern projector module according to the prior art includes a laser diode, a lens unit, and a micro lens array, and is configured to acquire 3D data by projecting pattern light onto an object. Such a conventional pattern projector module has a structure in which each necessary parts are individually listed, and the process of assembling many parts and these parts is complicated, and the pattern is not clear, which makes it difficult for the camera to recognize a clear pattern. There is a problem that the resolution of the data is lowered.

본 발명은 객체에 대한 3차원 영상의 정량적인 정보를 제공하기 위하여 레이저 광을 사용하고 두 개 이상의 광회절 소자 사이의 각 오프셋 조정을 통해 높은 밀도와 균일도를 가진 광회절 패턴을 관심 영역에 조사할 수 있는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses laser light to provide quantitative information on a 3D image of an object, and irradiates a light diffraction pattern with high density and uniformity to a region of interest by adjusting each offset between two or more light diffraction elements. An object of the present invention is to provide a pattern projector using rotational superposition of multiple optical diffraction elements.

또한, 본 발명은 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터가 형성하는 높은 밀도와 균일도를 갖는 광회절 패턴을 환자의 인체 내부의 관심 영역에 조사하여 3차원 영상을 획득하고, 상기 패턴 프로젝터의 광원부에서 제공하는 광을 단일 파장 레이저 또는 조명광으로 선택할 수 있어 패턴 프로젝터가 인체 내부의 관심 영역을 밝히는 조명으로서 역할도 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention obtains a three-dimensional image by irradiating a light diffraction pattern having a high density and uniformity formed by a pattern projector using rotational overlap of the light diffraction element to a region of interest inside the patient's human body, and obtains a light source unit of the pattern projector. An object of the present invention is to provide an endoscope for providing a 3D image having a pattern projector that can select light provided by a single wavelength laser or illumination light, so that the pattern projector also serves as illumination to illuminate a region of interest inside the human body.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터는 레이저 광을 출력하는 광원부; 및 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 상기 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하여 형성되는 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키는 광회절부;를 포함한다.A pattern projector using rotational superposition of multiple light diffraction elements according to an embodiment of the present invention includes: a light source unit for outputting laser light; And a light diffraction unit including two or more light diffraction elements, and generating a regular light diffraction pattern formed by passing the laser light through the light diffraction elements by adjusting a rotation angle offset between the light diffraction elements. Includes.

또한, 상기 광회절 소자는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.In addition, the light diffraction device may be a micro lens array.

또한, 상기 광회절 소자는, 기판에 다수의 원통의 실린더 형상 패턴을 형성하는 단계; 상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르 고분자 박막을 코팅하는 단계; 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 페릴린 박막을 코팅하는 단계를 통해 형성되는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.In addition, the optical diffraction element may include forming a plurality of cylindrical cylindrical patterns on a substrate; Coating a fluoropolymer thin film on the upper portion of the cylindrical cylindrical pattern and the surface of the substrate; Performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film; And a microlens array formed through the step of coating a perylline thin film on the upper portion of the pattern coated with the fluoropolymer thin film and the surface of the substrate.

또한, 상기 광회절 소자는 2차원 평면에 연속적으로 반구 형상의 렌즈가 배열되되, 렌즈의 구면과 렌즈의 구면 사이에는 플루오르 고분자 박막이 코팅되고 상기 플루오르 고분자 박막 위에 페릴린 박막 코팅되어 있는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.In addition, the optical diffraction element is a microlens array in which a hemispherical lens is continuously arranged on a two-dimensional plane, and a fluorine polymer thin film is coated between the spherical surface of the lens and the spherical surface of the lens, and a perylene thin film is coated on the fluorine polymer thin film. Can be

또한, 상기 광회절 소자가 2개이고, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 두 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 상기 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 회전각에 따른 단위 면적 당 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수를 그래프로 나타낼 때, 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 상기 그래프 내에서 증감이 변하는 범위에서의 각도 중에서 선택되어지는 오프셋 각도일 수 있다.In addition, the number of light diffraction elements is two, and the rotation angle offset between the light diffraction elements is double light per unit area according to the rotation angle output through the light diffraction elements by rotating any one of the two light diffraction elements. When the number of overlapping points of the diffraction pattern is represented by a graph, the number of overlapping points of the double light diffraction pattern may be an offset angle selected from angles in a range in which the increase or decrease in the graph is changed.

또한, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 그래프 내에서 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 극소점(local minimum point)을 갖는 각도에서 선택되어지는 오프셋 각도일 수 있다.In addition, the rotation angle offset between the light diffraction elements may be an offset angle selected from an angle in which the number of overlapping points of the double light diffraction pattern in the graph has a local minimum point.

또한, 상기 광회절 소자 사이에 유리 기판 또는 반도체 웨이퍼를 더 포함할 수 있다.In addition, a glass substrate or a semiconductor wafer may be further included between the light diffraction devices.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경은, 인체 내부의 관심 영역에 삽입되는 관 형상의 몸체를 포함하는 내시경에 있어서, 레이저 광원, 조명광원 및 광섬유 번들을 포함하고, 일단부에 있는 상기 레이저 광원 및 조명광원에서 출력되는 광이, 상기 일단부에서 타단부까지 연장된 광섬유 번들과 결합하여, 상기 타단부로 출력되도록 하는 광원부와 상기 광원부에서 출력된 광을 회절시키는 두 개 이상의 광회절 소자로 이루어진 광회절부를 포함하는 패턴 프로젝터 모듈; 및 상기 패턴 프로젝터에서 출력된 광이 상기 관심 영역에 조사되고 상기 관심 영역에서 반사되는 광을 모아 상을 맺어 영상 정보를 제공하는 촬영 모듈;을 포함하며, 상기 광회절부는, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 상기 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하여 형성되는 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시킨다. A three-dimensional endoscope having a pattern projector using rotational overlap of multiple light diffraction elements according to an embodiment of the present invention is an endoscope including a tubular body inserted into a region of interest inside a human body, a laser light source and an illumination light source And an optical fiber bundle, wherein the light output from the laser light source and the illumination light source at one end is combined with an optical fiber bundle extending from the one end to the other end, and is output to the other end. A pattern projector module including a light diffraction unit made of two or more light diffraction elements diffracting the output light; And a photographing module configured to provide image information by irradiating the light output from the pattern projector to the region of interest and collecting the light reflected from the region of interest to provide image information, wherein the light diffraction unit is disposed between the light diffraction elements. By adjusting the rotation angle offset, the laser light generates an arbitrary regular light diffraction pattern formed through the light diffraction elements.

또한, 상기 광원부는 광섬유 번들을 통해 광이 출력하도록 구성되되, 상기 광섬유 번들 중 일부는 상기 레이저 광원과 결합되고, 상기 광섬유 번들 중 다른 일부는 상기 조명광원과 결합될 수 있다. In addition, the light source unit is configured to output light through an optical fiber bundle, and some of the optical fiber bundles may be coupled to the laser light source, and another of the optical fiber bundles may be coupled to the illumination light source.

또한, 상기 레이저 광원과 결합된 상기 광섬유 번들 중 일부가 상기 광섬유 번들의 중심에 위치할 수 있다.In addition, some of the optical fiber bundles coupled with the laser light source may be located at the center of the optical fiber bundle.

