KR200319004Y1 - 시분할 입체 내시경 장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 전자 내시경에 광학 및 영상 처리 기술을 적용하여 병변이 있는 장기를 모니터를 통하여 입체로 확대·관찰할 수 있는 입체 내시경 장치에 관한 것이다. 본 고안의 입체 내시경 장치는 피사체로부터 공간상에 반사되는 빛이 투과되는 제 1 교대 렌즈(relay lens)와, 상기 제 1 교대 렌즈의 출사동 위치에 배치되고 교대로 주기적인 온 및 오프가 반복되는 두개의 작은 LCD 셔터로 구성되며, 상기 주기적인 온 및 오프에 의해 상기 제 1 교대 렌즈의 출사동으로 모아진 영상을 시차각을 갖는 영상으로 시분할하는 LCD 셔터와, 상기 LCD 셔터에 의해 시분할된 영상을 제 1 입체 영상과 제 2 입체 영상으로 영상화하여 출력하는 제 2 교대 렌즈와, 상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 디스플레이하는 모니터와, 상기 모니터에 디스플레이되는 상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 시청하는 입체 안경과, 상기 제 1 및 제 2 입체 영상으로부터 동기 신호를 추출하고 상기 추출된 동기 신호를 이용하여 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 및 오프를 제어하는 신호를 생성하는 입체 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 고안은 병변이 있는 장기를 모니터를 통하여 입체로 확대·관찰할 수 있다.

Description

시분할 입체 내시경 장치{APPARATUS FOR FIELD-SEQUENTIAL STEREOSCOPIC ENDOSCOPE}
본 고안은 의료 분야에서 수술이나 부검을 하지 않고 육안으로 관찰하기 어려운 병변(病變)이 있는 장기를 모니터를 통하여 직접 확대·관찰할 수 있는 전자 내시경에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 내시경에 광학 및 영상 처리 기술을적용하여 병변이 있는 장기를 모니터를 통하여 입체로 확대·관찰할 수 있는 입체 내시경 장치에 관한 것이다.
최근, HDTV(High-Definition Television)보다 더욱 인간의 감성에 호소하는 영상 장치로서, 3차원 영상 재생 장치에 대한 기대가 고조되고 있다. 입체 안경을 쓰거나 입체 안경 없이 볼 수 있는 입체 영상 재생 장치의 연구가 활발해지고 있으며, 산업용·오락용 등으로 실용화되는 수준의 것도 발표되고 있다. 하지만, 병변의 정확한 진단과 치료를 위하여 입체 의료 영상 장치가 절실하게 요구되는 의료 분야에서는 이에 대한 연구가 아직 전무한 실정이다.
입체 의료 영상 장치는, 예를 들면 도 1에 예시된 전자 내시경을 들 수 있다. 이러한 전자 내시경은 피사체(102)의 병변을 확대할 수 있는 대물렌즈(104), 대물렌즈(102)에 의하여 확대된 병변 상을 전기적 신호로 변환하는 영상 변환기(106), 영상 변환기(106)에 의해 변환된 병변 영상을 표시하는 모니터(108)로 구성된다. 그러나, 영상 변환기(106)에 획득된 병변 영상은 2차원 영상으로 실제 관측자의 눈으로 관찰했을 때 느끼는 실제감과 원근감이 없으므로 병변의 구조 및 위치 파악, 그리고 정밀한 미세 수술이 어려운 단점이 있다. 이에 따라, 병변의 정확한 진단과 그에 상응한 적절한 치료를 하는데 많은 경험과 시행착오가 요구된다.
