KR20110047690A - 3차원 영상을 제공하는 내시경 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 렌즈와 및 상기 렌즈 각각의 후면에 위치하는 한쌍의 CCD 카메라를 통하여 입체적인 화면을 제공함으로써 정교한 수술이 가능한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경에 관한 것으로서,

대물렌즈부와 로드렌즈부를 순차적으로 통과한 한 쌍의 광(光)을 프리즘으로 일정 간격 이격 (separation)시킨 후에 접안렌즈(Eyepiece)를 통과시켜 집광하던 기존의 종래기술과 달리, 로드렌즈부의 후방부에 접안렌즈부(Eye piece Lens)를 배치하여 접안렌즈부에 의해 광(光)을 집광한 이후에 프리즘(또는 반사경)을 통과시켜 소정 간격으로 이격시켜 CCD센서에 결상되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 3차원 내시경은 입체적인 화면을 제공함으로써 정교한 수술이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 특히 결상렌즈부의 소형화가 가능하면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 장점이 있다.

3차원, 3D, 입체영상, 내시경, 복강경, 아이피스(eyepiece) 배열

Description

3차원 영상을 제공하는 내시경 {Endoscope for providing 3D image data}

본 발명은 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경에 관한 것으로서, 더 상세하게는 좌,우에 부착되는 한쌍의 렌즈 및 상기 렌즈 각각의 후면에 위치하는 한쌍의 CCD 카메라를 통하여 입체적인 화면을 제공함으로써 정교한 수술이 가능한 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경에 관한 것이다.

일반적으로 내시경(복강경이라고도 함)은 직달경(直達鏡)이라 하여 하나의 통(筒)으로 되어 있는데, 치료와 진단을 목적으로 인체 내부를 관찰하기 위해 환자의 체내에 삽입하여 의사가 환자의 장기를 직접 육안으로 보며 치료할 경우에 사용하게 된다.

그러나, 상기와 같은 하나의 통으로 되어 있는 내시경은 2D화면을 제공하여 입체감이 떨어지므로, 정교한 수술 시에 환자의 치료부위(환부)에 정밀한 접근이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 하나의 통으로 되어 있는 내시경은 일자로 배치되어 있는 다수개의 렌 즈를 통과하며 상이 굴절되어 상(像)의 왜곡현상이 발생하며 해상도가 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경이 한국 공개특허공보 제10-2008-0027187호(2008.03.26.공개)(이하 '종래기술1'이라 함)에 개시되어 있으며, 일본 공개특허공보 특개소 63-294509호(이하 '종래기술2'라 함)에 개시되어 있는 입체영상을 위한 내시경장치는, 한 벌의 광학계에 대해 조명 광학계와 관찰 광학계를 교대로 전환할 수 있도록 함으로써, 최소한의 광학계로 관찰 부위를 입체적으로 관찰할 수 있도록 하고 있다.

나아가, 일본 공개특허공보 특개평6-160731호(이하 '종래기술3'이라 함)에서는, 체내에 삽입되는 삽입부 전방의 관찰 부위를 관찰하는 복수의 관찰 광학계를 갖추어 삽입부 내에 상기 복수의 관찰 광학계를 3차원 입체가 가능한 시차를 가지도록 배치한 입체시 내시경 장치가 개시되어 있는데, 이 종래기술3에서는 상기 복수의 관찰 광학계의 광축이 만나는 위치를 조절하는 조절 광학계를 복수 갖추어 상기 조절 광학계를 상기 복수의 관찰 광학계의 입사 단면에 구비하여 상기 관찰 부위를 관찰하도록 한 것이다.

도 1은 종래기술들에서 공지된 3차원 영상을 제공하는 내시경의 기본적인 구성을 도시한 개념도이다.

그러나, 상기한 종래기술1 내지 종래기술3에 개시된 3차원 입체 내시경은 해상도(resolution)가 낮아 VGA급의 영상을 얻을 수 있는 수준에 불과하며, 해상도를 높이고자 하는 경우에는 CCD센서가 배치되는 영상처리부의 직경이 커지는 문제가 발생되고 있다.