또한, 상기 광회절부는 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하는 경우 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 통하여 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키고, 상기 조명광원에서 출력되는 백색광이 상기 광회절 소자들을 통과하는 경우 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 통하여 상기 백색광을 산란 및 회절시킬 수 있다. In addition, when the light diffraction unit includes two or more light diffraction elements, and the laser light output from the laser light source passes through the light diffraction elements When a regular light diffraction pattern is generated through the rotation angle offset between the light diffraction elements, and the white light output from the illumination light source passes through the light diffraction elements, the rotation angle offset between the light diffraction elements is used. White light can be scattered and diffracted.

또한, 상기 광회절 소자는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.In addition, the light diffraction device may be a micro lens array.

또한, 상기 광회절 소자는 기판에 다수의 원통의 실린더 형상 패턴을 형성하는 단계; 상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르 고분자 박막을 코팅하는 단계; 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 페릴린 박막을 코팅하는 단계를 통해 형성되는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다.In addition, the optical diffraction device comprises the steps of forming a plurality of cylindrical cylindrical patterns on a substrate; Coating a fluoropolymer thin film on the upper portion of the cylindrical cylindrical pattern and the surface of the substrate; Performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film; And a microlens array formed through the step of coating a perylline thin film on the upper portion of the pattern coated with the fluoropolymer thin film and the surface of the substrate.

또한, 상기 광회절 소자는 2차원 평면에 연속적으로 반구 형상의 렌즈가 배열되되, 상기 렌즈의 구면과 렌즈의 구면 사이에는 플루오르 고분자 박막이 코팅되고 상기 플루오르 고분자 박막 위에 페릴린 박막 코팅되어 있는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. In addition, the optical diffraction element is a microlens in which a hemispherical lens is continuously arranged on a two-dimensional plane, and a fluorine polymer thin film is coated between the spherical surface of the lens and the spherical surface of the lens, and a perylene thin film is coated on the fluorine polymer thin film. It can be an array.

또한, 상기 광회절 소자가 2개이고, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 두 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 상기 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 회전각에 따른 단위 면적 당 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수를 그래프로 나타낼 때, 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 상기 그래프 내에서 증감이 변하는 범위에서의 각도 중에서 선택되어지는 오프셋 각도일 수 있다.In addition, the number of light diffraction elements is two, and the rotation angle offset between the light diffraction elements is double light per unit area according to the rotation angle output through the light diffraction elements by rotating any one of the two light diffraction elements. When the number of overlapping points of the diffraction pattern is represented by a graph, the number of overlapping points of the double light diffraction pattern may be an offset angle selected from angles in a range in which the increase or decrease in the graph is changed.

또한, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 그래프 내에서 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 극소점(local minimum point)을 갖는 각도에서 선택되어지는 오프셋 각도일 수 있다.In addition, the rotation angle offset between the light diffraction elements may be an offset angle selected from an angle in which the number of overlapping points of the double light diffraction pattern in the graph has a local minimum point.

또한, 상기 레이저 광원은 초록색 레이저일 수 있다. In addition, the laser light source may be a green laser.

또한, 상기 레이저 광원은 적외선 레이저일 수 있다. In addition, the laser light source may be an infrared laser.

본 발명의 패턴 프로젝터는 두 개 이상의 광회절 소자의 각 오프셋을 조정하는 회전 중첩을 통하여 높은 밀도와 균일도를 가지는 광회절 패턴을 조사할 수 있다.The pattern projector of the present invention can irradiate a light diffraction pattern having a high density and uniformity through rotational overlap for adjusting each offset of two or more light diffraction elements.

또한, 높은 밀도와 균일도를 가지는 광회절 패턴을 조사함으로써 관심 영역의 3차원 영상 데이터의 해상도를 증가시키고 3차원 영상 데이터에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 있다.In addition, by irradiating a light diffraction pattern having a high density and uniformity, it is possible to increase the resolution of the 3D image data of the ROI and obtain quantitative information on the 3D image data.

본 발명의 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경은 두 개 이상의 광회절 소자의 각 오프셋을 조정하는 회전 중첩을 통하여 높은 밀도와 균일도를 가지는 광회절 패턴을 조사하여 인체 내의 관심 영역의 3차원 영상 데이터의 해상도를 증가시키고 3차원 영상 데이터에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 있다.The endoscope for providing a 3D image with a pattern projector of the present invention irradiates a light diffraction pattern having a high density and uniformity through rotational superposition that adjusts each offset of two or more light diffraction elements, and the 3D image data of the region of interest in the human body It is possible to increase the resolution of and obtain quantitative information on 3D image data.

또한, 패턴 프로젝터의 광원으로서 단일 파장의 레이저와 조명광을 포함하도록 하여 단일 파장의 레이저 선택 시 3차원 영상 데이터를 얻고, 조명광인 백색광을 선택 시 인체 내 관심 영역을 밝히는 조명으로서 역할이 가능하며, 이 때 상기 광회절 소자는 백색광이 통과할 때 상기 백색광을 산란 및 회절시킴으로써 넓은 광각을 갖는 균일한 조명의 형성이 가능하다.In addition, by including a single wavelength laser and illumination light as the light source of the pattern projector, 3D image data is obtained when a single wavelength laser is selected, and when white light, which is an illumination light, is selected, it can serve as illumination to illuminate the region of interest in the human body. At this time, the light diffraction element scatters and diffracts the white light when the white light passes, so that uniform illumination having a wide wide angle can be formed.