그러므로, 본 고안의 전술한 요구를 충족시키기 위하여 고안된 것으로, 그 목적은 전자 내시경에 광학 및 영상 처리 기술을 적용하여 병변이 있는 장기를 모니터를 통하여 입체로 확대·관찰할 수 있는 입체 내시경 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전자 내시경의 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 입체 내시경 장치의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 구성요소에서 생성된 파형을 예시하는 파형도,
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
102, 202 : 피사체 104, 204 : 대물 렌즈
106, 216 : 영상 변환 장치 108, 260 : 모니터
210, 214 : 교대 렌즈 213 : LCD 셔터
220 : 타이밍 제어기 224 : LCD 셔터 제어기
262 : 입체 안경 동기 제어기 264 : 입체 안경
전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 바람직한 실시예에 따르면, 입체 내시경 장치는, 피사체로부터 공간상에 반사되는 빛이 투과되는 제 1 교대 렌즈(relay lens); 상기 제 1 교대 렌즈의 출사동 위치에 배치되고 교대로 주기적인 온 및 오프가 반복되는 두개의 작은 LCD 셔터로 구성되며, 상기 주기적인 온 및 오프에 의해 상기 제 1 교대 렌즈의 출사동으로 모아진 영상을 시차각을 갖는 영상으로 시분할하는 LCD 셔터; 상기 LCD 셔터에 의해 시분할된 영상을 제 1 입체 영상과 제 2 입체 영상으로 영상화하여 출력하는 제 2 교대 렌즈; 상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 디스플레이하는 모니터; 및 상기 제 1 및 제 2 입체 영상으로부터 동기 신호를 추출하고 상기 추출된 동기 신호를 이용하여 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 및 오프를 제어하는 신호를 생성하는 입체 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 본 고안의 실시예에 따르면, 상기 입체 영상 처리부는, 상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 제 1 및 제 2 아날로그 영상 신호로 변환하는 입체 영상 변환기; 상기 제 1 및 제 2 아날로그 영상 신호를 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 상기 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호를 일시 저장하는 프레임 메모리; 상기 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호로부터 수직 동기 신호를 추출하는 타이밍 제어기; 상기 추출된 수직 동기 신호를 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 오프를 제어하는 신호로서 상기 LCD 셔터로 제공하는 LCD 셔터제어기; 상기 타이밍 제어기의 제어하에 상기 프레임 메모리에 저장된 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상을 주파수 체배된 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상 신호로 변환하여 상기 모니터로 제공하는 디지털-아날로그 변환기를 포함한다.
또한, 본 고안에 있어서, 상기 입체 내시경 장치는, 상기 모니터에 디스플레이되는 상기 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상을 시청하는 입체 안경; 및 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 또는 오프 기간 동안 상기 입체 안경의 좌안/우안을 반복적으로 온 및 오프하는 제어 신호를 생성하는 입체 안경 동기 제어기를 더 포함한다.
또한, 본 고안에 있어서, 상기 주파수 체배된 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상 신호는 각기 좌안 및 우안 아날로그 입체 영상 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 고안의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명될 것이다.
3차원 입체 영상을 인지하기 위해서는 하나의 물체를 바라보는 양안의 시선이 이루는 시차 각도와 각각의 좌/우안에 제시하기 위한 서로 다른 두 개의 상이 필요하다. 이러한 상을 얻기 위해서는 두 대의 카메라와 렌즈를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 내시경과 같이 특수한 공간적 제한이 요구되는 입체 의료 영상 장치에서는 입체 영상을 얻기 위하여 두 대의 내시경을 사용하기가 어려움이 있다.
본 고안에서는 종래 기술에 따른 내시경의 출사동(Exit Pupil) 위치에 LCD 셔터를 설치하여 시차각도를 유발하고 시분할 방법에 의해 서로 다른 좌/우안 영상을 얻는 것을 그 기술적 사상으로 한다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 고안에 따른 시분할 입체 내시경의 구성도와 시분할 입체 내시경의 각 구성요소에서 발생하는 타이밍도가 각기 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 고안의 입체 내시경 장치는 대물 렌즈(204), 회절판(208), 입체 영상 생성부(240), 입체 영상 처리부(250), 모니터(260), 입체 안경 동기 제어기(262) 및 입체 안경(264)을 포함한다.
대물 렌즈(204)는 관측 대상이 되는 피사체(202)로부터의 공간상에 투영되는 빛을 확대하는 기능을 수행한다. 이때 대물 렌즈(204)에 의해 확대된 상은 허상으로 형상되며, 이렇게 형성된 허상은 회절판(208)에 형성된 슬릿(206)을 통과하여 회절됨으로써 입체 영상 생성부(240)로 입사된다.