영상처리 S/W 개발기술로써 화질 선명도 및 저조도를 어느 정도 복원 또는 개선할 수 있기는 하지만, 획득된 영상 그 자체의 해상도가 낮은 경우에는 소프트웨어 알고리즘에 의한 화질 선명도 및 저조도 복원에 한계가 존재할 수밖에 없다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형화를 유지하면서도 HD급의 고화질의 3차원 영상을 얻을 수 있는 새로운 방식의 내시경장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 3차원 내시경 장치는,

병렬로 나란히 배치되는 한 쌍의 대물렌즈부(Objective Group)와;

상기 한 쌍의 대물렌즈부의 후방에 각각 위치하는 CCD센서에 결상된 상을 입체 영상으로 처리하는 영상처리부와;

전방부에는 상기 한 쌍의 대물렌즈부가 고정되며, 상기 한 쌍의 대물렌즈부와 영상처리부 사이에 배치되어, 상기 대물렌즈에 의해 입사된 상을 상기 영상처리부로 전달하는 한 쌍의 로드렌즈부(Relay Rod Lens Group)가 내장되는 경통부와;

상기 경통부의 전방부에 위치하여 전방으로 빛을 조사하는 광조사부;로 구성되어 3차원 영상을 제공하는 내시경에 있어서,

상기 로드렌즈부의 후방부에 접안렌즈부(Eye piece Lens Group)가 배치되고,

상기 접안렌즈부에 의해 집광된 상(像)이 프리즘 또는 반사경(Separation Mirror)에 의해 소정 간격으로 이격된 후에 후방으로 배열된 결상렌즈부(CCD Objective Lens Group)를 거쳐 상기 CCD센서에 결상되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이 외에도, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단들이 하기 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서 상세히 제시될 것이다.

이러한 구성상의 특징을 갖는 본 발명에 의한 3차원 영상을 제공하는 내시경은, 좌우 양측으로 배열된 한 쌍의 대물렌즈부와, 상기 대물렌즈부 각각의 후면에 위치하는 로드렌즈부와, 한 쌍의 CCD센서를 통하여 입체적인 화면을 제공함으로써 정교한 수술이 가능한 장점이 있다.

또한, 로드렌즈부의 후방과 프리즘(반사수단) 사이에 접안렌즈(Eye Piece Lens)를 배치하여, 로드렌즈부를 거친 상(像)이 프리즘(반사수단)을 거치기 전에 집광되도록 함으로써, 상(像)의 확산으로 인한 결상렌즈부의 대형화를 줄일 수 있어 영상처리부의 크기를 최소화하면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부도면을 기준으로 하여, 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 바람직한 실시예로서 3차원 영상을 제공하는 내시경의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 2를 중심으로 본 발명의 각 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

(1)대물렌즈부(Objective group)

병렬로 나란히 배치되는 한 쌍의 대물렌즈부는 입사 면에 오목렌즈(Negative Lens)와, 볼록렌즈(Positive Lens), 그리고, 상기 거리를 두고 Achromatic 렌즈로 구성하였다.

본 발명에서의 대물렌즈부(Objective group)는 첫 번째 중간 이미지를 만들어 내며, 후방에 연결된 로드렌즈부(Relay rod lens)에 의해 발생하는 상면 만곡(field curvature) 현상을 보상한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 대물렌즈부의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 상기 대물렌즈부에서 오목렌즈(Negative Lens)를 제외한 모든 렌즈는 직경 4.5mm이며, Negative & Positive 렌즈와 Achromatic 렌즈 사이는 4~4.5mm의 간격을 유지하기 위해 metal tube가 삽입되어 고정된다.

(2) 로드렌즈부(Relay Rod Lens group)

본 발명에서의 로드렌즈부(Relay rod lens group)는 경통부의 내부에 한 쌍으로 구비되어 이루어지는데, 모두 10개의 이중구조의 rod lens로 구성된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 로드렌즈부의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 2개의 rod lens가 하나의 셋트로 되어 One turn 중간 이미지를 만드는 방식으로서, 5개의 셋트로 구성되어 총 5회 반복되어 구성되며, 각각의 렌즈길이는 31mm, 중간 이미지들 사이의 거리는 77.5mm로 구성된다. 본 발명에 의한 로드렌즈부는 총 5회에 걸쳐 중간이미지를 만들도록 구성된 점에서 특징이 있다. 상기 로드렌즈부의 각 렌즈 외경은 4.5mm이며, 렌즈들 사이에는 4.3mm의 tube가 고정된다.