또한, 내시경의 광원을 두 가지 기능을 가지는 패턴 프로젝터로 이용하고 3차원 영상을 단일 렌즈를 통해 획득하여 내시경의 직경을 최소화함에 따라 인체 내 삽입이 용이하고, 인체를 절개하여 삽입 시 절개 부위를 최소화하여 수술 후 회복 속도가 빠른 효과가 있다.In addition, as the light source of the endoscope is used as a pattern projector with two functions and the diameter of the endoscope is minimized by acquiring a 3D image through a single lens, it is easy to insert into the human body, and the incision area is minimized when inserting by cutting the human body. Therefore, there is an effect that the recovery speed after surgery is fast.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회절 중첩을 이용한 패턴 프로젝터의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전각 오프셋 조정을 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광회절 소자인 마이크로 렌즈 어레이의 제작 공정의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광회절 소자인 마이크로 렌즈 어레이의 제작 공정의 순서도이다.
도 5는 페릴린 코팅 전의 마이크로 렌즈 어레이의 부분 확대도이다.
도 6은 페릴린 코팅 후의 마이크로 렌즈 어레이의 부분 확대도이다.
도 7은 페릴린 코팅이, 패턴의 분포와 균일도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다
도 8a는 광회절 소자를 1개 사용한 경우의 광회절 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8b는 광회절 소자를 2개 사용한 경우 각도오프셋이 없을 때의 광회절 패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 오프셋 각도 변화에 따른 광회절 패턴의 겹치는 픽셀 수를 나타낸 그래프이다.
도 10은 오프셋 각도 변화에 따른 광회절 패턴의 대비값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 복수의 광회절 소자 사이의 오프셋 각도 0°, 5°, 15°, 22.5°, 30° 및 35°에서의 광회절 패턴을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경 부분 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 레이저 광원 및 조명광원 스위칭에 따른 효과에 대한 패턴 프로젝터의 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 내시경에서, 조명광원으로부터 출력되는 백색광이 광회절부를 통과하는 경우의 효과를 나타낸 도면이다.1 is an exploded perspective view of a pattern projector using diffraction superposition of multiple optical diffraction elements according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating adjustment of a rotation angle offset of a multiple optical diffraction device according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a manufacturing process of a microlens array as a light diffraction device according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a manufacturing process of a microlens array as a light diffraction device according to an embodiment of the present invention.
5 is a partially enlarged view of a micro lens array before perylline coating.
6 is a partially enlarged view of a micro lens array after perylline coating.
7 is a diagram showing the effect of perylline coating on the distribution and uniformity of the pattern
8A is a diagram showing a light diffraction pattern when one light diffraction element is used.
8B is a diagram showing a light diffraction pattern when two light diffraction elements are used and there is no angular offset.
9 is a graph showing the number of overlapping pixels of a light diffraction pattern according to a change in an offset angle.
10 is a graph showing a contrast value of a light diffraction pattern according to a change in an offset angle.
11 is a diagram showing a light diffraction pattern at offset angles of 0°, 5°, 15°, 22.5°, 30°, and 35° between a plurality of light diffraction elements.
12 is a partial perspective view of an endoscope providing a 3D image having a pattern projector according to an embodiment of the present invention.
13 is a schematic cross-sectional view of an endoscope for providing a 3D image having a pattern projector according to an embodiment of the present invention.
14 is a schematic cross-sectional view of a pattern projector for the effect of switching the laser light source and the illumination light source of the present invention.
15 is a diagram illustrating an effect of a case where white light output from an illumination light source passes through a light diffraction portion in a 3D endoscope according to an embodiment of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회절 중첩을 이용한 패턴 프로젝터의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a pattern projector using diffraction superposition of multiple optical diffraction elements according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터는 광원부(10)와 광회절부(220)를 포함한다. 광원부(10)는 임의의 파장을 갖는 레이저 광을 출력하며, 가시광선 및 적외선 파장 영역에서 선택되어지는 파장을 갖는 레이저로 이루어진다. 또한 광회절부(220)는 광원부(10)와 이격되어 배치되고 광원부(10)에서 출력되는 레이저 광을 회절시켜 광회절 패턴을 형성시킨다. 다시 말해, 광회절부(220)는 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 광원부에서 출력되는 레이저 광이 광회절 소자들을 통과하면서 형성되는 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키도록 한다.Referring to FIG. 1, a pattern projector using rotational superposition of multiple light diffraction elements according to an embodiment of the present invention includes a light source unit 10 and a light diffraction unit 220. The light source unit 10 outputs laser light having an arbitrary wavelength, and is made of a laser having a wavelength selected from visible and infrared wavelength ranges. In addition, the light diffraction unit 220 is disposed to be spaced apart from the light source unit 10 and diffracts the laser light output from the light source unit 10 to form a light diffraction pattern. In other words, the light diffraction unit 220 includes two or more light diffraction elements, and by adjusting the rotation angle offset between the light diffraction elements, the laser light output from the light source unit passes through the light diffraction elements. Try to generate a diffraction pattern.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전각 오프셋 조정을 설명하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating adjustment of a rotation angle offset of a multiple optical diffraction device according to an embodiment of the present invention.

도 2을 참조하면, 광회절부(220)는 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 각각의 광회절 소자는 일정한 재질과 구조를 가진다. 도 2과 같이 각각의 광회절 소자가 서로 직교하는 두 축이 이루는 평면상에 있을 때 광원부에서 출력되는 광이 먼저 통과하는 제1 광회절 소자(230)와 제1 광회절 소자와 일정 간격으로 이격된 제2 광회절 소자(240)는 각 소자의 수직 축 y1과 축 y2가 θ만큼 어긋나는 오프셋 각을 형성하게 된다. 따라서 광원부에서 출력된 레이저 광은 일정한 오프셋 각으로 회전되어 중첩된 광회절 소자들을 통과함으로써 회절 패턴을 형성하게 된다. 각각의 광회절 소자 사이에는 일정한 간격으로 이격되어 있으며, 유리 기판(예를 들어, 커버 글라스) 또는 반도체 웨이퍼가 있을 수 있다.Referring to FIG. 2, the light diffraction unit 220 includes two or more light diffraction elements, and each light diffraction element has a certain material and structure. As shown in FIG. 2, when each of the light diffraction elements is on a plane formed by two orthogonal axes, the first light diffraction element 230 through which the light output from the light source first passes and the first light diffraction element are spaced apart from each other at a predetermined interval. The second optical diffraction element 240 forms an offset angle in which the vertical axis y1 and the axis y2 of each element are shifted by θ. Accordingly, the laser light output from the light source unit is rotated at a constant offset angle to pass through the overlapping optical diffraction elements to form a diffraction pattern. A glass substrate (eg, a cover glass) or a semiconductor wafer may be spaced apart at regular intervals between each of the light diffraction elements.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 광회절 소자인 마이크로 렌즈 어레이 제작 공정의 개념도를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광회절 소자인 마이크로 렌즈 어레이 제작 공정의 순서도를 나타낸다. 3 is a conceptual diagram illustrating a process of manufacturing a microlens array, which is an optical diffraction device, according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a microlens array, which is an optical diffraction device, according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 광회절부(220)를 이루는 광회절 소자(230, 240)는 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. 광회절 소자인 마이크 렌즈 어레이는 하기에서 설명하는 공정에 의해 제작될 수 있다. 먼저, 기판(221)에 원통의 실린더 형상 패턴(222)을 형성(S10)한다. 이 때, 기판(221)은 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 원통의 실린더 형상 패턴(222)은 포토레지스트(photo resist) 또는 고분자(polymer) 패턴으로 일반적으로 반도체 식각 또는 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 후, 패턴(222)의 상부 면과 기판(221)의 표면에 플루오르 고분자 박막(223)을 코팅(S20)한다. 플루오르 고분자 박막(223)은 C3F8, C4F8, CHF3 등 다양한 전구 물질을 이용하여 구성될 수 있다. 다음에, 플루오르 고분자 박막이 코팅된 패턴에 대해 열적 리플로우 처리로서, 열처리 공정을 수행(S30)하면, 즉, 포토레지스트 또는 고분자의 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg) 이상의 온도로 가열하면, 포토레지스트 또는 고분자의 표면적이 줄어드는 과정이 발생하면서 구면 형상의 렌즈가 형성된다. 열처리를 하여 구면 형상을 이룬 마이크로 렌즈 어레이의 표면에 페릴린(parylene) 코팅(S40)을 한다.3 and 4, the light diffraction elements 230 and 240 constituting the light diffraction unit 220 may be a micro lens array. A microphone lens array, which is a light diffraction element, may be manufactured by a process described below. First, a cylindrical cylindrical pattern 222 is formed on the substrate 221 (S10). In this case, the substrate 221 may be formed of a glass substrate or a silicon wafer. In addition, the cylindrical cylindrical pattern 222 is a photoresist or polymer pattern, and may be generally formed through a semiconductor etching process or a photolithography process. Thereafter, a fluoropolymer thin film 223 is coated on the upper surface of the pattern 222 and the surface of the substrate 221 (S20). The fluorine polymer thin film 223 may be constructed using various precursor materials such as C 3 F 8 , C 4 F 8 , and CHF 3. Next, when performing a heat treatment process (S30) as a thermal reflow treatment on the pattern coated with the fluoropolymer thin film, that is, heating to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the photoresist or polymer, As a process of reducing the surface area of the photoresist or polymer occurs, a spherical lens is formed. A parylene coating (S40) is applied to the surface of the microlens array having a spherical shape by heat treatment.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이는 2차원 평면에 매트릭스 구조로 연속적인 반구 형상의 렌즈가 Rectangular 또는 Hexagonal Array로 배열되고 렌즈의 구면과 렌즈의 구면 사이에는 플루오르 고분자 박막이 코팅될 수 있으며 플루오르 고분자 박막 위에 페릴린 박막이 코팅될 수 있다. In the microlens array according to an embodiment of the present invention, a continuous hemispherical lens in a matrix structure in a two-dimensional plane is arranged in a rectangular or hexagonal array, and a fluorine polymer thin film may be coated between the spherical surface of the lens and the spherical surface of the lens. A perylline thin film may be coated on the fluorine polymer thin film.