입체 영상 생성부(240)에서, 제 1 교대 렌즈(210) 및 제 2 교대 렌즈(214)는 접안(eye-piece) 렌즈의 역할을 수행하며 이들 사이에는 LCD 셔터(213)가 배치되어 있다. LCD 셔터(213)는 LCD 셔터 제어기(224)에 의해 교대로 주기적인 온 및 오프를 반복하는 두개의 작은 LCD 셔터(본 고안에서는 편의상 좌측 LCD 셔터(211)와 우측 LCD 셔터(212)로 지칭함)로 구성되며, 제 1 및 제 2 교대 렌즈(210 및 214)와 함께 회절판(208)을 통과한 영상이 입체시(Stereoscopic Vision)를 갖도록 하는 기능을 수행한다. 보다 상세히 말해서, 회절판(208)의 슬릿(206)을 통과한 영상은 제 1 교대 렌즈(210)의 출사동으로 모아지며, LCD 셔터(213)의 제 1 및 제 2 LCD 셔터(211 및 212)은 LCD 셔터 제어기(224)에 의해 60 Hz마다 온 및 오프를 반복(도 3c 및 도 3d 참조)함으로써 제 1 교대 렌즈(210)의 출사동으로 모아진 영상을 시차각을 갖도록 시분할한다. LCD 셔터(213)에 의해 시분할된 영상은 LCD 셔터(213)의 뒤에 배치된 제 2 교대 렌즈(214)를 통과함으로써 좌안 입체 영상과 우안 입체 영상으로 생성되고, 이렇게 생성된 좌안 및 우안 입체 영상은 영상 변환기(216)에 제공된다.
영상 변환기(216)는 제 1 및 제 2 교대 렌즈(210 및 214)에 의해 생성된 좌안 및 우안 입체 영상을 60 Hz의 좌안 및 우안 아날로그 입체 영상 신호로 변환한다(도 3의 "영상입력" 참조). 아날로그-디지털 변환기(ADC)(218)는 영상 변환기(216)에서 변환된 좌안 및 우안 아날로그 입체 영상 신호를 좌안 및 우안 디지털 입체 영상 신호로 변환한다.
타이밍 제어기(220)는 화면의 깜박임을 없애기 위해 아날로그-디지털 변환기(218)로부터 좌안 및 우안 디지털 입체 영상 신호로부터 60 Hz의 수직 동기 신호를 추출하고 추출된 수직 동기 신호를 LCD 셔터 제어기(224)로 제공한다. 또한, 타이밍 제어기(220)는 60 Hz의 좌안 및 우안 디지털 입체 영상 신호를 프레임 메모리(222)에 일시 저장한다.
LCD 셔터 제어기(224)는 타이밍 제어기(220)로부터 추출된 60 Hz의 수직 동기 신호 정보를 이용하여 LCD 셔터(213)의 두개의 LCD 셔터(211 및 212)을 각기 제어하는 온 및 오프 신호를 생성한다(도 3의 "LCD 셔터(좌)" 및 "LCD 셔터(우)" 참조).
프레임 메모리(222)에 저장된 60 Hz의 좌안 및 우안 디지털 입체 영상은 다음번 좌안 및 우안 디지털 입체 영상이 입력될 때 타이밍 제어기(220)에 의해 주파수 체배된 120 Hz의 속도로 판독되어 디지털-아날로그 변환기(DAC)(226)로 제공되고, 디지털-아날로그 변환기(226)에 의해 좌안 및 우안 아날로그 입체 영상 신호로 변환되어 모니터(260)로 출력된다(도 3의 "영상출력" 참조).
입체 안경 동기 제어기(262)는 타이밍 제어기(220)로부터 추출된 수직 동기 신호를 이용하여 LCD 셔터 제어기(224)로부터 생성된 좌안/우안 온 및 오프 신호와 동기된 120 Hz의 입체 안경의 좌안/우안 온 및 오프 신호를 생성한다. 즉, 좌측 및 우측 LCD 셔터(211 및 212)의 주기적인 온 또는 오프 기간 동안 입체 안경(264)의 좌안/우안을 반복적으로 온 및 오프하는 제어 신호를 생성한다(도 3의 "입체안경(좌)" 및 "입체안경(우)" 참조).