(3) 접안렌즈부(Eye Piece Lens)

본 발명에서의 접안렌즈는, 종래의 내시경에서와는 달리, 로드렌즈부와 반사수단 사이에 구비됨으로써, 상(像)의 퍼짐을 최소화하여 영상처리부의 크기를 최소화하면서도 해상도는 높게 유지할 수 잇도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 접안렌즈(Eyepiece렌즈)는 4.4mm 직경이며, 초점거리는 13.3mm의 achromatic 렌즈로 구성되는 것이 특히 바람직하다. 접안렌즈부에 대한 개략적인 구성은 도 5에 도시되어 있다.

(4) 반사수단

반사수단이란 대물렌즈부를 통해 입사되고 로드렌즈부를 통해 전달된 한 쌍의 상(像)을 횡방향으로 이격(separation)되게 변위시켜 결상렌즈부(CCD Objective Group)로 입사시키는 수단으로서, 프리즘 또는 한 쌍의 거울(mirror)로 구성된다.

일반적으로, 내시경의 경통부는 체내에 삽입되기 때문에 최소한의 직경으로 구성되어야 하는데, 이러한 경통부를 통과한 상(像)이 CCD센서에 결상될 때에는 충분한 크기를 가져야 하므로 결상렌즈의 직경이 커질 수밖에 없다. 그렇기 때문에 경통부를 거친 한 쌍의 상(像)을 횡방향으로 일정 간격(한 쌍의 결상렌즈가 겹쳐지지 않는 간격)으로 이격시킨 후에 한 쌍의 CCD센서로 입사하게 하여야 하는데, 이러한 기능을 하는 것이 반사수단('변위수단((lateral image displacement)'과 같은 의미임)이다.

본 발명에서 반사수단은 접안렌즈(Eyepiece)의 후방에 구비되어 두 광축 사이의 간격을 벌려주는 역할을 하는 구성요소로서, 이미지센서의 크기와 주변부품을 고려하여 두 반사경 사이의 간격을 14.25mm로 이격하여 배치한다.

(5)결상렌즈부(CCD Objective Group)

본 발명에 있어서의 결상렌즈는 영상의 최적화를 위해 3개의 렌즈로 구성되는데, 각 렌즈의 초점거리는 53mm로 구성되는 것이 바람직하다.

지금까지는 본 발명의 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명의 구체적인 구성을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위에 구체화된 기술 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.

도 1은 종래기술들에서 공지된 3차원 영상을 제공하는 내시경의 기본적인 구성을 도시한 개념도

도 2는 본 발명에 의한 3차원 영상을 제공하는 내시경을 도시한 구성도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 대물렌즈부의 개략적 구성도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 로드렌즈부의 개략적 구성도

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 접안렌즈부, 반사수단, 결상렌즈부의 개략적 구성도

Claims (1)

1. 병렬로 나란히 배치되는 한 쌍의 대물렌즈부와;

   상기 한 쌍의 대물렌즈부의 후방에 각각 위치하는 CCD센서에 결상된 상을 입체 영상으로 처리하는 영상처리부와;

   전방부에는 상기 한 쌍의 대물렌즈부가 고정되며, 상기 한 쌍의 대물렌즈부와 영상처리부 사이에 배치되어, 상기 대물렌즈에 의해 입사된 상을 상기 영상처리부로 전달하는 한 쌍의 로드렌즈부가 내장되는 경통부와;

   상기 경통부의 전방부에 위치하여 전방으로 빛을 조사하는 광조사부;로 구성되어 3차원 영상을 제공하는 내시경에 있어서,

   상기 로드렌즈부의 후방부에 접안렌즈부(Eye piece Lens)가 배치되고,

   상기 접안렌즈부에 의해 집광된 상이 반사경 또는 프리즘에 의해 소정 간격으로 이격된 후에 후방으로 배열된 결상렌즈부를 거쳐 상기 CCD센서에 결상되도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 영상데이터를 제공하는 내시경.

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