도 5은 페릴린 코팅 전의 마이크로 렌즈 어레이의 부분 확대도를 나타내고, 도 6은 페릴린 코팅 후의 마이크로 렌즈 어레이의 부분 확대도를 나타낸다.5 shows a partial enlarged view of the microlens array before perillary coating, and FIG. 6 shows a partially enlarged view of the microlens array after perylline coating.

레이저 광이 마이크로 렌즈 어레이를 통과하게 되면 회절되어 회절 패턴광을 형성하게 되는데 마이크로 렌즈 어레이의 충진율이 높을수록 회절 패턴이 균일한 세기 분포를 보이게 된다. 즉, 회절이 잘 일어나고 회절 차수 0차에 회절광의 세기가 집중되지 않고 회절 차수가 커짐에 따른 세기 변화가 적다는 특징을 가진다. 회절차수 0차란 회절소자가 직진광으로 그대로 진행하는 것을 말하며, 입사된 빛의 전체 에너지중 직진광으로 그대로 진행하는 빛의 에너지 비율이 커지면 전체적인 패턴의 균일도가 낮아지게 되고, 직진광으로 그대로 진행하는 빛의 에너지 비율이 줄어들면 전체적인 패턴의 균일도가 높아지게 된다. When the laser light passes through the microlens array, it is diffracted to form diffraction pattern light. As the filling rate of the microlens array increases, the diffraction pattern shows a uniform intensity distribution. That is, diffraction occurs well, the intensity of diffracted light is not concentrated at the 0th diffraction order, and the intensity change is small as the diffraction order increases. The 0th diffraction order means that the diffraction element proceeds as straight light, and if the energy ratio of the light that proceeds as straight light out of the total energy of the incident light increases, the overall pattern uniformity decreases and proceeds as straight light. As the energy ratio of light to be reduced is reduced, the overall pattern uniformity increases.

또한, 마이크로 렌즈 어레이의 곡률이 높을수록 빛의 굴절이 잘 일어나게 되어 높은 회절 차수의 패턴에 더 많은 빛 에너지를 전달하여서 넓은 범위의 에너지 분포를 가지는 패턴을 형성할 수 있다.In addition, the higher the curvature of the microlens array, the better the refraction of light occurs, so that more light energy can be transferred to a pattern having a high diffraction order, thereby forming a pattern having a wide range of energy distribution.

도 7은 마이크로 렌즈 어레이의 페릴린 코팅이, 패턴의 분포와 균일도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing the effect of perylline coating of a micro lens array on the distribution and uniformity of a pattern.

도 7을 참조하면, 페릴린 코팅을 하지 않은 경우 직진광에 의해 레이저 광의 에너지가 굴절 없이 지나가게 되어 회절차수 0차에 에너지가 집중되는 부분이 생기는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 페릴린 코팅을 한 경우 충진율이 높아져 대부분의 빛이 마이크로렌즈 어레이 표면에서 굴절이 일어나 회절차수 0차에 에너지가 집중되는 부분이 줄어들고 페릴린 코팅을 하지 않은 경우에 비해 패턴의 균일도가 높아진 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the energy of the laser light passes without refraction due to the straight light when the perylene coating is not applied, so that a portion where the energy is concentrated at the 0th diffraction order occurs. On the other hand, when perillary coating is applied, the filling rate is increased, and most of the light is refracted on the surface of the microlens array, reducing the area where energy is concentrated at the 0th diffraction order. You can see that it has increased.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광회절 소자인 마이크로 렌즈 어레이는 페릴린 코팅을 통하여 마이크로 렌즈 어레이의 충진율을 더 높일 수 있고, 페릴린 코팅을 한 마이크로 렌즈 어레이를 광회절 소자로 사용하는 경우 3차원 영상 획득을 위한 광회절 패턴이 높은 밀도와 균일도를 가지게 된다.That is, the microlens array, which is a light diffraction device according to an embodiment of the present invention, can further increase the filling rate of the microlens array through perylline coating, and when a microlens array coated with perylene is used as an optical diffraction device. The light diffraction pattern for acquiring a 3D image has a high density and uniformity.

도 8a 및 8b는 다중 광회절 소자를 사용할 때 높은 광회절 패턴 균일도를 갖게됨을 보여주는 도면으로서, 도 8a는 광회절 소자를 1개 사용한 경우의 광회절 패턴을 나타낸 도면이고, 도 8b는 광회절 소자를 2개 사용한 경우 각도오프셋이 없을 때(즉, 오프셋 각도가 0°)의 광회절 패턴을 나타낸 도면이다.8A and 8B are diagrams showing high light diffraction pattern uniformity when using multiple light diffraction devices, FIG. 8A is a view showing a light diffraction pattern when one light diffraction device is used, and FIG. 8B is a light diffraction device This is a diagram showing a light diffraction pattern when there is no angle offset (that is, the offset angle is 0°) when two are used.

도 8b를 참조하면, 도 8a와 비교했을 때 FOV(Field Of View;시야)가 높아지는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8B, it can be seen that the field of view (FOV) is increased when compared to FIG. 8A.

또한, 도 8a 및 도 8b의 확대부분을 참조하면, 광회절 소자를 1개 사용할 때보다 2개 사용했을 때, 마이크로렌즈 어레이의 표면에서 굴절이 두 번 일어남에 따라 광회절 패턴의 균일도가 높아지게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 2개 이상의 광회절 소자를 사용하는 것만으로도 본원발명과 같은 레이저 점광원에 의해, 넓은 시야 및 높은 균일도를 가지는 패턴의 형성이 가능하므로, 넓은 시야 및 높은 균일도를 가지는 패턴을 형성하기 위해 광원을 확산시켜주는 별도의 장치가 불필요하고 이로 인해, 패턴 프로젝터의 구조 단순화, 소형화, 비용절감 등의 효과가 있다. In addition, referring to the enlarged portions of FIGS. 8A and 8B, when two light diffraction elements are used than when one light diffraction element is used, the uniformity of the light diffraction pattern increases as refraction occurs twice on the surface of the microlens array. I can see that. That is, it is possible to form a pattern with a wide field of view and high uniformity by the laser point light source like the present invention just by using two or more light diffraction elements, so to form a pattern with a wide field of view and high uniformity A separate device for diffusing the light source is unnecessary, and thus, there are effects such as simplification, miniaturization, and cost reduction of the pattern projector.