따라서 입체 안경(264)를 착용한 관측자의 좌안은 좌측 LCD 셔터(211)이 온 상태에서 입체 안경을 통하여 모니터(260)에 디스플레이되는 영상을 깜박임 없는 좌안 영상으로 보게되고 우안은 우측 LCD 셔터(212)이 온 상태에서 입체 안경(264)을 통하여 모니터(260)에 디스플레이되는 영상을 깜박임 없는 우안 영상으로 보게된다.
전술한 본 고안에 있어서, 입체 안경 동기 제어기와 입체 안경이 유선으로 연결되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이와 달리 진단의 편의성 및 유용성을 고려하여 입체 안경 동기 제어기로부터 입체 안경으로 제공되는 제어 신호가 무선으로 전송되도록 할 수도 있을 것이다.
또한, 관측자가 입체 안경을 착용하지 않았을 때 병변이 있는 장기를 종래와 마찬가지로 2 차원 영상으로 확대·관찰할 수 있도록 할 수 도 있을 것이다.
그러므로, 본 고안은 시분할 입체 방식을 적용하여, 입체 안경을 통하여 병변이 있는 장기를 모니터를 통하여 입체로 확대·관찰할 수 있다는 장점이 제공된다.
전술한 설명을 통하여 당업자라면 본 고안의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 입체 내시경 장치에 있어서,
    피사체로부터 공간상에 반사되는 빛이 투과되는 제 1 교대 렌즈(relay lens);
    상기 제 1 교대 렌즈의 출사동 위치에 배치되고 교대로 주기적인 온 및 오프가 반복되는 두개의 작은 LCD 셔터로 구성되며, 상기 주기적인 온 및 오프에 의해 상기 제 1 교대 렌즈의 출사동으로 모아진 영상을 시차각을 갖는 영상으로 시분할하는 LCD 셔터;
    상기 LCD 셔터에 의해 시분할된 영상을 제 1 입체 영상과 제 2 입체 영상으로 영상화하여 출력하는 제 2 교대 렌즈;
    상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 디스플레이하는 모니터; 및
    상기 제 1 및 제 2 입체 영상으로부터 동기 신호를 추출하고 상기 추출된 동기 신호를 이용하여 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 및 오프를 제어하는 신호를 생성하는 입체 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 내시경 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체 영상 처리부는,
    상기 제 1 및 제 2 입체 영상을 제 1 및 제 2 아날로그 영상 신호로 변환하는 입체 영상 변환기;
    상기 제 1 및 제 2 아날로그 영상 신호를 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;
    상기 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호를 일시 저장하는 프레임 메모리;
    상기 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상 신호로부터 동기 신호를 추출하는 타이밍 제어기;
    상기 추출된 동기 신호를 이용하여 상기 LCD 셔터의 주기적인 온 오프를 제어하는 신호로 생성하여 상기 LCD 셔터의 각각의 LCD 셔터로 제공하는 LCD 셔터 제어기; 및
    상기 타이밍 제어기의 제어하에 상기 프레임 메모리에 저장된 제 1 및 제 2 디지털 입체 영상을 주파수 체배된 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상 신호로 변환하여 상기 모니터로 제공하는 디지털-아날로그 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 내시경 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입체 내시경 장치는,
    상기 주파수 체배된 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상을 시청하는 입체 안경; 및
    상기 LCD 셔터의 주기적인 온 또는 오프 기간 동안 상기 입체 안경의 좌안/우안을 반복적으로 온 및 오프하는 제어 신호를 생성하는 입체 안경 동기 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 내시경 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수 체배된 제 1 및 제 2 아날로그 입체 영상 신호는 각기 좌안 및 우안 아날로그 입체 영상 신호인 것을 특징으로 하는 입체 내시경 장치.
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