도 9는 오프셋 각도 변화에 따른 광회절 패턴의 겹치는 픽셀 수를 나타낸 그래프이며, 도 10은 오프셋 각도 변화에 따른 광회절 패턴의 대비값을 나타낸 그래프이고, 도 11은 복수의 광회절 소자 사이의 오프셋 각도 0°, 5°, 15°, 22.5°, 30° 및 35°에서의 광회절 패턴을 나타낸 도면이다.9 is a graph showing the number of overlapping pixels of a light diffraction pattern according to a change in an offset angle, FIG. 10 is a graph showing a contrast value of the light diffraction pattern according to a change in an offset angle, and FIG. 11 is an offset between a plurality of light diffraction elements It is a diagram showing a light diffraction pattern at angles of 0°, 5°, 15°, 22.5°, 30° and 35°.

도 9 내지 도 11은 두 개의 광회절 소자를 이용하여 도 2과 같이 제2 광회절 소자를 0°내지 45°까지 회전하면서 형성되는 광회절 소자 사이의 오프셋 각도 변화에 따른 광회절 패턴에 대한 것이다. 도 9를 참조하면, 광회절 소자 사이의 오프셋 각도가 22.5°, 28° 및 37°인 경우에 광회절 패턴의 겹치는 픽셀 수가 현저히 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10을 참조하면, 광회절 소자 사이의 오프셋 각도가 22.5°, 28° 및 37°인 경우에 광회절 패턴의 대비값이 극대값을 갖는 것을 알 수 있다. 또한 도 11을 참조하면, 광회절 소자 사이의 오프셋 각도가 22.5°인 경우에 광회절 패턴의 점(dot)의 수가 현저히 감소하나 패턴의 대비가 확연히 뚜렷하다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 프로젝터 모듈은 패턴 프로젝터에 의해 출력된 광회절 패턴을 객체에 조사하여 상기 객체의 3차원 영상에 대한 해상도를 증가시키고 3차원 영상에 대한 정량적인 프로파일을 얻고자 하는 것이므로 상기 광회절 패턴은 높은 밀도와 동시에 균일도를 가져야 한다. 즉, 단위 면적에 패턴 점의 수가 많아야 하며, 높은 차수의 광회절 패턴의 세기가 강해서 대비가 좋아야 한다는 것을 의미한다. 도 9 및 도 10에서 광회절 소자 사이의 오프셋 각도 22.5°, 28° 및 37°에서 형성된 광회절 패턴은 높은 밀도와 균일도를 가진다. 광회절 소자 사이의 오프셋 각도 22.5° 또는 28°는 단위 면적 당 패턴의 수가 많으며 패턴을 이루는 점의 겹침이 적어 뚜렷한 패턴이 형성되고, 오프셋 각도 37°는 패턴을 이루는 점의 겹침이 현저히 줄어들어 매우 뚜렷한 패턴이 형성되나 오프셋 각도 22.5° 또는 28°에 비하여 밀도는 다소 낮은 특징을 보인다. 하지만 패턴 프로젝터에 의해 광회절 패턴이 조사되는 객체와 광회절부 사이의 거리를 고려할 때, 거리가 짧은 경우 오프셋 각도 37°의 경우가 오프셋 각도 22.5°와 28°에 비하여 유리할 수 있다.9 to 11 are light diffraction patterns according to a change in the offset angle between the light diffraction elements formed while rotating the second light diffraction element as shown in Fig. 2 using two light diffraction elements. . Referring to FIG. 9, it can be seen that when the offset angles between the light diffraction elements are 22.5°, 28°, and 37°, the number of overlapping pixels of the light diffraction pattern is significantly reduced. In addition, referring to FIG. 10, when the offset angles between the light diffraction elements are 22.5°, 28°, and 37°, it can be seen that the contrast value of the light diffraction pattern has a maximum value. In addition, referring to FIG. 11, it can be seen that when the offset angle between the optical diffraction elements is 22.5°, the number of dots of the optical diffraction pattern is remarkably reduced, but the contrast of the patterns is remarkably clear. The pattern projector module according to an embodiment of the present invention is to increase the resolution of the 3D image of the object by irradiating the light diffraction pattern output by the pattern projector to the object and obtain a quantitative profile for the 3D image. Therefore, the light diffraction pattern must have high density and uniformity at the same time. In other words, it means that the number of pattern points must be large in a unit area, and the intensity of the high-order light diffraction pattern must be strong, so that the contrast must be good. In FIGS. 9 and 10, the light diffraction patterns formed at offset angles of 22.5°, 28°, and 37° between the light diffraction elements have high density and uniformity. The offset angle of 22.5° or 28° between the optical diffraction elements has a large number of patterns per unit area, and the overlapping of the dots forming the pattern is small to form a distinct pattern, and the offset angle of 37° is very distinct because the overlapping of the dots forming the pattern is significantly reduced. The pattern is formed, but the density is somewhat lower than the offset angle of 22.5° or 28°. However, when considering the distance between the object irradiated with the light diffraction pattern by the pattern projector and the light diffraction part, when the distance is short, the offset angle of 37° may be advantageous compared to the offset angles of 22.5° and 28°.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터에서 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 광원부에서 출력되는 레이저의 파장에 따라 달라질 수 있으며, 두 개의 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 상기 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 회전각에 따른 단위 면적 당 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수를 그래프로 나타낼 때, 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 상기 그래프 내에서 증감이 변하는 범위에서의 각도 중에서 선택될 수 있다. 더욱이, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 그래프 내에서 극소점(local minimum point)을 갖는 각도에서 선택되어지는 오프셋 각도인 것이 광회절 패턴의 밀도와 균일도가 높다는 측면에서 바람직하다. 이 때 극소값이라 함은 광회절 소자 사이의 오프셋 각도에 따른 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 단위 면적 당 광회절 패턴의 점의 수를 그래프로 나타낼 때 오프셋 각도의 증가에 따라 단위 면적 당 광회절 패턴의 점의 수의 증감이 변하는 곳에서의 오프셋 각도를 의미한다. 또한, 오프셋 각의 변화에 따른 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 단위 면적 당 광회절 패턴의 점의 수를 그래프로 나타낼 수 있지만, 오프셋 각의 변화에 따른 광회절 소자를 통과하여 출력되는 광회절 패턴의 겹치는 픽셀 수를 그래프로 나타내어 최적의 오프셋 각도를 정할 수 있다.In the pattern projector using rotational overlap of multiple light diffraction elements according to an embodiment of the present invention, the rotation angle offset between the light diffraction elements may vary depending on the wavelength of the laser output from the light source unit, and any of the two light diffraction elements When one is rotated and the number of overlapping points of the double optical diffraction pattern per unit area according to the rotation angle output through the optical diffraction elements is represented as a graph, the number of overlapping points of the double optical diffraction pattern is within the graph. It can be selected from angles in the range in which the increase or decrease in is changed. Moreover, the rotation angle offset between the light diffraction elements is preferably an offset angle selected from an angle having a local minimum point in the graph in terms of high density and uniformity of the light diffraction pattern. In this case, the minimum value is a graph showing the number of points of the optical diffraction pattern per unit area output through the optical diffraction elements according to the offset angle between the optical diffraction elements. It means the offset angle where the increase or decrease of the number of points of is changed. In addition, the number of points of the optical diffraction pattern per unit area output through the optical diffraction element according to the change of the offset angle can be expressed as a graph, but the optical diffraction pattern output through the optical diffraction element according to the change of the offset angle. By plotting the number of overlapping pixels of, the optimal offset angle can be determined.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경의 부분 사시도를 나타낸다.12 is a partial perspective view of an endoscope for providing a 3D image having a pattern projector according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경(1000)은 관 형상의 몸체(100)와 몸체의 일단에 조작부(미도시)가 형성되고 몸체의 타단에 인체 내부에 삽입되어 관찰, 검사 및 수술의 역할을 수행하는 탐색부(110)를 포함하여 이루어진다. 몸체(100)는 일단부에 조작부(미도시)가 형성되고, 타단부에는 탐색부(110)가 형성되는 통상의 내시경의 구성이 적용될 수 있으며, 도 12는 내시경의 타단부를 도시한다. Referring to FIG. 12, a 3D image providing endoscope 1000 having a pattern projector has a tubular body 100 and an operation unit (not shown) formed at one end of the body and inserted into the human body at the other end of the body for observation, It comprises a search unit 110 that performs the role of examination and surgery. The body 100 may be configured of a conventional endoscope in which an operation part (not shown) is formed at one end and a search unit 110 is formed at the other end, and FIG. 12 shows the other end of the endoscope.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 영상 제공 내시경의 개략적인 단면도를 나타낸다.13 is a schematic cross-sectional view of an endoscope for providing a 3D image having a pattern projector according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 내시경(1000)은 패턴 프로젝터 모듈(200)과 촬영 모듈(300)을 포함하며, 패턴 프로젝터 모듈(200)은 레이저 광원, 조명광원 및 광섬유 번들을 포함하고, 일단부에 있는 레이저 광원 및 조명광원에서 출력되는 광이 일단부에서 타단부로 연장되어 있는 광섬유 번들을 통과하여 타단부에 출력되도록 하는 광원부(210)와 광원부에서 출력되는 광을 회절시키는 광회절부(220)로 이루어지고, 촬영 모듈(300)은 패턴 프로젝터 모듈에서 나오는 광이 인체 내부의 관심 영역을 조사하면 상기 관심 영역에서 반사된 광을 모아 상을 맺은 후 내시경의 일단부에 연결된 디스플레이 장치에 영상 정보를 제공한다.13, the endoscope 1000 of the present invention includes a pattern projector module 200 and a photographing module 300, and the pattern projector module 200 includes a laser light source, an illumination light source, and an optical fiber bundle. A light source unit 210 for diffracting light output from the light source unit and a light diffraction unit 220 for diffracting light output from the light source unit and a light source unit 210 that allows the light output from the laser light source and the illumination light source in the unit to pass through an optical fiber bundle extending from one end to the other end to be output ), and when the light emitted from the pattern projector module irradiates a region of interest inside the human body, the image information on the display device connected to one end of the endoscope after collecting the reflected light from the region of interest and forming an image Provides.

상기 패턴 프로젝터 모듈(200)은 광원부(210)에서 출력되는 광이 레이저 및 조명광을 포함할 수 있으며 본 발명의 내시경의 일단부에 레이저 광원와 조명광원을 On/Off시키는 스위치가 구성된다. 상기 레이저 광원 및 조명광원에서 출력되는 광은 광섬유 번들을 통과하여 나오게 되며, 광섬유 번들 중 일부 또는 적어도 하나의 광섬유는 단일 파장의 레이저 광과 결합되고, 광섬유 번들 중 다른 일부는 조명광과 결합된다. 이 때, 레이저 광과 결합되는 광섬유 번들 중 하나 또는 일부는 광섬유 번들의 중심에 위치하는 광섬유인 것이 바람직하다.The pattern projector module 200 may include laser and illumination light output from the light source unit 210, and a switch for turning on/off the laser light source and the illumination light source is configured at one end of the endoscope of the present invention. The light output from the laser light source and the illumination light source passes through the optical fiber bundle, and some or at least one optical fiber of the optical fiber bundle is combined with laser light of a single wavelength, and another part of the optical fiber bundle is combined with the illumination light. In this case, it is preferable that one or some of the optical fiber bundles coupled with the laser light is an optical fiber located at the center of the optical fiber bundle.

도 14는 본 발명의 레이저 광원 및 조명광원 스위칭에 따른 효과에 대한 패턴 프로젝터의 개략 단면도를 나타낸다.14 shows a schematic cross-sectional view of a pattern projector for the effect of switching the laser light source and the illumination light source of the present invention.

도 14를 참조하면, 상기 광원부(210)에서 레이저 광원의 스위치가 켜진 경우, 광섬유에 결합된 레이저 광이 출력되게 되고, 광섬유를 통과한 레이저 광은 출력 위치가 고정되고 원형의 평행 광선인 특징을 가진다. 출력된 레이저 광은 광회절부(220)를 통과하면서 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 가진 패턴 광이 되며 인체 내부의 관심 영역에 조사되게 된다. 조사된 패턴 광이 상기 관심 영역에서 반사되면 촬영 모듈은 반사된 광을 모아 상을 형성하고 내시경의 일단부에 연결된 디스플레이 장치에 상기 관심 영역의 3차원 영상 정보를 제공하고 사용자는 인체 내부의 관심 영역의 3차원 영상의 프로파일에 대한 정보를 정량적으로 얻게 된다. 이 때 3차원 영상 정보를 얻고자하는 인체 내부의 관심 영역은 주로 빨간색을 띄어 빨간색 레이저에 의한 패턴 광은 육안으로 패턴 광이 상기 관심 영역에 잘 조사되는지 확인하기가 어려운 문제가 있으므로, 단일 파장 레이저 광의 파장 영역은 500nm 내지 570nm 사이에서 선택되어진 초록색 광인 것이 바람직하다. 또한, 단일 파장 레이저 광은 파장이 700nm보다 긴 적외선일 수 있다. 인체 내부의 관심 영역이 가시광선에 예민한 경우 적외선 레이저를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 14, when the switch of the laser light source is turned on in the light source unit 210, the laser light coupled to the optical fiber is output, and the laser light passing through the optical fiber has a fixed output position and is a circular parallel light beam. Have. The output laser light passes through the light diffraction unit 220 and becomes patterned light having an arbitrary regular light diffraction pattern, and is irradiated to a region of interest inside the human body. When the irradiated pattern light is reflected from the region of interest, the photographing module collects the reflected light to form an image and provides 3D image information of the region of interest to a display device connected to one end of the endoscope, and the user receives the region of interest inside the human body. Information about the profile of the 3D image is obtained quantitatively. At this time, the region of interest inside the human body for obtaining 3D image information is mainly red, so the pattern light by the red laser has a problem that it is difficult to check whether the pattern light is well irradiated to the region of interest with the naked eye. It is preferable that the wavelength range of light is green light selected from 500 nm to 570 nm. In addition, the single wavelength laser light may be infrared rays having a wavelength longer than 700 nm. If the region of interest inside the human body is sensitive to visible light, an infrared laser can be used.

또한, 상기 광원부(210)에서 조명광원의 스위치가 켜진 경우, 광섬유에 결합된 조명광이 광섬유를 통해 출력되게 되고, 출력된 조명광은 광회절부를 통과하여 인체 내부의 관심 영역을 밝히게 된다. In addition, when the illumination light source is switched on in the light source unit 210, the illumination light coupled to the optical fiber is output through the optical fiber, and the output illumination light passes through the light diffraction unit to illuminate a region of interest inside the human body.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 내시경에서, 조명광원으로부터 출력되는 백색광이 광회절부를 통과하는 경우의 효과를 나타낸 도면이다.15 is a diagram illustrating an effect of a case where white light output from an illumination light source passes through a light diffraction portion in a 3D endoscope according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 조명으로서 백색광이 출력될 때, 오프셋이 적용된 광회절부(220)를 통과하면서 광회절부(220)가 디퓨저(Diffuser)의 역할을 하여, 광섬유 번들만을 통과하는 것에 비해 넓은 광각을 가진 균일한 조명을 형성하게 하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, when white light is output as illumination, the light diffraction unit 220 acts as a diffuser while passing through the light diffraction unit 220 to which the offset is applied, thereby providing a wider wide angle compared to passing through only the optical fiber bundle. It can be seen that it creates a uniform illumination with a light.

3차원 내시경이 갖는 패턴 프로젝터 모듈(200)의 광회절부(220)는 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 광원부에서 출력되는 레이저 광이 광회절 소자들을 통과하면서 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키도록 한다. 즉, 3차원 내시경이 갖는 패턴 프로젝터 모듈(200)의 광회절부(220)는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터의 광회절부(220)과 동일한 구성 및 특징을 가진다. 따라서 3차원 내시경이 갖는 패턴 프로젝터 모듈(200)의 광회절부(220)는 상기에서 다중 광회적 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터의 광회절부(220)에 대한 설명으로 갈음할 수 있다.The light diffraction unit 220 of the pattern projector module 200 of the 3D endoscope includes two or more light diffraction elements, and the laser light output from the light source unit is controlled by adjusting the rotation angle offset between the light diffraction elements. As it passes, it generates a random regular light diffraction pattern. That is, the light diffraction unit 220 of the pattern projector module 200 of the 3D endoscope has the same configuration and characteristics as the light diffraction unit 220 of the pattern projector using rotational overlap of multiple light diffraction elements. Therefore, the light diffraction unit 220 of the pattern projector module 200 of the 3D endoscope can be replaced with a description of the light diffraction unit 220 of the pattern projector using rotational overlap of multiple photosocial elements.

상기 패턴 프로젝터 모듈(200)은 직경 2.7mm 이내로 제작되므로 패턴 프로젝터를 가진 3차원 영상 제공 내시경의 단면적을 줄일 수 있는 효과가 있다. 내시경의 직경을 최소화함에 따라 인체 내 삽입이 용이하고, 인체를 절개하여 삽입 시 절개 부위를 최소화하여 수술 후 회복 속도가 빠른 효과가 있다.Since the pattern projector module 200 is manufactured within a diameter of 2.7 mm, there is an effect of reducing the cross-sectional area of an endoscope for providing a 3D image having a pattern projector. By minimizing the diameter of the endoscope, it is easy to insert into the human body, and by minimizing the incision area when inserting the body by incision, there is an effect that the recovery speed after surgery is fast.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

예를 들어, 본 발명에 따른 패턴 프로젝터는 본 발명의 3차원 내시경 뿐 아니라 3차원 이미징 시스템 분야에서 3차원 형상 복원 또는 깊이 측정에 이용될 수도 있다.For example, the pattern projector according to the present invention may be used for 3D shape restoration or depth measurement in the field of a 3D imaging system as well as a 3D endoscope of the present invention.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구 범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

1000 : 내시경
100 : 몸체
110 : 탐색부
200 : 패턴 프로젝터 모듈
210 : 광원부 220 : 광회절부
221 : 기판 222 : 패턴
223 : 플루오르 고분자 박막 224 : 페릴린 박막
230 : 제1 광회절 소자 240 : 제2 광회절 소자
300 : 촬영 모듈1000: endoscope
100: body
110: search unit
200: pattern projector module
210: light source unit 220: light diffraction unit
221: substrate 222: pattern
223: fluorine polymer thin film 224: perylene thin film
230: first light diffraction element 240: second light diffraction element
300: shooting module

Claims (18)

레이저 광을 출력하는 광원부; 및
두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 상기 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하여 형성되는 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키는 광회절부;를 포함하고,
상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 두 개 이상의 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 조정되는 것을 특징으로 하는, 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.A light source unit that outputs laser light; And
A light diffraction unit comprising at least two light diffraction elements, and for generating an arbitrary regular light diffraction pattern formed by passing the laser light through the light diffraction elements by adjusting a rotation angle offset between the light diffraction elements. and,
The rotation angle offset between the light diffraction elements, characterized in that adjusted by rotating any one of the two or more light diffraction elements, pattern projector using the rotational overlap of multiple light diffraction elements. 제1항에 있어서,
상기 광회절 소자는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.The method of claim 1,
The optical diffraction element is a pattern projector using a rotational overlap of multiple optical diffraction elements, characterized in that the micro lens array. 제2항에 있어서,
상기 광회절 소자는, 기판에 다수의 원통의 실린더 형상 패턴을 형성하는 단계; 상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르 고분자 박막을 코팅하는 단계; 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 페릴린 박막을 코팅하는 단계를 통해 형성되는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.The method of claim 2,
The optical diffraction element may include forming a plurality of cylindrical cylindrical patterns on a substrate; Coating a fluoropolymer thin film on the upper portion of the cylindrical cylindrical pattern and the surface of the substrate; Performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film; And a microlens array formed through the step of coating a perylene thin film on the upper portion of the pattern coated with the fluoropolymer thin film and the surface of the substrate. 제2항에 있어서,
상기 광회절 소자는 2차원 평면에 연속적으로 반구 형상의 렌즈가 배열되되, 상기 렌즈의 구면과 상기 렌즈의 구면 사이에는 플루오르 고분자 박막이 코팅되고 상기 플루오르 고분자 박막 위에 페릴린 박막 코팅되어 있는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.The method of claim 2,
The optical diffraction element is a microlens array in which a hemispherical lens is continuously arranged on a two-dimensional plane, a fluorine polymer thin film is coated between the spherical surface of the lens and the spherical surface of the lens, and a perylene thin film is coated on the fluorine polymer thin film A pattern projector using rotational superposition of multiple light diffraction elements, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 광회절 소자가 2개이고, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 두 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 상기 광회절 소자들을 통과하여 출력되는 회전각에 따른 단위 면적 당 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수를 그래프로 나타낼 때, 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 상기 그래프 내에서 증감이 변하는 범위에서의 각도 중에서 선택되어지는 오프셋 각도인 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.The method of claim 1,
There are two light diffraction elements, and the rotation angle offset between the light diffraction elements is a double light diffraction pattern per unit area according to a rotation angle output through the light diffraction elements by rotating any one of the two light diffraction elements When the number of overlapping points of is represented by a graph, the number of overlapping points of the double light diffraction pattern is an offset angle selected from angles in a range in which the increase or decrease in the graph is changed. Pattern projector using rotational superposition. 제5항에 있어서,
상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 그래프 내에서 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 극소점을 갖는 각도에서 선택되어지는 오프셋 각도인 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터.The method of claim 5,
The rotation angle offset between the optical diffraction elements is an offset angle at which the number of overlapping points of the double optical diffraction pattern in the graph is selected from an angle having a minimum point. Pattern projector used. 제1항에 있어서,
상기 광회절 소자 사이에 유리 기판 또는 반도체 웨이퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광회절 소자의 회전 중첩을 이용한 패턴 프로젝터. The method of claim 1,
A pattern projector using rotational superimposition of multiple light diffraction elements, characterized in that it further comprises a glass substrate or a semiconductor wafer between the light diffraction elements. 인체 내부의 관심 영역에 삽입되는 관 형상의 몸체를 포함하는 내시경에 있어서,
레이저 광원, 조명광원 및 광섬유 번들을 포함하고, 일단부에 있는 상기 레이저 광원 및 조명광원에서 출력되는 광이, 상기 일단부에서 타단부까지 연장된 광섬유 번들과 결합하여, 상기 타단부로 출력되도록 하는 광원부와 상기 광원부에서 출력된 광을 회절시키는 두 개 이상의 광회절 소자로 이루어진 광회절부를 포함하는 패턴 프로젝터 모듈; 및
상기 패턴 프로젝터에서 출력된 광이 상기 관심 영역에 조사되고 상기 관심 영역에서 반사되는 광을 모아 상을 맺어 영상 정보를 제공하는 촬영 모듈;을 포함하며,
상기 광회절부는, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 조정하여 상기 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하여 형성되는 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.In the endoscope comprising a tubular body inserted into a region of interest inside the human body,
Including a laser light source, an illumination light source, and an optical fiber bundle, and the light output from the laser light source and the illumination light source at one end is combined with an optical fiber bundle extending from the one end to the other end to be output to the other end. A pattern projector module including a light source unit and a light diffraction unit including at least two light diffraction elements for diffracting the light output from the light source unit; And
Includes; a photographing module for providing image information by collecting the light output from the pattern projector to the region of interest and collecting the light reflected from the region of interest, and providing image information,
The light diffraction unit is characterized in that by adjusting the rotation angle offset between the light diffraction elements to generate an arbitrary regular light diffraction pattern formed by passing the laser light through the light diffraction elements, 3 having a pattern projector Dimensional endoscope. 제8항에 있어서,
상기 광원부는 광섬유 번들을 통해 광이 출력하도록 구성되되,
상기 광섬유 번들 중 일부는 상기 레이저 광원과 결합되고, 상기 광섬유 번들 중 다른 일부는 상기 조명광원과 결합되는 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 8,
The light source unit is configured to output light through an optical fiber bundle,
Some of the optical fiber bundles are coupled to the laser light source, and another portion of the optical fiber bundles are coupled to the illumination light source. 제9항에 있어서,
상기 레이저 광원과 결합된 상기 광섬유 번들 중 일부가 상기 광섬유 번들의 중심에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 9,
A 3D endoscope having a pattern projector, characterized in that some of the optical fiber bundles coupled with the laser light source are configured to be located at the center of the optical fiber bundle. 제10항에 있어서,
상기 광회절부는 두 개 이상의 광회절 소자를 포함하며, 상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저 광이 상기 광회절 소자들을 통과하는 경우 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 통하여 임의의 규칙적인 광회절 패턴을 발생시키고, 상기 조명광원에서 출력되는 백색광이 상기 광회절 소자들을 통과하는 경우 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋을 통하여 상기 백색광을 산란 및 회절시키는 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 10,
When the light diffraction unit includes two or more light diffraction elements, and laser light output from the laser light source passes through the light diffraction elements When a regular light diffraction pattern is generated through the rotation angle offset between the light diffraction elements, and the white light output from the illumination light source passes through the light diffraction elements, the rotation angle offset between the light diffraction elements is used. Scattering and diffracting white light A three-dimensional endoscope having a pattern projector, characterized in that. 제11항에 있어서,
상기 광회절 소자는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 11,
The light diffraction element is a three-dimensional endoscope having a pattern projector, characterized in that the micro lens array. 제12항에 있어서,
상기 광회절 소자는 기판에 다수의 원통의 실린더 형상 패턴을 형성하는 단계; 상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르 고분자 박막을 코팅하는 단계; 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 페릴린 박막을 코팅하는 단계를 통해 형성되는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 12,
The optical diffraction device comprises the steps of forming a plurality of cylindrical cylindrical patterns on a substrate; Coating a fluoropolymer thin film on the upper portion of the cylindrical cylindrical pattern and the surface of the substrate; Performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film; And a microlens array formed through the step of coating a perylline thin film on the upper portion of the pattern coated with the fluoropolymer thin film and the surface of the substrate. 제12항에 있어서,
상기 광회절 소자는 2차원 평면에 연속적으로 반구 형상의 렌즈가 배열되되, 상기 렌즈의 구면과 상기 렌즈의 구면 사이에는 플루오르 고분자 박막이 코팅되고 상기 플루오르 고분자 박막 위에 페릴린 박막 코팅되어 있는 마이크로 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 12,
The optical diffraction element is a microlens array in which a hemispherical lens is continuously arranged on a two-dimensional plane, a fluorine polymer thin film is coated between the spherical surface of the lens and the spherical surface of the lens, and a perylene thin film is coated on the fluorine polymer thin film A three-dimensional endoscope having a pattern projector, characterized in that. 제11항에 있어서,
상기 광회절 소자가 2개이고, 상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 두 광회절 소자 중 어느 하나를 회전시켜 상기 광회절 소자들을 통과하여 출력되는, 회전각에 따른 단위 면적 당 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수를 그래프로 나타낼 때, 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 상기 그래프 내에서 증감이 변하는 범위에서의 각도 중에서 선택되어지는 오프셋 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 11,
There are two light diffraction elements, and the rotation angle offset between the light diffraction elements is output through the light diffraction elements by rotating any one of the two light diffraction elements, and double light diffraction per unit area according to the rotation angle When the number of overlapping points of the pattern is represented by a graph, the number of overlapping points of the double light diffraction pattern is an offset angle selected from angles in a range in which the increase or decrease in the graph is changed. 3D endoscope. 제15항에 있어서,
상기 광회절 소자 사이의 회전각 오프셋은, 상기 그래프 내에서 상기 이중 광회절 패턴의 중복되는 점의 수가 극소점을 갖는 각도에서 선택되어지는 오프셋 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 15,
The rotation angle offset between the light diffraction elements is an offset angle in which the number of overlapping points of the double light diffraction pattern in the graph is selected from an angle having a minimum point. 제8항에 있어서,
상기 레이저 광원이 초록색 레이저인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.The method of claim 8,
The three-dimensional endoscope with a pattern projector, characterized in that the laser light source is a green laser. 제8항에 있어서,
상기 레이저 광원이 적외선 레이저인 것을 특징으로 하는 패턴 프로젝터를 갖는 3차원 내시경.

The method of claim 8,
The three-dimensional endoscope having a pattern projector, characterized in that the laser light source is an infrared laser.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4305012B2 (en) * 2003-03-10 2009-07-29 ソニー株式会社 Hologram video display device
JP5426174B2 (en) * 2006-02-13 2014-02-26 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Monocular 3D imaging
JP2015216978A (en) * 2014-05-14 2015-12-07 オリンパス株式会社 Endoscope system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5426174B2 (en) * 1974-02-12 1979-09-03

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4305012B2 (en) * 2003-03-10 2009-07-29 ソニー株式会社 Hologram video display device
JP5426174B2 (en) * 2006-02-13 2014-02-26 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Monocular 3D imaging
JP2015216978A (en) * 2014-05-14 2015-12-07 オリンパス株式会社 Endoscope system

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